高度な冷却水処理コンセプト (パート 4)

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 4 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。

パート 3 はこちらからお読みください。

数十年にわたり、酸化性殺生物剤は、冷却システムにおける微生物制御の中核処理として機能してきました。 塩素は最もよく知られた殺生物剤ですが、スケール/腐食制御プログラムの進化、およびそれに関連する弱酸性から中塩基性への pH の変化が、多くの場合、その選択に影響を与えています。 (1) 代替または改良された酸化剤の方が効果的である可能性があります。 また、困難な状態の場合は、非酸化性殺生物剤を補助的に使用することも有益である可能性があります。 このシリーズの次の 2 つのパートでは、微生物およびマクロ生物学的制御に関する最も重要な開発の多くを検討します。

多くの文献は、1893 年が飲料水の殺生物剤として塩素が初めて使用された年であることを示唆しており、1900 年代初頭までにこの技術は急速に発展しました。 塩素ガスは通常 1 トンのボンベで供給され、多くの施設や飲料水などの保管方法になりました。 水に塩素を加えると、次のような反応が起こります。

Cl2 + H2O ⇌ HOCl + HCl 式 1

HOCl、次亜塩素酸は死滅剤であり、細胞壁を貫通し、細胞内部の成分を酸化することによって機能します。 塩素ガスの安全性の問題のため、多くの産業施設は、一般的な活性塩素濃度が 12.5% の液体次亜塩素酸ナトリウム (NaOCl、別名漂白剤) に切り替えました。 MIOX® の名前が最もよく知られているもう 1 つの一般的な代替方法は、塩水電気分解による現場での次亜塩素酸ナトリウム生成です。 このプロセスにより、漂白剤の保管が不要になります。

冷却水の塩素濃度の一般的な管理範囲は 0.2 ～ 0.5 ppm ですが、塩素要求量に応じて異なりますが、これについては後ほど説明します。 以下に示すように、塩素の有効性と殺傷力は、水中での HOCl の平衡性質により pH に大きく影響されます。

HOCl ⇌ H+ + OCl- 式 2

OCl- は HOCl よりも弱い殺生物剤です。これはおそらく、OCl- イオンの電荷により細胞壁に効果的に浸透できないためと考えられます。 次亜塩素酸の解離は、pH に関連して劇的に増加します。

現在、多くの冷却塔スケール/腐食処理プログラムは 8.0 付近またはわずかに上回るアルカリ性 pH で動作するため、後述するように、塩基性塩素よりも改良酸化化学反応の方が良い選択となる可能性があります。 また、次亜塩素酸は、再循環冷却水やプロセス水に多く存在する他の化合物と反応する可能性があります。 最も顕著なものはアンモニアと有機物です。 これらの非抗菌反応の合計は「塩素要求量」と呼ばれます。 この反応により塩素が消費され、微生物を攻撃するのに利用できる濃度が低下します。 反応によってはハロゲン化有機物が生成される場合があり、その排出濃度を制御することができます。

これらの問題に対する一般的な答えは、臭素化学です。塩素酸化剤 (ここでも漂白剤が一般的な選択です) と臭化ナトリウム (NaBr) が補給水流に混合され、冷却水に注入されます。 この反応により次亜臭素酸 (HOBr) が生成されます。これは HOCl と同様の殺傷力を持ちますが、アルカリ性 pH でより効果的に機能します。

HOCl + NaBr ⇌ HOBr + NaCl 等式 3

図 2 は、HOCl と HOBr の解離を pH の関数として比較しています。

明らかに明らかなように、pH 8.0 では、HOBr の 80% が解離せずに残ります。

次亜塩素酸と同様に、次亜臭素酸もハロゲンを要求する強力な酸化剤です。 ただし、アンモニアと不可逆的に反応する塩素とは異なり、臭素-アンモニア反応は可逆的であるため、臭素は微生物に対して自由に活動できます。 臭素はハロゲン化有機物を形成することもあります。