作者：曾贺湛 (珠海横琴能源发展有限公司，广东 珠海 519031)

[摘 要]在去除循环水中的微生物方面，电磁技术有着成本低效率高的特点，因此得到了广泛关注。本文对广东某公司的循环水菌藻生长情 况进行了描述，并根据现场实施结果对该公司冷站应用电磁装置杀菌灭藻的效果进行了评价，运行效果较佳；本文综述了当前电磁技术的总体 应用和研究情况及高频和变频电磁技术在杀灭循环水中微生物的研究进展，并综述了目前电磁技术杀菌机理的几大假说。最后对电磁技术的研 究前景进行了展望。

[关键词]电磁技术；循环水；微生物；机理；细胞结构

广东某公司有多套临时及固定站点的循环水冷却系统(简称 冷站)，但由于广东空气温暖潮湿，细菌及藻类活性较大，冷站冷 却塔的填料上易滋生大量的青苔及菌泥，堵塞填料造成换热面积 下降，换热效率降低。且水体里滋生细菌，导致水质污染，对管 道及换热器造成堵塞及腐蚀。我国长山热电厂 100 MW、200 MW 机组凝汽器和华能大连电厂 350 WM 机组凝汽器，在冗余面积、 产品损失和运行维护三个方面造成了约 28.1 亿元的损失[1]。 通常使用物理方法和化学方法去除工业循环水中微生物。化 学方法即加入杀菌剂，杀菌剂分为氧化型和非氧化型两大类，主 要包括季铵盐杀菌剂、二氧化氯、臭氧、二氯异氰尿酸钠(简称优 氯净)、三氯异氰尿酸(简称强氯精)、异噻唑啉酮以及戊二醛等。 但化学法需要定时定量投加杀菌剂，药品成本和人工成本较高、 且有化学残留会污染循环水。物理法包括磁场、高压静电场、超 声波等方法，环保无毒无污染、低成本易操作。其中磁场处理法 又分为永磁水处理和交变磁场水处理两种。永磁水处理设备是以 永磁铁产生高强度的磁场，但是磁场参数如方向等不能灵活变化； 而交变电磁水处理能调节磁感应强度、电磁频率、磁场方向等， 可应用的地点及可处理的水质范围较大，应用较为广泛。 因此，电磁技术在处理循环水中的微生物有着十分显著的优 势，应用电磁技术进行杀菌并研究其各影响因素并探究机理，有 利于现场中各电磁装置的高效长久运行，有益于提高各厂各企业 的经济性和安全性。

1 国内外研究现状

1.1 电磁技术应用研究现状 电磁技术起源于 1945 年，经过发展演变，该技术在杀灭水中 细菌和藻类等微生物方面取得了较大成就，在工业循环冷却水处 理领域得到了重点关注。但国内外对于电磁技术处理微生物方面 的研究大多集中在高频(频率大于 15 kHz)和变频方面[2-3]。低频电 磁场也能有效抑制循环冷却水中异养菌的生长繁殖，能达到很好 的杀菌效果[4]。扫频技术由于适应范围广，在石油、矿业探索、 检测和自来水消毒灯方面都有广泛应用[5]。 周红梅[6]等对比了脉冲高压静电场和电磁场对鱼腥藻的去除 效率，结果表明电磁场处理 160 h 后杀菌率可达 99.6 %，而脉冲 高压静电场杀菌率为 90.1 %。郗丽娟[7]等利用变频电磁发生装置 进行杀菌灭藻实验，处理时间为 60 min、水温 45 ℃、pH 为 9、 磁处理发生器管径为 2.61 cm 时 CODCr 去除率为 70 %，BOD5 去 除率为 84.62 %，细菌总数去除率为 88.64 %。李梅[8]等用 SEM 表 征细胞结构，结果表明电磁处理破坏了细胞膜的结构，使细胞丧 失了正常的生理功能而被杀灭。 除了对菌落数进行统计外，还可以通过建立模型使用数字方 法分析电磁处理对微生物的影响。徐佳宁[9]建立了铁细菌污垢热 阻模型和电磁场抑制铁细菌繁殖的理论模型。汤迪[10]通过建立细 菌在磁场中的运动模型，仿真了粘液形成菌的运动轨迹并分析了 交变磁场对粘液形成菌趋化运动特性的影响。

1.2 电磁技术杀菌机理 电磁技术的杀菌机理主要是一些假说和猜测，受技术等限制 很难深入研究。

1.2.1 磁场对细胞膜的影响 脉冲磁场通过电磁线圈转变为水中的脉冲磁场能，当脉冲波 由高电平转入低电平的瞬间，积聚在感应线圈上的能量由于电位 突然降低，产生强烈的冲击波，使镶嵌在细胞膜上的蛋白质的氨 基酸电偶极矩发生改变，影响细菌细胞膜的离子通透性。有研究 表明，磁场可以增强 Na/K 泵活性病影响 Ca2+通道，会影响到细 胞膜的通透性。

1.2.2 磁场对酶的影响 对于许多带金属活性中心基团的酶，在磁场作用下会产生运 动方向的变化，再加上洛伦兹力的作用，最终会使大分子结构发 生扭曲或者变形，从而改变酶的活性，因而细菌细胞正常的生理 活动也会受到影响[11]。部分酶有着一些相对较少或较弱的次级键， 磁场会影响这些次级键的稳定性。

1.2.3 交变磁场引起微生物内部的感应电流 当微生物的运动为切割磁感线运动，由于脉冲时间短，磁场 的变化率很大，会导致穿过细胞的磁通量变化并激励起细菌细胞 内的感应电流，产生电位差，甚至细胞膜上的离子通道被击穿， 细胞膜受到破坏。而且，质量小的电子和离子会受到洛伦兹力的 影响，导致细胞内的电子和离子不能正常传递，从而影响细胞正 常的生理功能[12]。

1.2.4 磁场中氧自由基的影响 此外，强频脉冲磁场的作用下还可使水分子氢氧键断裂，产 生一定量的活性的氧自由基，列如，O2 -、OH-、H2O2等，氧自由 基会破坏生物细胞的离子通道改变了细菌、藻类生存的生物场， 影响藻的新陈代谢，起到杀菌灭藻作用。 2 具体案例分析 图1为广东某公司冷站定期投加/不投加杀菌剂运行一段时间后冷却塔藻类生长情况。从图中可以看出，不管投加杀菌剂与否， 在经常有冷却水溅射在该循环水冷却塔的挡板上，该挡板上已经 形成了大片的菌藻。

图 2 是安装电磁防垢除垢装置后 3 个月的冷却塔图片。从图 中可以看出，侧边支架上几乎没有菌藻生长，金属网呈较好的银 白色，没有菌藻生长繁殖。

基于平板计数法对铁细菌的数量进行统计结果表明：电磁处 理 72 h 后的铁细菌数量极少，而未经电磁处理的铁细菌在经 72 h 的生长繁殖后数量较多，这表明电磁处理能有效抑制铁细菌的生 长繁殖。 该实施案例表明，电磁防垢除垢装置能有效抑制循环水中菌 藻类微生物的生长繁殖，尤其对于常规杀菌剂不能处理的微生物， 电磁防垢除垢装置依旧具有较佳的处理效果，有望进行推广。

3 前景展望 内电磁技术作为一种低成本、适用面广的技术，在杀灭工业 循环水细菌和藻类等微生物方面已经有较多的实施案例和研究， 尤其是高频和变频电磁场对微生物铁细菌、大肠杆菌等的灭杀研 究。除了常规的平板计数法计算电磁技术的杀菌效果，还可以用 污垢热阻、数学建模等方法研究微生物在电磁场中的生命活动。 总体来讲，电磁技术去除循环水中微生物的效果较好，能满足工 程需求。 但电磁技术去除循环水中微生物的实施和研究仅仅停留于杀 菌除垢等工业需求。由于高频和变频杀菌的高效性，众多研究集 中于高频和变频方面，因此在未来很长一段时间内，高频变频在 杀灭循环水微生物方面都是研究热点，而如何提高低频和扫频电 磁设备的杀菌效果也是一大热点。与此同时，电磁技术的杀菌机 理也会是研究的一大热点，如研究异养微生物在不同频率电磁场 下的生长繁殖情况和细胞形态变化、细胞膜变化等。电磁技术在 处理循环水中微生物的研究具有一定的环保价值和经济效益。