冷却水系统微生物污垢(Biofouling)的形成是极其复杂的动量、能量和质量传递过程，是多影响因素共同作用的结果。微生物污垢的存在可以减低设备工作性能，增加管道流动阻力，降低传热能力，污染水质及产品，诱导表面材料腐蚀等。重视微生物污垢的另一理由是，它可助长其他类污垢的积聚，常见的有水垢、颗粒污垢、腐蚀污垢，尤其是它和腐蚀污垢相伴生长产生所谓协同作用。除垢的最好措施是起始阶段限制微生物的生长，即延长微生物污垢的诱导期。因此对于微生物污垢形成机理及其诱导期的研究，可达到理想的阻垢、抑垢、和除垢的效果。本文主要工作如下:　　 1、为探索微生物污垢形成机理，指导开发大幅度延长微生物污垢诱导期的防垢技术，针对热设备微生物污垢及其诱导期的形成影响因素多、时变性强的特点，本课题提出了基于运行工况、水质参数和表面特性获取污垢数据的思路，对微生物污垢的形成进行了全工况动态模拟运行。以污垢热阻、流动压降两个主要污垢特性参数为目标，在线和离线同步检测10余种相关水质参数，研制了“微生物污垢主要特性参数的动态模拟监测系统”。进行了硬件设计和软件设计，实现了微生物污垢热阻和部分水质参数在线监测。并以水质碱度和硬度滴定过程中的溶液的RGB颜色值作为研究对象，基于图像技术开发了水质硬度和碱度自动滴定测量装置。　　 2、本文从能够影响污垢热阻的多个水质参数的总体规律出发，定性的分析了水质参数对微生物污垢形成的影响。对典型致垢微生物铁细菌(IB)、粘液形成菌(HB)和硫酸盐还原菌(SRB)进行了动态模拟，通过在线、离线监测了主要参数，获取了微生物污垢特性参数与相关水质参数数据。实验结果表明:三种细菌皆具有贴壁的致垢特性，能够在不锈钢管式换热器传热表面形成粘泥污垢，且细菌数量快速增长时，污垢热阻也迅速增加。　　 3、通过分析污垢形成机理和动态实验，确定换热面表面微生物污垢特性与各种水质参数的定性关系。在综合考虑致垢微生物在换热设备表面的传质和吸附过程基础上，建立了微生物污垢形成的传热传质模型。该模型基于微生物生长动力学原理，并考虑了微生物比生长速率、致垢物质的沉积与脱除速率，实现了微生物污垢与水质参数的关联，并实验验证了其准确性。　　 4、采用电化学方法结合计算机等效电路拟合，分别对粘液形成菌、硫酸盐还原菌、铁细菌在黄铜、不锈钢两种材料表面形成微生物膜的过程进行监测，基于污垢动态测量系统对粘液形成菌在黄铜和不锈钢两种换热器表面形成的微生物污垢的诱导期进行测量，并应用XPS技术对微生物污垢成分进行分析，利用SEM对测试材料结垢前后表面状态进行扫描。结果表明微生物膜主要是由粘液形成菌及其胞外聚合物形成的。　　 5、本课题选取易于在换热面或其他固体壁面上形成污垢的典型微生物-粘液形成菌、铁细菌作为研究对象，将软件部分与硬件部分相结合，利用图像处理技术将附着微生物的图像有效的进行二值化处理，从而计算出微生物的附着度。并对影响微生物附着的一些因素进行了研究，实验表明:铁细菌比粘液形成菌更容易在固体表面附着，微生物的附着度随着附着时间和浓度的增大先增大，而后减小。