冷卻水系統(tǒng)中微生物生長的控制方法和控制指標

1、冷卻水系統(tǒng)中微生物生長的控制方法和控制指標周本省(南京化工大學摘要扼要介紹了敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中微生物生長的控制指標和控制方法。所介紹的控制方法有:控制水質(zhì)、采用殺生涂料、清洗與剝離、避光、旁流過濾、混凝沉淀、噬菌體法、添加殺生劑和靜電水處理。關鍵詞冷卻水微生物生長控制方法控制指標在一些敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中,人們經(jīng)常可以看到微生物(菌藻大量生長的情景。例如在一些小氮肥廠未經(jīng)殺菌滅藻處理的冷卻水系統(tǒng)中,常可以看到在一排排噴淋式蛇管換熱器管子的表面及其布水槽的側(cè)面上,布滿了綠藻、藍藻和灰白色的微生物粘泥;在布水槽內(nèi)的水面上則漂浮著許多藻塊,槽底則沉積了大量灰白色的微生物粘泥;蛇管換熱器或玻璃鋼

2、冷卻塔下面的水池中,則由于藻類的大量繁殖而形成了綠色的水面。微生物的大量繁殖將使冷卻水系統(tǒng)中的金屬設備(主要是換熱器發(fā)生腐蝕及事故,影響生產(chǎn)的正常運行。微生物的大量繁殖還會使冷卻水中產(chǎn)生大量的微生物粘泥沉積在換熱器管子的表面上,降低冷卻的效果,從而降低工廠的產(chǎn)量。因此,對冷卻水系統(tǒng)中的微生物生長應加以控制。1冷卻水中微生物生長的控制指標敞開式循環(huán)冷卻水中微生物生長的控制是通過水中微生物數(shù)量的控制來實現(xiàn)的。111設計規(guī)范的規(guī)定1GB50050295工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范(簡稱設計規(guī)范中規(guī)定:“敞開式系統(tǒng)循環(huán)冷卻水中的異養(yǎng)菌數(shù)宜小于5×105個 mL;粘泥量宜小于4mL m3?！奔丛O

3、計規(guī)范僅對兩個項目,即異養(yǎng)菌數(shù)和粘泥量提出了控制指標。112專家、學者的建議在總結(jié)13個引進的大氮肥廠循環(huán)冷卻水中微生物生長的監(jiān)測與控制工作的基礎上,齊冬子2于1981年提出了如下的控制指標(表1。表1循環(huán)冷卻水中微生物的控制指標監(jiān)測項目控制指標監(jiān)測頻率異養(yǎng)菌數(shù)<5×105個 mL(夏天,平皿計數(shù)法23次 周<1×105個 mL(冬天,平皿計數(shù)法23次 周真菌<10個 mL1次 周硫酸鹽還原菌<50個 mL1次 月鐵細菌<100個 mL1次 月粘泥量<4mL m3(生物過濾網(wǎng)法1次 天<1mL m3(碘化鉀法1次 天在調(diào)查了我國16

4、個煉油廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中引起腐蝕和粘泥的主要有害微生物后,呂人豪等3于1989年提出了煉油廠循環(huán)冷卻水中有害微生物的控制指標如下:粘液異養(yǎng)菌<105個 mL真菌<10個 mL硫酸鹽還原菌<102個 mL鐵細菌<103個 mL看來,這3套指標彼此較為接近。后兩套指標則可以作為設計規(guī)范的補充。2冷卻水系統(tǒng)中微生物生長的控制方法敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中微生物生長的控制方法較多,主要的有以下幾種。211控制水質(zhì)控制水質(zhì)主要是控制冷卻水中的懸浮物和微生物的養(yǎng)料。懸浮物中往往含有微生物。因此,原水和補充水中的懸浮物往往是帶入微生物的主要載體。為此,設計規(guī)范中要求,循環(huán)冷卻水中懸浮物的

5、含量應控制在20m g L(對于一般換熱器或10m g L(對于板式、翅片管式和螺旋板式換熱器。油類是微生物的養(yǎng)料,應盡可能地防止它泄漏入冷卻水系統(tǒng)中。設計規(guī)范中要求,循環(huán)冷卻水中的油含量應<5m g L(一般企業(yè)或<10m g L(煉油企業(yè)。如果泄漏入冷卻水系統(tǒng)中的油較多,則應及時清除。清除漏油的方案應包括機械除油和化學清洗兩部分內(nèi)容。氮肥廠中進入冷卻水系統(tǒng)中的氨能引起硝化細菌和藻類的繁殖,應加以控制。212采用殺生涂料4把由改性水玻璃、氧化亞銅、氧化鋅和填料等制成的無機防藻涂料涂刷在冷卻塔和水池等處的內(nèi)壁上,則不但可以控制冷卻水系統(tǒng)中冷卻塔、水池內(nèi)壁、抽風筒、收水器等處藻類的生

6、長,而且還可以抑制冷卻水中異養(yǎng)菌的生長。該無機防藻涂料的組成如表2所示。表2無機防藻涂料的組成氧化亞銅60目,Cu2O含量>95%3615氧化鋅300目,ZnO含量>95%715填料(滑石粉余量該涂料在華中某煉油廠的3個循環(huán)水場應用的效果如下:a.對抑制藻類的生長有較好的效果。例如,在藻類生長旺盛的夏秋季節(jié),該廠的第2、第3兩個循環(huán)水場的冷卻壁內(nèi)壁、抽風筒、收水器等涂刷了該涂料的表面十分干凈,保持紅色。而在同樣水質(zhì)條件下,空壓站未涂刷該涂料的玻璃鋼冷卻塔內(nèi)壁卻長著很厚的藻類。b.同時還能抑制冷卻水中異養(yǎng)菌的生長。該廠的第1、第2兩個循環(huán)水場應用該涂料后,在夏季的69月里循環(huán)水中的異

7、養(yǎng)菌數(shù)如表3中所示。表3某煉油廠應用防藻涂料后水中的異養(yǎng)菌數(shù)個 mL 監(jiān)測地點6月7月8月9月設計規(guī)范要求第1循環(huán)水場315×104312×104412×104<5×105第2循環(huán)水場110×104219×103811×102<5×105由表中可見,應用防藻涂料后,水中的異養(yǎng)菌數(shù)均低于設計規(guī)范容許的上限。213清洗與剝離5進行物理清洗和化學清洗(包括剝離,可以把冷卻水系統(tǒng)中微生物生長的養(yǎng)料(例如漏入冷卻水中的油類、微生物生長的基地(例如粘泥及其保護層(例如腐蝕產(chǎn)物和污垢以及微生物本身從金屬設備的表面上除

8、去并從冷卻水系統(tǒng)中排出。清洗和剝離對于一個被微生物嚴重污染的冷卻水系統(tǒng)來說,是一項非常有效和不可缺少的措施。清洗和剝離還可使清洗2剝離后剩余下的微生物直接暴露在外面,從而為殺生劑直接到達微生物表面并殺死它們創(chuàng)造有利的條件。華北某化肥廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)由于工藝設備漏氨,致使水中微生物泛濫,冷卻水變得混濁,水中粘泥量最高達103mL m3,加氯指標由原來的游離活性氯濃度0.40.8m g L保持3h延長到5h,但仍不奏效,換熱效率明顯降低,碳鋼試片上掛滿粘泥,測得的腐蝕速度為0.2mm a,超過了設計規(guī)范容許值的上限。工廠趁工藝系統(tǒng)停車,循環(huán)冷卻水冷態(tài)運行之際,用殺生劑對該系統(tǒng)進行了清洗。首先將整

9、個循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行了大量置換排放,以改善冷卻水的水質(zhì),接著將冷卻水的pH控制在8.28.4,然后投加有機硫殺生劑50m g L,氯氣增效劑30m g L,同時再加氯,使水中游離氯濃度連續(xù)在34h內(nèi)控制在0.40.8m g L。冷卻水系統(tǒng)在24h內(nèi)不排污,用殺生劑進行循環(huán)清洗。經(jīng)過清洗后,冷卻塔布水板上的大量粘泥脫落,冷卻水變得清徹透明,水中的粘泥量從18mL m3下降到0.2mL m3,異養(yǎng)菌數(shù)從1.5×104個 mL下降到7.0×10個 mL,碳鋼的腐蝕速度則從0.20mm a下降到0.035 mm a,水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)。214避光、旁流過濾和混凝沉淀藻類的生長和繁殖需要陽

10、光,故冷卻水系統(tǒng)應避免陽光的直接照射。為此,在水池上應加蓋,冷卻塔的進風口則可加裝百葉窗。在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中,設計安裝用砂子或無煙煤等為濾料的旁濾裝置過濾冷卻水是一種控制微生物生長十分有效的措施。通過旁流過濾,可以在不影響冷卻水系統(tǒng)正常運行的情況下除去水中大部分微生物。設計規(guī)范要求,敞開式循環(huán)冷卻水的旁流過濾水量可按循環(huán)水量的1%5%確定。在補充水的前處理中或循環(huán)冷卻水的旁流水處理過濾中,常使用鋁鹽或鐵鹽的混凝劑或高分子絮凝劑(如聚丙烯酰胺除去水中的懸浮物和微生物。這些藥劑能在絮凝沉淀過程中將水中的各種微生物隨生成的絮凝體一起沉淀下來,從而把它從水中除去。用混凝沉淀除去的微生物可達水中微生物的

11、80%左右。215噬菌體法6噬菌體是一種能夠吃掉細菌的微生物。有人稱它為細菌病毒。這種細菌病毒與動物病毒、植物病毒不同,它們只對細菌的細胞發(fā)生作用,故是一種很小的但非常有用的病毒。噬菌體靠寄生在叫做“宿主”的細菌里進行繁殖。繁殖的結(jié)果是將“宿主”吃掉,這個過程叫做溶菌作用。利用細菌的天敵噬菌體去防止和消除冷卻水中的微生物粘泥是一種頗有前途的生物學方法。圖1中示出了動態(tài)模擬試驗中噬菌體對循環(huán)水中有害細菌的殺滅作用。圖中上面的一條曲線代表未加噬菌體的循環(huán)水中細菌數(shù)量隨時間的變化情況,下面的一條曲線則代表已加噬菌體后循環(huán)水中細菌數(shù)量隨時間的變化情況。由圖中可見,加入了噬菌體的循環(huán)水中,細菌的增殖速度

12、較慢,24h時達到最高點,繼而下降。以對照細菌量達最高時計算,噬菌體的殺菌率達到83.3%。噬菌體法的優(yōu)點是:a.與加氯的方法相比,噬菌體的溶菌作用不會影響生態(tài)環(huán)境;b .一個噬菌體溶菌后,能放出數(shù)百個噬菌體,故只要加入少量噬菌體就能獲得非常好的殺菌效果;c .經(jīng)濟上合算。據(jù)估算噬菌體法的費用僅為加氯法費用的1 5左右 。圖1動態(tài)模擬試驗水樣中加入噬菌體后細菌數(shù)量的變化6216添加殺生劑7控制冷卻水系統(tǒng)中微生物生長最有效和最常用的方法之一是向冷卻水中添加殺生劑。人們通常把冷卻水殺生劑分為兩大類:氧化性殺生劑和非氧化性殺生劑。常用的氧化性殺生劑有:氯、次氯酸鹽、氯化異氰尿酸、二氧化氯、臭氧、溴和

13、溴化物等。常用的非氧化性殺生劑有:氯酚類、有機錫化合物、季銨鹽類、有機胺類、有機硫化合物、銅鹽和異噻唑啉酮等。一個優(yōu)良的殺生劑需要具備以下特性:廣譜性、剝離粘泥和藻層的能力、不污染環(huán)境、抗氧化性、與其他水質(zhì)穩(wěn)定劑的相容性和寬廣的pH 適應性。其中要特別強調(diào)的是優(yōu)良的殺生劑應具備強有力的剝離粘泥和藻層的能力。因為許多微生物是在粘泥的內(nèi)部或藻層的下面繁衍生長,而一般的殺生劑較易到達粘泥或藻層的表面而不易到達粘泥或藻層的內(nèi)部,即一般的殺生劑易于殺滅粘泥或藻層表面的微生物,但不易殺滅其內(nèi)部的微生物。一旦條件變得對微生物生長有利時,這些沒有被殺滅的微生物又可繁衍生長。因此,只有把粘泥和藻層連同其中的微生

14、物一起從冷卻水系統(tǒng)中的設備上剝離下來,讓它們隨排污水排出冷卻水系統(tǒng),這樣的殺生作用才較為干凈徹底。此時,換熱器表面也干凈了,冷卻的效果也會大大提高。217靜電水處理8靜電水處理是將冷卻水流經(jīng)一靜電水發(fā)生裝置中的強靜電場(其電場強度通常約為13002500V c m ,從而對水進行防垢溶垢和殺菌滅藻的一種物理的水處理方法。靜電水發(fā)生裝置有管式和床式兩種,其基本原理相同。管式靜電水發(fā)生裝置主要由兩部分組成:一是產(chǎn)生強靜電場用的高壓直流電源,另一是使冷卻水靜電化的裝置。它是將一根絕緣良好的鐵芯置于聚四氟乙烯圓筒內(nèi)作為正極,鋼管本身作為負極。在正、負極上施以高壓(>3400V ,正、負極間保持一

15、定距離以便使冷卻水從中流過。水經(jīng)過正、負極間的強靜電場處理后再進入用水設備?，F(xiàn)在使用的靜電水處理裝置的外加電壓通常是34006000V ,此時的平均電場強度為13002500V c m 。南京某化工廠用一臺冷卻器進行了靜電水處理的運行試驗。冷卻器中原有5mm 厚的陳垢經(jīng)過9個月的運行后全部消失。運行兩年多,也無水垢產(chǎn)生。冷卻水中的綠色藻類,4個月后由綠色轉(zhuǎn)為黃褐色,最后全部消失。靜電水處理的優(yōu)點是:方法簡單,耗電少(只相當于一個15W 燈泡的用電量,運行費用低,不受水質(zhì)的限制和不污染環(huán)境。靜電水處理的缺點是:在離靜電水處理裝置150m 以上的下流處,靜電水處理的效果逐漸下降。最后需要指出的是,

16、一個良好的微生物控制方案往往是將一些方法聯(lián)合使用。例如,(下轉(zhuǎn)第46頁涂膠時要保證膠泥均勻、飽滿。2.8緊固用螺釘將四氟塑料板緊固于破損表面。219固化在4050恒溫24h,使膠泥具有一定的強度。2110檢驗20kV耐電壓檢查,不導電為合格。3應用實例從1988年以來,筆者為30多家用戶修補搪玻璃設備40余臺,現(xiàn)舉3例。實例1。長春汽車廠綜合分廠500L搪玻璃反應釜。生產(chǎn)產(chǎn)品為聚硫酸鐵,介質(zhì)為濃度20%的硫酸,反應溫度為60,釜身一處破損50mm×50mm,釜蓋一處破損 10mm。1988年用上述方法修補,使用初期晝夜生產(chǎn),目前仍在使用中。實例2。吉林省梨樹淀粉廠2000L搪玻璃反應

17、釜。生產(chǎn)產(chǎn)品為乳酸,介質(zhì)為濃度50%的硫酸、乳酸,溫度為100,釜身破損80mm ×80mm。1989年用上述方法修補,運行1年半使用情況良好,用戶非常滿意。實例3。長春市朝陽化學試劑廠500L搪玻璃反應釜。生產(chǎn)多種化學試劑。介質(zhì)有鹽酸、硫酸和硝酸等,反應溫度為60120,破損面積為50mm×50mm。1989年用上述方法修補,使用近兩年情況良好。后又為其另一臺搪玻璃反應釜進行了修補,用戶很滿意。4結(jié)束語通過實踐證明,該工藝方法施工簡便,成本低,性能可靠。避免了設備拆裝、運輸?shù)仍跁r間和材料上所造成的浪費,延長了設備的使用壽命,克服了其它修補方法易脫落的弊病,所帶來的經(jīng)濟效益

18、顯著。但該工藝因受膠粘材料的限制,對于存在有機溶劑介質(zhì)的場合,膠泥強度下降,應慎用。又由于在鐵坯基體上鉆孔、攻絲,使得設備局部產(chǎn)生應力集中,在設備受壓的場合也應慎用。另外,因受四氟材料限制,該工藝修補面積較小,限制在200mm×200mm范圍內(nèi),曲率較大的部位修補也受一定的限制。隨著膠粘材料和四氟塑料加工技術的進步,該技術將有更好的實用性。參考文獻1化工廠設備維護檢修規(guī)程.北京:化學工業(yè)部,19792腐蝕數(shù)據(jù)手冊.北京:化學工業(yè)出版社,1982(收稿日期:1996206211(上接第57頁先將冷卻水系統(tǒng)進行剝離和清洗,然后再投加殺生劑的方案要比不進行剝離和清洗,只投加殺生劑的方案要有

19、效得多。參考文獻1GB500502951工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計(收稿日期:1996210210,修回日期:1996211220第24卷第1期化工機械 61 derived fo r com p licated fo rcing com ponen ts. M ethod,M ou ld W heel Ke y W o rds : Doub le2 ller Granu lato r, F in ite E lem en t Ro P roba b ilis tic fra c ture m e cha nics a na lys is on the ba s is Fuzzy de s ign

20、 of the inte rfe re nce of s hrunk 2on ve s s e ls. sem b ly, op eration w ere p ropo sed fo r p reven ting p um p shafts from co rro sion and ero sion. Ke y W o rds : Po tash Pum p , M ajo r Shaft, M echan ical Seal, Co rro sion and E ro sion, P reven tion C a us e a na lys is a nd e li ina tion of

21、 fa ilure of IH652402 m S te e l p ipe s w ith S HS 2ce ntrifuga l ca s ting ce ram ic. C ontro l m e thods a nd contro l ta rge ts fo r g row th of m i2 Ke y W o rds : Co rro sion R esistan t Pum p , Failu re E li i2 m Ke y W o rds : Enam el Glass Equ ipm en t, Po lym eric n iversity of Chem ical T

22、 echno logy, N an jing, J iang su, Ch ina Bu ild ing M aterials, J iangyan, J iang su, Ch ina (36 ence of the con stan t streng th design of sh runk 2 vessels, on the fuzzy featu res of op tim um in terference w ere analysed, fo r in terference w as g iven. tion of w ound p rocess is realized. ch in

23、e, Param eter Con tro l, A u tom ation C o rros ion a nd p re ve ntion of pum p s ha fts fo r po ta s h. D esign Hong sheng (N an jing U n iversity of Chem ical T echno logy, N an jing, J iang su, Ch ina (39 m ing, Fu jian, Ch ina L iao W eichang, ( Sanm ing General Chem ical Facto ry, San 2 ysed. N

24、 um erical calcu lation show s that the m ethod is p rac2 ticab le. ity Eng ineering, Failu re A ssessm en t D iag ram Fu W eiguo ( J iangyan Indu stry B ranch of Chem ical and and the calcu lation of the fuzzy design of the allow erance Ke y W o rds : Sh runk 2 n V essel, In terference, Fuzzy O A n

25、ew type s p ira l w ound m a chine. L u X iaofeng, Zhu cal p aram eters of variou s sizes and typ es of gaskets arb i2 Com b ined w ith the u se in syn thetical amm on ia, the cau ses of seriou s co rro sion of p um p shafts fo r po tash w ere analysed, and som e im p rovem en ts in design, p rocess

26、ing, as2 Ke y W o rds : Sp iral W ound Gasket, Sp iral W ound M a 2 of R 6 m e thod. Zhao J ianp ing, H uang W en long (N an jing U 2 (33 finery, D u shanzi, X in jiang, Ch ina (44 nation Based on R 6 m ethod, a new m ethod fo r calcu lating the reliab ility of com ponen ts w as p ropo sed. T he inf

27、luence of som e random variab les, such as fractu re toughness, crack trarily, the gasket sizes can be p resetted, and the au tom a2 sizes, load ing on the reliab ility of com ponen ts w as anal2 A new typ e sp rial w ound m ach ine w as develop ed fo r Ke y W o rds : P robab ilistic F ractu re M ec

28、han ics, R eliab il2 W ang H ualin, W ei D am ei, L i H ailin, W u Dongd i, L i B ing, sp iral seal gaskets. It can select and con tro l the techno log i2 Based on the op tim um value in theo ry of the in terfer2 (42 m e nt a pp lica tion of a dhe s ion po lym e ric te tra fuo r e thy 2 cal Equ ipm

29、en t P lan t, Changchun, J ilin. Ch ina (45 T atrafluo roethylene P lastics no logy, Shanghai, Ch ina (47 p lan ts and p erfo rm ance. T he developm en tal trend of the techno logy w as d iscu ssed. U n iversity of Chem ical T echno logy, N an jing, J iang su, Ch i2 na (54 T he con tro l m ethod s and con tro l targets fo r the p ly p resen ted. T he con tro l m ethod s include con tro l of w ater p ing of slim e and algae, avo idance of sun ligh t, side2stream of b iocides, electro s