MÀNG SINH HỌC VÀ TÁC ĐỘNG CỦA CHÚNG TỚI THÁP GIẢI NHIỆT

Màng sinh học (biofilms) là một lớp màng được hình thành bởi vi khuẩn, vi sinh vật trong các đường ống hay bể chứa của tháp giải nhiệt. Màng sinh học không những có khả năng gây hại tới đường ống và tấm tản nhiệt của tháp giải nhiệt, làm giảm đáng kể hiệu quả sử dụng năng lượng, mà còn có khả năng ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người.

Màng sinh học là gì?

Nhiều loại vi khuẩn phiêu sinh khác nhau trôi nổi có thể được tìm thấy phân tán khắp nước trong hệ thống làm mát bằng nước. Chúng kết hợp với nhau để tạo thành một tập hợp bám vào bên trong các đường ống của hệ thống. Những vi khuẩn liên kết này sau đó tạo ra một ma trận chất cao phân tử ngoại bào (EPS), thường được gọi là chất nhờn, bao phủ chúng hoàn toàn.

Ma trận này là tập hợp các DNA, protein và polysaccharide tạo thành một lớp vỏ bảo vệ xung quanh vi khuẩn, tạo ra một không gian an toàn cho chúng, ngăn chặn các chất xử lý chất diệt khuẩn tiếp cận với vi khuẩn bên trong. Trên thực tế, vi khuẩn trong màng sinh học có khả năng kháng lại chất diệt khuẩn cao hơn từ 10 đến 1.000 lần so với ở dạng phiêu sinh, trôi nổi tự do của chúng.

Có ba giai đoạn phát triển màng sinh học:

1. Kết dính: Màng sinh học bắt đầu khi một vài vi khuẩn tiên phong sử dụng móc hóa chất chuyên dụng để bám vào bề mặt. Điều này có thể xảy ra do phản ứng với nhiều yếu tố, từ các vị trí gắn trên bề mặt đường ống, các dấu hiệu dinh dưỡng với chúng hoặc nồng độ ức chế phụ của các yếu tố tác động xấu tới chúng như chất diệt khuẩn.

Người ta cho rằng những cụm đầu tiên của màng sinh học bám vào bề mặt ban đầu thông qua lực Van der Waals yếu và hiệu ứng kỵ nước. Điều thú vị là số lượng vi khuẩn phù du trong nước không tương quan với sự hình thành hoặc sự hiện diện của màng sinh học.

2. Tăng trưởng: Màng sinh học lúc đầu phát triển chậm vì chỉ có một số vi sinh vật có thể bám vào, tồn tại, phát triển và nhân lên. Tuy nhiên, sau lần tạo cụm đầu này, quần thể sẽ tăng lên theo cấp số nhân khi vi khuẩn tiếp tục sinh sôi, làm tăng nhanh chóng độ dày của màng sinh học. Hơn nữa, các vi khuẩn khác và các mảnh vụn phi sinh học sống trong nước cũng có thể bám vào ma trận màng sinh học và tiến tới tạo thành màng sinh học. Điều này có nghĩa là thành phần màng sinh học thường bao gồm nhiều loại vi khuẩn khác nhau, góp phần tạo nên ma trận chất nhờn phức tạp.
3. Sự phân tán: Sự phân tán của vi khuẩn khỏi cụm màng sinh học là một giai đoạn thiết yếu của vòng đời màng sinh học, cho phép nó lây lan sang các bộ phận khác của hệ thống làm mát bằng nước. Điều này xảy ra khi vi khuẩn trong màng sinh học tự động tiết ra các enzym, chẳng hạn như dispersin B và deoxyribonuclease, để thoát ra khỏi chất nhờn từng giúp chúng bám dính trong cụm và phân tán vào nước.

Điều này khiến một số vi khuẩn trở lại trạng thái phiêu sinh tự do trôi nổi của chúng và do đó chúng có thể tự do bắt đầu một quần thể màng sinh học mới ở những nơi khác trong hệ thống làm mát. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng khai thác tín hiệu và năng lượng hóa học được sử dụng ở giai đoạn này, vì đây có thể là chìa khóa để phá vỡ ma trận màng sinh học.

Khả năng phục hồi

Một khi màng sinh học đã phát triển, nó tạo thành một cấu trúc phức tạp, trong đó các vi khuẩn khác nhau chiếm giữ các môi trường khác nhau. Cách tiếp cận phức tạp này có nghĩa là vi khuẩn hướng ra bên ngoài ma trận có cấu trúc rất khác với những vi khuẩn nằm sâu trong ma trận. Chính sự đa dạng này càng làm tăng thêm tính chống chịu của chúng, vì việc xử lý sẽ cần nhắm vào nhiều yếu tố sinh lý khác nhau của mỗi loại vi khuẩn.

Chất diệt khuẩn có thể có hiệu quả đối với một chủng vi khuẩn trong khi các chủng vi khuẩn khác có thể không bị ảnh hưởng. Nếu không phá vỡ lớp bảo vệ hoàn chỉnh này, vi khuẩn sẽ vẫn được bảo vệ và tự do sinh sôi. Hơn nữa, các vi khuẩn có trong ma trận liên tục trải qua quá trình phân kỳ di truyền. Điều này mang lại cho màng sinh học khả năng phục hồi và lại phát triển lại một cách phi thường sau khi quần thể đã bị xử lý.

Màng sinh học gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người

Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ cho biết 80% các ca nhiễm trùng mãn tính có liên quan đến màng sinh học. Nghiên cứu này đã xem xét cụ thể các màng sinh học bên trong cơ thể, nhưng màng sinh học cũng có thể xuất hiện ở nhiều nơi khác, bao gồm cả các tháp giải nhiệt công nghiệp. Chúng có liên quan đến sự lây lan của vi khuẩn Legionella, có thể gây ra bệnh Pontiac, hoặc tệ hơn, bệnh Legionnaire, một dạng viêm phổi có khả năng gây chết người.

Các vấn đề xảy ra do vi khuẩn amip. Các sinh vật đơn bào này tham gia vào màng sinh học và ăn các vi khuẩn bên trong nó, bao gồm cả vi khuẩn Legionella. Legionella bị ăn vào sau đó lại sinh sôi nảy nở trong amip vì nó tạo điều kiện thích hợp cho Legionella sinh sôi. Điều này khiến chúng trở thành mối nguy hiểm đáng kể đối với sức khỏe con người trong nhiều ngành công nghiệp và đó là lý do tại sao việc quản lý và kiểm soát sự hiện diện của màng sinh học là rất quan trọng.

Màng sinh học gây ảnh hưởng về kinh tế

Nhiều quy trình trong các ngành công nghiệp có yêu cầu bắt buộc rằng nhiệt phải được nhanh chóng loại bỏ khỏi khu vực sản xuất dựa vào hệ thống làm mát. Nếu đường ống của hệ thống làm mát nước được phủ màng sinh học thì quá trình trao đổi nhiệt từ vật nóng sang nước mát trở nên khó khăn hơn rất nhiều. Một lớp màng sinh học chỉ 0,1 mm có thể gây hại làm giảm hiệu suất đến mức chi phí điện năng liên quan để cung cấp năng lượng cho nhà máy có thể tăng lên 4 lần so với một hệ thống chứa cùng độ dày (0,1 mm) của cặn canxi cacbonat.

Màng sinh học thường không được coi là nguyên nhân làm tăng chi phí điện, có lẽ vì chúng hiếm khi được phát hiện. Màng sinh học nói chung chỉ dày vài micromet, nhỏ hơn 100 lần so với tiết diện của sợi tóc, và các nhà quản lý nhà máy thường không để ý đến chúng. Tuy nhiên, một chuyên gia xử lý nước có thể kiểm tra hệ thống làm mát bằng cách sử dụng các kỹ thuật mới nhất và phân tích mẫu để phát hiện sự hiện diện của màng sinh học và tư vấn về cách xử lý thích hợp.

Màng sinh học có thể chứa vi khuẩn khử sulfit hoặc lắng đọng sắt phá hủy thép, tàn phá đường ống của hệ thống làm mát nước. Sự ăn mòn vi sinh này phát triển nhanh hơn từ 10 đến 1.000 lần và xâm thực gấp 10 đến 100 lần so với ăn mòn tiêu chuẩn.

Màng sinh học cũng là nguyên nhân hàng đầu gây ra sự ăn mòn do vi sinh vật. Chúng có thể chứa vi khuẩn khử sulfit hoặc lắng đọng sắt, phá hủy thép, tàn phá đường ống của hệ thống làm mát bằng nước. Ăn mòn do vi sinh vật chiếm tới 50% tổng chi phí ăn mòn đối với nền kinh tế. So với ăn mòn tiêu chuẩn, nó phát triển nhanh hơn 10 đến 1.000 lần và xâm thực gấp 10 đến 100 lần. Nếu không được xử lý kịp thời, nó có thể gây ra hậu quả về kinh tế rất lớn đối với thiết bị quan trọng trong hệ thống làm mát, có thể kể đến công việc sửa chữa tốn kém và thời gian ngừng hoạt động.

Cách xử lý màng sinh học - phá vỡ lớp bảo vệ

Một phương pháp xử lý màng sinh học là phá vỡ cơ chế màng sinh học phức tạp, làm lộ ra vi khuẩn ẩn náu bên trong. Nền tảng đổi mới xử lý nước của NCH Europe đã phát triển một phương pháp xử lý dựa trên chất lỏng được cấp bằng sáng chế có tên BioeXile được thiết kế để theo kịp với ma trận đa dạng và có khả năng phục hồi của màng sinh học và để tiêu diệt nó. Các vi khuẩn tiếp xúc sau đó có thể được xử lý bằng chất diệt khuẩn, ngăn chúng tiếp tục tái sinh.

Xử lý được màng sinh học là một bước tiến lớn giúp cho tháp giải nhiệt của bạn được vận hành hiệu quả . Bằng cách xử lý màng sinh học, bạn đã loại bỏ được một lớp cách nhiệt không cần thiết và tốn kém, cho phép tháp giải nhiệt hoạt động hiệu quả hơn, giảm rủi ro liên quan đến Legionella và giải quyết các vấn đề ăn mòn vi sinh vật trong tháp.

Nhà cung cấp tháp giải nhiệt uy tín

Trên đây Golsun Cooling Tower đã giới thiệu đến các bạn về Màng sinh học và tác động của chúng tới tháp giải nhiệt. Nếu có nhu cầu về Tháp giải nhiệt hoặc các linh kiện, hãy liên hệ ngay với chúng tôi qua số 0934 899 800. Chúng tôi rất hân hạnh được tư vấn và hỗ trợ cho bạn.

Xem thêm:

Tấm tản nhiệt Goldsun Cooling Tower

Hệ thống giảm bớt khí thải tháp giải nhiệt Goldsun Cooling Tower