工業循環冷卻水系統微生物控制方法
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摘要：通過對循環水系統微生繁殖原因分析、危害及影響因素，結合實際案例闡述循環水微生物控制方法，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，是目前循環水系統最為有效的微生物控制方法。
關鍵詞：循環冷卻水；微生物
循環水系統反復使用冷卻水，隨著水溫升高和蒸發，涼水塔和集水池被風和陽光破壞，受到外界環境的污染。嚴重的黏泥沉積、設備腐蝕和微生物繁殖的發生，會造成微生物粘泥滋生、污垢堵塞管道，導致冷卻水系統中結垢和腐蝕趨勢增加，對安全生產造成隱患。
1.1細菌
細菌是單細胞生物，每個細胞都是獨立個體，許多單細胞個體趨向于聚集成群體（菌落），其中每個細胞仍然獨立生活。（1）產黏泥細菌。產黏泥細菌是冷卻水系統中數量最多的一類有害細菌，它們產生一種膠狀的或粘液沉積物，在冷卻水中有很強的附著力。這些沉積物覆蓋在金屬表面，與死菌、沉淀物等產物混合，易造成堵塞，阻止化學成分到達金屬表面，并使金屬發生垢下腐蝕。（2）鐵沉積細菌。鐵沉積細菌常被稱鐵細菌，鐵細菌在生長在含鐵的水中，當總鐵濃度為1~6mg/L時，鐵細菌生長最為旺盛；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-轉變為不溶于水的Fe2O3的水合物，從而使腐蝕速率增加。鐵細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膜，并在銹下形成氧濃差腐蝕電池，引發腐蝕。（3）產硫化物細菌。產硫化物細菌又稱硫酸鹽還原菌，是在厭氧或缺氧狀態下，在硫酸鹽中的氧進行氧化而得到能量的一組細菌，它可以把硫酸鹽還原為硫化氫。（4）產酸細菌。硝化細菌是常見的一種化學能自養型產酸細菌，能將水中的氨轉變為硝酸，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
真菌和細菌的不同之處在于真菌有細胞核，比細菌結構更為復雜，形態與細菌也有很大差異，有單細胞和多細胞兩種形式。真菌大量繁殖將發生黏泥危害，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行光合作用。冷卻水中的藻類主要由藍藻、綠藻和硅藻組成。藻類需要空氣、水、陽光和營養物來生長，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水系統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惡化，發生臭味，又為細菌等微生物提供養料。
2循環冷卻水系統中常見微生物的繁殖原因分析
2.1營養細菌
有的細菌是由蛋白質、碳水化合物、脂肪及微量元素組成，因此需要C、H及微量元素為營養源。根據營養源不同，分為自養菌及異養菌兩大類。自養菌能直接利用空氣中的二氧化碳及無機鹽類作為營養源，為無機營養型；異養菌的營養源來自有機物質，一般認為循環水中的COD＞10mg/L，就容易引起異養菌繁殖。
2.2水溫
由于循環水系統內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。大多數微生物生長、繁殖的最佳溫度為30~40℃。
2.3pH值
嚴格地講，微生物的生長也有各自最適宜的pH值范圍，如細菌在中性或微堿性的環境下適宜繁殖，絲狀菌(霉菌類)適合在酸性環境中生長、繁殖。
2.4溶解氧
冷卻水中的有氧細菌利用溶解氧分解有機物作為生存和繁殖的營養源。在開放式循環冷卻水系統中，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目前國內常用微生物的處理手段
3.1加強原水前處理，改善補充水水質
原水中的懸浮粒子、色度物質和其他有機物含有微生物需要的營養，尤其是用地表水作補充水時，污染物質含量更多，需要進行前處理去除。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、經濟、使用方便等特點，對動物性浮游生物和細菌類特別有效，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、效果好的優點。它是一種強氧化劑，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。溴為棕紅色發煙液體，其性質與氯相似，溶于水后反應生成次溴酸，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，廣泛應用于冷卻水中微生物的控制。它具有較強的殺菌作用，殺滅大多數微生物，具有良好的滲透性和分散性，與大多數水質穩定劑和處理劑相溶，可在較寬的pH值范圍內使用，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硫殺生劑，其形態為黃色或近于無色的針狀結晶。二硫氰酸甲酯是一種廣譜殺菌劑，對細菌、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胞中蛋白質的交聯作用。⑥酰胺類。某些酰胺類化合物對微生物具有很強的殺滅能力。是一種高效廣譜的殺生劑，其特點是容易水解，高pH值，加熱，紫外照射均可加速降解。容易被還原劑脫溴變為無毒的氰乙酸銨而失去殺生活性。在堿性條件下不穩定，一般限用于pH值＜7.5或8.0的系統。（3）殺生劑使用注意事項。①殺生劑應與分散劑聯合使用。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水系統中，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。殺生劑和分散劑聯合使用可明顯提高殺生劑使用效果，藥性得以充分揮發。②殺生劑要交替使用避免微生物產生抗藥性。由于微生物的抗藥性特別強，長期單一的投加殺菌劑會是微生物產生抗藥性，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。循環水系統溫度升高，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，所以循環水系統pH值要保持在穩定狀態。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量急劇降低，使微生物不易恢復到原來的狀態。⑤濃縮倍數對殺生劑投加量的影響。濃縮倍數低，藥劑在循環水系統中停留時間短，殺生劑的效果得不到更好的揮發，既浪費藥劑，又浪費水資源。一般循環水系統濃縮倍數控制在3~5即可。
3.3冷卻塔的防護
對冷卻塔進行防護，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域以防止陽光照射；冷卻塔的進風口加裝百葉窗，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)或殺菌劑進行保護。涂層由改性硅酸鈉、氧化亞銅、氧化鋅等原料組成。（3）木結構的防護。木結構冷卻塔的構件必須作防真菌腐蝕處理，也可以在年度停車大檢修時，對木結構進行補充性防腐處理。
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。此方法是適當減少通過換熱器的循環水，但工藝側的熱量產品流量不變，以便提高循環水溫度。當循環水溫度足夠高且超過了某種微生物的致死溫度時，就會導致其死亡。有時用高溫水或蒸汽吹洗系統，對控制微生物生長是有效的。
3.5系統設計、運行措施
（1）設計考慮。正確的設計好系統是第一步。為防止產生微生物黏泥和腐蝕，系統設計和安裝時應避免滯水區和低流速。因此，應仔細考慮管路路徑和閥門位置的選擇。（2）運行維護。正確的維護運行系統以及定期進行清洗。（3）選用耐腐蝕材料。耐蝕材料最好用于易發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。該方法與一般陰極保護類同，即在被保護的金屬上連接一塊更易氧化的金屬作陽極，使被保護金屬成為陰極，構成一個原電池或者外加一定電流的電源進行電解。
4微生物控制技術
實驗研究和理論分析表明，微生物控制是循環水系統水質控制方案的首要任務。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。當夏季環境溫度較高時，通過提高殺菌劑和除藻劑的濃度來恢復對微生物的控制，并通過增加污水排放量來降低系統中的污染物含量、懸浮物和可溶性總固體。加強殺菌滅藻劑力度，盡可能減少循環水中微生物的總量，選擇合適的藥劑，對于已形成大量微生物黏泥的系統，僅靠單純的殺菌滅藻劑難以取得很好的處理效果。應對系統進行殺菌、清洗、剝離處理，利用殺生劑、分散劑、清洗劑的協同效應高劑量處理，可以取得滿意的效果。
5結語
微生物控制是工業循環冷卻水系統維護工作的重中之重，微生物危害程度不亞于結垢和腐蝕，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，通過強化微生物及其日常檢測手段，保證循環水系統安全、穩定運行。
作者：趙成平 萬雄偉 劉蘇 李玲 單位：上海蘭林清洗有限公司
