冷却水システム内のバクテリアの過剰負荷は、バイオフィルム、堆積物下の腐食を直接引き起こし、最大で 熱伝達効率の 30% の損失 。最も効果的な解決策は、体系的な殺生物剤と殺藻剤の選択プロトコルです。 200 を超える産業システムの現場データに基づく: pH < 8.5 および保持時間 > 30 分の場合、連続制御には酸化性殺生物剤 (塩素、臭素、ClO₂) を使用します。 。有機負荷の高いシステムまたは既存のバイオフィルムの場合は、適用します。 非酸化性殺生物剤（イソチアゾリノン、グルタルアルデヒド、DBNPA）を 5 ～ 7 日ごとにショック用量で投与 。藻類の増殖には、銅ベースまたは第四級アンモニウム系の殺藻剤と日光の遮断を組み合わせる必要があります。耐性を防ぐために 2 つの異なる非酸化性殺生物剤を常に交互に使用し、ATP テストによって制御を検証します (目標 <500 RLU)。
細菌の過剰負荷とその運用への影響を理解する
冷却水システム、特に開放型再循環塔は、20 ～ 45°C、一定の通気、栄養豊富な水など、細菌の増殖に理想的な条件を提供します。細菌数が超えると 10⁵ CFU/mL 、浮遊細菌は急速に固着性バイオフィルムを形成します。バイオフィルムの厚さがわずか 0.5 mm であると、圧力損失が 20% 増加し、チラー効率が低下する可能性があります。 15～25% 。さらに、バイオフィルムの下にある硫酸塩還元細菌（SRB）は、局所的な孔食を一定の速度で加速します。 10～20倍 クリーンシステムよりも。 500 トンの冷却塔に関するある研究では、制御されていない細菌の過剰負荷により、コンプレッサーのエネルギー使用量が 40% 増加し、18 か月以内にチューブの早期故障が発生しました。
藻類のブルームは通常、太陽光にさらされる冷却塔の充填物や盆地で発生し、空気の流れを制限し、微生物の影響による腐食 (MIC) を促進します。藻類、細菌、原生動物の組み合わせにより、破片を捕捉する粘着性のマトリックスが形成され、自己持続的な汚染サイクルが形成されます。
殺生物剤および防藻剤の選択における重要な要素
間違った化学薬品の選択は、治療失敗の主な原因です。以下は、経験的閾値によって裏付けられた、殺生物剤の有効性を直接決定する重要なパラメーターです。
pHと水の化学
遊離塩素 (HOCl) は、pH 7.5 を超えると次亜塩素酸塩 (OCl⁻) に解離し、その殺生物力の > 80% を失います。 pH 8.0 では、3-log の殺菌に必要な接触時間です。 緑膿菌 0.5分から4分に増加します。 臭素系殺生物剤は pH 8.8 まで効果を維持します。 そのため、アルカリ冷却水に適しています。二酸化塩素 (ClO₂) は、pH 4 から 10 まで独立して作用し、殺菌効果はほぼ一定です。
システムの保持時間と温度
保持時間 (システム容積を再循環速度で割ったもの) が暴露を決定します。保持時間が 30 分未満のシステムの場合、イソチアゾリノンのような遅効性の非酸化性殺生物剤は、 1 ～ 3 ppm がアクティブ 。 DBNPA やグルタルアルデヒドなどの速効性化学物質は 2 ～ 4 時間以内に 99% を殺菌し、断続的なショック投与に適しています。温度が 40°C を超えると、多くの非酸化性殺生物剤の分解が加速されます。イソチアゾリノンの半減期は、30°C で 10 時間から 45°C では 2 時間未満に低下します。
有機負荷とバイオフィルムの存在
COD が上昇すると (>50 mg/L)、酸化性殺生物剤が急速に消費されます。現場の例では、有機キャリーオーバーが必要な食品加工工場の冷却塔 通常の塩素投与量の3倍 0.5 ppm の残留量を維持します。確立されたバイオフィルム (ATP >2,000 RLU またはディップスライドカウント >10⁵ CFU/mL で検出) の場合は、浸透性の非酸化性殺生物剤を使用します。 グルタルアルデヒド 100 ～ 200 ppm 6 時間 またはグルタルアルデヒド第四級アンモニウムの組み合わせ。
冷却水システム用殺生物剤の種類
殺生物剤は 2 つの機能カテゴリに分類されます。それぞれに特定のアプリケーション ウィンドウと制限があります。次の表は、選択のガイドとして並べて比較したものです。
| 殺生剤の種類 | 作用機序 | 有効pH範囲 | 典型的な投与量 | 主な利点 | 制限事項 |
|---|---|---|---|---|---|
| 塩素（ガス、次亜塩素酸塩） | 細胞壁酵素の酸化 | 6.0～7.8 | 0.2 ～ 1.0 ppm の遊離残留物 | 低コスト、即効性 | pH >8では効果がなく、腐食性がある |
| 臭素（BCDMB、活性化臭化物） | HOBrによる酸化 | 6.0～8.8 | 総臭素 0.2 ～ 1.5 ppm | 高pHでも効果を維持 | 塩素よりも化学コストが高い |
| 二酸化塩素 (ClO₂) | タンパク質構造の酸化 | 4.0～10.0 | 0.1 ～ 0.5 ppm 残留 | バイオフィルムに浸透し、THM を形成しない | オンサイトでの生成が必要 |
| イソチアゾリノン | 酵素阻害（TCAサイクル） | 7.0～8.5 | 1 ～ 5 ppm 衝撃、0.5 ～ 1 ppm 連続 | 広範囲のスペクトル、48 時間安定 | ゆっくりと殺菌 (6 ～ 12 時間)、毒性の懸念 |
| グルタルアルデヒド | 架橋タンパク質 | 7.0～8.5 | 100 ～ 200 ppm 衝撃、10 ～ 30 ppm 連続 | 優れたバイオフィルム浸透力 | 高用量、アンモニアと反応する |
| DBNPA | チオール含有酵素のブロック | 5.0～8.0 | 10 ～ 50 ppm の衝撃 | 非常に迅速な殺害 (<1 時間) | 急速に加水分解します (半減期 2 ～ 8 時間) |
殺藻剤: いつ、どのように使用するか
藻類には、細菌性殺生物剤とは別に特別な管理が必要です。緑藻類、藍藻類 (シアノバクテリア)、および珪藻は、濡れた日光に照らされた表面に定着します。 1 cm² の 1 枚の藻類マットには、最大で 10⁶バクテリア 、殺藻剤の散布が重要な予防策となっています。
冷却水には 2 つの効果的な殺藻剤ファミリーが存在します。
- 銅系殺藻剤 (キレート銅、硫酸銅): 0.2 ～ 0.5 ppm Cu2⁺ で効果的。キレート化された形態は、pH > 8.0 での沈殿を防ぎます。ただし、銅はアルミニウムを腐食する可能性があり、水生生物に対して有毒であるため、厳密なブローダウン制御が必要です。
- 第四級アンモニウム化合物（クワット） : 塩化ベンザルコニウムまたはポリクオタニウムは 2 ～ 10 ppm で藻類の細胞膜を破壊します。また、二次的な細菌制御も提供します。クワットは非腐食性ですが、高硬度の水中で発泡する可能性があります。
フィールドデータは次のことを示しています 非酸化性殺藻剤（例えば、5 ppm のクワット）を毎週添加すると、藻類バイオマスが 90% 以上減少します 不透明なフィルカバーと組み合わせるか、太陽光への曝露を軽減した場合。重度のブルームの場合は、20 ppm の銅キレートによるショック処理と、それに続く 0.3 ppm の残留臭素による継続的なブルーム処理が再発を防ぎます。
適用戦略の開発: 衝撃と連続および殺生物剤のローテーション
最適なプログラムには、継続的な低レベル制御と定期的なショック線量の両方が統合されています。酸化性殺生物剤 (臭素または ClO₂) を継続的に供給すると、ベースライン残留量が維持されます。 0.2～0.5ppm プランクトンの増殖を抑制します。次に、5 ～ 7 日ごとにショック量の非酸化性殺生物剤を適用して、バイオフィルムで保護された微生物を殺します。ショックの量はシステムのボリュームに基づいて決定する必要があります。
- システム容積 (冷却槽配管熱交換器) を計算します。
- グルタルアルデヒドの場合: 100 ～ 200 ppm の活性物質を追加します。ブローダウンせずに 4 ～ 6 時間循環させます。
- DBNPA の場合: 30 ～ 50 ppm を追加します。 2時間保持します。
- 耐性を防ぐために、2 つの異なる非酸化性殺生物剤を 2 週間ごとに交互に使用します (例: 1 週目: イソチアゾリノン、3 週目: グルタルアルデヒド)。
事例：石油化学プラントの1,200m3循環冷却システム 臭素（0.4 ppm 連続）とグルタルアルデヒド（150 ppm 5 時間）と DBNPA（40 ppm 2 時間）を毎週交互に使用する殺生物剤ローテーションを実施した後、総細菌数が 5×106 CFU/mL から <104 CFU/mL に減少しました。熱交換効率の回復によるエネルギー節約は、年間 48,000 ドルと計算されました。
モニタリングと投与量調整: 重要な指標
現実世界での監視がなければ、殺生物プログラムは失敗します。実用的なデータを提供する 3 つの実践的な方法:
- ディップスライド (標準従属栄養性プレート数) : 毎週のインキュベーションにより CFU/mL が得られます。クローズドループの場合は <104 CFU/mL、オープンタワーの場合は <105 CFU/mL を目標にします。カウントが 10⁶ を超える場合は、ショックの頻度を増やします。
- アデノシン三リン酸（ATP）検査 : 総微生物活動を測定します。最適な冷却水: <500 RLU。 RLU が 2,000 を超える場合はアクションが必要です。 ATP では即日調整が可能です。
- 酸化還元電位（ORP） : 酸化性殺生物剤の場合、ORP を 650 ～ 750 mV (pH 補正) に維持します。 ORP が 600 mV 未満の場合は、残留が不十分であることを示します。
投与量を調整するときの一般的な経験則は、2 回連続の治療後に ATP レベルが 1,500 RLU 以上に留まる場合、ショック濃度を 30% 増加させることです。連続給紙の場合は、 ヴールマンの公式 : 必要な残留量 (ppm) = (入ってくる細菌ログの殺菌 × 0.2) / 保持時間 (時間)。たとえば、4 時間の保持で 3-log の殺菌には 0.15 ppm の遊離臭素が必要です。
よくある落とし穴と証拠に基づいた解決策
適切に設計されたプログラムであっても、予測可能なミスが原因で失敗することがあります。特定の修正措置を講じてこれらを回避してください。
- 落とし穴: 高COD水では酸化性殺生物剤のみを使用します。 解決策: 有機需要を減らすために非酸化性殺生物剤で前処理し、その後塩素または臭素で処理します。
- 落とし穴: ショック療法は頻繁に行わない (14 日ごと)。 解決策: バイオフィルムは 72 ～ 96 時間で再成長します。少なくとも7日ごとにショックを与える。 50 のタワーからのデータは、毎週のショックでは SRB カウントが 3.5 ログ減少するのに対し、隔週のショックでは 1.2 ログ減少することを示しています。
- 落とし穴: スケール抑制剤との殺藻剤の適合性を無視します。 解決策: ポリアクリレートまたはホスホネートスケール抑制剤を使用する場合は、カチオン性第 4 級殺藻剤を避けてください (沈殿物が形成されます)。代わりに、非イオン性または銅ベースの殺藻剤を使用してください。
- 落とし穴: ローテーションを行わずに製品 A に依存しすぎる。 解決策: イソチアゾリノンとグルタルアルデヒドを 4 ～ 6 週間ごとにローテーションします。これにより、2 年間で耐性の発生が 45% から 5% 未満に減少します。
結局のところ、冷却水処理プログラムを成功させるには、「最良の」殺生物剤が必要ではなく、化学をシステムの水力学、化学、微生物群集に適合させることが重要です。上記の選択ガイドラインを実施し、ATP またはディップ スライドでモニタリングし、保持時間と有機負荷に基づいて投与量を調整します。この体系的なアプローチにより、バクテリアの過負荷の制御が保証され、腐食が最小限に抑えられ、エネルギー効率が最適化されます。
