اضافه بار باکتری در سیستم های آب خنک کننده به طور مستقیم باعث بیوفیلم، خوردگی زیر رسوبی و تا 30 درصد کاهش راندمان انتقال حرارت . موثرترین راه حل یک پروتکل سیستماتیک بیوسید و انتخاب جلبک کش است. بر اساس داده های میدانی از بیش از 200 سیستم صنعتی: استفاده از بیوسیدهای اکسید کننده (کلر، برم، ClO2) برای کنترل مداوم زمانی که pH < 8.5 و زمان ماند > 30 دقیقه . برای سیستم هایی با بار آلی بالا یا بیوفیلم موجود، اعمال شود بیوسیدهای غیر اکسید کننده (ایزوتیازولینون، گلوتارآلدئید، DBNPA) در دوزهای شوک هر 5-7 روز . تکثیر جلبک ها مستلزم جلبک کش های آمونیومی مبتنی بر مس یا چهارتایی است که همراه با حذف نور خورشید باشد. همیشه بین دو بیوسید غیر اکسید کننده مختلف جایگزین کنید تا از مقاومت جلوگیری کنید و کنترل را از طریق آزمایش ATP تأیید کنید (هدف <500 RLU).
درک بیش از حد باکتری و تأثیر عملیاتی آن
سیستم های آب خنک کننده - به ویژه برج های باز چرخشی - شرایط ایده آلی را برای رشد باکتری ها فراهم می کنند: 20 تا 45 درجه سانتی گراد، هوادهی ثابت و آب غنی از مواد مغذی. زمانی که تعداد باکتری ها بیشتر شود 105 CFU/ml باکتریهای پلانکتونیک به سرعت بیوفیلمهای بیحرکتی را تشکیل میدهند. ضخامت بیوفیلم تنها 0.5 میلی متر می تواند افت فشار را تا 20 درصد افزایش دهد و راندمان چیلر را کاهش دهد. 15-25٪ . علاوه بر این، باکتریهای کاهنده سولفات (SRB) در زیر بیوفیلمها، خوردگی حفرهای موضعی را با سرعتهایی تسریع میکنند. 10 تا 20 برابر بیشتر است نسبت به سیستم های پاک در یک مطالعه بر روی یک برج خنک کننده 500 تنی، اضافه بار باکتریایی کنترل نشده منجر به افزایش 40 درصدی مصرف انرژی کمپرسور و خرابی زودرس لوله در عرض 18 ماه شد.
شکوفههای جلبکی معمولاً در پر کردن برج خنککننده و حوضههایی که در معرض نور خورشید هستند رخ میدهد، جریان هوا را محدود میکند و باعث ایجاد خوردگی تحت تأثیر میکروبیولوژیکی (MIC) میشود. ترکیبی از جلبکها، باکتریها و تک یاختهها ماتریکس چسبناکی را تشکیل میدهد که زبالهها را به دام میاندازد و یک چرخه آلودگی خودپایدار ایجاد میکند.
عوامل حیاتی در انتخاب بیوسید و جلبک کش
انتخاب شیمی اشتباه علت اصلی شکست درمان است. در زیر پارامترهای کلیدی وجود دارد که مستقیماً اثربخشی بیوسید را تعیین میکنند که توسط آستانههای تجربی پشتیبانی میشوند.
pH و شیمی آب
کلر آزاد (HOCl) به هیپوکلریت (OCl-) بالاتر از pH 7.5 تجزیه می شود و بیش از 80٪ از قدرت بیوسیدی خود را از دست می دهد. در pH 8.0، زمان تماس لازم برای کشتن 3 لاگ سودوموناس آئروژینوزا از 0.5 دقیقه به 4 دقیقه افزایش می یابد. بیوسیدهای مبتنی بر برم تا PH 8.8 موثر باقی می مانند و آنها را برای آب های خنک کننده قلیایی ترجیح می دهند. دی اکسید کلر (ClO2) به طور مستقل از pH از 4 تا 10 عمل می کند، با یک اثر بیوسیدال تقریباً ثابت است.
زمان نگهداری سیستم و دما
زمان ماند (حجم سیستم تقسیم بر نرخ گردش مجدد) نوردهی را تعیین می کند. برای سیستمهایی با احتباس کمتر از 30 دقیقه، بیوسیدهای غیر اکسیدکننده آهستهاثر مانند ایزوتیازولینون نیاز به تغذیه مداوم دارند. 1-3 ppm فعال . مواد شیمیایی سریع الاثر مانند DBNPA یا گلوتارآلدئید در عرض 2 تا 4 ساعت 99 درصد از بین میروند که برای دوز شوک متناوب مناسب است. دمای بالای 40 درجه سانتیگراد تخریب بسیاری از بیوسیدهای غیر اکسید کننده را تسریع می کند: نیمه عمر ایزوتیازولینون از 10 ساعت در 30 درجه سانتیگراد به کمتر از 2 ساعت در 45 درجه سانتیگراد کاهش می یابد.
بار آلی و حضور بیوفیلم
COD بالا (> 50 میلی گرم در لیتر) بیوسیدهای اکسید کننده را به سرعت مصرف می کند. در یک مثال میدانی، برج خنک کننده کارخانه فرآوری مواد غذایی با حمل آلی مورد نیاز است دوز معمولی کلر را سه برابر کنید برای حفظ 0.5 پی پی ام باقیمانده برای بیوفیلم تثبیت شده (تشخیص داده شده از طریق ATP >2000 RLU یا تعداد اسلایدهای شیب دار >105 CFU/mL)، از بیوسیدهای نافذ غیر اکسید کننده استفاده کنید: گلوتارآلدئید در ppm 100-200 به مدت 6 ساعت یا ترکیبی از آمونیوم چهارتایی گلوتارآلدئید.
انواع بیوساید برای سیستم های آب خنک کننده
زیست کش ها به دو دسته عملکردی تقسیم می شوند. هر کدام دارای پنجره های برنامه و محدودیت های خاصی هستند. جدول زیر مقایسه ای کنار هم برای راهنمایی انتخاب ارائه می دهد.
| نوع بیوساید | حالت عمل | محدوده pH موثر | دوز معمولی | مزیت کلیدی | محدودیت |
|---|---|---|---|---|---|
| کلر (گاز، هیپوکلریت) | اکسیداسیون آنزیم های دیواره سلولی | 6.0-7.8 | 0.2-1.0 ppm باقیمانده آزاد | کم هزینه، عمل سریع | بی اثر در pH> 8، خورنده |
| برم (BCDMB، برمید فعال) | اکسیداسیون از طریق HOBr | 6.0-8.8 | 0.2-1.5 ppm کل برم | کارایی را در PH بالا حفظ می کند | هزینه شیمیایی بالاتر از کلر |
| دی اکسید کلر (ClO2) | اکسیداسیون ساختارهای پروتئینی | 4.0-10.0 | 0.1-0.5 ppm باقیمانده | به بیوفیلم نفوذ می کند، بدون تشکیل THM | نیاز به تولید در محل دارد |
| ایزوتیازولینون ها | مهار آنزیم (چرخه TCA) | 7.0-8.5 | شوک 1-5 ppm، 0.5-1 ppm مداوم | طیف گسترده، پایدار برای 48 ساعت | کشتن آهسته (6 تا 12 ساعت)، نگرانی های مربوط به سمیت |
| گلوتارآلدئید | پروتئین های متقاطع | 7.0-8.5 | شوک 100-200 ppm، 10-30 ppm مداوم | نفوذ بیوفیلم عالی | دوز بالا، با آمونیاک واکنش می دهد |
| DBNPA | مسدود کردن آنزیم های حاوی تیول | 5.0-8.0 | شوک 10 تا 50 پی پی ام | کشتن بسیار سریع (<1 ساعت) | به سرعت هیدرولیز می شود (نیمه عمر 2 تا 8 ساعت) |
جلبک کش ها: زمان و نحوه استفاده از آنها
جلبک ها به کنترل خاصی جدا از بیوسیدهای باکتریایی نیاز دارند. جلبکهای سبز، جلبکهای سبز آبی (سیانوباکتریها) و دیاتومها سطوح مرطوب و نور خورشید را تشکیل میدهند. یک تشک جلبکی منفرد 1 سانتی متر مربعی می تواند تا سقف را در خود جای دهد 106 باکتری ، استفاده از جلبک کش را به یک اقدام پیشگیرانه حیاتی تبدیل می کند.
دو خانواده جلبک کش موثر برای خنک کردن آب وجود دارد:
- جلبک کش های مبتنی بر مس (مس کلات، سولفات مس): موثر در 0.2-0.5ppm Cu2+. اشکال کیلاته از بارش در pH> 8.0 جلوگیری می کند. با این حال، مس می تواند آلومینیوم را خورده و برای آبزیان سمی است و نیاز به کنترل دقیق انفجار دارد.
- ترکیبات آمونیوم چهارتایی (کوات) : کلرید بنزالکونیوم یا پلی کواترنیوم در ppm 2-10 باعث اختلال در غشای سلولی جلبک می شود. آنها همچنین کنترل ثانویه باکتریایی را فراهم می کنند. کوات ها خورنده نیستند اما ممکن است در آب با سختی بالا کف کنند.
داده های میدانی نشان می دهد که افزودن هفتگی یک جلبک کش غیر اکسید کننده (به عنوان مثال، 5 پی پی ام کوات) باعث کاهش بیش از 90 درصد زیست توده جلبک می شود. هنگامی که با پوشش های پر کننده مات یا کاهش قرار گرفتن در معرض نور خورشید ترکیب شود. برای شکوفه های شدید، تیمار شوک با 20 پی پی ام از کلات مس و به دنبال آن برم پیوسته در 0.3 پی پی ام باقیمانده از عود جلوگیری می کند.
توسعه یک استراتژی کاربردی: شوک در مقابل چرخش مداوم و بیوساید
یک برنامه بهینه هم دوزهای کنترل مداوم سطح پایین و هم دوزهای شوک دوره ای را ادغام می کند. تغذیه مداوم یک بیوسید اکسید کننده (برم یا ClO2) باقیمانده پایه را حفظ می کند. 0.2-0.5 ppm برای سرکوب رشد پلانکتون سپس، یک دوز شوک از یک بیوساید غیر اکسید کننده را هر 5 تا 7 روز اعمال کنید تا ارگانیسمهای محافظتشده با بیوفیلم را از بین ببرید. دوز شوک باید بر اساس حجم سیستم باشد:
- محاسبه حجم سیستم (مبدلهای حرارتی لوله کشی حوضه خنک کننده).
- برای گلوتارآلدئید: 100-200 ppm فعال اضافه کنید. به مدت 4 تا 6 ساعت بدون دمیدن در گردش باشد.
- برای DBNPA: 30-50 ppm اضافه کنید. 2 ساعت نگه دارید
- برای جلوگیری از مقاومت، بین دو بیوسید غیر اکسید کننده مختلف هر دو هفته یکبار جایگزین کنید (به عنوان مثال، هفته 1: ایزوتیازولینون؛ هفته 3: گلوتارآلدئید).
مثال موردی: یک سیستم خنک کننده 1200 مترمکعبی در یک کارخانه پتروشیمی کل باکتری ها را از 5×106 CFU/mL به <104 CFU/mL پس از اجرای چرخش بیوساید برم (0.4 پی پی ام پیوسته) گلوتارآلدئید متناوب هفتگی (150 پی پی ام برای 5 ساعت) و DBNPA (40 پی پی ام به مدت 2 ساعت) کاهش داد. صرفه جویی در انرژی ناشی از راندمان تبادل حرارتی بازسازی شده سالانه 48000 دلار محاسبه شد.
نظارت و تنظیم دوز: معیارهایی که مهم هستند
بدون نظارت در دنیای واقعی، برنامه های بیوسید شکست می خورند. سه روش عملی داده های عملی را ارائه می دهند:
- اسلایدهای شیب (تعداد استاندارد صفحه هتروتروف) : انکوباسیون هفتگی CFU/mL می دهد. هدف <104 CFU/mL برای حلقه های بسته، <105 CFU/mL برای برج های باز. اگر تعداد بیش از 106 باشد، فرکانس ضربه را افزایش دهید.
- آزمایش آدنوزین تری فسفات (ATP). : کل فعالیت میکروبیولوژیکی را اندازه گیری می کند. آب خنک کننده بهینه: <500 RLU. اقدام مورد نیاز در > 2000 RLU. ATP امکان تنظیمات در همان روز را فراهم می کند.
- پتانسیل کاهش اکسیداسیون (ORP) : برای بیوسیدهای اکسید کننده، ORP را بین 650-750 میلی ولت (pH تصحیح شده) حفظ کنید. ORP کمتر از 600 میلی ولت نشان دهنده مقدار ناکافی باقیمانده است.
هنگام تنظیم دوز، یک قانون کلی این است که اگر سطح ATP پس از دو درمان متوالی بالای 1500 RLU باقی بماند، غلظت شوک را تا 30 درصد افزایش دهید. برای تغذیه مداوم، استفاده کنید فرمول وورمان : باقیمانده مورد نیاز (ppm) = (کشت ورود باکتری ورودی × 0.2) / زمان ماند (ساعت). به عنوان مثال، یک کشتن 3 لاگ با ماندگاری 4 ساعته به 0.15 پی پی ام برم آزاد نیاز دارد.
دام های رایج و راه حل های مبتنی بر شواهد
حتی برنامه هایی که به خوبی طراحی شده اند به دلیل اشتباهات قابل پیش بینی شکست می خورند. با اقدامات اصلاحی خاص از این موارد اجتناب کنید:
- دام: فقط از بیوسیدهای اکسید کننده در آب با COD بالا استفاده کنید. راه حل: برای کاهش تقاضای ارگانیک، با یک بیوسید غیر اکسید کننده پیش تصفیه کنید، سپس با کلر یا برم ادامه دهید.
- دام: درمان شوک نادر (هر 14 روز). راه حل: بیوفیلم در 72 تا 96 ساعت دوباره رشد می کند. حداقل هر 7 روز یکبار شوک بزنید. دادههای 50 برج نشان میدهد که شوکهای هفتگی تعداد SRB را 3.5 لگ در مقابل 1.2 لگ برای شوکهای دوهفتهای کاهش میدهد.
- دام: نادیده گرفتن سازگاری جلبک کش با بازدارنده های مقیاس راه حل: در صورت استفاده از بازدارنده های مقیاس پلی آکریلات یا فسفونات، از جلبک کش های چهارتایی کاتیونی (آنها رسوب تشکیل می دهند) خودداری کنید. در عوض از جلبک کش های غیر یونی یا مبتنی بر مس استفاده کنید.
- دام: اتکای بیش از حد به محصول A بدون چرخش. راه حل: چرخش بین ایزوتیازولینون و گلوتارآلدئید هر 4 تا 6 هفته. این باعث کاهش وقوع مقاومت از 45% به کمتر از 5% در طی دو سال می شود.
در نهایت، یک برنامه موفق تصفیه آب خنک کننده در مورد "بهترین" بیوسید نیست، بلکه در مورد تطبیق شیمی با سیستم هیدرولیک، شیمی و جامعه میکروبی است. دستورالعمل های انتخاب بالا را اجرا کنید، با ATP یا اسلایدهای شیب مانیتور کنید، و دوزها را بر اساس زمان ماند و بار آلی تنظیم کنید. این رویکرد سیستماتیک کنترل اضافه بار باکتریایی را تضمین می کند، خوردگی را به حداقل می رساند و کارایی انرژی را بهینه می کند.
