Những vấn đề của nước làm mát tuần hoàn hở

Trong công nghiệp sử dụng một khối lượng nước rất lớn mà sự quan trọng của nó trong nền kinh tế cũng như hoạt động của nhà máy không thể bị bỏ qua. Phải có sự quan tâm thích đáng để làm cho chất lượng nước từ nguồn sẵn có phù hợp với bất kỳ một nhà máy cụ thể, một trương trình xử lý nước làm mát toàn diện nào.

Bất kể nguồn nước nào thì trong nước cũng sẽ chứa những chất bẩn mà những chất bẩn này biến đổi cả về tính chất và số lượng hiện có, phụ thuộc vào từng nguồn khác nhau.

Tính chất khó chế ngự nhất của nước là tính ổn định, đó là xu hướng ăn mòn và hình thành cáu cặn của nước. Nước có thể rất ổn định trong một môi trường nhất định của nó nhưng lại không ổn định khi môi trường thay đổi, và bất cứ theo phương diện nào, cả ăn mòn và cáu cặn thì sự thay đổi sẽ xuất hiện, cả hai khuynh hướng này có sự liên hệ chặt chẽ với nhau và không có sự tách biệt nào.

1.1. Cáu cặn

Cáu cặn sẽ gây trở ngại cho việc giải nhiệt và làm cơ sở cho những chất gây tắc nghẽn dẫn đến tổn thất đáng kể cho hiệu quả làm mát. Cáu cặn gây hậu quả khi một hợp chất kết tủa từ nước vì vượt quá khả năng hoà tan. Nó khác với bùn vì mức độ dày đặc, là kết tủa của các chất vô cơ bám dính, có khả năng liên kết rất chặt chẽ giữa chúng với nhau và với những bề mặt kim loại.

 

Cặn canxi bám trên các tấm phin tản nhiệt
Bùn, mặt khác, là kết quả của sự kết tủa của các chất vô cơ dưới dạng bám dính lỏng lẻo với bề mặt kim loại và các phần tử bùn khác. Sự kết tinh trực tiếp của một hợp chất trên một bề mặt đòi hỏi phải có 4 yếu tố cùng một lúc:

a/ Sự quá bão hoà: Sự vượt quá khả năng hoà tan của hợp chất trong nước.
b/ Sự cấu tạo hạt nhân: Sự hình thành những phần tử cáu cặn dạng hạt nhỏ.
c/ Thời gian tiếp xúc thích hợp: Cho phép tinh thể phát triển.
d/ Sự hình thành cáu cặn: Vượt quá mức độ hoà tan.

Tuy nhiên có một vài yếu tố khác cũng được biết đến như là những yếu tố ảnh hưởng đến loại, tỷ lệ kết tủa và sự bám dính của cáu cặn trong nước. Những yếu tố tác động đáng kể tới sự hình thành cáu cặn là:

1/ Độ pH.
2/ Nhiệt độ tăng.
3/ Tốc độ dòng chảy.
4/ Các yếu tố thuỷ động lực học.
5/ Sự ăn mòn.
6/ Sự tắc nghẽn.
7/ Hoạt động của vi sinh vật.
8/ Thiết kế và hoạt động của hệ thống.
9/ Ảnh hưởng của các ion cạnh tranh.
10/ Giai đoạn tiềm tàng của sự kết tủa.
11/ Tổng chất rắn hoà tan.
12/ Các chất rắn lơ lửng.
13/ Sự đồng kết tủa.
14/ Sự …. kết tủa.
15/ Thay đổi trong tiềm năng ôxi hoá trong nước.

CaCO3 là một loại cáu cặn phổ biến nhất được biết đến cho đến nay trong nước làm mát. Tuy nhiên, cáu cặn Sun phát, Phốt phát và Silica (cũng như các loại muối khác như muối can xi, kim loại, mangan, manhê và kẽm) cũng phát hiện thấy trong thành phần kết lắng trong nước làm mát.

1.2. Sự tắc nghẽn

Sự tắc nghẽn là do cáu cặn gây ra trong đó các chất kết lắng được hình thành từ những chất lơ lửng trong nước. Một chất kết lắng sẽ bao gồm những lượng cụ thể cáu cặn và chất gây ăn mòn cùng với sự phát triển của vi sinh vật. Những chất gây ra tắc nghẽn trong nước làm mát có thể xuất hiện dưới 5 dạng sau:

1/ Sự phát triển của vi sinh vật.
2/ Chất keo được chuyển tới trong nước tuần hoàn, kim loại, CaCO3 và các chất ăn mòn.
3/ Phù sa hoặc các chất rắn lơ lửng trong nước cấp.
4/ Bụi bặm trên không và các phần tử bị cuốn và hệ thống do không khí/nước.
5/ Vật chất như rò rỉ dầu vào nước tuần hoàn trong vận hành.

1.3. Sự phát triển của rong rêu và vi sinh vật

Kinh nghiệm cho thấy rằng sự phát triển không được kiểm soát của vi sinh vật sẽ đem lại cho việc xử lý tính ổn định kém hiệu quả nhất. Vi sinh vật có thể là nguyên nhân gây cáu cặn hoặc bùn nhưng mặc dù vậy về bản chất thì các chất kết lắng hoặc bùn chưa chắc đã là hoàn toàn do vi sinh vật gây ra. Các vi sinh vật có thể đóng vai trò như là chất kết nối các khoáng chất được tìm thấy trong chất kết lắng.

 

Rêu trong tháp giải nhiệt
Hầu hết mọi vấn đề gặp trong nước làm mát đều có liên quan đến vi khuẩn, và ở mức độ thấp hơn là tảo và nấm. Vi khuẩn, một dạng rắc rối nhất của vi sinh vật, có thể được phân thành 3 nhóm sau:

a/ Những dạng rong rêu hiếu khí.
b/ Chất ăn mòn hiếm khí.
c/ Vi khuẩn kết lắng kim loại.

Rong rêu hiếu khí tạo ra chất kết lắng keo dính và nhớt nói chung tương tự như nước nhầy và có thể có màu sắc. Những chất kết lắng này có thể xuất hiện trong toàn hệ thống nước bởi vì hầu hết các hệ thống nước làm mát đều có lượng ô xi đầy đủ cho sự phát triển của vi khuẩn hiếu khí.

Trong tất cả các vi sinh vật liên quan đến Sự ăn mòn, De Sul là điển hình nhất. Những vi khuẩn này có nhiều ở giếng, sông, hồ, đất đầm lầy và nói chung ở tất cả những nơi hiếm khí. De Sul là chất khử sunfat, có nghĩa là chúng nạp năng lượng cho mình bằng cách giảm mọi ion sunfat xuất hiện thành Hydro sulfua, một chất có độ ăn mòn cao và nói chung là một chất không mong muốn.

Một số cơ cấu tồn tại cho rằng những sinh vật hiếm khí đề sun fat làm tăng sự ăn mòn dưới điều kiện hiếm khí. Chúng bao gồm:
• Sự khử cực trực tiếp.
• Sự kết tủa của Sun fua sắt tại Anode.
• Sự tạo thành hệ pH có độ ăn mòn cao (thường xuyên) dưới sự kết lắng của các sản phẩm phụ của quá trình chuyển hoá của H2 và H2S.

Tất cả những yếu tố đó làm tăng sự ăn mòn rỗ mặt một cách nghiêm trọng cho bất kỳ bề mặt kim loại nào. Sự ăn mòn tượng trưng cho những vi khuẩn hiếm khí này luôn được liệt kê như là sự ăn mòn rỗ mặt được khoanh vùng bới mức độ cao.

Vi khuẩn kết lắng kim loại rất phong phú trong nước tự nhiên. Hai loại vi khuẩn kết lắng kim loại quan trọng trong nước làm mát là Gallionella và Sophaerstilus. Cả hai loại này đều có thể sử dụng kim loại hoà tan như là nguồn năng lượng và chuyển đổi chúng thành dạng ô xít không hoà tan hoặc hydrôxit. Các chất kết lắng sạch được hình thành bởi các vi khuẩn kết lắng kim loại thường là từ màu trắng đến đỏ nâu và lớn. Những chất kết lắng này tạo ra sự tắc nghẽn và sự ăn mòn tập chung, cũng như những điều kiện cho vi khuẩn hiếm khí phát triển mạnh mẽ.

Nơi nào có vi khuẩn nát ri hoá thì nơi đó có phản ứng nát ri hoá amoniac thành nitrat. Phản ứng xảy ra bất cứ khi nào có điều kiện thuận lợi về nhiệt độ, không khí, độ ẩm, độ kiềm và nguồn thức ăn. Trong những tháp lạnh amoniac, sự giảm đột ngột độ pH và mức amoniac cùng với sự tăng của Nitrat cho thấy sự có mặt của các vi khuẩn Nat ri hoá.

Tảo là những sinh vật đòi hỏi phải có năng lượng ánh sáng như là ánh sáng mặt trời cho sự phát triển. Do đó, tảo luôn được tìm thấy trong tầng của tháp lạnh mở của hệ thống làm mát. Trở ngại đầu tiên gây ra bởi tảo là bịt kín tầng phân phối của tháp lạnh. Sự phát triển hàng loạt của tảo có thể thoát khỏi sự kiềm chế từ tầng trên và gây tắc nghẽn đồng thời cũng là nguồn dinh dưỡng cho vi khuẩn gây nhớt phát triển.

1.4. Ăn mòn

Ăn mòn là quá trình ôxi hoá mà ở đó kim loại chuyển đổi về dạng tự nhiên của nó (dạng ôxít). Phần kim loại bị ăn mòn (ôxi hoá) được gọi là Anode và phần kim loại mà tại đó chất ô xi hoá bị giảm đi thì được gọi là Cathode. Những phần này tách biệt nhau nhưng trên thực tế thì lại rất gần và khi quá trình ăn mòn diễn ra thì có những dòng Electron di chuyển trong kim loại giữa các phần này. Đối với các hệ thống có môi trường nước, các Cation di chuyển về phía Cathode trong khi các Anion di chuyển về phía Anode. Dòng các Electron qua kim loại là chính là dòng ăn mòn và được giới hạn bởi tỷ lệ Electron được chất ô xi hoá (thường là ô xi) chấp nhận tại Cathode.

Độ dẫn điện của chất điện phân (nước) làm hoàn thành pin điện hoá (ăn mòn hoặc phản ứng) và điều chỉnh tỷ lệ mà tại đó sự ăn mòn một nửa chất phản ứng và kết quả có thể được chuyển tới hoặc từ khu vực phản ứng (hoặc ăn mòn).
Một số điều kiện như tăng độ dẫn điện của nước, chất rắn hoà tan cao hoặc nhiệt độ cao về cơ bản đều làm tăng mức độ ăn mòn.