循環(huán)冷卻水微生物污垢動態(tài)模擬及吸附傳質(zhì)研究.pdf

1、冷卻水系統(tǒng)微生物污垢(Biofouling)的形成是極其復(fù)雜的動量、能量和質(zhì)量傳遞過程，是多影響因素共同作用的結(jié)果。微生物污垢的存在可以減低設(shè)備工作性能，增加管道流動阻力，降低傳熱能力，污染水質(zhì)及產(chǎn)品，誘導(dǎo)表面材料腐蝕等。重視微生物污垢的另一理由是，它可助長其他類污垢的積聚，常見的有水垢、顆粒污垢、腐蝕污垢，尤其是它和腐蝕污垢相伴生長產(chǎn)生所謂協(xié)同作用。除垢的最好措施是起始階段限制微生物的生長，即延長微生物污垢的誘導(dǎo)期。因此對于微生物污垢

2、形成機理及其誘導(dǎo)期的研究，可達到理想的阻垢、抑垢、和除垢的效果。本文主要工作如下:
　　 1、為探索微生物污垢形成機理，指導(dǎo)開發(fā)大幅度延長微生物污垢誘導(dǎo)期的防垢技術(shù)，針對熱設(shè)備微生物污垢及其誘導(dǎo)期的形成影響因素多、時變性強的特點，本課題提出了基于運行工況、水質(zhì)參數(shù)和表面特性獲取污垢數(shù)據(jù)的思路，對微生物污垢的形成進行了全工況動態(tài)模擬運行。以污垢熱阻、流動壓降兩個主要污垢特性參數(shù)為目標(biāo)，在線和離線同步檢測10余種相關(guān)水質(zhì)參數(shù)，研制了

3、“微生物污垢主要特性參數(shù)的動態(tài)模擬監(jiān)測系統(tǒng)”。進行了硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，實現(xiàn)了微生物污垢熱阻和部分水質(zhì)參數(shù)在線監(jiān)測。并以水質(zhì)堿度和硬度滴定過程中的溶液的RGB顏色值作為研究對象，基于圖像技術(shù)開發(fā)了水質(zhì)硬度和堿度自動滴定測量裝置。
　　 2、本文從能夠影響污垢熱阻的多個水質(zhì)參數(shù)的總體規(guī)律出發(fā)，定性的分析了水質(zhì)參數(shù)對微生物污垢形成的影響。對典型致垢微生物鐵細菌(IB)、粘液形成菌(HB)和硫酸鹽還原菌(SRB)進行了動態(tài)模擬，通過在

4、線、離線監(jiān)測了主要參數(shù)，獲取了微生物污垢特性參數(shù)與相關(guān)水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果表明:三種細菌皆具有貼壁的致垢特性，能夠在不銹鋼管式換熱器傳熱表面形成粘泥污垢，且細菌數(shù)量快速增長時，污垢熱阻也迅速增加。
　　 3、通過分析污垢形成機理和動態(tài)實驗，確定換熱面表面微生物污垢特性與各種水質(zhì)參數(shù)的定性關(guān)系。在綜合考慮致垢微生物在換熱設(shè)備表面的傳質(zhì)和吸附過程基礎(chǔ)上，建立了微生物污垢形成的傳熱傳質(zhì)模型。該模型基于微生物生長動力學(xué)原理，并考慮了微

5、生物比生長速率、致垢物質(zhì)的沉積與脫除速率，實現(xiàn)了微生物污垢與水質(zhì)參數(shù)的關(guān)聯(lián)，并實驗驗證了其準(zhǔn)確性。
　　 4、采用電化學(xué)方法結(jié)合計算機等效電路擬合，分別對粘液形成菌、硫酸鹽還原菌、鐵細菌在黃銅、不銹鋼兩種材料表面形成微生物膜的過程進行監(jiān)測，基于污垢動態(tài)測量系統(tǒng)對粘液形成菌在黃銅和不銹鋼兩種換熱器表面形成的微生物污垢的誘導(dǎo)期進行測量，并應(yīng)用XPS技術(shù)對微生物污垢成分進行分析，利用SEM對測試材料結(jié)垢前后表面狀態(tài)進行掃描。結(jié)果表明微