工业循环冷却水中微生物的危害及控制

·工业给排水·工业循环冷却水巾微生拥昀危害及控制陆善忠沈渊玮提要为7保证I业循环水安全、有效的运行，应对循环水中微生物进行严格控制，消除微生物的危害。水中加氯控制微生物是一个有效的方法。但由于工业循环水的pH值大部分在8～9之间，因此用氯杀菌灭藻不适宜。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‘业循环水微生物危害氯二氧化氯；癸我国是水资源严重短缺的国家，人均水资源拥有2微生物对工业循环水危害量仅为世界水平的1／4。年缺水量达58亿m3。每年由于工业冷却水长期循环使用，循环水中温度适因缺水造成的工业损失高达2300亿元。水资源短宜，又有微生物生长的营养物质，微生物经细胞分裂，缺已成为制约我国和社会发展的重要因素。在短时间内能大量增殖(10～30rain为一代)。在工根据国家经贸委<工业节水“十五”规划)要求，业冷却水系统中存在大量微生物会造成极大危害。为对国内工业用水大户，均要提高循环水的利用率，节了保证工业循环水安全行运。必须对其进行严格控约水资源。如不再做好节水工作，将影响我国国民制。经济持续发展，影响全国奔小康。2．1微生物的种类1工业循环水概况在工业冷却水中的微生物品种繁多．主要属植根据“全国节约用水办公室”的调查，我国的工物型。大致可分为三大类，即细菌、真菌、藻类。业用水效率较低。1999年每万元工业增加值取水2．1．1细菌量约330m3。是日本的18倍，美国的22倍。1999工业冷却水中生长的细菌极其庞大和繁杂。据资年的全国工业用水的循环率只有53％。而美国料报道，大约60％--70％的细菌，均属于假单孢菌属和2000年为94％，相差41个百分点。气杆菌属。常见的细菌为铁细菌和硫酸盐还原菌。按我国《工业节水“十五”规划)要求，到2005工业冷却水水质稳定处理中，加入含有磷的水年，万元工业增加值取水量下降到230m3，国家重质稳定剂，冷却塔带入灰尘中含有少量蛋白质和碳点工业企业全部达到节水型企业标准。对高用水行水化合物，细菌利用这些养料，进行大量繁殖，细菌业均有明确的节水目标。到2005年．火电行业取水落形成粘附力很强的粘泥，难以从冷却设备及管道量控制在580亿m3内，年均下降3．3％，工业水循表面剥离下来。对循环水系统造成危害。环率达到96％；钢铁行业取水量控制在23．2亿m3冷却水系统中的冷却设备、输水管道基本上为以内，年均下降5．5％。工业循环水达到91％以上；钢材，因此在循环水中易滋长铁细菌。水中含铁量石化行业取水量控制在29．6亿m3，年均下降在0．2～0．3mg／L时，就能发现铁细菌的存在。1．1％，工业循环水平均达到95％。铁细菌属自养菌。它能把循环水中可溶性的二价铁各行各业要达到“十五”规划目标，任重而道远。离子氧化为三价铁，并以氢氧化铁的形成沉淀下来。提高工业冷却水的循环利用率，是提高工业节水的铁细菌生长温度在5--45℃范围内，最佳生长温度约一个重要举措。要保证工业循环水安全、有效运行，为23～30℃。铁细菌生长除了得到适宜的温度外，在循环冷却水水质稳定技术上，对循环水中污垢的还在冷却水中得到了002及02。因此铁细菌在工业危害，腐蚀的危害，微生物的危害均应得到有效控冷却水中得到大量繁殖，对工业循环水造成很大危制，这样才能真正提高工业水的循环率。本文重点害。讨论工业循环冷却水中微生物的危害及控制。另一类细菌为硫酸盐还原菌，对工业冷却水系统 具有较大的危害。这类细菌是厌氧菌，它体内有过氧时的输水管输水能力下降了20％。化氢酶，可将水中硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐还原对于藻类形成的粘泥，除了堵塞管道，降低热交为硫化氢，加速了金属的腐蚀。硫酸盐还原苗适宜生换设备的传热性能外，由于藻类不断繁殖及死亡，又长温度25--30℃，pH在7．2左右。水温高出40--45为工业水中的其它细菌提供了生长的养料，使循环℃，pH低于5或高于8．5，它就停止繁殖。因此，它主水水质更加恶化。要是侵蚀输水管道和低温换热设备。真菌的大量繁殖也会造成严重的粘泥危害，如2．1．2真菌地霉及水霉型菌落，很容易挂在粗糙的表面，粘聚工在工业冷却水中真菌的种类也很多。真菌在冷业冷却水中由冷却塔带入的泥沙，影响管道输水能却水中大量繁殖，对冷却水系统产生粘泥和导致差力，降低冷却设备传能效率。由于微生物粘泥的危异充气电池型的腐蚀。真菌的生长温度为0～40害，使冷却水系统的污泥热阻很快上升，正常运行受℃，最适应的温度为25～30℃，pH大部分在6左右到威胁。(生长范围为pH2～8之间)。一般工业冷却水具有2．2．2微生物的腐蚀危害真菌生长的良好条件。微生物的腐蚀主要是由于微生物生长。导致在2．1．3藻类冷却设备管壁上，造成差异充气电池型的腐蚀。例工业循环水系统中，常见的藻类是蓝藻类、绿藻如铁细菌的滋生，把可溶性二价铁离子氧化成三价类、硅藻类三种。这些藻类具有叶绿索。它的生长的氢氧化铁，使铁受到腐蚀，并在粘泥底部的缺氧区最适宜温度在30～35℃，对pH生长范围很宽。它受到铁菌的腐蚀。铁菌引起的腐蚀大多为点蚀或结从工业冷却水中和空气中得到CCh，磷酸盐和其它节状腐蚀。这种腐蚀有较大的穿透速度．造成冷却少量矿物质，在光照条件下，它是以细胞分裂或产生设备破坏，甚至造成系统的停产。孢子的方式进行繁殖。阳光、空气、水分是藻类生长以硫酸盐还原菌为例，它常生活在缺氧的粘泥、的三要素，缺一条件藻类就会死亡。所以藻类主要锈蚀物及垢下，体内有过氧化氧酶，具有将硫酸盐，生长在冷却塔的布水器、水池壁、沉淀池水面。在武亚硫酸盐等还原为硫化氢的能力。硫酸盐还原菌的钢1700工程中，曾在沉淀池中发现大量藻类的繁生命活动过程中，起到极化作用，加速了金属的腐殖，对工业水安全运行造成极大危害。蚀。对工业冷却设备造成严重威胁。2．2微生物的危害硫酸盐还原菌在金属腐蚀时阳极发生反应式：微生物在工业循环冷却水系统中的危害，主要F一++30H一一Fe(OH)，●有二个方面：其一是微生物粘泥危害；其二是微生物的腐蚀危害。2H++2e一一H2在阴极反应式：2．2．i微生物粘泥危害微生物在冷却水系统中大量繁殖时，会使水质8H++8e一8H变臭、变黑；大量生物粘泥粘在冷却设备上，造成传8H+S04—2一S2一+4H20热效率下降，输水管道中阻力增加，能耗加大。包括阴阳两极反应的腐蚀电池的反应为：在工业冷却水系统中，细菌形成粘泥菌团4Fe+H2S04+2H20一3Fe(OH)2+FeS(Zoogloea)和球衣菌(Sphaerotilus)、铁细菌等。特从上述反应中看到硫酸盐还原菌大量繁殖，造别是球衣菌为主的粘泥较硬实，在金属表面附着力成冷却设备及输水管道产生严重腐蚀。它的腐蚀率很强。还能抵抗一般杀生剂的作用。可达到1．25～5mm／a。在60～90d内就把换热设铁细菌大量繁殖时．产生大量棕色粘泥及氢氧备腐蚀穿孔，造成系统不能正常行运，经济上造成很化铁的沉积，堵塞冷却设备及输水管道。据报导，日大损失。本某钢厂1／2时的输水管道粘泥造成管道堵塞达3控制微生物的方法80％以上，3时的输水管的输水能力下降了70％，12在火电工业，石化工业，冶金工业中，工业循环 冷却水系统均很复杂，冷却水量也非常大。为了系统安全有效地运行，必须对工业水中微生物进行严格地控制，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，主要从几个方面综合进行：改善补充水的水质，减少补充水中微生物的含量；在循环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水；用杀生剂对微生物杀生处理。本文中重点讨论利用杀生剂对微生物的杀生处理。杀生刹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。3．1氯及其化合物杀生剂根据《工业循环冷却水处理设计规范>(GB50050—95)第3．5．2条规定：“敞开式循环冷却水的菌藻处理宜采用加氯为主，并辅助投加非氧化图1pH对水中氯的存在的影响性杀菌灭藻剂。”L21条文说明中解释是：“循环冷却水3．2二氧化氯杀生剂经常使用的杀菌灭藻剂是液氯，因为液氯杀菌灭藻随着水处理技术及设备制造水平的不断提高，效果较好，价格低廉，所以被广泛使用。”近几年来二氧化氯的制备技术已基本成熟，已开始氯的杀生机理是氯加到水中，产生次氯酸：进入水消毒领域。H20+ch茸HCIO+H++CI一3．2．1二氧化氯杀生性能次氯酸在水中部分离解：二氧化氯是一种广谱性杀生剂，它渗入细菌细HCIO；—士H++ClO一胞内，将RNA或DNA(核酸)氧化，从而阻止细胞的从以上二个反应式中看到都产生H+，所以氯合成代谢，并使菌类死亡；二氧化氯对苯环具有一定的消毒效果好坏受水中的pH影响很大。氯的消毒的亲和性，能使苯环发生变化，其化学作用的结果导主要是HclO的作用，clO、cl一也具有杀菌作用，致藻类的死亡；二氧化氯还具有较强的氧化还原性但效果较差。因此氯加入水中后，产生的次氯酸越能，它对水中的残存的有机物进行氧化，切断了各类多。那么它的杀生作用越好。菌藻所需的养料，减缓菌藻的繁殖；二氧化氯具有无从图1中，可以清楚地看到pH对水中氯的存味、无毒、无腐蚀性。因此在工业循环冷却水中应用在的影响。比液氯更安全。更有效。同时，二氧化氯的氧化性是当水中的pH为5．5时，次氯酸占氯的98％以液氯的2．5倍，杀生效果明显高于液氯。在工业水上，这时杀菌效果最好。pH上升到7时，HCl0占中，一般投加量为2～5mg／L，具体投加量应视水质80％左右，杀菌效果良好。pH上升到8时，HCIO而定。二氧化氯还具有独特的性能，它可在pH为3占20％，当pH上升到8．5之后，HCIO就所剩无几～9的广泛范围内有效地杀菌_3j。由于这个特点，了，这时杀菌效果也就欠佳。而工业冷却水在循更适宜于高pH的工业循环水中作为杀生剂的应环运行中，水的pH大部分在8～9之间，因此在工用。业循环水中的杀菌剂，采用以加氯为主是不适宜的。3．2．2二氧化氯的制取在许多生产实践中，也证明了这个基本原理的正确制取二氧化氯方法较多，但大体可分为还原法、性。氧化法和电解法三种。本文重点讨论电解法。电解 氯化钠制取二二氧化氯比其它方法更经济、安全、实非氧化性杀生剂的种类也很多，常用的有季胺用。只要我们合理选用电极和隔膜，适当控制电极盐类、烯醛类、重金属盐类、二硫氰基甲烷(MT)类电位和电解条件，就可以通过电解NaCl水溶液，制等。取较纯的二氧化氯。季胺盐是阳离子型化合物，可以吸附到细菌上，在饱和食盐溶液电解时，阳极反应为cl一的氧与细胞壁上负电荷部位形成静电键，在细胞壁上产化析出氯气。当阳极区有一定量OH一，反应会继续生压力。引起细胞的溶解和死亡。季胺盐还能破坏进行。其主要反应式如下_3j：细胞的半渗透膜组织，以及细胞内代谢物质和酶．使2C1一～2e；—2C12蛋白质变质，达到杀菌目的。40H一一4e≠2820+02南京理工大学水处理研究所最新开发的02+20H一2e；。兰03+H20SS311EM等系列非氧化性杀生剂，它是利用各类杀生剂及活性酶之间的协同作用复配而成。如有机硫2H20一2e#3。H202+2H+类化合物活性酶与季铵盐等复配，用于工业循环冷C12+40H一一2e；—宅Clo一+21-120却水的杀菌灭藻，粘泥剥离等均有显著的效果，是新C10一十20H一一2e；—兰Clof+H20一代的非氧化性的杀生剂。上海恒泽环境科技有限C102一一e#C10z公司，也有类似的新型杀生剂。电解食盐水阴极反应为：4结语2H20+2e-。---20H+H2(1)在工业循环冷却水中，为了保证系统安全、从以上反应式中看到电解过程的反应动力学分有效地运行，必须对水中的微生物进行严格地控制，析，电解食盐水产生二氧化氯是由电化学氧化和电消除微生物的危害。化学脱附二个步骤构成。(2)氯是一种价格低廉、使用方便、杀菌效果良由于近年来二氧化氯制取设备技术进步，特别好的杀生剂。在工业循环水运行中，水中pH值大是从电解电极材料改进，以钛基体的电极上，涂以二部分在8—9之间，因此氯作为工业循环水的杀生剂氧化铂或钉、铱的阳极，用以电解食盐水产生二氧化不适宜。氯的效果更佳。钯一银合金阴极中，当银含量为(3)---氧化氯是一种广谱性杀生剂，使用安全可35％时，析氢反应催化活性最好。另外电解隔膜材靠，杀生效果优于氯，并且不受水中pH值的限制．料得到改进．如宜兴市绿华环保设备厂还采用陶瓷可作为工业冷却循环水中首选的杀生剂。无机隔膜。采用直流可控制硅供直流电。触发系统(4)新型电解盐溶液制取二氧化氯发生器，具有增加“给定积分”功能。这种类型的二氧化絮c发生电耗、盐耗省、极板寿命长、运转稳定、适应性强等优器，具有盐耗和电耗低，极板寿命长(大于60个月)点，是制备二氧化氯优先采用的设备。运转稳定、操作简单、体积小、重量轻、安装灵活、适参考文献应性强．隔膜经久耐用(12个月以上)的显著特点。特别是采用阴极区排出的氢氧化钠回流于阳极区，1循环冷却水的水质稳定与处理冶金工业出版社19875可改善阳极区产生二氧化氯的外部环境，大大提高2国家标准，工业循环冷却水处理设计规范(GB50050．95)中国计产气中二氧化氯的纯度。因此，二氧化氯杀生剂可划出版社19953张宏伟，等用于饮用水消毒的clq产生原理及设备研究．给水在工业循环水中大量推广应用。排水．1999。25(7)：59～613．3非氧化性杀生剂任何一种杀生剂使用一定时间之后，微生物对作者通讯处：200070上海市大统路988号这类杀生剂会有抗药作用。因此，为了提高杀生效上海冶金设计研究院果，应辅助投加非氧化性杀生剂。电话：(021)56551558—1122