水處理藥劑2
有機磷酸鹽防垢劑（二）
水處理系列：1.空調水質污染計算、2.EER問題與改善方法.原理、3.化工技術解說(1)、4.化工技術解說(2)、5.空調技師-水處理設計技術、6水處理.實用技術及市場狀況
水處理藥劑系列：有機磷酸鹽防垢劑(1)、有機磷酸鹽防垢劑(2)、防蝕劑、常用藥劑
總彙系列：1.CNS/EER/積垢/熱傳熱力綜合系列、2.CNS/EER系列/應用、3.總彙.水處理化工技術、4.總彙.水處理術語、5.EER工程.文章總彙、6.E平台-水處理技術
水處理技術系列：1.空調水質污染計算、2.EER問題與改善方法.原理、3.化工技術解說(1)、4.化工技術解說(2)、5.空調技師-水處理設計技術、6.水處理.實用技術及市場狀況
CNS系列檔案：CNS、AHRI技術、CNS、AHRI技術要點、EER節能技術90%、空調主機EER量測驗析實務技術、EER全年確效技術、冰機EER.基準值技術及運用SOP
EER與積垢浪費檔案：EER訪測.中技社、綠基會實測、費用展開表、LCC 20年比較表、積垢與LMTD公式演算、積垢熱傳熱力分析、LMTD公式演算筆記、節能術語解釋及技能說明
工程效益系列：費用展開表、工程經濟效益評比、偷工減料、損害業主權益
EER改善成效檢驗系列：懶人包(0)、(1)、(2)、穩態EER技術(1)、(2)、(3)
成效驗析實務系列：EER驗證分析實務(1)、(2)、EER驗證分析系統畫面
趨近溫度系列：趨近溫度的謬思(1)、(2)、(3)原來一直都錯了、(4)謬思的實證
防蝕效益系列：1. 冷卻水處理腐蝕率標準、2. 水處理防蝕經濟效益技術
法令系列：1水處理採購與法令、2水處理與能源管理法、3水處理與技師法、4.EER工程帶動空調產業發展、5.ESCO產業發展的契機、6水處理與偽造文書、7承商水處理技術
業主系列：1主機EER改善.第一步、2業主進階技術、3基本功、4.CUS/EUS發包範例.解說、5業主再進階技術、6運轉EER改善專案、7精明購買家.知識經濟、8水處理送審範例解說
監造系列：搶標下.業主監造技術(1)、(2)、(3)
一、防垢劑之效果和環境因子
A. 防垢劑效果之靜態實驗與動態實驗 B. 水質之影響
C. 水溫之影響 D. 流速之影響
二、 防垢劑的關鍵技術
A. 空調負載的影響
1. 空調冷卻水系統運作 a.不同負載下的水量變化 b.不同負載下的水質變化
2. 水系統運作的結果及現狀 a. 空調業界常犯錯誤1 b.空調業界常犯錯誤2
B. 水處理技術的基本判讀技能
1. 化學技術基本關鍵要件 2. 化學基本技術
C. 結果與改善方法
1. 空調解決水處理的常識技能 2. 善用外部資源
【本文】 TOP BOTTOM
一、防垢劑之效果和環境因子
科學家做碳酸鈣的水垢抑制時，發現有機磷酸鹽如：HEDP、AMP等等成分，配合分散劑的使用，可以在鈣硬度低於500 ppm且M鹼度低於600 ppm之條件下控制碳酸鈣結垢。這配方已經成為化學處理的主流。有機磷酸鹽處理方案比起早期的磷酸鹽處理方案，不論防垢及防蝕效果都好得多。但實際操作成效仍須把各項參數操作得當，才能發揮功能。實際經濟部測試主機效率平均約為67％（降低33％），100年6月30日的追蹤結果仍是嚴重下降。
A. 防垢劑效果之靜態實驗與動態實驗
為了知道某一配方對水垢抑制的效果，一般水處理公司利用「靜態實驗」測試其結果。靜態實驗雖然與實際之冷卻水運作仍有差距，但也有相當的參考價值，不可完全抹煞。新湧公司自行發展「動態實驗」，更接近實際之冷卻水運作，其價值更高。
靜態實驗已經有數十年的實用歷史，其方法乃模擬配製冷卻水在某一特定水質，幾年前大多設定為導電度1,000μS/cm下(近年已提高為2,000μS/cm，台塑六輕甚至3,000μS/cm)，鈣硬度500 ppm、M鹼度600 ppm之條件，該水處理公司將自行研究之配方，以一定的濃度加入測試燒杯中，燒杯的測試水質維持在80℃、1小時之後，測定其沈澱數量，如果沈澱數量低於某一設定值，則該公司將自行認定其效果。此種靜態實驗適用於濃縮倍數低、以分散效果為配方之研究理念，對於必須提高濃縮倍數之配方則較不適用。
新湧公司為國內最負盛名之水處理公司，其研究水準已多次通過經濟部技術處、工業局所聘技術委員會之審查。該公司自行發展「動態實驗」，其方法乃模擬實際之冷卻水運作，利用加熱器模擬冷凝器提供類似或更高之熱傳導率和更高之表面溫度，在一設定之流量下操作，連續運轉6～8小時，本實驗另記錄加熱器前中後段之水溫、加熱器之電流、電壓，實驗結果可以繪製出實驗過程中污垢係數之變化趨勢，藉以察看水垢控制之能力。動態實驗可以提供加速實驗之理論及實務分析，這是靜態實驗所不能達到的優點。
B. 水質之影響
水垢之發生和構成水垢成分之濃度（例如鈣硬度、磷酸根濃度等）、水的pH值、防垢劑濃度等有關係。圖1是以磷酸鈣水垢為對象，分別在防垢劑聚丙醯酸共聚合物10 ppm、20 ppm的濃度下以及磷酸根（PO4-3）濃度在20 ppm，水溫為60℃時，研究它的析出時之pH值以及水的鈣硬度之影響，此時之pH值定義為析出界限，以pHc表示critical極限或臨界之意。我們發現：鈣硬度變高時，pHc變小，更容易水垢化。另外也發現：在相同的水質pH及磷酸根（PO4-3）濃度在20 ppm條件下，防垢劑聚丙醯酸共聚合物的濃度由10 ppm提高為20 ppm時，鈣硬度的容許濃度也隨之提高。在較高的pH條件下，鈣硬度的容許濃度快速的減少。
圖1 鈣硬度與極限pH關係圖
科學家做碳酸鈣的水垢抑制時，發現有機磷酸鹽如：HEDP、AMP等等成分，配合分散劑的使用，可以在鈣硬度低於500 ppm且M鹼度低於600 ppm之條件下控制碳酸鈣結垢。這配方已經成為化學處理的主流。下節的關鍵技術將探討實務上因空調主機附載的變動與無法預測之故，劑量失去準確控制下，退而求其次的策略。
C. 水溫之影響
同樣的，圖2是磷酸鈣之水垢析出與溫度的關係。在冷卻水系統中大部份水垢成份，如：碳酸鈣或磷酸鈣、硫酸鈣等等，當溫度變得越高時，則溶解度變得越小，且析出速度變得越快。此時之pH值定義為析出界限，以pHc表示critical極限或臨界之意。同樣也發現：溫度變高時，pHc變小，更容易水垢化。
圖2 磷酸鈣之水垢析出與溫度的關係
D. 流速之影響
流速增大時，附著在傳熱管之水垢，則大幅度減少，這曾經被認為是流速增大時，冷卻水側之熱對流係數變大，傳熱管之表面溫度降低之故。事實上，另一項因素如界面層boundary layer的濃度減少極化，也是重大的影響。前者在溫度高的製程系統，表面溫度的影響較大。在空調主機冷凝溫度多數低於50℃，表面溫度的影響較小。
冷凍空調主機停止之同時，冷卻水之循環也停止，這種運轉方法，當停止時管表面溫度變高，而有水垢化之傾向。因此，關閉冷凍空調主機後，仍然持續循環冷卻水一段時間，待冷凝器冷卻後，才停止循環幫浦運轉，是很好的管理模式。
二、防垢劑的關鍵技術
本節簡單介紹水化學處理中防垢劑實用技術的點線面構成因子，其間之互動與關聯。
A. 空調負載的影響
空調主機負載影響蒸發量，因此影響補水量，及補水量帶入水垢成分之多寡，最後影響水中水垢成分之濃度。
1. 空調冷卻水系統運作 大綱 TOP BOTTOM
冷卻水系統運作基本上遵循質量不滅定律，在穩定運轉狀態下可寫成(1) (2)式。(1) 式為水量的平衡，(2) 式為水質總量的平衡。
M＝E＋B’＋CO …………………(1)
其中，M：補充水量，E：蒸發量，B’：強制排放量，CO：Carry-Over，飛散損失，以水沫型式被氣流夾帶離開冷卻塔（有少數用D：Drift代替）。
CM ×M ＝ CB ×(B’＋CO) …………(2)
其中B＝B’＋CO，而B：總排放量。
CM：補充水中某項水質濃度。CM ×M：該水質補充進入冷卻水系的總量。CB：冷卻水中該水質濃度。CB ×(B’＋CO) ：該水質排放離開冷卻水系的總量。
為了容易計算，全球水處理業界定義濃縮倍數 n如下。
令濃縮倍數 n＝CB / CM
由(2)式 n＝CB / CM＝M / B
∴ M＝n B 代入（1）式
得下式
B＝E / (n-1)
M＝nE / (n-1)
為了減少被冷卻塔氣流夾帶的水沫中藻菌或感染型微生物（較為人所知的為退伍軍人菌，其他列為不明感然源），一般應選用飛散損失較低的冷卻塔機型，或規範的冷卻塔的飛散損失不得超過循環水量的0.01或0.005％。
a. 不同負載下的水量變化
定義E100、M100、B100：負載100％下的蒸發、補充、排放量
E80、M80、B80：負載80％下的蒸發量、補充量、排放量
E60、M60、B60：負載60％下的蒸發量、補充量、排放量
則有下列關係式存在，其他以此類推
E80＝0.8*E100 M80＝0.8*M100 B80＝0.8*B100
E60＝0.6*E100 M60＝0.6*M100 B60＝0.6*B100
排放通常採用導電度計設定上下限值操作控制，實際排放量為間歇式的動作，亦即導電度達上限值時排放閥開啟，補充量快速增加，導電度達下限值時排放閥關閉，補充量迅速減少。
圖三 不同負載下水質變化的速度
b. 不同負載下的水質變化
季節、早晚負載變動的現行冷卻水水質，化學處理專業技術不足，結果不達本案要求EER須CNS 90％以上。原因：結垢為不可逆的化學反應，一旦產生結垢，水垢就附著在熱交換表面，降低熱交換率。
劑量技術 Dosing Technology：目前僅為靜態(固定)的劑量設定，等待開發為動態性與負載同步變動技術。
污染量---結垢因子概算
E： H2O(l) → H2O(g) H＝580 kcal/kg (30℃)
蒸發量E＝循環量＊１％ (概算)
排放量Ｂ、補充水量Ｍ均由上一頁公式求得
CM × M為每小時帶入冷卻水的硬度總量。此為結垢的主要因子之一
冷卻水測得的硬度為結垢的主要因子之二。其強度由ＬＳＩ及ＲＳＩ概算。
2. 水系統自然運作的結果及現狀
現狀一：依照空調業界所瞭解的方式（亦即沒有排放觀念）操作，結果冷卻水導電度可能在10,000～20,000μS/cm（12或24h/D），造成嚴重結垢後果。
現狀二：空調界近10年來也參考化工廠，採用化學藥劑做冷卻水處理，但因專業技能不足，「東施效顰」只有採用半套，掉落「橘逾淮為枳」的水土不服泥淖。空調界忘記化工廠都是化工工程師，自行化驗、增加減少劑量或異常判斷排除……等實務問題，甚至藥劑工安問題的預防及解決，化工廠都具備相當技能。大樓或電子廠卻相當缺乏。
現狀三：近10年來大樓或電子廠空調使用者採用化學藥劑已發生多起工安意外。只因未釀成新聞事件，使用者也不願曝光，空調業界又多在完工後不聞不問，所以「聞所未聞」的閉鎖狀態。
建議：水處理廠商至少應具備化工技能，不僅藥劑能發揮基本功能，也可預防工安意外。當然，若具備（化工＋空調）技能，藥劑功能才能進一步發揮。
圖四 冷卻水水質與負載隨時間變化的趨勢圖
a. 空調業界常犯錯誤—1
最根本錯誤：忘記任何專業都有基本技術要求，多年來被不專業的水處理廠商誤導，認為水處理很簡單。
事實：不專業的水處理廠商只想要生意，不顧技術要求。因為一旦要求技術，他就不能混、沒生意做了。
後果：如果空調業界也認為「只要……就可以了」，實際上卻做不到該結果（不專業廠商都以理論值為準，卻達不到該結果，等同於承商未達合約要求）。面對消保法要求的無過失責任時，因沒有定義技術責任範圍（沒定義結果數值標準，當然以理論值為準），違法吃虧的是技師及工程公司自己。因為以結果來論，這期間電力浪費之損失時，賠償金額可能高達數倍～數十倍。技師法尚有行政處分及刑事責任。
b. 空調業界常犯錯誤—2
錯誤一：誤認為導電度偵測可以代表水垢成分。
事實：導電度是量測水雜質總量。不管結垢與否，它的變化接近質量不滅的濃縮倍數。但水垢成分（通常指鈣硬度），結垢與否，變化卻相當大。此時導電度無法顯示此現象。故「過度」倚賴導電度監控，會導致錯誤判斷，影響技師的專業形象。
正確應用：導電度監控只是排放操作的工具，屬水處理之入門前技術。
錯誤二：誤認為有sensor感測器偵測就可以做好防垢抑制。
事實：理由一已經如上述。理由二，全世界並未有工業用等級可正確使用的Ca＋2鈣sensor、CO3－2鹼度sensor 研發出來。理由三，50多年來水處理界倚賴技術老練、經驗豐富的資深工程師，做取樣、化驗、判定前期濃度餘量、估算未來一期劑量及總量需求、調整劑量設定等技術服務工作。如果有前述感測器，我們不必這麼辛苦，資深工程師培養不易。
B. 水處理技術的基本判讀技能
1、化學技術基本關鍵要件
化學技術 — 基本關鍵要件：劑量與污染量必須隨時一致（同步）
A、適用 — 石化業等製程穩定→水質穩定的化工廠冷卻塔。穩定 — 汽油製程若不穩定，則品質低劣
B、不適用 —負載不穩定的水質，如：空調冰機冷卻水水質變動大等
2、化學基本技術
化學技術要求劑量必須與污染量同一反應比例莫耳數（稱為「計量化學」要求），如：
aA + bB → cC
反應物A與B以a莫耳與b莫耳的比例形成c莫耳的生成物C
若實際上A的數量多於a莫耳為2a莫耳，則將有2a －a＝ a莫耳的多餘量。反之，則不足。多餘或不足，都會導致一定的影響（i.e.多餘量仍會反應）。這就是「計量化學」要求的重要性。
C、結果與改善方法
結果：因為設計不當，當然導致操作不佳、成效不良等一連串事故。
負載高於劑量，處理不足，鈣鎂還多餘，仍然結垢。例如：現在設定80%(因為估計未來一個月平均負載80%，所以劑量設定80%)，但一個月後實際記錄的負載卻達90%，結果進入的鈣鎂硬度高於劑量，多餘的鈣鎂硬度沒有處理，因此而結垢。
劑量高於負載，處理劑超過，螯合性藥劑多餘，侵蝕銅管。例如：現在設定80%(因為估計未來一個月平均負載80%，所以劑量設定80%)，但一個月後實際記錄的負載卻僅為70%，結果進入的鈣鎂硬度少於劑量，螯合性藥劑多餘殘留，因此而侵蝕銅管。
1. 空調解決水處理的常識技能
水處理對空調人員雖屬於異領域，但若善用常識判斷，問題仍可迎刃而解。但若要逞強、自以為萬能，誤用類似十年來的錯誤解決方法，由於水處理仍屬於科學領域，不依循科學及技術要求，水垢問題仍然會存在，COP/EER仍會降低。
舉冰機出水溫度自動控制來模擬水處理加藥操作控制為例。
想像沒有溫度感測器但仍有溫度計狀況下，你如何手動操控冰機負載達到溫度期望值25 ±1 ℃（其他如AHU/FCU均依氣候負載運轉）。
首先，你必須每天或每週推估當天/週可能負載，設定冰機負載在該固定值（如75％）—模擬類似加藥操作控制現狀，每天或每週一次（現狀：每月或每二個月一次檢測水質及調整加藥泵浦劑量）。
可預期的結果為室溫記錄呈現鋸尺狀，因為實際負荷與推估負載必有差異，上下起伏波動相當大。
如推估負載與實際負荷值差異太大，室溫可能呈往高或低走的趨勢。
例如以中午負荷做設定值95％，上午10:00負荷為80％，則因固定95％運轉，室溫必須下降5 ℃產生額外15％負載，才達新平衡點20 ℃。但中午則可達設定溫度25℃。下午2～3時負載不足5％，室溫被迫上升1℃達26℃。如反過來以10：00負荷80％為設定值，此時可達設定溫度25℃。中午則室溫散熱必定不足而上升達新平衡點28 ℃。
2. 善用外部資源
前述業主、技師、工程公司等之空調人員亦可採委外方式，善用外部資源，因為隔行如隔山，欲達到專業門檻尚有相當差距。你只需要扮演Smart Buyer精明購買家就可以了。這就是社會上常說的「要喝牛奶，你不需要自己開農場養牛；你只需要到超商買一瓶來喝就可以了。」
前文：有機磷酸鹽防垢劑（一）
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