工业循环冷却水系统微生物控制方法

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摘要：通过对循环水系统微生繁殖原因分析、危害及影响因素，结合实际案例阐述循环水微生物控制方法，提出定期交替投加氧化性杀菌灭藻剂和非氧化性杀菌灭藻剂的方法，是目前循环水系统最为有效的微生物控制方法。

关键词：循环冷却水；微生物

循环水系统反复使用冷却水，随着水温升高和蒸发，凉水塔和集水池被风和阳光破坏，受到外界环境的污染。严重的黏泥沉积、设备腐蚀和微生物繁殖的发生，会造成微生物粘泥滋生、污垢堵塞管道，导致冷却水系统中结垢和腐蚀趋势增加，对安全生产造成隐患。

1工业循环冷却水系统中常见微生物的种类及危害

1.1细菌

细菌是单细胞生物，每个细胞都是独立个体，许多单细胞个体趋向于聚集成群体（菌落），其中每个细胞仍然独立生活。（1）产黏泥细菌。产黏泥细菌是冷却水系统中数量最多的一类有害细菌，它们产生一种胶状的或粘液沉积物，在冷却水中有很强的附着力。这些沉积物覆盖在金属表面，与死菌、沉淀物等产物混合，易造成堵塞，阻止化学成分到达金属表面，并使金属发生垢下腐蚀。（2）铁沉积细菌。铁沉积细菌常被称铁细菌，铁细菌在生长在含铁的水中，当总铁浓度为1~6mg/L时，铁细菌生长最为旺盛；它通常被包裹在铁的化合物中，呈大量的红棕色黏性沉积物。铁细菌是好氧菌，但也可以在氧含量小于0.5mg/L的水中生长。它能把Fe2-转变为不溶于水的Fe2O3的水合物，从而使腐蚀速率增加。铁细菌的锈瘤遮盖了金属表面，使缓蚀剂难于与金属表面作用生成保护膜，并在锈下形成氧浓差腐蚀电池，引发腐蚀。（3）产硫化物细菌。产硫化物细菌又称硫酸盐还原菌，是在厌氧或缺氧状态下，在硫酸盐中的氧进行氧化而得到能量的一组细菌，它可以把硫酸盐还原为硫化氢。（4）产酸细菌。硝化细菌是常见的一种化学能自养型产酸细菌，能将水中的氨转变为硝酸，从而使在低pH值条件下易被侵蚀的金属(如碳、钢、铜、铝)遭受腐蚀。

1.2真菌

真菌和细菌的不同之处在于真菌有细胞核，比细菌结构更为复杂，形态与细菌也有很大差异，有单细胞和多细胞两种形式。真菌大量繁殖将发生黏泥危害，如地霉和水霉的菌落，很容易挂在任何粗糙面上，黏聚泥沙，影响输水，降低传热效率，甚至引起管道堵塞。

1.3藻类

藻类是低等植物，它含有叶绿素并能进行光合作用。冷却水中的藻类主要由蓝藻、绿藻和硅藻组成。藻类需要空气、水、阳光和营养物来生长，尤以光的影响最为重要，藻类只能在能照到阳光或能反射到一些阳光的地方，例如冷却塔顶、水池和进出水总管口等处。藻类不断繁殖又不断脱落，脱落的藻类又成为循环水系统中的悬浮固体和沉积物，堵塞管道，影响冷却水的输送并降低传热能力。藻类死亡腐烂后水质恶化，发生臭味，又为细菌等微生物提供养料。

2循环冷却水系统中常见微生物的繁殖原因分析

2.1营养细菌

有的细菌是由蛋白质、碳水化合物、脂肪及微量元素组成，因此需要C、H及微量元素为营养源。根据营养源不同，分为自养菌及异养菌两大类。自养菌能直接利用空气中的二氧化碳及无机盐类作为营养源，为无机营养型；异养菌的营养源来自有机物质，一般认为循环水中的COD＞10mg/L，就容易引起异养菌繁殖。

2.2水温

由于循环水系统内存在着较多种类的微生物，而各种微生物生长、繁殖的适宜水温亦有差。大多数微生物生长、繁殖的最佳温度为30~40℃。

2.3pH值

严格地讲，微生物的生长也有各自最适宜的pH值范围，如细菌在中性或微碱性的环境下适宜繁殖，丝状菌(霉菌类)适合在酸性环境中生长、繁殖。

2.4溶解氧

冷却水中的有氧细菌利用溶解氧分解有机物作为生存和繁殖的营养源。在开放式循环冷却水系统中，在冷却塔喷淋曝气过程中，大量的氧气溶解到水中，为好氧菌的生长繁殖提供了充分的条件。

2.5阳光

在冷却水系统的微生物中，只有藻类的生长繁殖需要光能，其他微生物对光能并不十分需要。

3目前国内常用微生物的处理手段

3.1加强原水前处理，改善补充水水质

原水中的悬浮粒子、色度物质和其他有机物含有微生物需要的营养，尤其是用地表水作补充水时，污染物质含量更多，需要进行前处理去除。常用混凝和过滤方法作为前处理工艺。

3.2投加杀生剂

投加杀生剂是目前循环水微生物控制较为成熟、有效的方法之一。杀生剂又称杀菌灭藻剂、抑制菌剂或杀菌剂等。分为氧化性和非氧化性杀菌剂两大类。（1）常用氧化性杀生剂。①氯和次氯酸盐。氯是最常用的杀菌剂，具有高效、快速、广谱、经济、使用方便等特点，对动物性浮游生物和细菌类特别有效，一般只要有0.5~1mg/L余氯维持就可以抑制冷却水中大部分微生物。②二氧化氯（ClO2）。用二氧化氯作杀菌剂具有剂量小、作用快、效果好的优点。它是一种强氧化剂，其氧化杀生能力是氯的25~26倍。③氯化异氰尿酸。通常使用的是二氯化异氰尿酸钠（DCCNa，商品名为优氯净）、二氯化异氰尿酸钾（DCCK）及三氯化异氰尿酸（TCCA，商品名为强氯精）。浓度在30~40mg/l杀生效果较好。④溴及溴化物。溴为棕红色发烟液体，其性质与氯相似，溶于水后反应生成次溴酸，起氧化杀生作用。次溴酸也可电离，电离后生成HOBr和OBr-，而在高pH值的条件下，溴的杀生能力是强于氯的。⑤臭氧。杀生速度较氯快300~600倍，杀生后分解为氧，对环境无任何污染。（2）常用非氧化性杀生剂。①氯酚类。氯酚类化合物是一类应用较早的杀生剂，主要有一氯酚、双氯酚、三氯酚及其钠盐等。②季铵盐。季铵盐是一种阳离子表面活性剂，广泛应用于冷却水中微生物的控制。它具有较强的杀菌作用，杀灭大多数微生物，具有良好的渗透性和分散性，与大多数水质稳定剂和处理剂相溶，可在较宽的pH值范围内使用，对鱼类等毒性小，易于降解，污染小。③二硫氰酸甲酯。二硫氰酸甲酯又称二硫氰基甲烷，是一种使用广泛的有机硫杀生剂，其形态为黄色或近于无色的针状结晶。二硫氰酸甲酯是一种广谱杀菌剂，对细菌、真菌、藻类和原生动物有很好的杀灭作用，尤其对硫酸盐还原菌有较好的杀灭作用。④异噻唑啉酮。异噻唑啉酮是一类较新的广谱杀生剂。异噻唑啉酮衍生物纯品的制备和分离工艺比较复杂。用于水处理杀生剂不需分离纯品，只需一步合成这两个异噻唑啉酮衍生物的混合物即可。⑤戊二醛。戊二醛是一种高效、快速、广谱的杀菌剂，具有水溶性，可与水以任何比例溶解，加水无色、无臭、无腐蚀，适用pH值范围广，能耐高温，是硫酸盐还原菌的专用药剂，本身可以被生物降解。戊二醛的杀生作用主要是对微生物细胞中蛋白质的交联作用。⑥酰胺类。某些酰胺类化合物对微生物具有很强的杀灭能力。是一种高效广谱的杀生剂，其特点是容易水解，高pH值，加热，紫外照射均可加速降解。容易被还原剂脱溴变为无毒的氰乙酸铵而失去杀生活性。在碱性条件下不稳定，一般限用于pH值＜7.5或8.0的系统。（3）杀生剂使用注意事项。①杀生剂应与分散剂联合使用。使用分散剂的目的在于分散剂可以把杀死的微生物尸体分散在循环水系统中，可以把污泥从金属表面剥离下来，露出下面没有杀死的微生物，有利于杀生剂的药性会发。杀生剂和分散剂联合使用可明显提高杀生剂使用效果，药性得以充分挥发。②杀生剂要交替使用避免微生物产生抗药性。由于微生物的抗药性特别强，长期单一的投加杀菌剂会是微生物产生抗药性，因此氧化性杀菌灭藻剂和非氧化性杀菌灭藻剂要交替投加使用。③温度和pH值对杀生剂使用效果的影响。循环水系统温度升高，杀生剂的效果变差，如季铵盐等，温度升高，季铵盐杀生效果变差。pH对杀生剂的效果有很大影响，所以循环水系统pH值要保持在稳定状态。④投加方式。一般考虑冲击式投加药剂，一次性投加大剂量的杀生剂可以让微生物的数量急剧降低，使微生物不易恢复到原来的状态。⑤浓缩倍数对杀生剂投加量的影响。浓缩倍数低，药剂在循环水系统中停留时间短，杀生剂的效果得不到更好的挥发，既浪费药剂，又浪费水资源。一般循环水系统浓缩倍数控制在3~5即可。

3.3冷却塔的防护

对冷却塔进行防护，改变微生物的生长条件也能够抑制微生物的生长繁殖。（1）防止阳光照射。藻类生长繁殖需要阳光，在没有阳光的条件下，一般不能生存。只要在冷却塔适当部位遮荫，避免阳光直射，藻类繁殖就会减慢甚至停止。一般来说，覆盖冷却塔水域和水池区域以防止阳光照射；冷却塔的进风口加装百叶窗，效果均非常明显。（2）采用杀生涂料。为了防止藻类在混凝土冷却塔中传播，可以在涂层中添加杀菌涂层(抗藻涂层)或杀菌剂进行保护。涂层由改性硅酸钠、氧化亚铜、氧化锌等原料组成。（3）木结构的防护。木结构冷却塔的构件必须作防真菌腐蚀处理，也可以在年度停车大检修时，对木结构进行补充性防腐处理。

3.4定期改变水温、流速和含盐量

如上所述，微生物对温度有不同的适应性，嗜冷微生物最适宜生长温度在10℃左右，中湿微生物最适宜生长温度在20~35℃，嗜热微生物最适宜生长温度在45℃左右。所以，定期地提高水温是一种无试剂杀生的好办法。此方法是适当减少通过换热器的循环水，但工艺侧的热量产品流量不变，以便提高循环水温度。当循环水温度足够高且超过了某种微生物的致死温度时，就会导致其死亡。有时用高温水或蒸汽吹洗系统，对控制微生物生长是有效的。

3.5系统设计、运行措施

（1）设计考虑。正确的设计好系统是第一步。为防止产生微生物黏泥和腐蚀，系统设计和安装时应避免滞水区和低流速。因此，应仔细考虑管路路径和阀门位置的选择。（2）运行维护。正确的维护运行系统以及定期进行清洗。（3）选用耐腐蚀材料。耐蚀材料最好用于易发生微生物腐蚀的地方。金属材料的耐微生物腐蚀性能一般为钛>不锈钢>黄铜>纯铜>硬铝>碳钢。（4）阴极保护。该方法与一般阴极保护类同，即在被保护的金属上连接一块更易氧化的金属作阳极，使被保护金属成为阴极，构成一个原电池或者外加一定电流的电源进行电解。

4微生物控制技术

实验研究和理论分析表明，微生物控制是循环水系统水质控制方案的首要任务。在微生物快速繁殖的情况下，必须采取有效的方法尽快控制微生物繁殖，如使用氯、过氧化物和其他氧化性杀菌剂、灭藻剂和无氧季铵盐。当夏季环境温度较高时，通过提高杀菌剂和除藻剂的浓度来恢复对微生物的控制，并通过增加污水排放量来降低系统中的污染物含量、悬浮物和可溶性总固体。加强杀菌灭藻剂力度，尽可能减少循环水中微生物的总量，选择合适的药剂，对于已形成大量微生物黏泥的系统，仅靠单纯的杀菌灭藻剂难以取得很好的处理效果。应对系统进行杀菌、清洗、剥离处理，利用杀生剂、分散剂、清洗剂的协同效应高剂量处理，可以取得满意的效果。

5结语

微生物控制是工业循环冷却水系统维护工作的重中之重，微生物危害程度不亚于结垢和腐蚀，以上介绍了微生物的各种控制方法，目前来说较为成熟的办法是使用氧化杀菌灭藻剂和非氧化性杀菌灭藻剂定期交替投加使用，通过强化微生物及其日常检测手段，保证循环水系统安全、稳定运行。

作者：赵成平 万雄伟 刘苏 李玲 单位：上海兰林清洗有限公司