مكافحة التلوث الحيوي بفعالية في أبراج التبريد الصناعية: المبيدات الحيوية غير المؤكسدة مقابل المؤكسدة

غالبًا ما تشكّل المبيدات الحيوية المؤكسدة الأساس العملي لمكافحة الكائنات الدقيقة في أبراج التبريد الصناعية، لأنها سريعة المفعول ويمكن مراقبتها من خلال قياس المتبقيات. وتكتسب المبيدات الحيوية غير المؤكسدة أهمية عندما تتطلب كائنات دقيقة معينة أو ظروف تشغيل محددة أو ترسّبات مستمرة آلية معالجة مختلفة. ومع ذلك، لا يعوّض أي من النوعين عن ضعف دوران المياه أو تراكم الترسبات أو وجود غشاء حيوي راسخ لا تستطيع المواد الكيميائية الوصول إليه بفعالية.

لذلك، لا يقتصر الاختيار على تحديد المادة الكيميائية الأكثر فاعلية في القضاء على الكائنات الدقيقة، بل يتعلق بتحديد المعالجة التي تستطيع إيصال تركيز فعّال إلى الأسطح المطلوب حمايتها، ولفترة كافية، من دون التسبب في مشكلات غير مقبولة تتعلق بالتآكل أو التوافق أو التصريف أو السلامة.

يغيّر الغشاء الحيوي مفهوم «المكافحة الفعّالة»

قد تبقى الكائنات الدقيقة الموجودة في مياه التبريد معلّقة في المياه السائبة أو تلتصق بالمبادلات الحرارية وحشوات البرج وجدران الحوض والأنابيب. وتنتج التجمعات الملتصقة مصفوفة واقية تحتجز المغذيات والمواد الصلبة العالقة. ويحد هذا الغشاء الحيوي من انتقال الحرارة، ويهيئ ظروفًا موضعية قد تسهم في التآكل المتأثر ميكروبيولوجيًا.

لا يثبت انخفاض عدد الميكروبات في عينة من المياه المتداولة أن هذه الأسطح نظيفة. فقد تحد المعالجة من الكائنات العائمة بحرية، بينما تترك مجموعة ملتصقة قادرة على إعادة تلويث النظام. وعلى العكس، قد تعكس الزيادة المؤقتة في أعداد الكائنات في المياه السائبة بعد التنظيف أو المعالجة بمشتت حيوي موادَّ تحررت من الأسطح، لا فشل المعالجة ببساطة.

لذلك، تتطلب المكافحة الفعّالة أدلة من المياه والمعدات على حد سواء: اتجاهات أعداد الميكروبات، والترسبات السطحية، ونتائج الفحص، وأداء انتقال الحرارة، ومراقبة التآكل. وتدل المتبقيات الكيميائية على التعرض في عينة المياه، لا على إزالة الغشاء الحيوي من كامل الدائرة.

المبيدات الحيوية المؤكسدة: مفعول سريع، لكن كيمياء المياه مهمة

تُتلف المنتجات القائمة على الكلور، ومعالجات البروم، وثاني أكسيد الكلور مكونات الخلايا الميكروبية عن طريق الأكسدة. ويجعل مفعولها السريع وإمكانية قياس متبقياتها منها خيارات مفيدة للمكافحة الروتينية، سواء استُخدمت باستمرار أو على فترات ضمن برنامج تشغيل معتمد.

هذه المواد الكيميائية ليست قابلة للاستبدال بعضها ببعض. ففي حالة الكلور، يتغير التوازن بين حمض الهيبوكلوروس والهيبوكلوريت بتغير الرقم الهيدروجيني؛ ومع ارتفاعه، تنخفض نسبة حمض الهيبوكلوروس الأعلى فاعلية. أما كيمياء البروم، فتحافظ على نسبة أكبر من صورتها الحمضية الفعالة عند الرقم الهيدروجيني القلوي المعتدل. ويتصرف ثاني أكسيد الكلور على نحو مختلف عن الكلور، ويتأثر بدرجة أقل بهذا الاتزان الحمضي القاعدي، لكنه يتطلب ترتيبات خاصة به للتوليد والمراقبة والسلامة.

قد يكون الطلب الكيميائي للمياه مهمًا بقدر أهمية معدل التغذية الاسمي. فقد تستهلك الملوثات العضوية والأمونيا والمعادن المختزلة والكتلة الحيوية المتراكمة المادة المؤكسدة قبل وصولها إلى الأسطح البعيدة أو شديدة التلوث. ويمكن أن تؤدي زيادة التغذية من دون تحديد مصدر الطلب إلى رفع استهلاك المواد الكيميائية من دون معالجة المشكلة الأساسية.

إن التمييز بين الجرعة والمتبقي أمر بالغ الأهمية. فالجرعة تصف ما يدخل إلى النظام، بينما يشير المتبقي إلى ما يبقى عند نقطة أخذ عينة معينة وفي وقت محدد. ولا تثبت النتيجة المقبولة بالقرب من نقطة الحقن كفاية المعالجة في فرع ضعيف الدوران أو في مبادل حراري بعيد.

يمكن أن يدعم جهد الأكسدة والاختزال التحكم في العملية، لكنه لا يشكل بديلًا عامًا لقياس المتبقي الخاص بالمادة المؤكسدة. إذ تعتمد استجابته على الرقم الهيدروجيني وعلى كيمياء المياه عمومًا. وينبغي تحديد حدود التحكم للنظام الفعلي بدلًا من نقلها من منشأة لا صلة لها به.

المبيدات الحيوية غير المؤكسدة: آليات بديلة تتطلب التعرض الكافي

تعمل المبيدات الحيوية غير المؤكسدة بآليات مثل إتلاف أغشية الخلايا أو التدخل في العمليات الخلوية الأساسية. وتشمل الأمثلة المستخدمة في معالجة المياه الصناعية الغلوتارالدهيد والإيزوثيازولينونات وDBNPA وبعض مركبات الأمونيوم الرباعية. وتختلف هذه المواد اختلافًا كبيرًا من حيث نطاق الكائنات الدقيقة التي تؤثر فيها، وثباتها، ومتطلبات زمن التلامس، ومدى توافقها.

ولا ينبغي تفسير وصف «غير مؤكسد» على أنه يعني بالضرورة بطء المفعول. فبعض المنتجات سريعة التأثير، بينما يتطلب بعضها الآخر تعرضًا لمدة أطول. والسؤال العملي هو ما إذا كانت المادة الفعالة المختارة ستظل فعالة في ظل درجة حرارة البرج والرقم الهيدروجيني وحمولة الملوثات والظروف الهيدروليكية.

قد تكون هذه المعالجات مفيدة عندما يحد برنامج المعالجة المؤكسدة من النشاط في المياه السائبة، لكنه لا يسيطر بالقدر الكافي على مجموعة ميكروبية مستمرة. كما يمكن أن توفر بديلًا عندما يتعارض الحفاظ على تعرض فعّال للمادة المؤكسدة مع توافق المواد أو متطلبات العملية.

ولا يعني كون المادة غير مؤكسدة أنها غير مسببة للتآكل أو صديقة للبيئة أو فعّالة تلقائيًا ضد الغشاء الحيوي. إذ تتفاعل بعض المواد الفعالة مع مواد المعالجة الأنيونية؛ وقد تزيد بعض التركيبات من تكوّن الرغوة؛ وقد تفقد بعض المواد فعاليتها بسرعة في ظروف مائية معينة. ويجب أن يستند الاختيار إلى المادة الفعالة والتركيبة المحددتين، لا إلى اسم الفئة.

يكتسب زمن التعرض أهمية خاصة عند الجرعات المتقطعة. فقد يؤدي تصريف المياه أو التسربات أو غيرها من حالات فقد المياه إلى تخفيف المعالجة أو إزالتها قبل استيفاء مدة التلامس المطلوبة. ويجب أن يظل أي تعديل مؤقت للتصريف ضمن الحدود المعتمدة لدورات التركيز والتحكم في الترسبات والتآكل والتصريف.

ما ظروف التشغيل التي ترجّح كل نهج؟

لا تنجح المعالجة المشتركة إلا إذا كان تسلسلها مناسبًا

يمكن أن توفر المعالجة الأساسية المؤكسدة، مع معالجة غير مؤكسدة دورية، مكافحة متكاملة. إذ تحد المادة المؤكسدة من النشاط الميكروبي الروتيني، بينما تعالج المعالجة الإضافية فجوة محددة في الأداء. وهذا نهج يمكن تبريره أكثر من إضافة منتج ثانٍ لمجرد وجود ترسبات.

يجب التحقق من التوافق قبل تحديد تسلسل الجرعات. فقد تحلل المادة المؤكسدة بعض المواد الفعالة غير المؤكسدة، فتقلل مدة التعرض المفيد لإحدى المعالجتين أو كلتيهما. وقد يلزم استخدام نقاط تغذية منفصلة أو ترك فاصل زمني كافٍ بين الإضافات أو اعتماد تسلسل آخر تم التحقق من صلاحيته. ويجب عدم خلط المنتجات المركزة مطلقًا ما لم يصرّح المورد صراحةً بذلك.

قد يساعد المشتت الحيوي على تفكيك الترسبات وتحسين وصول المعالجة، لكنه ليس بالضرورة مبيدًا حيويًا. ويظل من الضروري إزالة المواد المتحررة بوسائل مناسبة، مثل الترشيح أو التنظيف أو التصريف المنضبط. وقد تتطلب الترسبات الكثيفة والراسخة تنظيفًا ماديًا قبل أن تتمكن المعالجة الكيميائية من الحفاظ على المكافحة.

وينطبق التمييز نفسه على بوليمرات التحكم في الترسبات: فتشتيت الجسيمات المعدنية لا يعادل التحكم في الالتصاق الميكروبي. وينبغي التحقق من التوافق على مستوى برنامج المعالجة بأكمله، بما يشمل الفوسفونات والمشتتات البوليمرية ومثبطات التآكل ومضادات الرغوة. ولا يثبت أداء المنتج في تطبيق آخر ملاءمته لمكافحة الأغشية الحيوية في مياه التبريد.

قيّم البرنامج استنادًا إلى التعرض واستجابة النظام

تتطلب المقارنة ذات المعنى أكثر من نتيجة اختبار مخبري لقتل الكائنات. وينبغي أن يعكس الاختبار مياه برج ممثلة للظروف الفعلية، والرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة أثناء التشغيل، ومستويات التلوث، وزمن التلامس الممكن تحقيقه. وعندما تكون الترسبات السطحية موضع القلق، ينبغي أن يشمل التقييم فحصًا مناسبًا للنمو الملتصق، بدلًا من الاعتماد حصريًا على الكائنات المعلّقة.

ينبغي أن تربط سجلات التشغيل بين إضافة المواد الكيميائية والمتبقيات المقاسة واتجاهات أعداد الميكروبات وملاحظات الترسبات وأداء المعدات. ويمكن لقياسات ATP أن توفر مؤشرًا سريعًا للنشاط، لكن النتائج تعتمد على أسلوب أخذ العينات وطريقة الاختبار. كما أن لطرق الاستنبات حدودًا. وتجعل مواقع أخذ العينات وإجراءاته المتسقة الاتجاهات أكثر فائدة من القراءات المنفردة.

لا تُعد الأعداد البكتيرية العامة بديلًا عن برنامج إدارة مياه لمكافحة الليجيونيلا. ويجب أن تتناول تدابير التعرض لهباء البرج والفحص والتنظيف والمراقبة والاستجابة المتطلبات المحلية السارية وتقييم المخاطر في الموقع.

ينبغي أن تشمل مقارنات التكلفة تركيز المادة الفعالة والاستهلاك الفعلي والمراقبة ومعدات التغذية والمناولة والتنظيف والتزامات التصريف، لا السعر لكل كيلوغرام فحسب. والمعالجة المفضلة هي التي تحافظ على المكافحة عند الأسطح المعرضة للخطر في ظل ظروف التشغيل الفعلية. وإذا تعذر الحفاظ على التعرض أو ظلت الترسبات بعيدة المنال، فمن غير المرجح أن يؤدي تغيير المبيدات الحيوية وحده إلى حل المشكلة.