煤电厂循环水系统药剂转换阶段微生物群落分析

作     者：徐明芝 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：叶姜瑜

授予年度：2019年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 08[工学] 0713[理学-生态学] 

主      题：煤电厂 循环冷却水 缓蚀阻垢 微生物群落结构 

摘      要：煤电厂循环冷却水系统运行过程中,由于冷却水的不断蒸发,水中盐离子、碱度和COD的浓度不断升高,引起系统的腐蚀与结垢,而含磷化学缓蚀阻垢剂的使用不仅引入了大量的磷元素,造成磷排放超标,对循环冷却水中的高浓度CODcr无削减能力,已无法满足日益严格的污水排放标准。采用基于生物竞争排斥、低营养限制等原理构建的以降解COD、产酸和生物絮凝剂为主要功能的微生物混合菌剂,研究该生物制剂的缓蚀阻垢及降解污染物能力和机理。进行了循环冷却水动态模拟实验,以不加缓蚀阻垢剂为对照,监测实验组与对照组水质变化情况,同时用碳钢挂片和碳钢换热管以研究系统腐蚀与结垢情况。随后将该缓蚀阻垢剂应用于天津某煤电厂循环水系统以替代化学缓蚀阻垢剂,监测过渡期20天内水质状况,监测凝汽器传热端差和污垢热阻以及循环水结构倾向指数Puckorius指数(PSI)以监测系统结垢情况,通过碳钢和铜合金换热管监测系统腐蚀情况,同时监测系统中微生物群落结构及变化情况。动态模拟实验中,相比于对照组,实验组循环水浊度由17.28 NTU降至13.44NTU,CODcr从32.52 mg/L降至21.34 mg/L,总磷从0.46 mg/L降至0.40 mg/L;碳钢挂片腐蚀率为0.0585 mm/a低于对照组0.1375 mm/a,碳钢换热管腐蚀率为0.070 mm/a低于对照组0.210 mm/a,换热管的污垢沉积率由39.936 mg/(cm·月)降至11.225 mg/(cm·月),表明生物制剂具有良好的缓蚀阻垢能力和污染物降解能力。煤电厂循环水系统缓蚀阻垢剂转换阶段,与化学法相比,循环水浊度由19.44NTU降至9.60 NTU,CODcr由71.55 mg/L降至45.47 mg/L,浓缩倍数提高了1.27倍,Cl、SO和钙硬度的浓度与往年平均值无显著差异,总磷由2.35 mg/L降至0.38 mg/L,碳钢管腐蚀率0.955 mm/a小于化学期1.189 mm/a,铜合金管腐蚀率0.030 mm/a小于化学期0.045 mm/a,循环水PSI指数6.68低于化学法6.87。这些均表明相比于化学缓蚀阻垢,生物制剂缓蚀阻垢性能更好,且对于污染物的削减、浓缩倍数的提升以及磷减排的效果更优。投加生物制剂后,循环水中悬浮微生物群落中与腐蚀相关的黄杆菌属(Flavobacterium)、Sediminibacterium、土微菌属(Pedomicrobium)和生丝微菌属(Hyphomicrobium)和嗜氢菌属(Hydrogenophaga)的相对丰度大大降低,污染降解微生物CL500-3、SM1A02、CL500-29arineroup等的相对丰度增加;纤维球附着微生物群落中污染降解微生物生丝微菌属(Hyphomicrobium)、CL500-3、SM1A02、红细菌属(Rhodobacter)、中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)和红细菌属(Rhodobacter),能强化对循环水中污染物的去除能力;集水池底泥中厌氧绳菌(Anaerolineaceae)、红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)等厌氧菌的相对丰度显著降低,能辅助降低对系统的腐蚀。综合而言,生物缓蚀阻垢剂的投加不仅能降低循环水系统中腐蚀性微生物的相对丰度起到优于化学药剂的缓蚀阻垢能力,还能通过增大污染降解微生物种群数量提高对污染物去除的能力,提高循环水的浓缩倍数,还能极大降低磷排放,为煤电厂循环水系统化学缓蚀阻垢剂的可靠替代。