工业循环冷却水中微生物的危害及控制

工业循环冷却水中微生物的危害及控制

陆善忠窦从容

(上海市冶金设计研究院,上海200070)

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

1工业循环冷却水概况

根据/全国节约用水办公室0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5工业节水/十五0规划6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515%,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111%,工业用水循环率平均达到95%。

各行各业要达到/十五0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。

2微生物对工业循环冷却水危害

由于循环冷却水温度适宜,又有微生物生长的营养物质,微生物经细胞分裂,在短时间内能大量增殖(10~30min为一代)。在工业循环冷却水系统中大量微生物造成极大危害,为了保证工业循环冷却水安全运行,必须对其进行严格控制。

211微生物的种类

工业冷却水中的微生物品种繁多,大致可分为三大类,即细菌、真菌、藻类。

21111细菌

工业冷却水中生长的细菌极其庞大和繁杂,约60%~70%的细菌属于假单孢菌属和气杆菌属。常见的细菌为铁细菌和硫酸盐还原菌。

此外,工业冷却水处理中加入的含磷水质稳定剂,冷却塔带入的灰尘中含有少量蛋白质和碳水化合物,细菌利用这些养料进行大量繁殖,形成粘附力很强的粘泥,对循环冷却水系统造成危害。

冷却系统中的冷却设备、输水管道基本上为钢材,因此在循环冷却水中易滋长铁细菌。水中含铁量在012~013mg/L时,就能发现铁细菌的存在[1]。铁细菌属自养菌,它能把循环冷却水中可溶性的Fe2+氧化为Fe3+,并以Fe(OH)3的形式沉淀下来。铁细菌生长温度为5~45e,最佳生长温度约为23~30e。除了适宜的温度外,冷却水中还含有CO2及O2,使铁细菌在工业冷却水中得到大量繁殖,对工业循环冷却水系统造成很大危害。

另一类细菌硫酸盐还原菌,对工业冷却水系统也具有较大的危害。这类细菌是厌氧菌,其体内有过氧化氢酶,可将水中硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐还原为硫化氢,加速了金属的腐蚀。硫酸盐还原菌适宜生长温度25~30e,pH约为712。水温高出40~45e,pH低于5或高于815,就停止繁殖。因此,主要是侵蚀输水管道和低温换热设备。21112真菌

在工业冷却水中真菌的种类也很多,

真菌在冷46给水排水Vol130No162004

却水中大量繁殖,对冷却水系统产生粘泥和导致差异充气电池型的腐蚀。冷却水中最常见的真菌有半知菌类和担子菌类。

真菌的生长温度为0~40e,最适宜的温度为25~30e,pH生长范围为2~8。一般工业冷却水中均具有真菌生长的良好条件。

21113藻类

工业循环冷却水系统中常见的藻类有蓝藻、绿藻、硅藻3种。这些藻类具有叶绿素,生长最适宜温度在30~35e,pH生长范围很宽。它们从工业冷却水中和空气中得到CO2,磷酸盐和其它少量矿物质,在光照条件下,以细胞分裂或产生孢子的方式进行繁殖。阳光、空气、水是藻类生长的三要素,所以藻类主要生长在冷却塔的布水器、水池壁、沉淀池水面。在武钢1700工程中,曾在沉淀池中发现大量藻类,对工业循环冷却水系统安全运行造成极大危害。212微生物的危害

微生物在工业循环冷却水系统中的危害,主要有两个方面:一是微生物粘泥危害;二是微生物的腐蚀危害。

21211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(Zoogloea)和球衣菌(Sp haerotilus)、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。

铁细菌大量繁殖时,产生大量棕色粘泥及Fe(OH)3的沉积,堵塞冷却设备及输水管道。据报道,日本某钢厂1/2(1=2154cm)的输水管道粘泥造成管道堵塞达80%以上,3的输水管的输水能力下降了70%,12的输水管输水能力下降了20%。

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。

21212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-y Fe(OH)2|(1)

2H++2e-y H2{(2)

在阴极反应式为:

H++e-y H(3)

8H+SO2-4y S2-+4H2O(4)

包括阴阳两极反应的腐蚀电池反应式为:

4Fe+H2SO4+2H2O y3Fe(OH)2+FeS(5)

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。

3控制微生物的方法

在火电、石化及冶金工业中,工业循环冷却水系统均很复杂,冷却水量大。为了系统安全有效地运行,必须对工业冷却水中微生物严格控制,按规范把污垢热阻值及腐蚀率控制在规定的范围之内。

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;º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;»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;º干扰细胞物质的生物合成;»干扰微生物能量新陈代谢。

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氯及其化合物杀生剂

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