循环冷却水系统中生物黏泥形成的水质影响因素_电厂化学_青果园电厂化学资料网（燃料智能化、电厂化学、QC资料、汽轮机、锅炉、电气、电力能源、脱硫燃料、电力题库、电力应用文、电力标准大全）

循环冷却水系统中生物黏泥形成的水质影响因素

发布时间：2010/10/12 阅读次数：912 字体大小: 【小】【中】【大】

本广告位全面优惠招商！欢迎大家投放广告！广告投放联系方式

循环冷却水系统中生物黏泥形成的水质影响因素

摘要：针对循环冷却水补充水的水质特点，采用一系列单因素试验方法，考察了营养物质(BOD5 ，NH4+,-N，TP)、颗粒物(CaCO3)、矿物质(Ca2+ ，Mg2+ ，Na+，Fe3+)等因素对生物黏泥性能的影响。结果表明：在不同水质条件下，生物黏泥量与挥发性生物量和微生物活性呈现出一致的变化趋势；要控制水中的生物黏泥生成则营养物质指标应达到C(BOD5)≤5 mg/L，C(NH4 一N)≤6 mg/L，c(TP)≤1mg／L，c(CaCO3)≤50 mg／L，c(Ca2+)=100～250 mg／L，c(Mg2+)=80—200 mg／L，c(Na+)≤120 mg／L，c(Fe3+ )≤1 mg／L。

关键词：循环冷却水；生物黏泥；营养物质；颗粒物；矿物质

在人类用水总量中，工业用水占了很大的比重，而冷却水占整个工业用水量的80％左右，且对水质要求并不苛刻。炼油废水中富含有机物和各种离子，为微生物的生长提供了良好的条件。细菌在生命活动中会向细胞外分泌大量的粘性物质，这些粘性物质会与水中的无机盐、悬浮物、沙粒、藻类等物质和微生物黏附在一起，形成生物黏泥。前人的研究表明，生物黏泥的形成及其性能与循环冷却水的水质流速及冷却水系统中固体材料性质有密切关系。但

是，它们的研究没有全面考察水质成分对生物黏泥性能的影响，笔者针对目前国内外研究现状，对循环水中的营养物质(BOD5，NH4+,-N，TP)、颗粒物(CaCO3)和矿物质(Ca2+，Mg2+ ，Fe3+，Na+)对生物黏泥形成的影响进行深入分析，为进一步研究炼油废水回用于循环冷却水时生物黏泥的控制问题奠定基础。

1 试验

1．1 生物黏泥的培养

试验所用装置为RCC．Ⅱ型旋转腐蚀挂片试验仪，采用A3碳钢挂片，在挂片上培养生物黏泥。其主要试验条件：水温(35土1)℃，试片旋转速度75r／min。营养水质用葡萄糖作碳源(其中葡萄糖与BOD 的质量比为1：0．6)，以(NH4)2SO4 作氮源，以Na2HPO4作磷源。用自来水配置营养液，以补充微量元素，如钙、镁、钠等，并根据不同的水质要求，投加不同的无机盐。投人菌种后控制水温为(35土1)℃ ，用曝气机曝气，曝气10 h，停止曝气后静置1～2h，换水排掉悬浮态细菌，再按要求加入营养液，重复上述操作。以12 h为一个培养周期，直到生物膜长到合适的厚度。

菌种来源为胜华炼油厂循环冷却水系统凉水塔下面的集水池。接种水和自来水水质测定值(测定方法：浊度——便携式浊度计法；Ca2+，Mg2+— —EDTA滴定法；K+，Na+，总铁— —火焰原子吸收法；Cl-——硝酸银滴定法；总硬度，硫酸盐——重量法)。

1．2 分析测定方法

1．2．1 生物量的测定

用生物黏泥干重和可挥发性生物量表示生物黏泥的生物量。将挂片用蒸馏水轻轻冲洗后放入盛有一定量蒸馏水的烧杯中，用超声波震荡剥落黏泥。剥落后，将含有生物黏泥的溶液用事先称重的0．45m滤膜过滤。把滤膜置于温控在105℃的烘干箱内，烘至恒重。过滤前后滤膜质量之差即为剥落生物膜量。最后将生物黏泥干重折算成单位挂片表面的生物黏泥量(单位：mg／cm )。测得生物黏泥干重后，再将样品置于550℃的马弗炉内灼烧至恒重，总干重的失重即为可挥发性生物质量。

1．2．2 微生物活性的测定

生物黏泥中微生物活性用耗氧速率( v ，指单位体积(L)溶液在单位时间(h)内消耗的氧气质

量(mg))来表示。耗氧速率钡0定方法如下：取带有生物黏泥的挂片置入磨口广口瓶内，在广口瓶内加入一定体积的经过预曝气充氧的营养液，记录原水的温度并维持恒温。将溶解氧仪探头插入广口瓶内，使瓶内无气泡，并密封广口瓶。将广口瓶置于电磁搅拌器上，开始中速搅拌，记录一定时间内溶解氧随时问的变化情况，由此得到挂片表面微生物的总耗氧速率。

2 结果分析

2．1 循环冷却水中营养物质对生物黏泥性能的影响

配制不同的营养水质，分别考察有机碳源(BOD5)、氮源(NH4+ -N)、磷源(TP)对生物黏泥性能的影响。根据污水再生水用作冷却用水的建议水质标准中对水质的要求，确定其中2种物质的加人量，改变第3种物质的加入量。考察BOD 的影响时，控制NH4+-N，TP质量浓度在10 mg／L和1 mg／L；考察氮源的影响时，控制BOD ，TP质量浓度在10 mg／L和1 mJL；考察磷源的影响时，控制BOD5，NH；-N质量浓度在10 m L和10 mg／L。

取一定的生物黏泥分别测定其干重、挥发性生物量、耗氧速率。分别做出干重、挥发性生物量、耗氧速率随BOD ，NH4+ -N，TP质量浓度的变化曲线。

在BOD5质量浓度较小时，随着BOD 质量浓度的增加，生物黏泥的干重、挥发性生物量、耗氧速率均缓慢增加，BOD5质量浓度增加到5 mg／L后，3者明显增加，BOD5质量浓度增大到8 mg／L后，3者呈现出平缓的趋势。这是由于水中的葡萄糖为细菌的碳源和能源，碳素是构成菌体成分的主要元素，又是产生各种代谢产物和细胞内贮藏物质的重要原料，碳作为微生物生长所需要的最重要的营养元素，对细菌生长具有限制性作用。

当葡萄糖质量浓度较低时，细菌生长受到抑制，随着葡萄糖质量浓度的增加，黏泥中的细菌在挂片表面发生不可逆附着后自身增殖、生长，生物量和活性增加，同时细菌分泌的胞外聚合物增加，粘附更多的无机颗粒和营养物质，生物黏泥快速生长。随着葡萄糖质量浓度的继续增加，细菌大量增加，增强了代谢活动能力，以致大量消耗水中的氧。当溶解氧质量浓度降低到2 mg／L以下时，由于缺氧造成水质恶化，加速了厌氧细菌的大量繁殖，水质变黑、变臭。由于受到水中溶解氧的限制，挂片上的生物黏泥的生成受到限制，生物黏泥的干重、挥发性生物量、耗氧速率呈现出平缓的趋势。

在NH+ -N质量浓度较小时，随着NH4+ 一N质量浓度的增加，生物黏泥的干重、挥发性生物量、耗氧速率均缓慢增加，NH4+一N质量浓度增加到6 mg／L后，3者明显增加，NH4+一N质量浓度增大到8 mg／L后，3者呈现出趋于平缓的趋势。

这是因为NH4+一N为细菌生长的氮源和能源来源，作为微生物生长所需要的最重要的营养元素之一，对细菌生长具有限制性作用。

在11P质量浓度较小时，随着rrP质量浓度的增加，生物黏泥的干重、挥发性生物量、耗氧速率均缓慢增加，TP质量浓度增加到1 mg／L后，3者明显增加，TP质量浓度增大到2 mg/L后，3者的增加趋势变缓。磷是微生物细胞中含量较高的元素，是核酸、磷脂和辅酶的成分，参与碳水化合物代谢的磷酸化过程，生成高能磷酸化合物，高能磷酸键有贮存和传递能量的功能，磷酸盐又是重要的pH缓冲剂。磷同样对细菌生长具有限制性作用。

当NH；一N，TP质量浓度较低时，细菌生长受到抑制，随着TP质量浓度的增加，细菌繁殖、生长加快，黏泥增加，生物量和活性增加，同时细菌分泌的胞外聚合物增加，粘附更多的无机颗粒和营养物质，生物黏泥快速生长。随着NH4+．-N，TP质量浓度的继续增加，细菌数量大量增加，从而增强了代谢活动能力，以致大量消耗水中的氧，同样会受到水中溶解氧的限制，挂片上的生物黏泥的生成受到限制，生物黏泥的干重、挥发性生物量、耗氧速率呈现出平缓的趋势，甚至出现下降。此外，已有研究表明，碳源、氮源不足，磷充足的情况下，过量的磷对微生物的生长没有影响。因此当总磷质量浓度大于2 mg/L时，生物黏泥的干重、挥发性生物量、耗氧速率变化不再明显。

BOD ，NH4+一N，TP对生物黏泥性能的影响呈现出一致的规律，即随着BOD ，NH4+-N，TP质量浓度的增加，生物黏泥的干重、挥发性生物量、耗氧速率均先缓慢增加，后明显增加，增大到一定质量浓度后趋于平缓。这主要是因为碳、氮、磷是微生物生长所需要的最重要的营养元素，对细菌生长具有限制性作用。另一方面，研究表明，在不同营养条件下，生物黏泥中的优势微生物种群会有所不同，从而使其数量和活性有一些差异。张海杰等¨ 发现：葡萄糖的增加导致异养菌大量繁殖，相应抑制了自养硝化菌的生长；在溶解氧(DO)充分、有机碳源质量浓度低时，硝化菌的硝化能力基本不受异养菌的影响。微生物种群结构发生变化也是影响曲线局部出现小波动的原因之一。

2．2 循环冷却水中颗粒物对生物黏泥性能的影响

在考察颗粒物对生物黏泥性能的影响时，控制B0D5，NH4一N，TP质量浓度分别在10，10，1 mg/L。生物黏泥干重、挥发性生物量、耗氧速率随CaCO3质鼍浓度的变化曲线可以看出，在CaCO 3质量浓度小于50mg／L时，颗粒物的存在对生物黏泥的影响较小，当CaCO3质量浓度大于50 mg／L时，随CaCO3质量浓度的增加，生物黏泥的干重、挥发性生物量、耗氧速率显著增加。这主要是因为：一方面，颗粒有很好的吸附性和离子交换性，无机颗粒物的加入能给微生物提供更多的附着点，而且营养物质易吸附在颗粒物表面，这使得微生物和营养物质的接触机会增大，而且黏泥颗粒的介入增强了矿物质在生物膜内的传质系数，有利于微生物对营养物质的吸收；另一方面，生物黏泥中的胞外聚合物黏附性能较强，很容易将颗粒物引入到生物黏泥中。所以黏土颗粒除了对生物黏泥的物理结构有一定影响外，还可以使生物黏泥内部保持适宜的pH值。这与前人的研究结果是一致的。当Ca—CO3质量浓度为120 mg／L时生物黏泥的干重、挥发性生物量、耗氧速率达到最大，之后随CaCO3质量浓度的增加，3者呈下降趋势。原因在于随着水中颗粒物的增加，在一定的水流速度下，颗粒物对生物黏泥的冲刷作用加大，不利于生物黏泥的形成。

2．3 循环冷却水中矿物质对生物黏泥性能的影响

由于水中矿物质含量对生物黏泥的形成有较大影响，循环冷却水一般都对矿物质含量提出一定要求，选择了Ca2+，Mg2+ ，Na+，Fe3+几种常见离子进行考察。考察矿物质对生物黏泥的影响时，改变Ca2+(50～400 mg／L)，Mg2+(35～250 mg／L)，Na+(100～300 mg／L)，Fe3+(0～5 mg／L)的质量浓度。

生物黏泥于重、挥发性生物量、耗氧速率随Ca2+ ，Mg2+，Na+，Fe3+质量浓度的变化。

随着钙离子质量浓度的增加，生物黏泥的于重、挥发性生物量、耗氧速率呈现先上升后下降的趋势。钙离子控制在250 mg／L内，黏泥量及生物活性最小。

钙不参与微生物细胞结构物质的组成，而是以离子状态控制着细胞的生理状态，如降低细胞质膜透性，调节酸度等。钙对淀粉酶及蛋白酶等胞外酶活性的稳定有重要影响，而且是芽孢内含量较高的元素，因此钙离子的缺失，会限制微生物生长。当钙离子质量浓度达到250～320 mg／L时，黏泥量和生物活性达到最大。同时，循环水中含一定钙离子有利于缓蚀。高分子聚合物使钙镁离子成为胶体络合物再转化成非离子泥垢。实际运行中，钙离子质量浓度与碱度、pH值和药剂之间存在联动关系。在规定的加药量、pH值、碱度指标内，钙离子会自动平衡在一个相对稳定的范围。

随着镁离子质量浓度的增加，生物黏泥的干重、挥发性生物量、耗氧速率呈先下降后上升的趋势。镁离子质量浓度在80～200mg／L时，生物黏泥的干重、挥发性生物量、耗氧速率均为较低值。

镁是细菌叶绿素的组成元素和多种酶的激活剂，能以离子态激活固氮酶、蛋白酶、磷酸化酶和磷酸激酶等。镁还能促进氨基酸活化，有利于蛋白质的合成。试验中配水用的自来水中镁的本底值约为35 mCL，随着镁离子的增加，黏泥量和微生物活性呈下降趋势，主要原因是黏泥中主要细菌的最适镁离子浓度为0．001 mol／L ，即24 mg／L，大于此值反而对细菌生长不利。当Mgn质量浓度大于135mCL后，随Mg2 质量浓度增加，生物黏泥量、生物量及耗氧速率均增加，这主要是因为循环水中存在如下平衡：

Mg2++2HCO3一=Mg(OH)2+2C02，

镁离子质量浓度过高，极易成垢，对黏泥生成有促进作用。因此应控制镁离子质量浓度在80～200 mg／L.

由不加钠盐的当地自来水配制的营养液中(c(Na+)=103 mg／L)，黏泥量及生物活性最低。随着钠离子质量浓度的增加，生物黏泥的干重、挥发性生物量、耗氧速率呈上升的趋势，当钠离子质量浓度大于150 mg／L时，随钠离子质量浓度的增加，3者呈下降趋势。

钠主要参与细胞渗透压的调节。大多数细菌对钠离子有个最适质量浓度，此时为等渗溶液，等渗溶液最适宜微生物生长，试验中的等渗质量浓度在150 mg／L左右。钠离子质量浓度较低时，溶液的渗透压小于细菌细胞内渗透压，低渗溶液会使细胞吸水膨胀，对细胞壁脆弱或丧失的各种缺壁细胞(如原生质体、球状体、支原体)来说，在低渗溶液中还会破裂。当钠离子质量浓度大于150 mg/L时，随钠离子质量浓度增加，黏泥量及生物活性降低。原因在于当溶液的渗透压大于细菌细胞内渗透压时，高渗溶液会使细胞发生质壁分离，也对细菌生长不利。因此钠离子质量浓度应小于120 mg/L。

铁离子质量浓度在1 mg/L以内时，生物黏泥控制较好，铁离子质量浓度达到2 mg／L时，生物黏泥的干重、挥发性生物量、耗氧速率达到最大，之后随铁离子质量浓度增加，呈下降趋势。所有微生物都离不开铁，铁是细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化氢酶的活性基及铁卟啉的组成部分，铁卟啉在氧化还原反应中起着传递电子的作用。缺铁时，这些酶类的合成将受影响。因此铁质量浓度低时，微生物的生长受到限制，生物黏泥量也很少。在铁离子质量浓度达到2mg/L时，测得烧杯中水的pH值为8．1，此时铁发生吸氧腐蚀生成Fe(OH)3，并形成铁锈，铁锈颗粒的带人有效促进了黏泥中细菌的生长，尤其是嗜铁细菌快速生长，引起黏泥的进一步增加。当铁离子质量浓度达到3mg/L以后，可能由于微生物种群结构趋于稳定，铁离子的增加不再引起黏泥量和微生物活性大的波动。因此铁离子质量浓度应小于1 mg/L。

3 结论

(1)在不同水质条件下，生物黏泥量与挥发性生物量、微生物活性呈现出一致的变化规律，说明生物黏泥性质与黏泥中的微生物具有密切的联系。

(2)水中的营养物质的量对生物黏泥的性能有较大的影响。随着BOD5，NH4+一N，TP质量浓度的增加，生物黏泥的干重、挥发性生物量、耗氧速率均呈现出先缓慢增加，后明显增加，增大到一定质量浓度后趋于平缓的趋势。要控制水中的生物黏泥应使营养物质达到如下指标：c(BOD5)≤5 mCL，c(NH4+一N)≤6 mg／L，c(TP)≤1mg／L。

(3)CaCO3质量浓度小于50 mg／L时对生物黏泥影响较小，当CaCO3质量浓度大于50 mg／L时，随CaCO3质量浓度的增加，生物黏泥的干重、挥发性生物量、耗氧速率显著增加。因此应控制颗粒物质量浓度小于50 mg／L。

(4)各种矿物质对生物黏泥性能产生不同影响。要控制生物黏泥生成，需控制水中离子质量浓度c(Ca2+)：100—250 mg／L，c(Mg2+)=80～200mg／L，c(Na+)≤120 mg／L，c(Fe3+)≤1 mg／L。

上一篇：循环水中缓蚀阻垢剂的浓度研究与控制下一篇：循环冷却水处理中几种杀菌剂杀菌能力试验

我要评论