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循环冷却水处理概要
发布时间：2011/4/16  阅读次数：6280  字体大小: 【小】 【中】【大】
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第四章             循环冷却水系统中的微生物及其控制
第一节  微生物及其特性
一、微生物
微生物是对所有个体微小的单细胞和结构极为简单的多细胞以及没有细胞结构的低等生物的统称。其类群十分庞杂，它包括不具细胞结构的病毒和类病毒、原核类的细菌、放线菌、蓝细菌、立克次氏体、衣原体和枝原体，以及属于真菌类的酵母菌、霉菌、原生动物和显微藻类等。由于肉眼难以分辨直径小于1mm以下物体的细节，故人们必须借助显微镜或电子显微镜才能观察微生物的形态和测量它们的大小，这是微生物世界在生物界中开发得比较晚的原因。
二、微生物的特性
微生物的个体一般都是一个能自我增殖的、多功能的和小体积大面积的单细胞系统。微生物的一般特性可概括为以下五大共性：
①体积小、面积大  微生物的个体都极其微小，要度量它们的大小，必须用微米或纳米作单位。微生物这种体积小面积大的特点特别有利于它们与周围环境进行大量的物质交换和能量、信息交换，从而又导致微生物具有以下的四个特性：②吸收多、转化快；③生长旺、繁殖快；④变异易、适应强；⑤种类多、分布广。
  
第二节  冷却水系统中引起故障的微生物
并不是冷却水系统中所有的微生物都会引起故障，但在工业冷却水系统运行时，常会遇到一些引起故障的微生物。他们是细菌、真菌和藻类。
一、细菌
（一）  产黏泥细菌  在冷却水中它们产生一种胶状的、黏性或黏泥状的、附着力很强的沉积物。这种沉积物覆盖在金属的表面上，降低冷却水的冷却效果，阻止冷却水中的缓蚀剂、阻垢剂和杀生剂到达金属表面发生缓蚀、阻垢和杀生作用，并使金属表面形成差异腐蚀电池而发生沉积物下腐蚀（垢下腐蚀）。但是，这些细菌本身并不直接引起腐蚀。
（二）  铁沉积细菌  人们常把铁沉积细菌简称为铁细菌。铁细菌有以下特点：
（1）在含铁的水中生长；
（2）通常被包裹在铁的化合物中；
（3）生成体积很大的红棕色的黏性沉积物；
（4）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。
  
（三）  产硫化物细菌
  
（四）  产酸细菌
1.         硝化细菌
硝化细菌能把水中的氨转变为硝酸。由于大气中含有氨或由于设备的泄露，冷却水中往往含有氨。当笑话细菌存在于含有氨的冷却水系统中时，冷却水的pH值将发生意外的变化。在正常情况下，氨进入冷却水中后会使水的pH值升高；然而当冷却水中存在硝化细菌时，冷却水的pH值反而下降。水的pH值将使一些在低pH值条件下易被侵蚀的金属遭受腐蚀。
幸好在控制硝化细菌生长上，氯以及某些非氧化性杀生剂非常有效。然而当冷却水中有较多的氨时，氯将与氨反应而被消耗掉。
2.         硫杆菌
       硫杆菌（Thiobacillus）能使可溶性硫化物转变为硫酸。正像硝化细菌那样，一些在酸性条件下易受侵蚀的金属将被腐蚀。
二、真菌
冷却水系统中的真菌包括霉菌和酵母两类。它们往往生长在冷却塔的木质构件上、水池壁上和换热器中。
真菌破坏木材中的纤维素，使冷却塔的木质构件朽蚀。
一般来讲，真菌对冷却水系统中的金属并没有直接的腐蚀性，但它们产生的黏状沉积物会在金属表面建立差异腐蚀电池而引起金属的腐蚀。黏状沉积物覆盖在金属表面，使冷却水中的缓蚀剂不能到那里去发挥防护作用。
冷却水系统中的真菌可以用杀真菌的药剂，例如五氯酚或三丁基锡的化合物来控制。氯对于真菌不是很有效。
三、藻类
冷却水中的藻类主要有蓝藻、绿藻和硅藻。这些藻类的颜色是由于它们体内有进行光合作用叶绿素和其他色素存在，所以藻类的生长需要阳光。通常在湖泊或河流中见到的漂浮在水面上的藻类进入冷却水系统中后会引起沉积，它们常常停留在阳光和水分充足的地方，例如水泥冷却塔的塔壁、集水池的边缘以及小氮肥厂喷淋式蛇管换热器的布水器和管壁上。
死亡的藻类会变成冷却水系统中的悬浮物和沉积物。在换热器中，它们将成为捕集冷却水中有机体的过滤器，为细菌和霉菌提供食物。藻类形成的团块进入换热器中后，会堵塞换热器中的管路，降低冷却水的流量，从而降低其冷却作用。
一般认为，藻类本身并不直接引起腐蚀，但它们生成的沉积物所覆盖的金属表面则由于形成差异腐蚀电池而常会发生沉积物下腐蚀。
用挡板、盖板、百叶窗等遮盖冷却塔和水池，阻止阳光进入冷却水系统，可以控制藻类的生长。向冷却水中添加氯以及非氧化性杀生剂，特别是季铵盐，对于控制藻类的生长十分有利。

第三节    冷却水系统中金属的微生物腐蚀
一、                   铁和低碳钢
铁细菌是好氧菌。它们中的一些细菌可以将二价铁氧化为三价铁，使之以鞘的形式沉淀下来，同时还产生大量黏液，构成锈瘤。由于他们耗氧，而生成的锈瘤又阻碍氧的扩散，锈瘤下面的金属表面常常处于缺氧状态，从而构成氧浓差电池，引起钢的腐蚀。铁细菌产生的锈瘤除了会引起腐蚀穿孔外，还会降低管道中水的流速，从而降低冷却水的冷却效果。
硫酸盐还原菌能使碳钢和低合金钢产生点蚀，生成黑色的硫化铁沉积物。
硫氧化菌能把元素硫或其他还原态的硫化物氧化为硫酸，使介质的pH值降低。
其它好氧菌因产生有机酸，因此也具有不同程度的腐蚀作用。
二、不锈钢
不锈钢，即使含钼量达4.5%的奥氏体不锈钢也会发生微生物腐蚀。
不锈钢微生物腐蚀的特征是点蚀，最常遇到的则是在不锈钢的焊件上。有时微生物可使不锈钢先以晶间腐蚀开始，最终成为氯化物的应力腐蚀破裂。蚀孔和裂纹主要发生在焊缝的热影响区和应力区。
除嘉氏铁杆菌，从失效的不锈钢管上含腐蚀产物的黏泥中已分离出气杆菌（Aerobacter）、梭菌（Closridium）、黄杆菌（Flavobacterium）、芽孢杆菌（Bacillus）、脱硫弧菌（Desulfovibrio）和腊肠形脱硫弧菌（Desulfotomacuium）。
有硫酸盐还原菌活动的厌氧介质中，不锈钢的微生物腐蚀形态只要是点蚀和晶间腐蚀。硫酸盐还原菌曾使904L奥氏体不锈钢制造的海水换热器水室的法兰处发生缝隙腐蚀和点蚀。蚀孔呈墨水瓶状。
三、铜和铜合金
铜腐蚀后生成的铜离子或铜盐对微生物有一定的毒性，但也存在着耐铜离子的细菌。例如，氧化硫硫杆菌（Thiobacillus thiooxidans）能在铜离子浓度高达2%的溶液中生长。
假单胞菌（Pseudomonas）可使铜合金在海水中的腐蚀速度增大约20倍。
硫酸盐还原菌也会腐蚀铜或铜合金。硫酸盐还原菌曾使海水管道系统中铜镍合金的焊接区和热影响区发生孔蚀和选择性腐蚀。
在核电站的主凝汽器、给水加热器、各种小型换热器、泵和阀门中，广泛使用着各种铜合金（其中包括白铜、黄铜、铝青铜和海军黄铜）。虽然铜对一般的污垢生物是有毒的，但这些铜合金对微生物腐蚀仍是敏感的。在核电站的冷却水等系统中，人们曾遇到一些由于微生物活动影响而发生地铜合金的点蚀、选择性腐蚀和氨引起的应力腐蚀开裂的事例。
四、镍和镍合金
镍合金耐微生物腐蚀的能力较强，但也能产生严重的点蚀。例如嗜热菌（Thermusaquarius）可使Ni201受到严重腐蚀。
在用河水作直流冷却水的系统中，用镍管制作的换热器曾发生由硫酸盐还原菌引起的腐蚀穿孔。穿孔的镍在冷却水一侧的管壁上有无数的蚀孔。在该冷却水系统中，一些由铜镍合金管和镍钼合金管组成的换热器的管壁也曾发生微生物引起的孔蚀，但孔蚀的程度比镍管要轻一些。
在含有假单胞菌的冷却水中，由蒙乃尔合金制造的换热器曾发生严重的点蚀。
五、钛和钛合金
钛合金是所有常用耐蚀金属中惟一已知有耐微生物腐蚀能力的合金。
六、非金属材料
一些专门“食”烃类或有机涂料的微生物能损坏有机涂层。例如假单胞菌可以破坏含氧化亚铜和三丁基锡化合物的涂料而使基体金属腐蚀。
由于能产生硫酸，硫氧化菌可以使混凝土迅速破坏。
真菌可将木材的纤维素转化为葡萄糖而损坏冷却水系统中的木质构件。
  
第四节    冷却水系统中的微生物黏泥
微生物黏泥（简称黏泥）是指由于水中溶解的营养源而引起细菌、丝状菌（霉菌）、藻类等微生物群的繁殖，并以这些微生物为主体，混有泥砂、无机物和尘土等，形成附着的或堆积的软泥性沉积物。冷却水系统中的微生物黏泥不仅会降低换热器和冷却塔的冷却作用、恶化水质，而且还会引起冷却水系统中设备的腐蚀和降低水质稳定剂的缓蚀、阻垢和杀生作用。
一、微生物黏泥的组成
微生物黏泥是以微生物菌体及其粘结在一起的黏性物质（多糖类、蛋白质等）为主体形成的。表-示出了附着在换热器上的黏泥的组成。
二、黏泥的污垢热阻
污垢热阻是表征由污垢产生的传热阻力大小的一个参数。污垢热阻越大，则传热和冷却的效果越差。
（1）             污垢热阻随黏泥和磷酸钙附着量的增加而成正比的增加；
（2）             在附着物量相同的情况下，黏泥的污垢热阻远远大于磷酸钙的污垢热阻。
（3）             黏泥中的蛋白质含量和灼烧减量愈大，即微生物含量愈大，则其污垢热阻也愈大。
由上可见，黏泥和微生物的对冷却水系统的冷去效果有着十分重大的影响。
三、微生物黏泥引起的故障
微生物黏泥在冷却水系统中引起的故障大致有以下一些：
（1）             黏泥附着在换热器（冷却）部位的金属表面上，降低冷却水的冷却效果；
（2）             大量的黏泥将堵塞换热器（水冷器）中冷却水的通道，从而使冷却水无法工作；少量的黏泥则减少冷却水通道的截面积，从而降低冷却水的流量和冷却效果，增加泵压；
（3）             黏泥集积在冷却塔填料的表面或填料间，堵塞了冷却水的通过，降低冷却塔的冷却效果；
（4）             黏泥覆盖在换热器内的金属表面，阻止缓蚀剂与阻垢剂到达金属表面发挥其缓蚀与阻垢作用，阻止杀生剂杀灭黏泥中和黏泥下的微生物，降低这些药剂的功效；
（5）             黏泥覆盖在金属表面，形成差异腐蚀电池，引起这些金属设备的腐蚀；
（6）             大量的黏泥，尤其是藻类，存在于冷却水系统中的设备上，影响了冷却水系统的外观?/FONT>
  
第五节    冷却水系统中微生物的控制指标
冷却水系统中微生物的控制主要是通过对微生物生长的控制来实现的，即通过控制冷却水微生物的数量来实现的。
循环冷却水系统中的微生物生长的控制可采用   表中的一些指标。

第六节    冷却水系统中微生物的控制方法
冷却水系统中微生物引起的腐蚀、黏泥及其生长的控制方法主要有以下一些。
一、选用耐蚀材料
金属材料耐微生物腐蚀的性能大致可以排列如下：
钛 > 不锈钢 > 黄铜 > 纯铜 > 硬铝 > 碳钢
一般来讲，硫、磷或硫化物夹杂物含量低的合金耐受硫酸盐还原菌腐蚀的能力较高。
二、控制水质
控制水质主要是控制冷却水中的氧含量、pH值、悬浮物和微生物的养料。
油类是微生物的养料，故应尽可能防止它泄露入冷却水系统。如果漏入冷却水系统的油较多，则应及时清除。清除漏油的方案中应包括机械除油和化学除油两部分内容。
氮肥厂中进入冷却水系统的氨能引起硝化细菌的繁殖和降低氯的杀生能力，应加以控制。
三、采用杀生涂料
在采用防腐涂料保护金属换热器的冷却水一侧时，所用的涂料应能耐受冷却水中微生物的破坏。涂料中添加能抑制微生物生长的杀生剂是人们常采用的一些控制微生物生长、破坏涂料和引起腐蚀的有效措施。
用由改性水玻璃、氧化亚铜、氧化锌和填料等制成的无机防藻涂料刷在冷却塔和水池的内壁上，则不但可以控制冷却水系统中冷却塔、水池内壁、抽风筒、收水器等处藻类的生长，而且还可以抑制冷却水中的异养菌的生长。
四、阴极保护
冷却水系统中存在硫酸盐还原菌时，碳钢的阴极保护电位一般应为-0.95（相对于Cu/CuSO4电极）。这一电位可使碳钢在厌氧环境中处于免蚀状态，也就是使碳钢处于热力学的稳定状态，从而防止碳钢被腐蚀。
采用牺牲阳极保护时，则应注意生物附着物的影响。有研究表明，铝合金牺牲阳极表面易长满海洋生物，能导致牺牲阳极的电阻增高，阳极输出电流下降，影响阴极保护的效果。与之相反，锌牺牲阳极则极少受到生物污染的影响。
五、清洗
进行物理清洗或化学清洗，可以把冷却水系统中微生物生长所需的养料（例如漏入冷却水中的油类）、微生物生长的基地（例如黏泥）和庇护所（例如腐蚀产物和淤泥）以及微生物本身从冷却水系统中的金属设备表面上除去，并从冷却水系统中排出。清洗对于一个被微生物严重污染的冷却水系统来说，是十分有效的措施。
清洗还可使清洗后剩下来的微生物直接暴露在外，从而为杀生剂直接达到微生物表面并杀死他们创造有利条件。
六、防止阳光照射
藻类的生长和繁殖需要阳光，故冷却水系统应避免阳光的直接照射。为此，水池上面应加盖；冷却塔的进风口则可加装百叶窗。
七、旁流过滤
在循环冷却水系统中，设计安装用砂子或无烟煤等为滤料的旁滤池过滤冷却水是一种控制微生物生长的有效措施。通过旁流过滤，可以在不影响冷却水系统正常运行的情况下除去水中大部分微生物。
八、混凝沉淀
在补充水前处理或循环冷却水的旁流处理过程中，常使用铝盐、铁盐等混凝剂或高分子絮凝剂（例如聚丙烯酰胺）。这些药剂能在絮凝沉淀过程中将水中的各种微生物随生成的絮凝体一起沉淀下来，从而把它们除去。
用这种方法除去的微生物可占水体中微生物的80%左右。
九、噬菌体法
噬菌体（Bacteriophage）是一种能够吃掉细菌的微生物。有人称它们为细菌病毒。这种细菌病毒与动物病毒、植物病毒不同，它们只对细菌的细胞发生作用，故是一种很小但非常有用的病毒。
噬菌体靠寄生在叫做“宿主”的细菌里进行繁殖。繁殖的结果是将“宿主”吃掉，这个过程叫做溶菌作用。利用细菌的天敌—噬菌体，防止和消除冷却水系统中的生物黏泥是一种颇有前途的生物学方法。
噬菌体法的研究表明，该法对于防止电站的海水冷却系统及造纸厂的工业水系统中黏泥的形成，十分有效。
十、添加杀生剂
控制冷却水系统中微生物生长最有效和最常用的方法之一是向冷却水系统中添加杀生剂。
杀生剂又称杀菌灭藻剂、杀微生物剂或杀菌剂等。我们把冷却水系统中使用的杀生剂简称为冷却水杀生剂。
人们对冷却水杀生剂的要求通常是控制冷却水中微生物的生长，从而控制冷却水系统中的微生物和微生物黏泥，但并一定要求它能杀灭冷却水系统中所有的微生物。
最后需要指出的是，一个良好的微生物控制方案往往是将几种方法联合使用。例如，先将冷却水系统进行剥离和清洗然后再投加杀生剂的方案，要比不进行剥离和清洗而只添加杀生剂的方案要有效得多。
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