Concepts avancés de traitement de l'eau de refroidissement (Partie 3)

Cet article donne un aperçu des problèmes courants d'encrassement microbiologique, avec une discussion également sur l'encrassement macrobiologique.

Note de l'éditeur : Il s'agit du troisième volet d'une série en plusieurs parties par Brad Buecker, président de Buecker & Associates, LLC.

Lisez la partie 1 ici.

Lisez la partie 2 ici.

Les parties 1 et 2 de cette série ont examiné les problèmes liés à l'entartrage et à la corrosion dans les systèmes de refroidissement à recirculation ouverts, c'est-à-dire les systèmes équipés de tours de refroidissement, et ont également fourni un aperçu des méthodes chimiques modernes de contrôle de l'entartrage/de la corrosion. Un problème qui éclipse souvent ces préoccupations est l'encrassement microbiologique. Sans un contrôle approprié, les microbes peuvent rapidement établir des colonies à de nombreux endroits dans les systèmes de refroidissement. Ces colonies peuvent dégrader le transfert de chaleur, restreindre l'écoulement des fluides et induire une corrosion sous les dépôts. Des cas sont connus où l'encrassement microbiologique important et l'accumulation de limon et d'autres débris ont provoqué l'effondrement partiel des tours de refroidissement. Cet article donne un aperçu des problèmes courants d'encrassement microbiologique, avec une discussion également sur l'encrassement macrobiologique. Les parties 4 et 5 examineront les méthodes de contrôle microbien actuelles et en évolution.

Un nombre énorme de microbes existent dans notre environnement, et les limitations d'espace empêchent une discussion approfondie des variétés ici. Pour les systèmes d'eau de refroidissement, les trois types généraux de micro-organismes qui peuvent être problématiques sont les bactéries, les algues et les champignons. Les bactéries peuvent former des colonies à de nombreux endroits, les champignons attaquent le bois des tours de refroidissement et les algues peuvent se développer de manière prolifique dans les zones ensoleillées telles que les ponts des tours de refroidissement. Des micro-organismes avancés, notamment des amibes et des protozoaires, peuvent apparaître dans les colonies bactériennes établies. Ces organismes plus complexes peuvent à leur tour héberger des bactéries Legionella.

Bactéries

Les bactéries sont généralement classées en trois types : aérobies, anaérobies et facultatives. Les bactéries aérobies ont besoin d'oxygène pour leur métabolisme, tandis que les bactéries anaérobies extraient l'oxygène des molécules contenant de l'oxygène telles que le sulfate et le nitrate. Les bactéries facultatives utilisent l'oxygène s'il est présent, mais peuvent extraire l'oxygène d'autres sources en l'absence d'oxygène.

Les organismes communs comprennent :

Les bactéries qui flottent librement dans l'eau sont connues sous le nom d'organismes planctoniques, dont la concentration peut être facilement mesurée. Cependant, si les organismes se déposent sur des surfaces pour former des colonies sessiles, des problèmes peuvent survenir très rapidement. Certaines bactéries exsudent un film polysaccharidique (slime) qui protège les organismes et permet le développement de colonies complexes qui peuvent inclure plusieurs des organismes énumérés ci-dessus. La boue à son tour captera le limon pour former des dépôts lourds qui ressemblent souvent à de la boue.

Comme cela est clairement évident, la boue dans cet échangeur doit avoir un débit et un transfert d'énergie fortement restreints.

Les dépôts microbiens peuvent également induire une corrosion importante. Pour commencer, les dépôts permettent la formation de cellules à oxygène différentiel, où le métal sous le dépôt devient anodique pour nettoyer les surfaces. Une corrosion et des piqûres localisées peuvent en résulter. Au-delà de cette difficulté, certains organismes produisent des composés nocifs dans le cadre de leurs processus métaboliques. Les bactéries sulfato-réductrices en sont un excellent exemple, dont le sous-produit métabolique est le sulfure. Les sulfures attaquent de nombreux métaux, dont le fer et le cuivre.

Cette attaque est communément appelée corrosion microbiologiquement induite (MIC). L'auteur a observé une fois une situation où un condenseur de surface de vapeur de 15 000 tubes (acier inoxydable 316L) a développé des milliers de fuites de trous d'épingle au cours d'un arrêt de maintenance d'un mois. De l'eau est restée dans les tubes, ce qui a permis aux microbes de se déposer et de produire des sous-produits nocifs qui ont endommagé la plupart des tubes. Le retubage ultérieur du condenseur était assez coûteux.

Le remplissage de la tour de refroidissement est un autre endroit susceptible de subir de lourds dépôts et de s'encrasser.

Encore une fois, les dépôts limitent l'écoulement du fluide et inhibent le transfert de chaleur. Le dépôt peut également ajouter un poids énorme au remblai, comme illustré.

Champignons

Avec le développement des composants structurels des tours de refroidissement en plastique et en métal et une moindre dépendance au bois, l'attaque des champignons n'est peut-être pas aussi grave que par le passé. Cependant, le bois n'a pas disparu en tant que matériau de tour de refroidissement et le contrôle des champignons reste important dans de nombreuses applications. Certains champignons utilisent le bois comme nutriment et les organismes peuvent dégrader les composants en bois. Certaines essences s'attaquent aux fibres cellulosiques du bois, tandis que d'autres s'attaquent au liant lignine. Les noms des différents types d'attaque comprennent la pourriture de surface, la pourriture blanche et la pourriture brune. Les champignons se développent dans des environnements acides et sont moins actifs dans les systèmes d'eau de refroidissement modernes par opération typique dans une plage de pH légèrement basique.

Algues

Les algues sont des organismes photosynthétiques qui peuvent se développer en grandes masses dans les zones exposées au soleil.

Un emplacement courant pour la croissance des algues se trouve sur les ponts des tours de refroidissement à flux croisés. Les organismes peuvent boucher les perforations du remplissage en dessous et réduire la capacité de refroidissement et l'efficacité de la tour.

Comme indiqué dans les parties 1 et 2 de cette série, le phosphore est un nutriment limitant pour les algues, donc dans les systèmes qui ont été convertis de la chimie de contrôle du tartre/corrosion de phosphate-phosphonate à des programmes sans phosphore, la croissance des algues peut être quelque peu limitée.

Légionelle

Si les colonies sessiles deviennent bien établies, des formes de vie supérieures, notamment des amibes et des protozoaires, peuvent émerger. Alors que certaines espèces d'amibes causent directement des problèmes de santé humaine, une relation bien connue est établie entre les amibes, les protozoaires et les bactéries Legionella. Legionella est la bactérie découverte pour la première fois en 1976 lorsqu'elle a infecté des personnes assistant à une convention de la Légion américaine (et d'autres invités, y compris les parents de l'auteur) dans un hôtel de Philadelphie. (4) Près de trois douzaines de personnes sont mortes et beaucoup d'autres sont tombées malades. L'épidémie a été attribuée à la vapeur d'eau contenant les bactéries dans le panache d'échappement d'une tour de refroidissement sur le toit de l'hôtel du congrès. Le système de traitement de l'air de l'hôtel a fait circuler une partie de la vapeur dans le bâtiment.

Le lien entre la Legionella et l'amibe a été signalé pour la première fois par Rowbotham (5) qui a montré que l'amibe pouvait servir d'hôte à la Legionella.

La conception et le fonctionnement appropriés d'un système d'alimentation biocide qui minimise toutes les formes d'encrassement microbiologique sont d'une importance cruciale pour le contrôle de Legionella. Une autre mesure importante consiste à trouver et à éliminer, si possible, toutes les conduites de branche morte. L'eau stagnante peut permettre aux organismes de proliférer. Lorsque les travailleurs entrent dans les systèmes de refroidissement pour des travaux d'entretien réguliers, tels que le nettoyage des boîtes à eau des condenseurs, les masques doivent faire partie de leur équipement de protection individuelle (EPI).

Macro-encrassement

Des organismes beaucoup plus gros, comme les moules, les palourdes et les balanes, peuvent causer un encrassement grave du système de refroidissement. Les palourdes d'eau douce sont devenues un problème pour la première fois aux États-Unis à la fin des années 1970 lorsque la palourde asiatique, Corbicula flominea, est entrée dans le pays. Un problème avec ces créatures est qu'elles sont souvent de la taille idéale pour s'adapter aux entrées de tube de condenseur de vapeur et d'échangeur de chaleur.

Puis, en 1986, Dreissena polymorpha, la moule zébrée, et sa proche parente, la moule quagga, ont été introduites dans les Grands Lacs dans les eaux de ballast d'un navire étranger. Ces moules sont originaires des régions de la mer Noire et de la mer Caspienne. Les moules s'attachent aux surfaces, y compris les unes aux autres, avec des filaments en forme de cordes appelés fils de byssal. Les colonies peuvent devenir massives, avec des milliers de moules par pied carré.

Les moules zébrées ont été au centre des préoccupations ces dernières années après leur propagation des Grands Lacs à travers diverses voies navigables de l'est et du Midwest des États-Unis. En plus de se propager naturellement dans les cours d'eau, les organismes peuvent également survivre pendant deux à trois semaines hors de l'eau. Ainsi, si elles s'attachent à une embarcation de plaisance dans un plan d'eau et que l'embarcation est transférée dans un autre plan d'eau dans un délai relativement court, les moules peuvent s'infiltrer dans la source suivante.

Comme le suggère cet article, l'encrassement microbiologique et macrobiologique peut se produire rapidement dans les systèmes de refroidissement, et il peut causer de graves problèmes jusqu'à l'arrêt peut-être partiel ou total de l'usine. Pour éviter un tel encrassement, il est essentiel d'avoir des systèmes de traitement bien conçus, exploités et entretenus dans lesquels la chimie sélectionnée maximise l'efficacité du biocide. Nous explorerons ces sujets dans les parties 4 et 5 de cette série. Et, comme nous le verrons, certaines des méthodes de traitement sont également appropriées pour les systèmes de refroidissement à passage unique.

Cette discussion représente les bonnes pratiques d'ingénierie développées au fil du temps. Cependant, il est de la responsabilité des propriétaires d'usines, des exploitants et du personnel technique de mettre en œuvre des programmes fiables basés sur la consultation d'experts de l'industrie. De nombreux détails supplémentaires entrent dans la conception et l'utilisation ultérieure de ces technologies qui peuvent être décrites dans un seul article.

Les références

À propos de l'auteur : Brad Buecker est président de Buecker & Associates, LLC, conseil et rédaction technique/marketing. Plus récemment, il a occupé le poste de publiciste technique principal chez ChemTreat, Inc. Il a plus de quatre décennies d'expérience dans les secteurs de l'énergie et du traitement de l'eau industrielle, dont une grande partie dans la chimie de la production de vapeur, le traitement de l'eau, le contrôle de la qualité de l'air et les postes d'ingénierie des résultats avec City Water, Light & Power (Springfield, Illinois) et Kansas City Power & Light Company (maintenant Evergy) La Cygne, Kansas station. Buecker est titulaire d'un BS en chimie de l'Iowa State University avec des cours supplémentaires en mécanique des fluides, en bilans d'énergie et de matériaux et en chimie inorganique avancée. Il est auteur ou co-auteur de plus de 250 articles pour diverses revues spécialisées techniques et a écrit trois livres sur la chimie des centrales électriques et le contrôle de la pollution de l'air. Il peut être contacté à [email protected].