برج‌های خنک کننده و آلاینده‌های آن

دانشنامه آب شفا

برج های خنک کننده به طور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. حدود 40 درصد از آب رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و منابع طبیعی آب در اغلب کشورهای توسعه یافته به منظور خنک کردن نیروگاه‌ها در برج‌های خنک کننده مورد استفاده قرار می‌گیرند، که بخش اعظم این آب به شکل بخار به هدر می‌رود.

                                          برج های خنک کننده

برج‌های خنک کننده در صنایع مختلف سیستم‌های تهویه مطبوع، واحدهای صنعتی، نیروگاه‌های تولید انرژی، صنایع نفت، پالایشگاه، پتروشیمی، نیروگاه حرارتی، نیروگاه اتمی، کارخانجات شیمیایی، غذایی، دارویی، صنایع ذوب فلزات، ریخته‌گری، کوره‌های القایی، صنایع تولید شیشه، صنایع تولید پلاستیک و لاستیک، صنایع تولید سرامیک و کاشی، صنایع تولید کاغذ، صنایع تولید خودرو، صنعت رنگ و هر صنعتی که نیاز به خنک کردن آب باشد، کاربرد دارد.

برج‌های خنک ‌کننده تاسیساتی است که با هدایت یا تبخیر گرما را از آب می‌زداید و آب را خنک می‌کند. در صنعت در فرآیندهای مختلف از آب به عنوان خنک کننده استفاده می‌کنند، که این آب در برج‌های خنک کننده در تماس با هوا قرار گرفته و خنک می‌شود.

در واقع آبی که در فرآیندهای متعدد گرم شده و دمای آن بالا رفته است، خنک شده و مجددا به بخش‌های مختلف باز می‌گردد.

هنگام استفاده مجدد از آب، آب از طریق تاسیساتی به برج خنک ‌کننده پمپ می‌شود. آب پس از خنک شدن دوباره وارد فرایند تولید می‌شود. آبی که دمای 40 تا 60 درجه سانتیگراد دارد، معمولا نیاز به خنک شدن دارد.

انواع برج‌های خنک کننده

برج‌های خنک ‌کننده بر اساس سیکل گردش آب، دو دسته مدار باز و مدار بسته است.

در برج‌های خنک کننده مدار باز آب توسط یک پمپ به بالای برج خنک کننده انتقال می‌یابد و سپس توسط نازل‌ها بر روی سطوح خنک کننده به صورت قطره پاشیده می‌شود.

آب در حین جریان به پایین، در تماس با هوای بالای آن که به سمت بالای برج مکیده می‌شود، گرمایش را از دست می‌دهد و آب حدود10 تا 20 درجه خنک می‌شود. بخشی از آب تبخیر می‌شود وگاهی اوقات بخار آب روی برج‌های خنک کننده مشاهده می‌شود.

برای ایجاد جریان رو به بالا، برخی از برج‌های خنک‌ کننده حاوی تیغه‌هایی مشابه پره‌های تهویه است. این تیغه‌ها باعث ایجاد جریان هوا به سمت بالای برج خنک ‌کننده می‌شوند. آب به یک حوض می‌ریزد و از آنجا به فرایند تولید باز می‌گردد.

در برج‌های خنک کننده مدار بسته، آب با هوای بیرون تماس ندارد. آب درون یک کویل حرکت می‌کند. در اثر تماس هوا با سطح خارجی کویل، گرما از کویل و در نتیجه از آب جذب می‌شود و از طریق هوا به محیط اطراف منتقل می‌شود.

در این نوع سیستم به دلیل عدم تماس مستقیم آب و هوا، آلودگی ناشی از آلاینده‌های هوا و میکروارگانیسم‌ها در آب برج خنک‌ کننده ناچیز است. همچنین، میکرو ارگانیسم‌های موجود در آب برج خنک‌ کننده نمی‌توانند وارد هوای خارج شوند. هنگامی که برج خنک کننده مدار باز است، آب در مجاورت با هوا قرار می‌گیرد که ممکن است در اثر این تماس آلودگی رخ دهد.

مصرف آب و کاهش مصرف آب در برج‌های خنک کننده

بیشترین مقدار آب مصرفی در برج‌های خنک کننده ناشی از تبخیر آب است که اساس کارکرد دستگاه است. به منظور کاهش مصرف و هدر رفت آب در بخش‌های مختلف برج خنک کننده اقداماتی صورت می‌گیرد.

کاهش مصرف آب در بخش تبخیر

بیشترین مصرف آب برج‌های خنک کننده مربوط به بخش تبخیر است که با کنترل دمای آب خروجی و میزان خنک کاری و ممانعت از تامین دمای خیلی پایینتر که مورد نیاز سیستم نمی‌باشد، می‌توان میزان مصرف آب را کاهش داد.

کاهش مصرف آب در بخش پرتاپ

با استفاده از قطره‌گیرها می‌توان مسیر حرکتی منحنی برای ورود و خروج هوا در برج خنک کننده فراهم نمود که قطره‌های آب به دلیل سنگینی، قابیلت حرکت در این مسیرهای منحنی شکل را نداشته و گیر کرده و در نتیجه به داخل دستگاه بر می‌گردند و مصرف آب  در بخش پرتاپ کاهش می‌یابد.

کاهش مصرف آب در بخش زیرآب

به آبی که از برج خنک کننده تخلیه و با آب تازه جایگزین می‌شود، زیر آب می‌گویند. میزان رسوب و املاح موجود در آب برج خنک کننده به دلیل تبخیر مداوم آب در حال افزایش است، که با افزایش بیش از حد مقدار املاح، مقدار آبی که برای بازگشت به سیستم مناسب است مرتبا کاهش می‌یابد و در نتیجه هدررفت آب و مقدار زیر آب افزایش می‌یابد.

بدین منظور با استفاده از مواد شیمیایی مناسب، از تشکیل رسوب در آب برج‌های خنک کننده جلوگیری کرده و میزان مصرف آب در بخش زیر آب کاهش می‌یابد.

آلودگی آب‌ برج‌های خنک کننده

                                                    آلودگی آب در برج‌های خنک کننده

آلاینده‌ها در آب برج‌های خنک‌کننده

آبی که در برج‌های خنک ‌کننده استفاده می‌شود؛ حتی اگر از آب شیر است؛ اغلب حاوی نمک (مانند کلر، سولفات‌ها و کربنات‌ها)، گازهای حل شده (مانند اکسیژن و دی اکسید کربن) و یون‌های فلزی (مانند یون‌های آهن و منگنز) است.

ورود این آلاینده‌ها به برج‌های خنک کننده در طول مدت زمان زیاد یک سری مشکلات ایجاد می‌کند و بر بخش‌های مختلف برج‌های خنک کننده که در تماس با آب قرار می‌گیرند، تاثیر می‌گذارند.

عمده‌ترین مشکلات به وجود آمده برای یک برج خنک‌کن تشکیل رسوب، تشکیل سنگ آهک، خوردگی قطعات داخلی برج، رشد جلبک‌ها و باکتری‌های بیولوژیکی است. مقدار زیادی از آلاینده‌های موجود نیز به مواد سازنده برج خنک کننده بستگی دارند. برج‌های خنک ‌کننده از بتن، فایبر گلاس یا فلز ساخته شده‌اند.

میکرو ارگانیسم‌ها

باکتری‌ها و سایر میکرو ارگانیسم‌های بیماری‌زا در همه جای محیط وجود دارند. آن‌ها اغلب در آب برج خنک کننده دیده می‌شوند. هنگامی که برج‌های خنک کننده سیستم مدار باز دارند، میکرو ارگانیسم‌ها می‌توانند از هوا به آب وارد شوند.

میکرو ارگانیسم‌ها زمانی که بستر و شرایط ایده‌آلی از نظر حرارت و غذا برای رشد میکروبی وجود دارد، می‌توانند به سرعت تکثیر شوند. برخی از این شرایط pH، دما، غلظت اکسیژن و مواد مغذی است.

در اثر تبخیر آب، میزان مواد مغذی موجود در آب افزایش می‌یابد. در اثر ریزش و تلاطم آب در سیستم‌های مدار باز میزان اکسیژن آب افزایش می‌یابد. همچنین فرایند نشت و استفاده از آب باعث افزایش میزان مواد مغذی موجود در آب می‌شود که شرایط را برای رشد و تکثیر میکرو ارگانیسم‌ها فراهم می‌کند.

فیلم یا قشر زیستی

هنگامی که رشد میکروبی قابل توجهی صورت می‌گیرد، یک لایه لجن شامل مواد آلی و معدنی تشکیل می‌شود. برخی از میکرو ارگانیسم‌ها می‌توانند پس از انجام هیدرولیز، شبکه ژل مانندی اطراف سلول تشکیل دهند که قشر زیستی نامیده می‌شود.

با تشکیل فیلم زیستی، میکرو ارگانیسم‌ها می‌توانند خود را به لایه‌های سطحی خود متصل کنند که با خنک شدن آب برج، میکرو ارگانیسم‌ها از بین می‌روند.

فیلم‌های زیستی از میکرو ارگانیسم‌ها در برابر سایر میکرو ارگانیسم ها و ضدعفونی کننده‌های سمی محافظت می‌کنند. این امر باعث می‌شود که در هنگام حضور فیلم زیستی، ضدعفونی کردن آب بسیار مشکل‌تر شود.

فیلم‌های زیستی تا حدی از سلول‌ها و اجزای میکروبیولوژیکی تشکیل شده است. فیلم‌های زیستی که بسیار چسبنده است، حاوی ماده آلی و معدنی موجود در آب است که توسط فیلم جذب می‌شود. فیلم‌های زیستی حاوی 90 درصد آب است.

مشکلاتی که فیلم‌های زیستی در برج‌های خنک‌ کننده به وجود می‌آوردند.

میکرو ارگانیسم‌های داخل لایه محافظت شده، باعث خوردگی سریع و خراب شدن دیوارهای برج‌های خنک کننده و سیستم‌های تبادل گرما می‌شوند.

فیلم زیستی مانع از رسیدن موادی می شوند که باعث حفاظت و جلوگیری از خوردگی در سطح می‌شوند. به علاوه واکنش‌های میکروبیولوژیکی، واکنش‌های خوردگی را تسریع می‌کند و محصولات میکروبی می‌توانند مواد را دچار خوردگی کنند. فیلم زیستی بر روی سیستم‌های تبادل گرما یک لایه ایزوله ایجاد می‌کند و باعث می‌شود آن‌ها دیگر به درستی کار نکنند.

میکرو ارگانیسم‌های موجود در فیلم زیستی جذب اکسیژن را تسریع می‌کنند که می‌تواند سبب کمبود اکسیژن در سیستم شود. برخی از میکروارگانیسم‌ها به متابولیسم‌های تخمیر تغییر می‌کنند و تعدادی اسید آلی تولید می‌کنند که باعث کاهش pH می‌شود. سولفیدها که خورنده است، به عنوان محصول جانبی توسط باکتری‌های بی‌هوازی تشکیل می‌شوند.

شبکه عرضه و تقاضای فناوری حوزه آب (شفا)، سعی دارد تا با ایجاد یک فضای فناورانه، با معرفی و شناسایی صنایع مصرفی و هدررفت آب و آلاینده‌های آن، راه را در راستای بهبود و ارتقا کیفیت منابع آبی، هموار کند.