再生水中杀菌剂对SS316L表面生物膜活性及其电化学腐蚀行为影响的研究

摘要

在发电厂中，循环冷却水系统广泛应用不锈钢316L材质，它与循环冷却水接触时，水中的SRB容易附着在其表面并形成一层生物膜，引起微生物腐蚀(Microbiologically Influenced Corrosion，MIC)，大大缩短设备使用时间。同时循环冷却水的浓缩倍率过高也会导致材料表面的结垢和腐蚀问题，进而导致发电厂中出现安全问题。本课题以热电厂循环冷却水系统为研究背景，以SS316L不锈钢(Stainless steel316L，SS316L)为研究材质，以取自北京高碑店再生水厂的二级出水的再生水及其浓缩3倍循环水作为实验介质，以硫酸盐还原菌（Sulfate Reducing Bacteria，SRB）为实验菌种，以处理循环冷却水时常用的几种杀菌剂为实验用杀菌剂，包括NaClO、异噻唑啉酮、XR-128、氯锭以及1227。通过微生物方法研究5种杀菌剂的最佳投加浓度和作用时间，选出杀菌效果最佳的氧化性杀菌剂NaClO和非氧化性杀菌剂XR-128，并通过对水中余氯含量的测定研究NaBr对NaClO药效加强的作用;通过电化学方法和X-射线光电子能谱(XPS)对复合杀菌剂XR-128的杀菌机理进行研究。通过对SS316L表面生物膜内SRB浓度和EPS（多糖和蛋白质）含量的变化，研究优选出的杀菌剂NaClO和XR-128对SRB及其生物膜活性的影响。通过电化学方法和X射线光电子能谱分析(XPS)方法，研究在再生水和浓缩3倍循环水中杀菌剂NaClO和XR-128对不锈钢表面微生物腐蚀的影响。研究成果如下。
　　(1)通过对比NaClO、异噻唑啉酮、1227、XR-128和氯锭5种杀菌剂发现，XR-128的杀菌效果和杀菌作用持续时间是最佳的，但短时间(0～1d)内NaClO杀菌效果最佳。XR-128为典型的双季铵盐类阳离子表面活性剂，能够优先在金属表面吸附，提高电化学反应的活化能，且对SS316L表面多糖的削减能力较大，因而可以缓解不锈钢腐蚀。
　　NaBr与NaClO配合使用，具有良好的协同效应，能在一定范围内大大增加氯类杀菌剂的作用时间。考虑到药剂投加成本，20mg·L-1NaClO与4mg·L-1NaBr协同作用具有最好的杀菌效果和余氯停留效果。
　　(2)在再生水和浓缩3倍循环水中接种1×107个·ml-1SRB，细菌的生长阶段分为3个（没有出现明显的调整期）。0～1d为第一阶段指数生长期，1d～7d为第二阶段稳定生长期，7d之后为第三阶段衰亡期。在再生水中SRB的世代期是2.90h，在浓缩3倍循环水中SRB的世代期为2.28h，即浓缩倍率增加会加快细菌的代谢繁殖速率，增强细胞的生物活性，加剧其对不锈钢的腐蚀。
　　(3)杀菌剂NaClO和XR-128对SRB生物膜中EPS的削弱作用较为明显，且NaClO对蛋白质的抑制作用较强，XR-128则对多糖的抑制作用更强一些。3d时在再生水中NaClO对蛋白质的削减率为46.4％，XR-128对多糖的削减率为58.1％。
　　(4)在再生水和浓缩3倍循环水中，不加杀菌剂时阻抗弧直径随时间的增加而减小，腐蚀速率增大。加入XR-128后，阻抗弧直径增大，电荷转移电阻Rct值也增大，其对SRB的抑制起了主导作用，热力学腐蚀倾向减少。并且XR-128不会破坏不锈钢表面的钝化膜，使用更安全。
　　(5)加入XR-128后，Fe主要与O、H元素结合，这是因为XR-128能够在不锈钢表面形成一层保护膜，阻止S2-、Cl-等侵蚀性离子对不锈钢的腐蚀，有助于保护SS316L表面紧密附着的一层钝化膜。加入杀菌剂后，S2-含量明显降低，在浓缩3倍循环水中加入XR-128后，未检测出S2-，证明7d时XR-128仍发挥着一定的杀菌作用，药效尚未全部消失，证明长时间杀菌时XR-128的效果更好，且不会对不锈钢产生点蚀。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 引言

1．2研究背景

1．2．1再生水水质特点

1．2．2 SRB及其腐蚀机理

1．2．3微生物腐蚀研究技术

1．2．4杀菌剂的研究进展

1．2．5 SRB腐蚀防控措施

1．3研究内容

1．4研究目的及意义

1．5创新点及技术路线

2．1．1菌种来源

2．1．2培养基与培养条件

2．1．3菌种的分离提纯

2．1．4活化与计数

2．2 SS316L试片及电极的制备

2．3实验用水

2．4杀菌剂准备

2．5灭菌方法

2．6实验方法

2．6．1杀菌剂最佳投加量的确定

2．6．2 NaBr对水中余氯停留时间影响分析

2．6．3生物膜活性测试

2．6．4电化学腐蚀测试

2．6．5不锈钢表面化学组分分析

3．1 引言

3．2杀菌剂最佳投加浓度及作用机理研究

3．3 NaClO在水中余氯停留时间的延长

3．4本章小结

4 杀菌剂对SS316L表面生物膜活性影响分析

4．1 引言

4．2杀菌剂对SS316L表面生物膜内SRB浓度的影响

4．3杀菌剂对生物膜代谢产物胞外聚合物(EPS)的影响分析

4．4本章小结

5 杀菌剂作用下SS316L表面生物膜电化学腐蚀行为研究

5．1 引言

5．2 SS316L的自腐蚀电位变化

5．3 SS316L的电化学阻抗谱特征

5．4本章小结

6 杀菌剂对SS316L表面生物膜化学组分影响分析

6．1 引言

6．2再生水中杀菌剂对SS316L表面化合物的影响

6．3浓缩3倍循环水中杀菌剂对SS316L表面组分影响

6．4本章小结

7 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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