水分子氢键和水分子团课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,阻垢缓蚀原理简介,阻垢缓蚀原理简介,1,水分子，氢键和水分子团,CO2,水分子团包含着溶解的离子和气体分子等,报道显示，水分子团会导致不规则密度的最大化,低密度像冰一样的颗粒 高密度的液体矩阵,低密度的窗格形的水团 水团中缝隙加了一个分子,水分子，氢键和水分子团CO2水分子团包含着溶解的离子和气体,2,电场和磁场对水分子团和氢键的作用,事实表明:,水是,抗磁性体，,这就意味着它能够受外部磁场的作用，但是不能维持磁力。,水是可受外部电磁场的作用，当一个外部电磁场如微波加入时，水分子会对交流微波产生反应。当水分子旋转并且“互擦”时产生热量能够使水沸腾。实际上，水会对不同的频率包括红外频率的电磁波产生反应。,当用超过10T的静磁强度来处理水时，氢键被弱化，且水分子团会变得更小。而在一定的电磁场强度下，氢键却会加强，且大分子团的数量会增加。,当水通过SRF亚音频电磁波处理后，氢键会加强而且会带来水的以下物理性质的变化:,比重的减小。,表面张力的改变。,溶解度的增加。,水的PH值也会有所改变，pH值会随着处理时间的增加而有所上升；而不像温度对pH值的影响，pH值随温度升高而降低。,电场和磁场对水分子团和氢键的作用事实表明:,3,水垢控制,在冷却水系统中常见的水垢类型如下:。,碳酸钙 方解石 镁盐,硫酸钙 硅石,磷酸钙 氧化铁,所有的水垢当中，碳酸钙水垢是最常见的。因为碳酸钙的反向溶解性，它在比较高的热传导表面，比如说热交换器管壁表面，通常都会形成水垢。对于未处理或是使用化学处理的水，所形成的碳酸钙水垢属于低位能的方解石硬垢。,方解石,文石,使用亚音频波系统处理水时，在较高的能量状态下，碳酸钙就会形成疏松粉末状水垢，称为文石。如上图所示的粉末状水垢，它的成分跟方解石是一样，都是CaCO,3，,但是晶体形状不一样。通常，粉末状水垢会随着水流动，而被旁滤器过滤掉。要区别是方解石还是文石，只需简单地用手指碰触它们，如果它变成粉末，那就是粉末状水垢-文石。而坚硬的方解石水垢会紧紧的粘在物体的表面上，要用启子把它凿下来，或者用酸进行溶解。,区别水中因蒸发而干积的水垢也是很重要的。如冷却塔填料空隙里出现的干积物，当水放干或蒸发时，在水中的所有TDS就会变成在填料空隙中可以看得到的干积物，这是自然现象，并不表示水处理效果的优劣。,水垢控制在冷却水系统中常见的水垢类型如下:。方解石文石使用,4,水是抗磁性物质，具有极性分子结构。因此，水会对磁场和电场都有反应，例如永磁，电磁和静电。,使用电磁波处理，不同波段的频率会对水产生不同的效果。例如，红外线能够被分子簇吸收，也会影响水中的OH，微波会对水分子产生扭转的力，无线电波会影响水分子的氢键和水中其它离子性质。,使用亚音频系统处理，会加强水的氢键，形大较大的水分子团，把溶解的固体包裹起来，即使在高温情况下，也不会沉淀出来，提高了处理水的溶解能力。这也说明，水中的碳酸钙的溶解能力会增强，从而不会形成碳酸钙硬垢。这与化学方法使用磷酸盐来溶解一些离子类似。,水垢控制,使用化学方法处理，必须维持水中一定的药剂浓度。类似的，为有效控制水垢，SRF的能量必须维持在一定的水平。通常，硬度和,TDS,越高，所需要的能量越多。,水垢控制,5,除了SRF输入的能量，还有其它的因素会影响到SRF处理效果的。温度是在选型时必须考虑的重要的因素，这是因为温度升高会使水中的氢键重新排列。如果温度很高，所有的氢键将会打破，水会以蒸汽分子的方式跑出来。,因此，在锅炉水处理中，必须输入更多的SRF能量。其它的因素，例如高pH，高碱度等也会促成碳酸钙的形成，因此需要输入SRF能量也更多，以防止水垢的形成。高TDS含量要求的SRF能量也多。而LSI指标都有考滤以上这些因素，因此在SRF系统选型时，可以用LSI作为一个参考。,水垢控制,比较直排和多次循环系统，在多次循环系统中水可以重复处理，因此所处理的效果较直排好。相对一定量的水，达到同等的处理效果，多次循环的系统所需要的能量比直排要少些。,High SRF energy,Low SRF energy,除了SRF输入的能量，还有其它的因素会影响到SRF处理效果的,6,水垢控制,与软化方法把钙离子从水中去除掉不同，亚音频波系统控制水垢并没有把钙离子和TDS拿掉，而是把它们溶解在水中不沉淀出来。亚音频波系统有两种水垢控制方式。,1)增大碳酸钙等的溶解能力，不形成结垢。,2)在溶解能力达到饱和状态下，改变结垢晶型，结垢为文石状软垢。,为了达到第一种控制水垢的方式，不形成文石结垢，对那些高LSI的水质，特别是热交换器表面温度较高的。需要较多的SRF能量。,通常在考虑到经济运行的情况下，如果热交换器和水循环系统可以承受文石的形成，可以减少亚音频的能量。通常，壳式和管式热交换器可以允许有文石形成，但板式换热器等热流密度较大的换热器，如果水流过的间隙小于6mm的则不允许形成文石软垢。,针对板式换热器等热流密度较大的换热器，要选择亚音频系统较为经济的运行方式，则必须控制TDS在400 800 ppm以内(视换热器类型），但此运行模式下所消耗的水较多；如TDS必需控制在较高水平的情况下，则只有加大SRF的能量。,使用亚音频波系统来控制碳酸钙水垢，考虑水质最简单的方法就是根据可能造成的结垢因素进行分类，例如钙硬度、碱度、TDS、pH和温度，可通过LSI值来体现。我们可以根据控制水垢要求来估算SRF能量,X,保持时间。在标准的亚音频SRF选型中，LSI值一般控制在 2.5。如果要控制更高的LSI，则必须增加SRF能量X保持时间。所以，在亚音频波系统选型时，必须考虑的因素包括;,系统损失的水,系统的保有水量,SRF能量保持时间,设备运行限制,水质,水垢控制与软化方法把钙离子从水中去除掉不同，亚音频波系统控制,7,腐蚀控制,腐蚀控制的一般概念,在化学处理中，用LSI来判断腐蚀是否发生是一个错解观念。在使用LSI指数时，当指数是负的时候，通常称水是“腐蚀性的”，而且这个术语经常被曲解。许多人认为这个,“腐蚀性的”,意味着金属暴露在,“腐蚀性的”水中，实际的腐蚀率将会变高；相反，当指数为正时，通常会误认为没有腐蚀发生，而会认有“结垢”发生。,LSI指数并不是预知水的腐蚀性的方法，在LSI中，术语,“腐蚀性的”实际是指在水中碳酸钙的溶解倾向。它不是一个,用来,预知水的腐蚀活动或材料腐蚀率的指数。,金属是否会腐蚀，在水中腐蚀的快或慢是根据与以下条件相关:,金属的类型，,水的电导率，,暴露的环境，,溶解氧的水平，,其他溶解的气体和固体，,pH值,材料的设计和选择，,任何双金属和它们的几何形状等。,化学处理腐蚀控制原理,在腐蚀控制中，化学处理方法是通过使用缓蚀剂来控制的，能作用抑制产生阳极的反应的缓蚀剂叫做阳极钝化剂；能作用抑制产生阴极反应的缓蚀剂叫做阴极钝化剂，两者中的任一个抑制反应都减缓腐蚀。典型代表性的化学药剂有:,铬酸盐钼酸盐,亚硝酸盐磷酸盐,硅酸盐,腐蚀控制腐蚀控制的一般概念,8,亚音频波系统是通过产生磁铁层来控制腐蚀。在橙色的Fe2O3（三氧化二铁）下面形成的黑色磁铁层（四氧化三铁）会保护钢材不会受到进一步的腐蚀。亚音频波系统,不是把橙色的Fe2O3铁锈转变成黑色的Fe3O4（四氧化三铁）的磁铁层,，这是很重要的。磁铁层是新形成的，并不会使现有的红色铁锈改变为磁铁层。,磁铁层不会在较短的一两天内产生，而需要几个星期到几个月的时间，并且需要一定的最小电流和适合的频率。,由于Fe3O4磁铁层是处于较高的能量态，因而磁铁层会转变成较低能量态下的Fe2O3，适合发生转换的条件是水体呈PH呈酸性。当pH值低于6时，磁铁层的形成就会很慢。如冷却塔使用低pH值(低于6)的废弃RO（反渗透）水，或空气污染引起或由于工艺泄漏造成的酸性水时，磁铁层就比较难以控制腐蚀。,亚音频波处理对铜和铜合金的保护,铜和铜合金由于具有亚铜保护膜，抗腐蚀能力比碳钢强。使用亚音频波系统处理，在内部会形成更致密的亚铜保护层。氧化亚铜的抗腐蚀性能视生成的厚度和耗损率而定。亚音频波系统处理后的腐蚀率能够维持在0.2 mpy以下。,腐蚀控制,亚音频波系统是通过产生磁铁层来控制腐蚀。在橙色的Fe2O3（,9,碳钢腐蚀控制-,亚音频水处理系统输入的能量会促进磁铁层的形成，然而溶解氧的偏极影响会阻碍磁铁层的形成。因此，那些和水接触的表面会被腐蚀成红锈层Fe,2,O,3,。而在红锈层下因氧浓度较低，则易形成磁铁层。在密闭的冷冻水系统或锅炉水系统则开始就形成磁铁层，而不是红锈层。,3Fe+4H,2,O,Fe,3,O,4,+4 H,2,锅炉水系统,密闭冷冻水系统,开放式冷却水系统,使用亚音频系统处理，视氧的多少，会发生如下反应。,3Fe(OH),2,Fe,3,O,4,+2H,2,O+H,2,When oxygen availability is high，red hematite or ferric hydroxide forms,Black magnetite formed，when oxygen availability is low，temp is low,Black magnetite formed，when oxygen availability is low temp is high,开放式冷却水系统,开放式冷却水系统,腐蚀控制,碳钢腐蚀控制-3Fe+4H2O,10,杀菌抑藻原理简介,杀菌抑藻原理简介,11,细菌和藻类控制,影响冷却塔内细菌和藻类等微生物的主要因素有：,营养物质,水温,pH,溶解氧,阳光,细菌数,清浊度,粘膜,水流速度,营养-,水系统中的微生物生长主要依靠水体中的营养物质。而营养物质多少与COD(化学需氧量)有关，COD是反映水中有机物的含量多少。,COD和微生物粘泥的关系如右图。当COD 超过100ppm，则会发生生物粘泥问题。,在氨水中，细菌通过把氨水转化成硝酸后获得能量，会极大地带来铜和合金的腐蚀。,冷却水中铁细菌通过把亚铁转换成铁离子而获得能量。,在使用化学方法处理时，所添加的阻垢药剂也是生物的营养源，所以准确的剂量是很重要的。,20 50 100,Biofouling problem frequency,COD ppm,Without treatment,With treatment,Increase in fouling factor of a heat exchanger with slime adhesion,细菌和藻类控制影响冷却塔内细菌和藻类等微生物的主要因素有：,12,细菌和藻类控制,绿信水处理利用亚音频波与,纳米M+离子,两个系统的共同作用可以很好的控制细菌和藻类;,亚音频波阻垢缓蚀系统,纳米M+,离子发生器,当细菌和微生物通过亚音频波的处理一段时间后,，会受到很大的影响和改变。,延长,类似于电熔和电穿的现象,细菌和酵母通常对电场很敏感。具有电脉冲的处理能够杀死微生物，电磁波会选择性的损害生物膜内部，电磁波辐射能够杀死细菌或其它类似细胞物质，阳光中紫外线可以损害细胞外表层使得细胞死掉而且剥落下来(这就是为什么我们的皮肤晒黑后会脱皮)，同理应用到细菌中去，只要细菌没有了保护它们免受损害的厚细胞层，它们就会被杀死。,细菌和藻类控制绿信水处理利用亚音频波与纳米M+离子两个系统的,13,细菌和藻类控制,细菌的成分主要有氢键、DNA的蛋白质（由氢键把蛋白质链成一个链状)、细胞膜和其他部件，它们都具有带极性键。细菌被亚音频波处理后，细菌的两极就随着电磁波被改变，使得细菌分裂受到抑制，只能向两端延伸。细菌的鞭毛变弯曲，大多数细菌相互黏附在一起，类似电穿和电熔的过程。所有这些都使得细菌生长受到抑制，控制了它们的新陈代谢。,水被电磁波处理后，水里面的细菌生长就会受到抑制，实际上在处理达24个小时后，细菌总数就会急剧下降，根据电磁波的能量不同下降的情况也不一样。,Log 6,Log 5,Log 4,Log 3,Log 2,Log 1,0,天数,强