1、工业水中微生物的产生和危害
石油化工中的工业水系统一般是指饮用水、工艺水、循环水、脱盐水、锅炉水、蒸汽冷凝液、污水处理及回用等系统。为保证以上工业水能满足生产装置和生活的需要，一般都要进行不同的工艺处理使工业水的结垢倾向、腐蚀程度、微生物和污染物数量达到合理的水平，特别是饮用水、循环水、污水回用系统对微生物的控制尤为重要。
微生物是指各类非常小的单细胞生物，一般肉眼看不见，需要用显微镜才能看见。它们利用自然界中各种养料，繁殖迅速快。微生物的种类繁多，在自然界分为细菌、真菌、藻类及原生动物四大门类，这些门类的微生物在以上所述的饮用水、循环水、污水系统都能存在。
饮用水由于容易受到地上、地下污染物的污染，导致细菌和大肠杆菌超标。因此，饮用水的杀菌消毒是水处理过程中最重要的环节，是控制致病微生物传播的最主要的手段，其目的是阻止病原微生物进入人体。
在循环水系统中，有效控制微生物滋生、防止设备结垢和腐蚀成为循环水的三大难题。循环水系统的环境有利于细菌、真菌、藻类及原生动物等微生物生长繁殖，因为它不仅具备阳光、空气、水三个基本要素，而且温度、pH值也都适合微生物生存，特别是循环水中含有有机和无机营养物，再加上循环水浓缩之后，营养物浓度也相应浓缩了。此外，某些工艺物料的泄漏和加入的药剂也可能是营养物。例如，工艺泄漏的氨氮，加入的磷系药剂含的磷，都是菌藻的重要营养物。在循环水系统中，由于水的循环，使出水又返回系统，即使有部分排污水微生物也难以排出。因此，即使微生物不生长繁殖，随着浓缩倍数的升高，微生物的数量也会成倍增加。如果补充水是很清洁的水，细菌总数一般每毫升约为10²-10³个，将其加入循环水系统中，如不严格杀菌，即使浓缩到2-3倍，细菌总数也完全可能增长到每毫升10⁴-10⁵个；如果是在夏季循环水补水使用中水的情况下，微生物在短时间内将成几何数量级爆发。
在循环水中的微生物群体及其分泌物可以形成胶粘状物的粘泥，粘泥为污垢的一部分，是由微生物形成的软垢。粘泥的危害：①粘泥附着影响传热，使换热器污垢热阻增加，换热效率大大降低；②附着的粘泥还使化学处理药剂与设备隔绝，使缓蚀阻垢剂发挥不了作用；③粘泥附着形成垢下缺氧而产生电化学腐蚀，既垢下腐蚀。因此，微生物的危害在循环水系统中是很严重的，与水垢、电化学腐蚀比起来，其危害更胜一筹。事实上每个循环水用户每年要花费大量的精力和财力，添加大量的化学杀菌剂来控制微生物达到一定的水平。
由于石油化工生产的特点，化工装置排放的污水和循环水一样有利于细菌、真菌、藻类及原生动物等微生物生长繁殖，特别是石油化工污水中含有丰富的有机和无机营养物，因此污水中微生物非常丰富，尤其在夏季更加明显，据化验分析细菌总数一般在每毫升数百个至数万个。为了节水减排，很多石油化工装置的达标污水经过适度处理后回用于循环水系统，或经过除盐装置处理后作为更优质的水使用。在污水回用装置中如不严格杀菌，如此高数量级微生物的污水将会对循环水系统和除盐装置中的超滤、反渗透、电渗析等系统产生严重污堵，影响污水回用装置的正常运行。一般来说每天处理10kt规模的污水回用装置，每年杀菌剂费用可达百万元。对于采用双膜法的污水回用装置，由于氧化性杀菌剂的投加，还要在反渗透膜前投加还原剂消除水中的余氯，以保护反渗透膜的安全，同时投加的杀菌剂还会对反渗透膜造成压力。
2、工业水杀菌的方式
如上所述，微生物对工业水系统正常运行带来很大的危害。完全消灭水中的微生物，技术上不可能，经济上也很不合理。因此，只需将其控制在合理的水平之内。工业水杀菌消毒的主要方法可分为两大类，即化学消毒法和物理消毒法。
2.1、化学消毒法
化学消毒法是向饮用水、循环水、污水回用系统中投加有机或无机的化学药剂—杀菌剂，杀死或抑制微生物的繁殖，从而达到控制微生物的目的。各种杀菌剂以各种方式杀伤微生物，有的能穿透其细胞壁，破坏细胞体内的蛋白质，使微生物死亡；有的能破坏微生物中的酶，使微生物的新陈代谢失调，从而使微生物窒息死亡或抑制繁殖；有的阳离子表面活性剂能减少细胞壁的可透性，影响微生物吸收营养物及体内的废物的排泄，使微生物死亡。目前国内一般采用的化学消毒方法有加氯消毒，二氧化氯消毒，臭氧消毒等。化学消毒法操作得当，其杀生率可达90%以上。化学消毒的缺点：：
(1)产生副产物，且有局限性。氯消毒是用得最多的常规消毒方式，研究表明氯是致癌、致畸、致突变的“三致”物质，用于饮用水消毒对人体健康和生态安全的影响大，同时氯消毒对部分致病微生物（如隐孢子虫、贾第虫）不能杀灭，其消毒效果也有局限性。臭氧消毒研究也产生次生污染的问题，且不能持久维持杀菌能力，并且臭氧制备的设备投资及能耗比较高。
(2) 有安全隐患。二氧化氯消毒虽然可避免产生次生污染物，但二氧化氯与空气接触易爆炸，不易运输，所以需现场制备，为此现场制备设备应采用成套设备，要求管理和操作有严格安全措施。
(3) 成本高，对水质影响大。杀菌剂一般为间歇和连续投加方式，容易造成杀菌剂投加量不均匀，使水中微生物控制不平稳，水质变坏；另外由于微生物的抗药性，投加的杀菌剂量要逐渐增加，特别是工业中水用于夏季循环水补水情况下，异养菌数量会增长很快，需要临时投加大量杀菌剂控制微生物，同时还要使用大量的水进行置换，来降低循环水的浊度。大量投加杀菌剂不仅费用高，而且余氯升高会造成设备腐蚀，特别是对铜材制设备容易造成脱锌，同时会限制浓缩倍数的提高。据统计，在循环量10kt/h左右、使用工业中水50%的循环水系统中，循环水杀菌剂年费用近百万元，如此高的费用有可能造成中水回用很不经济。
(4) 对污水处理系统有副作用。对于循环水排污到污水生物处理的场合，大量的杀菌剂必将导致污水生化系统效率下降，增加环保压力。
2.2、物理消毒法
紫外线消毒是不会产生消毒副产物、不会造成二次污染、杀生率高的物理消毒法。
紫外线是波长介于200-380nm的电磁波，其中200-280nm一般称UVC或紫外C，为消毒波长范围。用于工业水消毒的紫外线是人工产生的，它是在电弧激发下由金属蒸汽释放的波长为254nm左右的电磁波。其杀菌原理是：紫外线穿透生物的细胞膜，破坏微生物的基因构造，抑制其繁殖，从而导致其死亡。与传统的化学消毒相比，紫外线消毒有下列优点：
(1) 不产生副产物、无二次污染。紫外线杀菌不加入任何化学药剂，不改变水中任何成分和化学特性，因此它不会对水体和周围环境产生二次污染，不产生对人体和生态有毒、有害的副产物。
(2) 广谱、高效。紫外线杀菌的广谱性是很高的，它对几乎所有的细菌、病毒的灭杀率都能达到99%以上，特别是对抗氯性的致病微生物隐孢子虫包囊和贾第虫卵囊有特效消毒作用。同时，紫外线杀菌还避免了由于投加氯气、二氧化氯、次氯酸钠等氯系杀菌剂造成的循环水中氯离子的大幅提高，有利于提高浓缩倍数。
(3) 安全、可靠、稳定。与传统化学消毒法相比，紫外线消毒不存在安全隐患，不增加AOC、BDOC等损害饮用水管网水质生物稳定性的副产物，同时能降低嗅、味和分解微量有机污染物，全面提高水质。另外紫外线消毒受水温、pH等因素影响小、效果稳定。
(4) 占地面积小、结构简单，投资回报率较高。紫外线杀菌器投资较少，用于消毒的电耗很低，吨水电耗仅为0.012-0.015kWh，用于循环水和工业中水回用系统中，一般在两年半可收回投资。同时由于紫外线消毒器构造简单，只需要很小的占地面积。
紫外消毒的缺点是：离开紫外线消毒后水中不能保持杀菌能力。对于这个问题常常是采用在消毒后再向水中补充部分余氯，但此时投量可明显减少。
由于紫外线具有以上优点，自90年代以来在发达国家得到大大推广应用。目前美国、加拿大、欧洲等发达国家十分重视紫外线消毒技术的研发和应用推广。紫外线及其组合工艺在发达国家正在被广泛应用于污水处理、饮用水处理、中水回用处理、远洋船舶压载水处
理、油田回注水消毒和游泳池水处理等系统的消毒技术单元，同时也逐渐在纯水制备、室内
空气净化和其它水处理行业消毒中得到应用。在国内自2003年以来紫外线消毒技术的应用，
尤其在水处理行业得到快速发展，2004年仅污水处理行业国内紫外消毒市场就实现一个亿左右的销售额，紫外线的市场需求正在以每年20%-50%速度增长。据不完全统计目前国内紫外线杀菌成功的实例见表1。
表1国内紫外线杀菌技术应用实例

3工业水紫外线杀菌的可行性
3.1紫外线杀菌的技术可行性
技术可行性是指被实施杀菌的工业水，应具备一定的紫外线透光率。研究表明，当工业水的浊度小于15NTU时，紫外线透光率可达85%以上，如果此时在20mj/cm²时紫外线剂量下，经过1-2s即可达到生物灭杀率99%以上。石油化工的工业水系统基本均能满足紫外线杀菌的条件，如饮用水、排放污水、污水回用中的中水浊度均小于3NTU；循环水浊度一般小于15NTU，并且循环水场设计的水循环一周时间小于1.5h，可以实现反复、连续的杀菌效果。紫外线杀菌实验室试验也证明，该技术的可行性。
2010年1月1日，清华大学某实验室在天津分公司某循环水吸入池中取水样，然后在实验室进行了紫外线杀菌试验，结果如下：
取样地点：循环水泵入口
取样时间：2010-01-01T09：25
试验结果:（水样浊度：5.11NTU）

实验表明，在紫外剂量20mj/cm²下，紫外线杀菌去除率为99.9%以上。
2010年1月1日，清华大学某实验室在天津分公司某污水回用装置超滤膜前取中水样（未加杀菌剂），然后在实验室进行了紫外线杀菌试验，结果如下：
取样地点：超滤前水池
取样时间：2010-01-01T09：12
试验结果:（水样浊度：2.61NTU）

实验表明，在紫外剂量40mj/cm2下，紫外线杀菌去除率为99.7%以上。
3.2、紫外线杀菌的经济可行性
紫外线杀菌的经济效益和由此带来的综合效益是显著的，以饮用水、循环水和污水紫外线杀菌为例:
对于饮用水采用紫外线杀菌，经济效益是次要的，主要是考虑“饮水安全”。
对于循环量10t/h左右的循环水系统，采用投加二氧化氯杀菌剂每年约需要90t，费用126
万元；采用紫外线杀菌每年可以节约药剂费100万元，扣除每年紫外线运行费36万元，每
年净节约64万元以上，三年可收回投资。同时由于紫外线能实现反复、连续杀菌方式，能使循环水中微生物稳定控制每毫升在50个左右水平，使循环水由原来腐蚀、结垢、微生物控制的“三元一次方程式”，变成了重点控制腐蚀、结垢的“二元一次方程式”。由此带来的设备长周期运行、节水减排、减少对污水场的冲击等综合效果是传统杀菌方式无法比拟的。
对于每天处理10kt能力的双膜法中水装置，每年用于杀菌的二氧化氯和还原剂费用超
过80万元，采用紫外线杀菌每年可节约药剂费60万元以上，扣除每年紫外线运行费16万元，两年可收回投资，同时，还可以起到延长超滤、反渗透膜的运行寿命和提高中水装置运行周期等效果。
3.3、紫外线杀菌的注意事项
(1)为保证杀菌效果，工业水介质要全部通过紫外线杀菌器。另外，紫外线杀菌器内部的紫外线灯管，长时间浸泡在水中容易产生粘泥，降低透光率影响杀菌效果。因此，紫外线灯管外部要安装自动清洗系统。
(2)紫外线用于饮用水杀菌时，紫外线杀菌器的安装要尽量靠近用户端，防止杀菌后的二次污染。
(3)紫外线杀菌用于循环水时，紫外线杀菌器需安装在循环水泵的出口或入口处，这样可以减少杀菌后的二次污染。但是对于大循环量的场合，由于循环水泵进出口管线直径很大，加之空间狭小，使紫外线杀菌器安装十分困难，这种情况下可以安装在每间凉水塔的进水管线上。这种方式的弊端是杀菌后的循环水在凉水塔内和空气接触有被细菌污染的可能，但是此方式的优点是不停车可以实施，非常便于施工。
综上所述，紫外线杀菌应用于饮用水、污水、循环水等石油化工工业水系统中，技术可行、性价比高、综合效益显著，具有很大的发展潜力，特别是在循环水系统中紫外线杀菌具有反复、连续杀菌的功能，更适合采用该技术。