1中央空调循环冷却水、冷媒水、热水的水质现象

1.1循环冷却水系统

中央空调系统的冷却循环水是通过室外冷却塔进行热交换的。在这一敞开式的系统中，一方面，未经处理的普通水在循环系统中由于不断地浓缩与受热，c、M离子浓度越来越高，并逐渐转化为坚硬的Cac03等水垢附着在管壁及设备换热面上；同时，由于通过冷却塔与外界接触，循环水中混进大量空气中的污染物、杂物、细菌、可溶性气体等。随着运行时间推移(约3个月)，管壁上的水垢越来越多，加上循环水中混入的微生物和军团菌的产生从而加剧管道设备腐蚀。表现为换热器效率降低，过水断面减小，循环水水质恶化，出现黄水和浑浊，甚至导致设备腐蚀穿孔。与此同时，循环冷却水的结垢、腐蚀和微生物的繁殖是相互关联的，污垢和微生物粘泥可以引起垢下腐蚀。而腐蚀物又形成污垢。要解决这些问题，必须综合治理。

1.2循环冷冻水系统

循环冷冻水是封闭的系统，水质尽管污染程度较低，但腐蚀程度却很高，若该系统的水不经高度杀菌及有效的防腐蚀处理，污垢及铁锈就会导致滤网及盘管堵塞，从而导致风机盘管的制冷或制热量急剧下降，使空调系统的正常工作温度无法保证。

1.3热水系统

热水系统的水质普遍呈铁锈色，其原因就在于氧气随水温升高而大量析出，从而造成管壁及设备腐蚀。此外水温升高还会造成Cac的大量沉淀，造成换热设备结垢严重。

以上三个方面尤其是循环冷却水的处理是一个国际性的难题。传统的方式是进行软化处理和化学投药。软化水处理是将补充水经过软化处理后注入系统(通过离子交换树脂来降低水的硬度)，这种方法只能在防垢方面起一定的效果，但微生物和军团菌类仍然需要通过投放化学药剂才能根本解决。况且离子交换系统成本高，交换床穿透再生不易彻底，故而并非是一种经济实用的方式。化学投药方式在防垢除垢方面采用加酸稳定重碳酸盐，从而抑制Cac形成，或投加阻垢剂和分散剂。在防腐蚀方面采用添加缓蚀剂，提高冷却水pH值，或用防腐涂料涂覆等办法。在杀菌灭藻方面采用控制水质，或采用杀生涂料及阴极保护、混凝沉淀等方法。

2物理水处理技术发展的必然

传统的化学处理方式虽然能够解决水的菌藻滋生和除垢防腐，但也存在着很多明显的弱点。

1)化学药剂投放程序繁多，配方复杂，不同环境中的系统处理配方要反复测试，效果难控制。

2)化学药剂不能一次性根除菌藻及垢的产生，须常年清洗，存在清洗前设备效率下降，清洗时酸类损伤设备。

3)药剂质量不稳定或失效，自控系统维护难，维护工作量大。

4)化学方法排放大量有害液体，造成环境二次污染。为此，人们一直期待有一种效果明显、维护简单、经济实用、环保的处理方式，物理技术代替化学技术成为一种历史的必然。

3 20世纪物理技术的发展过程

物理技术的发展最初是以吸铁石为基础的磁场技术，其主要的功能是除垢防垢。磁场技术的终级产品是高频磁场类产品。

3.1高频磁场工作原理及存在的问题

高频磁场类产品是利用电子线路产生高频电磁场，使经过除垢仪的水吸收高频电磁能后原有的大缔合体中的结合键被打断，形成活性很高的单分子或小缔合体状态的水，增强了水的偶极矩，促进了水对成垢物质及其组份的作用，改变了ca2、Mg2离子的水合程度，从而改变CaCO3结晶方式，起到除垢防垢的作用。

高频磁场能够在一定程度上解决结垢对热交换系统的困扰，但也因其原理上的缺陷而无法砌底地解决中央空调循环水的处理问题。具体表现在以下几个方面：

1)高频磁场在一定程度上受到其他大功率电机的干扰，磁场效果不稳定，必须采用屏蔽手段。

2)高频磁场通过磁力线切割水流，要求水的流速通常在1.5m/s以上才有较强的磁力线作用，在流速较低时或空调机组在某些季节不是全部运行时，总管水量会降低因而流速下降，磁场效果会受影响。

3)高频磁场在杀菌灭藻、防腐蚀方面没有科学的原理解释和相关报道，也缺乏具体的测试报告。尽管一些样本上都宣称有这些功能，但其可靠性尚需进一步证实。

4)高频磁场产生的频率一般为某一固定频率，参数不能调节，对某些水质应用效果差。值得注意的是，高频磁场作为20世纪70年代的技术，专利早已公开化，制造工艺简单，成本较低，很多没有开发能力的商家稍加包装便可投放市场，造成目前高频类电子除垢产品充斥市场，品种繁多、良莠不齐、价格混乱，严重损害了消费者的利益。进入20世纪80年代后，建立在电场技术上的高压静电克服了高频磁场的部分缺陷，在除垢防垢效果上更稳定，并有一定程度的杀菌灭藻功能。

3.2高压静电的工作原理及存在的问题

当水偶极子通过水处理器的静电场时，偶极子将按正负有序地连续排列，水分子偶极矩增大。当水中含有溶解盐类，这些盐类的正负离子将水偶极子包围，也将按正负顺序排列于偶极子群中，使之不能自由连动，也就不可能靠近器壁，从而防止水垢生成。另一方面，由于水分子的偶极矩增大，使它与同类的正负离子的水合能力增大，因水的极化作用，使水分子赶向器壁，使原有的老垢龟裂、疏松、逐渐溶解和脱落。同时，由于静电作用水中会产生一些“自由”电子，这些“自由”电子被吸收后易生成和H2等物质，这些物质具有较强的杀菌减藻能力。高压静电技术同高频磁场技术相比，除垢防垢效果更稳定，并有一定程度的杀菌灭藻功能，但也有其不足。

1)电极与水通过绝缘层进行保护，直接施加在水体上的电压小，水体通过的电流也极其微弱，因而产生的活性氧有限，杀菌减藻能力难以提高。

2)采用上万伏高压，有较高的绝缘技术要求。

3)在防腐蚀方面没有直接的作用机理。进人20世纪90年代、以同济大学研究的低压电场技术为代表的全新物理水处理技术突破了原有技术的缺陷，在技术上更先进，功效上趋于完善，解决了水处理上的除垢防垢、杀菌灭藻及防腐蚀的问题，是目前唯一能完全代替化学方法的物理水处理技术。

3.3低压电场的工作原理及其特点

3.3.1防垢、除垢工作原理

1)水经过水处理器后，水分子聚合度降低，结构发生变形，产生一系列物理化学性质的微小弹性变化，水分子的偶极矩增大，极性增加，因而增加了水的水合能力和溶垢能力。

2)水中所含盐类离子如Ca2+、Mg2+受到电场引力作用，排列发生变化，难于趋向器壁积聚，从而防止了水垢生成。

3)特定的能场改变CaCO3结晶的过程，抑制坚硬的方解石产生，提供产生松软文石结晶的特定能量。

4)水中悬浮粒子及胶体处理后其表面Zeta电位发生变化，趋于沉淀析出，沉淀被水流冲走或排污去除。

5)处理后水中产生活性氧。活性氧掺杂结晶过程，加速胶体脱稳。对于已结垢的系统，活性氧将破坏垢分子，改变其晶体结构，使坚硬老垢变为疏松软垢，导致积垢逐渐剥落，乃至成碎片、碎屑脱落，达到除垢的目的。

3.3.2杀菌、灭藻工作原理

低压电场用于微生物(如菌藻)滋生水质的净化处理，其原理在于水流经水处理器时，水中细菌和藻类的生态环境发生变化，生存条丧失死亡。具体表现在三个方面：

1)改变生物生存的正常电场强度，可改变或影响细菌(如E.Coil)的生理代谢，如基因表达程序、酶活性等，使细菌生存反常，这是导致细菌死亡的原因之一。

2)外电场破坏了细胞膜上的离子通道，改变了调节细胞功能的内控电流，从而影响细菌的生命。含菌液体渡过强电场，致使变化电流通过液体，在导电通路上的细胞被高速运动的电子冲击致死，达到灭菌的目的。

3)电场处理水过程中，溶解氧得到活化，产生0，一、OH、H2以及02等活性氧，活性自由基对微生物机体可产生一系列的有害作用，是造成有机体衰老的最主要原因。

3.3.3防腐蚀工作原理

1)水处理器外壳与金属管路、管壁作为共同阴极，抑制了金属管路、管壁的电化学腐蚀(#HJn电流阴极保护)。

2)活性氧可在新管壁上生成氧化被膜。

3)微生物滋生被控制，管路、管壁积垢被清除，使腐蚀的两大原因(微生物腐蚀和沉积腐蚀)被抑制。低压电场技术同其他水处理方法相比，具有以下几个特点：①杀菌灭藻及防腐蚀原理科学，功能完善；②采用36V低电压，安全性高；③节能效果显著，自身功率<100W；④运行管理方便，维护简单。

低压电场技术作为20世纪90年代的物理水处理技术的最新成果，解决了原本只有用化学方法才能彻底解决的空调循环冷却水、冷媒水、热水的水质处理问题，且比化学方法更经济、更方便、更环保、更节能，代表了水处理技术的发展方向。