專利名稱：控制冷卻塔中軍團(tuán)菌的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制冷卻塔中的細(xì)菌，尤其是軍團(tuán)菌的方法。
背景技術(shù)：
1976年，首次確認(rèn)了一種由后來被命名為侵肺軍團(tuán)菌的細(xì)菌所引起的呼吸道疾病。這種疾病被稱為軍團(tuán)病。從那時(shí)起，此疾病在世界范圍內(nèi)許多地方出現(xiàn)過，包括澳大利亞。最近一次嚴(yán)重的爆發(fā)發(fā)生在2000年的墨爾本水族館，并有死亡報(bào)道。在這種爆發(fā)中，與設(shè)備相關(guān)的冷卻塔被認(rèn)為是細(xì)菌的來源。
雖然以前健康的人可能接觸感染此種疾病，但最容易受到威脅的是那些正在接受癌癥治療以及其它患有可能導(dǎo)致處于免疫抑制狀態(tài)的疾病的病人。其它可能受到此細(xì)菌危險(xiǎn)的人群包括吸煙者、重度飲酒者和其它處于如糖尿病和慢性阻塞性肺疾病等隱伏健康狀態(tài)下的人群。這些患者的平均年齡在55歲左右，而且男性比女性多。
據(jù)信，此種疾病的傳播途徑是吸入了受污染的氣溶膠。同時(shí)，研究者認(rèn)為感染不是因?yàn)轱嬘密妶F(tuán)菌污染的水所引起的。
侵肺軍團(tuán)菌，當(dāng)前被確認(rèn)的二十多種軍團(tuán)菌之一，大約占澳大利亞維多利亞州報(bào)道的軍團(tuán)菌疾病的75％?，F(xiàn)在，有十四種被確認(rèn)的侵肺軍團(tuán)菌血清群。維多利亞也發(fā)生過由其它軍團(tuán)菌種所引起的感染，即博氏軍團(tuán)菌和長灘軍團(tuán)菌。從嚴(yán)格意義上講，軍團(tuán)病是指由侵肺軍團(tuán)菌所引起的疾病，軍團(tuán)桿菌病則指由任何軍團(tuán)菌種所引起的疾病。在本說明書中，術(shù)語“軍團(tuán)病”指由任何軍團(tuán)菌種所引起的肺炎表現(xiàn)形式的疾病。
軍團(tuán)病的前期表現(xiàn)是重度肺炎，病人伴隨有不適感、肌肉疼痛、頭痛和出汗發(fā)燒等早期癥狀。前幾個(gè)星期的表現(xiàn)為咳嗽和經(jīng)常性口干。偶爾出現(xiàn)有帶血跡的痰。隨后，患者逐漸出現(xiàn)呼吸短促，并且這種呼吸癥狀發(fā)展為肺炎，最終導(dǎo)致呼吸衰竭。在此過程中，經(jīng)常伴隨有其它一些癥狀，如精神錯(cuò)亂、譫妄、腹瀉、嘔吐和腎衰竭。這種疾病通常具有2～10天的潛伏期。在治療軍團(tuán)病時(shí)，通常使用的首選藥是紅霉素，在無應(yīng)答情況下，也可以加入利福平。
軍團(tuán)菌屬細(xì)菌分布很廣，并且是水中的天然棲居動(dòng)物?？梢栽诤?、河流、小溪以及其它水體中發(fā)現(xiàn)他們。其它細(xì)菌和藻類能夠給軍團(tuán)菌提供營養(yǎng)物，如果吸入了含有這種細(xì)菌或藻類的氣溶膠，那么就可能引起健康問題。
如前所述，人類感染的途徑被認(rèn)為是吸入了包含軍團(tuán)菌的氣溶膠。直徑不大于5微米的氣溶膠尤其容易穿透人體的下呼吸道。據(jù)報(bào)道，氣溶膠中，多種細(xì)菌在大約65％的相對濕度下含量達(dá)到最大。被軍團(tuán)菌感染的危險(xiǎn)隨著深度吸入的細(xì)菌數(shù)量的增加而增加，因此，也隨著這些細(xì)菌在水源中的繁殖以及它們在適當(dāng)粒徑的氣溶膠中的分散程度的增加而增加。
氣溶膠可能在冷卻塔的日常運(yùn)行中產(chǎn)生。
在許多空調(diào)系統(tǒng)中，冷卻塔是用來將冷卻器釋放出來的熱量移除。冷卻塔也用來將許多包括空氣和流體制冷的工業(yè)過程中所產(chǎn)生的熱量移除。在本說明書中，我們將這些都稱為流體。典型地，通過一個(gè)熱交換器，水從一個(gè)水池循環(huán)至塔頂，在此處，水通過一個(gè)設(shè)計(jì)能夠產(chǎn)生擴(kuò)大的濕表面積的結(jié)構(gòu)噴灑下來或落下，其間，空氣穿過擴(kuò)大的濕表面積。空氣的移動(dòng)引起水發(fā)生蒸發(fā)冷卻。在本說明書中，術(shù)語冷卻塔包括所有形態(tài)結(jié)構(gòu)的冷卻塔和排熱設(shè)備，其中，水從一儲(chǔ)蓄器循環(huán)至塔頂，然后再從加熱材料上噴灑下來或落下。此過程包括空氣移動(dòng)和水的蒸發(fā)冷卻。
在本說明書中，術(shù)語冷卻器指所有能夠?qū)崃颗懦隼鋮s塔或冷卻塔系統(tǒng)的設(shè)備。在本說明書中，術(shù)語冷卻水包括冷凝器水。
在運(yùn)行過程中，冷卻水從冷卻器或其它熱交換源得到熱量，在塔頂?shù)姆峙溥^程中，通過蒸發(fā)冷卻、對流和傳導(dǎo)熱交換，水中的熱量被移動(dòng)的空氣帶走。在商用系統(tǒng)中，空氣的流動(dòng)模式通常是強(qiáng)制流動(dòng)，但是在工業(yè)生產(chǎn)中，卻是強(qiáng)制和/或?qū)α鳌?br> 所有的冷卻塔在運(yùn)行過程中，水通過蒸發(fā)、溢流和漂移不斷損失。漂移是以非常小的微滴或氣溶膠的形式夾帶在冷卻塔排出液中的循環(huán)水的一部分。這種產(chǎn)生在塔中的現(xiàn)象是由于水沖擊塔填料以及水的分布系統(tǒng)所造成?？諝獾牧鲃?dòng)可能夾帶一些較小的微滴，并攜帶它們通過冷卻塔。為了使漂移損失最小化，通常在塔的排出口前放置清除器。由上述過程所導(dǎo)致的水損失通常是將補(bǔ)充水直接排放至儲(chǔ)蓄器或水池中來補(bǔ)給。通常，補(bǔ)充水的量是循環(huán)冷卻水流率的百分之幾。
為了使冷卻塔及其相關(guān)設(shè)備的有效壽命達(dá)到最大，幾十年來，標(biāo)準(zhǔn)的做法是對循環(huán)水進(jìn)行化學(xué)處理。腐蝕抑制劑用來最小化金屬表面的腐蝕。用表面活性劑、生物殺滅劑和其它化學(xué)試劑來控制由污泥、淤泥和微生物生長所引起的污垢，以便在熱轉(zhuǎn)移表面保持高效的熱轉(zhuǎn)移，從而確保水能夠自由流經(jīng)系統(tǒng)，阻止某些導(dǎo)致表面腐蝕和表面降解的微生物的繁殖。必須使生物殺滅劑與微生物接觸，以確保足夠的控制。顆粒物、污泥、碎片、軟泥和其它微生物，如原生動(dòng)物的存在對軍團(tuán)菌具有潛在的保護(hù)作用，使其免受生物殺滅劑的影響，這樣，如果生物殺滅劑的含量降低或軍團(tuán)菌得到了保護(hù)，就可能導(dǎo)致軍團(tuán)菌的生命力更持久并不斷繁殖。隨著人們對由冷卻塔可能引起的軍團(tuán)病的警惕性日益增加，使用生物殺滅劑來控制軍團(tuán)菌的方法越來越多。
主要用生物殺滅劑來處理軍團(tuán)菌的一個(gè)主要缺點(diǎn)是缺乏一種簡單的現(xiàn)場測試和連續(xù)監(jiān)測冷卻塔中生物殺滅劑濃度的測試方法。因此，通常通過基于估測系統(tǒng)中水的體積以及所加入的生物殺滅劑的重量來計(jì)算起始生物殺滅劑的濃度。依靠生物殺滅劑的另一些缺點(diǎn)是其高成本和對管理人員的威脅，以及帶來的負(fù)面環(huán)境影響，尤其是氣溶膠形式和排入至下水道中時(shí)。此外，由于細(xì)菌可能產(chǎn)生耐藥性，所以迫使人們使用新的更有效力的生物殺滅劑或生物殺滅劑組合。而且，在實(shí)際生活中，人們對于降低軍團(tuán)菌危險(xiǎn)的最直接的反映就是更頻繁地使用生物殺滅劑。到目前為止，人們還沒有評估這種高含量的氣溶膠化學(xué)物質(zhì)的潛在危險(xiǎn)。
截至目前為止，處理冷取塔的方法包括強(qiáng)制登記、確定現(xiàn)存所有冷卻塔的位置、實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃以及實(shí)行強(qiáng)制清潔和化學(xué)處理的標(biāo)準(zhǔn)和制度。
另一種方法就是盡量避免使用冷卻塔。還有一種可以使用的解決方案就是利用空氣冷卻冷凝器或空氣冷卻熱交換器。但是，這些冷凝器和空氣冷卻熱交換器的運(yùn)行需要增加較大的成本，因?yàn)檫@一過程需要使用大量的電力或其它能源。典型地，空氣冷卻冷凝器所帶來的附加能源成本可能超過冷卻塔系統(tǒng)能源成本的30％。因此，希望有能源使用效率高的系統(tǒng)，并且允許設(shè)計(jì)者選擇最低的周期成本。盡管資本投資與新安裝一套設(shè)備沒有太大的差別，但是，通常情況下，改裝現(xiàn)有系統(tǒng)將會(huì)包括大量的附加成本。
專利申請WO91/02935中公開了一種新型的滅除軍團(tuán)菌的方法。在此專利申請中描述了一種方法，其中，每月一次將作為冷卻塔一部分的收集槽中的冷卻水加熱至能夠殺滅有害細(xì)菌的溫度，并在此溫度下保持4小時(shí)。這樣一種系統(tǒng)看起來并沒有被商業(yè)化，而且這種處理方法還達(dá)不到足夠高的效率。此公開系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)是其沒有解決排熱設(shè)備中的細(xì)菌問題。系統(tǒng)的運(yùn)行還教導(dǎo)，每月處理將會(huì)將細(xì)菌水平控制在兩次處理之間。在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)過幾天或幾個(gè)星期，細(xì)菌水平就可能明顯地增大。此外，此公開的系統(tǒng)只能用于在處理期間，排熱設(shè)備和冷卻水系統(tǒng)可以停機(jī)的情況?，F(xiàn)在，越來越多地要求冷卻塔能夠支持冷卻器每天24小時(shí)運(yùn)行。
專利申請WO90/02707中描述了另一種新方法。此專利申請公開了一種組裝包括冷卻塔補(bǔ)償水的冷卻水系統(tǒng)，其中，將補(bǔ)償水用巴氏法滅菌。然而，本發(fā)明仍然沒有解決上文所討論的構(gòu)成系統(tǒng)絕大部分水的冷卻塔中循環(huán)水的問題。補(bǔ)償水通常只占循環(huán)冷卻水的大約1％。據(jù)信，循環(huán)水是導(dǎo)致不希望的細(xì)菌的主要原因。只有非常小部分不希望的細(xì)菌源于入口水。
因此，希望有一種能夠不只依賴高含量的生物殺滅劑來在冷卻塔中控制軍團(tuán)菌的方法。
發(fā)明簡述以一種方式，本發(fā)明提供了一種控制軍團(tuán)菌的方法，通過至少每10天將循環(huán)冷卻水加熱至至少60℃的高溫，并保持一段預(yù)定時(shí)間，來運(yùn)行流體調(diào)節(jié)設(shè)備的冷卻水系統(tǒng)，其中，將熱敏感的排熱設(shè)備與加熱的循環(huán)冷卻水隔離。
優(yōu)選地，加熱溫度為至少65℃。
優(yōu)選地，加熱溫度為至少70℃。
優(yōu)選地，加熱溫度在70℃～80℃之間。
優(yōu)選地，當(dāng)加熱溫度為至少70℃時(shí)，預(yù)定時(shí)間為至少5秒鐘。
優(yōu)選地，預(yù)定時(shí)間為至少30分鐘。
優(yōu)選地，預(yù)定時(shí)間為至少60分鐘。
優(yōu)選地，加熱頻率為每24小時(shí)至少一次。
優(yōu)選地，用預(yù)選的高劑量抗菌劑化學(xué)物質(zhì)處理隔離的排熱設(shè)備中的水，劑量的選擇應(yīng)該是，當(dāng)排熱設(shè)備沒有被隔離時(shí)，所有冷卻水系統(tǒng)中劑量保持在所需的范圍內(nèi)。
以另一種方式，本發(fā)明提供了一種控制軍團(tuán)菌的方法，通過使用旁路加熱系統(tǒng)將循環(huán)冷卻水加熱至至少60℃的高溫，并保持一段預(yù)定時(shí)間，來運(yùn)行流體調(diào)節(jié)設(shè)備的冷卻水系統(tǒng)，其中，將小部分循環(huán)冷卻水加熱至高溫，并保持一段預(yù)定時(shí)間。
優(yōu)選地，小部分循環(huán)冷卻水為低于5％，更優(yōu)選地，為低于1％。
優(yōu)選地，本發(fā)明的第一和第二種方式可以組合使用。
優(yōu)選地，控制流體調(diào)節(jié)設(shè)備的冷卻水系統(tǒng)中軍團(tuán)菌的方法還包括，當(dāng)不需要冷卻水進(jìn)行冷卻時(shí)，保持冷卻水的溫度盡可能地接近環(huán)境濕球溫度，從而使軍團(tuán)菌的生長最小化。此方法可以與本發(fā)明的第一種和/或第二種方式組合使用。
附圖簡述附

圖1是本發(fā)明方法的示意圖。
附圖2是本發(fā)明的另一種方式的示意圖。
發(fā)明詳述在部分循環(huán)中利用低溫降低了細(xì)菌的繁殖。此循環(huán)包括，當(dāng)不需要排熱時(shí)，運(yùn)行冷卻水系統(tǒng)，而無需冷卻器始終如一地放熱以降低冷卻水的溫度。當(dāng)冷卻器停止運(yùn)行后，也就是當(dāng)冷卻器不運(yùn)行時(shí)，開始在接近環(huán)境濕球溫度下運(yùn)行冷卻水系統(tǒng)。當(dāng)冷卻器停止運(yùn)行和一天中溫度較低的時(shí)候，通過運(yùn)行冷卻水系統(tǒng)可以最容易地達(dá)到此目的。
上述操作的目的是，當(dāng)不需要冷卻冷卻器或其它設(shè)備時(shí)，使冷卻水與實(shí)際氣溫一樣冷。研究發(fā)現(xiàn)，這種條件降低了軍團(tuán)菌的生長速率。
獲得高于60℃的溫度需要一個(gè)熱源。通常，達(dá)到此目的的最經(jīng)濟(jì)的方法是使用用來給建筑物或生產(chǎn)過程加熱的普通熱水加熱器。在可能的情況下，也可以使用蒸汽、過熱蒸汽降溫器和廢熱和其它熱源?？梢岳门月废到y(tǒng)來防止排熱設(shè)備/冷卻器的過熱。通常，還使用適當(dāng)?shù)墓收戏雷o(hù)系統(tǒng)。例如，可以使用控制系統(tǒng)來防止加熱循環(huán)期間制冷劑的過熱。為了降低加熱循環(huán)期間排熱設(shè)備/冷卻器中的細(xì)菌含量，我們發(fā)現(xiàn)，使用傳統(tǒng)的生物殺菌劑有利于到達(dá)此目的。因?yàn)榕艧嵩O(shè)備/冷卻器中水的體積比循環(huán)冷卻水的總體積低很多，所以生物殺菌劑的用量可以比普通使用量高許多。典型地，用量可以為普通用量的5～10倍，這種高含量被認(rèn)為可以更有效地殺滅排熱設(shè)備/冷卻器中的細(xì)菌。
參照附圖1，所顯示的冷卻塔1包括位于冷卻塔1底部的水池2。冷卻塔1包括高溫塔填料材料3、空氣入口4和5、漂移消除器6、塔風(fēng)扇7和水分布器8。水分布器8由一根冷卻水管9進(jìn)料。水池出口10與水管11和泵12相連接，然后再依次與冷卻水管9連接。補(bǔ)償水由水管13進(jìn)入水池2。排熱設(shè)備14處在一環(huán)狀管路15中，用合適的閥控制位點(diǎn)16和17，使其在熱循環(huán)期間處在隔離狀態(tài)。在清潔循環(huán)期間，將熱18引入至循環(huán)水中?？梢栽谂艧嵩O(shè)備14中加入相對高含量的生物殺滅劑，并且利用合適的再循環(huán)設(shè)備可以殺滅與熱清潔設(shè)備相隔離的設(shè)備中的不期望的細(xì)菌。當(dāng)可能將水池中的水溫降低至低于20℃時(shí)，在正常運(yùn)行和與這種熱循環(huán)組合期間，可以將循環(huán)冷卻水冷卻。這樣可以降低細(xì)菌的繁殖。本系統(tǒng)的運(yùn)行還可以控制其它不期望的細(xì)菌和藻類的數(shù)量。上文所描述的技術(shù)可以用于所有不需要每天運(yùn)行24小時(shí)的流體調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
此外，可以利用具有專用冷卻塔的冷卻器來促進(jìn)一個(gè)或多個(gè)單元的熱循環(huán)，并同時(shí)在其它單元中繼續(xù)冷卻。也可以將這些系統(tǒng)應(yīng)用在需要每天運(yùn)行24小時(shí)的系統(tǒng)。
通過將冷卻塔中的冷卻水每24小時(shí)在70℃下加熱5分鐘就能夠用傳統(tǒng)劑量的生物殺滅劑有效地控制軍團(tuán)菌?？梢院苋菀椎貙?shí)現(xiàn)對溫度的監(jiān)測和控制，這包括對此系統(tǒng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控能力。
參照附圖2，在此具體裝置中，排熱設(shè)備14沒有與循環(huán)冷卻水隔離。用一旁路加熱器將循環(huán)冷卻水加熱，并保存在儲(chǔ)罐19和預(yù)熱器熱交換器20中。預(yù)熱器20為任選設(shè)備，但優(yōu)選地包括此設(shè)備，因?yàn)檫@種設(shè)備可以增加該系統(tǒng)的運(yùn)行效率。加熱過程也可以通過利用廢熱、來自過熱蒸汽降溫的熱量或其它熱源。此系統(tǒng)適合間歇使用和連續(xù)使用。
通常，本發(fā)明的方法還包括自動(dòng)控制行為和控制循環(huán)的低溫和高溫。循環(huán)系統(tǒng)中包括監(jiān)控設(shè)備將會(huì)進(jìn)一步保證運(yùn)行質(zhì)量。
本發(fā)明還包括以順序冷卻和加熱循環(huán)的組合方式運(yùn)行冷卻水系統(tǒng)。雖然本發(fā)明包括不依賴生物殺滅劑來控制軍團(tuán)菌，但是生物殺滅劑的使用會(huì)增加冷卻水和/或加熱系統(tǒng)的效率，這些系統(tǒng)是我們優(yōu)選的系統(tǒng)。盡管本發(fā)明描述的是用于空氣調(diào)節(jié)的冷卻塔，但也可以將其應(yīng)用于其它可能存在被軍團(tuán)菌污染的氣溶膠供水器的社區(qū)、商業(yè)和工業(yè)場合。
由于本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很容易地在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)對其實(shí)現(xiàn)修改，所以需要理解的是，本發(fā)明并未局限于本文用實(shí)施例所描述的具體設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種控制軍團(tuán)菌的方法，通過至少每10天將循環(huán)冷卻水加熱至至少60℃的高溫，并保持一段預(yù)定時(shí)間，來運(yùn)行流體調(diào)節(jié)設(shè)備的冷卻水系統(tǒng)，其中，將熱敏感的排熱設(shè)備與加熱的循環(huán)冷卻水隔離，而且其中生物殺滅劑存在于水中。
2.如權(quán)利要求1所定義的方法，其中隔離的排熱設(shè)備中的水另外摻有生物殺滅劑。
3.如權(quán)利要求1或2所定義的方法，其中的高溫為至少65℃。
4.如權(quán)利要求1或2所定義的方法，其中的高溫為至少70℃。
5.如權(quán)利要求1或2所定義的方法，其中的高溫為至少70℃～80℃。
6.如任一權(quán)利要求1～5所定義的方法，其中，當(dāng)溫度為至少70℃時(shí)，預(yù)定時(shí)間為至少5秒鐘。
7.如任一權(quán)利要求1～5所定義的方法，其中預(yù)定時(shí)間為至少30分鐘。
8.如任一權(quán)利要求1～5所定義的方法，其中預(yù)定時(shí)間為至少60分鐘。
9.如任一權(quán)利要求1～8所定義的方法，其中，加熱頻率為每24小時(shí)至少一次。
10.一種控制軍團(tuán)菌的方法，通過使用旁路加熱系統(tǒng)將小部分循環(huán)冷卻水加熱至至少60℃的高溫，并保持一段預(yù)定時(shí)間，來運(yùn)行流體調(diào)節(jié)設(shè)備的冷卻水系統(tǒng)，其中，所述小部分冷卻水為低于5％，而且其中循環(huán)冷卻水含有生物殺滅劑。
11.如權(quán)利要求10所定義的方法，其中所述小部分冷卻水為低于1％。
12.如任一權(quán)利要求9～11所定義的方法，其中的高溫為至少70℃。
13.如任一權(quán)利要求9～12所定義的方法，還包括根據(jù)任一權(quán)利要求1～8所定義的方法中的周期性加熱。
14.如任一權(quán)利要求1～13所定義的方法，其中，此方法包括，當(dāng)不需要冷卻水進(jìn)行冷卻時(shí)，保持冷卻水的溫度盡可能地接近環(huán)境濕球溫度，從而使軍團(tuán)菌的生長最小化。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種控制冷卻水系統(tǒng)中軍團(tuán)菌的方法。此方法包括將循環(huán)冷卻水加熱至70℃，并保持足夠長的時(shí)間，以殺死細(xì)菌。將此方法與化學(xué)殺菌劑聯(lián)合使用效果最佳。
文檔編號F28F25/00GK1617835SQ02827601
公開日2005年5月18日 申請日期2002年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月27日
發(fā)明者約翰·英尼斯·科菲 申請人:約翰·英尼斯·科菲