一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法与流程

本发明涉及循环冷却水系统水处理，具体涉及一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法。

背景技术：

1、循环冷却水系统是工业生产中常用的水循环系统，其主要用于降低设备温度或降低物料温度。但由于循环冷却水系统在运行过程中会发生管道内表面水垢或污垢沉积，微生物及细菌藏身于污垢与管道内表面之间，因微生物及细菌不断繁殖和代谢，产生大量酸性物质和悬浮物，不仅导致管道内表面在代谢酸性环境下发生垢下腐蚀，而且产生的悬浮物絮凝沉降于管道流速缓慢区域，进一步为微生物和细菌生长繁殖提供空间，随着时间的延长，管道具有严重的腐蚀风险，使得工业生产无法安全稳定运行。

2、循环冷却水系统中的污垢、微生物及细菌等污染物，会增加循环冷却水的流动阻力，增加系统的能耗和维护成本。传统阻垢剂只能减缓循环冷却水系统中后续水垢在管道内表面附着速率和改变水垢的结晶成核机制，但无法去除管道内表面已经附着的大量水垢；传统缓蚀剂只能降低内表面相对洁净的腐蚀速率，无法高效的穿过水垢或污垢层，导致无法有效阻止垢下腐蚀的发生；传统杀菌灭藻剂只能杀灭循环冷却水系统中浮游生物及循环冷却塔壁上的菌藻，无法对藏匿于水垢或污垢下的微生物及细菌产生高效杀灭作用；综上所述，传统药剂法通过大量投加多种药剂，能够对循环冷却水系统的阻垢、缓蚀、杀菌灭藻有一定的控制作用，但无法从根本上清除系统中管道内表面上的庞大微生物及细菌群体，从而导致循环冷却水系统的水垢沉积、腐蚀率上升、菌藻生长的现象反复发生。

3、循环冷却水系统的回水将从冷却塔上部，经填料滴落至下方水池，在回水滴落过程中，液滴中的二氧化碳不断向空气中逃逸，从而导致循环冷却水系统在自然条件下的ph不断上升，随着ph的上升，水体中碳酸根离子含量不断上升，将会加剧系统的结垢风险，严重影响换热器、管道、填料等区域的使用寿命及换热效果，因此，各工业企业为维持循环冷却水系统ph的稳定，必须持续向循环冷却水系统投加大量的酸，从而导致水体环境含盐量不断增加，严重影响水循环利用。

4、针对上述情况，如何实现除垢、灭菌、防腐蚀、调节ph的效果，且无添加任何化学药剂及催化剂的绿色节能水处理技术，是一项重要的研究任务。

5、纳米气泡水处理系统和方法，作为一种环境友好型水处理技术，主要通过纳米气泡与循环冷却水混合流动，吸附于管道内壁时发生破裂，引起局部湍流增加剪切力清除管道内表面的水垢，产生高温高压杀灭污垢下的细菌，且不会对系统造成损害，还能够高效利用碳捕集的高浓度二氧化碳，成为一种低成本的水处理技术方法之一，因此开发了一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法。

技术实现思路

1、针对上述技术背景中的问题，本发明的一个目的在于提供一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法。

2、为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法，由依次连接的七个部分组成，分别是控制系统、水箱、精密过滤器、水泵、纳米气泡发生器、水质在线分析系统、电动阀门。

4、进一步地，所述控制系统是集中控制水箱、精密过滤器、水泵、纳米气泡发生器、水质在线分析系统、电动阀门的综合反馈控制系统。

5、进一步地，所述水箱内部储存水为纯水，水质指标要求电导率≤10μs/cm、总硬度≤2.5mg/l、氯离子≤1mg/l；且水箱设置液位计，当液位低于设定值后，控制系统将停止纳米气泡水处理系统的运行。

6、进一步地，所述精密过滤器是过滤或吸附进水中的污染物，防止水箱中出现污染物或颗粒物，保障后端装置的安全稳定运行。

7、进一步地，所述水泵为系统的主要动力来源，需要提供一定的压力，使得纳米气泡水流具有一定的压力和流速，满足注入循环冷却水系统的参数要求。

8、进一步地，所述纳米气泡发生器是根据现场工况条件，可以选择超声波、气体扩散、电解、磁场、机械震荡等多种技术手段产生纳米气泡，纳米气泡存在于水体形成混合流体，随着水体共同注入循环冷却水系统的管道中。

9、更进一步地，所述纳米气泡的直径在10~200nm之间，所述混合流体含气量在10%~85%之间，纳米气泡混合流体的流量和注入位置均根据循环冷却水系统的系统情况进行调节和优化。

10、进一步地，所述水质在线分析系统是对纳米气泡存在的水体进行在线监测分析，通过分析温度、压力、流量、ph等参数，若参数偏离设定值，及时反馈给控制系统，从而保证纳米气泡水处理系统的有效运行。

11、所述的一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法，包括以下步骤：

12、(1)将水箱中的纯水引入精密过滤器；

13、(2)经过精密过滤器过滤和吸附，主要防止水箱中误入污染物或颗粒物，然后进入水泵，水泵的出水满足纳米气泡发生器所需的最小压力；

14、(3)纳米气泡发生器根据现场工况条件，选择超声波、气体扩散、电解、磁场、机械震荡中的某一种或多种技术手段产生纳米气泡，纳米气泡存在于水体形成混合流体，纳米气泡的直径在10~200nm之间，混合流体含气量在10%~85%之间，纳米气泡混合流体的流量和注入位置均根据循环冷却水系统的系统情况进行调节和优化；纳米气泡的气体成分可以选择空气、二氧化碳或其他气体，若选用二氧化碳为成分，可以弥补循环冷却水在与空气热交换过程中所逃逸出去的二氧化碳量，缓解循环冷却水系统ph上升，从而大幅降低循环冷却水系统的加酸量，较大程度的减少离子引入水环境，然后纳米气泡混合流体进入水质在线分析系统；

15、(4)水质在线分析系统对纳米气泡存在的水体进行在线监测分析，通过分析温度、压力、流量、ph等参数，若温度≥60℃、ph≥10、流量≤0.01m³/h，水质在线分析系统反馈给控制系统，控制系统发出电动阀门关闭指令，水质在线分析系统的出水将回流至水箱，若控制系统10min仍未收到水质在线分析系统请求控制系统打开电动阀门的指令，则控制系统关闭纳米气泡水处理系统，并发出故障报警提示，以便技术人员现场检修，若水质在线分析系统验证达标后，反馈给控制系统，控制系统发出电动阀门打开指令，纳米气泡混合流体注入循环冷却水管道中；

16、(5)纳米气泡混合流体水注入到循环冷却水系统的管道中，使其与循环冷却水混合，注入的纳米气泡混合流体的体积与循环冷却水的体积之比为1:100~1:50000，纳米气泡会在循环冷却水中形成一定浓度的纳米气泡悬浮液，部分纳米气泡吸附于管道内壁或内壁附近区域发生破裂，引起局部湍流增加剪切力清除管道内表面的水垢，同时破裂时产生高温高压杀灭污垢下的细菌，另一部分纳米气泡在水中不断漂浮和破裂，产生微小的冲击波和涡流剪切力，从而破坏微生物、杀灭细菌；不同特性的纳米气泡气体，可以调节循环冷却水系统的ph，大幅减少系统加酸量；通过纳米气泡水处理系统的分析及控制，使得循环冷却水系统达到除垢、灭菌、防腐蚀、调节ph的效果。

17、所述纳米气泡水处理方法的工作原理：

18、附壁效应：纳米气泡混合流体注入循环冷却水管道中，与循环冷却水进行混合，使得纳米气泡随着循环冷却水不断流动，由于纳米气泡具备一定的附壁效应，使得部分纳米气泡吸附于水垢或污垢的表面，以及纳米气泡吸附于洁净的管道内表面形成气泡层。

19、剪切力作用原理：纳米气泡吸附于水垢或污垢的表面或吸附于洁净的管道内表面形成气泡层，当气泡聚集到一定程度时，会发生气泡破裂现象，产生涡流和微小涡旋，形成高剪切力作用区域，将水垢或污垢从管道内表面剥离。

20、冲击波作用原理：在纳米气泡破裂后，周围的水分子被加速运动，形成一个水环，绕着气泡周围旋转，水环的运动速度很快，可以达到几百米/秒，同时产生高声波环境条件，破裂时产生的冲击波可以将附着于管道内表面的水垢或污垢击碎，从而实现清除。

21、高温、高压作用原理：纳米气泡在破裂时能够形成高温、高压区域，温度高达数千摄氏度，压力高达几十兆帕，可以杀灭藏于水垢或污垢下的微生物及细菌，由于产生的高温和高压，水中会发生化学反应，生成一系列的自由基和氧化物，从而具有一定的杀菌和防腐蚀效果。

22、负电荷表面吸附原理：纳米气泡表面带负电荷，可以吸附钙离子、镁离子等成垢阳离子，降低了结垢离子的浓度；纳米气泡带负电荷的表面还可以吸附微晶，其晶种作用有利于大尺寸晶体的形成，打破晶体生长规律，减少水垢对管壁的粘附。

23、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

24、纳米气泡技术的作用原理和物理化学反应使其在工业循环冷却水处理中具有很好的应用前景，它可以快速、高效地清除污染物，提高循环冷却水的热传递效率和系统稳定性，同时该技术对环境和材料无负面影响，具有较好的环保性和可持续性。

25、本发明中一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法，可实现除垢、灭菌、防腐蚀、调节ph的效果，是一种无添加任何化学药剂及催化剂的环保水处理技术，可广泛应用于工业循环冷却水系统。

技术特征：

1.一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法，其特征在于，由依次连接的七个部分组成，分别是控制系统、水箱、精密过滤器、水泵、纳米气泡发生器、水质在线分析系统、电动阀门。

2.根据权利要求1所述的一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法，其特征在于，所述控制系统是集中控制水箱、精密过滤器、水泵、纳米气泡发生器、水质在线分析系统、电动阀门的综合反馈控制系统。

3.根据权利要求1所述的一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法，其特征在于，所述水箱内部储存水为纯水，水质指标要求电导率≤10μs/cm、总硬度≤2.5mg/l、氯离子≤1mg/l；且水箱设置液位计，当液位低于设定值后，控制系统将停止纳米气泡水处理系统的运行。

4.根据权利要求1所述的一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法，其特征在于，所述精密过滤器是过滤或吸附进水中的污染物，防止水箱中出现污染物或颗粒物，保障后端装置的安全稳定运行。

5.根据权利要求1所述的一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法，其特征在于，所述水泵为系统的主要动力来源，需要提供一定的压力，使得纳米气泡水流具有一定的压力和流速，满足注入循环冷却水系统的参数要求。

6.根据权利要求1所述的一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法，其特征在于，所述纳米气泡发生器是根据现场工况条件，可以选择超声波、气体扩散、电解、磁场、机械震荡等多种技术手段产生纳米气泡，纳米气泡存在于水体形成混合流体，随着水体共同注入循环冷却水系统的管道中。

7.根据权利要求6所述的一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法，其特征在于，所述纳米气泡的直径在10~200nm之间，所述混合流体含气量在10%~85%之间，纳米气泡混合流体的流量和注入位置均根据循环冷却水系统的系统情况进行调节和优化。

8.根据权利要求1所述的一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法，其特征在于，所述水质在线分析系统是对纳米气泡存在的水体进行在线监测分析，通过分析温度、压力、流量、ph等参数，若参数偏离设定值，及时反馈给控制系统，从而保证纳米气泡水处理系统的有效运行。

9.如权利要求1~8任一所述的一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种循环冷却水系统的纳米气泡水处理系统和方法，包括：控制系统、水箱、精密过滤器、水泵、纳米气泡发生器、水质在线分析系统、电动阀门；纳米气泡发生器中产生纳米气泡，注入循环冷却水系统的管道，纳米气泡与循环冷却水混合流动，吸附于管道内壁时发生破裂，引起局部湍流增加剪切力清除管道内表面的水垢，产生高温、高压杀灭污垢下的细菌；选择不同特性的纳米气泡气体，可调节循环冷却水系统的pH，大幅减少系统加酸量；通过纳米气泡水处理系统的分析及控制，使得循环冷却水系统达到除垢、灭菌、防腐蚀、调节pH的效果。

技术研发人员：李冉
受保护的技术使用者：安徽中羟氢基环保科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23