循环冷却水中硫酸盐还原菌对不锈钢SS304的腐蚀及其灭活控制研究

摘要

本文以再生水回用于火电厂工业循环冷却水系统为背景，以从北京高井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)及其生物膜为研究对象，用标准菌ATCC-7757作为参照菌，研究再生水中SRB及其生物膜对SS304不锈钢材质的腐蚀行为;选取了循环冷却水处理中常用三种杀菌剂:NaClO、异噻唑啉酮和1227进行SRB的杀菌效果及杀菌机理分析。研究表明，分离提纯得到的SRB与标准菌ATCC-7757具有相似的硫酸盐还原菌特征，两者均可以在相对长的时间内于再生水环境中稳定生长，其中SRB及ATCC-7757的世代期分别约为3.51 h和3.54 h，SRB较ATCC-7757能够更好地适应再生水的环境，对不锈钢SS304的腐蚀更为严重。
　　本研究主要内容包括：⑴接种了SRB的循环冷却水中，通过SEM/EDS实验发现，试片在浸泡初期出现点蚀现象，后腐蚀面积增大;在浸泡后期，细菌在试片表面形成了主要由细菌、细菌代谢产物和腐蚀产物硫铁化合物构成的疏松多孔的生物膜。交流阻抗谱显示，Rp在1d到3d时由2.37×104Ω·cm2增大到2.80×105Ω·cm2，7d之后开始减小，10d时减小到5.51×104Ω·cm2。由于在不锈钢基体表面生物膜的附着，以及膜下一系列的化学和物理过程影响了不锈钢表面钝化膜的耐腐蚀特性。生物膜不断增厚以其不均匀性使得生物膜电阻和电容呈现不稳定的变化。在浸泡前期，生物膜对基体的腐蚀较轻，反而起到了一定的物理屏障作用;在浸泡后期，随着腐蚀产物的不断增多，加剧了SRB对基体表面钝化膜的破坏，加快了腐蚀进程。⑵NaClO、异噻唑啉酮及1227对SRB及ATCC-7757两种菌均有良好的杀菌效果。其中标准菌ATCC-7757对这三种杀菌剂较SRB更为敏感。同时，在再生水环境中，对SRB杀菌效果最佳的杀菌剂为1227，其次为NaClO和异噻唑啉酮。其中NaClO在12h达到最佳杀菌效果，异噻唑啉酮及1227在24 h达到最佳杀菌效果，且1227杀菌效果在这三者中持续的时间最长。SEM/EDS分析发现，NaClO、异噻唑啉酮及1227三种杀菌剂均会阻碍SS304试片表面生物膜的形成，但阻碍程度不同。AFM测试发现，浸泡168h后，添加杀菌剂NaClO的试片表面蚀坑最深处为82.02 nm，腐蚀速率为0.0042 mm/a，高于未加杀菌剂时的腐蚀速率0.0028mm/a，说明NaClO虽可以减缓细菌对金属的腐蚀，但不能阻止其水解产物对金属的点蚀作用。多种测试手段综合表明，1227在杀菌的同时，会在金属表面形成膜层，对金属起到一定的阻垢缓蚀作用。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景

1．2．1 循环冷却水系统

1．2．2 再生水的循环利用

1．2．3 微生物对循环冷却水系统的危害

1．2．4 微生物腐蚀的控制方法

1．3 国内外研究现状

1．3．1 硫酸盐还原菌腐蚀机理

1．3．2 生物膜及其对腐蚀的影响

1．3．3 微生物腐蚀研究方法

1．3．4 微生物杀菌剂研究进展

1．4 研究内容及意义

2 实验材料与方法

2．1 微生物实验材料与方法

2．1．1 实验菌种

2．1．2 培养条件

2．2 实验用水

2．3 不锈钢试样的制备

2．4 杀菌剂选择

2．5 微生物表面分析方法

2．5．1 SEM／EDS测试

2．5．2 AFM测试

2．5．3 接触角测试

2．6 电化学实验方法

2．6．1 电极的制备

2．6．2 三电极体系

2．6．3 交流阻抗谱测试方法

3 循环冷却水中硫酸盐还原菌生长特性研究

3．1 引言

3．2 实验内容

3．3 结果与分析

3．3．1 细菌生长规律研究

3．3．2 再生水pH值随细菌生长变化研究

3．3．3 再生水电导率随细菌生长变化研究

3．3．4 硫酸盐还原率随细菌生长变化研究

3．3．5 试片表面生物膜形貌及元素分析

3．4 本章小结

4 循环冷却水中杀菌剂对SRB杀菌效果研究

4．1 引言

4．2 实验内容

4．3 结果与分析

4．3．1 杀菌过程中细菌浓度随时间变化

4．3．2 杀菌过程中再生水电导率随时间变化

4．3．3 杀菌过程中硫酸盐还原率随时间的变化研究

4．4 本章小结

5 添加杀菌剂后不锈钢表面SRB生物膜特征及组分研究

5．1 引言

5．2 实验内容

5．3 结果与分析

5．3．1 杀菌过程中SS304试片表面生物膜的SEM／EDS表征分析

5．3．2 杀菌过程中SS304试片表面SRB生物膜的AFM表征分析

5．3．3 杀菌剂对SRB在不锈钢SS304表面粘附性能的影响

5．4 本章小结

6 杀菌剂对不锈钢表面SRB腐蚀生物膜影响的电化学研究

6．1 引言

6．2 实验内容

6．3 结果与分析

6．3．1 SRB对SS304电极的电化学研究

6．3．2 添加杀菌剂后SS304电极的电化学研究

6．4 本章小结

7 结论

7．1 主要研究成果

7．2 本文创新点

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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