CN103408115A - 控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法 - Google Patents

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葛红花
林薇薇
金志浩
王学娟
张敏
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Abstract

本发明公开了一种控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法，即采用一种变频直流脉冲电磁水处理器，并将变频直流脉冲电磁水处理器的工作感应线圈安装于冷却水体系中冷却水管道的进水口处，并由变频直流脉冲电磁水处理器的直流脉冲发生器控制通过线圈的电流脉冲强度和频率对冷却水进行连续电磁处理，通过杀菌并降低冷却水中硫离子浓度、控制热交换系统金属表面微生物膜的形成、提高水中溶解氧浓度并促进不锈钢表面钝化膜的形成等方面提高冷却水中金属的耐蚀性能。该处理方法，不使用化学药剂，安全无毒，是一种环保的水处理方法，可广泛用于控制各类凝汽器金属冷却管水管道中硫酸盐还原菌对金属的腐蚀。

Description

控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法
技术领域
本发明涉及一种控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法。
背景技术
微生物腐蚀是一种环境介质中因微生物的存在而导致的金属腐蚀或加速金属的腐蚀，常见的腐蚀性菌有硫酸盐还原菌、铁细菌和硫细菌等。
冷却水中微生物，特别是硫酸盐还原菌腐蚀的控制通常采用化学药剂进行杀菌的方法，但化学杀菌剂处理存在两个弊端：一是细菌对杀菌剂会产生耐药性，同一种杀菌剂的长期使用将使处理效果下降；二是带入化学副产物造成处理水质的二次污染。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述的技术问题而提供一种控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法。
本发明的技术原理
磁处理技术是一种相对节能、绿色环保的新型物理水处理技术，由于其具有投资少、应用方便、无毒无污染等众多优点，随着全球水资源的日益匮乏以及环境污染的加剧而越来越为人们所关注，可用于循环冷却水系统的阻垢和杀菌。电磁处理主要通过改变水体物理性质如密度、黏度、渗透能力、表面张力、气溶性以及电磁振荡效应来达到杀菌目的。因此利用电磁水处理技术可以在一定程度上控制金属的微生物腐蚀。
本发明的技术方案
一种控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法，即采用变频直流脉冲电磁水处理器，将其工作线圈缠绕在冷却水体系中冷却水进水管道的进水口处，并由变频直流脉冲电磁水处理器的直流脉冲发生器控制通过线圈的电流脉冲强度和频率对冷却水进行连续的电磁处理；
所述的冷却水体系中冷却水进水管道的材质为不锈钢、黄铜、钛管或碳钢；
所述的直流脉冲电磁水处理器为上海震冈微电子有限公司生产的ZS-SPⅢ型物理水处理器，其由直流脉冲发生器与外接电磁场传感器两部分组成，其中，直流脉冲发生器为主体，内部由电源、电源控制板、微电脑板、功能等共四部分组成，仪器外壳的面板上，安装有电流表，可显示输出电流，仪器直接由交流作为电源，具有多个输出接线柱，分别对应于直流脉冲输出端和负极接点；
该水处理器主要技术指标如下：
电源：交流220V，50Hz；
工作电压：直流15V；
输出功率：120W；
变频范围：20Hz~75KHz； 
载频频率：1MHz。
本发明的有益效果
本发明的一种控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法，由于利用电磁处理技术，用来抑制凝汽器不锈钢的微生物腐蚀，并可去除已形成的微生物膜。
本发明的一种控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法，与传统的化学处理法相比，该技术能有效地杀死微生物，减缓微生物腐蚀；并且能有效地剥离附着在不锈钢表面上的微生物膜，促进不锈钢表面钝化膜的形成。
本发明的一种控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法，不使用化学药剂，安全无毒，是一种环保的水处理方法，可广泛用于控制各类凝汽器金属冷却管水管道中的硫酸盐还原菌对金属的腐蚀。
附图说明
图1、不锈钢电极在无菌体系和有菌体系中浸泡2天的Nyquist图，其中1为无菌体系，2为有菌体系；
图2、不锈钢电极在无菌体系和有菌体系中的极化曲线，其中1为无菌体系，2为有菌体系；
图3、不锈钢电极在有菌体系中经不同时间电磁杀菌后的Nyquist图，图中的杀菌时间，1为0min，2为5min，3为20min，4为90min；
图4、不锈钢电极在有菌体系中经不同时间电磁杀菌后的极化曲线，图中1为0min，2为5min，3为20min，4为90min。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
本发明的模拟冷却水体系中硫酸盐还原菌由北京北纳创联生物技术研究院提供。
实施例1
一种控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法，所用的模拟冷却水体系的主要组成见下表1：
表1、模拟冷却水组成（mg/L，电导率1650 μS/L）
Ca2+ Mg2+ HCO3 - SO4 2- Cl- Na+
20 6 122 360 300 380
模拟冷却水体系中硫酸盐还原菌由北京北纳创联生物技术研究院提供；
35℃下，在无菌和含硫酸盐还原菌1.2′107 cfu/mL的模拟冷却水中，分别测定不锈钢电极的电化学阻抗谱和极化曲线，确定模拟水冷却水中硫酸盐还原菌对不锈钢的腐蚀性。
模拟冷却水体系中硫酸盐还原菌对不锈钢的腐蚀性测定：
将不锈钢电极分别浸泡在无菌体系即不含有硫酸盐还原菌的模拟冷却水体系和有菌体系即含有硫酸盐还原菌的模拟冷却水体系中各2天后，分别测定不锈钢电极的电化学阻抗谱和极化曲线，测量仪器为PARSTAT 2273电化学工作站，所得的电化学阻抗谱即Nyquist图如图1所示，图1中，曲线1为无菌体系下的Nyquist图；曲线2为有菌体系下的Nyquist图，从图1中可以看出不锈钢电极在无菌体系中的界面电阻为775.3 kW×cm2，而在有菌体系中，界面电阻只有41.2kW×cm2，说明在硫酸盐还原菌环境中，不锈钢钝化膜的自然生长过程受到抑制，使不锈钢/冷却水体系的界面电阻大幅减小，不锈钢耐蚀性能下降。
所得的极化曲线如图2所示，图2中，曲线1为无菌体系下的极化曲线；曲线2为有菌体系下的极化曲线，从图2中可以看出，硫酸盐还原菌对不锈钢电极的阳极极化过程产生了较大影响，在有菌体系中不锈钢电极的开路电位明显减小，而钝态电流密度增大，从无菌体系中的0.12μA·cm-2增大到有菌体系中的0.80μA·cm-2，说明在硫酸盐还原菌环境中不锈钢表面钝化膜的保护性能下降。
上述的有菌体系中不锈钢电极耐蚀性能降低的重要原因之一是在硫酸盐还原菌的作用下溶液中含有较高浓度的硫离子，测定发现实验的有菌体系中的硫离子浓度达到28-29mg/L，硫离子的存在可显著降低不锈钢电极的阻抗值，并使钝态电流密度增大。
实施例2
一种控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法，所述的冷却水体系为模拟冷却水，主要组成见表1。
上述的控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法，步骤如下：
采用上海震冈微电子有限公司生产的ZS-SPⅢ型物理水处理器，其电源为交流市电220V、50Hz，工作电压为直流10-15V，输出功率为100-300W，变频范围为20Hz~75KHz，载频频率为1MHz。在35℃下分别对模拟冷却水处理0min、5min、20min、90min；
防腐蚀性能测定：
有菌体系即4份均含有硫酸盐还原菌1.2′107 cfu/mL的模拟冷却水体系分别进行电磁杀菌0min、5min、20min、90min后，将不锈钢电极分别浸泡在上述经电磁杀菌0min、5min、20min、90min后的有菌体系中2天，测定不锈钢电极在有菌体系中经不同时间电磁杀菌后所得的电化学阻抗谱即Nyquist图，如图3所示，图3中曲线1为杀菌时间0min的Nyquist图；曲线2为杀菌时间5min的Nyquist图；曲线3为杀菌时间20min的Nyquist图；曲线4为杀菌时间90min的Nyquist图，从图3中可以看出，模拟水经电磁处理0min、5min、20min、90min后，不锈钢电极的界面电阻分别为41.2、395.4、483.7和689.3 kW×cm2，即电磁杀菌后不锈钢电极的阻抗值有了明显提高；
不锈钢电极在有菌体系中经不同时间电磁杀菌后所得的极化曲线如图4所示，图4中曲线1为杀菌时间0min的极化曲线；曲线2为杀菌时间5min的极化曲线；曲线3为杀菌时间20min的极化曲线；曲线4为杀菌时间90min的极化曲线，从图4可以看出电磁处理显著降低了不锈钢表面钝化膜在不同阳极电位下的钝态电流密度，同时随着杀菌时间的延长，不锈钢电极的开路电位正移。未经电磁杀菌的模拟水中不锈钢电极的钝态电流密度（取极化值为0.2V）为0.93 μA/cm2，分别经电磁处理5min、20min和90min后，不锈钢电极的钝态电流密度（取极化值为0.2V）下降为0.42、0.15和0.08μA/cm2。表明电磁处理使不锈钢电极的耐蚀性能有较大的提高。
不锈钢电极在有菌体系中，在不锈钢表面会形成一层生物膜。通过德国KRUSS公司的K100-MK2型表面张力仪测定分别经电磁处理0min、5min、20min和90min后生物膜与不锈钢电极表面的接触角、表面张力，并计算理论粘附功W132，可以得出，未经电磁处理时即0min时，理论粘附功W132为19.62mJ·m-2，经过20min电磁处理后，理论粘附功W132已经减小到9.37mJ·m-2；当电磁处理时间增加到90min时，理论粘附功W132减小到4.79mJ·m-2，由此表明，电磁处理显著降低了生物膜在不锈钢表面的粘附能力，对不锈钢表面已经形成的生物膜应具有较好的剥离作用。
实施例3
一种控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法，凝汽器进水为模拟冷却水，主要组成见表1；
上述的控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法，步骤如下：
采用上海震冈微电子有限公司生产的ZS-SPⅢ型物理水处理器其电源为交流市电220V、50Hz，工作电压为直流10-15V，输出功率为100-300W，变频范围为20Hz~75KHz，载频频率为1MHz。在35℃下分别对模拟冷却水处理0min、5min、20min、90min。测定模拟冷却水中的溶解氧含量。
通过模拟冷却水中的溶解氧含量的测定，发现电磁处理前模拟水中的溶解氧含量为6.74mg/L。经电磁处理5min、20min、90min后，模拟水中的溶解氧含量分别提高到6.96mg/L、7.14 mg/L和7.35 mg/L。由此表明，电磁处理后可提高水溶液中溶解氧含量，这有利于不锈钢表面钝化膜的形成。
综上所述，一种控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法，可以使有菌体系中的不锈钢电极耐蚀性能提高，其原因主要有三个方面：（1）通过杀灭硫酸盐还原菌降低溶液中硫离子浓度，减少不锈钢表面附着的生物膜；（2）通过降低水溶液中不锈钢与生物膜之间的理论粘附功，促进生物膜从不锈钢表面剥离，进一步减缓微生物腐蚀；（3）提高水溶液中溶解氧含量，促进不锈钢表面钝化膜的形成。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所做的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法，其特征在于采用一种变频直流脉冲电磁水处理器，并将变频直流脉冲电磁水处理器的工作感应线圈安装于冷却水体系中冷却水管道的进水口处，并由变频直流脉冲电磁水处理器的直流脉冲发生器控制通过线圈的电流脉冲强度和频率对冷却水进行连续电磁处理；
所述的冷却水体系中冷却水进水管道的材质为不锈钢、黄铜、钛管或碳钢。
2.如权利要求1所述的所述的一种控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法，其特征在于所述的变频直流脉冲电磁水处理器为ZS-SPⅢ型物理水处理器。
3.如权利要求2所述的一种控制冷却水体系中硫酸盐还原菌对金属腐蚀的处理方法，其特征在于所述的变频直流脉冲电磁水处理器的电源为交流市电220V、50Hz，工作电压为直流10-15V，输出功率为100-300W，变频范围为20Hz~75KHz，载频频率为1MHz。
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