控制冷却塔中军团菌的方法

摘要

本发明描述了一种控制冷却水系统中军团菌的方法。此方法包括将循环冷却水加热至70℃，并保持足够长的时间，以杀死细菌。将此方法与化学杀菌剂联合使用效果最佳。

说明书

技术领域

本发明涉及控制冷却塔中的细菌，尤其是军团菌的方法。

发明背景

1976年，首次确认了一种由后来被命名为侵肺军团菌的细菌所引起的呼吸道疾病。这种疾病被称为军团病。从那时起，此疾病在世界范围内许多地方出现过，包括澳大利亚。最近一次严重的爆发发生在2000年的墨尔本水族馆，并有死亡报道。在这种爆发中，与设备相关的冷却塔被认为是细菌的来源。

虽然以前健康的人可能接触感染此种疾病，但最容易受到威胁的是那些正在接受癌症治疗以及其它患有可能导致处于免疫抑制状态的疾病的病人。其它可能受到此细菌危险的人群包括吸烟者、重度饮酒者和其它处于如糖尿病和慢性阻塞性肺疾病等隐伏健康状态下的人群。这些患者的平均年龄在55岁左右，而且男性比女性多。

据信，此种疾病的传播途径是吸入了受污染的气溶胶。同时，研究者认为感染不是因为饮用军团菌污染的水所引起的。

侵肺军团菌，当前被确认的二十多种军团菌之一，大约占澳大利亚维多利亚州报道的军团菌疾病的75％。现在，有十四种被确认的侵肺军团菌血清群。维多利亚也发生过由其它军团菌种所引起的感染，即博氏军团菌和长滩军团菌。从严格意义上讲，军团病是指由侵肺军团菌所引起的疾病，军团杆菌病则指由任何军团菌种所引起的疾病。在本说明书中，术语“军团病”指由任何军团菌种所引起的肺炎表现形式的疾病。

军团病的前期表现是重度肺炎，病人伴随有不适感、肌肉疼痛、头痛和出汗发烧等早期症状。前几个星期的表现为咳嗽和经常性口干。偶尔出现有带血迹的痰。随后，患者逐渐出现呼吸短促，并且这种呼吸症状发展为肺炎，最终导致呼吸衰竭。在此过程中，经常伴随有其它一些症状，如精神错乱、谵妄、腹泻、呕吐和肾衰竭。这种疾病通常具有2～10天的潜伏期。在治疗军团病时，通常使用的首选药是红霉素，在无应答情况下，也可以加入利福平。

军团菌属细菌分布很广，并且是水中的天然栖居动物。可以在湖泊、河流、小溪以及其它水体中发现他们。其它细菌和藻类能够给军团菌提供营养物，如果吸入了含有这种细菌或藻类的气溶胶，那么就可能引起健康问题。

如前所述，人类感染的途径被认为是吸入了包含军团菌的气溶胶。直径不大于5微米的气溶胶尤其容易穿透人体的下呼吸道。据报道，气溶胶中，多种细菌在大约65％的相对湿度下含量达到最大。被军团菌感染的危险随着深度吸入的细菌数量的增加而增加，因此，也随着这些细菌在水源中的繁殖以及它们在适当粒径的气溶胶中的分散程度的增加而增加。

气溶胶可能在冷却塔的日常运行中产生。

在许多空调系统中，冷却塔是用来将冷却器释放出来的热量移除。冷却塔也用来将许多包括空气和流体制冷的工业过程中所产生的热量移除。在本说明书中，我们将这些都称为流体。典型地，通过一个热交换器，水从一个水池循环至塔顶，在此处，水通过一个设计能够产生扩大的湿表面积的结构喷洒下来或落下，其间，空气穿过扩大的湿表面积。空气的移动引起水发生蒸发冷却。在本说明书中，术语冷却塔包括所有形态结构的冷却塔和排热设备，其中，水从一储蓄器循环至塔顶，然后再从加热材料上喷洒下来或落下。此过程包括空气移动和水的蒸发冷却。

在本说明书中，术语冷却器指所有能够将热量排出冷却塔或冷却塔系统的设备。在本说明书中，术语冷却水包括冷凝器水。

在运行过程中，冷却水从冷却器或其它热交换源得到热量，在塔顶的分配过程中，通过蒸发冷却、对流和传导热交换，水中的热量被移动的空气带走。在商用系统中，空气的流动模式通常是强制流动，但是在工业生产中，却是强制和/或对流。

所有的冷却塔在运行过程中，水通过蒸发、溢流和漂移不断损失。漂移是以非常小的微滴或气溶胶的形式夹带在冷却塔排出液中的循环水的一部分。这种产生在塔中的现象是由于水冲击塔填料以及水的分布系统所造成。空气的流动可能夹带一些较小的微滴，并携带它们通过冷却塔。为了使漂移损失最小化，通常在塔的排出口前放置清除器。由上述过程所导致的水损失通常是将补充水直接排放至储蓄器或水池中来补给。通常，补充水的量是循环冷却水流率的百分之几。

为了使冷却塔及其相关设备的有效寿命达到最大，几十年来，标准的做法是对循环水进行化学处理。腐蚀抑制剂用来最小化金属表面的腐蚀。用表面活性剂、生物杀灭剂和其它化学试剂来控制由污泥、淤泥和微生物生长所引起的污垢，以便在热转移表面保持高效的热转移，从而确保水能够自由流经系统，阻止某些导致表面腐蚀和表面降解的微生物的繁殖。必须使生物杀灭剂与微生物接触，以确保足够的控制。颗粒物、污泥、碎片、软泥和其它微生物，如原生动物的存在对军团菌具有潜在的保护作用，使其免受生物杀灭剂的影响，这样，如果生物杀灭剂的含量降低或军团菌得到了保护，就可能导致军团菌的生命力更持久并不断繁殖。随着人们对由冷却塔可能引起的军团病的警惕性日益增加，使用生物杀灭剂来控制军团菌的方法越来越多。

主要用生物杀灭剂来处理军团菌的一个主要缺点是缺乏一种简单的现场测试和连续监测冷却塔中生物杀灭剂浓度的测试方法。因此，通常通过基于估测系统中水的体积以及所加入的生物杀灭剂的重量来计算起始生物杀灭剂的浓度。依靠生物杀灭剂的另一些缺点是其高成本和对管理人员的威胁，以及带来的负面环境影响，尤其是气溶胶形式和排入至下水道中时。此外，由于细菌可能产生耐药性，所以迫使人们使用新的更有效力的生物杀灭剂或生物杀灭剂组合。而且，在实际生活中，人们对于降低军团菌危险的最直接的反映就是更频繁地使用生物杀灭剂。到目前为止，人们还没有评估这种高含量的气溶胶化学物质的潜在危险。

截至目前为止，处理冷取塔的方法包括强制登记、确定现存所有冷却塔的位置、实施风险管理计划以及实行强制清洁和化学处理的标准和制度。

另一种方法就是尽量避免使用冷却塔。还有一种可以使用的解决方案就是利用空气冷却冷凝器或空气冷却热交换器。但是，这些冷凝器和空气冷却热交换器的运行需要增加较大的成本，因为这一过程需要使用大量的电力或其它能源。典型地，空气冷却冷凝器所带来的附加能源成本可能超过冷却塔系统能源成本的30％。因此，希望有能源使用效率高的系统，并且允许设计者选择最低的周期成本。尽管资本投资与新安装一套设备没有太大的差别，但是，通常情况下，改装现有系统将会包括大量的附加成本。

专利申请WO91/02935中公开了一种新型的灭除军团菌的方法。在此专利申请中描述了一种方法，其中，每月一次将作为冷却塔一部分的收集槽中的冷却水加热至能够杀灭有害细菌的温度，并在此温度下保持4小时。这样一种系统看起来并没有被商业化，而且这种处理方法还达不到足够高的效率。此公开系统的一个缺点是其没有解决排热设备中的细菌问题。系统的运行还教导，每月处理将会将细菌水平控制在两次处理之间。在实际运行中，经过几天或几个星期，细菌水平就可能明显地增大。此外，此公开的系统只能用于在处理期间，排热设备和冷却水系统可以停机的情况。现在，越来越多地要求冷却塔能够支持冷却器每天24小时运行。

专利申请WO90/02707中描述了另一种新方法。此专利申请公开了一种组装包括冷却塔补偿水的冷却水系统，其中，将补偿水用巴氏法灭菌。然而，本发明仍然没有解决上文所讨论的构成系统绝大部分水的冷却塔中循环水的问题。补偿水通常只占循环冷却水的大约1％。据信，循环水是导致不希望的细菌的主要原因。只有非常小部分不希望的细菌源于入口水。

因此，希望有一种能够不只依赖高含量的生物杀灭剂来在冷却塔中控制军团菌的方法。

发明简述

以一种方式，本发明提供了一种控制军团菌的方法，通过至少每10天将循环冷却水加热至至少60℃的高温，并保持一段预定时间，来运行流体调节设备的冷却水系统，其中，将热敏感的排热设备与加热的循环冷却水隔离。

优选地，加热温度为至少65℃。

优选地，加热温度为至少70℃。

优选地，加热温度在70℃～80℃之间。

优选地，当加热温度为至少70℃时，预定时间为至少5秒钟。

优选地，预定时间为至少30分钟。

优选地，预定时间为至少60分钟。

优选地，加热频率为每24小时至少一次。

优选地，用预选的高剂量抗菌剂化学物质处理隔离的排热设备中的水，剂量的选择应该是，当排热设备没有被隔离时，所有冷却水系统中剂量保持在所需的范围内。

以另一种方式，本发明提供了一种控制军团菌的方法，通过使用旁路加热系统将循环冷却水加热至至少60℃的高温，并保持一段预定时间，来运行流体调节设备的冷却水系统，其中，将小部分循环冷却水加热至高温，并保持一段预定时间。

优选地，小部分循环冷却水为低于5％，更优选地，为低于1％。

优选地，本发明的第一和第二种方式可以组合使用。

优选地，控制流体调节设备的冷却水系统中军团菌的方法还包括，当不需要冷却水进行冷却时，保持冷却水的温度尽可能地接近环境湿球温度，从而使军团菌的生长最小化。此方法可以与本发明的第一种和/或第二种方式组合使用。

附图简述

附图1是本发明方法的示意图。

附图2是本发明的另一种方式的示意图。

发明详述

在部分循环中利用低温降低了细菌的繁殖。此循环包括，当不需要排热时，运行冷却水系统，而无需冷却器始终如一地放热以降低冷却水的温度。当冷却器停止运行后，也就是当冷却器不运行时，开始在接近环境湿球温度下运行冷却水系统。当冷却器停止运行和一天中温度较低的时候，通过运行冷却水系统可以最容易地达到此目的。

上述操作的目的是，当不需要冷却冷却器或其它设备时，使冷却水与实际气温一样冷。研究发现，这种条件降低了军团菌的生长速率。

获得高于60℃的温度需要一个热源。通常，达到此目的的最经济的方法是使用用来给建筑物或生产过程加热的普通热水加热器。在可能的情况下，也可以使用蒸汽、过热蒸汽降温器和废热和其它热源。可以利用旁路系统来防止排热设备/冷却器的过热。通常，还使用适当的故障防护系统。例如，可以使用控制系统来防止加热循环期间制冷剂的过热。为了降低加热循环期间排热设备/冷却器中的细菌含量，我们发现，使用传统的生物杀菌剂有利于到达此目的。因为排热设备/冷却器中水的体积比循环冷却水的总体积低很多，所以生物杀菌剂的用量可以比普通使用量高许多。典型地，用量可以为普通用量的5～10倍，这种高含量被认为可以更有效地杀灭排热设备/冷却器中的细菌。

参照附图1，所显示的冷却塔1包括位于冷却塔1底部的水池2。冷却塔1包括高温塔填料材料3、空气入口4和5、漂移消除器6、塔风扇7和水分布器8。水分布器8由一根冷却水管9进料。水池出口10与水管11和泵12相连接，然后再依次与冷却水管9连接。补偿水由水管13进入水池2。排热设备14处在一环状管路15中，用合适的阀控制位点16和17，使其在热循环期间处在隔离状态。在清洁循环期间，将热18引入至循环水中。可以在排热设备14中加入相对高含量的生物杀灭剂，并且利用合适的再循环设备可以杀灭与热清洁设备相隔离的设备中的不期望的细菌。当可能将水池中的水温降低至低于20℃时，在正常运行和与这种热循环组合期间，可以将循环冷却水冷却。这样可以降低细菌的繁殖。本系统的运行还可以控制其它不期望的细菌和藻类的数量。上文所描述的技术可以用于所有不需要每天运行24小时的流体调节系统。

此外，可以利用具有专用冷却塔的冷却器来促进一个或多个单元的热循环，并同时在其它单元中继续冷却。也可以将这些系统应用在需要每天运行24小时的系统。

通过将冷却塔中的冷却水每24小时在70℃下加热5分钟就能够用传统剂量的生物杀灭剂有效地控制军团菌。可以很容易地实现对温度的监测和控制，这包括对此系统运行的远程监控能力。

参照附图2，在此具体装置中，排热设备14没有与循环冷却水隔离。用一旁路加热器将循环冷却水加热，并保存在储罐19和预热器热交换器20中。预热器20为任选设备，但优选地包括此设备，因为这种设备可以增加该系统的运行效率。加热过程也可以通过利用废热、来自过热蒸汽降温的热量或其它热源。此系统适合间歇使用和连续使用。

通常，本发明的方法还包括自动控制行为和控制循环的低温和高温。循环系统中包括监控设备将会进一步保证运行质量。

本发明还包括以顺序冷却和加热循环的组合方式运行冷却水系统。虽然本发明包括不依赖生物杀灭剂来控制军团菌，但是生物杀灭剂的使用会增加冷却水和/或加热系统的效率，这些系统是我们优选的系统。尽管本发明描述的是用于空气调节的冷却塔，但也可以将其应用于其它可能存在被军团菌污染的气溶胶供水器的社区、商业和工业场合。

由于本领域的技术人员可以很容易地在本发明的精神和范围内对其实现修改，所以需要理解的是，本发明并未局限于本文用实施例所描述的具体设备。