水电站冷却水系统灭水生物试验研究

Posted 2023-01-13 田螺

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某水电站位于湖南省张家界市澧水中上游茅岩河风景区内，总装机容量为7万kW，年发电量为2 71亿kW.h。该水电站于1997年6月投产以来，发现冷却水系统中不同直径的管道内长满田螺及蚌，其尺寸大约要10mm左右。由于田螺及蚌吸附于管道内壁上，减少了管道的输送面积，增大了水流的阻力，影响了设备安全运行。为了合理地解决这一问题，我们在充分调研及实验室试验的基础上，提出一种行之有效的解决方案。
1 水电站冷却水系统与材质
1.1 冷却水系统

1.2 冷却水水源
冷却水水源为坝前取水及蜗壳取水，此冷却水经过不同直径的管道冷却设备，出水排往坝外，不重复使用。现场调查发现：从坝前取水的过滤器与蜗壳取水的过滤器到冷却水排水出口不同直径的管道内壁上，均长满了田螺及蚌。
1.3 冷却水系统材质
冷却水系统中，水轮机冷却水管材质为紫铜，其余不同直径的管材为钢管Q235。
2 冷却水系统滋生水生物的原因分析
2.1 水质分析
1998年9月22日现场(水库坝前取水)取水样，进行水质全分析，结果如表1所示。
2.2 原因分析
2.2.1 水电站冷却水系统的特点
一方面，水电站冷却水的水源为水库水，根据表1水质分析结果可知，该水源的细菌总数及大肠菌群严重超标(正常饮用水水质标准：细菌总数为100个/mL，大肠菌群为3个/mL)，使之为田螺及蚌的生存提供了丰富的摄食。另一方面，冷却水系统中冷却水通常温度为30℃左右(<40℃)。这为田螺及蚌的繁殖提供了最适宜的外部条件。由于水温常年保持30℃左右，不存在冬眠期，加速了田螺及蚌的繁殖，增加了产卵的次数及卵数。其三，由于冷却水系统采用自然循环，冷却水的流速过慢，而流动过慢的水流流速，能带来适量的溶解氧，保证了田螺与蚌生存所需要的含氧量。因田螺与蚌受氧气影响非常敏感，在水中溶解氧含量为3.5mg/L时就不喜摄食，降至1.5mg/L，就会憋死。氧气不足时会使之死亡，还会影响产卵与发育。
根据田螺及蚌的生长条件及冷却水系统之特点可知，正是由于该电站冷却水系统的特点，为田螺及蚌的生长提供了极好的生活环境及充分的营养供给，结果使得整个冷却水系统的管道内壁长满了田螺及蚌。
3 化学方法杀灭水生物试验
3.1 药品的选择根据
(1)由于水中溶解氧对田螺及蚌的生长具有重要的影响，降低水中溶解氧的含量，可促使田螺及蚌死亡，故选用除氧剂亚硫酸钠。
(2)氨气不仅能提高水体的pH，改变田螺及蚌的生存条件，还可引起氧气缺乏，对生物的生长具有阻碍作用。
(3)由于冷却水系统中微生物含量过多，杀死水中的微生物，降低田螺及蚌赖以生长的食物量，会加速田螺及蚌的死亡，故选用杀菌剂季铵盐。此类杀生剂具有渗透到微生物内部的性质，而且容易吸附在带负电荷的微生物表面，微生物的生活过程，由于受到杀生剂的干扰，而发生变化。
(4)考虑到不同种类杀生剂的影响，我们还选用了杀生剂硫酸亚铜，杀生剂硫酸亚铜能凝结菌体的胶体物质，从而破坏细胞的呼吸和新陈代谢作用，致使细胞死亡。而杀生剂三氯异氰尿酸能渗透到菌体内部与细胞质作用形成胶体溶液，并使蛋白质变性，从而杀死微生物。
(5)考虑各种药剂之间的协同效应，选用了以氯酚和二硫氰基甲烷为主要成分的复合型杀生剂。
3.2 各种杀生剂的杀生试验
各种杀生剂的试验结果见表2。
从表2可知，除氧剂完全杀死田螺及蚌时间较长，这是由于鱼潭水电站冷却水系统中生物属于厌氧生物，表现在钢管内有刺激性气味。田螺及蚌能在溶解氧含量较低的条件下生存，而除氧剂亚硫酸钠不能将水中氧浓度降低到田螺及蚌的生存氧浓度以下，不建议现场使用。
加氨可在低浓度下较快地杀死田螺及蚌，是一种好的杀生剂。因其是气体，现场使用不太方便。
杀生剂季铵盐可杀死田螺及蚌，但时间较长，并且添加量较大，不建议现场使用。
杀生剂硫酸铜能在低浓度下杀死田螺及蚌，可作为一种杀生剂现场使用，但其价格较贵。
杀生剂三氯异氰尿酸与复合型杀生剂均能有效地杀死田螺及蚌，在同样的加药条件下，复合型杀生剂的杀生速度要快于三氯异氰尿酸，故推荐复合型杀生剂为现场使用的杀生剂。

3.3 缓蚀试验
考虑到所添加的化学药品可能对冷却水铜管造成腐蚀，我们在实验室进行了腐蚀失重试验，温度：(30±1)℃；水样：某水电站水库水；材质：紫铜片。试验结果见表3。
从表3的结果可知，由于氨与铜可形成铜氨络合物，从而使铜从铜管上溶解下来，其结果是铜管受到腐蚀。

故虽然加氨能较好的杀死田螺及蚌，并且具有加药量少，成本低等优点，但由于其具有腐蚀性，故现场采用添加此类物质对设备是不安全的，同样，硫酸铜对紫铜管也具有腐蚀性，建议不用于现场试验。
而复合型杀生剂对铜管无任何腐蚀性，在添加药剂24h后，试片表面光亮如初，虽然加药量高于氨，但因为不对设备产生任何危害，并能较好地杀死田螺及蚌，故建议采用复合型杀生剂用于现场试验。
3.4 复合型杀生剂的时效试验
当复合型杀生剂用于现场试验时，考虑加药时间对设备的影响，我们进行了杀生剂的时效试验，试验结果见表4。
4 经济效益分析
总冷却水水量为260×3+20=800m3/h，按下列两种不同运行方式计算如下：
1)运行中不停机添加杀生剂，加药时间为12h，按加药量50mg/L计算，全年总加药量为：5.760+2.880=8.640t；全年共需费用：1.6万元/t×8.64t=13.824万元。
2)停机加杀生剂，按加药量200mg/L、一次性投加计算，全年总加药量为：160kg/次×24次=3840kg=3.840t；全年共需费用：1.6万元/t×3.840t=6.144万元。
此外，我们还用提高温度、浊度和紫外光照、超声波处理等处理方法进行了试验，针对该水电站冷却水系统中长有田螺及蚌的实际情况，结合我们所进行的试验可知，采用物理方法或化学方法均能有效地杀死冷却水系统中的田螺及蚌，两种方法各具有其优缺点。现场采用化学方法处理，效果显著。