高度な冷却水処理コンセプト (パート 5)

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 5 回目です。

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パート 2 はこちらからお読みください。

パート 3 はこちらからお読みください。

パート 4 はこちらからお読みください。

このシリーズの前の部分では、冷却水の微生物制御に長年使用されてきた酸化性殺生物剤の概要を説明しました。 ただし、微生物の増殖を制御したり、酸化剤に抵抗する固着コロニーを攻撃したりするために、追加の化学処理が必要な状況が存在する場合があります。 このような状況では、非酸化性殺生物剤が非常に価値がある可能性があります。 非酸化剤は、ゼブラ貝などのマクロ汚損生物を攻撃するために必要な場合もあります。 この回では、この化学の基本的な詳細を説明します。

第 3 部で述べたように、細菌が固着コロニーを形成する場合、微生物は化学物質を消費する保護バイオフィルムを生成することにより、酸化剤に対する実質的な免疫を獲得する可能性があります。 非酸化性殺生物剤を定期的に、たとえば週に 1 回または 2 回、比較的短期間で使用すると、微生物の増殖を制御するのに役立ちます。 酸化性殺生物剤は通常、細胞壁に損傷を与え、生物内部の漏出（溶解）によって死を引き起こすのに対し、非酸化剤の多くはスライムに浸透し、その後細胞壁に浸透して、生命に必要な細胞化合物と反応します。 (1)

化合物の有効性の程度はさまざまであり、一部の微生物を他の微生物よりも標的にする可能性があります。 有効性と残留化学分解は通常、pH や温度などの水の条件によって影響されます。 最も一般的な非酸化剤のいくつかを調べてみましょう。

2,2-ジブロモ-3-ニトリロプロピオンアミド (DBNPA)

DBNPA はハロゲン化アミドであり、水処理や紙パルプ用途で広く使用されており、油田では破砕流体の補給水の処理に使用されます。 この化合物は細胞内部の硫黄含有アミノ酸と不可逆的に反応し、死を引き起こします。

DBNPA は非常に迅速に行動します。 また、残留濃度は急速に加水分解されて毒性の低い副生成物になります。 急速な分解は、排出物が貯留池を通過する場合、不活性化化学薬品が必要ない可能性があるため、環境的に有利である。 DBNPA の効果を最大化するための最適な pH 範囲は 4 ～ 8 です。 加水分解速度は pH の上昇とともに増加し、化合物は pH 8 を超えると急速に効力を失います。加水分解は温度の上昇とともに増加します。 DBNPA は、硫化物および重亜硫酸塩または亜硫酸塩還元剤によって失活します。 DBNPA はアンモニアとも反応し、紫外線に対して安定ではありません。

DBNPA は他のアプリケーションにも有効です。 たとえば、数年前、著者は経験豊富な化学サプライヤーと相談して、発電所の高純度補給水処理用の逆浸透 (RO) ユニット内の微生物汚れを軽減するために DBNPA を選択しました。 ほとんどの RO 膜は、塩素と不可逆的に反応する窒素を含むポリアミド基材を使用しています。 このメイクアップ システムには、RO ユニットの前に塩素を除去するための活性炭フィルターが装備されていました。

しかし、通常、一部の微生物は塩素処理を経ても生き残り、化学物質が除去されると開花します。 (また、活性炭ベッドは上部の数インチの酸化剤を除去し、ベッドの残りの部分を生き残った微生物の培養に最適な場所として残します。) このシステムで発生した深刻な膜の汚れが生じる可能性があります。 DBNPA を週に 2 回、1 時間与えることで問題は解決されました。

2-ブロモ-2-ニトロプロパン-1,3-ジオール (ブロノポール)

ブロノポールは水処理用途で広く使用されており、DBNPA と同様に油田でもいくつかの用途が確認されています。 ブロノポールはシュードモナス属細菌に対して特に効果的です。 この化合物は、条件が好気性か嫌気性かに応じて異なるメカニズムによって機能すると考えられます。 ブロノポールは即効性の殺生物剤ではありません。 この化合物は分解時にホルムアルデヒドを放出する可能性がありますが、ホルムアルデヒドは殺生物性の原因ではありません。

ブロノポールは水溶液中で加水分解し、その速度はアルカリ性 pH でより速くなります。 温度が上昇すると、加水分解速度も増加します。 ブロノポールの効果に最適な pH 範囲は 5 ～ 9 です。 ブロノポールは、硫化物および亜硫酸塩ベースの還元剤と反応して失活します。

イソチアゾロン類

冷却水処理の最も一般的な配合には、CMIT と MIT が 3:1 で混合されています。 登録製品の CMIT および MIT 濃度には、通常 1.5 パーセントまたは 4 パーセントの有効成分が含まれています。 工業用製剤には、硝酸銅、硝酸マグネシウム、ヨウ素酸カリウムなどの安定剤が含まれる場合があります。 ブロノポールで安定化された1.5パーセントの活性製品も入手可能です。 これらの化合物は広範囲のスペクトルを持ちますが、遅効性の殺菌剤であり、真菌に対して良好な反応性も示します。 冷却水の用途とは別に、MIT は非常に微量の濃度で、一部の洗剤で一般的な抗菌剤として機能します。

CMIT と MIT は両方とも、硫化水素およびその他の硫化物含有化合物とは相溶性がありません。 したがって、硫黄還元細菌 (SRB) が存在する場合、イソチアゾロンはあまり効果的ではない可能性があります。 pH が上昇すると (> 9.5)、CMIT の半減期は短くなりますが、MIT は pH 10 以上でも安定です。イソチアゾロンは亜硫酸水素ナトリウムによって失活します。

グルタルアルデヒド

グルタルアルデヒドは、石油・ガス事業、製紙産業、医療器具の滅菌などの工業用水処理用途でよく使用されます。 細胞内では、この化合物は細胞の代謝に不可欠な 2 つの必須アミノ酸、リジンとアルギニンを不活性化します。 有効性はアルカリ性の pH 7 ～ 10 の範囲内で最大になりますが、この化合物は酸性の pH でより安定します。 グルタルアルデヒドはアミンまたはアンモニウムイオンと不可逆的に反応して、殺生物効果を低下させます。

第四級アミン

第 4 級アミン、または一般に「クアット」と呼ばれるアミンは、さまざまな冷却およびプロセス水の用途に広く使用されています。 分子は正に帯電しており、中心の窒素原子に 4 つのアルキル基が結合しています。 1 つ以上のアルキル基は、メチル、ベンジル、デシル (C10)、ココ (C14)、または大豆 (C18) 基で構成されます。 クワットは通常、他の殺生物剤と組み合わせて与えられます。 クワットは、フィルムアミン腐食防止剤としても使用されます。

クアットは界面活性剤としての性質を持っているため、細胞膜を可溶化し、細胞の損傷や死を引き起こします。 (2) この化合物は、同様に細胞壁を攻撃する他の殺生物剤と組み合わせて使用​​すると特に効果的です。

第 4 級アミンでは発泡が懸念されますが、低発泡化合物も入手可能になりました。 クワットの界面活性剤特性は、油田生産システムにおける油/水エマルションの分離を阻害する可能性があり、硬水は化合物の殺生物活性を低下させる可能性があります。 (3) クワットは、マイナスに帯電したスケールや腐食防止剤と反応して、効果が低下する可能性があります。

酸化性殺生物剤は、アサリやムール貝などが幼生段階にあるときは致死的ですが、生物が定着したり、成体が冷却システムへの経路を持ったりすると、状況はまったく異なる可能性があります。 典型的なケースはゼブラガイです。このシリーズのパート 3 で述べたように、この場合、貝は足糸として知られる細いフィラメントで互いを含む表面に付着します。 その後、流れる冷却水を濾過することで快適に過ごせます。 ムール貝は酸化性殺生物剤を感知することができ、1日あたり2時間（または植物のNPDES許可で許可されている期間）給餌を開始すると、有毒な状態が消えるまで「鳴き声を上げて」（しゃれを許してください）、彼らは食料のために冷却水を喜んで濾過し始めるだろう。

酸化剤は、工場職員がおそらく 2 ～ 3 週間継続的に化学物質を供給する変動を得ることができた場合、成体生物にとって致命的です。 長期間の給餌により、最終的には微生物が再び開いたり再活性化したりすることになり、その際に酸化剤が損傷を引き起こします。 しかし、規制当局は多くの場合、そのような差異を認めることに消極的です。

多くのマクロ有機体は化学物質の存在を感知せず、水をろ過し続けるため、このような場合には非酸化剤が役立ちます。 最も効果的なものには、上記の第 4 級アミンが含まれます。

非酸化性化合物は環境リスクをもたらし、他の水生生物に潜在的な毒性をもたらします。 したがって、施設の NPDES 排出許可に用途の詳細が組み込まれているため、工場の環境規制当局の許可なしにこれらを利用することはできません。 許可では、残留濃度を吸着して不活性化するために、粘土やベントナイトなどの材料を排出流に供給することが要求される場合がありますが、前述したように、一部の化合物は、貯留池に十分な滞留時間を与えれば自然に分解します。

他の化学物質と同様、非酸化剤を取り扱う際には適切な安全手順に従うことが非常に重要です。 工場職員は、特定の化学物質に必要なすべての保護具を着用し、すべての取り扱い手順に忠実に従う必要があります。 安全データシート (SDS) は供給現場で入手可能でなければならず、2 枚目はプラント制御室などの中央の場所に置かれている必要があります。

冷却システムに問題を引き起こす可能性のあるさまざまなメカニズムの中で、ミクロ、場合によってはマクロの汚れが最も深刻である可能性があります。 微生物が定着すると、その成長は非常に急速で有害となる可能性があります。 防御の第一線は、適切に設計、維持、運用される酸化性殺生物剤供給システムですが、これでは困難な状況には十分ではない可能性があります。 非酸化性殺生物剤飼料は酸化剤を効果的に補いますが、これらの化学物質の保管、取り扱い、および飼料の供給は、安全性と規制ガイドラインの順守という確固たる基盤に基づいていなければなりません。

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装するのは、プラントの所有者、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。