工业水处理技术第6章循环冷却水系统中的微生物及其控制.ppt

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1、工业水处理技术,第一篇 水及工业用水预处理第一章 水及工业用水第二章 工业用水预处理第二篇 循环冷却水处理第三章 循环冷却水系统及其水处理概况第四章 循环冷却水系统中的沉积物及其控制第五章 循环冷却水系统中金属的腐蚀及其控制第六章 循环冷却水系统中的微生物及其控制第七章 冷却水系统的清洗和预膜第八章 循环冷却水系统的日常运行第九章 冷却水系统中腐蚀、沉积物和微生物的现场监测,目录,第三篇 锅炉水处理第十章 锅炉及其水汽质量标准第十一章 离子交换树脂及离子交换基本原理第十二章 离子交换水处理第十三章 膜法除盐水处理第十四章 凝结水的净化第十五章 锅内加药处理第十六章 热力设备系统的腐蚀与控制第十

2、七章 锅炉的清洗第四篇 工业水处理中的分析与监测第十八章 水质的分析第十九章 沉积物的分析第二十章 常用水处理剂的分析,第二篇 循环冷却水处理,第六章 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第二节冷却水系统中引起故障的微生物第三节冷却水系统中金属的微生物腐蚀第四节 冷却水系统中的微生物黏泥第五节 冷却水系统中微生物的控制方法第六节 冷却水杀生剂第七节 静电水处理与电子水处理,第六章 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,五大共性,体积小、面积大,吸收多、转化快,生长旺、繁殖快,变异易、适应强,种类多、分布广,一、细菌,第二节冷却水系统中引起故障的微生物,又称黏

3、液形成菌、黏液异养菌等,冷却水系统中直接引起金属腐蚀的细菌，按其作用来分有铁沉积细菌、产硫化物细菌和产酸细菌,（一）产黏泥细菌,假单胞菌、气单胞菌属、微球菌属、芽孢杆菌属、不动杆菌属、葡萄球菌属、产碱杆菌属、棒状杆菌属、肠杆菌科、黄杆菌属、布鲁氏菌属,这些细菌本身并不直接引起腐蚀,（二）铁沉积细菌,嘉氏铁杆菌球衣细菌鞘铁细菌泉发菌,主要特点,在含铁的水中生长通常被包裹在铁的化合物中生成体积很大的红棕色的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,一、细菌,第二节冷却水系统中引起故障的微生物,（二）铁沉积细菌,铁细菌能在冷却水系统中产生大量氧化铁沉淀,铁细菌的锈瘤遮盖

4、了钢铁的表面，形成氧浓差腐蚀电池,冷却水中的铁细菌很容易用加氯或加非氧化性杀生剂（例如季铵盐）的方法来控制,一、细菌,第二节冷却水系统中引起故障的微生物,（三）产硫化物细菌,把水溶性的硫酸盐还原为硫化氢,厌氧的微生物,硫酸盐还原菌,冷却水系统中黏泥下面缺氧，故硫酸盐还原菌常在那里生长繁殖硫酸盐还原菌产生的硫化氢对一些金属有腐蚀性在冷却水中，硫酸盐还原菌产生的硫化氢与铬酸盐和锌盐反应，使这些缓蚀剂从水中沉淀出来，生成的沉淀则沉积在金属表面形成污垢硫酸盐还原菌中的羧菌不但能产生硫化氢气体，而且还能产生甲烷，从而为硫酸盐还原菌周围的产黏泥细菌提供营养。,脱硫弧菌梭菌,长链的脂肪酸胺盐对控制硫酸盐还原

5、菌是很有效的。其他的非氧化性杀生剂，例如有机硫化物（二硫氰基甲烷），对硫酸盐还原菌的杀灭也是有效的。,一、细菌,第二节冷却水系统中引起故障的微生物,（三）产酸细菌,能把水的氨转变为硝酸,1.硝化细菌,由于大气中含有氨或由于设备（例如合成氨厂的设备）的泄漏，冷却水中往往含有氨,pH,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,金属腐蚀,2.硫杆菌,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,第二节冷却水系统中引起故障的微生物,霉菌酵母,真菌破坏木材中的纤维素，使冷却塔的木质构件朽蚀,真菌的生长能产生黏泥而沉积覆盖在换热器中换热管的

6、表面上，降低冷却水的冷却作用,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,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等来控制,三、藻类,第二节冷却水系统中引起故障的微生物,冷却水中的藻类主要有蓝藻、绿藻和硅藻,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。,第三节冷却水系统中金属的微生物腐蚀,冷却水系统中金属微生物腐蚀的形态可以是严重的均匀腐

7、蚀，也可以是缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂，但主要是点蚀,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）、藻类等微生物群的增殖，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,第四节冷却水系统中的微生物黏泥,（二）黏泥微生物的种类和特点,第四节冷却水系统中的微生物黏泥,（三）黏泥的污垢热阻,污垢热阻随黏泥和磷酸钙附着量的增加而成正比地增加在附着物量

8、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黏泥中的蛋白质含量和灼烧减量愈大，即微生物的含量愈大，则其污垢热阻也愈大,第四节冷却水系统中的微生物黏泥,（四）微生物黏泥引起的故障,第五节冷却水系统中微生物的控制指标,第六节冷却水系统中微生物的控制方法,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,目前常用的海洋用低合金钢耐受好氧性和厌氧性细菌腐蚀的能力都较低。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。,第六节冷却水系统中微生物的控制方法,二、控制水质,控制水质主要是控制冷却水中的氧含量、值、悬浮物和微生物的养料。油类是微生物的养料，故应尽可

9、能防止它泄漏入冷却水系统。如果漏入冷却水系统中的油较多，则应及时清除。清除漏油的方案中应包括机械除油和化学清冼除油两部分内容。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。,第六节冷却水系统中微生物的控制方法,三、采用杀生涂料,涂料中添加能抑制微生物生长的杀生剂（例如偏硼酸钡、氧化亚铜、氧化锌、三丁基氧化锡等）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涂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异养菌的生长

10、。,第六节冷却水系统中微生物的控制方法,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-0.95V，采用牺牲阳极保护时，则应注意生物附着物的影响。,五、清洗,清洗对于一个被微生物严重污染的冷却水系统来说，是一种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它们创造有利的条件,第六节冷却水系统中微生物的控制方法,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

11、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,在补充水的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。,第六节冷却水系统中微生物的控制方法,九、噬菌体法,噬菌体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。,该法对于防止电站的海水冷却水系统及造纸厂的工业水系统中黏泥的形成，十分有效,与加氯

12、相比，噬菌体的溶菌作用不会影响生态环境一个噬菌体溶菌后，能放出数百个噬菌体，故只要加入少量噬菌体，就能获得非常好的效果噬菌体的增殖保存技术已经建立，可望实现稳定供给；经济上合算。概念设计表明，对于一个滨海火力发电站冷却水系统的微生物控制方案，噬菌体法的费用仅为加氯法费用的1/5,优点,第六节冷却水系统中微生物的控制方法,十、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腐蚀和微生物黏泥，但并不一定要求它能杀灭冷却水系统中所有的微生物,十一、静电水处理与

13、电子水处理,第八节介绍,第七节冷却水杀生剂,一、优良的冷却水杀生剂应具备的条件,能有效地控制或杀死范围很广的微生物，应该是一种广谱的杀生剂；在不同的冷却水的条件下，它易于分解或被生物降解，理想的杀生剂应该是，一旦它在冷却水系统中完成了杀生任务并被排放入环境中后，应该能被水解或生化处理而失去毒性；在游离活性氯存在时，具有抗氧化性，以保持其杀生效率不受损失；在使用浓度下，与冷却水中的一些缓蚀剂和阻垢剂能彼此相容；在冷却水系统运行的pH范围内不分解在对付微生物黏泥时具有穿透粘泥和分散或剥离黏泥的能力。,第七节冷却水杀生剂,二、冷却水杀生剂的选择依据,选用的杀生剂能抑制冷却水中几乎所有能引起故障的微生

14、物的活动；经济实用，如果冷却水系统中有木质构件，则建议使用非氧化性杀生剂；选用的杀生剂的排放是否能为当地环境保护部门所容许；是否适用于该冷却水系统的pH值、温度以及换热器的材质。,第七节冷却水杀生剂,三、氧化性杀生剂,氯次氯酸盐氯化异氰尿酸,（一）氯,冷却水系统中常用的氧化性杀生剂有,二氧化氯臭氧溴及溴化物,次氯酸（HOCl）的杀生效率比次氯酸根离子（OCl-）要高20倍。,与原生质反应，与细胞的蛋白质生成化学稳定的N-Cl键氯能氧化某些辅酶巯基（氢硫基）上的活性部位，而这些辅酶巯基是生产三磷酸腺甙的中间体。,杀生机理,第七节冷却水杀生剂,三、氧化性杀生剂,（一）氯,次氯酸（HOCl）的杀生效

15、率比次氯酸根离子（OCl-）要高20倍。,最佳pH控制范围,冷却水中有氨、硫化氢、二氧化硫等物质存在时，将会使氯的消耗量增加水中游离活性氯的浓度一般可控制在0.5-1.0mg/L当与非氧化性杀生剂联合使用时，水中游离活性氯的浓度则可控制在0.2-0.5mg/L,第七节冷却水杀生剂,三、氧化性杀生剂,（二）次氯酸盐,次氯酸钠次氯酸钙漂白粉,次氯酸盐也是一种黏泥剥离剂次氯酸盐在冷却水中能生成次氯酸和次氯酸根离子随着pH值的降低，次氯酸的生成量增加，次氯酸根的生成量则减少,第七节冷却水杀生剂,三、氧化性杀生剂,（三）氯化异氰尿酸,逐渐释放出次氯酸或氯的有机氯化合物,异氰尿酸,三氯化异氰尿酸（强氯精）

16、,二氯化异氰尿酸钠（优氯净）,二氯化异氰尿酸钾,第七节冷却水杀生剂,三、氧化性杀生剂,（三）氯化异氰尿酸,第七节冷却水杀生剂,三、氧化性杀生剂,（三）氯化异氰尿酸,氯化异氰尿酸的贮存稳定性好，使用方便，溶解性好，与附加成分相容，其水解产物异氰尿酸可防止日光（紫外线）对有效氯的破坏作用但其价格较高，故仅适用于水量小的冷却水系统氯化异氰尿酸可制成片剂或颗粒剂,第七节冷却水杀生剂,三、氧化性杀生剂,（四）次氯酸盐,是一种有效的氧化性杀生剂。它的杀生能力较氯为强，杀生作用较氯为快，且剩余剂量的药性持续时间长。二氧化氯的用量小，用2.0mg/L的二氧化氯作用30min时能杀灭几乎100%的微生物，而剩余

17、的二氧化氯浓度尚有0.9mg/L二氧化氯的第一个特点是适用的pH值范围广，能在pH=610范围内工作。它不与冷却水中的氨或大多数有机胺起反应。二氧化氯的成本约为氯的5倍,5NaClO3+4HCL=4ClO2+5NaCl+2H2O,第七节冷却水杀生剂,三、氧化性杀生剂,（五）臭氧,臭氧的作用机理与其他氧化性杀生剂有许多相同之处和氯不同的是，用臭氧作杀生剂不会增加水中的氯离子浓度，冷却水排放时不会污染环境或伤害水生生物，因为臭氧在光合作用下会分解生成氧。,pH值对臭氧杀菌能力的影响,温度对臭氧杀菌能力的影响,第七节冷却水杀生剂,三、氧化性杀生剂,（五）臭氧,臭氧是将氧或十燥空气通过臭氧发生器中的放

18、电管而制备的，该制备过程不会引起环境的污染臭氧降解后生成氧，故不像其他的杀生剂，它不会增加冷却水中的含盐量；它不会增加冷却水COD通入臭氧不会像通氯时那样在水中生成有机氯化物作杀生剂使用时，不需要另外再加入分散剂或表面活性剂从长远看，它是一种很有希望的氯杀生剂的换代杀生剂,优点,缺点,臭氧的挥发性强，不易保留在水中ff能与许多有机化合物（例如有机多元膦酸等）反应而使之失效；对铜和铜合金有腐蚀性臭氧发生器等配套设备的投资大。,第七节冷却水杀生剂,三、氧化性杀生剂,（六）溴及溴化物,在碱性或高pH值条件下，由于氯与水反应生成的次氯酸会离解成杀生性能很差的次氯酸根离子，限制了其应用,在对环境影响方面

19、，溴胺在 小时内即可衰减到最低值，而氯胺则需数小时。,目前可供冷却水处理选用的溴化物杀生剂有卤化海因（溴氯二甲基海因、二溴二甲基海因、溴氯甲乙基海因等）、活性溴化物和氯化溴三类,第七节冷却水杀生剂,四、非氧化性杀生剂,（一）氯酚类,应用于循环冷却水系统中的氯酚类杀生剂主要有双氯酚、三氯酚和五氯酚的化合物,是一种高效、广谱的杀生剂。如15mg/L的剂量杀灭异养菌的效率可达95%,将氯酚类杀生剂与某些阴离子型表面活性剂混合，可以明显提高其杀生的效果,氯酚类杀生剂的杀生作用是由于它们能吸附在微生物的细胞壁上，然后扩散到细胞结构中，在细胞质内生成一种胶态溶液，并使蛋白质沉淀。,氯酚类杀生剂由于其毒性大

20、，易污染环境水体，故近年来已经“失宠”,第七节冷却水杀生剂,四、非氧化性杀生剂,（二）有机锡化合物,常用的有机锡化合物是氯化三丁基锡（）、氢氧化三丁基锡（）、氧化双三丁基锡（）、,有机锡化合物对藻类、霉菌和使木材朽蚀的微生物有毒性。由于在溶液中不电离，它们容易穿透微生物的细胞壁并侵入细胞质，与蛋白质中的氨基和羧基形成复杂化合物，从而使蛋白质失效。,有机锡化合物在碱性pH值范围内的效果最好,常与季铵盐或有机胺类复配成复合杀生剂以改善其分散剂,第七节冷却水杀生剂,四、非氧化性杀生剂,（三）季铵盐,长碳链的季铵盐是阳离子型表面活性剂，其结构式可以表示为,季铵盐杀生剂中最常用的两种药剂是洁尔灭（十二烷

21、基二甲基苄基氯化铵）和新洁尔灭（十二烷基二甲基苄基溴化铵）。它们的结构式分别为,洁尔灭和新洁尔灭的使用浓度通常为50100mg/L，pH值通常在79,第七节冷却水杀生剂,四、非氧化性杀生剂,（三）季铵盐,季铵盐的杀菌作用应归功于其正电荷。这些正电荷与微生物细胞壁上带负电的基团生成电价键。电价键在细胞壁上产生应力，导致溶菌作用和细胞的死亡。季铵盐也能使蛋白质变性而导致细胞死亡。它们破坏细胞壁的可透性，使维持生命的养分摄入量降低。,在季铵盐的使用过程中会遇到以下一些问题。,在被尘埃、油类和碎屑严重污染的系统中，它们会失效。季铵盐一般起泡多，因此常常需要与消泡剂一起使用，很不方便。,第七节冷却水杀生

22、剂,四、非氧化性杀生剂,（四）有机胺类,（五）有机硫化合物,（六）铜盐,（七）异噻唑啉酮,（八）溴化丙酰胺,（九）戊二醛,（十）季鏻盐,第七节冷却水杀生剂,五、一些杀生剂杀生性能的比较,第七节冷却水杀生剂,六、使用中的注意事项,（一）与分散剂联合使用,如果要想使杀生剂获得最佳的杀生效果，杀生剂应与分散剂（抗污垢剂）联合使用。,（二）抗药性,决定杀生剂用量的主要因素是微生物的抗药性。微生物产生抗药性的第一个原因是微生物的细胞膜发生了变化，使杀生剂不能透入；第二个原因是由于微生物发生遗传突变，产生了免疫力。,（三）温度和pH值,（四）添加方式,向冷却水中添加杀生剂常采用冲击方式，而不采用连续方式,

23、（五）浓缩倍数和停留时间,向冷却水中添加杀生剂常采用冲击方式，而不采用连续方式,第八节静电水处理与电子水处理,一、静电水处理,（一）静电水处理概况,静电水处理法又称高压静电法。它的核心部分是一台静电水处理器,（二）静电水处理器的技术参数,第八节静电水处理与电子水处理,一、静电水处理,（三）静电水处理的阻垢试验,（四）静电水处理的杀菌灭藻试验,第八节静电水处理与电子水处理,一、静电水处理,（五）静电水处理的阻垢机理,目前认为，水是一种偶极分子。在强的静电场作用下，水分子的偶极矩增大，并按正、负次序整齐排列。此时，溶解在水中的盐类的正、负离子周围被数个偶极水分子包围。这些正、负离子也以正、负次序进入偶极水分子群中。这样一来，它们的运动速度和彼此间的有效碰撞就大为减少，从而使器壁上的水垢不易生成。另一方面，在强静电场的作用下，水分子的偶极矩增大，它与盐类的正、负离子的水合作用和水合能力也就随之增大。其结果是加大了水垢的溶解度，加快了水垢的溶解速度，从而具有了阻垢和溶垢的作用。,