（环境工程专业论文）循环冷却水营养体系对生物粘泥生长特性影响的研究.pdf

摘要 降低石化企业生产用水和新鲜水消耗的关键在于减少循环冷却水系统新鲜水补充 量。将达标排放的炼油废水经深度处理后回用于循环冷却水系统，对节约新鲜水，缓解 水资源缺乏和水环境污染的现状具有重要意义。 本文针对循环冷却水补充水的水质特点，采用定时排水浓缩法，快速模拟培养生物 粘泥。通过测定生物粘泥生长曲线，初步探讨了生物粘泥的形成机理。设计了循环冷却 水静态模拟正交实验、生理生化实验、聚合酶链式反应实验，考察了营养物质( b o d 5 、 n h 4 + - n 、r p ) 、颗粒物因素对生物粘泥性能及成分的影响。同时本文通过动态模拟实验 考察了操作条件( 流速、温度) 对设备的腐蚀、结垢、生物粘泥性能及成分的影响。 ( 1 ) 当循环水中营养物质的比例构成发生变化时，生物粘泥中胞外聚合物浓度及 比例构成也发生变化。生物粘泥的表观颜色有差别，主要的微生物种类也发生变化。 ( 2 ) 碳源是影响胞外聚合物浓度的最主要因素。【b o d 5 = 5 m g l 、 n h 4 + - n = 1 0 m g l 、 t p = l m g l 时胞外聚合物浓度及生物粘泥的湿重都最小，c 源、n 源、p 源营养物质在此浓度配比下，最不利于生物粘泥的生长。 ( 3 ) 循环水中颗粒物( c a c 0 3 ) 的浓度对生物粘泥的生长有促进作用，颗粒物的浓度 为7 0 m g l 时，生物粘泥胞外聚合物浓度以及粘泥湿重、剥落率都最大。控制循环水中 颗粒物的浓度在5 0 m e c l 时较适宜。 ( 4 ) 操作条件( 流速、温度) 对设备的腐蚀、结垢、生物粘泥性能及成分都有影 响，流速为1 0 m s 、温度为3 0 ( 2 时胞外聚合物浓度高，机械强度强，但生物粘泥含量最 低，此时的瞬时污垢热阻值、沉积率、垢层厚度达到最低值，最不利于系统结垢。因此， 循环水的流速宜选择在1 0 m s 。循环水温度适宜选择在3 0 。 ( 5 ) 生物粘泥会加重金属的腐蚀。不锈钢材质最不利于微生物生长，其次是a 3 碳 钢材质，塑料材质挂片最利于微生物生长。 关键词：循环冷却水，生物粘泥，营养成分，颗粒物，操作条件，聚合酶链式反应 r e s e a r c ho ni n f l u e n c eo fn u t r i t i o ns y s t e mo nb i o f o u l i n gg r o w t h c h a r a c t e r i s t i cb yt h ec i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e rs y s t e m z h a n gg u i z h i ( e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a oc h a o c h e n g a b s t r a c t t h ek e yo fr e d u c i n gw a t e rr e s o u r c e sd e m a n d e df o rt h ep e t r o l e u mi n d u s t r yd e v e l o p m e n t i sr e d u c ec o m p l e m e n t a r yq u a n t i t yo ff r e s hw a t e ri nt h ec i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e rs y s t e m d u e t ot h ed e f i c i e n c yo fw a t e rr e s o u r c e sw o r l d w i d e ，r e f i n e r yw a s t e w a t e rr e u s ea f t e ra d v a n c e d t r e a t m e n ta sc i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e rh a sg a i n e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n i nv i e wo ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fc i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e rs y s t e m ，t h es t a t i ce x p e r i m e n t w a sd e s i g n e d b i o f o u l i n gf o r m a t i o nw a sa c c e l e r a t e dq u i c k l yb yt i m i n gd r a i nc o n c e n t r a t i o n t h eg r o w t hc u r v eo ft h eb i o f o u l i n gw a sm a d ea n dt h ed e v e l o p m e n tm e c h a n i s mw a sd i s c u s s e d t h ec a p a b i l i t ya n d c o m p o n e n t o f b i o f o u l i n g w h i c hw a se f f e c t e d b y n u t r i t i o n a l s u b s t a n c e s ( b o d s ，n h 4 + - n ，t p ) a n dg r a n u l ew a si n v e s t i g a t e df r o mo r t h o g o n a le x p e r i m e n t ，a s e r i e so f p h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a le x p e r i m e n ta n dp o l y m e r a s ec h a i nr e a c t i o n ( p c r ) t h ec a p a b i l i t ya n d c o m p o n e n to fb i o f o u l i n g ，c a u t e r i z a t i o na n df o u l i n gw h i c hw a se f f e c t e db y o p e r a t i o n a lc o n d i t i o n s ( v e l o c i t ) r o ff l o w , t e m p e r a t u r e ) w e r ei n v e s t i g a t e df r o md y n a m i c s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w t h ec o n c e n t r a t i o na n d p r o p o r t i o no fe x t r a - c e l l u l a rp o l y m e r i c s u b s t a n c e si nt h e b i o f o u l i n gw a sc h a n g e dw h e nt h ep r o p o r t i o no fn u t r i t i o n a ls u b s t a n c e sw a sc h a n g e d t h em a j o r m i c r o b e s p e c i e sw a sc h a n g e d t h ea p p e a r a n c ec o l o rw a sd i f f e r e n t c a r b o nw a st h em o s ti n f l u e n c i n gf a c t o rf o re x t r a c e l l u l a rp o l y m e r i cs u b s t a n c e s t h e c o n c e n t r a t i o no fe x t r a - c e l l u l a rp o l y m e r i cs u b s t a n c e sa n dt h ew e tw e i g h to fb i o f o u l i n gw e r e l e a s tw h e n et h ec o n c e n t r a t i o n so fb o d 5 , n h 4 + - n ，t pw e r e5 m e j l ，10 m g l ，lm g l ，r e s p e c t i v e l y t h i sc o n c e n t r a t i o np r o p o r t i o no fc a r b o n ，n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sw a st h ew o r s tc o n d i t i o n f o rb i o f o u l i n gg r o w t h t h ec o n c e n t r a t i o no fp a n i c l e s ( c a c 0 3 ) c a na c c e l e r a t et h ed e v e l o p m e n to fb i o f o u l i n g c o n c e n t r a t i o no fe x t r a c e l l u l a rp o l y m e r i cs u b s t a n c e s ，w e tw e i g h to fb i o f o u l i n ga n dt h e 1 1 d e t a c h m e n tr a t i oo ft h eb i o f o u l i n gw e r em o s tw h e n et h ec o n c e n t r a t i o no fp a r t i c l e sw a s7 0 m g li nt h ec i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e r t h i sw a sb e f i t t i n gw h e n et h ec o n c e n t r a t i o no fp a r t i c l e s w a s5 0 m g l t h eo p e r a t i o n a lc o n d i t i o n s ( v e l o c i t yo ff l o w , t e m p e r a t u r e ) c a l la f f e c to nt h ec a p a b i l i t ya n d c o m p o n e n to fb i o f o u l i n ga n dt h ec o r r o s i o na n df o u l i n go fe q u i p m e n t t h ec o n c e n t r a t i o no f e x t r a c e l l u l a rp o l y m e r i cs u b s t a n c e sw a sh e i g h t ，m e c h a n i c a li n t e n s i t yw a ss t r o n g ，a n dt h e b i o f o u l i n gq u a n t i t y ，i n s t a n t a n e o u sf o u l i n gr e s i s t a n c e ，d e p o s i t i o nr a t ea n df o u l i n gt h i c k n e s s w e r el o w e s tw h e n ev e l o c i t yo ff l o ww a s1 0 m s l a n dt e m p e r a t u r ew a s3 0 c s o ，t h ev e l o c i t yo f f l o wa n dt e m p e r a t u r ew a ss u i t a b l ef o rc i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e rw h e nt h e yw e r e1 0 m s ，3 0 。c ， r e s p e c t i v e l y t h eb i o f o u l i n gc a na g g r a v a t ec o r r o s i o no fm e t a l s t a i n l e s ss t e e lm a d ea g a i n s tm i c r o b e d e v e l o p m e n tm o s t l y c a r b o ns t e e lw a si nt h en e x tp l a c e p l a s t i cm a t e r i a lc o u l dh a s t e nm i c r o b e d e v e l o p m e n tm o s t l y k e yw o r d s ：c i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e r ，b i o f o u l i n g ，n u t r i t i o ns u b s t a n c e ，p a r t i c l e s ， o p e r a t i o n a lc o n d i t i o n ，p c r l1 1 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：丞盎茎羔 日期： 加7 ，年莎月 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部f - j ( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者 指导教师签名 日期：加年 f 日期：二f d 7 年 f 月 6 月 f 日 j 日 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 1 1 课题来源及背景 第一章绪论弟一早珀t 匕 本课题来源于国家自然科学基金青年基金资助项目( 2 0 7 0 7 0 4 0 ) 和污染控制与资源 化研究国家重点实验室开放课题( p c 砌u 0 8 0 0 2 ) 。 水是生命的源泉，工业的命脉。随着世界水资源的渐趋贫乏和工业用水量的增大， 为了节约有限的淡水资源，世乔各国都在积极探寻水的再生利用。据报道：我国的污水 总量2 0 0 0 年为6 2 0 亿吨，其中生活污水占3 4 ，工业废水占6 6 ，约为4 0 9 亿吨。全国约 有l 3 的工业废水和4 5 的生活污水未经处理就直接排入江、河、湖、海，使水资源遭到 严重的污染【l 】。据环保部门监测，全国城镇每天至少有1 亿吨污水未经处理就直接排入水 体。目前我国城市水污染尚未得到有效的控制，水环境污染日益恶化，可用的水资源日 趋短缺，已危及大部分城市生产与生活。加速城市污水及工业废水处理，尽可能地废水 回用，为城市开辟新的水资源，已到了十分紧迫的时候。水资源短缺问题正成为人们关 注的重要课题，解决的办法一是节流，二是开源。节约用水引起了普遍的重视，石油、 化工、天然气等用水大户均采用配套的水处理技术以减少排污，节约新鲜水的用量。污 水处理后回用是解决水资源短缺的有效途径，近年来已受到缺水国家和地区的重视，根 据水质的不同，回用于不同场合。近期污水回用、工业废水回用等相关项目的研究在我 国也如雨后春笋，渐成气候。 废水深度处理和回用，一方面可以降低污染物的排放总量，减少对环境的危害；另 一方面可以提高水资源的重复利用率、节约大量的新鲜水、降低生产成本，缓解地区缺 水危机。 1 2 研究目的及意义 将达标排放的炼油废水经深度处理后回用于循环冷却水系统是节水、减污的一个行 之有效的办法。但在循环冷却水系统中面临三大主要问题：沉积物附着、金属腐蚀和微 生物孳生。腐蚀、结垢的危害容易引起人们的注意，而微生物的危害则比较隐蔽。 循环冷却水系统中由于具有微生物生长所需的阳光、水分、空气、无机盐、温度等 条件，易造成菌藻繁殖，并形成生物粘泥。一旦有水冷器泄漏，工艺物料漏入循环水中， 工艺物料大部分为无机、有机及油类物质，为循环水中异养菌的繁殖提供了充足的营养。 第一章绪论 异养菌是一类混合菌群，在营养类型方面靠有机物营养作为合成自身菌体的碳源，靠有 机物氧化产生化学能进行代谢2 1 。这类细菌通常能产生致密的粘液【3 1 ，继而产生大量的 生物粘泥，造成水中粘泥量大大超过指标。生物粘泥是循环冷却水中生物性的悬浮物， 常呈絮状，它由茵胶团、藻类及粘附的泥沙等其他物质混合而成，有时也会在设备表面 附着或在低流速区沉积【4 1 。由微生物大量繁殖而引起的生物粘泥大量生长会给循环冷却 水系统带来诸多危害。微生物迅速增值会使水质恶化，如使水变浑发臭，形成粘腻阻碍 管道滤池，降低换缓蚀阻垢剂药效能，加快金属腐蚀等f 5 - 6 】。此外，生物粘泥还含有致 病细菌，特别是嗜肺军团杆菌( l e g i o n e l l ap n e u m o p h i l a ) 可通过冷却塔产生的雾气传播 到周围环境中。工业循环冷却水设计规范( g b 5 0 0 5 9 5 ) 中规定：敞开式循环冷却 水系统中宜控制异氧菌 5 1 0 5 c f u m i ，粘泥量 4 m l m 3 ；循环冷却水中的悬浮物 q o m g l ( 一般换热器) 或1 0 m g l ( 板式、翅片管式和螺旋板式换热器) ，含油量 1 5 。原油中的硫以活性的h 2 s 、硫醇和单质硫以及非活性的噻吩、硫醚、多硫 5 第一章绪论 化合物及砜、亚砜等形式存在。这些硫化物经过常减压、催化裂化、延迟焦化、减粘等 生产装置的高温氧化，以及加氢裂化、加氢精制等装置的硫反应，在渣油、蜡油、重油、 汽柴油、煤油和干气等产品中都含有硫化物，这些装置排放的污水中均含有高浓度的硫 化物，尤其是炼制高硫原油系统。污水中的硫化物经过污水汽提后质量浓度 6 0 m g l ， 再经生化处理后出水的硫化物可控制在 l m g l 。正常运行时，硫化物的质量浓度一般 0 1 m g l 。 污水中的硫化物对循环水水质会产生如下影响：强烈促进碳钢的腐蚀，尤其是加 快初始腐蚀速度，即使循环水中的硫化物控制在 o 0 1 m g l ，也会影响缓蚀剂的成膜质 量，在不预膜的碳钢表面上会生成条状的腐蚀，形成黑色腐蚀产物，增加循环水的腐蚀 速度；影响氧化性杀菌剂的杀菌作用；与锌等二价金属离子发生沉淀。根据实际经 验，在应用磷锌系沉积膜型水稳配方时，循环水中的硫化物宜控制在 0 1 m g l 运行。 ( 3 ) 石油类 石油类是石化污水中最主要的污染物，它是一种组成、极性、相态都非常复杂的烷 烃、环烷烃、脂肪烃的有机混合体。按污水中油珠粒径大小及稳定性，通常把油分为浮 油、分散油、乳化油、溶解油4 类。通过色质联机剖析，石化污水中的极性化合物主要 是c 2 2 5 的脂肪酸、环烷酸、苯羧酸，还有酚、酮、醇、酯类化合物及微量的含氮、氧、 硫、氯等杂原子的化合物。 根据污水中油分的性质，少量的石油类对循环水的影响，一是为微生物提供了丰富 的营养物，使微生物的控制难度加大；二是降低水的表面张力，在水面上产生少量的白 色泡沫，具有一定的分散作用，减轻了水质的结垢倾向。 ( 4 ) 氨氮 污水中氨氮含量远远大于新鲜水，国家一级排放标准中氨氮为 1 5 m g , l 。回用的污 水中氨氮应 1 5 m g l ，氨对循环水处理的影响主要有三个方面【9 】。 促进微生物的繁殖 在循环水中有充足的碳源、磷源、氧气、适宜的温度，非常适用于细菌、藻类等微 生物生长，若加上氮源就会极大的促进微生物的繁殖。同时氨的存在会使硝化菌群大量 繁殖，硝化菌群对水质最大的危害是使氨氧化成为亚硝酸根、硝酸根，从而影响氯的杀 菌能力，并产生酸性环境。当水q b n 0 2 - 达到一定浓度时，微生物就会失控，造成水质恶 化。 一般认为水中含氨为2 0 3 0 m g l 时，若不加强杀菌处理就足以引起水质恶化。 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 氨对系统管材及凝汽器铜管的腐蚀 a 、氨对循环冷却水系统的微生物繁殖的促进作用使系统中微生物的量大幅增加， 微生物产生的粘泥和腐蚀产物覆盖在换热器的表面会降低冷却水的冷却效果，堵塞换热 器中冷却水的通道，阻止缓蚀剂和阻垢剂到达金属表面发挥其缓蚀和阻垢作用，形成浓 差腐蚀电池而引起金属设备的腐蚀【1 0 1 。 b 、氨氮在循环冷却水系统发生硝化反应产生的大量酸造成系统p h 下降。对系统管 材，主要是铜管和碳钢管造成酸性腐蚀，另外也会造成冷却塔水泥构筑物酸性腐蚀，使 其产生砂化现象1 1 l 】。 c 、对凝汽器铜管的腐蚀。凝汽器材质为铜，而循环冷却水中含有较高含量的氨时 会发生氨的电化学腐蚀。 当水中的氨质量浓度较小( 1 2 m g l 以下) 时氨与铜生成铜氨络离子的倾向较小，因而 不会产生氨腐蚀。但当氨质量浓度大于6 m g l 时铜管会有明显的腐蚀1 2 】。而城市污水中 的氨离子含量普遍较高，二级处理出水的标准要求氨氮 2 5 m g l ，因此污水回用后对凝 汽器铜管会产生氨腐蚀。 少量的氨在含氧水中会引起铜和铜合金的应力腐蚀开裂等现象。开裂的原因是由于 氨能和铜表面保护膜中的铜离子和亚铜离子形成稳定的络合物，络合离子的稳定性和良 好溶解性能使表面膜破坏，从而产生应力腐蚀或点蚀等问题。 有关文献【1 3 】表明，在纯水中氨对黄铜和纯铜的腐蚀界限为 5 0 m g l 时，生物粘泥胞外聚合物中e p s 浓度随b o d 5 浓 度的提高而降低。当b o d 5 浓度弋 p 源 n 源相符合。 多糖浓度随各因素的变化趋势图，见图3 2 。 - 、 o j v 型 蛏 絮 蚺 型 筵 霸； 抵 b o d 5 浓度( r a g l ) n h 4 + - n 浓 j 芝( r a g l ) 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 一 之 凹 j v 倒 莲 鞭 蚺 图3 - 2 多糖浓度随各因素的变化趋势图 f i g 3 2c h a n g ec u r r e n to fc o n c e n t r a t i o no fp o l y s a c c h a r i d ew i t he a c hf a c t o r 由图3 2 可知，多糖浓度随各指标的变化趋势为：( 1 ) b o d s 浓度在5 - 2 5 m g l 时， 随着b o d 5 浓度的提高，多糖的浓度先增大后减小；b o d 5 浓度在2 5 7 0 m g l 时，随着 b o d 5 浓度增大，多糖浓度先增大后减小；b o d 5 浓度在5 m g l 时，多糖浓度最低。( 2 ) n h 4 + - n 浓度在2 1 0 m g l 时，多糖浓度随着n h 4 + n 浓度的变化不明显，大致呈下降趋 势，n h 4 + - n 浓度在1 0 m g l 时，多糖浓度最低。( 3 ) t p 浓度在o 2 i m g l 时，多糖浓 度随t p 浓度的增大先增大后减小；t p 浓度在l - 3 m g l 时，多糖浓度随t p 浓度的增大 先增大后减小。t p 浓度在i m z l 时，多糖的浓度最低。由以上的分析可以知道， 【b o d s = 5 m g l 、i n h 4 + - n = 1 0 m g l “t p = l m l 时，多糖的浓度最小。即此浓度配比对 生物粘泥胞外聚合物中多糖的分泌最不利。 以多糖浓度为指标的正交实验方差分析表，见表3 7 。 表3 7 以多糖浓度为指标正交实验方差分析表 t a b l e 3 - 7v a r i a n c ea n a l y t i ct a b l eo fo r t h o g o n a lt e s ta st h eg u i g e l i n eo fp o l y s a c c h a r i d ec o n c e n t r a t i o n 由表3 7 可知，b o d 5 浓度对多糖浓度的影响在a = 0 0 1 水平上高度显著，t p 的浓度 在a = 0 1 水平上显著，n h 4 + - n 的浓度在a = 0 1 水平上不显著。t p 的f 比大于n + - n 的 f 比，因此t p 的浓度对多糖浓度的影响大于n h 4 + - n 。n h 4 + - n 的f 比小，可以认为在 3 9 第三章循环冷却水中不同营养体系与生物粘泥生长关系的研究 实验范围内n h 4 + n 浓度对多糖的浓度影响最小，b o d 5 浓度对多糖浓度影响最大。 b o d 5 与t p 和n h 4 + - n 与t p 交互作用表分别见表3 - 8 和表3 - 9 。 表3 - 8b o d 5 与t p 交互作用表 t a b l e 3 - 8i n t e r a c t i o no fb o d sa n dt p 由表3 8 、表3 - 9 可知，当 b o d s = 5 m g l 、 n h 4 + - n = 4 m g l 、【t p = 0 5 m g l 时，多 糖浓度最小，即此浓度配比对生物粘泥e p s 中多糖的分泌最不利。 对所得结论及进一步研究方向的讨论： ( 1 ) 从多糖浓度随b o d 5 浓度的变化趋势可以看出，当b o d 5 浓度等于5 m g l 时， 多糖的浓度最小。 ( 2 ) 由多糖浓度随t p 的浓度变化趋势可知，t p 的浓度在l m g l 时多糖的浓度最 小，所以从多糖这一指标及经济角度来看，循环水中t p 的浓度要求在l m g l 以下。 ( 3 ) 多糖的浓度随n h 4 + - n 浓度的变化不是很大，所以n h 4 + n 的浓度对多糖浓度 的影响较小。 ( 4 ) 忽略各因素之间的交互作用，可初步得知， b o d s i = 5 m g l 、 n h 4 + - n = 1 0 m g l 、 【t p i = i m g l 时，多糖浓度最小。考虑b o d 5 与t p 的交互作用、n h 4 + - n 与t p 的交互作 用可知，【b o d s = 5 m g l 、 n h 4 + - n = 4 m g l 、【t p = 0 5 m g l 时，多糖浓度最小，数值为 1 6 0 1 0 2 1 a g c m 2 。 4 0 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 3 2 1 3 以蛋白质浓度为指标考察各影响因素 以蛋白质浓度为指标考察各影响因素时不考虑各因素之间的交互作用，以蛋白质浓 度为指标正交实验直观分析表，见表3 1 0 。 表3 1 0以蛋白质浓度为指标正交实验直观分析表 t a b l e 3 - 1 0i n t u i t i o n i s t i ca n a l y t i ct a b l eo fo r t h o g o n a lt e s ta st h eg u i g e l i n eo fp r o t e i d ec o n c e n t r a t i o n 由表3 - 1 0 可知，极差d 1 最大，其次是d 3 。所以在本实验范围内，各因素对蛋白 质浓度的影响最大是b o d 5 ，其次是t p ，n 地+ - n 对蛋白质的影响最小。 4 1 第三章循环冷却水中不同营养体系与生物粘泥生长关系的研究 蛋白质浓度随各因素的变化趋势见图3 - 3 。 b o d s 浓 变( r a g l ) 图3 - 3 蛋白质浓度随各因素的变化趋势见图 f i g 3 - 3 c h a n g ec u r r e n to fc o n c e n t r a t i o no fp r o t e i d ew i t he a c hf a c t o r 4 2 。暑j v世蠼峰皿嘲 2眦。；v世蛏峰皿啦 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 由图3 3 可知，蛋白质浓度随各指标的变化趋势为：( 1 ) b o d 5 浓度在5 - 2 5 m g l 时， 随着b o d 5 浓度增大，蛋白质的浓度先增大后减小；b o d 5 浓度在2 5 7 0 m g l 时，随着 b o d 5 浓度的增大，蛋白质的浓度先增大后减小。b o d 5 浓度在2 5 m g l 时，蛋白质浓度 最小；b o d 5 浓度为5 m g l 时蛋白质的浓度次之。( 2 ) n 1 - 1 4 十- n 浓度在2 - 6 m g l 时，蛋白 质浓度随着n h 4 + n 浓度的增大先减小后增大，n h 4 + o n 浓度为4 m g l 时蛋白质浓度达 最小值；n h 4 + - n 浓度大于6 m g l 时，蛋白质浓度随着n h 4 + n 浓度的增大稍有减小， 变化幅度很小。在整个实验范围内，蛋白质浓度随n 出+ n 浓度变化不明显。( 3 ) t p 浓 度在o 2 一l m g l 时，蛋白质浓度随t p 浓度的增大先增大后减小；t p 浓度在1 - 3 m g l 时， 蛋白质浓度随t p 浓度的增大变化不明显。t p 浓度在3 m g l 时，蛋白质的浓度最低， t p 浓度为l m g l 与3 m g l 时相比，蛋白质浓度变化不大。 由以上的分析可以知道，【b o d 5 = 2 5 m g l 、i n i - 1 4 + - n = 4 m g l 、【t p = 3 m g l 时，蛋白 质的浓度最小，即此浓度配比对生物粘泥e p s 中蛋白质的分泌最不利。【b o d s = 5 m g l 、 n h 4 + - n = 10 m g l 、 t p = lm g l 时蛋白质的浓度次之。 表3 1 1以蛋白质为指标正交实验方差分析表 t a b l e 3 - 1 1v a r i a n c ea n a l y t i ct a b l eo fo r t h o g o n a lt e s ta st h eg u i g e l i n eo fp r o t e i d ec o n c e n t r a t i o n 由表3 1 l 可知，b o d 5 浓度对蛋白质浓度的影响在a = 0 0 1 水平上显著，n h 4 + n 、 t p 的浓度在a = 0 1 水平上也不显著；n h 4 + - n 和t p 的f 比很小而且两者相差很少，可 以认为n h 4 + - n 和t p 浓度对蛋白质浓度的影响相当而且都比较小。 对所得结论及进一步研究方向的讨论： ( 1 ) 从蛋白质浓度随b o d 5 浓度的变化趋势可以看出，当b o d 5 浓度等于2 5 m g l 时，蛋白质的浓度最小。原因是当b o d 5 浓度为2 5 m g l 时生物粘泥中出现原后生动物， 细菌数量相对要减小，因此生物粘泥胞外聚合物中多糖、蛋白质的浓度都很小。 ( 2 ) 由蛋白质浓度随t p 的浓度变化趋势可知，随t p 浓度的提高，蛋白质的浓度 减小幅度不大，当t p 浓度在1 3 m g l 时蛋白质的浓度基本不变。 ( 3 ) 从多糖和蛋白质浓度的角度分析可知，循环水中微生物对n h 4 + - n 和t p 的浓 4 3 第三章循环冷却水中不同营养体系与生物粘泥生长关系的研究 度要求不是很高，但是n h 4 + n 和t p 浓度的增大有利于藻类的滋生，在冷却塔壁上形 成厚的覆盖物，引起配水装置和滤网堵塞，减小通风，成为污泥等。 比较e p s 及其中的多糖、蛋白质浓度随各因素的变化趋势可知：b o d 5 是影响生物 粘泥生长的最主要因素，其次是t p ，n h 4 + n 对生物粘泥生长的影响最小。因此，降低 循环水中b o d 5 浓度是减缓生物粘泥生长的最有效方法。e p s 及其中的多糖、蛋白质随 b o d 5 、n h 4 + - n 和t p 这三个实验因素的变化趋势有差异，这主要是因为循环水中b o d 5 、 n h 4 + - n 、t p 等营养物质的比例构成发生变化时，主要的微生物种类发生了变化，这一 现象在后续的菌种鉴定实验中得到了证实。不同的微生物在相同的实验条件下分泌的胞 外聚合物数量不同，并且其胞外聚合物中多糖和蛋白质的比例构成也不同【7 4 】。因此，随 着b o d 5 、n h 4 + - n 和t p 这三个实验因素的变化，生物粘泥中的多糖、蛋白质的变化趋 势各不一致。又因在生物粘泥胞外聚合物中，多糖、蛋白质是组成e p s 的最主要成分， 综合考虑e p s 、多糖、蛋白质这三个考察指标，以e p s 为主要考察指标，因此可得，当 【b o d s = 5 m g l 、i n h 4 + - n = 4 m g l 、【t p = o 5 m g l 时，e p s 的浓度最小，即此浓度配比 对生物粘泥胞外聚合物的分泌最不利；【b o d s = 5 m g l 、 n h 4 + - n = 1 0 m g l 、【t p 】_ l m g ，l 时e p s 的浓度次之，此浓度配比对生物粘泥胞外聚合物的分泌也很不利。 3 2 。1 4 以生物粘泥湿重为指标考察各影响因素 以生物粘泥湿重为指标正交实验直观分析表见表3 1 2 。 表3 1 2以生物粘泥湿重为指标正交实验直观分析表 t a b l e 3 - 1 2i n t u i t i o n i s t i ca n a l y t i ct a b l eo fo r t h o g o n a lt e s ta st h eg u i g e l i n eo ft h eb i o f o u l i n gw e t w e i g h t 4 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 表3 1 2( 续) 由表3 1 2 可知，在b o d 5 、n i - h 十- n 、t p 三因素中，因为极差d 1 最大，其次是d 4 、 d 3 。所以在本实验范围内，各因素对单位挂片面积上的生物粘泥湿重的影响是b o d 5 最大，其次是b o d 5 x t p 、t p ，n h a + - n 对其影响最小。 单位挂片面积上的生物粘泥湿重随各因素的变化趋势见图3 4 。 o 、 凹 j v 幡 唛 熙 撂 s 刊 a 0 d 5 浓度( r a g l ) 4 5 第三章循环冷却水中不同营养体系与生物粘泥生长关系的研究 弋 o 3 v 栅 铡 蜡 捶 雾 划 v 栅 蜣 熙 摆 霎 刊 n h 4 + 一n 浓( i n g l e ) t p 浓度( n l g 几) 图3 _ 4 生物粘泥湿重随各因素的变化趋势 f i g 3 - 4c h a n g ec u r r e n to fc o n c e n t r a t i o no fb i o f o u l i n gw e tw e i g h tw i t he a c hf a c t o r 由图3 - 4 可知，单位挂片面积上生物粘泥湿重随各指标的变化趋势为：( 1 ) 单位挂 片面积上生物粘泥湿重随b o d 5 浓度的增大而增大，说明b o d 5 浓度高有利于生物粘泥 的生长。( 2 ) 在实验范围内，单位挂片面积上生物粘泥的湿重随n h 4 + - n 浓度的增大大 致是先增大后减小，但在 n h 4 + - n l = 4 m g l 时单位挂片面积上生物粘泥的湿重有一个下 降， n i - h + - n = 1 0 m g l 时单位挂片面积上生物粘泥的湿重最小。( 3 ) 单位挂片面积上生 物粘泥湿重随t p 浓度增加变化幅度不大，在【t p 】= 0 s m g l 、【t p = 2 0 m g l 时稍有下降； t p 浓度从1 0 m g l 至3 0 m g l 时单位挂片面积上生物粘泥湿重变化更小，【t p = 2 ( ) r n g l 时单位挂片面积上生物粘泥的湿重最小。由以上的分析可以知道，【b o d 5 = 5 m g l 、 【n h 4 + - n = 1 0 m g l 、【t p = 2 0 m g l 时，单位挂片面积上生物粘泥湿重最小，即此浓度配 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 比对生物粘的生长最不利。 表3 1 3以生物粘泥湿重为指标正交实验方差分析表 t a b l e 3 - 1 3v a r i a n c ea n a l y t i ct a b l eo fo r t h o g o n a lt e s ta st h eg u i g e l i n eo fb i o f o u l i n gw e tw e i g h t 由表3 1 3 可知，b o d 5 对每个挂片上生物粘泥湿重的影响在a = 0 0 1 水平上显著， n - n 在a = 0 0 5 水平上显著，t p 在a = 0 1 水平上显著。由此可知，b o d 5 是影响单位 挂片面积上生物粘泥湿重的主要因素，n h 4 十n 次之，但n h 4 + - n 、t p 对单位挂片面积 上生物粘泥湿重的影响比b o d 5 要小的多。 表3 1 4b o d 5 与t p 交互作用表 t a b l e 3 - 1 4i n t e r a c t i o no fb o d sa n dt p 由表3 1 4 、表3 1 5 可知，当 b o d 5 = s m g l 、 n i - - 1 4 * - n i = 4 m g l 、【t p 】= o 5 m g l 时， 单位挂片面积上生物粘泥湿重最小，即此浓度配比对生物粘泥的生长最不利。 对所得结论及进一步研究方向的讨论： ( 1 ) 从生物粘泥湿重随b o d 5 浓度的变化趋势可以看出，控制b o d 5 浓度是减小生 4 7 第三章循环冷却水中不同营养体系与生物粘泥生长关系的研究 物粘泥量的最有效措施。 ( 2 ) 由生物粘泥湿重随t p 浓度的变化趋势可知，t p 浓度从1 0 m g l 至3 0 m g l 时单位挂片面积上生物粘泥湿重变化很小，t p 的浓度在2 m g l 时生物粘泥的湿重最小。 所以从湿重这一指标及经济角度来看，循环水中t p 的浓度既不能太低又不能太高，t p 浓度太低( 【t p _ l m g l 时，减小幅度很少，可以认为剥落 率保持不变。t p 浓度在l m g l 时，生物粘泥剥落率最小；t p 浓度在o 5 m g l 时生物粘 泥剥落率最大。由以上的分析可知：在实验范围内，【b o d s = 7 0 m g l 、 n i - 1 4 + - n = 2 m g l 、 【t p = 0 5 m g l 时生物粘泥剥落率较大；【b o d s = 5 m g l 、i n h a + - n = 1 0 m g l 、 t p = l m g l 时，每个挂片上生物粘泥的剥落率最低，机械强度最高，但此浓度配比下生物粘泥湿重 最小。 比较图3 - 4 和图3 - 6 可以发现，生物粘泥的湿重减小时，生物粘泥的剥落率也随之 减小机械强度增大。因此，当循环水中营养物质浓度较高时，可以采取提高系统中循环 冷却水的流速增大生物粘泥的剥落措施来控制系统中的生物粘泥量。 表3 1 7 以2 h 时生物粘泥剥落率为指标正交实验方差分析表 1 r a b l e 3 - 1 7v a r i a n c ea n a l y t i ct a b l eo fo r t h o g o n a lt e s ta st h eg u i g e l i n eo f t h ed e t a c h m e n tr a t i oo ft h e b i o f o u l i n g