葉輝譯
M.Bellati¹, L,Bartole²,G,Bressan²
1:Caffaro,Laboratorio Ricerche, via F,Nullo 8, 25126 Brescia(Italy)
2:Dipaartimento di Biologia, Universita degli Studi di Trieste, via L, Gorgieri 10,34127 Triese(Italy)

　　摘要：微生物污染是指在訓(xùn)話系統(tǒng)的表面產(chǎn)生不期望的生物粘泥沉積。生物粘泥主要由生物膜組成，其中的微生物包埋于由它們自身組成的聚合基質(zhì)中，形成復(fù)雜的粘泥沉積物。在工業(yè)環(huán)境中產(chǎn)生的生物粘泥，常常包含有生物膜，以及和它們有密切關(guān)系的無機(jī)顆粒、腐蝕產(chǎn)物和較大的污染微生物。本文重點(diǎn)討論有關(guān)直通式冷卻系統(tǒng)的微生物污染問題和對采用傳統(tǒng)的化學(xué)物質(zhì)解決該問題進(jìn)行回顧。
　　本文還將涉及通過區(qū)分成生物污染的微生物物種的試驗(yàn)研究方法，還將重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)ClO₂處理在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，研究證明ClO₂在0.05-0.25mg/L的投加濃度下就能有效地控制生物污染的發(fā)生。

前　言

　　所有的冷卻系統(tǒng)都可歸入以下三種基本流程之內(nèi)：
　　---直通冷卻系統(tǒng)
　　---敞開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)
　　---封閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)
　　“直通冷卻系統(tǒng)”的名稱來源于它的運(yùn)行模式。冷卻水取自一個(gè)大的、離使用現(xiàn)場不遠(yuǎn)的水源，它只通過熱交換器一次，進(jìn)行系統(tǒng)冷卻水處理，然后排放到原來的水源中，了六的下或者湖泊、海洋離開取水口的另一位置。這一冷卻系統(tǒng)需要從水源抽取大量的原水，同時(shí)把熱量傳遞給接受水體：這樣的布置通常在具有大量水源的情況下采用，如靠近海濱、大江或大湖。
　　冷卻水使用主要存在以下三個(gè)問題：
　　--腐蝕，同水質(zhì)和金屬的性質(zhì)有關(guān)。
　　--結(jié)垢，由隨溫度升高后溶解度降低的化合物沉積產(chǎn)生。
　　--微生物生長和沾污，由懸浮物、腐蝕產(chǎn)物、微生物尸體及其胞外聚合物（EPS）組成。
　　以上因素將削弱設(shè)備系統(tǒng)的工作效率：由于在直通式冷卻系統(tǒng)中微生物生長和玷污是最重要的問題，我們這里將注重討論這方面的問題。
　　在潤濕表面的微生物生長導(dǎo)致生物膜的形成。
　　如果不控制微生物的生長，將在設(shè)備表面形成生物粘泥。生物粘泥由生物的和無機(jī)成份組成。其中的生物成份是由活的生物細(xì)胞及其代謝產(chǎn)物組成的。代謝產(chǎn)物，或稱胞外聚合物，絕大多數(shù)是些水合物，具有親水性，含有大量結(jié)合水，阻礙對流傳熱的效率，就如同一層凝膠體附著在熱交換器的表面。
　　生物粘泥的影響主要包括以下幾個(gè)方面：
　　--由于增加管道的摩阻系數(shù)和附著形成絕熱層而提高熱交換的阻力導(dǎo)致的能源損失。
　　--由于生物沾污而不得不增加設(shè)備容量需要增加投資。
　　--在嚴(yán)重的沉積腐蝕的情況下需要更換設(shè)備，從而增加設(shè)備維護(hù)成本。
　　--由于生物粘泥沾污設(shè)備和沾污產(chǎn)品通道而造成產(chǎn)品質(zhì)量問題。
　　--需要關(guān)閉設(shè)備進(jìn)行清洗而造成停產(chǎn)。
　　直通式冷卻系統(tǒng)在水源充裕的地方是較佳的選擇，因?yàn)樗璧耐顿Y較低。在某些地區(qū)，如在地中海周圍的地區(qū)和島嶼上，它可能是唯一的選擇：它們被廣泛應(yīng)用于石油精煉廠、石油化工、鋼廠和發(fā)電廠中。由于需要的水量很大，很多直通式冷卻系統(tǒng)都從地表水體中取水，而不采用地下水，而且在地表水源中，經(jīng)常使用海水。
　　這一事實(shí)可能導(dǎo)致一些特殊的問題：
　　--水溫：地表水，無論是淡水還是海水，其水溫都要隨季節(jié)而產(chǎn)生波動(dòng)，從而可能導(dǎo)致微生物的大量生長。
　　--溶解性固體：存在兩種不同的情況。
　　--海水：含有較多的溶解性固體，且有較高濃度的Mg²⁺ ,Cl^- , Br^-.
　　--淡水：含有較少的溶解性固體，但含有較多的腐殖酸成份。
　　--PH和堿度
　　--海水：較穩(wěn)定，PH較高，在8。0-8。5之間。
　　--淡水：PH在酸性和堿性之間變化，通常Br^- 的濃度較低。
　　水中較低的PH值在酸性和堿性之間變化，通常Br^- 的濃度較低。
　　水中較低的PH值對微生物有較大的影響，因?yàn)槠渖嬗趨捬醯沫h(huán)境下；某些微生物能夠適應(yīng)并生存于高PH條件下，但大多數(shù)的微生物要求PH在6。5-8。45之間，而這一PH值范圍是直通式冷卻系統(tǒng)中淡水和海水的通常PH值。
　　--渾濁度：可能在較大范圍內(nèi)波動(dòng)。
　　--溶解氣體：特別的，若缺少溶解氧，可能限制微生物的數(shù)量和較多的微生物種類：地表水中的溶解對多種水生微生物有較大的影響，在多數(shù)情況下，地表水中的產(chǎn)氧藻類同好氧細(xì)菌常常在生物粘泥中同時(shí)發(fā)生。
　　--鐵和錳：水中可能存在自然產(chǎn)生的溶解狀態(tài)的鐵和錳離子。
　　--營養(yǎng)成份：生物合成作用所需的最普通的元素是碳、氮、氫、氧、硫和磷。另外，通過還需要的其他幾種次要營養(yǎng)成份，但需求量較少。通常認(rèn)為采用殺菌和控制營養(yǎng)成份相聯(lián)合的方法是較好的控制生物粘膜生長和形成的方法。
　　生物沾污和生物腐蝕都和微生物膜的存在、活動(dòng)和性質(zhì)相關(guān)聯(lián)而產(chǎn)生的現(xiàn)象。如果我們想控制和阻止這些現(xiàn)象的發(fā)生，就必須了解微生物膜增長動(dòng)力學(xué)。微生物膜是微生物在物體表面附著和生長的結(jié)果。生物膜中包含被固著在基質(zhì)上的微生物細(xì)胞，且細(xì)胞經(jīng)常被包裹進(jìn)來自于微生物的有機(jī)聚合物基質(zhì)之中。生物膜在時(shí)間和空間上分布不一定均勻，且其中還有相當(dāng)含量的無機(jī)非生命物質(zhì)。
　　形成生物膜的主要微生物物種有：藍(lán)藻、真菌、硅藻和原生動(dòng)物。海水中有大量的單細(xì)胞細(xì)菌，多個(gè)細(xì)菌可能聚集在一起形成小顆粒。它們都有細(xì)胞壁，即有格蘭氏陽性，也有格蘭氏陰性菌，另一些為鞭毛蟲。細(xì)菌的種類很多，它們的分類是根據(jù)它們利用其它化學(xué)物質(zhì)代替氧氣以維持它們的生命的能力來劃分的。也有能夠進(jìn)行過和作用的細(xì)菌（綠色細(xì)菌）。似乎細(xì)菌主要是被物體表面媳婦的營養(yǎng)成份和負(fù)電荷所吸引面粘附的，同時(shí)細(xì)菌能夠產(chǎn)生胞外聚合物，從而增強(qiáng)了粘附作用。（Relini,1974,Bressan, 1988）
　　藍(lán)藻屬于原核生物，它也許具有一套特殊的光合作用系統(tǒng)。它們總是以絲狀的群落生存，能夠存活于海水和淡水中。這類微生物主要以N₂ 為其新陳代謝的原料，沒有鞭毛，能產(chǎn)生使人中毒的物質(zhì)。
　　真菌在一般的水生環(huán)境中都能見到，專屬于古老的子囊菌屬。同在人工基質(zhì)生存能力相比，它們在木質(zhì)材料中更易繁殖。
　　硅藻是研究較深入的單細(xì)胞藻類，他們具有一個(gè)大小不一硅質(zhì)的外殼，根據(jù)外殼的性質(zhì)將其分為：輻射硅藻目和羽紋硅藻目。
　　底棲生物的物種很多。它們分泌粘性物質(zhì)將自己粘附于基質(zhì)之上。在適宜的水溫（18℃-20℃）光照條件下，它們繁殖非常迅速。它們形成多層次的種群，在水流擾動(dòng)較大的環(huán)境下，由于其附著能力較差，表層的種群數(shù)量會(huì)減少，但直接附著在底層基質(zhì)上的藻類附著較穩(wěn)固，能抵抗較急的水流。
　　某些單細(xì)胞原生動(dòng)物（通常為鞭毛蟲類），屬于纖毛蟲屬，可能在粘污一周后被發(fā)現(xiàn)。其中最常見的有鐘蟲屬和殼吸管蟲屬。
　　生物膜的形成可以分成以下三步：
　　--生物膜的形成以從水中進(jìn)入的細(xì)菌和其它微生物的快速繁殖，并附著在固體表面開始。在開始階段各種微生物種群間的競爭水平很低。其中比例最高的細(xì)菌為好氧菌，因?yàn)樵诠桃航缑嫔纤鼈兡軌蜃畲笙薅鹊孬@得溶解氧、營養(yǎng)物質(zhì)和光照，這樣保證了它們有較強(qiáng)的生物活性。
　　--過渡階段，具有形成多層細(xì)胞的厚度，細(xì)胞被包裹在它們自己分泌的高分子物質(zhì)之間（本階段硅藻和藍(lán)藻的數(shù)量最多）。如此就增加了生物量的密度和物種之間的競爭，從而使競爭能力強(qiáng)的物種大量繁殖。在生物膜的底層，對氧和其它細(xì)菌可用作電子受體的營養(yǎng)物質(zhì)的競爭也更趨激烈，產(chǎn)生兼性厭氧微生物。
　　--最后階段形成了成熟的生物膜，生物量密度高，生存競爭激烈（硅藻、原生動(dòng)物，出現(xiàn)大型藻類）。在成熟生物膜的地層為完全厭氧的環(huán)境，適宜發(fā)酵和硫酸鹽還原菌（SRB）的生存。生物膜中硫酸鹽還原菌在金屬表面的代謝活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用。
　　稱為“再生作用”的現(xiàn)象即為在投加殺生劑處理后立即迅速發(fā)生的微生物粘污。再生作用可能由于如下某個(gè)或所有原因造成的：
　　--在瞬間的殺生處理后的生物膜生長積累比在清潔表面的微生物生長更為迅速，因?yàn)橐环N有大量的可繁殖的微生物。
　　--殘留的生物膜使固體表面的粗糙度增加，從而加強(qiáng)了微生物細(xì)胞和其它營養(yǎng)物質(zhì)的傳遞和吸附作用。
　　--存活的微生物快速地分泌出胞外聚合物質(zhì)可能對殺生劑處理產(chǎn)生抵抗作用。
　　--在連續(xù)多次的殺生處理后，會(huì)對殺生劑不敏感的微生物產(chǎn)生選擇作用，并促使這類物種發(fā)生增生擴(kuò)散。
　　從生物學(xué)的角度對生物膜按照一定的步驟形成的可能和生物膜中有關(guān)的微生物之間存在的競爭關(guān)系已有文獻(xiàn)進(jìn)行了討論（Huve，1977，Montanari，1990）。部分作者證明了細(xì)菌對一些藻類有化學(xué)趨藥性，而硅藻則能產(chǎn)生出抗菌素。這些研究驗(yàn)證了物種之間的確存在生存競爭，并對生物膜的發(fā)展趨勢進(jìn)行了預(yù)測（Bryers，1993；Kellam and Walkeer，1989；Jackson，1989）。生物膜的生成和發(fā)展嚴(yán)格依賴于附著的環(huán)境對些也存在影響，但是，大體來講，個(gè)別深入地考查一些在生物膜中經(jīng)常出現(xiàn)的微生物的繁殖過程是可能的。
　　在生物膜生長的條件好時(shí)可發(fā)現(xiàn)大型藻類在其表面附著。主要的物種有綠藻門、褐藻門和紅藻門藻類。這些種類的藻類能在很小的表面上附著，發(fā)展成直立的藻體，從而遮住下層微生物所需要的光線。大多數(shù)的紅藻在較弱的光照條件下生長更好，能發(fā)展成更好的菌體。
　　隨著象甲殼綱、貝類、水螅綱、海鞘類等海生動(dòng)物的附著，生物膜的厚度的增加也就停止了。
　　甲殼綱和貝類動(dòng)物是最常見的，在人工基質(zhì)表面能夠大量繁殖：他們很常見，能附著在各種物質(zhì)表面。最重要的夾克動(dòng)物是balaanus,它的幼蟲浮游生活，能夠分泌一種石灰質(zhì)物質(zhì)，并將自身牢固地粘附在多種材質(zhì)上。貽貝是最有代表性的大型滋生生物。一些研究者認(rèn)為它們是在人工環(huán)境中的頂級生物物種它們屬軟體動(dòng)物，具有兩只殼，能夠在多種管道中大量繁殖，是引起工業(yè)管道堵塞的主要物種。由于它們牢固地附著能力，很難將貽貝的甲殼從管道壁上破碎或分離。
　　其它有關(guān)的動(dòng)物還有多孔動(dòng)物門（海綿動(dòng)物、生活于淺水，紅色或黃色），水螅綱動(dòng)物（最常見的是tubularia）等等。

污染監(jiān)測

　　研究方法：
　　對沾污過程的試驗(yàn)研究是將生物沾污的影響減至最小的必須和重要的途徑。實(shí)驗(yàn)室研究的費(fèi)用通常比是地研究更高，但操作更方便。實(shí)驗(yàn)室可提供合適的測試條件，從而可以建立有用的模型來模擬真實(shí)的系統(tǒng)。
　　上述試驗(yàn)僅僅是一個(gè)“開始”。物力、化學(xué)核生物因素可控制的需要的范圍內(nèi)，然后可以確定各個(gè)處理工藝的最佳操作條件。由“Dipartimento di biologia Universita di Trieste”和“Industrie Chemiche Caffaro-Brescia”協(xié)作完成了一個(gè)這樣的試驗(yàn)。
　　在Trieste海水生物實(shí)驗(yàn)室建設(shè)了一個(gè)工廠模型，這樣就可以研究生物粘泥中的微生物種類和一些氧化劑（如次氯酸鹽和二氧化氯）的殺生效果。這一模型工廠供應(yīng)海水，它有一個(gè)控制臺和一系列提升泵系統(tǒng)，以便于進(jìn)行計(jì)量殺生劑投量。系統(tǒng)中使用了載玻片以便更好地觀察其中生長的微生物，因?yàn)樗鼈儽阌谟霉鈱W(xué)顯微鏡鏡檢。這一聯(lián)合研究項(xiàng)目始于1991年，目的是進(jìn)行管道中生物膜和殺生劑效果的研究。
　　本試驗(yàn)所作的工作包括：
　　--比較二氧化氯和次氯酸在控制微生物上漲方面的效果。所研究的管道中所流通的為海水。記過證明兒氧化氯比次氯酸更有效，且二氧化氯在低濃度時(shí)也效果好（二氧化氯余量0.1ppm）（Bartole et al，1993）。
　　--鑒別出對殺生劑更敏感和更不敏感的微生物物種（Baaaaaaartole and Bressan，1993）。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析前幾年積累的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以判別出對殺生劑更為敏感的物種。
　　--研究光照對管道內(nèi)微生物生長的影響，以及二氧化氯的有光照條件下的殺生效果。眾所周知，主要是在工業(yè)循環(huán)冷卻系統(tǒng)管道的取水口何處水口容易發(fā)生微生物沾污并造成管道堵塞，因?yàn)檫@兩個(gè)部位有光線進(jìn)入。本研究還用于驗(yàn)證二氧化氯在此條件下抑制藻類生長的效果。
　　--運(yùn)用和討論多種文獻(xiàn)的生物沾污數(shù)據(jù)。收集了過去研究的大量數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行仔細(xì)分析，以后的更為準(zhǔn)確的描述生物量的方法。（bartole，1996）
　　現(xiàn)場研究方法：
　　如果現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)研究能夠更好地控制物理、化學(xué)和生物的影響因素，提供評價(jià)和解釋生物沾污現(xiàn)象的框架，那么在現(xiàn)場進(jìn)行評估發(fā)生生物沾污的可能性和處理工藝效果的研究是必要的。為了監(jiān)測沾污發(fā)展過程，可以進(jìn)行直接測定生物沉積物的數(shù)量和組成，也可根據(jù)生物對管道送水能力的影響間接地測定其數(shù)量。
　　就生物粘泥同系統(tǒng)操作關(guān)系來說，直接測定（沉積物量和厚度，組成-C%，N%，水的化學(xué)、生物特性）也是必須的。
　　間接測定（液體摩阻系數(shù)，熱傳導(dǎo)阻抗）可提供其它可能獲得的信息。熱傳導(dǎo)阻抗來自于絕緣的生物粘泥沉積物，通常隨著生物粘泥的積累而升高：粘泥厚度，粗糙度和熱傳導(dǎo)率會(huì)影響熱傳導(dǎo)阻抗的值及其波動(dòng)。生物粘不的沉積會(huì)導(dǎo)致摩阻系數(shù)升高，因?yàn)樗档凸艿赖挠行Ч軓胶褪构艿纼?nèi)壁更粗糙：某些場合這雖不是最關(guān)心的參數(shù)，但它同熱傳導(dǎo)阻相結(jié)合，捷克說明生物粘泥沉積對系統(tǒng)運(yùn)行的影響和沾污的程度。在多數(shù)情況下，當(dāng)微生物生長達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)會(huì)遇到生物膜。這種情況下，肉眼檢視管內(nèi)表面（尤其是管道接縫、閥門及其它配件處）就可看出生物粘泥沉積物的特性和結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步鑒別可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)和生物檢測：垢（CaCO₃），水分含量，有機(jī)成分（TOC），鏡檢和特定物種微生物的計(jì)數(shù)，可能存在的生物腐蝕生成物的化學(xué)組成鑒定。
　　眾所周知，生物粘泥沉積物時(shí)間越久越難去除，因此希望檢測早期的生物粘泥。
　　直接在生產(chǎn)管道或在旁通管上進(jìn)行監(jiān)測，可以用眼睛對微生物進(jìn)行觀查，也可以取出樣品將其破碎后分析。監(jiān)測進(jìn)水中的微生物有助于生物膜生長的階段。實(shí)際上，間接測定只能在生物膜厚度超過粘性底層的厚度時(shí)才能提供水系統(tǒng)的有用信息。

已被生物污染的系統(tǒng)：清除方法

　　已被生物污染系統(tǒng)的清除方法可分為：
　　1）物理方法
　　2）化學(xué)方法（用殺生劑清潔）
　　物理方法
　　可用物理方法清潔被生物膜污染的系統(tǒng)，在采用停機(jī)預(yù)報(bào)的方式下被廣泛采用。一些物理方法非常簡單，但效果不佳（如沖洗方法），或者只對松散附著的生物膜有效（如反沖洗）或?qū)^薄的生物膜有效（如非磨蝕性的海綿球）。其他有些物理方法被證明非常有效，但可能損壞管道內(nèi)壁的氧化物保護(hù)膜，從而產(chǎn)生新的問題（如磨蝕性的海綿球）或者非常昂貴，因此它們的應(yīng)用受到限制。
　　紫外線照射被證明對抑制生物膜效果很差，因?yàn)樯锬ど系念w粒和不透明的生物膜會(huì)對細(xì)菌起保護(hù)作用。
　　化學(xué)方法（殺生劑）
　　應(yīng)對工業(yè)循環(huán)冷卻系統(tǒng)生物沾污的最通常的方法就是使用殺生劑，即那些能夠急劇地降低進(jìn)水中的細(xì)菌數(shù)量，殺滅或抑制生物膜穩(wěn)定性的物質(zhì)。
　　通常認(rèn)為生物膜比懸浮狀態(tài)的細(xì)菌更能抵抗殺生劑的作用：因?yàn)槲挥谏锬ぶ虚g的微生物能夠依靠它們分泌的胞外聚合物來起保護(hù)作用。
　　殺生劑必須破壞生物膜的物理性質(zhì)，使水流的剪切作用將其從管壁上沖刷下來，防止生物膜的增長和發(fā)展。因此，如果我們想把生物膜控制在需要的范圍內(nèi)，則生物膜的穩(wěn)定性和粘附力就是最為關(guān)鍵的因素。
　　殺生劑的效果取決于幾個(gè)因素，如殺生劑的種類，作用機(jī)理，濃度，動(dòng)力學(xué)及投加方法。當(dāng)然，進(jìn)水的性質(zhì)（pH值，懸浮物濃度，溶解物質(zhì)，水溫，水的來源和水中微生物的多少），操作條件（水流速度）和管道中是否存在生物膜等會(huì)對殺生劑的作用效果產(chǎn)生影響?？紤]到生物膜的去除難度隨生長時(shí)間而增加，從經(jīng)濟(jì)的角度來看，越早進(jìn)行處理越有利。
　　殺生劑可分為兩大類：
　　—非氧化性殺生劑包括：
　　—醛類；
　　—胺和季胺類化合物；
　　—有機(jī)溴化物；
　　—有機(jī)金屬化合物；
　　—有機(jī)硫；
　　—有機(jī)氮雜苯；
　　—銅鹽。
　　—氧化性類殺生劑包括：
　　—氯（和次氯酸鈣或次氯酸鈉）；
　　—溴（次溴酸鹽）；
　　—活性鹵族化合物（異氰脲酸鹽）；
　　—臭氧；
　　—過氧化氫；
　　—二氧化氯。
　　殺生機(jī)理
　　不同殺生劑的殺生機(jī)理還沒有獲得完全合理的解釋，但通常認(rèn)為有以下三種可能性：
　　—破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)胞成分的結(jié)構(gòu)（如細(xì)胞壁，半透膜，細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的核酸）。
　　—干擾其能量產(chǎn)生機(jī)制，通過使酶失去活性或抑制氧化磷酸化過程來改變細(xì)胞新陳代謝。
　　—干擾生物合成與生長，阻止微生物合成蛋白質(zhì)、核酸和輔酶。
　　因此，氧化生物產(chǎn)生的物質(zhì)的能力，破壞和進(jìn)入微生物細(xì)胞壁以增加其膜的透過性，與活性的氨基酸反應(yīng)，被帶有電荷的細(xì)菌表面吸附，穿透生物膜減弱微生物細(xì)胞外聚合物的保護(hù)作用，被類蛋白質(zhì)物質(zhì)所吸附是影響殺生劑效果的因素。
　　二氧化氯
　　二氧化氯（ClO₂）是黃綠色的氣體，在水中的溶解度很高。通常依如下兩個(gè)反應(yīng)在現(xiàn)場制備，以亞氯酸鈉為原料：
　　—氯氣法：2NaClO₂+Cl₂=2NaCl+2ClO₂—酸化法：5NaClO₂+4HCl=4ClO₂+2H₂O
　　二氧化氯是一種強(qiáng)氧化劑，已如下的反應(yīng)式被還原：
　　ClO₂+4H⁺+5e^-=Cl^-+2H₂O
　　E₀=1.511-0.0473+0.0118log(C_ClO2/C_Cl-)
　　—ClO₂能將Fe²⁺和Mn²⁺氧化為氫氧化鐵和二氧化錳，將硫離子氧化為硫酸根。
　　—ClO₂不與氨發(fā)生反應(yīng)。
　　—ClO₂具有較高的反應(yīng)性，能與多種化學(xué)基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，包括仲胺、叔胺、有機(jī)硫化物和活性芳環(huán)類化合物。
　　—ClO₂不是一種氯化劑，不會(huì)直接生成有機(jī)氯化物，尤其是三氯甲烷。
　　—在較寬的pH(5~9.5)范圍內(nèi)，ClO₂的效果保持穩(wěn)定。
　　已經(jīng)證明ClO₂(Bartole and Bressan,1993,Bartole et al,1996)在有光和無光的條件下都是一種強(qiáng)殺蟲劑，能抑制初期生物粘泥的產(chǎn)生，減少生物膜量，破壞生物膜中的胞外聚合物，殺死生物膜形成的早期物種（硅藻、藍(lán)藻和鞭毛硅藻），這些物種具有很強(qiáng)的在管道內(nèi)壁附著生參存的能力，從而導(dǎo)致污染。
　　ClO₂用于控制生物沾污不僅是因?yàn)樗茉诒晃⑸镎次鄣墓艿老到y(tǒng)中滅活細(xì)菌，而且因?yàn)樗芤种颇切┛赡苷掣降焦鼙谏系募?xì)菌的細(xì)胞分裂和生物聚合物的合成，如硅藻和藍(lán)藻（對于深入處理生物粘附物尤為重要），它還能削弱生物聚合物的作用，從而擴(kuò)散進(jìn)入生物膜內(nèi)部同胞外聚合物發(fā)生反應(yīng)。
　　倘若能與進(jìn)水混合良好，ClO₂可以根據(jù)季節(jié)的或/和每天的參數(shù)（水溫、微生物和大型生物的數(shù)量、有光照或無光照），運(yùn)行參數(shù)（水流速度、水源位置等）連續(xù)投加或間隙性投加。
　　為最好地控制生物沾污和減少再發(fā)生的可能性，可采取脈沖性地投加（在固定的時(shí)間間隔高劑量地投加）或連續(xù)/間隙投加交替進(jìn)行。
　　脈沖投加非常有效，對微生物具有很高的滅活效果，但是可能加速金屬管道表面的腐蝕，在出水進(jìn)行排放的情況下，也可能被要求在排放前進(jìn)行脫氯。
　　在采用“脈沖”投加的方法時(shí)，ClO₂的投加量必須滿足一定接觸時(shí)間的“原水ClO₂需求量”，ClO₂余量應(yīng)保持在0.1mg/L左右。
　　通常在生物膜發(fā)展到穩(wěn)定階段后，進(jìn)行一次徹底清洗是必要的，常會(huì)需要采用物理方法進(jìn)行。
　　采用連續(xù)或間隙性投加方法時(shí)，ClO₂的投加量應(yīng)根據(jù)“原水ClO₂需求量”，同時(shí)參照ClO₂擴(kuò)散到達(dá)生物膜表面所需時(shí)間，接觸反應(yīng)時(shí)間，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和管道表面種類來確定。
　　實(shí)際的投加量隨原水水質(zhì)和運(yùn)行條件而變化，一般為原水ClO₂需求量的一部分（通常在5%~25%之間）。通常平均在0.05~0.25mg/L之間¹。
　　ClO₂依靠其強(qiáng)氧化性，同原水中的成分或生物膜中的生物的、化學(xué)的成份迅速反應(yīng)。在出水中不會(huì)發(fā)現(xiàn)ClO₂余量。
　　根據(jù)微生物沾污監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果（運(yùn)行參數(shù)、生產(chǎn)管道或旁通管道監(jiān)測、觀測等），必須不斷地進(jìn)行ClO₂投加量的調(diào)整。
　　在西班牙的Vendellos II 核電站進(jìn)行的生產(chǎn)性試驗(yàn)中，進(jìn)水為海水，0.2mg/L的ClO₂同具有1.1mg/L的活性氯的次氯酸所獲得的處理效果相當(dāng)，更低的ClO₂投加量和更短的接觸時(shí)間對不同大小的貽貝就可獲得100%的殺滅率。
　　在Brindisi（意大利）電站，ENEL在冬天投加0.07mg/L ClO₂，夏天投加0.18mg/L ClO₂的方法處理進(jìn)水，在冷凝器水箱的觀察孔一直沒有發(fā)現(xiàn)沾污的微生物或大型生物。在出水口也沒有檢測到ClO₂余量，亞氯酸根離子的濃度平均為0.06mg/L(Geraciet al., 1993)。
　　上述結(jié)果是采用純二氧化氯獲得的，它可以通過鹽酸—亞氯酸鈉反應(yīng)系統(tǒng)來獲得。
　　工程實(shí)例
　　目前在意大利有以下工廠用ClO₂作為控制生物污染的藥劑：
　　1在意大利南部的鋼廠（海水）；
　　1在意大利南部的電廠（海水）；
　　1在意大利中部的電廠（海水）；
　　1在意大利北部的鋼廠（海水）；
　　1在意大利南部的紙漿廠（淡水）；
　　1地中海島嶼上的石油化工廠（海水）；
　　例一：在意大利南部的鋼廠
　　為了冷卻電廠和鋼廠的液體，從一個(gè)與外海水交換量很少的小港灣里每小時(shí)取海水125000m³，出水排入另一個(gè)更大的港灣，在那里有幾個(gè)貽貝養(yǎng)殖場。進(jìn)水受到了微生物污染，pH值在8.1~8.4之間，水溫在夏天約27ºC，冬天約15ºC。
　　為了確定微生物沾污的速度和程度安裝了一些觀查窗，觀測到微生物生長量平均為每年65kg/m²，但在春天和夏天時(shí)生物膜量有時(shí)達(dá)到每月10~15kg/m²，進(jìn)水的ClO₂需求量在1.2~1.8mg/L之間。除通常的多種微生物種之外，還存在特別的物種，尤其是貽貝、balanida和serpulida。最嚴(yán)重的時(shí)侯是5月到9月之間，這期間所有的物種都處于增長階段。對貽貝來說，還需注意另一段生長時(shí)期，就是1月和2月。
　　海水從兩條進(jìn)水渠道進(jìn)入，首先經(jīng)過一道金屬網(wǎng)和一套旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，然后由四條3公里長管渠輸送進(jìn)入四只蓄水池，管渠內(nèi)徑3米，內(nèi)壁為混凝土涂層。進(jìn)水首先冷卻電廠的蒸汽冷凝器，然后再進(jìn)入兩只蓄水池，鋼廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)就從這兩只蓄水池中取水。二氧化氯通過一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的系統(tǒng)以保證與進(jìn)水的充分混合，從旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的前面加入。二氧化氯用酸化法制備，原料為33%的HCl、31%的NaClO₂溶液和稀釋水，共有12臺ClO₂發(fā)生器，每臺的額定產(chǎn)量為10kgClO₂/h，運(yùn)行過程中定時(shí)檢查發(fā)生器的效率。
　　最初的三臺發(fā)生器于1980年安裝好，經(jīng)過一段時(shí)間的使用之后，1984年又安裝了三臺發(fā)生器。1990年生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了改建，現(xiàn)在總共安裝了12臺發(fā)生器，通常運(yùn)行其中的10臺。剛開始時(shí)ClO₂是連續(xù)投加的（每天24小時(shí)），投加濃度0.5mg/l ClO₂。
　　通過增加新的二氧化氯擴(kuò)散裝置，監(jiān)測水的生物和化學(xué)性質(zhì)，由檢查孔觀查ClO₂投加濃度和微生物沾污程度的關(guān)系以及在不同水溫和光照條件下進(jìn)行攝相觀測，摸清了微生物和大型生物的生長規(guī)律，因此ClO₂的投加方式改為：
　　冬天時(shí)投加0.5mg/L，每天投加9小時(shí)；
　　冬天時(shí)投加0.5mg/L，每天投加9小時(shí)；
　　投加期間，在電廠前的蓄水池中的剩余ClO₂以自由氯計(jì)少于0.305mg/L。
　　在這樣的投加情況下，在進(jìn)水口和管道中獲得了很好的控制生物沾污的效果。鋼廠的監(jiān)測結(jié)果證明了這一點(diǎn)。每個(gè)月，鋼廠都要用攝像機(jī)，由蛙人潛入電廠前的蓄水池中、后面的蓄水池中進(jìn)行檢查，3米直徑的管渠上每隔一定的距離都安裝有監(jiān)測孔，以便于每隔一定的時(shí)間對微生物生長情況進(jìn)行觀測。結(jié)果表明，管道表面保持了清潔，沉積物厚度很薄，在生物繁殖期僅發(fā)現(xiàn)了很少量的原生的大型生物。
　　必須強(qiáng)調(diào)的是，自從投加ClO₂之后，鋼廠不再被迫將一條管渠停產(chǎn)后進(jìn)行物理清洗。
　　這種情況只在其中一條最小的管渠（同時(shí)用于試驗(yàn)?zāi)康?，流量?7000m³/h）在試驗(yàn)不同的投加方式時(shí)，較差的結(jié)果鮮有發(fā)生。
　　在排水口的水質(zhì)一直能夠滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，以三鹵甲烷和有機(jī)氯化物來表征的副產(chǎn)物也從來沒有檢測到。同時(shí)，位置接近于出水排放品的貽貝養(yǎng)殖場也從來沒有受到過和殺生劑有關(guān)的任何損害。

ClO₂抗微生物沾污處理 水流量 125000m³/h pH 8.1~8.4 進(jìn)水ClO₂需求量 1.3~1.8mg/L 典型的水溫 冬天：15ºC
夏天：27ºC 典型的生物污染量 60kg/m².年 典型的生物污染物種 貽貝，BALANIDA,SERPULIDA 處理方式 間隙性 夏天投加量 0.5mg/L每天16小時(shí) 冬天投加量 0.5mg/L每天9小時(shí) 平均每天投加量 0.25mg/L

　　例2：意大利北部的紙漿廠
　　該紙漿廠從一個(gè)湖泊取水1200~3000m³/h，取水量隨進(jìn)水水溫和該廠的發(fā)電站需水量而定。ClO₂直接從泵前吸水時(shí)加入，以確保其與進(jìn)水混和良好。在達(dá)到熱交換器之前，殺生劑與進(jìn)水間的接觸時(shí)間少于1分種，由于ClO₂高反應(yīng)活性，盡管接觸時(shí)間如此之短，其投加濃度為0.3mg/L，到達(dá)熱交換器時(shí)的濃度則低于0.04mg/L。進(jìn)水ClO₂需求量為1.3mg/L，總好氧菌數(shù)量在10⁴CFU/mL，pH在7.9~8.1之間，平均投加量在0.15~0.3mg/L之間。在這樣的處理?xiàng)l件下，好氧菌數(shù)量下降到10CFU/mL的水平，大大降低了生物沾污形成的可能性，同時(shí)不會(huì)對金屬管道產(chǎn)生腐蝕問題。
　　現(xiàn)在控制生物沾污的操作是根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行的（熱交換阻抗和水頭損失）。
　　同以前采用的方法相比，用ClO₂處理工藝降低了水消耗量，最重要的是，降低了維護(hù)費(fèi)用，因?yàn)橐郧暗姆椒榱藢峤粨Q器進(jìn)行清洗，需要將發(fā)電站停下來。

意大利北部紙漿廠用ClO2控制生物污染處理 水流量 1200~3000m³/h PH 7.9～8.1 進(jìn)水ClO2需求量 ≈1.3mg/L 進(jìn)水總好氧菌數(shù)量 10⁴CFU/mL 處理方式 間歇性 夏天投加量 0.3mg/L 冬天投加量 0.15mg/L

　　例3:地中海中小小島上的石化工廠
　　該石化建于海岸邊，從一個(gè)與外海水量交換較多的海灣中取水。該廠通過建設(shè)一些混凝土堤壩來降低這個(gè)交換水量，來部分地改變海灣周邊地環(huán)境。因此該廠井水中地貽貝和其它生物數(shù)量比其它生物數(shù)量比前兩例要高出很多。
　　該廠因而決定采用一種控制生物污染的處理方法。
　　當(dāng)該廠開足的時(shí)候，大約需要36000m³/h的水量，通過兩條混凝土管道進(jìn)入兩只配水池，然后經(jīng)過經(jīng)過金屬隔網(wǎng)后進(jìn)入四只沉砂池。
　　之后水流經(jīng)過一只旋轉(zhuǎn)過濾器，在一些位置投加ClO₂以獲得較好的混合效果。這之后，水通過泵提升，經(jīng)碳鋼管輸送到發(fā)電廠的冷凝器后廠內(nèi)其它的熱交換器。
　　在出水口，水被集中在一起并排放到海中。
　　進(jìn)水到pH在8～8.3之間，好氧菌數(shù)量氧約10²CFU/mL，ClO₂需求量在0.7～1mg/L之間，TOC低于1mg/L。目前的投加量約為0.3mg/L，每天投加5小時(shí)：這一投加量是考慮到進(jìn)水的生物污染量較少情況，和平均的水溫記錄以及以前其它鋼廠的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)而確定的。通過觀察管道和測定熱交換阻抗說明ClO₂處理具有較好的效果。
　　在進(jìn)水管道上，投加ClO₂前后安裝量觀察孔，以便確定生物量和存在的微生物和大型生物。在靠近ClO₂投加點(diǎn)的地方，根據(jù)水頭損失和生物量，安裝了新的設(shè)備，將處理過的水從主干管中導(dǎo)出。

地中海中小小島上的石化工廠控制生物污染處理 水流量 ≈36000m³/h PH 8～8.3 進(jìn)水ClO2需求量 ≈0.8mg/L 進(jìn)水總好氧菌數(shù)量 102CFU/mL 處理方式 間歇性 投加量 0.3mg/L，每天投加5小時(shí)

結(jié)　論

　　幾個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了二氧化氯作為控制微生物和大型生物污染藥劑的有效性。通過工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用，肯定如下結(jié)論：在各種水源情況下，較低的投加量（0.05～0.2mg/L）就足夠可以獲得良好的控制生物沾污的現(xiàn)象。