循环冷却水微生物控制与杀菌剂投加计算

微生物在循环冷却水系统中繁殖，会对设备、管道和换热器等造成一系列负面影响。但在循环冷却水系统运行过程中，运营人员往往缺乏对循环冷却水系统微生物的深入的、量化的认知，也不具备杀菌剂加药量的计算能力，完全依赖药剂厂商，从而导致失去对现场的把控。本文从不同微生物对循环冷却水造成的不同影响出发，分享循环冷却水系统杀菌剂加药的简捷计算方法，供水处理人士参考。

一、不同微生物对循环冷却水的影响

1. 生物粘泥污染

生物粘泥（biofilm）是微生物附着在设备表面后，分泌粘性物质形成的生物膜。它对循环冷却水系统的影响表现在以下两个方面：

（1）换热器的换热效率下降：生物膜的导热系数远低于金属，从而使换热器的传热效率降低。生物膜厚度每增加 0.1 mm，换热效率降低 10%-~30%。

（2）管道堵塞：生物粘泥堆积会堵塞喷嘴、冷却塔填料和管道，影响水流循环。

产生生物黏泥污染的菌种主要是其易分泌粘液、易形成生物膜，典型菌种有以下几种：

（1）铁细菌，该细菌会分泌粘液，形成锈色沉积，堵塞管道。

（2）硫酸盐还原菌，在无氧环境中生长，产生H₂S导致金属腐蚀。

（3）假单胞菌，易形成生物膜，影响换热效率。

2. 微生物诱导腐蚀

微生物代谢产物（如H₂S、有机酸、氨）会加速金属腐蚀，称为微生物诱导腐蚀，这种腐蚀表现在以下三个方面：

（1）点蚀和局部腐蚀：硫酸盐还原菌产生的H₂S与铁反应生成硫化铁（FeS），破坏金属表面钝化膜，引发点蚀。正常水质：碳钢年均腐蚀速率 < 0.05 mm/a，在硫酸盐还原菌影响下，碳钢腐蚀速率可达 0.5 mm/a 以上。

（2）酸性腐蚀：细菌代谢产生的有机酸（如乙酸、乳酸），会降低局部 pH，增加腐蚀速率。

（3）氧浓差电池腐蚀：生物膜下的低氧环境和外部高氧环境形成氧浓差电池，导致不锈钢、碳钢腐蚀。

3. 结垢与沉积

某些细菌会促进无机盐沉积，形成生物垢，加剧冷却塔和换热器的结垢问题，这类微生物主要有以下三种：

（1）厌氧菌：代谢CO₂，形成CaCO₃沉积。

（2）硫酸盐还原菌：如前所述，其产生H₂S，与水中金属离子（如 Fe²⁺、Cu²⁺）结合，形成硫化物沉积。

（3）硅藻：促进硅酸盐沉积：硅藻繁殖后，会加速SiO₂沉积，形成难以清除的硅垢。

4. 影响水质稳定性

微生物的生长和代谢活动会破坏冷却水的化学稳定性，使水质恶化，宏观表现在以下三方面：

（1）pH 值波动：细菌代谢酸性或碱性物质，使pH波动，影响水质稳定药剂效果。

（2）氨氮（NH₃-N）升高：硝化细菌和反硝化细菌代谢氨氮，影响水的腐蚀与结垢趋势。

（3）BOD5/CODcr上升：水中有机物积累，增加生物耗氧量，促进细菌生长。

5. 异味与健康风险

（1）冷却塔异味：微生物代谢会产生氨气（NH₃）、硫化氢（H₂S）等恶臭气体。

（2）军团菌污染：军团菌可在冷却塔、喷淋系统中繁殖，通过气溶胶传播，引发军团病。

二、杀菌剂加药量计算方法

在循环冷却水系统中，微生物控制和杀菌剂投加需要科学计算，以确保有效控制微生物生长，同时避免过量投加导致的腐蚀或副产物问题。

1.杀菌剂投加量计算

式中：m 为杀菌剂投加量，kg；C 为杀菌剂目标浓度，mg/L；V 为循环冷却水系统的保有水量，m³；A为杀菌剂有效成分的质量分数。各种杀菌剂的目标浓度和适用范围如表1所示。表1 各种杀菌剂的目标浓度和适用范围 以上药剂也可组合使用，以提高杀菌广谱性、降低耐药性，杀菌剂组合使用的目标浓度和适用范围见文末附表。2.余氯消耗量计算余氯消耗量与循环冷却水中的CODcr、NH3-N、Fe2+、Mn2+含量有关，计算方法如下式所示。 式中：Cd为余氯消耗量，mg/L；k1、k2、k3、k4分别为CODcr、NH3-N、Fe2+、Mn2+的余氯消耗系数，k1 = 0.02、k2 = 0.5、k3 = 0.64、k4 = 1.3。3.余氯初始投加浓度计算 式中：Ci 为余氯初始投加浓度，mg/L，就是只有加药后30 min内检测余氯达到这个数值，才能保证系统运行过程中，余氯控制在目标浓度范围内；C 为杀菌剂目标浓度，mg/L；Cd为余氯消耗量，mg/L，计算方法上面已经给出。4.非氧化性杀菌剂投加依据一般都采用冲击性投加非氧化性杀菌剂，那么，如何判断系统是否需要冲击性投加非氧化性杀菌剂呢？其是以生物膜厚度为依据的，如下式所示。 式中：δ 为生物膜厚度，mm；K 为生物膜形成速率常数，一般为0.0001~0.000001 mm/CFU；N 为化验分析得到的系统异养菌综述，CFU/mL；α 为常数，与水质和生物膜性质有关，一般在0.1~1.5之间；v为循环冷却水流速，换热器内的流速一般在1~3 m/s之间；n 为经验指数，在1.5~2.0之间。根据上式计算出δ ＞1 mm时，即需要冲击性投加非氧化性杀菌剂。总结在循环冷却水系统中，微生物控制和杀菌剂投加都是可以进行科学计算的，部分药剂厂商，为了多销售药剂，在购买方不具备计算能力的情况下，胡乱给出药剂投加量，导致加药过多，造成浪费或系统腐蚀等问题；还有一些包干制的药剂厂商，为了少投药剂、多获得利润，也经常胡乱给出药剂投加量，所以，运营人员掌握药剂投加量和投加周期的计算方法，对节约生产成本是很有意义的。附表


本文来源于：水处理科技学报

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