工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)微生物控制方法

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摘要：通過對循環(huán)水系統(tǒng)微生繁殖原因分析、危害及影響因素，結(jié)合實際案例闡述循環(huán)水微生物控制方法，提出定期交替投加氧化性殺菌滅藻劑和非氧化性殺菌滅藻劑的方法，是目前循環(huán)水系統(tǒng)最為有效的微生物控制方法。

關(guān)鍵詞：循環(huán)冷卻水；微生物

循環(huán)水系統(tǒng)反復(fù)使用冷卻水，隨著水溫升高和蒸發(fā)，涼水塔和集水池被風(fēng)和陽光破壞，受到外界環(huán)境的污染。嚴(yán)重的黏泥沉積、設(shè)備腐蝕和微生物繁殖的發(fā)生，會造成微生物粘泥滋生、污垢堵塞管道，導(dǎo)致冷卻水系統(tǒng)中結(jié)垢和腐蝕趨勢增加，對安全生產(chǎn)造成隱患。

1工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中常見微生物的種類及危害

1.1細(xì)菌

細(xì)菌是單細(xì)胞生物，每個細(xì)胞都是獨(dú)立個體，許多單細(xì)胞個體趨向于聚集成群體（菌落），其中每個細(xì)胞仍然獨(dú)立生活。（1）產(chǎn)黏泥細(xì)菌。產(chǎn)黏泥細(xì)菌是冷卻水系統(tǒng)中數(shù)量最多的一類有害細(xì)菌，它們產(chǎn)生一種膠狀的或粘液沉積物，在冷卻水中有很強(qiáng)的附著力。這些沉積物覆蓋在金屬表面，與死菌、沉淀物等產(chǎn)物混合，易造成堵塞，阻止化學(xué)成分到達(dá)金屬表面，并使金屬發(fā)生垢下腐蝕。（2）鐵沉積細(xì)菌。鐵沉積細(xì)菌常被稱鐵細(xì)菌，鐵細(xì)菌在生長在含鐵的水中，當(dāng)總鐵濃度為1~6mg/L時，鐵細(xì)菌生長最為旺盛；它通常被包裹在鐵的化合物中，呈大量的紅棕色黏性沉積物。鐵細(xì)菌是好氧菌，但也可以在氧含量小于0.5mg/L的水中生長。它能把Fe2-轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒腇e2O3的水合物，從而使腐蝕速率增加。鐵細(xì)菌的銹瘤遮蓋了金屬表面，使緩蝕劑難于與金屬表面作用生成保護(hù)膜，并在銹下形成氧濃差腐蝕電池，引發(fā)腐蝕。（3）產(chǎn)硫化物細(xì)菌。產(chǎn)硫化物細(xì)菌又稱硫酸鹽還原菌，是在厭氧或缺氧狀態(tài)下，在硫酸鹽中的氧進(jìn)行氧化而得到能量的一組細(xì)菌，它可以把硫酸鹽還原為硫化氫。（4）產(chǎn)酸細(xì)菌。硝化細(xì)菌是常見的一種化學(xué)能自養(yǎng)型產(chǎn)酸細(xì)菌，能將水中的氨轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛?，從而使在低pH值條件下易被侵蝕的金屬(如碳、鋼、銅、鋁)遭受腐蝕。

1.2真菌

真菌和細(xì)菌的不同之處在于真菌有細(xì)胞核，比細(xì)菌結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，形態(tài)與細(xì)菌也有很大差異，有單細(xì)胞和多細(xì)胞兩種形式。真菌大量繁殖將發(fā)生黏泥危害，如地霉和水霉的菌落，很容易掛在任何粗糙面上，黏聚泥沙，影響輸水，降低傳熱效率，甚至引起管道堵塞。

1.3藻類

藻類是低等植物，它含有葉綠素并能進(jìn)行光合作用。冷卻水中的藻類主要由藍(lán)藻、綠藻和硅藻組成。藻類需要空氣、水、陽光和營養(yǎng)物來生長，尤以光的影響最為重要，藻類只能在能照到陽光或能反射到一些陽光的地方，例如冷卻塔頂、水池和進(jìn)出水總管口等處。藻類不斷繁殖又不斷脫落，脫落的藻類又成為循環(huán)水系統(tǒng)中的懸浮固體和沉積物，堵塞管道，影響冷卻水的輸送并降低傳熱能力。藻類死亡腐爛后水質(zhì)惡化，發(fā)生臭味，又為細(xì)菌等微生物提供養(yǎng)料。

2循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中常見微生物的繁殖原因分析

2.1營養(yǎng)細(xì)菌

有的細(xì)菌是由蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪及微量元素組成，因此需要C、H及微量元素為營養(yǎng)源。根據(jù)營養(yǎng)源不同，分為自養(yǎng)菌及異養(yǎng)菌兩大類。自養(yǎng)菌能直接利用空氣中的二氧化碳及無機(jī)鹽類作為營養(yǎng)源，為無機(jī)營養(yǎng)型；異養(yǎng)菌的營養(yǎng)源來自有機(jī)物質(zhì)，一般認(rèn)為循環(huán)水中的COD＞10mg/L，就容易引起異養(yǎng)菌繁殖。

2.2水溫

由于循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)存在著較多種類的微生物，而各種微生物生長、繁殖的適宜水溫亦有差。大多數(shù)微生物生長、繁殖的最佳溫度為30~40℃。

2.3pH值

嚴(yán)格地講，微生物的生長也有各自最適宜的pH值范圍，如細(xì)菌在中性或微堿性的環(huán)境下適宜繁殖，絲狀菌(霉菌類)適合在酸性環(huán)境中生長、繁殖。

2.4溶解氧

冷卻水中的有氧細(xì)菌利用溶解氧分解有機(jī)物作為生存和繁殖的營養(yǎng)源。在開放式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，在冷卻塔噴淋曝氣過程中，大量的氧氣溶解到水中，為好氧菌的生長繁殖提供了充分的條件。

2.5陽光

在冷卻水系統(tǒng)的微生物中，只有藻類的生長繁殖需要光能，其他微生物對光能并不十分需要。

3目前國內(nèi)常用微生物的處理手段

3.1加強(qiáng)原水前處理，改善補(bǔ)充水水質(zhì)

原水中的懸浮粒子、色度物質(zhì)和其他有機(jī)物含有微生物需要的營養(yǎng)，尤其是用地表水作補(bǔ)充水時，污染物質(zhì)含量更多，需要進(jìn)行前處理去除。常用混凝和過濾方法作為前處理工藝。

3.2投加殺生劑

投加殺生劑是目前循環(huán)水微生物控制較為成熟、有效的方法之一。殺生劑又稱殺菌滅藻劑、抑制菌劑或殺菌劑等。分為氧化性和非氧化性殺菌劑兩大類。（1）常用氧化性殺生劑。①氯和次氯酸鹽。氯是最常用的殺菌劑，具有高效、快速、廣譜、經(jīng)濟(jì)、使用方便等特點(diǎn)，對動物性浮游生物和細(xì)菌類特別有效，一般只要有0.5~1mg/L余氯維持就可以抑制冷卻水中大部分微生物。②二氧化氯（ClO2）。用二氧化氯作殺菌劑具有劑量小、作用快、效果好的優(yōu)點(diǎn)。它是一種強(qiáng)氧化劑，其氧化殺生能力是氯的25~26倍。③氯化異氰尿酸。通常使用的是二氯化異氰尿酸鈉（DCCNa，商品名為優(yōu)氯凈）、二氯化異氰尿酸鉀（DCCK）及三氯化異氰尿酸（TCCA，商品名為強(qiáng)氯精）。濃度在30~40mg/l殺生效果較好。④溴及溴化物。溴為棕紅色發(fā)煙液體，其性質(zhì)與氯相似，溶于水后反應(yīng)生成次溴酸，起氧化殺生作用。次溴酸也可電離，電離后生成HOBr和OBr-，而在高pH值的條件下，溴的殺生能力是強(qiáng)于氯的。⑤臭氧。殺生速度較氯快300~600倍，殺生后分解為氧，對環(huán)境無任何污染。（2）常用非氧化性殺生劑。①氯酚類。氯酚類化合物是一類應(yīng)用較早的殺生劑，主要有一氯酚、雙氯酚、三氯酚及其鈉鹽等。②季銨鹽。季銨鹽是一種陽離子表面活性劑，廣泛應(yīng)用于冷卻水中微生物的控制。它具有較強(qiáng)的殺菌作用，殺滅大多數(shù)微生物，具有良好的滲透性和分散性，與大多數(shù)水質(zhì)穩(wěn)定劑和處理劑相溶，可在較寬的pH值范圍內(nèi)使用，對魚類等毒性小，易于降解，污染小。③二硫氰酸甲酯。二硫氰酸甲酯又稱二硫氰基甲烷，是一種使用廣泛的有機(jī)硫殺生劑，其形態(tài)為黃色或近于無色的針狀結(jié)晶。二硫氰酸甲酯是一種廣譜殺菌劑，對細(xì)菌、真菌、藻類和原生動物有很好的殺滅作用，尤其對硫酸鹽還原菌有較好的殺滅作用。④異噻唑啉酮。異噻唑啉酮是一類較新的廣譜殺生劑。異噻唑啉酮衍生物純品的制備和分離工藝比較復(fù)雜。用于水處理殺生劑不需分離純品，只需一步合成這兩個異噻唑啉酮衍生物的混合物即可。⑤戊二醛。戊二醛是一種高效、快速、廣譜的殺菌劑，具有水溶性，可與水以任何比例溶解，加水無色、無臭、無腐蝕，適用pH值范圍廣，能耐高溫，是硫酸鹽還原菌的專用藥劑，本身可以被生物降解。戊二醛的殺生作用主要是對微生物細(xì)胞中蛋白質(zhì)的交聯(lián)作用。⑥酰胺類。某些酰胺類化合物對微生物具有很強(qiáng)的殺滅能力。是一種高效廣譜的殺生劑，其特點(diǎn)是容易水解，高pH值，加熱，紫外照射均可加速降解。容易被還原劑脫溴變?yōu)闊o毒的氰乙酸銨而失去殺生活性。在堿性條件下不穩(wěn)定，一般限用于pH值＜7.5或8.0的系統(tǒng)。（3）殺生劑使用注意事項。①殺生劑應(yīng)與分散劑聯(lián)合使用。使用分散劑的目的在于分散劑可以把殺死的微生物尸體分散在循環(huán)水系統(tǒng)中，可以把污泥從金屬表面剝離下來，露出下面沒有殺死的微生物，有利于殺生劑的藥性會發(fā)。殺生劑和分散劑聯(lián)合使用可明顯提高殺生劑使用效果，藥性得以充分揮發(fā)。②殺生劑要交替使用避免微生物產(chǎn)生抗藥性。由于微生物的抗藥性特別強(qiáng)，長期單一的投加殺菌劑會是微生物產(chǎn)生抗藥性，因此氧化性殺菌滅藻劑和非氧化性殺菌滅藻劑要交替投加使用。③溫度和pH值對殺生劑使用效果的影響。循環(huán)水系統(tǒng)溫度升高，殺生劑的效果變差，如季銨鹽等，溫度升高，季銨鹽殺生效果變差。pH對殺生劑的效果有很大影響，所以循環(huán)水系統(tǒng)pH值要保持在穩(wěn)定狀態(tài)。④投加方式。一般考慮沖擊式投加藥劑，一次性投加大劑量的殺生劑可以讓微生物的數(shù)量急劇降低，使微生物不易恢復(fù)到原來的狀態(tài)。⑤濃縮倍數(shù)對殺生劑投加量的影響。濃縮倍數(shù)低，藥劑在循環(huán)水系統(tǒng)中停留時間短，殺生劑的效果得不到更好的揮發(fā)，既浪費(fèi)藥劑，又浪費(fèi)水資源。一般循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)控制在3~5即可。

3.3冷卻塔的防護(hù)

對冷卻塔進(jìn)行防護(hù)，改變微生物的生長條件也能夠抑制微生物的生長繁殖。（1）防止陽光照射。藻類生長繁殖需要陽光，在沒有陽光的條件下，一般不能生存。只要在冷卻塔適當(dāng)部位遮蔭，避免陽光直射，藻類繁殖就會減慢甚至停止。一般來說，覆蓋冷卻塔水域和水池區(qū)域以防止陽光照射；冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口加裝百葉窗，效果均非常明顯。（2）采用殺生涂料。為了防止藻類在混凝土冷卻塔中傳播，可以在涂層中添加殺菌涂層(抗藻涂層)或殺菌劑進(jìn)行保護(hù)。涂層由改性硅酸鈉、氧化亞銅、氧化鋅等原料組成。（3）木結(jié)構(gòu)的防護(hù)。木結(jié)構(gòu)冷卻塔的構(gòu)件必須作防真菌腐蝕處理，也可以在年度停車大檢修時，對木結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)充性防腐處理。

3.4定期改變水溫、流速和含鹽量

如上所述，微生物對溫度有不同的適應(yīng)性，嗜冷微生物最適宜生長溫度在10℃左右，中濕微生物最適宜生長溫度在20~35℃，嗜熱微生物最適宜生長溫度在45℃左右。所以，定期地提高水溫是一種無試劑殺生的好辦法。此方法是適當(dāng)減少通過換熱器的循環(huán)水，但工藝側(cè)的熱量產(chǎn)品流量不變，以便提高循環(huán)水溫度。當(dāng)循環(huán)水溫度足夠高且超過了某種微生物的致死溫度時，就會導(dǎo)致其死亡。有時用高溫水或蒸汽吹洗系統(tǒng)，對控制微生物生長是有效的。

3.5系統(tǒng)設(shè)計、運(yùn)行措施

（1）設(shè)計考慮。正確的設(shè)計好系統(tǒng)是第一步。為防止產(chǎn)生微生物黏泥和腐蝕，系統(tǒng)設(shè)計和安裝時應(yīng)避免滯水區(qū)和低流速。因此，應(yīng)仔細(xì)考慮管路路徑和閥門位置的選擇。（2）運(yùn)行維護(hù)。正確的維護(hù)運(yùn)行系統(tǒng)以及定期進(jìn)行清洗。（3）選用耐腐蝕材料。耐蝕材料最好用于易發(fā)生微生物腐蝕的地方。金屬材料的耐微生物腐蝕性能一般為鈦>不銹鋼>黃銅>純銅>硬鋁>碳鋼。（4）陰極保護(hù)。該方法與一般陰極保護(hù)類同，即在被保護(hù)的金屬上連接一塊更易氧化的金屬作陽極，使被保護(hù)金屬成為陰極，構(gòu)成一個原電池或者外加一定電流的電源進(jìn)行電解。

4微生物控制技術(shù)

實驗研究和理論分析表明，微生物控制是循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)控制方案的首要任務(wù)。在微生物快速繁殖的情況下，必須采取有效的方法盡快控制微生物繁殖，如使用氯、過氧化物和其他氧化性殺菌劑、滅藻劑和無氧季銨鹽。當(dāng)夏季環(huán)境溫度較高時，通過提高殺菌劑和除藻劑的濃度來恢復(fù)對微生物的控制，并通過增加污水排放量來降低系統(tǒng)中的污染物含量、懸浮物和可溶性總固體。加強(qiáng)殺菌滅藻劑力度，盡可能減少循環(huán)水中微生物的總量，選擇合適的藥劑，對于已形成大量微生物黏泥的系統(tǒng)，僅靠單純的殺菌滅藻劑難以取得很好的處理效果。應(yīng)對系統(tǒng)進(jìn)行殺菌、清洗、剝離處理，利用殺生劑、分散劑、清洗劑的協(xié)同效應(yīng)高劑量處理，可以取得滿意的效果。

5結(jié)語

微生物控制是工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)維護(hù)工作的重中之重，微生物危害程度不亞于結(jié)垢和腐蝕，以上介紹了微生物的各種控制方法，目前來說較為成熟的辦法是使用氧化殺菌滅藻劑和非氧化性殺菌滅藻劑定期交替投加使用，通過強(qiáng)化微生物及其日常檢測手段，保證循環(huán)水系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

作者：趙成平 萬雄偉 劉蘇 李玲 單位：上海蘭林清洗有限公司