工业循环冷却水中微生物的危害控制

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摘 要：为了保证工业循环冷却水安全、有效地运行,必须消除微生物的危害,应对循环冷却水中微生物进行严格控制.水中加氯控制微生物是一个有效的方法.但由于工业循环冷却水的pH大都在8～9,因此不宜用氯杀菌灭藻.当前,利用二氧化氯控制微生物是简单、安全、经济、有效的方法.

关 键 词：工业循环冷却水微生物氯消毒机理二氧化氯

一、概述

根据“全国节约用水办公室”的调查,我国的工业用水效率较低.1999年每万元工业增加值取水量约330m3,是日本的18倍,美国的22倍.1999年的全国工业用水的循环率只有53%,而美国2000年为94%,相差41%.按我国工业节水“十五”规划要求,到2005年,万元工业增加值取水量下降到230m3,国家重点工业企业全部达到节水型企业标准.对高用水行业均有明确的节水目标.到2005年,火电行业取水量控制在580亿m3内,年均下降313%,工业用水循环率达到96%；钢铁行业取水量控制在2312亿m3以内,年均下降5.5%,工业用水循环率达到91%以上；石化行业取水量控制在2916亿m3,年均下降1.1%,工业用水循环率平均达到95%.各行各业要达到“十五”规划目标,任重而道远.提高工业冷却水的循环利用率,是提高工业节水的一个重要举措.要保证工业循环冷却水安全、有效运行,对循环冷却水中污垢、腐蚀及微生物的危害均应得到有效控制.本文重点讨论工业循环冷却水中微生物的危害及控制.

二、循环冷却水中的微生物

在一般工业冷却水中有微生物,但并不很多.一些实测数据表明,工业冷却水补水中细菌数为10-50个/毫升.但这种水一进入循环冷却水系统,细菌数就很快增加到106-107个/毫升,这是因为循环冷却水为微生物的生长繁殖提供了适宜条件.首先是温度,细菌生长的适宜温度是10-45℃,而在循环冷却水中恰好得到满足.此外,氧气和营养物质在循环水的循环过程中,也不断得到补给（冷却水在冷却过程中,水在喷淋时与空气接触,空气中的尘埃和氧气带入水中）.而细菌的繁殖又是非常快的,一般20-30分钟分裂一次,一个细菌经过24小时就要分裂成1021-1022个.循环冷却水中到微生物可分为细菌、真菌和藻类三种.

1.细菌.细菌是单细胞的生物,每个细胞是一个独立生活个体,许多单细胞个体往往聚集为群体.其中,每个单细胞依然是独立生活.细菌极其微小,其直径或长度一般只有0.5-1.0微米,少数也可达80-150微米.而其形状各异,有球状的、杆状的、弧状的和螺旋状的.

2.真菌.真菌与细菌不同之处,在于真菌是有细胞核的生物,在每个细胞内都有细胞核.因此,真菌显然比细菌要进终得多.其形态与细菌也有很大差异.

3.藻类.藻类是微生物中的植物类,具有光合作用.但绝大多数藻类生长在水中,不论在咸水还是淡水中,都有藻类生存,形态复杂多异.一般按其光合色素可分为十门,即蓝绿藻、丝藻、红藻、黄藻、褐藻、硅藻、金藻、甲藻、裸藻和轮藻.

三、微生物的危害

1.粘泥危害.微生物在冷却水系统中大量繁殖时,会使水质变臭、变黑；大量生物粘泥粘在冷却设备上,造成传热效率下降,输水管道中阻力增加,能耗增加.在工业冷却水系统中,细菌形成粘泥菌团、球衣和铁细菌等.其中以球衣菌为主的粘泥较硬实,在金属表面附着力很强,还能抵抗一般杀生剂的作用.对于藻类形成的粘泥,除了堵塞管道,降低热交换设备的传热性能外,由于藻类不断繁殖及死亡,又为工业冷却水中的其他细菌提供了生长的养料,使循环水水质更加恶化.真菌的大量繁殖也会造成严重粘泥危害,如地霉及水霉型菌落,极易挂在粗糙的表面,粘聚由冷却塔带入的泥沙,影响管道输水能力,降低冷却设备传能效率.由于微生物粘泥的危害,使冷却水系统的污泥热阻很快上升,正常运行受到威胁.

2.腐蚀危害.微生物的腐蚀主要是由于微生物生长,导致在冷却设备管壁上,造成差异充气电池的腐蚀.例如铁细菌的滋生,把可溶性Fe2+氧化成Fe（OH）3,使铁受到腐蚀.粘泥底部的缺氧区也易受到铁细菌的腐蚀.铁细菌引起的腐蚀大多为点蚀或结节状腐蚀.这种腐蚀有较大的穿透速度,造成冷却设备破坏,甚至系统的停产.以硫酸盐还原菌为例,它常生活在缺氧的粘泥、锈蚀物及垢下,体内有过氧化氢酶,其生命活动过程中的极化作用,加速了金属的腐蚀,对工业冷却设备造成严重威胁.

硫酸盐还原菌在金属腐蚀时阳极反应式为：

Fe2++2OH-—Fe（OH）2

2H++2e-—H2

在阴极反应式为：H++e-—H

8H+SO42-—S2-+4H2O

包括阴阳两极反应的腐蚀电池反应式为：

4Fe+H2SO4+2H2O—3Fe（OH）2+FeS

从上述反应中看出,硫酸盐还原菌大量繁殖,造成冷却设备及输水管道产生严重腐蚀,腐蚀率可达到1125～5mm/a.在60～90d内就能把换热设备腐蚀穿孔,造成系统不能正常运行.

四、控制微生物的方法

对于微生物的控制,主要从以下几个方面综合进行：①改善补充水的水质,减少补充水中微生物的含量；②在循环冷却水系统中增加旁通过滤,将微生物及其粘泥从过滤器中过滤出循环冷却水；③用杀生剂对微生物进行杀生处理.本文重点讨论利用杀生剂对微生物的杀生处理.

杀生剂对微生物的杀毒和抑制作用主要是：①摧毁和破坏微生物细胞结构；②干扰细胞物质的生物合成；③干扰微生物能量新陈代谢.

1.二氧化氯杀生剂.二氧化氯是一种广谱性杀生剂,它渗入细菌细胞内,将RNA或DNA（核酸）氧化,从而阻止细胞的合成代谢,并使菌类死亡；二氧化氯对苯环具有一定的亲和性,能使苯环发生变化,灭杀藻类；二氧化氯还具有较强的氧化还原性能,它对水中残存的有机物进行氧化,切断了各类菌藻所需的养料,减缓菌藻的繁殖；二氧化氯具有无味、无毒、无腐蚀性.因此在工业循环冷却水中应用比液氯更安全有效.同时,二氧化氯的氧化性是液氯的2.5倍,杀生效果明显高于液氯,在工业冷却水中,一般投加量为2～5mg/L,具体投加量应视水质而定.二氧化氯还具有独特的性能,它可在pH为3～9的广泛范围内有效地杀菌.由于这个特点,更适宜于高pH的工业循环冷却水中作为杀生剂的应用.

2.非氧化性杀生剂.任何一种杀生剂,只要长期应用后,微生物对这类杀生剂会有抗药作用.因此,为了提高杀生效果,应辅助投加非氧化性杀生剂.非氧化性杀生剂的种类也很多,常用的有季胺盐、烯醛、重金属盐及二硫氰基甲烷（MT）类等.季胺盐是阳离子型化合物,可以吸附在细菌上,与细胞壁上负电荷形成静电键,在细胞壁上产生压力,引起细胞的溶解和死亡；季胺盐还能破坏细胞的半渗透膜组织及细胞内化游物质荷酶,使蛋白质变质,达到杀菌目的.国内还有利用各类杀生剂及活性酶之间的协同作用复配而成非氧化性杀生剂,如有机硫类化合物活性酶与季铵盐等复配,用于工业循环冷却水的杀菌灭藻,粘泥剥离等均有显著的效果,是新一代的非氧化性的杀生剂.

五、结语

1.在工业循环冷却水中,为了保证系统安全、有效地运行,必须对水中的微生物进行严格地控制,消除微生物的危害.

2.氯是一种价格低廉,使用方便,杀菌效果良好的杀生剂.而工业循环冷却水运行pH大都在8～9,因此氯作为工业循环冷却水的杀生剂不适宜.

3.二氧化氯是一种广谱性杀生剂,使用安全可靠,杀生效果优于氯,并且不受水中pH的限制,可作为工业循环冷却水中首选的杀生剂.参考文献

[1]谭丽,李本高.电化学除藻方法研究[J].工业水处理.2006：26（2）：1-4.

[2]GB50050-95,工业循环冷却水处理设计规范[S].