1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 9, 2023

Теплоэнергетика, 2023, № 9, стр. 35-44

Биологическое загрязнение технологического оборудования и химически обессоливающей водоподготовительной установки на ТЭС (обзор)

Н. Д. Чичирова a, А. А. Филимонова a, С. М. Власов a, О. Е. Бабиков a, *

a Казанский государственный энергетический университет (КГЭУ)
420066 г. Казань, Красносельская ул., д. 51, Россия

* E-mail: Olegsey1998@yandex.ru

Поступила в редакцию 31.01.2023
После доработки 01.03.2023
Принята к публикации 30.03.2023

Аннотация

На тепловых электрических станциях установки, контактирующие с водным теплоносителем, подвергаются биологическому загрязнению. Это обусловлено рядом факторов: поддержанием благоприятных температурных режимов, образованием застойных зон, постоянной подачей питательных веществ, наличием больших площадей поверхностей оборудования (трубопроводы, резервуары для хранения воды, трубная поверхность конденсатора), присутствием различных материалов (ионообменные смолы, мембраны), изменением климатических условий. Борьба с образованием таких загрязнений теплоэнергетического оборудования на сегодняшний день весьма актуальна, хотя практически на всех ТЭС проводится тщательная подготовка добавочной и питательной воды. Следует отметить, что контроль концентрации органических примесей в жидкой и паровой фазах, а также ведение постоянного мониторинга являются довольно трудоемкими процессами. Органические отложения и наличие биопленок на технологическом оборудовании систем оборотного охлаждения (СОО), водоподготовительных установках (ВПУ), резервуарах хранения химически очищенной воды приводят к различным производственным сбоям, аварийным ситуациям и общему снижению эффективности выработки тепловой и электрической энергии. В настоящей работе выполнен обзор зарубежных и отечественных исследований, посвященных особенностям образования и развития биопленок. Рассмотрены актуальные методы обнаружения и оценки биологического загрязнения, описаны традиционные химические, физические, электрохимические, акустические, электромагнитные и иные методы борьбы с микроорганизмами и бактериями. Показано, что рост бактерий значительно усложняет процедуры очистки оборудования и ускоряет процесс накипеобразования. Для эффективного решения проблем биологических загрязнений разработку методов диагностики и контроля образования бактериальных отложений, подготовку добавочной воды и ведение водно-химического режима необходимо осуществлять дифференцированно на основе идентификации колоний микроорганизмов с помощью тест-систем. Отмечены предыдущие работы коллектива авторов, касающиеся вопросов загрязнения теплоносителя систем оборотного охлаждения и водоподготовительных установок на ТЭС Республики Татарстан в период с 2009 по 2022 г.

Ключевые слова: тепловые электрические станции, водоподготовительные установки, биологическое загрязнение, биопленка, конденсатор паровой турбины, ионообменные смолы, мембранные технологии, УФ-облучение, озонирование

Список литературы

  1. Costerton J.W., Nickel J.C., Ladd T.I. Suitable methods for the comparative study of free-living and surface-associated bacterial populations // Bact. Nat. 1986. V. 2. P. 49–84.

  2. Costerton J.W., Lappin-Scott H.M. Behaviour of bacteria in biofilms // ASM News. 1989. V. 55. P. 650–654.

  3. Bos R., Van der Mei H.C., Busscher H.J. Physico-chemistry of initial microbial adhesive interactions – its mechanisms and methods for study // FEMS Microbiol. Rev. 1999. V. 23. No. 2. P. 179–230. https://doi.org/10.1016/S0168-6445(99)00004-2

  4. Surface thermodynamics of bacterial adhesion / D.R. Absolom, F.Y. Lamberti, Z. Policova, W. Zingg, C.J. van Oss, A.W. Neumann // Appl. Environ. Microbiol. 1983. V. 46. P. 90–97.

  5. Rutter P.R., Vincent B. Attachment mechanisms in the surface growth of microorganisms // Physiological Models in Microbiology. 2nd ed. CRC Press, 1988.

  6. Influence of interfaces on microbial activity / M.C.M. van Loosdrecht, J. Lyklema, W. Norde, A.J.B. Zehnder // Microbiol. Rev. 1990. V. 54. No. 1. P. 75–87. https://doi.org/0146-0749t90/010075-13$02.00/0

  7. Physico-chemistry from initial bacterial adhesion to surface-programmed biofilm growth / V. Carniello, B.W. Peterson, H.C. van der Mei, H.J. Busscher // Adv. Colloid Interface Sci. 2018. V. 261. P. 1–14. https://doi.org/10.1016/j.cis.2018.10.005

  8. Melo L.F., Bott T.R. Biofouling in water systems // Exp. Therm. Fluid Sci. 1997. V. 14. No. 4. P. 375–381. https://doi.org/10.1016/S0894-1777(96)00139-2

  9. An overview of biofouling: from basic science to mitigation / T. R. Bott, L.F. Melo, C.B. Panchal, E.F.C. Somerscales // Proc. of the Intern. Conf. on Understanding Heat Exchanger Fouling and Its Mitigation. Castelvecchio Pascoli, Lucca, Italy, 1997. N.Y.: Begell House, Inc., 1999. P. 55–66.

  10. Experimental study on microbial fouling characteristics of the plate heat exchanger / Z.M. Xu, J.T. Wang, Y.T. Jia, X.Y. Geng // Appl. Therm. Eng. 2016. V. 108. P. 150–157. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.07.110

  11. Dacheng W., Caifu Q., Shengxian C. Dynamic simulation of microbial fouling in heat exchanger and analysis of influencing factors // Chem. Ind. Eng. Prog. 2013. V. 8. P. 1934–1938.

  12. Use of extended Kalman filtering in detecting fouling in heat exchangers / G.R. Jonsson, S. Lalot, O.P. Palsson, B. Desmet // Int. J. Heat Mass Transfer. 2007. V. 50. No. 13–14. P. 2643–2655. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.11.025

  13. Yang S.R. The research of fouling intelligent monitor // Proc. of the 3rd Engineering Thermophysics Conf. Dalian, Institute of Engineering Thermophysics, 1990. P. 611–614.

  14. Wen X., Miao Q., Sun L. Modeling and prediction of fouling characteristics of heat exchanger // Chem. Eng. Mach. 2014. V. 6. P. 699–704.

  15. Sun L., Tao M., Piao H. Foul prediction of heat exchanger based on regular sequential extreme learning machine // J. Northeast Dianli Univ. 2015. V. 35. No. 4. P. 84–90.

  16. Ford T., Mitchell R. The ecology of microbial corrosion // Adv. Microb. Ecol. 1990. V. 11. P. 231–262.

  17. Von Holy A. Microbial corrosion // Proc. of the Intern. Workshop on Industrial Biofouling and Biocorrosion. Mulheim, Germany, Sept. 1997.

  18. De Bruyn E. Microbial ecology of sulphide-producing bacteria in water cooling systems: Thesis PhD. University of Pretoria, South Africa, 1992

  19. Iverson W.P. Microbial corrosion of metals // Adv. Appl. Microbiol. 1987. V. 32. P. 1–36. https://doi.org/10.1016/S0065-2164(08)70077-7

  20. Brozel V.S., Cloete T.E. The role of sulphate-reducing bacteria in microbial induced corrosion // Paper SA. 1989. P. 30–36.

  21. Lee W., Characklis W.G. Corrosion of mild steel under anaerobic biofilm // Corrosion. 1993. V. 49. No. 3. P. 186–199. https://doi.org/10.5006/1.3316040

  22. Исследование состава и структуры отложений в системе оборотного охлаждения ТЭС / А.А. Чичиров, Н.Д. Чичирова, И.И. Галиев, Л.И. Гайнутдинова, А.Ю. Смирнов // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2009. № 7–8. С. 37–45.

  23. Методологические аспекты выбора реагентов для предотвращения минеральных отложений / Б.Н. Дрикер, А.И. Мурашова, А.Г. Тарантаев, А.Ф. Никифоров // Энергосбережение и водоподготовка. 2014. № 2 (88). С. 2–4.

  24. Комплексная реагентная обработка воды системы технического водоснабжения с градирнями на ТЭС / А.А. Чичиров, Н.Д. Чичирова, М.А. Волков, С.М. Власов // Труды Академэнерго. 2012. № 1. С. 90–100.

  25. Методы снижения бактериального загрязнения систем оборотного охлаждения ТЭЦ / Н.Д. Чичирова, А.А. Чичиров, С.М. Власов, А.Ю. Власова // Теплоэнергетика. 2015. № 7. С. 62–67. https://doi.org/10.1134/S0040363615070024

  26. Козловский В.В., Ларин А.Б. Методика исследования состояния водного режима системы оборотного охлаждения на ТЭС // Вестник ИГЭУ. 2019. № 3. С. 14–21.

  27. Bacterial community structure in cooling water and biofilm in an industrial recirculating cooling water system / J. Wang, M. Liu, H. Xiao, W. Wu, M. Xie, M. Sun, C. Zhu, P. Li // Water Sci. Technol., 2013. V. 68. No. 4. P. 940–947.

  28. Bacterial communities in an ultrapure water containing storage tank of a power plant / V. Bohus, Z. Keki, K. Márialigeti, K. Baranyi, G. Patek, J. Schunk, E.M. Toth // Acta Microbiol. Immunol. Hung. 2011. V. 58. No. 4. P. 371–382.

  29. Experimental study of the growth characteristics of microbial fouling on sewage heat exchanger surface / C. Xiao, Y. Qirong, W. Ronghua, Z. Ning, L. Nan // Appl. Therm. Eng. 2017. V. 128. P. 426–433.

  30. Drake R.C. Increasing heat exchanger efficiency through continous mechanical tube maintenance // Biofouling control procedures: technology and ecological effects ed. by L.D. Jensen. N.Y.: Marcel Decker, 1977. P. 43–53.

  31. Mollica A., Cristiani P. On-line biofilm monitoring by electrochemical probe “BIOX” // Water Sci. Technol. 2002. V. 47. No. 5. P. 45–49. https://doi.org/10.2166/wst.2003.0277

  32. Cristiani P., Agostini F. On-line monitoring of chlorination treatments at Vado Ligure power plant by BIOX system: two year of experience // Proc. of the Intern. Conf. on Mitigation of Heat Exchanger Fouling and Its Economic and Environmental Implications. Banff, Alberta, Canada, 11–16 July 1999. N.Y.: Begell House, Inc., 1999. P. 103–110.

  33. Critical point analysis and biocide treatment in a microbiologically contaminated water purification system of a power plant / Z. Kéki, J. Makk, K. Barkács, Balázs Vajna, M. Palatinszky, K. Márialigeti, E. Tóth // SN Appl. Sci. 2019. V. 1. Is. 820.

  34. Качественный и количественный анализ органических примесей в питательной воде котла-утилизатора / А.А. Чичиров, Н.Д. Чичирова, А.А. Филимонова, А.А. Гафиатуллина // Теплоэнергетика. 2018. № 3. С. 51–58. https://doi.org/10.1134/S0040363618030049

  35. Исследование бактериального загрязнения теплоносителя схемы химического обессоливания на Казанской ТЭЦ-1 / С.М. Власов, А.Ю. Власова, Н.Д. Чичирова, О.Е. Бабиков // Теплоэнергетика. 2022. № 3. С. 86–91. https://doi.org/10.1134/S0040363622030110

  36. Gram-negative bacteria viable in ultrapure water: identifcation of bacteria isolated from ultrapure water and effect of temperature on their behavior / N. Matsuda, W. Agui, T. Tougou, H. Sakai, K. Ogino, M. Abe // Colloids Surf., B. 1996. V. 5. P. 279–289.

  37. Analysis of bacteria contaminating ultrapure water in industrial systems // L.A. Kulakov, M.B. McAlister, K.L. Ogden, M.J. Larkin, J.F. O’Hanlon // Appl. Environ. Microbiol. 2002. V. 68. P. 1548–1555. https://doi.org/10.1128/AEM.68.4.1548-1555.2002

  38. Abiotic factors and microbial communities fouling anion exchange resin causing performance deficiency in electric power plants / S.M. Abdelsalam, Z.M.H. Kheiralla, F.A. Abo-Seif, S.M.E. Asker // Egypt. J. Microbiol. 2017. V. 52. No. 37. P. 17–28.

  39. The history and state of art in membrane technologies Tarragona, Erasmus / B. Liu, D. Wang, G. Yu, X. Meng, J. David Giraldo, V.K. Thakur, E. Gutiérrez // J. Membr. Sci. 2005. V. 16. P. 1–28.

  40. Nguyen T., Roddick F.A., Fan L. Biofouling of water treatment membranes: a review of the underlying causes, monitoring techniques and control measures // Membranes. 2012. V. 2. No. 4. P. 804–840. https://doi.org/10.3390/membranes2040804

  41. Design and performance evaluation of reverse osmosis desalination systems: an emphasis on fouling modeling / B.A. Qureshi, S.M. Zubair, A.K. Sheikh, A. Bhujle, S. Dubowsky // Appl. Therm. Eng. 2013. V. 60. No. 1–2. P. 208–217. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.06.058

  42. Fouling mechanisms in constant flux crossflow ultrafiltration / A.Y. Kirschner, Y.H. Cheng, D.R. Paul, R.W. Field, B.D. Freeman // J. Membr. Sci. 2019. V. 574. P. 65–75.

  43. Card T.R., Purdom R.L. Ozone in wastewater treatment // Ozone World Congress Papers. 1989. V. 2. P. 281.

  44. Aqueous ozonation of pesticides: A review / G. Reynolds, N. Graham, A. Perry, R.G. Rice // Ozone Sci. Eng. 1989. V. 11. No. 4. P. 339–382.

  45. Гоголашвили Э.Г. Технология “МОЛ-КЛИН” – передовой метод борьбы с биообрастаниями // Энергетика Татарстана. 2008. № 2. С. 45–50.

  46. Kawabe Midori, Kawabe Masaki. Factors determining chemical oxygen demand in Tokyo bay // J. Oceanogr. 1997. V. 53. No. 5. P. 443–453.

  47. US Patent No. PCT/CA91/00269. Zebra mussel (Dreissena polymorpha) and other aquatic organism control / A.D. Bryden. 1993.

  48. US Patent No. 5 636 180. System for preventing biofouling of surfaces exposed to water / M.G. Grothaus, M.S. Mazzola, M. Walch. 1997.

  49. Schaefer R.B. Pulsed acoustic sparker biofouling control in heat transfer equipment: Technical Final Report SERDP/SEED. Phoenix Science and Technology, Inc., 2002.

  50. Mackie G.L., Lowery P., Cooper C. Plasma pulse technology to control zebra mussel biofouling / U.S. Army Corps of Engineers, Waterways Experiment Station. Vicksburg, MS, 2020.

  51. Response of the tropical mussel Modiolus philippinarum (Hanley) to heat treatment: an experimental study for antifouling application / S. Rajagopal, G. van der Velde, K.V.K. Nair, H.A. Jenner // Mar. Freshwater Behav. Physiol. 1999. V. 32. No. 4. P. 239–253. https://doi.org/10.1080/10236249909379052

  52. Disinfection of circulating water systems by ultraviolet light and halogenation / R. Gilpin, S. Dillon, P. Keyser, A. Androkites, M. Berube, N. Carpendale, J. Skorina, J. Hurley, A. Kaplan // Water Res. 1985. V. 19. No. 7. P. 839–848. https://doi.org/10.1016/0043-1354(85)90141-1

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал