微生物污垢形成的機理分析

《微生物污垢形成的機理分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、微生物污垢形成的機理分析　　【摘要】微生物污垢是工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢的重要組成部分，它是熱的不良導(dǎo)體，污垢的存在嚴(yán)重影響換熱設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，造成巨大的危害。研究水質(zhì)參數(shù)對微生物污垢的形成、污垢的生產(chǎn)機理、污垢特性以及建立微生物污垢的預(yù)測模型對換熱器設(shè)計和高效運行提供技術(shù)支持，也對于工業(yè)生產(chǎn)中防治微生物污垢具有實際指導(dǎo)意義?！　　娟P(guān)鍵詞】微生物污垢危害機理指導(dǎo)意義　　1微生物污垢的特點　　Melo和Bott概括了微生物污垢形成的基本過程[1]，微生物污垢是以微生物膜的形態(tài)粘附在換熱設(shè)備表面。微生物膜的特征是隨著

2、時間的不同而變化的，微生物膜形成過程共分為五個階段[2，3]?！　〉谝浑A段，微生物調(diào)節(jié)膜形成階段。換熱管道內(nèi)的冷卻水含有大量的微生物和大分子顆粒物質(zhì)。初始階段，首先是大分子有機物質(zhì)吸附到換熱設(shè)備表面形成調(diào)節(jié)膜。調(diào)節(jié)膜的形成會影響換熱管內(nèi)壁的表面能、電荷的電性等發(fā)生改變。這為微生物及其他致垢組分在換熱管的積聚提供了環(huán)境；　　第二個階段，微生物附著階段。溶液中的微生物開始吸附到材料表面生長繁殖，分泌大量胞外聚合物。這些胞外聚合物是具有粘性的膠體，使得微生物能夠牢固的吸附在壁面。當(dāng)換熱設(shè)備表面形成比較完整的調(diào)節(jié)膜

3、后，微生物及其所需的營養(yǎng)物質(zhì)更容易吸附在壁面，在此階段致垢微生物開始大量繁殖；5　　第三個階段，微生物膜形成階段。微生物在材料表面大量的生長繁殖，新陳代謝過程微生物分泌出胞外聚合物，微生物及其大分子物質(zhì)開始在調(diào)節(jié)膜上形成生物膜。與此同時，冷卻水中的微生物和大分子物質(zhì)繼續(xù)往管壁積聚并附著在壁面，使得微生物膜逐漸完整；　　第四個階段，污垢快速增長階段。微生物膜本身也是一個富有粘性的優(yōu)質(zhì)調(diào)節(jié)膜，不僅使微生物及其營養(yǎng)物質(zhì)物質(zhì)吸附在壁面，還能粘附住無機大分子助長其他類污垢的形成；　　第五個階段，污垢厚度穩(wěn)定階段。隨著

4、污垢層厚度的增加，緊靠金屬壁面的微生物無法正常的吸收營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長繁殖，逐漸開始大量死亡；污垢層厚度的增加導(dǎo)致生物膜承受水流沖擊力越來越大。在上述因素的影響下，微生物膜有可能會從壁面脫落，露出材料壁面重新形成生物膜。生物污垢的厚度還與換熱管材、運行工況等因素相關(guān)?！　?典型致垢微生物　　一般情況下，水冷器中的水溫和pH值適于多種微生物生長。蒸發(fā)作用提高了冷卻水雜質(zhì)的濃縮倍率，使得循環(huán)冷卻水中所含的營養(yǎng)物質(zhì)得以積聚。因此，冷卻水中的微生物會迅速繁殖，并產(chǎn)生粘泥附著在換熱設(shè)備表面，降低了換熱系統(tǒng)的傳熱效率，其

5、中的一些腐蝕型微生物還會引發(fā)設(shè)備腐蝕。尤其是敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不斷從河流、湖泊等水源中補充冷卻水，這些水中的微生物是冷卻水系統(tǒng)中微生物的主要來源，也是形成微生物污垢的主要致垢成分。但并不是冷卻水中所有的微生物都會形成生物污垢，只有三類微生物（細(xì)菌、藻類和真菌）可能富集在換熱設(shè)備表面，經(jīng)過一系列的生理生化過程后形成生物污垢。5　　工業(yè)中會對補充的冷卻水進(jìn)行過濾和消毒處理，水中微生物的數(shù)目雖然有所減少，但仍有殘余。如果空氣的灰分與冷卻塔的水接觸，這些都可能成為日后生成微生物污垢的致垢成分。對于一座較大的冷卻塔

6、來說，每天進(jìn)入其中的雜質(zhì)可能達(dá)到幾十甚至幾百公斤。這些雜質(zhì)含有大量的微生物、灰塵等[4]?！　≈鹿肝⑸锟捎煽諝?、補給水進(jìn)入到換熱設(shè)備，也可由泄露引起的污染進(jìn)入。只要冷卻水與空氣接觸，就存在微生物污染。這些進(jìn)入系統(tǒng)的微生物，一些可能由于水溫、pH值等不適合其生存條件而受到抑制或死亡；而另外的一些則有可能適應(yīng)條件而迅速生長繁殖?！　∥⑸镞M(jìn)入到換熱設(shè)備后，首先會自由懸浮分散到整個系統(tǒng)中，那些代謝產(chǎn)物中夠形成生物粘泥的則開始分泌粘液，盡管分泌的產(chǎn)物很少，但由于其極強的粘附性質(zhì)，仍可在冷卻水流動過程中吸附到換熱設(shè)

7、備表面，通常這個起點是某個縫隙或者死角，因為那里水的流速極低或是幾乎靜止的，對這些粘泥的剪切作用極小。隨后，致垢微生物就大量附著并開始生長繁殖。首先形成很小的團塊狀物質(zhì)，而后繼續(xù)生長并增大團塊，與此同時增大了自身與換熱設(shè)備表面的附著力[5]?！　?致垢微生物腐蝕機理　　微生物腐蝕作用是指微生物的代謝活動及其產(chǎn)物促進(jìn)了金屬表面的電化學(xué)腐蝕過程，而微生物引起的腐蝕污垢除了金屬的腐蝕污垢外，還包括有微生物對木材等非金屬材料的侵蝕產(chǎn)物，其對換熱設(shè)備的腐蝕機理主要包括以下三個方面[6]：5　?。?）濃差電池作用。微生

8、物等在金屬表面形成黏膜后，其生長繁殖會消耗其中的氧和其它養(yǎng)分，在黏膜厚度方向形成的濃差腐蝕電池會加速金屬的腐蝕，且這層黏膜也會阻礙防腐蝕藥劑的擴散，使黏膜所覆蓋的金屬不易形成保護膜。微生物的代謝產(chǎn)物會破壞在金屬表面的保護膜，形成局部活化/鈍化電池，其中黏膜覆蓋區(qū)域的金屬便成為這種電池的活化區(qū)而被腐蝕?！　。?）去極化作用。水中金屬的腐蝕速率通常取決于陰極反應(yīng)速度，H2的積累產(chǎn)生高電壓，致使陰極反應(yīng)停止。例如硫酸鹽