二氧化氯在工業(yè)循環(huán)水中殺菌效果的生產(chǎn)性實驗研究

張蕾

(黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040)

工業(yè)發(fā)展的命脈就是工業(yè)用水，水的質(zhì)量將直接影響到生產(chǎn)設(shè)備是否能夠正常運行。在工業(yè)循環(huán)用水中細菌、真菌、藻類等微生物，利用水中溶解的營養(yǎng)源不斷繁衍，并混雜著無機物和塵土等，形成黏泥。輕微時可能導(dǎo)致管道堵塞，加強水流的阻力，造成換熱效率過低，能源的浪費，嚴(yán)重時會引起孔蝕，使設(shè)備穿孔甚至報廢［1－3］。

二氧化氯是一種有效的氧化性殺菌劑，具有強氧化性和較高的氧化還原電勢，并具有使用濃度低、殺菌效果好、藥性持續(xù)時間長等特點。二氧化氯不但滅菌性能很強，還可以分解細菌的尸體，殺死芽孢和孢子，使黏泥生長得到控制［4］。近幾年，我國在合成氨廠等工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，對二氧化氯的應(yīng)用進行了大量試驗研究，已在多家大、中型石油化工、煤化工廠的多個循環(huán)水系統(tǒng)中推廣應(yīng)用［5－7］。

1 工業(yè)循環(huán)水中優(yōu)氯凈和二氧化氯殺菌機理的對比

1.1 優(yōu)氯凈的殺菌機理

優(yōu)氯凈遇水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，分解產(chǎn)生氯氣、二氧化碳、氯化鈉及氮氧化合物等。其中氯氣和水產(chǎn)生如下反應(yīng)

其中HClO與ClO－在水中的比例取決于水的pH值。HClO和ClO－都有氧化能力，主要起殺菌作用的是HClO。次氯酸的分子量很小，而且是中性分子，可以擴散到帶負(fù)電荷的細菌表面，通過細胞壁滲入到細菌體內(nèi)與構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸生成氯化氨基酸，使有機的蛋白質(zhì)發(fā)生變性，從而失去原蛋白質(zhì)的特性，起到對水體消毒殺菌的作用［4］。

1.2 二氧化氯的殺菌機理

二氧化氯的化學(xué)性質(zhì)很活潑，易溶于水，在20℃以下的溶解度為2.9 g/L，是氯氣溶解度的5倍。二氧化氯的氧化能力是氯氣的2.5倍。在水中幾乎全部以HClO中性分子的形式存在，這種中性分子很容易穿透微生物的細胞膜，和蛋白質(zhì)里的氨基酸產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使氨基酸斷接，阻止微生物的合成代謝，殺滅細菌［5］。

2 優(yōu)氯凈和二氧化氯對異養(yǎng)菌的殺滅效果的比較

哈爾濱某煤氣廠采用二氧化氯發(fā)生器現(xiàn)場發(fā)生制備二氧化氯水溶液，在循環(huán)水給水管路中沖擊式投加。其純度為96.8%，發(fā)生原理為

5NaClO2+4HCl=5NaCl+4ClO2+2H2O

該廠每日兩次投加二氧化氯，每次在6 h內(nèi)連續(xù)投加，每次分別消耗亞氯酸鈉32 kg(1#系統(tǒng))、13 kg(2#系統(tǒng))。輔助投加生物黏泥剝離劑ZY－609(主要成分為戊二醛)，夏季每月投加2次，冬季每月投加1次，投加量視生物黏泥嚴(yán)重程度而定，以保證水質(zhì)達到要求。

2.1 投加優(yōu)氯凈對異養(yǎng)菌的殺滅效果

在實際生產(chǎn)運行中考察未投加二氧化氯，只投加優(yōu)氯凈及1227緩蝕阻垢劑時，循環(huán)冷卻水中異養(yǎng)菌的總菌數(shù)，其結(jié)果如表1所示。

表1 各指標(biāo)及異養(yǎng)菌總菌數(shù)

由表1可得出如下結(jié)論:3.19～4.13循環(huán)水中只投加優(yōu)氯凈殺菌，結(jié)果異養(yǎng)菌大量繁殖，有大量生物粘泥產(chǎn)生，異養(yǎng)菌數(shù)超標(biāo)。并且在此期間低pH值運行(6.59～7.19)，堿度低，細菌繁殖量更大。

2.2 投加二氧化氯對異養(yǎng)菌的殺滅效果

考察二氧化氯投加濃度為1.0 mg/L，8～9天進行一次沖擊性投加，異養(yǎng)菌總數(shù)變化，試驗結(jié)果如表2所示。由表2可得出如下結(jié)論:4.15～5.14在循環(huán)水中投加二氧化氯，很好地控制了菌類的繁殖和生物黏泥的形成，異養(yǎng)菌總數(shù)不超標(biāo)。從分析化驗結(jié)果可以看出，磷、鋅、pH值等重要項目均控制在理想狀態(tài)。可見，在生產(chǎn)實踐中使用二氧化氯可以達到很好的殺菌效果。

表2 各指標(biāo)及異養(yǎng)菌總菌數(shù)

3 二氧化氯的實際應(yīng)用效果

為從整體上考察二氧化氯的殺滅效果，我們對哈爾濱某煤氣廠循環(huán)冷卻水兩年度的異養(yǎng)菌和硫化菌年度變化情況進行討論。

3.1 二氧化氯對異養(yǎng)菌的殺菌效果

(1)某年異養(yǎng)菌變化情況

現(xiàn)將某年哈爾濱某煤氣廠循環(huán)冷卻水現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)取月平均值，繪制異養(yǎng)菌變化曲線，結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，某年異養(yǎng)菌變化均符合標(biāo)準(zhǔn)，可以說使用二氧化氯發(fā)生器在循環(huán)水中投加二氧化氯使循環(huán)水中異養(yǎng)菌得到了較好控制。但進入春夏季以后，1#、2#系統(tǒng)中異養(yǎng)菌量均大幅升高，原因如下:進入春夏季風(fēng)沙大，柳絮、楊花飛入系統(tǒng);3～4月更是出現(xiàn)沙塵暴，造成敞開式系統(tǒng)內(nèi)濁度增高。4月系統(tǒng)發(fā)生漏氨事故，導(dǎo)致pH升高，生物黏泥繁殖嚴(yán)重。1#系統(tǒng)排污能力差，使?jié)岫染痈卟幌隆?/p>

(2)次年異養(yǎng)菌變化情況

現(xiàn)將次年哈爾濱某煤氣廠循環(huán)冷卻水現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)取月平均值，繪制異養(yǎng)菌變化曲線，結(jié)果如圖2所示。

圖1 某年異養(yǎng)菌變化規(guī)律

圖2 次年異養(yǎng)菌變化規(guī)律

從圖2可以看出，次年2#系統(tǒng)的異養(yǎng)菌得到了非常好的控制，全年異養(yǎng)菌總數(shù)在1×104cfu/mL以下;1#系統(tǒng)異養(yǎng)菌總數(shù)較某年同時期卻有所惡化，夏季峰值更達到1×105cfu/mL以上。原因是:4月份1#系統(tǒng)二氧化氯發(fā)生器發(fā)生故障，改為每半月投加一次殺菌滅藻劑。5月份1#系統(tǒng)取水管道酚泄漏，引發(fā)水質(zhì)惡變，濁度嚴(yán)重升高，生物黏泥嚴(yán)重超標(biāo)。1#系統(tǒng)排污能力差，使?jié)岫染痈卟幌隆?/p>

(3)各項水質(zhì)指標(biāo)對異養(yǎng)菌殺滅率的影響

為研究各項水質(zhì)指標(biāo)對異養(yǎng)菌殺滅率的影響，現(xiàn)列舉次年8月現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，如表3所示。

通過表3可以發(fā)現(xiàn)，隨著二氧化氯濃度的增高，異養(yǎng)菌總數(shù)逐漸減少。對于2#循環(huán)水系統(tǒng)，異養(yǎng)菌總數(shù)降至103cfu/mL以下時，二氧化氯在水體中的濃度必須達到7.0 mg/L以上。同時我們發(fā)現(xiàn)，濁度和總磷值的升高不利于控制水體中異養(yǎng)菌的繁殖。因此，在生產(chǎn)運行中，應(yīng)該注意控制循環(huán)水的濁度和總磷值。

3.2 二氧化氯對硫化菌的殺菌效果

為了研究了二氧化氯對硫化菌的殺滅效果，現(xiàn)將某年和次年哈爾濱某煤氣廠循環(huán)冷卻水硫化菌變化曲線繪制如圖3所示(受條件限制，只對1#循環(huán)冷卻水系統(tǒng)給水中硫化菌進行測定)。

圖3 某年和次年硫化菌變化規(guī)律

從圖3我們可以看出，次年全年硫化菌總數(shù)都嚴(yán)格控制在標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi);某年5～7月硫化菌總數(shù)超標(biāo)。這主要因為某年春夏季循環(huán)水水質(zhì)較差，粘泥較多，水中濁度很高，產(chǎn)生了較多的沉積物，給硫化菌提供了良好的生長環(huán)境。

表3 各指標(biāo)及二氧化氯濃度

4 結(jié)論

通過二氧化氯殺菌效果的生產(chǎn)性實驗研究中，可以發(fā)現(xiàn)在循環(huán)水中投加二氧化氯對異氧菌的殺滅效果明顯優(yōu)于優(yōu)氯凈。兩年內(nèi)異氧菌變化基本符合標(biāo)準(zhǔn)，硫化菌除少數(shù)月份超標(biāo)之外，其它月份均符合標(biāo)準(zhǔn)。二氧化氯來代替優(yōu)氯凈的使用是較為有效的。進一步的改進會更好有效的增強二氧化氯在工業(yè)循環(huán)用水系統(tǒng)中達到殺菌滅藻的效果。

［1］印勝偉.控制熱電廠循環(huán)水系統(tǒng)微生物腐蝕和粘泥的措施［J］.中國給水排水.2006，22(22):99－102.

［2］楊培燕，張繼恒，顧寶珊.循環(huán)水管道腐蝕原因分析［J］.全面腐蝕控制［J］.2011，25(2):23－29.

［3］潘旭東，王向明.循環(huán)水中氯離子控制及對不銹鋼腐蝕機理探討［J］.工業(yè)水處理.2013，33(3):14－20.

［4］石曉宇.分析工業(yè)循環(huán)水二氧化氯殺菌滅藻［J］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量.2006，22(22):99－102.

［5］熊夢輝，覃華鋒.二氧化氯在循環(huán)水殺菌滅藻中出現(xiàn)的問題及解決措施［J］.大氮肥.2012，35(1):66－69.

［6］候雯雯，陳君.二氧化氯緩蝕劑制備及性能研究［J］.應(yīng)用化工.2013，42(10):1885－1888.

［7］龍瀟，高燕寧.二氧化氯在中水回用作電廠循環(huán)水中的殺菌特點［J］.工業(yè)安全與環(huán)保.2010，36(2):1－3.

［8］黃小甲，陶秀成.優(yōu)氯凈生產(chǎn)廢水的生態(tài)環(huán)境影響及其治理研究［J］.中國農(nóng)學(xué)通報.2009，25(4):264－265.

［9］于濤.淺談工業(yè)循環(huán)水二氧化氯殺菌滅藻［J］.科技信息.2009，20(7):315－317.