Die Erfindung betrifft Verfahren zur Kontrolle von Bakterien, insbesondere Legionella, in Kühltürmen.

Eine Atemkrankheit wurde erstmals 1976 als durch ein Bakterium verursacht identifiziert, das später Legionella pneumophila genannt wurde. Die Krankheit wurde Legionärskrankheit genannt. Seitdem ist die Krankheit an vielen Orten über die ganze Welt einschließlich Australien aufgetreten. Ein neuerliches ernstes Ausbrechen trat in dem Melbourne Aquarium im Jahr 2000 auf und von diesem Ausbrechen wurden Todesfälle berichtet. In diesem Fall wurden der Einrichtung zugeordnete Kühltürme als die Quelle der Bakterien identifiziert.

Obwohl zuvor gesunde Leute der Krankheit widerstehen können, sind die am meisten gefährdeten Patienten diejenigen, die sich einer Behandlung gegen Krebs oder anderen Bedingungen unterziehen, welche ihr Immunsystem unterdrücken. Weitere risikobehaftete schließen Raucher, Vieltrinker und Personen ein, die medizinischen Zuständen wie etwa Diabetes oder chronischen Lungenkrankheiten unterliegen. Das Durchschnittsalter der Infizierten ist in den mittleren Fünfzigern gelegen, wobei die Infektion bei Männern häufiger auftritt als bei Frauen.

Es wird geglaubt, daß die Übertragung über die Inhalation kontaminierter Aerosole verläuft. Es wird nicht geglaubt, daß eine Infektion über das Trinken von mit Legionella kontaminiertem Wasser verursacht wird.

L. pneumophila, eine von mehr als zwanzig gegenwärtige bekannten Spezies in der Art Legionella, stehen für etwa 75% der in Australien in dem Staat von Victoria bekannten Fällen. Es gibt gegenwärtig vierzehn bekannte Untergruppen von L. pneumophila. Eine Infektion mit anderen Spezien, nämlich L. bozemanii und L. longbeachae sind ebenfalls in Victoria aufgetreten. Streng gesprochen ist die Legionärskrankheit der Ausdruck, der für die L. pneumophila verursachte Krankheit verwendet wird, Legionellose betrifft die durch irgendeine Art von Legionella verursachte Krankheit. In dieser Beschreibung wird der Ausdruck „Legionärskrankheit" verwendet, um sich auf die pneumonische Form der Krankheit zu beziehen, die durch irgendeine Art von Legionella verursacht wird.

Die Legionärskrankheit manifestiert sich als strenge Pneumonie, mit Patienten, die Frühsymptome von Unwohlbefinden, Muskelschmerzen, Kopfschmerzen und Fieber mit Schweißausbrüchen aufzeigen. Innerhalb der ersten Woche entwickelt sich ein Husten, der gewöhnlich trocken ist. Dies wird gelegentlich begleitet durch Blut enthaltendes Sputum. Die Patienten werden in ansteigender Weise kurzatmig und die Atmungssymptome schreiten zu Pneumonia weiter, oftmals in Atemaussetzer kulminierend. Es gibt gewöhnlich ein Multi-System-Involvieren, mit mentaler Verwirrung und Delirium, Durchfall, sich Übergeben und Nierenversagen. Die Krankheit hat gewöhnlich eine Inkubationszeit von zwei bis 10 Tagen. Bei der Behandlung der Legionärskrankheit ist Erythromycin gewöhnlich die Behandlung erster Wahl, mit der möglichen Zugabe von Rifampicin in Fällen, bei denen diese nicht anspricht.

Bakterien der Art Legionella sind weit verbreitet und sind natürliche Bewohner von Wasser. Diese sind in Seen, Flüssen, Buchten und anderen Wasserquellen gefunden worden. Weitere Bakterien und Algen können als Nutrienten für Legionella dienen und können selbst Gesundheitsprobleme verursachen, wenn Aerosole, die derartige Bakterien oder Algen enthalten, inhaliert werden.

Wie zuvor gesagt wurde, wird der menschliche Infektionsweg als durch die Inhalierung von Aerosolen betrachtet, die Legionella enthalten. Aerosole mit einem Durchmesser von fünf Mikrometern oder weniger sind besonders wirksam in der Durchdringung des unteren menschlichen Atmungstrakts. Eine Vielzahl der Bakterien in Aerosolen werden als bei einem Maximum bei etwa 65% relativer Feuchtigkeit berichtet. Das Risiko, sich durch eine Ansteckung durch Legionella zu infizieren, steigt mit der Anzahl der tief inhalierten Bakterien, und daher mit der Ausbreitung dieser Bakterien in der Wasserquelle und dem Ausmaß, in dem diese in Aerosolen geeigneter Größe verteilt sind.

Aerosole können während des Normalbetriebs von Kühltürmen erzeugt werden.

Kühltürme sind in einigen Klimaanlagen vorgesehen, um die von den Chiller(s) abgegebene (ausgestoßene) Wärme zu entfernen. Diese werden ebenfalls verwendet, um Wärme abzuleiten, die in vielen industriellen Verfahren einschließlich Kühlung von Luft und Flüssigkeiten erzeugt wird. In dieser Beschreibung bezeichnen wir diese kollektiv als Fluide. Typischerweise wird Wasser von einem Becken über einen Wärmetauscher zu der Spitze des Turms zirkuliert, wo es gesprüht wird oder durch eine Struktur fällt, die dazu ausgelegt ist, einen übermäßig nassen Flächenbereich zu erschaffen, durch den Luft gelangt. Die Bewegung der Luft verursacht ein Verdunstungskühlen des Wassers. In dieser Beschreibung umfaßt der Ausdruck Kühlturm Kühltürme jeglicher Konfigurationen und umfaßt Wärmeabweisungsausstattung, wo Wasser von einem Reservoir zirkuliert wird und über erwärmtes Material gesprüht wird oder fällt. Er involviert Luftbewegung und Verdunstungskühlen des Wassers.

In dieser Beschreibung umfaßt der Ausdruck Chiller(s) jegliche Ausrüstung, die Wärme an Kühlwasser und Kühlturmsysteme abgibt (abweist). In dieser Beschreibung umfaßt der Ausdruck Kühlwasser kondensiertes Wasser.

Im Betrieb nimmt das Kühlwasser Wärme von Chillers oder anderen Wärmetauscherquellen auf, und in dem Verfahren, über den Turm verteilt zu werden, gibt es Wärme an die sich bewegende Luft durch Verdampfungskühlen und konvektiven und konduktiven Wärmetausch ab. Die Art des Luftflusses ist gewöhnlich gezwungen in kommerziellen Systemen, aber kann durch gezwungene und/oder Konvektion für industrielle Anlagen gegeben sein.

Bei dem Betrieb aller Kühltürme wird Wasser durch Verdunstung, Auslaufen und Drift verloren. Drift ist der Bereich des zirkulierenden Wassers, der bei der Kühlturmentladung als sehr kleine Tropfen oder Aerosol mitgenommen wird. Diese werden innerhalb des Turms durch Wasseraufschlag auf die Turmbefüllung und ebenfalls durch das Wasserverteilungssystem hervorgerufen. Der Luftfluß kann die kleineren Tröpfchen mitnehmen und diese durch den Turm tragen. Zur Minimierung des Driftverlustes sind häufig Eliminatoren vor der Turmentladung angeordnet. Für durch die obigen Vorgänge verlorenes Wasser wird Ersatzwasser geliefert, das gewöhnlich direkt zu dem Kühlturmreservoir oder Becken geliefert wird. Die Menge des Ersatzwassers ist normalerweise von der Größenordnung von Prozent bezüglich der Flußrate des rezirkulierenden Kühlwassers.

Zur Maximierung der wirksamen Lebenszeit des Kühlturms und der zugeordneten Ausrüstung ist es für Dekaden Standardpraxis gewesen, das zirkulierende Wasser chemisch zu behandeln. Korrosionsverhinderer werden verwendet, um die Korrosion von Metallflächen zu minimieren. Flächenaktive Stoffe, Biocide und weitere Chemikalien werden verwendet, um eine Verschmutzung aufgrund von Verschuppung, Verschlammung und mikrobischem Wachstum zu kontrollieren, um eine wirksame Wärmeübertragung an Wärmeübertragungsflächen aufrechtzuerhalten, einen freien Fluß von Wasser durch das System sicherzustellen, und um die Vermehrung von gewissen Mikroorganismen zu verhindern, die für Oberflächenkorrosion und Verschlechterung verantwortlich sind. Biocide müssen mit den Mikroorganismen in Kontakt kommen, um eine adequate Kontrolle sicherzustellen. Bestimmte Stoffe, Schuppen, Aufschüttungen, Schleime und das Vorhandensein von weiteren Mikroorganismen wie etwa Protozoa haben die Möglichkeit, Legionella von Biociden abzuschirmen, und dieses kann in derer Weiterbeständigkeit und Vermehrung resultieren, wenn das Biocidniveau fällt oder die Legionella abgeschirmt sind. Nachdem man vermehrt des Legionärkrankheitspotentials von Kühltürmen gewahr geworden ist, hat es einen erhöhten Verbrauch von Biociden als Kontrollverfahren gegeben.

Ein größerer Nachteil der Mehrheit von Biociden ist das Fehlen eines einfachen Vor-Ort-Tests zur Bestimmung und fortlaufenden Aufzeichnung von deren Konzentration im Kühlwasser. Folglich wird die anfängliche biocidale Konzentration im allgemeinen bestimmt, indem basierend auf dem geschätzten Wasservolumen des Systems und dem Gewicht des zugegebenen Biocids gerechnet wird. Ein weiterer Nachteil der Abhängigkeit von Biociden sind deren hohe Kosten, Behandlungsschwierigkeiten für Bediener und gegensätzliche Umgebungswirkungen, insbesondere in Aerosolform und Abgaben zu dem Abwasser. Zusätzlich gibt es das potentielle Problem, daß Bakterien Widerstandsfähigkeiten entwickeln können, was den Gebrauch von neuen, noch potenteren Biociden oder Kombinationen von Biociden notwendig macht. Weiter ist in der Praxis eine übliche Reaktion zur Verringerung des Legionellenrisikos, häufiger zu dosieren. Die möglichen Gefahren von solchen hohen Dosen von Chemikalien in Aerosolform ist noch nicht untersucht worden.

Die Herangehensweise zur Behandlung von Kühltürmen hat bis heute umfaßt die Zwangsregistrierung, die Bestimmung bestehender Orte aller Kühltürme, die Entwicklung von Risikomanagementplänen, plus die Anwendung von Zwangsreinigung und chemischen Behandlungsstandards und Regimes.

Eine weitere Herangehensweise ist es gewesen, den Gebrauch von Kühltürmen zu vermeiden. Alternative Ingenieurslösungen sind verfügbar, die luftgekühlte Chillers oder luftgekühlte Wärmetauscher verwenden. Der Betrieb dieser Chillers und luftgekühlter Wärmetauscher bringt jedoch erhebliche Zusatzkosten mit sich, aufgrund des hohen Elektrizitäts- oder anderen Energieverbrauchs und Verlangen. Die Energiekosten von luftgekühlten Chillern liegen typisch 30% über den Energiekosten eines Kühlturmsystems. Es ist für Systeme erwünscht, energieeffizient zu sein und es den Designern zu erlauben, Alternativen geringster Lebenszykluskosten auszuwählen. Während die Kapitalkosten für eine Neuinstallation nicht großartig unterschiedlich sind, würde eine Wiederanpassung in existierende Systeme gewöhnlich wesentliche Zusatzkosten mit sich bringen.

Eine neue Herangehensweise zur Desinfektion von Legionella ist in WO 91/02935 offenbart. In dieser Patentanmeldung ist ein Verfahren beschrieben, bei dem das Kühlwasser in einem Sammeltank, der Teil eines Kühlturms ist, auf eine Temperatur erwärmt wird, um die unerwünschten Bakterien abzutöten, und zwar für einen Zeitraum von vier Stunden jeden Monat. Ein derartiges System scheint nicht kommerzialisiert worden zu sein, und es wird überlegt, daß eine derartige Behandlung nicht ausreichend wirksam ist. Bei dem System dieser Offenbarung liegt einer der Nachteile darin, daß es das Problem der Bakterien in der Wärmeabgabeausrüstung nicht anspricht. Der Betrieb des Systems lehrt ebenfalls, daß eine monatliche Behandlung das Bakterienniveau zwischen den Behandlungen kontrollieren wird. In der Praxis wird geglaubt, daß Bakterienniveaus über Perioden von Tagen oder Wochen signifikant ansteigen können. Zusätzlich ist das System der Offenbarung nur zu einem Gebrauch geeignet, wo die wärmeabgebende Anlage und das Kühlwassersystem während der Behandlungszeit heruntergefahren werden können. Um Chillers, welche auf einer 24 Stunden Basis betrieben werden, zu unterstützen, werden vermehrte Kühltürme erforderlich.

Eine weitere neue Herangehensweise ist in WO 90/02707 beschrieben. Diese bekannte Technik offenbart ein Gebäudekaltwassersystem einschließlich Kühlturmersatzwasser, wo das Ersatzwasser pasteurisiert wird. Diese Erfindung spricht jedoch nicht das Thema des von Kühltürmen rezirkulierten Wassers an, welches, wie zuvor diskutiert, die weite Mehrheit des Wassers in dem System bildet. Das Ersatzwasser stellt normalerweise nur approximativ 1% des rezirkulierenden Kühlwassers dar. Es ist das rezirkulierende Wasser, von dem geglaubt wird, daß es am meisten zu den unerwünschten Bakterien beiträgt. Nur eine sehr kleine Menge der unerwünschten Bakterien soll von dem Einlaßwasser herrühren.

Es wäre wünschenswert, ein Verfahren zur Kontrolle von Legionella in Kühltürmen zu haben, ohne allein von hochdosierten Biociden abhängig zu sein.

In einer Form stellt die Erfindung ein Verfahren zur Kontrolle von Legionella durch Betrieb eines Kühlwassersystems für eine Fluid-Klimaanlage (flüssige Klimaanlage) durch Erhitzen des rezirkulierenden Kühlwassers wenigstens alle 10 Tage auf eine erhöhte Temperatur von mindestens 60°C für eine vorbestimmte Zeit, wobei die wärmeempfindliche wärmeabgebende Ausrüstung (Wärmeabweisungsausstattung) von dem erhitzten rezirkulierenden Kühlwasser isoliert wird.

Vorzugsweise beträgt die erhöhte Temperatur wenigstens 65°C.

Vorzugsweise beträgt die erhöhte Temperatur wenigstens 70°C.

Vorzugsweise liegt die erhöhte Temperatur in dem Bereich von 70 bis 80°C.

Vorzugsweise ist die vorbestimmte Zeit wenigstens 5 Sekunden, wenn die erhöhte Temperatur wenigstens 70°C beträgt.

Vorzugsweise ist die vorbestimmte Zeit wenigstens 30 Minuten.

Bevorzugt ist die vorbestimmte Zeit wenigstens 60 Minuten.

Bevorzugt ist die Frequenz des Erhitzens wenigstens einmal alle 24 Stunden.

Bevorzugt wird das Wasser in der isolierten wärmeabgebenden Ausrüstung mit vorgewählten hohen Dosen antibakterieller Chemikalien behandelt, wobei die Dosen derart ausgewählt werden, daß das Dosierungsniveau in dem Gesamtkühlwassersystem in dem erwünschten Bereich liegt, wenn die wärmeabgebende Ausrüstung nicht isoliert ist.

In einer alternativen Form stellt die Erfindung ein Verfahren zur Kontrolle von Legionella bereit, durch Betreiben eines Kühlwassersystems für eine Fluid-Klimaanlage durch Erhitzen des rezierkulierenden Kühlwassers auf eine erhöhte Temperatur von wenigstens 60°C und bevorzugt von wenigstens 70°C für eine vorbestimmte Zeit mittels eines Umgehungsheizsystems, wodurch ein kleiner Anteil des rezierkulierenden Kühlwassers für einen vorbestimmten Zeitraum auf die erhöhte Temperatur erhitzt wird.

Bevorzugt ist der kleine Anteil des rezirkulierenden Kühlwassers geringer als 5%, und weiter bevorzugt geringer als 1%.

Bevorzugt werden die erste und die zweite alternative Form der Erfindung in Kombination verwendet.

Bevorzugt umfaßt das Verfahren zur Kontrolle von Legionella in einem Kühlwassersystem für eine fluidbasierte Klimaanlage ebenfalls das Aufrechterhalten der Temperatur des Kühlwassers so nahe wie praktikabel an der Umgebungstemperatur am Verdunstungsthermometer, wenn das Kühlwasser nicht zum Kühlen erforderlich ist, wodurch das Wachstum der Legionella Bakterien minimiert wird. Dieses Verfahren kann mit der ersten und/oder der zweiten alternativen Form der Erfindung kombiniert werden.

1 ist ein schematisches Diagramm des Verfahrens der Erfindung.

2 ist ein schematisches Diagramm einer alternativen Form der Erfindung.

Die Verwendung von geringen Temperaturen für einen Teil des Zyklus verringert die Vermehrung der Bakterien. Der Zyklus bringt den Betrieb des Kühlwassersystems ohne Chiller Wärmefreigabe zur konsistenten Verringerung der Temperatur des Kühlwassers mit sich, wenn nicht für die Wärmeabgabe erforderlich. Der Betrieb des Kühlwassersystems bei Temperaturen nahe der Umgebungstemperatur am Verdunstungsthermometer wird nach dem Betrieb des Chillers ausgeführt, d. h., wenn der Chiller nicht betrieben wird. Dies kann in einfacher Weise erreicht werden, indem das Kühlwassersystem betrieben wird, nachdem die Chillerbetätigungen aufgehört haben und an den kälteren Zeiten des Tages.

Das Ziel des obigen ist es, das Kühlwasser so kühl wie praktikabel zu halten, wenn es nicht zur Kühlung des Chillers oder weiterer Ausrüstung benötigt wird. Wir haben herausgefunden, daß diese Bedingungen die Wachstumsrate von Legionella verringern.

Das Erreichen von Temperaturen oberhalb von 60°C involviert eine Wärmequelle. Dies wird gewöhnlich am meisten kosteneffektiv erreicht, indem der normale Warmwassererhitzer verwendet wird, der zur Erwärmung des Gebäudes oder des Verfahrens verwendet wird. Wenn verfügbar, können Dampf, Überhitzungswärme-Abführer und Abwärme oder weitere Wärmequellen verwendet werden. Ein Umgehungssystem kann verwendet werden, um ein Überhitzen der wärmeabgebenden Ausrüstung/des Chillers zu verhindern. Geeignete fehlersichere Systeme würden normalerweise verwendet. Zum Beispiel können Steuersysteme verwendet werden, um das Überhitzen von Kühlmittel während des Heizzyklus zu vermeiden. Zur Verringerung des Bakterienniveaus in der wärmeabgebenden Ausrüstung/Chillers während des Heizzyklus haben wir herausgefunden, daß es zuträglich ist, herkömmliche Biocide einzuschließen. Diese können in weitaus höheren Dosen als normalerweise verwendet werden, da das Wasservolumen in der wärmeabgebenden Ausrüstung/Chiller weitaus geringer als das Gesamtvolumen des rezirkulierenden Kühlwassers ist. Dosen von typischerweise 5 bis 10 mal höher als normal können verwendet werden, und diese hohen Dosen sind erheblich effektiver im Abtöten der Bakterien in der wärmeabgebenden Ausrüstung/dem Chiller.

Mit Bezug auf 1 ist ein Kühlturm 1 mit einem Wasserbecken 2 an der Basis des Kühlturms 1 gezeigt. Der Kühlturm 1 hat ein Hochtemperatur-Turmfüllmaterial 3, Lufteinlässe 4, 5, Drifteliminatoren 6, Turmlüfter 7, und Wasserverteiler 8. Die Wasserverteiler 8 werden durch ein Kühlwasserrohr 9 gespeist. Ein Wasserbeckenauslaß 10 ist durch Rohr 11 und Pumpe 12 wiederum mit dem Kühlwasserrohr 9 verbunden. Ersatzwasser wird 13 zu dem Wasserbecken 2 geleitet. Die wärmeabgebende Ausrüstung 14 ist an einem Schleifenrohrweg 15 mit geeigneter Ventilsteuerung 16, 17 angeordnet, um die Isolierung dieser Ausrüstung während des Erhitzungszyklus zu erlauben. Wärme 18 wird in das rezirkulierende Wasser während des Reinigungszyklus eingeführt. Die wärmeabgebende Ausrüstung 14 ist ausgelegt, um mit vergleichsweise hohen Dosen von Bakteriziden dosiert zu werden und tötet mit geeigneter Rezirkulierungsausrüstung unerwünschte Bakterien in dieser Ausrüstung ab, welche von der Wärmereinigungsausrüstung isoliert ist. Während des Normalbetriebs und in Kombination mit diesem Erhitzungszyklus kann das rezirkulierende Kühlwasser wenn möglich gekühlt werden, um die Temperatur des Wasser in dem Becken auf Temperaturen von weniger als 20° abzukühlen. Dies verringert die Vervielfachung der Bakterien. Der Betrieb dieses Systems kontrolliert ebenfalls die Population von weiteren unerwünschten Bakterien und Algen. Die Anwendung der oben beschriebenen Technologie wäre für alle Fluid-Klimasysteme anwendbar, die nicht auf einer 24 Stundenbasis betrieben werden.

In alternativer Weise können Chiller mit zugewiesenen Kühltürmen verwendet werden, um den Erhitzungszyklus einer oder mehrerer Einheiten zu erleichtern, während das Kühlen der anderen fortgefahren wird. Diese Systeme könnten ebenfalls für Systeme verwendet werden, die auf einer 24 Stundenbasis betrieben werden.

Wirksame Kontrolle der Legionella konnte mit herkömmlichen Dosierungen von Biociden erreicht werden, indem das Kühlwasser in einem Kühlwasserturm für 5 Minuten einmal alle 24 Stunden auf 70°C erhitzt wurde. Temperaturaufzeichnung und Steuerung konnten in einfacher Weise erreicht werden, und dies schloß die Möglichkeit der örtlich entfernten Aufzeichnung des Betriebs des Systems mit ein.

Mit Bezug auf 2 ist die wärmeabgebende Ausrüstung 14 in dieser Ausführungsform nicht von dem rezierkulierenden Kühlwasser isoliert. Das rezirkulierende Kühlwasser ist durch einen Umgehungserhitzer erhitzt und in einem Haltetank 19 und in einem Vorheizerwärmetauscher 20 gehalten. Der Vorheizer 20 ist optional, aber wird bevorzugt, da er die Wirksamkeit des Betriebs des Systems erhöht. Der Erhitzungsvorgang kann ebenfalls erreicht werden, indem Abwärme, Wärme von Erhitzungsabführern oder anderen Quellen verwendet wird. Dieses System ist für unterbrochenen und fortlaufenden Gebrauch geeignet.

Die Verfahren der Erfindung werden ebenfalls gewöhnlich die automatisierte Steuerung zur Betätigung und Steuerung der Niedrig- und Hochtemperaturzyklen mit sich bringen. Aufzeichnungsausrüstung zur Demonstration, daß die Zyklen vollständig zufriedenstellend gewesen sind, wären als Teil der Qualitätsabsicherungsausrüstung eingeschlossen.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ebenfalls den Betrieb eines Kühlwassersystems derart, daß die Kühl- und Erhitzzyklen sequentiell kombiniert werden. Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf Kühltürme für Luftkonditionierung beschrieben worden ist, ist sie ebenfalls auf andere Gemeinschaft-, kommerzielle und industrielle Situationen anwendbar, wo es ein Potential für Aerosole mit Legionellen-infizierten Wasserzuführern gibt.

Da Modifizierungen von Fachleuten in einfacher Weise bewirkt werden können, ist es zu verstehen, daß die Erfindung nicht auf die hier zuvor in beispielhafter Weise beschriebene bestimmte Ausführungsform eingeschränkt ist.