淡水的短缺和补给水，排污 处理和化学处理的成本增加使得需要增加冷却塔系统中的浓缩循环（COC），这减少了淡水的组成，排放到下水道和化学处理成本。（循环浓度被定义为溶解的固体由划分一个冷却水的水平溶解固体的水平化妆水，是在冷却系统中的水已被浓缩的次数蒸发）。不幸的是，增加的COC还增加了浓度的硬度在冷却水中的离子，使循环水高度尺度形成（参见图1）。在热交换器中形成硬度 标度是不希望的，因为即使少量的水垢也会降低传热效率，导致冷却器操作的功耗增加和工业过程中的生产率降低。在严重的情况下，水垢可以完全堵塞热交换器和管道。

许多具有化妆硬水的设施总是面临着控制水垢的问题。通过使用化学抑制剂控制硬度 等级，添加或不添加酸以调节pH。这种技术并不总是有效的，可以是极其昂贵的，酸的使用风险，严重损坏设备因腐蚀，作为以及为呈现安全隐患操作人员。

冷却塔 排污往往是许多设施的主要用水，所有排污从冷却塔操作必须用新更换的化妆水。排污进行三项费用：水的购买价格，一个排污收费处理和水的成本处理化学品。数量可能很大。例如，一个1000吨的年度热负荷冷却塔，以化妆溶解固体含量（COC = 2）的两倍运行，每年将蒸发9,690,750加仑（gpy），排污率为9,690,750 gpy。如果溶解固体 浓度增加到化妆水位的四倍（COC = 4），排污量将减少到3,230,250 gpy。方程是：

蒸发 =吨冷却×26.55gpd 
排污 = 蒸发 / COC-1

与传统的，非酸硬化妆水 处理技术，冷却塔一般可以在最大COC值的两个和四个之间操作的基础上，化妆水质量，由于规模如果超出了这些值形成。

一种经过验证的技术可以解决增加COC同时避免水垢问题的需求，即在使用前软化补充水，去除形成水垢的离子。Harfst1详细讨论了冷却塔中软化补充水的多方面优势。在反对最经常提到的潜在问题使用这种技术的是增加的腐蚀性的循环软化水，成本软化和盐水 处置从再生的阳离子交换水软化剂。如下面的讨论所示，已成功解决了这三个引用的问题。在全国各地的大量暖通空调和工业设施中，软化补水已在冷却塔中使用了10多年。

历史

冷却在高COC与软化的塔的操作的化妆水在1974.2颁发的专利首次公开当前技术是基于一个项目在1984年开始在Brockway的玻璃公司（参见图2）来控制比例在极高的热，通量 -炉，电极冷却夹克。此项工作已经开发并完善为完整的专利水管理技术，该技术满足了增加COC的需求，同时以合理的成本保持对水垢，沉积和腐蚀的控制.3

对于遭受冷却系统中结垢形成或由酸性 pH控制系统中的干扰引起的腐蚀损害的设施而言，该技术的好处立即显而易见。使用软化水可立即消除冷却水的水垢潜力，使其不会形成水垢，同时通过进料腐蚀性，危险处理酸完全消除了对pH控制的任何进一步需求。

由于消除了结垢形成的可能性，冷却塔可以在更高的COC（通常为8至10）下运行 - 主要是由于冷却塔进气口中固体沉积的可能性。节约用水量很大; 使用我们之前的1,000吨热负荷冷却塔的示例，在COC为2时运行，排污量为9,690,750 gpy。采用软化水补充并以8的COC运行将减少排放至1,384,393 gpy，大幅减少 8,306,357 gpy的淡水。

腐蚀控制

循环软水比硬水腐蚀性更强，因为所有腐蚀促进成分的水平增加了2到15倍以上。特别是，较高水平的氯化物和硫酸盐会增加冷却水的腐蚀性。因此，水管理计划必须提供卓越的腐蚀控制化学。所引用的专利公开了控制软水环境中铁，镀锌，铝，锌和黄（湿润）金属腐蚀的特定化学物质。使用软水补充和这种化学技术的冷却塔通常在钢腐蚀下运行速率低于2密耳/年，通常达到0.25至0.5密耳/年的速率。黄金属腐蚀速率低于0.2密耳/年，通常低至0.02密耳/年。这与使用传统的水垢和腐蚀控制技术与硬水补充所能达到的性能相当或更好。

关于冷却水的硅含量，随着pH和温度的升高，二氧化硅实际上变得更易溶解。二氧化硅在冷却水中通常不会受到关注，直到其含量超过175 mg / L.4,5一种专利处理化学品使用软化补充水，使用硅酸盐作为主要成分，自2007年开始使用以来，没有形成任何硅酸盐结垢。

“白锈”是由于高pH值/高碱度水的化学侵蚀导致镀锌钢加速腐蚀的结果（见图3）。在碱性补给水的任何区域中，冷却系统的高COC操作被认为是主要问题。软化硬水实际上使问题变得更糟; 用钠离子代替硬离子使得水对锌及其合金具有更强的腐蚀性。对所涉及的化学作用的简单考虑表明，用两个钠离子取代一个钙离子会增加软化水的导电性，从而增加其导电性 腐蚀性。此外，在化学水处理工业中普遍接受的是，钙离子实际上起到减少腐蚀的作用，而钠离子增加了腐蚀。

虽然许多公司建议使用pH控制（通过添加酸将冷却水的pH保持在8.2以下）作为控制白锈的唯一方法，但已经开发了几种有机膜腐蚀抑制剂，并证明可以提高对白锈病的控制效果。 pH值。因此酸不需要与使用的pH控制软化水化妆和适当腐蚀 - 抑制剂化学。

成本

再次，使用我们1000吨的年热负荷，运营成本将使用来自美国亚利桑那州凤凰城的第五大城市的运行冷却塔的水分析数据进行评估。表1显示了用标准膦酸盐 - 聚合物处理处理的补充水 /冷却水和使用中具有软化补充水的预计冷却水组合物。

对于成本分析，城市供水和下水道费用分别为3.50美元/ 1,000加仑; 盐的价格为0.08美元/磅; 硬水化学价格为2.80美元/磅; 软水化学品价格为2.70美元/磅，生物杀灭剂价格为2.15美元/磅。使用普遍接受的计算方法，可以容易地生成表2中的结果。

正是从这个表中的1000吨级年度热负荷在操作相当清楚的冷却塔上的软化化妆水提供了实质性的年度费用削减的$四四六一三。适当尺寸的双罐阳离子交换软水器的零售成本约为19,000美元，安装成本低于10,000美元，安装成本为29,000美元。为我们的1000吨热负荷转换为软化补充水的回报不到一年。

盐水 排放

现在国家的几个区域限制排放的再生 盐水 的废水从阳离子交换软水。为了应对这一新挑战，我们提供了几种技术来提供柔软的补充水，而且没有盐水 排放。

纳滤是与反渗透相关的膜过程，其优先排斥多价盐，例如钙和镁。然而，来自纳米过滤器单元的浓缩物可能存在处理问题，因为其具有提高的溶解固体水平（然而，其显着低于来自软化器再生的废水）。

再循环水软化剂是配备有一个子系统以捕获一个标准软水再生 废水 盐水和化学沉淀的硬度离子，以使得盐水可循环使用。然后将沉淀的硬度离子脱水并作为固体废物处理。这种装置可以在不排放含有高浓度溶解固体的废水的情况下运行。

多年来，作为软化大量水的方法，化学沉淀已被实施为钠钙软化。最近开发的苏打 - 碱性沉淀与斜板澄清器技术的结合使得这种生产软化水的方法适用于较小（低至10加仑/分钟）的装置。这样的装置会使沉淀的硬度离子脱水，这些离子将作为固体废物处理。配有压滤机的斜板澄清器不会排放任何废水（见图4）。

微生物和军团菌控制

最近对使用软化水操作的几个冷却系统中军团 菌存在的测试导致未检测到报告。这些结果促使对科学文献的回顾和已发表报告的发现，6这清楚地表明，冷却塔水中军团菌的增殖与pH和碱度的增加呈负相关。鉴于报道的军团菌的pH耐受范围为5.5至9.2，冷却塔的操作冷却水pH值高于9.2和高碱度是控制军团菌的一种手段 在冷却塔。

Harfst的论文指出，较高的pH值和碱度值不仅会减少军团菌的 生长，还会对其他微生物产生不利影响。关于微生物控制的一些额外评论也在文章7中找到，其中理论上认为高pH和碱度与通常在用软化补充水操作的冷却塔中发现的高溶解固体相结合，对所有微生物都是生物静电的。

结论

冷却塔在8 ℃ 及以上的COC下使用软化的补充水操作，通常获得具有高碱度和溶解固体的冷却水pH值9.2至10.0 。这些条件对微生物有不利影响，包括军团 菌。这种记录的效果减少了微生物控制所需的杀生物剂的量以及军团病爆发的可能性。虽然在8℃及以上的COC下使用柔软化妆品的操作最小化了对杀生物剂的需求，但是最佳实践表明使用杀生物剂来确保完全控制。我们发现了一种单一的氧化杀菌剂足以在大多数冷却塔系统中建立良好的微生物控制。对于循环软水通常具有高pH值，所选择的氧化性杀生物剂是二氧化氯和溴，两者都可以在现场生产以最小化处理有毒杀生物剂的危害。