(57)【要約】  開放型再循環冷却システムから栄養素、微生物及び懸濁している固体を除去する精密ろ過による物理的方法を含む、環境に配慮したハイブリッド微生物管理法である。再循環する流体が、酸化性若しくは非酸化性の殺生物剤、又は酸化性及び非酸化性の殺生物剤の混合物を含み、それを精密ろ過システムを通過させて微生物物質、懸濁した固体、及び栄養素を削減する冷却システム中の微生物を管理する方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
再循環する流体が殺生物剤を含み、該流体が精密ろ過システムを通過させられる、冷却システム中の微生物を管理する方法。
【請求項２】
再循環する流体が酸化性若しくは非酸化性殺生物剤、又は酸化性及び非酸化性殺生物剤の混合物を含み、該再循環する流体が、５μｍ以下の細孔サイズの膜を含む精密ろ過システムを通過させられる冷却システム中の微生物を管理する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（著作権に関する注意）
本特許文献の開示の一部は、著作権により保護される資料を含んでいる又は含んでいる可能性がある。著作権者は、米国特許商標局の特許ファイル若しくは記録に表されている形態と全く同じ形態の特許文献又は特許情報公開による複製に対して異議を申し立てないが、そうでない場合には、全ての著作権を留保する。
【０００２】
本発明は、再循環冷却システムから栄養素、微生物及び懸濁している固体を除去する精密ろ過材による物理的方法を含む、環境に配慮したハイブリッド微生物管理法に関し、したがって、同様の水準の有効性を得るために必要であった、殺生物剤の消費量及び化学的微生物処理プログラムを顕著に削減する。
【背景技術】
【０００３】
粒子の分離はサイズによる排除によって行うことができる。大きなサイズの粒子は砂ろ過により容易に除去し得る。しかしながら、膜又は特定の粒状媒質など小さな細孔のサイズを持つろ過材のみが、コロイド状粒子、微生物、巨大分子、小分子又はイオンを除去することができる。膜は、駆動力の存在下で、その物理的及び化学的性質が機能して、物質を分離できる物理的障壁（薄層）である。粒状媒質は小粒子から形成され、小さな有効細孔サイズを有する。
【０００４】
（用語の定義）
殺生物剤：殺生物剤は、使用者に供給される形態に加工された、１以上の活性物質を含む活性物質及び製剤であって、物理的、化学的若しくは生物学的手段で任意の有害な生命体の活動を、破壊、抑止、無力化、阻止するため、又はそれに対し抑制効果を発揮するためのものである。
【０００５】
酸化性殺生物剤：酸化性殺生物剤は、通常非選択的であり、微生物を含む全ての有機物質を酸化し得る。酸化性殺生物剤は生命体の細胞の構成成分を酸化し、より薄い細胞壁は酸化性殺生物剤によって、損傷をより受けやすい。酸化性殺生物剤は非選択的であるために、酸化性殺生物剤に対する抵抗力が発達しない。酸化性殺生物剤の例としては、ハロゲン、活性酸素源などが挙げられる。
【０００６】
非酸化性殺生物剤：酸化性殺生物剤とは異なり、非酸化性殺生物剤は微生物を攻撃する機構において選択的である。非酸化性殺生物剤は、生命体の代謝に干渉し、細胞壁を崩壊させる、又は増殖を阻止する。有効であるためには、通常は酸化性殺生物剤よりも高い濃度を必要とする。特定の殺生物剤が長期間使用される場合に、微生物は抵抗力又は耐性を獲得できるため、非酸化性殺生物剤の種類を変更することが実用上有効である。
【０００７】
生物分散剤及び生物浄化剤は、通常はそれ自身としては殺生物活性の特性を示さないが、微生物が表面に付着することを阻止し、粘着性の生物膜のマトリックスを緩めることにより、その剥離を促進する界面活性化学物質である。
【０００８】
精密ろ過材とは、物理的及び化学的特性により物質を分離することができる物理的障壁である。精密ろ過材は、流体から数ｍｍから０．１ｎｍまでの範囲の粒子サイズの一部又はその全部を分離することができる。
【０００９】
膜は、駆動力が全体に加えられた場合に、物理的及び化学的特性により物質を分離できる物理的障壁である。
【００１０】
粒状媒質は、物質が粒状媒質を通過して移動するように強制された場合に、物理的及び化学的性質により、物質を分離することができる物理的障壁を形成するように容器中に配列された粒子を含む。粒状媒質は、１つの寸法のものでも、各種の寸法のものの混合物でもよい。顆粒はシリカ、無煙炭、活性炭又は他の無機あるいは有機物質であってもよい。
【００１１】
細孔のサイズに応じて、以下の膜技術を応用することができる。精密ろ過（ＭＦ）、限外ろ過（ＵＦ）、ナノろ過（ＮＦ）及び逆浸透（ＲＯ）。
限外ろ過（細孔のサイズが０．０１〜０．１μｍ）は、数ナノメートルのサイズの粒子を保持するために用いられ、一方、０．０５〜１０μｍの細孔直径の多孔性膜を用いる精密ろ過はμｍの範囲の粒子を分離することができる。
【００１２】
限外及び精密ろ過は、高純度の水を精製するための、圧力により駆動される、懸濁した固体及び微生物に対する障壁である。高分子量の懸濁した固体及び溶質は保持され、水及び低分子量の溶質は膜を通過する。膜を通過する水と他の溶解している成分は、透過物とよばれる。膜を通過しない成分は、濃縮物とよばれる。使用される膜の分画分子量（ＭＷＣＯ）に応じて、巨大分子は、いずれかの分画中に精製、分離又は濃縮される。
【００１３】
高分子量の成分だけが除去されるため、膜全面における圧力差は比較的低い。したがって、限外／精密ろ過膜からの高い流動速度を達成するためには、低い加圧で十分である。膜の流量は、単位時間当たり膜の単位面積あたりに生成される透過物の量として定義される。一般的に、流量は１時間当たりの平方メートル当たりのリットル（ＬＭＨ）として表される。限外及び精密ろ過は、非常に高い流量を有することができるが、ほとんどの実用的な適用では、流量は約０．１〜４ｂａｒの操作圧力のもとで、１０〜１００ＬＭＨである。
【００１４】
限外／精密ろ過膜のモジュールは、加圧板（plate-and-frame）、らせん巻き（spiral-wound）及びチューブ状形態として提供される。この形態は、コロイド状物質の種類と濃度に応じて選択される。より高い濃度の溶液に対しては、加圧板及びチューブ状等の、より開放された形態が用いられる。全ての形態において、最適なシステム設計は、流速、圧力降下、消費電力、膜汚染及びモジュールのコストを考慮に入れなければならない。
【００１５】
商業的なポリマーの限外／精密ろ過膜には、ポリスルホン（ＰＳ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、酢酸セルロース（ＣＡ）及びポリフッ化ビニリデンのような各種の材料が用いられている。セラミック膜のような無機膜も用いられている。
【００１６】
限外ろ過は、幅広い範囲の適用を持つ膜分離法である。これは飲料水の処理、ランブル鞭毛虫（Giardia lamblia）、クリプトスポリジウム・オーシスト（Cryptosporium oocyts）及び大きな微生物のような主要な病原菌及び汚染物質の除去にますます用いられるようになっている。しかしながら、塩や低分子量の有機物質などの溶解性成分は、通常は限外ろ過膜で保持することができない。
【００１７】
ＵＦ／ＴＶＴＦシステムの性能に影響を与え得るいくつかの要因が存在する。
１．膜表面全域での流れ
膜表面全域で流体の速度が増大すると透過率も増加する。流速は特に懸濁物を含む液体にとって重要である。より高い流速は、より大きなエネルギー消費及び大きなポンプも意味する。流速を増大させることは膜表面の付着物を低減させる。一般的に、ポンプの馬力と透過率の増加の間の妥協として最適流速が決定される。
【００１８】
２．動作圧力
透過率は、膜表面全域に加えられた圧力に直接的に比例する。ほとんどの膜モジュールは、その膜モジュールに課せられた物理的強度限界に起因する動作圧力の限界を有する。
【００１９】
３．動作温度
透過率は、温度の上昇とともに液体の粘度が低下するため増加する。膜流量に対する温度の影響を知ることは、温度の降下に起因する透過の低下を、他のパラメーターに起因する透過の低下から区別するために重要である。
【００２０】
精密及び限外ろ過プロセスは、低い圧力差において行うことができるため、そのプロセスは低エネルギー消費となり、ＭＦ／ＵＦは栄養素及び微生物を水から分離することができ、冷却システムの生物の汚染ポテンシャルは抑制され、したがって殺生物剤の消費量を削減することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、以下の主要な態様について記載している。
１．本発明の有益な点は、低圧力差を提供できることである。
２．本発明の有益な点は、生物学的成長を低減させる微細な沈泥、にごり、微粒子ＴＯＣ、栄養素を除去できることである。
３．本発明の有益な点は、高い効率の微生物除去を提供できることである。
４．本発明は、付着層を除去するためのバック・フラッシュ又は空気研磨による再生法を提供する。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、再循環する流体が殺生物剤を含み、流体が精密ろ過システムを通過させられるか、又は再循環する流体が側流に迂回され次いで精密ろ過システムを通過させられる冷却システム中の微生物を管理する方法である。
【００２３】
本発明の精密ろ過システムは、５μｍ以下の、好適には０．０１〜０．５μｍの細孔サイズを有する膜を含む。本発明の精密ろ過システムは、更に精密限外ろ過膜である膜を含んでもよい。これらの膜はシステムをバック・フラッシュ（逆フラッシュ）するか、空気研磨することにより再生させることができる。
【００２４】
本発明は好適には以下の１以上の酸化性殺生物剤を用いる。塩素、次亜塩素酸塩、二酸化塩素、臭素、オゾン、過酸化水素、過酢酸及びペルオキシ硫酸。更に本発明は、好適には以下の１以上の非酸化性殺生物剤を用いることができる。グルタルアルデヒド、ジブロモニトリロプロピオンアミド、イソチアゾロン、４級アンモニウム塩、テルブチラジン、高分子ビグアニド、メチレンビスチオシアネート、及びテトラキス（ヒドロキシメチル）ホスホニウムスルファート。本発明は上記好ましい例として列挙した酸化性殺生物剤及び非酸化性殺生物剤の混合物を用いることもできる。
【実施例】
【００２５】
以上に述べたことは、以下の実施例を参照することにより、より良く理解され得るであろう。本発明を実行するための方法を説明することを意図し、本発明の範囲を限定することを意図しない。
【００２６】
本明細書に記載された現在の好ましい形態に対する様々な変更及び改良が当業者にとって明らかであることを理解されたい。本発明の思想と範囲を逸脱せずに、また意図されている利点を減退させることなく、係る変更及び改良を行うことができる。したがって、係る変更及び改良は、添付された特許請求の範囲に包含される。
【００２７】
微生物の管理、殺生物剤の使用は、サイズ排除によって微生物を含む０．０１μｍより大きい微粒子物質を除去する。膜ろ過（限外）の物理的方法の存在又は不在下での、パイロット冷却塔（ＰＣＴ）の例に従う。
【００２８】
限外ろ過装置
限外ろ過装置は、ノーリツ社（Norit BV）から借りた。このユニットと膜の主な特徴は、付表に示されている。このユニットは、水を濃縮するためのタンク（容積２５Ｌ）から構成される。レベル制御装置はタンク内の水の水準を制御する。水はタンク内からポンプＰ０１によって、膜の全域に汲みだされる。濃縮物は冷却システムを通過させられ、次いで貯蔵タンクに戻される。透過物は冷却塔の貯水槽に加えられる。
【００２９】
膜の付着物を防止するために、最小流速２ｍ／秒で水が膜の全域を流される。バルブＶ１及びＶ２の開放又は閉鎖により流速が調整される。バルブＶ１及びＶ２は完全に閉鎖されることはない。更に、供給者の仕様書に従い、Ｐ１内のフィード圧は１ｂａｒを超えることはない（超えると膜が破裂する）。初回使用後に膜が乾燥してはならない（常に湿らせておく）。
【００３０】
クロスフロー（cross-flow）膜は、内圧ろ過（inside-out filtration）を行う８ｍｍの中空ファイバーである。最初にパイロット・ユニットには、それぞれ表面積が０．１５ｍ２、合計表面積が０．３ｍ２の２つの膜モジュールが装備されていた。
【００３１】
操業開始のためのＵＦ膜の清掃
新しい膜を用いる場合には、最初に膜を洗浄して膜を湿潤化するグリセリン及び殺生物剤を除去した（追加的な食糧源として分解可能なＣＯＤが冷却塔内に入ることを防止する）。タンク１（図１を参照）は脱イオン水により満たされ、供給業者（ノーリツ社）の推奨に従い、膜上を通過して再循環された。３０分後に水は排水された。この操作を少なくとも３回繰り返した。最終的に、このシステムから排水し、バルブ３０１番を閉鎖し、タンク１番をＰＣＴの貯水槽からの水で満たし、透過物はＰＣＴの貯水槽に再導入された。
【００３２】
膜装置存在又は不存在下でのパイロット冷却塔（ＰＣＴ）試験
冷却水の、物理的／化学的方法のハイブリッドによる微生物処理性能試験は、組み立てられたナルコ標準ＰＣＴ装置を用いて行われた。貯水槽の容積は２００Ｌであった。ＵＦ装置を使用する場合のタンク１をシミュレートするためのベースラインとして、２５Ｌの追加タンクを貯水槽に加えた。このタンク１は、タンク１と同様に３０℃に加温された。
【００３３】
ＰＣＴ試験は金属管を用いて行われた。全ての管はグリースを完全に除去した後に、事前の表面安定化処理を行わずに使用された。この試験には切り取り試験が含まれた。ＰＣＴ試験は、初期の腐食反応が落ち着くまで最初の１２時間は加熱することなく行われた。この後、表３に示されるように、熱が加えられた。この試験は循環水により開始された。冷却水処理３ＤＴ１６５の生成物はナルコトレーサー技術に基づいて殺生物剤が加えられた。排出（ブローダウン（blow down））は膜ユニットが使用されない場合の伝導度の定値に基づく３Ｄトレーサーにより制御された。
【００３４】
ＵＦユニットが稼働している時には、排出はポンプを用いて手動により設定され、１日に１回タンク１から濃縮物を除去した。排出の合計体積は、３ＤＴユニットにより制御される排出と同量であった。
【００３５】
ＰＣＴには、微生物の濃度が約１０５ｃｆｕ／ｍＬに達するまで、培養された微生物（シュードモナス）が接種された。接種は各試験の開始時に行われた。継続的に０．０１ｇ／Ｌ／日の速度で液体栄養素（ニュートリエント・ブロス４ｇ／Ｌ、供給業者はオキシオ社（Oxio））がシステムに添加された。微生物管理は次亜臭素酸塩を用いて行われた。殺生物剤の投薬量はＯＲＰコントロールに基づいて決められた。
【００３６】
処理済水の化学的性質はＩＣＰを用いて調査された。再循環冷却水の関連パラメーターは、毎日、現場試験方法を用いて分析又は検証された。以下のパラメーターは定期的に試験された。ｐＨ、Ｍ−アルカリ度、伝導度、カルシウム及び総硬度、オルトリン酸、総リン酸及び高分子濃度。
【００３７】
ＰＣＴ−限外ろ過
ＰＣＴ貯水槽にＵＦユニットを取り付けた。この貯水槽からの水はＵＦユニットのタンク１に連続的に加えられた。タンク内の水の水準は、水準制御器を用いて一定に保たれた。ポンプＰ０２は連続的に、１．４Ｌ／ｈの容積を排水（ブローダウン）として除去し、タンク１から１０Ｌ／日の濃縮物を排出した。透過物は前記貯水槽に再導入された。透過流速は２０〜２５Ｌ／ｈに維持された。透過流速が初期値から約１５％低下した時、洗浄操作が実行された。
【００３８】
ＵＦユニット洗浄操作手順
ＵＦユニットはケーススタディ１の場合、毎日洗浄された。同一の操作手順がケーススタディ２においても行われたが、この場合には洗浄操作は透過流速が初期の透過流速から１５％未満低下した場合にのみ行われた。
【００３９】
最初に、透過物が冷却塔の貯水槽に加えられている間は、給水が停止された。濃縮物の体積が約１０Ｌになった時に、透過物の管が前記貯水槽から取り除かれ、タンクに導入された。濃縮物は除去されたドレインに排出された。前記タンクは脱イオン水、生物浄化剤、及び殺生物剤（次亜塩素酸塩）により満たされ、供給業者（ノーリツ社）の推奨に一致するように再循環された。透過水及び再循環水はタンク内に保持された。３０分後に、前記ポンプを停止し、排水した。清浄な脱イオン水がシステムに加えられ、ＵＦ膜上で再循環された。この操作を少なくとも３回繰り返した。最終的に、システムから排水し、バルブ３０１番を閉鎖し、タンク１番は貯水槽からの水で満たされ、透過物は前記ＰＣＴ貯水槽に再導入された。
【００４０】
【表１】
2011518036.tif 000002
【００４１】
【表２】
2011518036.tif 000003
【国際調査報告】
2011518036.tif 000004
2011518036.tif 000005
2011518036.tif 000006