節能技術手冊.五、水質管理 (7) 三-5~三 -6
常用藥劑
節能技術手冊.五、水質管理—(主索引) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)
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.早期總彙、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、3~4.化工技術解說(1)、(2)、5.空調技師-水處理設計技術、6承包商水處理技術、7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.基準值技術及運用技術
EER與積垢浪費檔案：EER訪測.經濟部、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(新版)
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
防蝕技術系列：1腐蝕測試.SOP、2腐蝕試片、3腐蝕照片與防蝕效益、4冷卻水管腐蝕破管
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業主再進階技術、5運轉EER改善專案、6精明購買家.知識經濟、7.CUS/EUS發包範例.解說、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)
【大綱】 在假貨充斥空調水處理業中，新湧就是信用、專業 TOP BOTTOM
三-5. 常用藥劑 5.0. 藥劑選用技術 5.1. 水垢抑制劑與腐蝕抑制劑
5.2.殺藻菌劑或微生物抑制劑 5.3.藥劑儲存與配製 5.4.藥劑之操作與使用
三-6. 使用物理方法處理冷卻水
6.1. 使用物理方法之特性及時機 6.2. 物理處理器選用技術
【內文】 在假貨充斥空調水處理業中，新湧就是信用、專業 TOP BOTTOM
30~40年來空調業界的雙重困擾之處，尤其是施工採購送審未達CNS 12575防垢成效標準卻假冒者，就是不真、就是假貨，充斥在空調水處理工項中，毋庸贅述。
要言之，防垢成效檢驗技術如下，此可由本公司研發成功的M&V節能量測驗析軟體的518,400筆/年運轉資料庫依序提供：
1. EER量測(CNS 12575)取得動態EER→
2. 依水溫負載群組→取得穩態EER→
3. 依相同水溫負載及週、月、季、半年、年之時序做比較分析→
4. 由比較分析結果確定防垢成效；之此系列技術。
進言之，本技術之實務與解說參見超連結；又，M&V節能量測驗析軟體為其進階的應用實務技術，可提供快速且正確的防垢成效檢驗結果。
三-5. 常用藥劑
藥劑雖可以有效控制水垢、腐蝕及藻菌的生成達一定成效，但必須正確的使用及操作，否則功能仍不能發揮達該成效。正確的使用及操作的要領請參閱下述「5.4. 藥劑之操作與使用」小節。遺憾的是前述“一定成效”仍未達“CNS 12575防垢成效”要求，此合先敘明。即便如此，本文因有助於空調業界(含新建案之技師、工程公司、建廠監造、改善案之操作廠務空調員等)對水處理控制水垢、腐蝕及藻菌的認識，畢竟對於達CNS 12575防垢成效還是奠基這些基礎的認識之上，而非憑空而來，故本文仍有一定的相當貢獻。
一般冷卻水使用的水垢抑制劑與腐蝕抑制劑，經過時間的演進，中小型系統為了使用方便，通常簡化為多功能型的水垢腐蝕抑制劑，主要成分採用有機磷酸鹽及聚合物（Polymer）等等，其中有機磷酸鹽之功能為防蝕抑垢之用，聚合物則為補充有機磷酸鹽在水中對硬度、鹼度成分作用盲點之處而產生的水垢結晶體，進一步使得它們分散避免結合成為水垢。
5.0.藥劑選用技術
藥劑雖然已普遍被化工廠接受，也使用多年，但不成功案例也有許多，廠商良莠不齊，特別是在空調主機的積垢抑制成效不佳，有經濟部30年來二次全國性實測為證，必須與物理處理器選擇及使用同樣慎重，才能達到節能之目的。最簡單者乃是：要求報價廠商提供合格實績來證明其專業度與交貨、施工的可靠度；下面列出選用要點：
5.0.1. 必須能改善水質達防垢防蝕成效
這是最基本的要求與水處理採用之目的。可要求廠商提供淺顯易懂的配套式說明，內容包括開發測試水質與欲操作的條件相近，藥劑濃度使用後水質改善情況與防垢成效檢驗。這項改善情況必須與水垢抑制、腐蝕抑制的關連性一齊列出。
上述測試方法有靜態測試法、動態測試法及流體化床測試法。茲分別簡述如下：
(a)靜態結垢測試法
一般水垢、腐蝕抑制劑，不論是有機磷酸鹽或其他配方，多數最大應用水質污染上限為鈣硬度500 ppm，M鹼度600 ppm的冷卻水條件，因此實驗室就配置相當的水質測試抑制劑功效。此外，設計加速實驗機制，以80℃溫度4～8小時靜態攪拌水質替代運轉的長期條件，測試結果必須達到能維持分散及抑垢的效果。
多數藥劑處理能力較弱，適用於類似上述條件水質污染程度較低的冷卻水，其缺點乃是排放水必須較多，對於缺水較為嚴重的台灣各地區，愈來愈難以適用。亦即若提高污染上限為鈣硬度800 ppm，M鹼度900 ppm的冷卻水條件，藥劑的適用性就不足了。
這方法與後二法相比，雖然比較粗糙，信賴度低，但卻最為簡單易行。
(b)動態結垢測試法
此法的水質、水溫條件與前者同樣都與應用的冷卻水水質相同，但使用加熱器模擬熱交換器運作，恆溫槽模擬實際水溫25℃或30℃，熱交換器表面溫度模擬實際條件或加速條件，或是熱交換器的進出水溫模擬實際水溫及溫差，測試結果必須判讀出達到能抑垢的效果。
這方法比較複雜，但卻比靜態測試法進一步接近實際狀況，信賴度高。
或稱“結晶動力學測試法”。此法的水質、水溫條件與前二者同樣都與應用的冷卻水水質、水溫相同，但使用流體化床加上碳酸鈣晶種模擬測試結垢情形，以測定出水垢抑制的結果。此法的恆溫槽模擬實際水溫25℃或30℃，由於碳酸鈣結晶體成長反應速率高於其他表面，已是結晶動力學公認的原理，因此測試晶體成長反應被抑制就可以明確確定藥劑或處理器的抑垢功能。
5.0.2. 必須劑量監控與冰機同步操作技術之整合
下面5.1.及5.2.節雖列出藥劑水垢抑制劑、腐蝕抑制劑與殺藻菌劑或微生物抑制劑的主成分，但這僅供理論性參考。欲發揮藥劑功效，須配合水質及劑量監控、排放及與冰機同步操作技術之整合。否則水中殘留劑量濃度有時過量，有時過低，功能不能發揮。使用時必須配合上述相關使用技術，以避免有機磷酸鹽過量添加時侵蝕銅管、鋼管的副作用，或是過低時處理不佳的兩難局面。
5.1.水垢抑制劑與腐蝕抑制劑
(1) 有機磷酸鹽與聚磷酸鹽
(A) 有機磷酸鹽
有機磷酸鹽目前最通常使用的有胺基次甲基磷酸鹽（Amino Methylene Phosphonate，簡稱AMP，分子式N [CH2 PO(OH)2 ] 3）及1-氫氧亞乙基-1,1-雙磷酸鹽（1-Hydroxyethylidene -1,1-diphosphonate，簡稱HEDP，分子式(OH)2PO－C(OH)(CH3)－PO(OH)2），或是它們的衍生物、具相同官能基的化合物。
有機磷酸鹽須維持水中有效殘留濃度在2～4 ppm，才能發揮功能。過多的添加，將因為磷酸根殘留過多的濃度，而其螯合作用會造成對銅管、鋼管的侵蝕。劑量不足，將導致處理量缺乏而形成結垢。使用時必須精確控制劑量隨空調負載、水質變化的改變而改變。
(B)聚磷酸鹽
表68 聚磷酸鹽及其含磷量
|
名稱 |
化學式 |
分子量 |
P2O5含量 % |
pH值 |
|
六偏磷酸鈉 |
Na6P6O18 |
612 |
69.8 |
6.4 |
|
三聚磷酸鈉 |
Na5P3O10 |
368 |
67.9 |
9.7 |
註：pH值係1%之濃度溶液。
(2)三聚磷酸鈉水解之影響因素
(A) 時間與pH值
表69 時間與pH值對水解率之影響 大綱 TOP BOTTOM
|
時間 h |
pH值 |
|||
|
6.5 |
7.5 |
8.5 |
9.5 |
|
|
水解率 % |
||||
|
1 |
19.5 |
11.5 |
11.5 |
11.5 |
|
24 |
19.5 |
11.5 |
19.0 |
19.0 |
|
48 |
19.0 |
15.3 |
19.0 |
30.0 |
|
72 |
30.0 |
15.3 |
27.0 |
34.6 |
|
120 |
30.0 |
30.0 |
30.0 |
38.4 |
(B) 水溫
表70 水溫對水解率之影響
|
水溫 ℃ |
25 |
35 |
45 |
55 |
65 |
75 |
|
正磷酸鹽(PO43¯) mg/l |
0.3 |
0.3 |
0.3 |
0.5 |
0.8 |
0.8 |
|
水解率 % |
11.5 |
11.5 |
11.5 |
19 |
30 |
30 |
(C) 聚磷酸鹽、腐蝕率
表71 聚磷酸鹽腐蝕率
|
配 方 |
腐蝕率 mm/y |
|
六偏磷酸鈉20 mg/l |
0.187 |
|
六偏磷酸鈉20 + HEDP mg/l |
0.087 |
|
六偏磷酸鈉15 + HEDP mg/l |
0.095 |
|
六偏磷酸鈉10 + HEDP mg/l |
0.096 |
表72 聚磷酸鹽清洗度
|
電解質 |
洗滌液pH值 |
洗淨度 % |
|
Na3PO4 |
11.6 |
77.3 |
|
Na5P3O10 |
9.2 |
80.0 |
|
Na6P4O13 |
8.8 |
77.5 |
|
Na7P5O16 |
8.4 |
76.0 |
|
Na6P6O18 |
6.2 |
60.1 |
(E) 酸洗腐蝕抑制劑添加量
表73 酸洗腐蝕抑制劑添加量
|
名 稱 與 成 份 |
適 用 範 圍 |
添加量 |
|
粗?啶 |
7%鹽酸與6%氫氟酸混合酸洗 |
0.1%~0.5% |
|
若丁 |
硫酸酸洗 |
0.5%~0.8% |
|
“02”或沉1-D(甲醛與苯胺縮合物) |
鹽酸酸洗 |
0.1%~1.0% |
|
蘭-5腐蝕抑制劑 |
10%硝酸酸洗 |
0.1%~1.0% |
表74 複方腐蝕抑制劑劑量
|
配 方 |
劑 量 mg/l |
配 方 |
劑 量 mg/l |
|
鉻酸鹽/鋅 |
CrO4：5~10/Zn：5~10 |
聚磷酸鹽/鋅 |
PO4：10~20/Zn：1~3 |
|
鉻酸鹽/磷酸鹽/鋅 |
CrO4：10~30/PO4：3~5/Zn：5~10 |
鋅/磷酸鹽 |
Zn：3~5/AMP或HEDP：3~5 |
|
鉻酸鹽/矽酸鹽 |
CrO4：5~10/SiO2：5~10 |
鋅/單寧/木質素 |
Zn：3~5/(單寧+木質素)：50~100 |
|
鉻酸鹽/鉬酸鹽 |
CrO4：10~30/MnO4：1~5 |
矽酸鹽 |
SiO2：10~50 |
|
鉻酸鹽/磷酸鹽 |
CrO4：5~10/AMP或HEDP：3~5 |
鉬酸鹽/磷酸鹽 |
MoO4：5~20/AMP或HEDP：3~5 |
|
聚磷酸鹽 |
PO4：10~30 |
矽酸鹽/鉬酸鹽 |
SiO2：10~20/MoO4：1~3 |
|
正磷酸鹽/聚磷酸鹽 |
總PO4：10~30(各50%) |
磷酸鹽/聚丙烯酸鹽 |
AMP或HEDP：5~20/PA：10~20 |
註：鉻酸鹽、鋅等配方成效雖較好，但因含重金屬，已經被禁用。列表出來僅供比較與參考。
(G) 腐蝕抑制劑適用條件
|
抑制劑 |
緩 蝕 金 屬 |
循 環 水 條 件 |
||||
|
鋼 |
銅 |
鋁 |
鈣 mg/l |
pH值 |
TDS mg/l |
|
|
鉻酸鹽 |
優 |
優 |
優 |
0~1,200 |
5.5~10.0 |
0~20,000 |
|
聚磷酸鹽 |
優 |
侵蝕 |
侵蝕 |
100~600 |
5.5~7.5 |
0~20,000 |
|
鋅 |
佳 |
無效 |
無效 |
0~1,200 |
6.5~7.0 |
0~5,000 |
|
矽酸鹽 |
優 |
優 |
優 |
0~1,200 |
7.5~10.0 |
0~5,000 |
|
鉬酸鹽 |
佳 |
差 |
差 |
0~1,200 |
7.5~10.0 |
0~5,000 |
|
MBT |
差 |
優 |
佳 |
0~1,200 |
6.0~10.0 |
0~20,000 |
(H) 控制沉積物之藥劑劑量
表76 控制沉積物之藥劑劑量
|
藥劑名稱 |
活性劑量 mg/l |
藥劑名稱 |
活性劑量 mg/l |
|
結 垢 抑 制 |
污 垢 抑 制 |
||
|
磷酸鹽 |
3~5 |
聚丙烯酸鹽 |
4~5 |
|
聚丙烯酸鹽 |
3~5 |
PAM |
0.2~0.5 |
|
聚馬來酸 |
1~2 |
表面活性劑 |
10~20 |
|
磺化聚苯乙烯 |
1~2 |
|
|
5.2.殺藻菌劑或微生物抑制劑
(1)氯酚類藥劑
表77 氯酚類藥劑控制微生物能力
|
名 稱 |
濃度 mg/l |
殺菌率(%) |
||
|
異養菌 |
鐵細菌 |
硫酸鹽還原菌 |
||
|
鄰氯酚 |
100 |
50.0 |
98.3 |
56.0 |
|
對氯酚 |
100 |
90.4 |
99.8 |
100 |
|
2，4-二氯酚 |
100 |
90.4 |
99.8 |
100 |
|
五氯酚鈉 |
100 |
96.3 |
99.9 |
99.8 |
|
五氯酚胍 |
100 |
100 |
99.9 |
99.8 |
|
五氯酚胺 |
100 |
98.1 |
99.4 |
99.9 |
|
2，4，5-三氯酚 |
100 |
99.3 |
- |
99.9 |
|
2，2-二羥基-5，5¢-二氯苯甲烷 |
3 |
99.9 |
99.9 |
99.9 |
註：pH值係1%之濃度溶液。
(2) 餘氯量之要求：一般約為0.5~1.2 ppm，每天一次，保持2~4小時。
由於添加氯氣溶解於水中形成次氯酸HOCl，次氯酸在水中受pH影響，若水質偏鹼，將水解成為OCl¯。其在水中的相對解離濃度如表78所示。由本表可見冷卻水中的濃度幾乎為OCl¯，其殺菌力約只有HOCl的5％。使用此劑的時候必須考慮其解離後的實際效果，以免估算錯誤，沒有達到成效。
表78 水質pH值對HOCl及OCl¯之相對比例
|
pH值 |
5.0 |
6.0 |
7.0 |
7.5 |
8.0 |
8.5 |
|
|
0℃
|
HOCl |
100 |
98.2 |
83.3 |
61.26 |
32.2 |
13.7 |
|
OCl－ |
0 |
1.8 |
16.7 |
38.74 |
67.8 |
86.3 |
|
|
20℃
|
HOCl |
99.7 |
96.8 |
75.2 |
48.93 |
23.1 |
8.75 |
|
OCl－ |
0.3 |
3.2 |
24.8 |
51.07 |
76.8 |
91.25 |
|
(1)工廠倉庫儲存量可考慮15~30天之使用量，但必須考慮購買的漂水濃度、新鮮度及半衰期。由工廠直接供貨的NaOCl為12％濃度，其半衰期約3天，降為6％之後其半衰期約6天，降為3％之後其半衰期約21天。使用時必須考慮上述相關因素，不要以藥劑的固定稀釋比例，而改以餘氯濃度為校正因子，可避免藥劑半衰期產生濃度之飄移導致真實劑量之誤差。
(2)藥劑在室內推放高度：袋裝1.5~2.0 m；散裝1.0~1.5 m；桶裝0.8~1.2 m。
(3)藥劑配製次數每日約1~3次，稀釋濃度約10%~20%。
(4)溶液槽之總容量可按8小時耗用量來考慮，溶液濃度約1%~5%，溶液槽之數量原則上不可少於2個。
(5)加氯機房每小時換氣次數為8~12次，當工作氯瓶重≧500公斤時，氯瓶應與加氯機房隔開。
5.4. 藥劑之操作與使用
藥劑必須正確的使用及操作，不是自動加藥機可以完全代替，否則功能仍不能發揮。空調業界多數被“自動”二字所騙或誤導(但化工廠因技術員都具化工技術，就無誤導情事而都能正確的使用及操作)。本節說明其使用要領，操作者應予以遵照，以便發揮該有的功能。
(1) 操作者應具備基本化學技能，一方面消極的避免可能誤用的工安意外，另一方面積極的發揮藥劑功能。加氯機或漂水的工安意外常見諸報端及電視，不可不慎。
(2) 冷卻水水質處於不規則變動狀態，首先是水源（自來水或地下水）水質受地質、氣候及水源工廠操作的影響，硬度、鹼度、濁度等決定藥劑劑量之源頭因子，經常改變其濃度。操作者必須予以注意。
(3) 為了維持有機磷酸鹽殘留濃度在2～4 ppm範圍，加藥劑量必須隨實際需求精確控制，此需求隨時間、負載、水質變化而改變，避免因為過多或過少的添加，造成空調冰機的損害或結垢。
(4) 為了瞭解空調冰機的EER值是否因為水處理不良而效率降低，可以加裝EER即時監測系統軟體，一旦發覺EER、COP能源效率下降可以立即改善水處理操作。
(5) 除了水質化驗外，可以增加藻菌數檢測，以避免冷凝器產生生物膜，影響熱交換及冰機效率。
三-6. 使用物理方法處理冷卻水
6.1.使用物理方法之特性及時機
由於藥劑選擇及使用的複雜度，以及工安事故常在報端出現，往往令空調操作者心慌。物理處理器已有超過40年的成功歷史，舉例：帝斯卡系統可達CNS 12575檢驗的防垢成效，只要正確選擇，使用上的穩定效果及操作的親和性，愈來愈多的冷卻水管理採用物理處理器及技術。但業界仍良莠不齊(此與各行各界相同)，只能自己警覺–檢驗防垢成效；蓋，95%以上都不達防垢成效標準，以致損害業主權益高達改善工程採購價30倍，損害業主權益極大，其特性及時機大致如下：
1. 水質濃縮形成過飽和時，物理處理器將碳酸鈣成分轉化生成較高含量的針狀滑石類艾瑞岡納特aragonite，為軟質易排除之產物，隨即以懸浮雜質之方式去除，維持負載表面不結垢。亦即過飽和之碳酸鈣成分生成滑石類艾瑞岡納特的反應速度遠高於在負載表面結垢反應速度，依照化學反應定律，只生成滑石類物種，隨即被過濾分離去除。
2. 操作維護成本較低，使用方便及穩定。
3. 不需額外藥劑，無因冷卻水塔之蒸散與排放所造成二次污染問題。
4. 低成本、省水、省能及省藥。
物理處理器雖然已被普遍接受，但不成功案例也有許多，必須與藥劑選擇及使用同樣慎重，才能達到節能之目的。下面列出選用要點：
這是最基本的要求。可要求廠商提供淺顯易懂的配套式說明，內容包括開發測試水質與欲操作的條件相近，物理處理器使用後水質改善情況。這項改善情況必須與物理處理器的關連性一齊列出。
上述測試方法有靜態測試法、動態測試法及流體化床測試法，其測試法請參考5.0.1節的說明。
(未完待續)
節能技術手冊.五、水質管理—0介紹與主索引、1水質管理判斷基準、2鍋爐用水、3鍋爐水管理與節能關係、4高壓鍋爐給水之水質標準、5鍋爐用水處理相關規定、6冷卻水水質管理、7常用藥劑、8冷卻水管理與空調主機能源效率關係、9常見工業用水水質要求
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