循环冷却水中微生物的控制方法

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：另外，循环水系统环境条件如温度和pH又较适合多数微生物生长，导致冷却水系统中微生物迅速繁殖，水质恶化，加快了金属腐蚀，进而引发微生物结垢和腐蚀等一系列危害。以下介绍几种工业循环冷却水中常出现的微生物。所以异氧菌属于黏液型细菌，所产生的黏液对循环冷却水系统危害很大。在循环冷却水系统中，金属表面和沉积物之间往往缺氧，以硫酸盐还原菌为主的厌氧菌得以繁殖，当温度为25～30℃时，繁殖更快。

系统中微生物主要来源于两个方面：一是空气及外界携带的灰尘。通常情况下，大部分循环冷却系统设置于室外，冷却水和空气可以充分接触，空气尘粒杂物及其上粘附的大量微生物及孢子随洗涤过程进入水中，再加上光照充分，循环冷却水系统具备了阳光、空气、水三大要素，系统的水温适中，常年水温在32～42℃，pH中性，营养物质丰富，为水中微生物的生长繁殖提供了有利条件。二是由于循环冷却水使用过程中长时间循环、浓缩利用，并且水量存在蒸发、风吹、泄漏等损失，需要不断向循环冷却系统补充水，补充水中输入了大量的各种微生物、黏泥、COD，及少量的、等，会导致循环水中微生物进一步增加。另外，循环水系统环境条件如温度和pH又较适合多数微生物生长，导致冷却水系统中微生物迅速繁殖，水质恶化，加快了金属腐蚀，进而引发微生物结垢和腐蚀等一系列危害。

循环冷却水中的微生物有多种分类方式，可以按微生物的种类、存在形式、呼吸方式、摄取碳源方式等进行分类。按微生物种类进行分类，在冷却水系统中引起问题的微生物主要有三类：细菌、藻类和真菌，其中细菌是循环冷却水中存在数量最多，对冷换设备危害最大的一类微生物，占到存在微生物数量的60%～70%，循环水中生长的细菌主要是假单胞杆菌科、肠杆菌科、硫细菌科和芽孢杆菌科等。按照微生物在系统中存在形式不同，可分浮游微生物和固着微生物。依据碳源的摄取方式，循环冷却水中的微生物可分为自养型（Autotrophy）和异养型（Heterotrophy）。自养型微生物的碳素营养为无机碳，循环冷却水中的自养菌主要包括铁细菌、硫细菌、厌氧的硫酸盐还原菌；异氧菌微生物的碳素营养为有机碳，循环冷却水中的异养菌从水中的醇、糖、酸等有机源中获取能量。循环冷却水中异养菌主要包括好氧的铜绿假单胞菌、水生黄杆菌、乙酸钙不动杆菌、藤黄微球菌、枯草芽孢杆菌和兼性厌氧的明亮发光杆菌、嗜水气单胞菌和大肠菌群等。按照细菌在冷却水系统产生危害方式不同，分为产黏泥细菌、铁沉积细菌、产硫化物细菌、硝化细菌。

以下介绍几种工业循环冷却水中常出现的微生物。

（1）好氧异养菌好氧异养菌包括的属种很多，常见菌属包括假单胞菌属（Pseudomonas）、不动细菌属（Acinetobacter）、芽孢杆菌属（Bacillus）、肠杆菌科（Enterobacteriaceae）等，大部分是革兰阴性细菌，比较适合循环冷却水的pH和温度，在循环冷却水中，以异氧菌的生长繁殖最快，数量也最多，基本上代表了水中全部细菌的数量。循环水中60%为假单胞菌属的14种菌及产气杆菌（Aerobacter）的7种菌，同时还有黄杆菌属（Flavobacterium）。好氧菌中很多是好氧荚膜细菌，例如，气杆菌属、假单胞菌属等在冷却水中能大量生长。由于具有荚膜，这些好氧性荚膜细菌都会产生黏液。芽孢细菌在某些不良环境下产生孢子，这些孢子也能产生黏液。这些细菌产生的黏液和芽孢是冷却水系统中形成黏泥的主要原因，黏泥极易与水中的胶体物质、悬浮物等粘合在一起形成污垢，附着在管道及设备上影响换热效率，而且黏泥附着的部位金属无法与阻垢缓蚀剂接触，导致阻垢缓蚀剂无法发挥作用，是循环冷却水中的主要影响菌类。所以异氧菌属于黏液型细菌，所产生的黏液对循环冷却水系统危害很大。

（2）硫化细菌属于化能自养菌，硫化细菌主要是能氧化还原态或部分还原态的硫化物，包括元素硫、硫代硫酸盐和亚硫酸盐的一类细菌，其最终产物是硫酸盐，因其氧化过程能产生强酸，故容易使水环境中的pH降低到1.0～1.4，低pH能腐蚀破坏金属管或水泥管。硫氧化细菌归属硫杆菌属（Thiobacillus），为革兰阴性，大多数是严格好氧自养菌。

（3）硫酸盐还原菌（SRB）属于厌氧兼性营养微生物，以异养型为主，以硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等为能量的细菌群。硫酸盐还原菌是脱硫弧菌属中的一类特殊菌种，可氧化含碳有机化合物或氢、还原硫酸盐产生H₂S。它可以在pH5.5～9.0、温度5～50℃生长，最适宜的温度为20～40℃，其中的梭菌不但能产生硫化氢而且还能产生甲烷，促进周围的产黏泥细菌增殖。在循环冷却水系统中，金属表面和沉积物之间往往缺氧，以硫酸盐还原菌为主的厌氧菌得以繁殖，当温度为25～30℃时，繁殖更快。它的主要危害是对金属表面的去极化作用，由于其氢化酶的作用，将硫酸盐还原成硫化物和初生态氧[O]，而[O]与[H]去极化生成H₂O，靠它的去极化作用加速对管道和设备的腐蚀，腐蚀产物FeS又可以堵塞管道。虽然国内外学者对硫酸盐还原菌诱发腐蚀的机理存在不同认识，但硫酸盐还原菌能加剧腐蚀却是不争的事实。

（4）铁细菌铁细菌是一类能将二价铁盐氧化成三价铁化合物，并能利用此氧化过程中产生的能量来同化二氧化碳进行生长的细菌总称，铁细菌是一类好氧菌，有兼性异养和自养的，在含氧量小于0.5mg/L的系统中也能生长。在冷却水系统中铁细菌的存在能产生大量氧化铁沉淀，是由于它们能够把可溶于水中的Fe²⁺转变为不溶于水的Fe₂O₃的水合物，此过程中铁细菌属化能自养型微生物。铁细菌是钢铁锈瘤产生的主要原因，增加管道腐蚀速度，铁细菌的锈瘤覆盖在金属表面，使缓蚀剂不能与金属表面作用形成保护膜，并在锈瘤下形成氧浓差电池，在铁制水管中的生长繁殖会造成腐蚀，从而缩短水管的使用寿命。形成的氢氧化铁在细菌周围形成大量的棕色豁泥，造成金属管道堵塞，并为专行厌氧的硫酸盐还原菌提供有利条件，进而在铁管管道上形成锈瘤结节，产生坑蚀，并散发强烈的臭味。

（5）藻类藻类生长需要空气、水、阳光和营养物，尤以光的影响最为重要，因而只能生长在能照到阳光的地方或能反射到一些阳光的地方，在循环冷却水系统中，如冷却塔顶、水池和进出水总管口等处就会滋生一定量的藻类。许多藻类外面是黏多糖成分的果胶，藻类大量繁殖之后就形成黏泥。藻类不断繁殖又不断脱落，死亡脱落的藻类又成为冷却水系统的悬浮物和沉积物，堵塞管道，影响输水，降低传热能力。藻类死亡腐化后使水质变坏，发生臭味，为细菌等微生物提供养料。藻类本身并不直接引起腐蚀，生成沉积物覆盖的金属表面由于形成差异腐蚀电池发生沉积物下腐蚀。

（6）病原微生物的指示细菌部分循环冷却水来自地表水和城市中水，虽然在进入循环冷却水系统之前已经去掉了大部分病原菌，但水中的病原微生物种类繁多，不可能完全去除干净，可以用一种指示微生物作为替代菌，用替代菌间接反应水中病原微生物的残余量以及判断水质的卫生学质量。大肠菌群在温血动物的肠道中大量存在，在水中存活时间和对氯的抵抗力等与致病菌，如沙门氏菌、志贺氏菌相似，采用杀菌方法使总大肠菌群减少的同时，致病菌也相应减少，因此将总大肠菌群作为指示菌。

表6-1给出了火电厂循环冷却水中常见的微生物按照碳源分类和生长条件。

表6-1 火电厂循环水中常见的微生物按照碳源方式分类和生长条件

从表6-1中可以看出，火电厂循环冷却水中的自养菌主要包括好氧的铁细菌、硫细菌和厌氧的硫酸盐还原菌；异养菌主要包括好氧的铜绿假单胞菌、水生黄杆菌、乙酸钙不动杆菌、藤黄微球菌、枯草芽孢杆菌和兼性厌氧的明亮发光杆菌、嗜水气单胞菌和大肠菌群等。

针对某火电厂循环冷却水中的铁细菌、硫酸盐还原菌、大肠菌群进行细菌检测，检测结果如图6-1至图6-4所示。

图6-1 循环冷却水中铁细菌的变化

图6-2 循环冷却水中硫酸盐还原菌的变化

图6-3 循环冷却水中大肠菌群的变化

图6-4 循环冷却水中异养菌的变化

由图6-1可见，循环冷却水中3～10月份铁细菌平均数均小于循环冷却水中微生物控制指标提出的100个/mL，在安全范围内。由图6-2可见，循环冷却水中硫酸盐还原菌量最大值出现在9月，数量为0.7个/mL，小于控制指标提出的50个/mL，远在安全限度之内。由图6-3可见，3～10月大肠菌群的数量均小于2个/mL。根据对异养菌的检测，得出循环冷却水中异养菌的变化曲线如图6-4所示。可见循环冷却水中的异养菌数值从6～9月份的平均值都在10⁵～10⁶个/mL范围内波动，其数值大于循环冷却水中允许的异养菌数，是循环冷却水系统中数量较多的一类细菌，夏季高峰时达10⁶个/mL。

循环冷却水中微生物的控制方法

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