Arrefecimento Manutenção Torre Melhora com ozônio

Fonte: Bryan Smithee, PE, CPE

Ozone como biocida torre de resfriamento não é apenas ambientalmente benignos, mas também traz um número significativo de outros benefícios.
A circulação de água dos sistemas de torre de resfriamento tem sido sempre um lugar ideal para o crescimento de microorganismos. A temperatura da água quente e a adição de nutrientes a partir do ar que flui através do esfregado torre fornecer um nirvana virtual para todos os tipos de micróbios e algas. Por sua vez, estes organismos se multiplicam a preços fantásticos. O resultado é degradada a eficiência do sistema devido ao bloqueio do fluxo, encurtou a vida do equipamento devido à corrosão, aumento do custo operacional devido a requisitos de energia de bombeamento mais elevadas, e a propagação da doença ou até mesmo a morte. Portanto, é imperativo para controlar, se não impedir, o crescimento de organismos biológicos em torre de resfriamento de água. Este foi trazido para casa e reforçada durante o primeiro surto registrado da doença do legionário, em 1976, na Filadélfia e desde então, tem havido uma série de mortes documentadas em todo o mundo que foram atribuídas aos sistemas de torre de resfriamento não tratadas ou mal tratados.

No passado distante, havia uma ampla gama de produtos utilizados para o tratamento da água de arrefecimento torre. Estes compostos, que incluem tanto oxidante e produtos químicos não­oxidantes, biocidas foram muito eficazes, e incluídos compostos quaternários de amónio, isotiazolina, fenóis clorados e glutaraldehydes. Alguns destes produtos químicos estão disponíveis ainda hoje, mas muitos deles foram banidos devido a preocupações ambientais e pressões. Biocidas oxidantes em uso hoje são geralmente cloro ou bromo com base, mas essas formulações também estão sob maior escrutínio ambiental, até mesmo ao ponto de que alguns municípios locais proibiram o seu uso. No futuro, podemos esperar que a contínua pressão para inventar e adotar sistemas de controle biológico que sejam ambientalmente neutra.

Ozone como biocida torre de resfriamento oferece um meio para esse fim. É não só ambientalmente benignos, mas o uso de ozônio também traz um número significativo de outros benefícios para o operador do sistema de torre de resfriamento. O ozônio é um oxidante biocida prático, porque é a actuação mais rápida e o agente oxidante mais eficiente contra todos os organismos microbiológicos ­ quando aplicado corretamente, o ozônio vai matar todos os vírus, bactéria, cistos, e espécies de algas. E, qualquer ozônio não é consumida como um biocida decai naturalmente para oxigênio, tornando ozonização a escolha preferencial para o controle biológico de muitos sistemas de torre de resfriamento.

  • Quando o custo do programa de tratamento químico é alta;
  • Quando o gerenciamento de produto químico é onerosa;
  • Ao manusear produtos químicos de tratamento de água levanta preocupações de segurança significativas;
  • Quando o tratamento químico de água não é completamente eficaz ou satisfatória;
  • Quando água e esgoto encargos são altos ou aumentar; ou
  • Quando os regulamentos locais exigem purga de ser tratadas antes da descarga de águas superficiais.

A Natureza do Ozônio

O ozônio é um instável, alta allotrope energia de oxigênio, uma molécula triatomic composto por três átomos de oxigênio, e é comumente indicada com o símbolo químico O3. Sob condições ambientais, o ozono é muito instável e, como resultado tem uma meia­vida relativamente curta, geralmente menos de 10 minutos. O ozono é um poderoso biocida e vírus deactivant, e oxida muitos compostos orgânicos e inorgânicos. Elevada reactividade química do ozono é devido ao fato de que o ozono possui uma configuração instável de electrões, o que o obriga a encontrar electrões provenientes de outras moléculas adjacentes. Quando reagindo com mais moléculas, a molécula de ozono é destruído. A reacção típica produz dióxido de carbono, água, e um (ou oxigénio reforçada) forma da molécula adjacente original é parcialmente oxidado. Qualquer ozono residual irá decompor e recombinar oxigénio molecular como dentro de alguns minutos. Portanto, no curso de sua decomposição, o ozônio não produz subprodutos tóxicos ou cancerígenos.

Este potencial de oxidação forte é o que torna tão atractivo o ozono para o uso como um biocida em sistemas de água. No entanto, esta mesma propriedade também faz com que seja difícil utilizar o ozono quando existe uma grande necessidade de oxigénio químico (COD) presente, ou se as condições locais do ar trazer grandes quantidades de compostos orgânicos para a torre, como ambas estas condições irão consumir o ozono disponível em a água. Esta última condição é a razão pela qual não é prático usar ozônio para tratamento de água em torres dentro de fábricas de produtos químicos ou em refinarias de petróleo. Além disso, o ozono é corrosivo para alguns materiais tais como os encaixes de borracha, juntas e alguns metais e ligas. Quando estes materiais estão presentes em um sistema em que o ozono está a ser usado, que deve ser substituída antes de iniciar a adição do ozono.

Um processo de "imunização" ocorre com certas estirpes de bactérias resistentes, quando o programa de tratamento químico usa biocidas não oxidantes. A solução tradicional para este tem sido o de alternar a alimentação de pelo menos dois produtos químicos diferentes. Quando o novo biocida é adicionado, ele mata as cepas que se acumularam resistência ao biocida anterior. Ozono, por outro lado, rompe as paredes das células, e assegura que este problema de imunização nunca ocorre, com o resultado que as contagens de colónias muito baixos são mantidas durante a operação.

Não há problemas de armazenamento com ozônio no ponto de uso, e não há custos incorridos devido ao manuseio e descarte de materiais perigosos biocidas. Assim ozonização é benéfico para a faceta de saúde e segurança da operação e manutenção dos sistemas de resfriamento torre, de acordo com as recentes tendências em direção ambientalmente amigáveis programas de tratamento de água.

The Making of Ozone

O ozono é formado por dois mecanismos: radiação ultravioleta ou de descarga de coroa alta tensão. A utilização de radiação de UV a 254 nm com o ar ambiente produz concentrações de cerca de 0,01% de ozono, em ar, e utilizando uma fonte de UV 186 nm, produz cerca de 0,1% de concentração de ozono. Estas baixas concentrações no ar têm tornado difícil e impraticável para desenvolver concentrações úteis na água da torre de resfriamento. O método de descarga de coroa produz concentrações muito mais elevadas de ozono, e pode ser usado com ar seco para produzir 1% a 3,5% de ozono, em ar, com ar enriquecido com oxigénio para produzir 3% ­ 8% de ozono, ou com oxigénio puro para produzir até 12% de ozono. Quanto maior for a concentração, a melhor, porque a solubilidade de ozono em água é ditado pela pressão parcial do ozono na mistura de ar / ozono a contactar água (lei de Henry).

Geração de ozono, através da descarga corona é realizada pela passagem de uma corrente alternada de alta tensão (6­20 kV) através de uma abertura de descarga dieléctrica de 10 ­ 15 mm, através da qual o ar é injectado. À medida que o gás seco é exposto ao potencial eléctrico, as moléculas de oxigénio e desassociar formar átomos de oxigénio individuais, algumas das quais podem então combinar com outras moléculas de oxigénio para formar ozono. A maior parte dos geradores de ozono são de uma configuração tubular, uma vez que estas oferecem a manutenção mais fácil.Há também geradores de placa plana disponível.

Ar ou oxigênio limpo e seco é fundamental para a vida de elemento de descarga corona, com recomendações para pontos de orvalho de ­40 graus F a ­80 graus F. vapor de água na corrente de gás combina com nitrogênio para formar o ácido nítrico. Só quando o ponto de orvalho do ar de alimentação é menor do que 40 graus F vai a quantidade de ácido nítrico formada ser suficientemente baixa para ter qualquer efeito sobre o pH da água de circulação. E, alto teor de ácido nítrico irá corroer o pH ou ORP eletrodos, degradando o sinal de controle de ozonização.

Os sistemas de ozônio para a aplicação de arrefecimento torre no mercado hoje são tipicamente sistemas modulares e totalmente auto­suficientes com um sistema de circulação independente para a instalação do fluxo de lado. Geradores de ozônio operar a partir de tensão de linha de 115 V / 60 Hz / 1 ph para 460 V / 60 Hz / 3 ph. Quanto maior for a saída, o mais desejável é a operar a partir de uma fonte de tensão e polifásica superior.Além disso, uma frequência mais elevada (400 Hz ou acima) fonte de energia irá aumentar a produção de ozono. As unidades podem chegar completamente com fio e canalizado, com todos os componentes montados em skids de aço estrutural, prontos para um único ponto de conexão elétrica.A tubulação necessária (geralmente PVC) e bombas de circulação deve ser fornecido para ligar o sistema ao poço de água torre de resfriamento. Filtros são geralmente instalados para captar depósitos minerais que irão ocorrer a partir do tratamento de ozônio. A instalação pode ser tipicamente completada em um dia desde que o serviço elétrico adequado está no lugar.

Ozono geradores emitem calor gerando, e assim o exigem um sistema de refrigeração de algum tipo. Alguns sistemas de água de design fabricantes de refrigeração, e outros fornecer gabinete unidades de ar condicionado para manter temperaturas constantes e reduzir o teor de umidade do ar dentro do gerador. Independentemente do método utilizado, o arrefecimento fiável é essencial para preservar a dieléctrica e para optimizar a geração de ozono.

Aplicação

O uso mais eficaz do ozono parece ser através de doses baixas controladas proporcionais à carga orgânica da água de circulação. Vários factores podem influenciar a carga, ou a redução do potencial de oxidação (ORP) da água, incluindo a temperatura, a qualidade do ar na vizinhança da torre, as espécies e os números de microrganismos no sistema, e a carga de arrefecimento. Para fornecer uma quantidade proporcional de ozônio, o ORP devem ser monitorados de forma contínua, com um sistema de controle que prevê a quantidade adequada de ozônio a partir do gerador. Este sistema de controlo deve ser robusta, isto é, capaz de responder rapidamente a mudanças nas ORP.

Transferência de massa do gás rico em ozono para a água da torre de refrigeração é realizado geralmente através de um tubo de Venturi, em uma linha de re­circulação ligados ao poço da torre de arrefecimento em que a temperatura da água é a mais baixa. Uma vez que a solubilidade do ozônio é muito dependente da temperatura, o ponto de temperatura mais baixa é o melhor ponto para introduzir o ozono para obter a quantidade máxima de ozônio em solução na água torre. Equipamentos de transferência de massa pode assumir a forma de difusores de bolhas coluna, injetores de pressão positiva, tanques misturador de turbina, ou torres embalados. A contracorrente contactador de bolhas coluna foi mostrado como o método mais eficiente e eficaz em termos de custos, mas nem sempre é prático para ser utilizado num sistema de torre de arrefecimento, devido às limitações de espaço, que são frequentemente encontrados. Normalmente, um venturi ou um edutor, seguido de um misturador estático em linha, são os métodos mais comuns de transferência do ozono no sistema.

Manter a boa qualidade da água é essencial para manter a escala de sistema livre. Como ciclos de concentração ir para cima, de cálcio e carbonato de íons na solução irá precipitar como carbonato de cálcio, a forma mais comum de escala em torres de resfriamento e trocadores de calor. Com água limpa em um sistema ozonizada, o carbonato de cálcio precipitado instala­ se em áreas de baixa velocidade da água do sistema, normalmente na parte inferior do cárter ou torre de resfriamento de drenagem pan, e nas cabeças de uma concha e tubo trocador de calor. Os precipitados minerais devem ser removidas por filtração, golpe baixo, ou pela limpeza das áreas onde se instalaram e recolhidos.

Certifique­se a água que tem alto teor de mineral ou de sólidos dissolvidos, geralmente não é propício para um tratamento eficaz utilizando ozônio. Um filtro de corrente lateral é desejável no sistema usando o make up de água com 150 ppm ou maior dureza de cálcio. Os casos em que a dureza é superior a 500 ppm como CaCO3, ou sulfatos> 100 ppm impede o uso de ozônio como tratamento de água da torre de resfriamento viável.
Para maximizar a utilização do ozono durante o seu tempo de meia­vida curta, a água ozonizada é geralmente devolvida à fossa da torre de arrefecimento, tão perto quanto possível do lado de sucção das bombas de circulação. Isto é feito para assegurar que a quantidade máxima de ozono na solução de circula através das tubagens e permutadores de calor, e que uma de ozono residual permanece para ser devolvida para o topo da torre de arrefecimento.

Medição

Concentração de ozônio na água devem ser medidos e controlados para garantir o funcionamento do sistema de torre de resfriamento satisfatório. A medição da concentração de ozono tem sido uma fonte de algum debate no passado. Um procedimento analítico recomendado para a determinação do ozono molecular em água é o método de índigo trissulfonato. Este método é menos propenso a interferência de outros procedimentos colorimétricos.Produtos de decomposição de ozono e os produtos de oxidação da matéria orgânica não interferem, mas o cloro, bromo, iodo, e formas oxidadas de manganês irá interferir com os resultados. O procedimento de índigo trisulfonato é bastante sensível, preciso e exacto, bem como que seja selectivo para a medição necessária. Kits de teste para uso em campo e os instrumentos analíticos para uso em laboratório estão disponíveis.

Outro método amplamente utilizado, que se presta mais facilmente para medição contínua em linha, o potencial de oxidação­redução. A leitura ORP, no entanto, não pode ser relacionada com precisão com a concentração de ozono na água real, uma vez que a concentração de ozono molecular é altamente dependente do pH da solução medida. Além disso, a leitura do potencial for sensível ao cloro, ião hipobromito, um ião de permanganato, peróxido de hidrogénio e, em adição ao ozono num sistema de torre de arrefecimento. Mesmo oxigênio dissolvido, pego como a torre de resfriamento esfrega o ar que passa através dele, pode ser medida usando ORP. Assim, o designer deve ter em mente que uma medida do potencial não é específico para o ozônio, mas reflete o potencial total de redução de oxidação de todas as substâncias oxidantes na água.
A sonda do instrumento de medição de ORP é propenso à formação de depósitos por uma fina camada de carbonato de cálcio, de forma eficaz o isolamento da sonda a partir da água que está sendo medido. A leitura ORP parece que vai manter estável quando na realidade o nível ORP verdade está mudando, o sistema de controle é "cego" para essa mudança, e a quantidade necessária de ozônio não é fornecida pelo gerador. A manutenção é essencial para a sonda, e, felizmente, é bastante simples. O benefício de um sistema de controle proporcional preciso e capacidade de geração de ozônio variável é que apenas a quantidade necessária de ozônio é gerado, minimizando o consumo de energia ea possibilidade de corrosão dos níveis excessivos de ozono.

Armadilhas

Falhas na utilização de ozono para o tratamento da água da torre de arrefecimento são mais frequentemente relacionado com a ozonização da água insuficiente para ultrapassar uma carga excessiva de material orgânico na água, ou a temperatura elevada do sistema de torre de arrefecimento. O tratamento com ozônio deve ser evitada nas seguintes situações:

Alta carga orgânica de ar, água, ou processos industriais que exigem uma elevada COD, como o ozono oxida os compostos orgânicos e pode permanecer residual insuficiente para o tratamento de água;

As temperaturas da água que excedem 110 graus F, como altas temperaturas diminuem meia­vida de ozônio e reduzir substancialmente a eficácia global do tratamento de ozônio;

Difícil make­up de água (> 500 mg / L como CaCO3) ou sujo de make­up de água (amolecimento, amolecimento parcial ou filtragem compõem água, às vezes, aliviar os problemas); e Sistemas Volumetricamente grandes e / ou longos de tubulação que requerem longos tempos de residência para obter a cobertura completa de ozônio, como insuficiência de residência ozônio tempo resulta em sistema de desinfecção inadequada, especialmente no torres. a ozonização da água insuficiente para ultrapassar uma carga excessiva de material orgânico na água, ou a temperatura elevada do sistema de torre de arrefecimento. O tratamento com ozônio deve ser evitada nas seguintes situações:

Resfriamento a temperatura da água é fundamental para o sucesso ou fracasso de um sistema de ozônio. Acima de 110 ° F a solubilidade de ozono é praticamente nulo para qualquer concentração de ozono no gás de alimentação. Mesmo a 104 ° F a solubilidade é muito pequena em menos de três mg / L. A maioria das fontes concordam que o ozônio funciona melhor em água bruta igual ou inferior a esta temperatura. Muitos sistemas de refrigeração e arrefecimento processo mais conforto operam a entre 85 ° F e 100 ° F, bem dentro do limite de solubilidade de ozono aceitável. À medida que a temperatura da água em que o ozono está a ser injectado sobe, o ozono irá dissociar rapidamente e não se dissolvem na água. Esta é a principal razão de ozônio não é adequado para aplicações de torres de resfriamento em usinas geradoras nucleares e fósseis e plantas de refrigeração de absorção, onde as temperaturas de água são geralmente elevados.

Problemas ocorrem frequentemente no campo também. Estes cuidados devem ser tomados durante a instalação:

Preparação do ar de entrada é muito importante para o funcionamento eficiente de um gerador de ozono, bem como para a longevidade da unidade. A preparação de gás de alimentação deve incluir a remoção de material particulado para <1 Hm, a umidade <­60 ° F PDP, e óleo de <0,001 ppm w / w. Água de make­up deve ser livre de sedimentos, lama e descoloração, e não deve ter altos níveis de sulfatos (<100 ppm) ou dureza (<500 ppm como CaCO3).Material de construção no sistema de ozônio tratado deve ser compatível com o ozônio, incluindo partes da bomba de água e juntas de flange. A linha de distribuição de ozono a partir do gerador para o contactor gás / água leva a concentração mais elevada (até 12% em peso de ozono);por conseguinte, o material de linha deve ser de aço inoxidável ou de PVC.O gerador de ozônio deve estar localizado em uma área com ar condicionado para melhor eficiência de geração de ozônio (gm input / kW).Temperatura ambiente excessiva (superior a 90 ° F) pode danificar o sistema de geração ou controles, e vai reduzir a capacidade de geração. A capacidade do gerador de ozônio saída do ozônio deve ser inicialmente certificado e verificado anualmente pelo fabricante. Cupons de corrosão para cobre e aço devem ser colocados no sistema e verifiquei duas vezes por ano por um laboratório qualificado. de refrigeração de absorção, onde as temperaturas de água são geralmente elevados.O Safety and Health Administration US Ocupação estabeleceu um limite de exposição de 0,1 ppm de ozônio no ar durante um turno de oito horas.Este poderia ser um problema se as torres de resfriamento estão localizados no nível do solo perto de pessoal, e são excessivamente tratada com ozônio para que a torre está a funcionar como uma stripper de gás ozônio, dando off de ozônio no ar. Com equipamento de monitorização adequada e manutenção do sistema, este não é normalmente uma grande preocupação.Benefícios

Escala e depósitos biológicos reduzir a capacidade dos condensadores de refrigerante e de processo industrial trocadores de calor para transferir calor. Ao inibir ou remover depósitos biológicos (com um deslocamento associado de escala) de forma mais eficaz do que o tratamento químico, o tratamento da água da torre de arrefecimento de ozono irá melhorar o desempenho do sistema de arrefecimento. Os estudos de caso têm mostrado varia de nenhuma melhoria na eficiência de uma melhoria de 20% no desempenho dos sistemas de água gelada. A economia de energia deve ser estimado para cada aplicação individual, com base na condição real de operação do condensador ou permutador de calor e do tipo de incrustação presente. Qualquer economia elétricos projetados devem ser pesados c ontra a energia consumida pelos geradores de ozônio e equipamentos auxiliares, tipicamente 9 kWh a 14 kWh por quilo de ozônio gerado.

Conclusões

Os testes de campo demonstraram que o uso de ozono no lugar de produtos químicos para tratamento de água irá reduzir a taxa de soprar para baixo. Como resultado, a economia de custos se beneficia de uso de produtos químicos diminuiu e fazer­se as necessidades de água, a partir de uma redução do volume de águas residuais e de evasão de sobretaxas de eliminação de águas residuais, devido a substâncias químicas residuais no golpe baixo. Há também benefícios ambientais, como menos cloro ou compostos clorados e outros produtos químicos são descarregados. Quando o ozono oxida o biofilme, que serve como um agente de ligação de escala aderente para superfícies de troca de calor, a acumulação de incrustações em superfícies de permuta de calor é reduzida, e as taxas de transferência de calor mais elevados são atingidos. O aumento da taxa de transferência de calor de um condensador irá reduzir a pressão cabeça chiller, o que permite que o chiller para operar de forma mais eficiente e consomem menos energia.

Há relatos de sucesso e de fracasso quando se utiliza o ozônio como parte de programas de tratamento de água em torres de resfriamento. Os fabricantes indicam que muitas das falhas foram devido a má concepção ou a qualidade inferior do equipamento gerador de ozônio. Às vezes, a aplicação de ozônio era inadequada devido à condição de água de make­up ou as condições de funcionamento da torre. Nestas situações, um programa de tratamento químico tradicional será mais eficaz.

Uma preocupação de funcionamento de um sistema de torre de arrefecimento é a corrosão das diversas partes do sistema. Uma porção significativa da corrosão nestes sistemas está associada com bactérias que criam condições que favorecem a corrosão induzida microbiologicamente.Quando quantidades adequadas de ozono são injectados para manter uma pequena concentração residual, o controlo da população microbiana é realizado. Por outro lado, devido ao seu elevado potencial de oxidação química, o ozono pode ser muito corrosivo. No entanto, por causa de uma quantidade muito pequena de ozono realiza eficaz como biocida, e por causa da sua meia­vida muito curta, o efeito corrosivo do ozono são minimizados.Também tem sido documentada em ozono tratada torre de água de arrefecimento que, quando o pH do sistema se eleva acima de 8,5, protecção contra a corrosão dos componentes da torre de refrigeração tem lugar. Este fenômeno pode ser dependente compõem características da água, como a alcalinidade e dureza, de modo que não dispensa o operador da torre de resfriamento de fazer medições regulares de corrosão.
descarregados. Quando o ozono oxida o biofilme, que serve como um agente de ligação de escala aderente para superfícies de troca de calor, a acumulação de incrustações em superfícies de permuta de calor é reduzida, e as taxas de transferência de calor mais elevados são atingidos. O aumento da taxa de transferência de calor de um condensador irá reduzir a pressão cabeça chiller, o que permite que o chiller para operar de forma mais eficiente e consomem menos energia.

Tecnologia de ozônio parece ser um método confiável e eficaz para o tratamento da água de arrefecimento torre. Como em qualquer processo de tratamento de água, não são relatados sucessos e fracassos. Muita emoção foi gerada em torno desta tecnologia, devido às possibilidades que ela
proporciona. Refrigeração proprietários e operadores de sistemas torre ver economias de custos potenciais, benefícios ambientais, ea redução na perigos de manutenção e de saúde. Como resultado da excitação de proprietários de torre de resfriamento, os fabricantes de equipamentos de geração de ozônio e os vendedores de ver um grande mercado; e muitos jogadores apareceram no campo junto com uma variedade de produtos, serviços e reclamações de desempenho. Finalmente, com uma redução no crescimento biológico, escala, corrosão e uso de produtos químicos, a questão da responsabilidade diminui também. Do ponto de vista dos recursos humanos, a redução do risco para a saúde pessoal melhora o ambiente de trabalho e faz uma declaração pública positiva.