CN101983176A - 用于冷却塔的环境友好型复合微生物控制技术 - Google Patents

Abstract

本发明为环境友好型复合微生物控制方法，包括通过精细过滤的物理方法，所述方法从开放式再循环冷却系统中去除营养物、细菌和悬浮固体。所述方法用于冷却系统中的微生物控制，其中再循环流体包含氧化型或非氧化型杀生物剂，或氧化型和非氧化型杀生物剂的混合物，且通过精细过滤系统，导致微生物物质、悬浮固体和营养物的降低。

Description

用于冷却塔的环境友好型复合微生物控制技术

版权标记

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技术领域

本发明涉及环境友好型复合微生物控制，包括通过精细过滤的物理方法，所述方法从再循环冷却系统中去除营养物、细菌和悬浮固体，并由此显著缩减了此前获得类似功效水平所需的杀生物剂消耗量和化学微生物处理程序。

背景技术

可基于尺寸排阻(size exclusion)进行颗粒分离。大尺寸颗粒易于通过砂滤去除。然而，只有具有小孔径的过滤器如膜或某些粒状介质才能分离胶粒、细菌、大分子、小分子，乃至离子。膜是能够在存在施加驱动力的情况下根据材料理化的性质不同而分离材料的物理屏障(薄层)。粒状介质由小颗粒形成且具有小的有效孔径。

定义：

杀生物剂：为活性物质，以及包含一种或多种活性物质的制剂，将其制成提供给使用者的形式意在通过物理、化学或生物方法消灭、阻止任何有害生物体，使其无害化，预防其作用，或对其发挥控制作用。

氧化型杀生物剂：氧化型杀生物剂通常为非选择性的，它们可氧化包括微生物在内的所有有机材料。它们氧化生物体的细胞组分，细胞壁越薄，生物体内越易受到氧化型杀生物剂的攻击。因为氧化型杀生物剂为非选择性的，所以不产生抗性。氧化型杀生物剂的实例包括卤素、活性氧源。

非氧化型杀生物剂：与氧化型杀生物剂不同，非氧化型杀生物剂在它们攻击微生物的机理方面具有选择性。它们干扰生物体的代谢，破坏细胞壁或妨碍增殖。相对于氧化型杀生物剂，非氧化型杀生物剂通常需要更高的浓度才能有效。在长时间使用此类杀生物剂时，微生物会产生抗性/耐性，因此交替使用不同的非氧化型杀生物剂是个良好的习惯。

生物分散剂和生物去污剂为具有表面活性的化学品，通常其本身并不体现杀生物特性，防止微生物附着表面，且通过松动粘液基质来加速生物膜的脱离。

精细过滤器为能够按照材料的物理和化学性质来分离材料的物理屏障。精细过滤器能够从流体中分离在几毫米至0.1nm的部分或全部粒径范围内的颗粒。

膜是能够在施加跨膜的驱动力的情况下，根据材料理化性质的变化而分离材料的物理屏障。

粒状介质包括在容器内排列以形成物理屏障的颗粒，所述物理屏障能够在材料被动穿过粒状屏障时按照材料的物理和化学性质来分离材料。粒状介质可为同一尺寸或各种尺寸的混合。颗粒可为氧化硅、无烟煤、活性碳或其它无机或有机材料。

可根据孔径区分以下膜技术：微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)。

超滤(孔径0.01-0.1μm)用于截留大小为几纳米的颗粒，而采用孔径在0.05-10μm间的多孔膜的微滤能分离大小在μm范围内的颗粒。

超滤和微滤是针对悬浮固体和细菌的压力驱动屏障，以用于制备高纯水。悬浮固体和高分子量的溶质被截留，而水和低分子量的溶质穿过膜。穿过膜的水和其它溶解的组分被称作渗透物。未穿过的组分被称作浓缩物。根据所用膜的截留分子量(MWCO)，大分子可被纯化、分离或浓缩到任一馏分中。

因为仅有高分子量物质被去除，所以跨膜表面的压力差相对较低。因此，施加低压力即足以由UF/MF膜实现高流量速率(flux rates)。将膜的流量定义为在单位时间内单位面积膜表面所产生的渗透物的量。流量通常表示为升每平方米每小时(LMH)。UF和MF膜可具有极高的流量，但在大多数实际应用中，在约0.1巴至4巴的工作压力下，流量在10和100LMH间变化。

UF/MF膜组件常为板框、螺旋卷和管式结构。所选的结构取决于胶体材料的类型和浓度。对于浓缩较大的溶液，使用更开放的结构，如板框和管式结构。在全部结构中，最佳的系统设计必须考虑流速、压降、能耗、膜积垢和组件成本。

已有多种不同材料被用于商业的聚合UF/MF膜，如聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚醚砜(PES)、纤维素乙酸酯(CA)和聚偏氟乙烯(PVDF)。也使用无机膜，如陶瓷膜。

超滤为应用范围最为广泛的膜分离方法。其越来越多地用于饮用水处理以去除大部分病原体和污染物，如蓝氏贾第鞭毛虫(Giardia lamblia)、隐孢子虫(Cryptosporium oocyts)和大的细菌。然而，可溶性组分如盐和低分子有机物质通常不能被超滤膜截留。

有多种因素能够影响UF/TVTF系统的性能。

1.穿过膜表面的流。渗透速率随着穿过膜表面的液体的流速而增加。流速对含悬浮物的液体特别关键。较高的流动也意味着较高的能耗和较大的泵。增加流速也降低膜表面的积垢。通常，最佳的流速可通过泵马力和渗透速率增加之间的折衷来实现。

2.工作压力。渗透速率与施加到跨膜表面的压力成正比。由于施加到膜组件上的物理强度限制，大多数膜组件具有工作压力极限。

3.工作温度。由于液体粘度降低，渗透物速率随温度增加而增加。重要地是了解温度对膜流量的影响，以区分温度下降和其它因素影响导致的渗透降低。

微滤和超滤方法在低压差下进行，这使其成为低能耗方法，且MF/UF从水中去除营养物和细菌；冷却系统生物积垢可能性减低，因此减少杀生物剂消耗。

发明内容

本发明描述了以下关键方面：

1.本发明的优点是提供低压差。

2.本发明的优点是除去细粉粒、浊度、微粒TOC、降低生物生长的营养物。

3.本发明的优点是提供高细菌去除效率。

4.提供了通过反冲洗或空气洗刷以去除积垢层的再生方法。

具体实施方式

本发明描述了用于冷却系统中微生物控制的方法，其中再循环流体包含杀生物剂且通过精细过滤系统，其中所述再循环流体可被引至侧流，随后通过所述精细过滤系统。

本发明的精细过滤系统包含孔径为5μm或更小，优选孔径为0.01至0.5μm的膜。本发明的精细过滤系统也可包含为微超滤膜的膜。这些膜可通过反冲洗所述系统或空气洗刷所述系统而再生。

所要求保护的发明使用优选为以下一种或多种的氧化型杀生物剂：氯、次氯酸盐、ClO₂、溴、臭氧、过氧化氢、过乙酸和过二硫酸盐。此外，本发明可使用优选为以下一种或多种的非氧化型杀生物剂：戊二醛、二溴次氮基丙酰胺、异噻唑啉酮(isothiazolone)、季铵、特丁津(terbutylazine)、聚双胍(polymeric biguanide)、二硫氰基甲烷(methylene bisthiocyanate)和四羟甲基硫酸磷(tetrakis hydroxymethyl pho sphonium sulphate)。所要求保护的发明也可使用以上所列优选实例中的氧化型杀生物剂和非氧化型杀生物剂的混合物。

实施例

通过参照以下实施例可更好地理解上文的内容，以下实施例意在说明用于进行本发明的方法而非意在限制本发明的范围。

应理解对本文所述优选实施方式的各种变化和修改对本领域技术人员是显而易见的。可实施所述这些变化和修改而不背离本发明精神和范围且不减少其优点。因此，认为所述这些变化和修改也落入所附权利要求的范围。

在存在和缺少物理方法的试验级冷却塔(PCT)中进行微生物控制、杀生物剂使用，由于尺寸排阻，膜过滤(超滤)去除了尺寸大于0.01Dm的颗粒物质，包括细菌。

超滤设备：

超滤设备从Norit BV租借。单元和膜的主要特性显示在附件中。此单元包括罐(体积25l)，水在所述罐中浓缩。液面控制器控制罐中水的液面。借助于泵PO1将从罐中的水泵过膜。浓缩物穿过冷却系统并随后返回值储存罐。渗透物被加入到冷却塔的池中。

为了防止膜积垢，流过膜的最低流速为2米/秒。通过打开或关闭阀门V1和V2来调节流动。阀门V1和V2从不完全关闭。此外，根据提供商的说明书，P1中的进料压力流不大于1巴(使膜破裂)。在首次使用后，绝不应使膜变干(总保持膜湿润)。

错流式膜(cross-flow membrane)为8mm中空纤维，从里向外过滤。试验级单元初始装配有2个膜组件，每个膜组件的表面为0.15m²，总膜表面为0.3m²。

为启动进行的UF膜清洁：

当使用新膜时，首先将保持膜湿润的甘油和杀生物剂冲洗掉(以防止可降解的COD作为额外的食物源进入冷却塔)。根据提供商(Norit)的推荐将罐1(见图1)装满DI水并进行跨膜再循环。在30分钟后，将水排干。此步骤重复至少3次。最后将系统排干，将阀门nr 301关闭并在罐nr 301内装满来自PCT池的水，而将渗透物再次引入PCT池中。

带有和没有膜设备的试验级冷却塔(PCT)测试：

使用具有相关装备的Nalco标准PCT装置进行冷却水复合物理/化学微生物处理性能测试。池的体积为200L。作为基线，向池中加入25L的额外罐，以模拟使用UF设备时的罐1。与罐1类似，将罐1加热至30℃。

PCT测试使用金属管进行。全部管在完全脱脂后投入使用，而无需任何预钝化。测试中也包括试样。PCT测试开始的前12小时不进行加热以允许初始腐蚀反应停止。在此之后，按照表3中的描述进行加热。测试随经循环的水启动。基于Nalco Trasar技术，加入冷却水处理3DT165的产品。当未使用膜单元时，通过基于导电率设定值的3DTrasar控制泄料(blow-down)。

当UF单元运行时，使用泵手动设置泄料，且每天一次从罐1中去除浓缩物。泄料的总体积等于通过3DT单元控制的泄料。

向PCT接种培养的细菌(假单胞菌(Pseudonomas))以达到约10⁵cfu/mL的微生物水平。接种在每个测试开始时进行。以0.01g/L/天的速度将液体营养物(营养物肉汤4g/L，供应商Oxio)连续加入至系统。使用次溴酸盐进行微生物控制。杀生物剂的剂量基于ORP控制进行。

使用ICP检测补充水(Make-up water)的化学性质。每天使用现场实验方法分析或确认再循环冷却水的相关参数。按常规测试以下参数：pH、M-碱度、导电率、钙和总硬度、正磷酸盐、总磷酸盐和聚合物水平。

PCT超滤

将UF单元安装在PCT池中。将来自于池的水连续加入UF单元的罐1中。使用液面控制器保持罐中的水的液面恒定。泵P02以每小时1.4L的体积连续去除泄料，并以每天10L去除来自罐1的浓缩物。将渗透物再次引入到池中。将渗透物流保持在每小时20-25L。当渗透物流动比初始值降低约15％时，进行清洁步骤。

UF单元清洁步骤：

在案例1期间，每天清洁UF单元。对案例2也进行相同步骤，区别在于清洁步骤仅在渗透物流动比初始值降低小于15％时才进行。首先，关闭给水，同时使渗透物进入冷却塔池。当浓缩物的体积为约10L时，将渗透物管从池中取出，并引入罐中。将浓缩物取出并置于排水管。罐装入DI水、生物去污剂和杀生物剂(次氯酸盐)，并根据提供商(Norit)的推荐再循环。将渗透的水和再循环的水保持在罐中。在30分钟后，将泵停止并将水排干。在系统中加入清洁的DI并使其跨UF膜再循环。此步骤重复至少3次。最后将系统排干，将阀门nr 301关闭并在罐nr.1内装满来自池的水，且将渗透物再次引入PCT池中。

实施例1

ORP 260mV

实施例2

ORP 200mV

Claims (17)

1.一种用于冷却系统中微生物控制的方法，其中再循环流体包含杀生物剂且通过精细过滤系统。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述再循环流体被引至侧流，随后通过所述精细过滤系统。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述精细过滤系统包括孔径为5μm或更小的膜。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述精细过滤系统包括孔径为0.01至0.10μm的膜。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述精细过滤系统包括为微超滤膜的膜。

6.如权利要求1所述的方法，其中反冲洗所述精细过滤系统以再生所述膜。

7.如权利要求1所述的方法，其中空气洗刷所述精细过滤系统以再生所述膜。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述杀生物剂为氧化型杀生物剂。

9.如权利要求6所述的方法，其中所述氧化型杀生物剂为以下一种或多种：氯、次氯酸盐、ClO₂、溴、臭氧、过氧化氢、过乙酸和过二硫酸盐。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述杀生物剂为非氧化型杀生物剂。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述非氧化型杀生物剂为以下一种或多种：戊二醛、二溴次氮基丙酰胺、异噻唑啉酮、季铵、特丁津、聚双胍、二硫氰基甲烷和四羟甲基硫酸磷。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述杀生物剂为氧化型杀生物剂和非氧化型杀生物剂的混合物。

13.如权利要求1所述的方法，其中所述杀生物剂为以下一种或多种：氯、次氯酸盐、ClO₂、溴、臭氧、过氧化氢、含氧杀生物剂、过乙酸、过二硫酸盐、戊二醛、二溴次氮基丙酰胺、异噻唑啉酮、季铵、特丁津、聚双胍、二硫氰基甲烷和四羟甲基硫酸磷。

14.一种用于冷却系统中微生物控制的方法，其中再循环流体包含氧化型，或非氧化型杀生物剂，或氧化型和非氧化型杀生物剂的混合物，且所述再循环流体通过包括孔径为5μm或更小的膜的精细过滤系统。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述精细过滤系统包括为微超滤膜的膜。

16.如权利要求14所述的方法，其中反冲洗所述精细过滤系统以再生所述膜。

17.如权利要求14所述的方法，其中空气洗刷所述精细过滤系统以再生所述膜。