高度な冷却水処理コンセプト (パート 3)

この回では、一般的な微生物学的ファウリング問題の概要を説明し、マクロ生物学的ファウリングについても説明します。

編集者注: これは、Buecker & Associates, LLC の社長である Brad Buecker による複数部構成のシリーズの 3 回目です。

パート 1 はこちらからお読みください。

パート 2 はこちらからお読みください。

このシリーズのパート 1 とパート 2 では、開放型再循環冷却システム、つまり冷却塔を備えたシステムにおけるスケールと腐食に関連する問題を検討し、スケール/腐食を制御するための最新の化学手法の概要も提供しました。 これらの懸念を矮小化することが多い問題は、微生物による汚れです。 適切に制御しないと、微生物は冷却システム内のさまざまな場所に急速にコロニーを形成する可能性があります。 これらのコロニーは熱伝達を低下させ、流体の流れを制限し、堆積下腐食を引き起こす可能性があります。 重度の微生物による汚れや沈泥やその他の破片の蓄積により、冷却塔の部分的な崩壊を引き起こした事例が知られています。 この回では、一般的な微生物学的ファウリング問題の概要を説明し、マクロ生物学的ファウリングについても説明します。 パート 4 と 5 では、現在および進化する微生物制御方法を検討します。

私たちの環境には膨大な数の微生物が存在しており、スペースの制限により、ここでは微生物について詳しく説明できません。 冷却水システムで問題となる可能性のある一般的な微生物は、細菌、藻類、真菌の 3 種類です。 細菌はさまざまな場所でコロニーを形成する可能性があり、菌類は冷却塔の木材を攻撃し、冷却塔のデッキなどの日光が当たる場所では藻類が大量に繁殖する可能性があります。 アメーバや原生動物などの高度な微生物が、確立された細菌コロニーに出現する場合があります。 これらのより複雑な微生物は、レジオネラ菌を保有している可能性があります。

細菌

細菌は一般に、好気性細菌、嫌気性細菌、通性細菌の 3 種類に分類されます。 好気性細菌は代謝に酸素を必要としますが、嫌気性細菌は硫酸塩や硝酸塩などの酸素含有分子から酸素を抽出します。 通性細菌は酸素があればそれを利用しますが、酸素が存在しない場合には他の供給源から酸素を抽出することができます。

一般的な生物には次のようなものがあります。

水中に自由に浮遊する細菌は浮遊生物として知られており、その濃度は容易に測定できます。 ただし、微生物が表面に定着して固着コロニーを形成すると、問題が急速に発生する可能性があります。 一部の細菌は、生物を保護し、上に挙げた生物の多くを含む可能性のある複雑なコロニーの発達を可能にする多糖類の膜 (粘液) を滲出させます。 次に、スライムはシルトを捕らえて、しばしば泥に似た重い堆積物を形成します。

明らかに明らかなように、この熱交換器内のスライムは流れとエネルギー伝達を大幅に制限したに違いありません。

微生物の堆積も深刻な腐食を引き起こす可能性があります。 まず、堆積物によって示差酸素セルが形成され、堆積物の下にある金属が陽極となって表面がきれいになります。 局所的な腐食や孔食が発生する可能性があります。 その困難を超えて、一部の生物は代謝プロセスの一部として有害な化合物を生成します。 硫酸塩還元細菌はその代表的な例であり、その代謝副産物は硫化物です。 硫化物は、鉄や銅などの多くの金属を攻撃します。

この攻撃は一般に微生物誘発腐食 (MIC) と呼ばれます。 筆者はかつて、15,000 管 (316L ステンレス鋼) の蒸気表面復水器で、1 か月にわたるメンテナンス停止中に数千のピンホール漏れが発生した状況を観察しました。 チューブ内に水が残ったままになっていたため、微生物が定着して有害な副産物が生成され、チューブの大部分が損傷しました。 その後のコンデンサーの再配管にはかなりの費用がかかりました。

大量の堆積や汚れが発生する可能性があるもう 1 つの場所は、冷却塔の充填場所です。

ここでも、堆積物は流体の流れを制限し、熱伝達を阻害します。 図に示すように、堆積により充填物に膨大な重量が追加される可能性もあります。

菌類

プラスチックや金属製の冷却塔構造部品が開発され、木材への依存が減ったことにより、菌類の攻撃はおそらく過去ほど広範囲にわたって深刻ではなくなっているでしょう。 しかし、冷却塔の材料として木材がなくなったわけではなく、菌類の管理は多くの用途において依然として重要です。 一部の菌類は木材を栄養源として利用しており、その生物は木製のコンポーネントを分解する可能性があります。 セルロース系木材繊維を攻撃する種もあれば、リグニン結合剤を攻撃する種もあります。 さまざまなタイプの攻撃の名前には、表面腐朽、白色腐朽、褐色腐朽などがあります。 真菌は酸性環境で繁殖し、弱塩基性 pH 範囲内の通常の操作では最新の冷却水システムではあまり活性がありません。

藻類

藻類は、太陽光にさらされた場所で大きな塊として成長できる光合成生物です。

藻類が発生する一般的な場所は、クロスフロー冷却塔のデッキ上です。 微生物は、下の充填物の穴を塞ぎ、冷却能力と塔の効率を低下させる可能性があります。

このシリーズのパート 1 とパート 2 で述べたように、リンは藻類にとって制限的な栄養素であるため、リン酸塩 - ホスホン酸塩スケール/腐食制御化学から非リン プログラムに変換されたシステムでは、藻類の成長がある程度制限される可能性があります。

レジオネラ菌

固着コロニーが十分に確立されれば、アメーバや原生動物などの高等生命体が出現する可能性があります。 一部のアメーバ種は人間の健康上の問題を直接引き起こしますが、アメーバ、原生動物、レジオネラ菌の間には確立された関係があることがよく知られています。 レジオネラ菌は、1976 年にフィラデルフィアのホテルでアメリカ在郷軍人会大会に出席した人々 (および著者の両親を含む他のゲスト)​​ に感染したときに初めて発見された細菌です。 (4) 30 人近くが死亡し、さらに多くの人が病気になった。 発生の原因は、コンベンション ホテルの屋上にある冷却塔の排気プルームに含まれる細菌を含む水蒸気であることが判明しました。 ホテルの空気処理システムは、蒸気の一部を建物内に循環させました。

レジオネラ菌とアメーバの関係は、アメーバがレジオネラ菌の宿主として機能する可能性があることを示した Rowbotham (5) によって最初に報告されました。

レジオネラ属菌の制御にとって非常に重要なのは、あらゆる形態の微生物による汚れを最小限に抑える殺生物剤供給システムの適切な設計と運用です。 もう 1 つの重要な対策は、可能であればすべてのデッドレッグ配管を見つけて取り除くことです。 水が停滞すると生物が増殖する可能性があります。 作業員が凝縮器ウォーターボックスの清掃などの定期メンテナンス作業のために冷却システムに入る場合、マスクは個人用保護具 (PPE) の一部である必要があります。

マクロファウリング

ムール貝、ハマグリ、フジツボなどのより大きな生物は、冷却システムに深刻な汚れを引き起こす可能性があります。 淡水シジミが初めて米国で問題になったのは、1970 年代後半、アジア産シジミ シジミ フロミネアが米国に侵入したときでした。 これらの生き物の問題は、多くの場合、蒸気凝縮器や熱交換器のチューブの入口にぴったり収まるサイズであることです。

そして 1986 年に、ドライセナ ポリモルファ、ゼブラ貝、およびその近縁種であるクアッガ貝が、外国船のバラスト水排出によって五大湖に持ち込まれました。 これらのムール貝は、黒海およびカスピ海地域が原産です。 ムール貝は、足糸として知られる紐状のフィラメントで、互いを含む表面に付着します。 コロニーは巨大になり、1 平方フィートあたり数千個の貝が集まることもあります。

ゼブラガイは、五大湖から米国東部および中西部のさまざまな水路を通って拡散したため、近年主に注目されています。 この生物は水路を通って自然に広がるほかに、水の外でも 2 ～ 3 週間生存できます。 したがって、ある水域でレジャー用のボートに付着し、そのボートが比較的短時間のうちに別の水域に移動すると、ムール貝は次の発生源に侵入する可能性があります。

この記事で示唆しているように、ミクロおよびマクロ生物学的ファウリングは冷却システム内で急速に発生する可能性があり、おそらく部分的または全体的なプラントの停止に至るまで深刻な問題を引き起こす可能性があります。 このような汚れを防ぐためには、選択された化学薬品が殺生物剤の有効性を最大化する、適切に設計、操作、および維持される処理システムが重要です。 これらのトピックについては、このシリーズのパート 4 とパート 5 で検討します。 そして、これから説明するように、一部の処理方法は貫流冷却システムにも適しています。

この議論は、時間をかけて開発された優れたエンジニアリング手法を表しています。 ただし、業界の専門家との協議に基づいて信頼できるプログラムを実施するのは、プラント所有者、オペレーター、および技術スタッフの責任です。 これらのテクノロジーの設計とその後の使用については、1 つの記事で概要を説明できるほど多くの追加の詳細が説明されています。

参考文献

著者について: Brad Buecker は、コンサルティングおよびテクニカル ライティング/マーケティングを担当する Buecker & Associates, LLC の社長です。 最近では、ChemTreat, Inc. で上級技術広報担当者を務めました。電力および工業用水処理業界で 40 年以上の経験またはサポートの経験があり、その多くは蒸気発生化学、水処理、大気質管理、および結果エンジニアリングの職にあります。 City Water, Light & Power (イリノイ州スプリングフィールド) と Kansas City Power & Light Company (現 Evergy) のカンザス州ラ・シーニュ駅との接続。 Buecker はアイオワ州立大学で化学の学士号を取得しており、流体力学、エネルギーと物質の平衡、高度な無機化学の追加コースも受講しています。 彼はさまざまな専門業界誌で 250 を超える記事を執筆または共著しており、発電所の化学と大気汚染管理に関する本を 3 冊執筆しています。 [email protected] までご連絡ください。