发电厂循环水中杀菌剂阻垢剂的配伍性研究

摘要

本课题以SS316L、SS317L为研究材料，以从北京某热电厂循环冷却水塔塔底粘泥中分离提纯得到的硫酸盐还原菌(SRB)为实验所用细菌，以北京某热电厂循环冷却水系统补充水的再生水为实验用水，选取了循环冷却水处理中常用的3类杀菌剂:非氧化性杀菌剂1227（十二烷基二甲基苄基氯化铵）、氧化性杀菌剂次氯酸钠(NaClO)、复合杀菌剂(XR-119);4类阻垢剂:膦系阻垢剂羟基乙叉二磷酸(HEDP)和2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTCA)、马来酸酐共聚物类聚马来酸酐(HAMP)、绿色阻垢剂聚天冬氨酸(PASP)。借助X射线光电子能谱、接触角、Zeta电位、原子力显微镜、电化学的极化曲线和交流阻抗等研究方法，研究再生水条件下SRB及其生物膜对2种不锈钢试片的腐蚀行为，对比研究再生水中2种材质的耐蚀机理;优选3种杀菌剂的最佳投加浓度，并探究杀菌机理;优选4种阻垢剂的最佳投加浓度，并探究阻垢缓蚀机理，进行阻垢剂间的阻垢和缓蚀协同性分析;在接种SRB浓缩3倍再生水条件下，开展杀菌剂阻垢剂的配伍性及其配伍机理研究。研究成果如下:
　　(1)对比研究再生水条件下SRB及其生物膜对2种不锈钢试片的腐蚀行为发现，不锈钢SS317L对SRB的吸附性较强，但其对粘附细菌的生长具有抑制作用，这表明不锈钢表面吸附的细菌数量与其代谢产物的含量不是正相关关系;SS317L中含有的Cr元素含量更高，且在SS317L表面形成CrO3、NiO等钝化膜更多，尤其是CrO3可使钝化膜层更加致密，对不锈钢起到的保护作用更强。因此，不锈钢SS317L在耐腐蚀的持久性和稳定性方面均明显优于SS316L。
　　(2)研究表明，3种杀菌剂均表现出优异杀菌效果，有效的减少了细菌在不锈钢表面的吸附。3种杀菌剂的杀菌性能排序为:XR-119＞1227＞NaClO，对应杀菌率为94.7％，93.3％，90.1％。复合杀菌剂XR-119与传统的杀菌剂相比，具有更高效的杀菌率和缓蚀率。XR-119通过双季铵盐分子中的两个带正电荷的N+，其诱导作用使分子中的季氮上的正电荷密度增加、有利于杀菌剂分子在细菌表面的吸附，从而改变细胞壁的渗透性，使菌体破裂;另一方面，XR-119的极性基团与金属有较大亲和力而优先在金属表面吸附，形成疏水性表面，抑制微生物在不锈钢表面吸附。此外，XR-119的存在还会增大不锈钢表面的极化电阻Rct值，具有一定的缓蚀作用。
　　(3)研究表明，4种阻垢剂均表现出优异阻垢效果，4种阻垢缓蚀剂的阻垢性能排序为:HPMA＞PBTCA＞PASP＞HEDP，最佳投加浓度分别为15mg/L，5mg/L，15mg/L，10mg/L，对应阻垢率为95.7％，94.8％，93.4％，89.1％。HPMA与PBTCA、HPMA与HEDP复配具有阻垢缓蚀协同性，最佳阻垢率分别为97.8％，96.4％，最佳缓蚀率分别为95％,96％，HPMA与PASP不具有阻垢缓蚀协同作用。
　　(4)杀菌剂与阻垢剂配伍使用时，HPMA+XR-119、PBTCA+NaClO两组配伍条件下的细菌浓度更低，灭菌效果在90％以上;PASP+NaClO、HPMA+XR-119两组配伍药剂不仅阻垢性能协同性好，阻垢效率达89％和88％，从疏水性角度看，在更大程度上也减缓了生物膜的沉积。
　　(5)试验分别优先出3组在杀菌、阻垢、缓蚀协同性方面各有优势的配伍药剂，可为实际生产应用提供可行性参考。其中，PBTCA+NaClO有最佳的杀菌、阻垢、缓蚀协同性，杀菌率可达90％;阻垢率达82％，缓蚀率达81％，二者可以很好地互溶，溶液澄清且无浑浊现象。对于结垢、腐蚀性的再生水可以选择以PBTCA+NaClO为主要配伍药剂，以控制水质的结垢和腐蚀倾向和微生物的滋生;对于结垢性的水质可以选择以PASP+NaClO或HPMA+XR-119配伍组合的药剂控制水质的结垢倾向和微生物的滋生。配伍药剂兼具优异杀菌阻垢缓蚀效果，又有助于降低药剂总投加量，减少投加工序，降低生产成本。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．2 研究背景

1．2．1 循环冷却水系统介绍

1．2．2 杀菌剂和阻垢缓蚀剂介绍

1．2．3 硫酸盐还原菌腐蚀机理

1．2．4 微生物腐蚀的控制方法

1．3 研究内容

1．4 研究目的及意义

1．5 创新点

2 实验材料与方法

2．1 微生物实验与材料

2．1．1 菌种的富集

2．1．2 菌种的来源与培养

2．2 实验用水的准备

2．3 不锈钢试片及电极的制备

2．3．1 不锈钢试片的制备

2．3．1 不锈钢电极的制备

2．4 实验过程的灭菌方法

2．5 实验药剂介绍

2．5．1 杀菌剂

2．5．2 阻垢剂

2．6 实验方法

2．6．1 SRB的生长趋势

2．6 ，2 XPS测试

2．6．3 接触角测试

2．6．4 电化学测试

2．6．5 原子力(AFM)

3 再生水环境下生物膜对不锈钢腐蚀特性研究

3．1 引言

3．2 生物膜对两种不锈钢材质表面电化学腐蚀行为研究

3．2．1 不锈钢SS316L与SS317L电化学腐蚀行为交流阻抗谱分析

3．2．2 不锈钢SS316L与SS317L电化学腐蚀行为极化曲线分析

3．3 再生水条件下不锈钢SS316L与SS317L表面生物膜形貌分析

3．4 再生水条件下两种不锈钢材质表面化合物XPS分析

3．4．1 再生水条件下不锈钢SS316L与SS317L表面生物膜元素分析

3．4．2 再生水条件下不锈钢SS316L与SS317L表面化合物分析

3．5 本章小结

4 杀菌剂最佳投加量及其杀菌机理研究

4．2 不同杀菌剂最佳投加浓度及作用机理研究

4．3 复合杀菌剂XR-119的杀菌缓蚀机理

4．3．1 复合杀菌剂对生物膜中微生物浓度及Zeta电位的影响

4．3．2 复合杀菌剂对不锈钢表面化学组分的影响

4．3．3 复合杀菌剂对不锈钢表面电化学行为的影响

4．4 小结

5．1 引言

5．2 不同阻垢剂最佳投加浓度及作用机理研究

5．3 阻垢剂的复配后对再生水结垢倾向

5．3．1 阻垢剂复配后对再生水结垢倾向的影响

5．3．2 阻垢剂复配后对再生水腐蚀倾向的影响

5．4 小结

6．1 引言

6．2 阻垢剂作用下杀菌剂对SS316L不锈钢表面生物膜中细菌生长的影响

6．2．1 不同杀菌剂对SS316L不锈钢表面生物膜中细菌生长的影响

6．2．2 阻垢剂存在条件下杀菌剂对SS316L不锈钢表面生物膜中细菌生长的影响

6．3 杀菌剂作用下阻垢剂对再生水结垢倾向的影响

6．3．1 再生水中杀菌剂作用下阻垢剂阻垢率的变化

6．3．2 杀菌剂和阻垢剂存在下不锈钢SS316L表面疏水性分析

6．4 杀菌剂作用下阻垢剂对再生水腐蚀倾向的影响

6．4．1 杀菌剂存在下阻垢剂对不锈钢表面化学组分的影响

6．4．2 不同阻垢缓蚀剂的缓蚀效果及其缓蚀机理研究

6．5 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

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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