น้ำหล่อเย็นที่เกิดจากแบคทีเรียมากเกินไป: คู่มือการเลือกไบโอไซด์และสาหร่าย

ทำความเข้าใจการมีแบคทีเรียมากเกินไปและผลกระทบในการดำเนินงาน

ระบบน้ำหล่อเย็น—โดยเฉพาะหอหมุนเวียนแบบเปิด—มีสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย: อุณหภูมิ 20–45°C การเติมอากาศอย่างต่อเนื่อง และน้ำที่อุดมด้วยสารอาหาร เมื่อจำนวนแบคทีเรียเกิน 10⁵ ซีเอฟยู/มล แบคทีเรียแพลงก์ตอนจะก่อตัวเป็นแผ่นชีวะที่นั่งอย่างรวดเร็ว ความหนาของแผ่นชีวะเพียง 0.5 มม. สามารถเพิ่มแรงดันตกคร่อมได้ 20% และลดประสิทธิภาพของเครื่องทำความเย็นลง 15–25% . นอกจากนี้ แบคทีเรียรีดิวซ์ซัลเฟต (SRB) ที่อยู่ใต้แผ่นชีวะยังเร่งการกัดกร่อนแบบรูพรุนเฉพาะที่ในอัตรา สูงกว่า 10 ถึง 20 เท่า มากกว่าในระบบสะอาด ในการศึกษาครั้งหนึ่งเกี่ยวกับหอทำความเย็นขนาด 500 ตัน พบว่ามีแบคทีเรียมากเกินไปที่ไม่สามารถควบคุมได้ ส่งผลให้มีการใช้พลังงานของคอมเพรสเซอร์เพิ่มขึ้น 40% และท่อทำงานผิดปกติก่อนกำหนดภายใน 18 เดือน

โดยทั่วไปแล้วการบานของสาหร่ายจะเกิดขึ้นในบริเวณเติมหอทำความเย็นและแอ่งที่สัมผัสกับแสงแดด ซึ่งจำกัดการไหลเวียนของอากาศ และส่งเสริมการกัดกร่อนที่ได้รับอิทธิพลจากจุลชีววิทยา (MIC) การรวมกันของสาหร่าย แบคทีเรีย และโปรโตซัวก่อให้เกิดเมทริกซ์เหนียวที่ดักจับเศษซาก ทำให้เกิดวงจรการปนเปื้อนแบบยั่งยืนในตัวเอง

ปัจจัยสำคัญในการเลือกไบโอไซด์และสาหร่าย

การเลือกสารเคมีที่ไม่ถูกต้องเป็นสาเหตุหลักของความล้มเหลวในการรักษา ด้านล่างนี้คือพารามิเตอร์หลักที่กำหนดประสิทธิภาพของไบโอไซด์โดยตรง ซึ่งสนับสนุนโดยเกณฑ์เชิงประจักษ์

pH และเคมีของน้ำ

คลอรีนอิสระ (HOCl) แยกตัวเป็นไฮโปคลอไรต์ (OCl⁻) ที่สูงกว่า pH 7.5 โดยสูญเสียพลังฆ่าเชื้อทางชีวภาพไป >80% ที่ pH 8.0 คือเวลาสัมผัสที่ต้องการสำหรับการฆ่า 3-log Pseudomonas aeruginosa เพิ่มขึ้นจาก 0.5 นาทีเป็น 4 นาที ไบโอไซด์ที่มีโบรมีนยังคงมีประสิทธิภาพจนถึง pH 8.8 ทำให้นิยมใช้น้ำหล่อเย็นที่เป็นด่าง คลอรีนไดออกไซด์ (ClO₂) ทำงานโดยอิสระจาก pH ตั้งแต่ 4 ถึง 10 โดยมีประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อทางชีวภาพที่เกือบจะคงที่

เวลาและอุณหภูมิในการคงระบบ

เวลาการเก็บรักษา (ปริมาตรของระบบหารด้วยอัตราการหมุนเวียน) เป็นตัวกำหนดการสัมผัส สำหรับระบบที่มีการกักเก็บ < 30 นาที ไบโอไซด์ที่ไม่ออกซิไดซ์ที่ออกฤทธิ์ช้า เช่น ไอโซไทอาโซลิโนน ต้องการการป้อนอย่างต่อเนื่องที่ ใช้งาน 1–3 ppm . สารเคมีที่ออกฤทธิ์เร็ว เช่น DBNPA หรือกลูตาราลดีไฮด์สามารถฆ่าได้ 99% ภายใน 2-4 ชั่วโมง เหมาะสำหรับการช็อกไฟฟ้าเป็นระยะๆ อุณหภูมิที่สูงกว่า 40°C จะเร่งการย่อยสลายของไบโอไซด์ที่ไม่ออกซิไดซ์จำนวนมาก: ครึ่งชีวิตของไอโซไทอาโซลิโนนลดลงจาก 10 ชั่วโมงที่ 30°C เป็น <2 ชั่วโมงที่ 45°C

ปริมาณสารอินทรีย์และการมีอยู่ของฟิล์มชีวะ

ค่าซีโอดีที่เพิ่มขึ้น (>50 มก./ลิตร) จะใช้ไบโอไซด์ออกซิไดซ์อย่างรวดเร็ว ในตัวอย่างภาคสนาม จำเป็นต้องมีหอทำความเย็นของโรงงานแปรรูปอาหารที่มีการลำเลียงสารอินทรีย์ เพิ่มปริมาณคลอรีนปกติสามเท่า เพื่อรักษาปริมาณสารตกค้าง 0.5 ppm สำหรับไบโอฟิล์มที่สร้างขึ้น (ตรวจพบผ่าน ATP >2,000 RLU หรือจำนวนสไลด์แบบจุ่ม >10⁵ CFU/mL) ให้ใช้ไบโอไซด์ที่ไม่ออกซิไดซ์ที่เจาะทะลุ: กลูตาราลดีไฮด์ที่ 100–200 ppm เป็นเวลา 6 ชั่วโมง หรือส่วนผสมของกลูตาราลดีไฮด์ควอเทอร์นารีแอมโมเนียม

ประเภทของไบโอไซด์สำหรับระบบน้ำหล่อเย็น

สารไบโอไซด์แบ่งออกเป็นสองประเภทตามหน้าที่ แต่ละรายการมีหน้าต่างและข้อจำกัดเฉพาะของแอปพลิเคชัน ตารางต่อไปนี้แสดงการเปรียบเทียบแบบเคียงข้างกันเพื่อเป็นแนวทางในการเลือก

สาหร่าย: ควรใช้เมื่อใดและอย่างไร

สาหร่ายต้องการการควบคุมเฉพาะแยกจากไบโอไซด์จากแบคทีเรีย สาหร่ายสีเขียว สาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียว (ไซยาโนแบคทีเรีย) และไดอะตอมตั้งรกรากบนพื้นผิวที่เปียกและมีแสงแดดส่องถึง สาหร่ายแผ่นเดียวขนาด 1 ตร.ซม. สามารถกักเก็บได้มากถึง 10⁶ แบคทีเรีย ทำให้การใช้สาหร่ายเป็นมาตรการป้องกันที่สำคัญ

สาหร่ายที่มีประสิทธิภาพสองตระกูลมีอยู่สำหรับน้ำหล่อเย็น:

• สาหร่ายที่มีทองแดง (คอปเปอร์คีเลต, คอปเปอร์ซัลเฟต): มีประสิทธิภาพที่ 0.2–0.5 ppm Cu²⁺ รูปแบบคีเลตป้องกันการตกตะกอนที่ pH >8.0 อย่างไรก็ตาม ทองแดงสามารถกัดกร่อนอะลูมิเนียมได้ และเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ ซึ่งจำเป็นต้องมีการควบคุมการระเบิดอย่างเข้มงวด
• สารประกอบควอเทอร์นารีแอมโมเนียม (ควอท) : Benzalkonium chloride หรือ polyquaternium ที่ 2–10 ppm จะรบกวนเยื่อหุ้มเซลล์ของสาหร่าย พวกเขายังให้การควบคุมแบคทีเรียทุติยภูมิด้วย Quats ไม่มีฤทธิ์กัดกร่อน แต่อาจเกิดฟองในน้ำที่มีความแข็งสูง

ข้อมูลภาคสนามแสดงให้เห็นว่า การเติมสาหร่ายที่ไม่ออกซิไดซ์รายสัปดาห์ (เช่น 5 ppm ของควอต) จะช่วยลดมวลชีวภาพของสาหร่ายได้ >90% เมื่อใช้ร่วมกับวัสดุคลุมทึบแสงหรือแสงแดดลดลง สำหรับการบานอย่างรุนแรง การบำบัดด้วยแรงกระแทกด้วยคอปเปอร์คีเลต 20 ppm ตามด้วยโบรมีนต่อเนื่องที่ความเข้มข้น 0.3 ppm ที่เหลือ จะป้องกันการกลับเป็นซ้ำ

การพัฒนากลยุทธ์การใช้งาน: การกระตุ้นด้วยไฟฟ้าเทียบกับการหมุนอย่างต่อเนื่องและการหมุนของไบโอไซด์

โปรแกรมที่เหมาะสมที่สุดผสมผสานทั้งการควบคุมระดับต่ำอย่างต่อเนื่องและปริมาณการกระตุ้นหัวใจเป็นระยะ การป้อนไบโอไซด์ออกซิไดซ์อย่างต่อเนื่อง (โบรมีนหรือ ClO₂) จะรักษาระดับพื้นฐานที่ตกค้างของ 0.2–0.5 ppm เพื่อยับยั้งการเจริญเติบโตของแพลงก์ตอน จากนั้น ใช้ยาไบโอไซด์ที่ไม่ออกซิไดซ์ในปริมาณช็อกทุก 5-7 วันเพื่อฆ่าเชื้อสิ่งมีชีวิตที่ได้รับการคุ้มครองด้วยแผ่นชีวะ ปริมาณช็อกควรขึ้นอยู่กับปริมาตรของระบบ:

1. คำนวณปริมาตรของระบบ (เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนท่อระบายความร้อนของอ่าง)
2. สำหรับกลูตาราลดีไฮด์: เพิ่มแอคทีฟ 100–200 ppm; หมุนเวียนเป็นเวลา 4-6 ชั่วโมงโดยไม่มีการระเบิด
3. สำหรับ DBNPA: เพิ่ม 30–50 ppm; ค้างไว้ 2 ชั่วโมง
4. สลับระหว่างไบโอไซด์ที่ไม่ออกซิไดซ์สองตัวที่แตกต่างกันทุกๆ สองสัปดาห์เพื่อป้องกันการดื้อยา (เช่น สัปดาห์ที่ 1: ไอโซไทอาโซลิโนน; สัปดาห์ที่ 3: กลูตาราลดีไฮด์)

ตัวอย่างกรณี: ระบบทำความเย็นแบบหมุนเวียนขนาด 1,200 ลบ.ม. ที่โรงงานปิโตรเคมี ลดแบคทีเรียทั้งหมดจาก 5×10⁶ CFU/mL เป็น <10⁴ CFU/mL หลังจากดำเนินการหมุนเวียนไบโอไซด์ของโบรมีน (0.4 ppm ต่อเนื่อง) กลูตาราลดีไฮด์สลับรายสัปดาห์ (150 ppm เป็นเวลา 5 ชั่วโมง) และ DBNPA (40 ppm เป็นเวลา 2 ชั่วโมง) การประหยัดพลังงานจากประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ได้รับคืนนั้นคำนวณไว้ที่ 48,000 ดอลลาร์ต่อปี

การติดตามและการปรับปริมาณยา: ตัวชี้วัดที่สำคัญ

หากไม่มีการตรวจสอบในโลกแห่งความเป็นจริง โปรแกรมไบโอไซด์จะล้มเหลว วิธีการปฏิบัติสามวิธีให้ข้อมูลที่สามารถนำไปปฏิบัติได้:

• สไลด์จุ่ม (จำนวนแผ่นเฮเทอโรโทรฟิกมาตรฐาน) : การฟักตัวรายสัปดาห์จะได้ CFU/mL เป้าหมาย <10⁴ CFU/mL สำหรับลูปปิด <10⁵ CFU/mL สำหรับทาวเวอร์แบบเปิด หากนับเกิน 10⁶ ให้เพิ่มความถี่ในการกระตุ้นหัวใจ
• การทดสอบอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) : วัดกิจกรรมทางจุลชีววิทยาทั้งหมด น้ำหล่อเย็นที่เหมาะสมที่สุด: <500 RLU จำเป็นต้องดำเนินการที่ >2,000 RLU ATP อนุญาตให้มีการปรับเปลี่ยนในวันเดียวกัน
• ศักยภาพในการลดการเกิดออกซิเดชัน (ORP) : สำหรับไบโอไซด์ออกซิไดซ์ ให้รักษา ORP ไว้ระหว่าง 650–750 mV (แก้ไข pH แล้ว) ORP ต่ำกว่า 600 mV บ่งชี้ว่ามีสารตกค้างไม่เพียงพอ

เมื่อปรับขนาดยา หลักทั่วไปคือเพิ่มความเข้มข้นของการกระตุ้นหัวใจ 30% หากระดับ ATP ยังคงสูงกว่า 1,500 RLU หลังจากการรักษาสองครั้งติดต่อกัน หากต้องการป้อนต่อเนื่องให้ใช้ สูตรของวูร์มันน์ : ปริมาณคงเหลือที่ต้องการ (ppm) = (การฆ่าบันทึกของแบคทีเรียที่เข้ามา × 0.2) / เวลากักเก็บ (ชั่วโมง) ตัวอย่างเช่น การฆ่า 3 log โดยคงไว้ 4 ชั่วโมง ต้องใช้โบรมีนอิสระ 0.15 ppm

ข้อผิดพลาดทั่วไปและวิธีแก้ปัญหาตามหลักฐาน

แม้แต่โปรแกรมที่ออกแบบมาอย่างดีก็ยังล้มเหลวเนื่องจากความผิดพลาดที่คาดเดาได้ หลีกเลี่ยงสิ่งเหล่านี้ด้วยการดำเนินการแก้ไขเฉพาะ:

• หลุมพราง: การใช้ไบโอไซด์ออกซิไดซ์ในน้ำที่มีค่า COD สูงเท่านั้น วิธีแก้ปัญหา: บำบัดด้วยไบโอไซด์ที่ไม่ออกซิไดซ์ล่วงหน้าเพื่อลดความต้องการสารอินทรีย์ จากนั้นตามด้วยคลอรีนหรือโบรมีน
• หลุมพราง: การรักษาภาวะช็อกไม่บ่อยนัก (ทุกๆ 14 วัน) วิธีแก้ปัญหา: ไบโอฟิล์มจะงอกใหม่ใน 72–96 ชั่วโมง; ช็อกอย่างน้อยทุกๆ 7 วัน ข้อมูลจากหอคอย 50 แห่งแสดงการกระแทกรายสัปดาห์จะลดจำนวน SRB ลง 3.5 บันทึก เทียบกับ 1.2 บันทึกสำหรับการกระแทกรายปักษ์
• หลุมพราง: ละเว้นความเข้ากันได้ของสาหร่ายกับสารยับยั้งตะกรัน วิธีแก้ปัญหา: หากใช้สารยับยั้งโพลีอะคริเลตหรือฟอสโฟเนต ให้หลีกเลี่ยงสาหร่ายควอเทอร์นารีประจุบวก (พวกมันจะเกิดการตกตะกอน) ให้ใช้สาหร่ายที่ไม่มีไอออนิกหรือที่มีทองแดงแทน
• หลุมพราง: การพึ่งพาผลิตภัณฑ์ A มากเกินไปโดยไม่มีการหมุน วิธีแก้ปัญหา: หมุนเวียนระหว่าง isothiazolinone และกลูตาราลดีไฮด์ทุกๆ 4–6 สัปดาห์; ซึ่งจะช่วยลดการเกิดความต้านทานจาก 45% เหลือต่ำกว่า 5% ในระยะเวลาสองปี

ท้ายที่สุดแล้ว โปรแกรมบำบัดน้ำหล่อเย็นที่ประสบความสำเร็จไม่ได้เกี่ยวกับไบโอไซด์ที่ "ดีที่สุด" แต่เกี่ยวกับการจับคู่เคมีเข้ากับระบบไฮดรอลิก เคมี และชุมชนจุลินทรีย์ ใช้แนวทางการเลือกด้านบน ตรวจสอบด้วย ATP หรือสไลด์แบบจุ่ม และปรับขนาดยาตามเวลาการเก็บรักษาและปริมาณอินทรีย์ แนวทางที่เป็นระบบนี้รับประกันการควบคุมปริมาณแบคทีเรียส่วนเกิน ลดการกัดกร่อน และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน