PENGENDALIAN BIOFOULING PADA SISTEM AIR PENDINGIN

PENGENDALIAN BIOFOULING PADA SISTEM AIR PENDINGIN

Sistem air pendingin khususnya sistem resirkulasi terbuka, merupakan lingkungan yang disukai untuk pertumbuhan mikro organisme. Pertumbuhan mikroba pada permukaan yang basah akan menimbulkan pembentukan biofilm. Jika tidak dikontrol, akan menimbulkan biofouling di sistem air pendingin dan menurunkan performa peralatan, mendukung korosi logam, dan mempercepat kerusakan pada material kayu.

Permasalahan Akibat Biofouling

Fouling oleh mikroba pada sistem pendingin adalah akibat dari pertumbuhan alga, jamur, dan bakteri yang berlebih pada permukaan. Sistem pendingin sekali lewat, sistem resirkulasi terbuka, sistem tertutup dapat mendukung pertumbuhan mikroba, akan tetapi permasalahan fouling biasanya terjadi lebih cepat dan parah pada sistem resirkulasi terbuka.

Aliran air sistem resirkulasi terbuka umumnya mengandung relatif sedikit nutrien yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikroba, sehingga laju mikroba relatif lambat. Sistem resirkulasi terbuka menyerap mikroba dari udara dan akibat penguapan maka terjadi peningkatan konsentrasi nutrien. Oleh karena itu, pertumbuhan mikroba lebih cepat dibandingkan sistem lain. Kebocoran proses dapat berkontribusi lebih jauh terhadap kandungan nutrien pada air pendingin.

Selain ketersediaan nutrien organik dan anorganik, faktor seperti temperatur, pH normal, dan aerasi kontiniu dari air pendingin berkontribusi menjadi lingkungan yang ideal untuk pertumbuhan mikroba. Cahaya matahari dibutuhkan untuk pertumbuhan alga dapat juga hadir sehingga berbagai populasi besar dari mikroba dapat berkembang.

Akibat dari pertumbuhan mikroba yang tidak terkendali pada permukaan adalah pembentukan lendir. Lendir tipikalnya merupakan agregat dari material biologi dan nonbiologi. Komponen biologi, dikenal sebagai biofilm, terdiri dari sel mikroba dan produk sampingnya. Produk samping yang dominan, extracellular polymeric substance (EPS), merupakan sebuah campuran dari polimer terhidrasi. Polimer ini membentuk jaringan berbentuk gel di sekitar sel dan muncul untuk membantu menempel pada permukaan.

Lendir dapat terbentuk pada sistem pendingin sekali lewat dan resirkulasi dan dapat terlihat atau terbentuk pada daerah yang susah dilihat. Pada daerah yang tidak terlihat, lendir dapat diindikasikan dengan penurunan efisiensi perpindahan panas atau pengurangan laju alir air. Organisme perusak material kayu dapat masuk sistem pendingin yang terbuat dari kayu, mencerna kayu dan menyebabkan kerusakan pada struktur kayu. Aktivitas mikroba di bawah deposit atau di dalam lendir dapat meningkatkan laju korosi dan bahkan melubangi permukaan perpindahan panas.

Mikrobiologi dari Air Pendingin

Mikroorganisme

Mikro organisme yang membentuk deposit lendir pada sistem air pendingin merupakan mikroba yang menyebar melalui tanah, air, dan udara. Mikroba ini dapat masuk ke sistem melalui air makeup, baik dalam jumlah sedikit ketika menggunakan air bersih atau dalam jumlah banyak ketika menggunakan air limbah. Jumlah yang banyak dapat juga diserap dari udara ketika udara diserap melewati menara pendingin. Kebocoran proses juga berkontribusi terhadap masuknya organisme.

Beberapa dari banyak mikroba dapat berkoloni pada sistem pendingin industri (a)bakteri bentuk batang, (b)alga biru-hijau bentuk filamen/cianobakteri, (c)alga hijau satu sel, (d)jamur banyak sel (ragi), (e)jamur filamen

Bakteri. Berbagai jenis bakteri dapat berkoloni pada sistem pendingin. Bakteri berbentuk spiral, batang, dan bola, dan filamen merupakan bakteri yang umum pada sistem pendingin. beberapa menghasilkan spora untuk bertahan pada lingkungan yang tidak mendukung seperti musim kering atau temperatur tinggi. Baik bakteri aerob maupun anaerob dapat ditemukan pada sistem air pendingin.

Jamur. Dua bentuk jamur yang umumnya ditemukan yaitu mold (bentuk filamen) dan ragi (bentuk satu sel). Mold dapat menjadi sangat membahayakan, menyebabkan pembusukan putih atau pembusukan cokelat pada kayu menara pendingin, tergantung pada apakah mereka selulolitik (menyerang selulosa) atau pendegradasi lignin. Ragi atau juga selulotik dapat menghasilkan banyak lendir dan suka membentuk koloni pada permukaan kayu.

Alga. Alga merupakan organisme fotosintesis. Alga biru-hijau merupakan alga yang paling umum pada sistem pendingin (alga biru-hijau sekarang dikelompokkan sebagai bakteri dan disebut sebagai cianobakteri). Berbagai tipe alga bertanggung jawab atas pertumbuhan warna hijau pada bagian block screen dan distribution deck. Fouling yang parah akibat alga dapat menimbulkan aliran air yang tidak merata dan mengurangi efisiensi menara pendingin.

Perbedaan dan Persamaan

Meski alga, jamur, dan bakteri memiliki banyak perbedaan, mereka juga memiliki banyak karakter yang mirip. Persamaan dan perbedaan ini penting dalam memahami dan mengendalikan biofouling.

Ukuran sel berbeda tergantung pada kerumitan struktur sel. Bakteri sederhana dan cianobakteri jauh lebih kecil dibandingkan mold, ragi, dan alga lainnya. Karena kecepatan metabolisme dan kecepatan pertumbuhan, sel yang lebih kecil ini mampu bereproduksi jauh lebih cepat.

Semua mikro organisme membutuhkan air untuk tumbuh. Meski hal ini bervariasi dalam istilah kebutuhan air absolut dan kemampuan untuk bertahan pada musim kering, sebuah populasi mikroba yang aktif, hidup terus menerus tidak akan ada tanpa adanya air.

Kebanyakan mikroba tumbuh pada sistem pendingin dalam bentuk bundar dengan dinding sel yang kaku. Dinding sel memberikan organisme bentuk karakternya dan kekuatan mekanik. Bagian dalam terdekat di dinding sel adalah sebuah membran sel yang berfungsi sebagai penghalang permeabel dari sel. Penghalang ini juga memungkinkan sel memekatkan bahan kimia yang diinginkan, seperti nutrien, dan mengeluarkan atau mengekresi racun atau bahan kimia yang tidak diinginkan seperti material sampah. Perbedaan konsentrasi hingga beberapa pangkat dapat ditemukan di sepanjang membran.Semua sel harus mendapatkan energi dan bahan kimia untuk membangun sel dari lingkungannya untuk bertahan dan tumbuh. Kemampuan dari setiap tipe sel untuk memenuhi fungsi ini pada berbagai lingkungan akan dibahas pada bagian selanjutnya.

Pertumbuhan Mikrobiologi

Di antara building block esensial yang digunakan oleh sel mikroba, dan yang diinginkan dalam jumlah banyak adalah karbon, nitrogen dan fosfor. Mikroba berbeda dari metode yang mereka gunakan untuk memperoleh karbon. Alga hijau, cianobakteri, dan bakteri tertentu dapat menggunakan karbon dioksida sebagai sumber dan mengubahnya menjadi senyawa karbon pada sel. Kebanyakan bekteri, ragi, dan mold membutuhkan senyawa karbon yang belum terbentuk dan menggunakan molekul organik yang bervariasi mulai dari sederhana hingga sangat kompleks.

Mikroba telah mengembangkan banyak cara untuk mengekstrak energi dari lingkungannya. Alga dan organisme fotosisntetis lainnya menangkap energi cahaya dari matahari. Senyawa kimia anorganik, seperti amonia, sulfur, dan hidrogen, dapat dioksidasi oleh bakteri tertentu untuk menghasilkan energi. Lebih umum, bakteri, ragi, dan mold membebaskan energi yang disimpan di dalam senyawa organik, seperti gula, protein, lemak, minyak, asam organik, dan alkohol.

Organisme aerob menggunakan oksigen untuk mengoksidasi dan menghasilkan energi kimia. Anaerob tidak menggunakan oksigen, tetapi dapat menggantinya dengan senyawa seperti sulfat atau nitrat. Pada proses penghasilan energi pada bakteri anaerob, molekul pengoksidasi ini mengalami reduksi, membentuk sulfida atau gas nitrogen. Ketika tidak tersedia pengokidasi, beberapa bakteri anaerob masih bisa menghasilkan energi , meski jurang efisien, dengan cara oksidasi berpasangan satu setengah dari molekul subtrat menjadi reduksi dari setengah molekul lainnya.

Pada kondisi nutrien yang cukup, pertumbuhan dan reproduksi dapat berlangsung. Bakteri dan cianobakteri berkembang biak dengan cara pembelahan diri, sebuah proses dimana satu sel terbelah dan membentuk dua sel yang identik. Ragi berkembang biak dengan cara pembentukan ragi baru, dengan sebuah sel induk secara berulang membentuk sebuah anak sel yang identik tetapi berukuran lebih kecil.  Alga hijau dapat memiliki beberapa pola pertumbuhan, tergantung dari spesies, mulai dari perpanjangan tunas untuk menghasilkan beberapa sel dari sebuah sel selama siklus pembelahan. Seiring dengan fitur sel lainnya, kerumitan dari proses pertumbuhan akan meningkatkan ukuran sel. Pada kondisi optimal, beberapa bakteri dapat memperbanyak jumlahnya setiap 20 – 30 menit, sedangkan mold membutuhkan beberapa jam untuk memperbanyak jumlah mereka.

Mikro organisme juga sangat mudah beradaptasi terhadap perubahan lingkungan. Karakteristik ini berhubungan dengan ukuran dan kerumitan. Bakteri dengan bentuk sederhana dengan kebutuhan pertumbuhan minimal dan laju pertumbuhan cepat dapat membentuk banyak generasi sel dalam beberapa hari. Sedikit perubahan yang acak di dalam karakteristik sel selama pembentukan tersebut dapat menghasilkan sel baru yang lebih mampu bertahan di dalam perubahan lingkungan

Biasanya, air pendingin tidak mengandung banyak nutrien, sehingga mikroba harus mengembangkan permasalahan besar pada transportasi energi dan meningkatkan konsentrasi nutrien di dalam sel. Proses ini dapat menghabiskan sumber energi yang ada di dalam suplai yang singkat, akan tetapi hal ini dibutuhkan agar mesin biokimia dapat berjalan pada kecepatan tinggi. Karena ada kompetisi sengit untuk nutrien yang ada, spesies yang paling efisien di dalam peningkatan konsentrasi  dari nutrien esensial akan memiliki kemungkinan pertumbuhan yang lebih cepat.

Penggunaan bahan kimia pada sistem pendingin mungkin, pada suatu waktu memberikan sumber dari nutrien pembatas dan hal ini berkontribusi terhadap pertumbuhan bakteri pada sistem. Perubahan pH mungkin akan merubah keseimbangan sebuah populasi yang stabil menjadi tidak seimbang, kondisi yang buruk. Meski bakteri dapat dikendalikan pada pH netral, sebuah perubahan menjadi asam dapat menimbulkan dominasi dari mold atau ragi. Karen kebanyakan alga tumbuh paling berlimpah pada pH basa, sebuah usaha untuk mengurangi asam dengan menaikkan pH dapat menimbulkan pertumbuhan alga yang melimpah.

Perubahan musiman juga dapat mempengaruhi pola pertumbuhan pada sistem air pendingin. komunitas alga alami di dalam suplai air bersih bersifat sangat dinamis, dan spesies yang dominan dapat berubah dengan cepat dengan perubahan temperatur, nutrien, dan jumlah sinar matahari. Cianobakteri dapat menjadi koloni yang sering timbul di dalam sebuah sistem pendingin. perubahan musiman ang akan meningkatkan jumlah mereka di dalam air makeup dapat menimbulkan pertumbuhan alga yang melimpah di dalam sistem. Pada musim gugur, seiring daun yang gugur akan meningkatkan kadar nutrien dan menurunkan pH, populasi bakteri dapat meningkat ketika populasi alga berkurang.

BIOFILM

Mikrobiologi membedakan dua jenis populasi dari mirkoba. Populasi free-floating (planktonic) yang ditemukan pada sebagian besar air dan populasi yang menempel (sessile) pada permukaan. Jenis yang sama dari organisme ini dapat ditemukan pada populasi lainnya, akan tetapi populasi sesil bertanggung jawab terhadap terjadinya biofouling.

Banyak yang diketahui mengenai pembentukan biofilm pada permukaan yang basah seperti tube dari alat penukar panas. Mikroba pada permukaan yang tenggelam mensekresi polimer (secara dominan polisakarida tetapi juga protein), yang menempel kuat bahkan pada permukaan yang bersih dan mencegah sel tersapu oleh aliran normal air pendingin. senyawa polimer ekstraselular ini dihidrasi di dalam kondisi alami, membentuk sebuah jaringan seperti gel di sekitar mikroba sesil. Jaringan polimer ini berkontribusi terhadap kesatuan dari biofilm dan berperan sebagai penghalang fisik yang menghalagi material racun dan organisme pemangsa agar tidak mencapai sel hidup. Polimer biofilm dapat juga mengonsumsi oksidator sebelum mereka mencapai dan menghancurkan mikroba. Sehingga, pengendalian mikroba sesil membutuhkan dosis beberapa kali lebih besar dari jumlah dosis yang dibutuhkan untuk mengendalikan organisme planktonic.

Biofilm awalnya terbentuk secara perlahan, karena hanya beberapa organisme yang dapat menempel, bertahan, tumbuh, dan berganda. Seiring populasi meningkat secara eksponensial, kedalaman biofilm meningkat secara cepat. Polimer biofilm bersifat lengket dan membantu dalam proses penempelan dari sel baru untuk berkoloni pada permukaan seiring dengan akumulasi dair kotoran tak hidup dari sebagian besar air. Beberapa kotoran dapat mengandung berbagai endapan senyawa kimia anorganik, flok organik, dan massa sel yang mati. Fouling muncul akibat proses akumulasi ini, seiring dengan pertumbuhan dan replikasi sel yang telah ada dipermukaan dan pembentukan material polimer tambahan oleh sel ini.

Ketika terjadi fouling, bahkan pembersihan secara mekanik tidak menghilangkan semua biofilm. Permukaan yang sebelumnya mengalami fouling lebih cepat mengalami kolonisasi di banding permukaan baru. Material sisa biofilm mendukung kolonisasi dan mengurangi waktu tunggu sebelum munculnya fouling kembali.

Biofilm pada permukaan alat penukar panas bersifat sebagai penghalang perpindahan panas. Performa alat penukar panas mulai menurun segera setelah ketebalan biofilm melebihi batas dari daerah aliran laminer. Mikroba dan biopolimer yang terhidrasi mengandung air yang banyak, biofillm dapat mengandung lebih dari 90% berat air. Akibatnya, biofilm memiliki konduktivitas termal sangat dekat dengan konduktivitas air dan, pada sisi efisiensi alat penukar panas, sebuah biofilm ekivalen dengan sebuah lapisan air stagnan di sepanjang permukaan perpindahan panas.

Pada alat penukar panas shell & tube, hambatan perpindahan panas paling rendah pada aliran turbulen dari sebagian besar air, sedikit lebih besar di sepanjang dinding logam tube, dan paling besar di bagian aliran air laminer. Seperti air, biofilm 25 – 600 kali lebih resistan terhadap perpindahan panas secara konduktif dibandingkan logam apapun. Sebuah sedikit peningkatan pada ketebalan yang tampak dari aliran laminer akibat pertumbuhan biofilm memiliki dampak yang signifikan terhadap perpindahan panas.besar 80 mm.

Biofilm dapat mendukung korosi dari permukaan logam yang mengalami fouling melalui berbagai Hal ini yang disebut sebagai microbially influenced corrosion (MIC). Mikroba bertindak sebagai katalis biologi yang mendukung mekanisme korosi konvensional.

Keberadaan pasif dari deposit biologi mencegah inhibitor korosi untuk mencapai dan mempasivasi permukaan yang mengalami fouled.

Reaksi mikrobial dapat mempercepat reaksi korosi yang sedang berlangsung.

Produk samping dari mikroba dapat bersifat agresif terhadap logam.

Mikroba dapat berkontribusi pada korosi logam: (a) pitting menempel di penampang melintang dari diding tube stainless steel, (b) serangan umum yang beriringan dengan produk samping bersifat korosif dari pertumbuhan koloni mikroba

Keberadaan fisik dari biofilm dan aktivitas biokimia di dalam film merubah lingkungan dari permukaan yang mengalami fouling. Perbendaan antara bagian yang mengalami kolonisasi dan tidak  dapat mendukung serangan seperti korosi galvanik. Mikroba mengonsumsi oksigen lebih cepat dibandingkan ia dapat ditranfer dari larutan bulk, dan area di bawah biofilm menjadi anaerobik dan anoda. Pasivasi ulang  dari permukaan yang mengalami kolonisasi juga terhambat. Beberapa mikroba mengurangi kadar oksigen sehingga mengubah metabolisme bakteri menjadi fermantatif dan menghasilkan senyawa asam organik yang banyak. Hal ini dapat menimbulkan penurunan pH lokal.

Mikroba hadir secara alami di lingkungan dan membentuk koloni pada sistem pendingin dengan kapitalisasi pada kondisi lingkungan yang disenangi. Sistem pendingin merupakan lingkungan yang disenangi oleh mikroba karena terdapat air, beroperasi pada temperatur dan pH yang sesuai, dan menyediakan nutrien yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Penempelan mikroba pada permukaan di dalam sebuah sistem yang tidak ditangani akan menghasilkan deposit yang akan mengurangi efisiensi peralatan dan dapat sangat destruktif terhadap peralatan pendingin.

PILIHAN UNTUK PROGRAM PENGENDALIAN LENDIR

Karena kecepatan pertumbuhan mikroba di dalam sistem air pendingin, monitoring yang sering dari sistem ini merupakan hal penting untuk identifikasi dari permasalahan yang terjadi. Monitoring yang tepat dari data operasi dapat mengindentifikasi tren, dan inspeksi sistem secara periodik menunjukkan apakah terjadi fouling atau tidak. Kupon tes dan alat penukar panas penguji dapat digunakan di dalam sistem operasi untuk memfasilitasi monitoring tanpa mengganggu sistem operasi.

Deposit dikumpulkan dari sistem pendingin dapat dianalisa di dalam laboratorium untuk menentukan komposisi bahan kimianya dan biologinya. Jika deposit mengandung mikroba yang tinggi, ini merupakan agen penyebab yang harus diidentifikasi untuk penanganan. Laboratorium dapat mengidentifikasi agen seperti alga, bakteri, atau jamur baik secara mikroskopis atau dengan isolasi dan identifikasi kultural.

Perhitungan jumlah mikroba juga dapat dilakukan untuk menentukan apakah populasi di dalam sistem stabil, meningkat, atau berkurang. Biasanya, populasi planktonic dimonitor dengan cara metode standar dari teknik plate count. Akan tetapi, tidak semua organisme di dalam proses fouling dapat dideteksi oleh metode ini. Bakteri anaerob seperti bakteri pereduksi sulfat yang dapat menyebabkan korosi di bawah deposit, tidak dapat dilihat dengan prosedur kultural anaerob. Teknik khusus harus digunakan untuk menjamin deteksi dari organisme ini.

Hanya mengandalkan pada perhitungan pada air bulk tidak memberikan informasi yang cukup terhadap fouling pada permukaan lebih lanjut. Hasil harus diintepretasikan sesuai dengan kondisi operasi pada saat pengambilan sampel. Sebagai contoh, di dalam sebuah sistem yang tidak ditangani, sebuah populasi biofilm yang sehat dan stabil dapat muncul ketika perhitungan dari air bulk rendah, karena beberapa organisme sesil dapat dilepaskan dari permuakaan yang mengalami fouling. Jika sebuah anti-mikroba digunakan, perhitungan dari air bulk dapat meningkat secara drastis.

Untuk diagnosa yang lebih baik, dibutuhkan untuk menggunakan teknik monitoring mikroba yang memungkinkan pengujian secara langsung pada kondisi permukaan. Dimungkinkan untuk membersihkan sebuah area permukaan yang diketahui dan organisme tersuspensi dihilangkan dengan air steril yang diketahui volumenya. Setelah air ini ditempelkan, perhitungan ulang memberikan perkiraan dari jumlah organisme pada permukaan aslinya.

Teknik lainnya meliputi pemantauan aktivitas biokimia pada permukaan yang diketahui luasnya. Spesimen yang mengalami biofouling diinkubasi dengan subtrat yang sesuai. Konsentrasi dari produk reaksi ditemukan setelah sebuah waktu kontak berhubungan dengan jumlah dan kesehatan organisme di permukaan sehingga dapat digunakan sebagai sebuah pengukuran dari biofouling.

Terlepas dari jenis target populasi atau teknik monitoring yang digunakan, sebuah titik data yang diisolasi memiliki sedikit arti. Berbagai data harus digabungkan untuk memperoleh sebuah profil dari tren mikroba di dalam sistem. Catatan ini harus mencakup pengamatan pada performa peralatan dan kondisi operasi pada waktu pengambilan sampel, sehingga memberikan konteks yang penuh arti untuk intepretasi dari data baru.

Setelah ditentukan penanganan yang diperlukan untuk memecahkan masalah fouling, sebuah produk yang efektif harus dipilih. Pemilihan awal dapat dibuat jika agen mikroba penyebab masalah diketahui, karena spektrum aktivitas dari semua anti-mikroba tidak sama. Beberapa efektif mengendalikan alga tetapi tidak bakteri. Sebagian lain, bersifat sebaliknya. Untuk beberapa, spektrum aktivitas, ditentukan dengan inhibisi dari radiolabeled nutrien uptake, cukup luas, meliputi semua mikroba yang umumnya ditemui air pendingin

*Nilia I50 merupakan konsentrasi yang menghambat 50% pertumbuhan organisme dan diukur dengan cara tuse dari sebuah 14C-labeled nutrient.     

Pengetahuan mengenai bagaimana anti-mikroba yang berbeda mempengaruhi mikroba juga merupakan hal yang berguna untuk pemilihan penanganan yang tepat. Beberapa membunuh mikroba dengan kontak. Lainnya menghambat pertumbuhan organisme tetapi tidak perlu membunuh mereka. Biostas ini dapat menjadi efektif jika konsentrasi yang sesuai dijaga di dalam sebuah sistem hingga waktu yang cukup.

Evaluasi laboratorium dari keefektifan relatif dari anti-mikroba harus dilakukan. Hal ini membantu untuk mengidentifikasi tipe yang bekerja dengan baik terhadap mikroba penyebab fouling di dalam sistem dan mengeliminasi anti-mikroba yang memiliki kemungkinan terkecil untuk sukses. Karena tujuan dari penggunaan anti-mikroba adalah untuk mengendalikan atau menghilangkan organisme biofouling, sangat menguntungkan untuk melakukan evaluasi dengan organisme sesil yang ditemui di dalam deposit, sama juga dengan organisme planktonic di dalam aliran air.

Tujuan dari program penanganan apapun harus diekspos terhadap populasi mikroba yang menempel dengan jumlah dosis anti-mikroba yang cukup untuk menembus dan mengganggu biofilm. Umumnya, pembersihan sistem yang mengalami fouling membutuhkan konsentrasi yang lebih besar dari pengumpan penanganan secara interminiten, sedangkan pemeliharaan dair sistem yang bersih dapat dicapai dengan pengumpanan dengan kadar rendah secara kontiniu atau semikontiniu.

Hasil pengujian anti-mikroba paling relevan ketika didasarkan pada waktu kontak yang diperoleh dari sistem yang harus ditangani. Karena sistem pendingin sekali lewat tipikal memiliki waktu kontak yang pendek, sangat sulit untuk menyimulasikan sistem ini di laboratorium. Semakin panjang waktu kontak yang ada pads sistem resirkulasi lebih mudah diduplikasi di dalam laboratorium.

Pada sistem aliran sekali lewat, anti-mikroba harus diumpankan secara kontiniu untuk mencapai waktu kontak yang dibutuhkan. Seringnya, hanya kadar rendah dari anti-mikroba dapat didapat pada sebauh sistem dengan basis pengumpanan kontiniu. Penanganan sistem semikontiniu dapat lebih ekonomis atau mungkin diperlukan kareana batasan kualitas efluen. Seperti sebuah program intermiten untuk sistem aliran sekali lewat masih harus dirancang untuk mencapai konsentrasi anti-mikroba yang efektif di dalam sistem, menggunakan periode penanganan yang berkisar mulai dari menit hingga jam perhari.

Sistem resirkulasi dapat juga ditangani dengan sistem pengumapanan kontiniu atau interminten, meski sistem pengumpanan intermiten lebih umum. Tujuan dari sistem intermiten pada sistem pendingin ini adalah untuk menghasilkan konsentrasi anti-mikroba yang tinggi yang akan menembus dan mengganggu biofilm dan dissipasi yang terjadi. Ketika kadar penanganan turun di bawah kadar toksik, pertumbuhan mikroba mulai terjadi kembali. Setelah periode multiaplikasi, pertumbuhan baru dihilangkan dengan dosis kejutan.

Waktu dimana sebuah konsentrasi anti-mikroba turun di bawah konsentrasi yang diharapkan di dalam sistem resirkulasi dapat dihitung secara matematis. Beberapa informasi dapat sangat berguna di dalam merencanakan jadwal untuk pengendalian lendir yang efektif dan ekonomis. Konsentrasi minimum yang diinginkan harus diperkirakan dari evaluasi toxicant. Penurunan anti-mikroba secara teoritis dari sebuah sistem dapat dihitung dengan persamaan berikut:

BD x t x log(Cf) = Log(Ci) – 2,303V

Dimana:

BD = jumlah air yang hilang akibat blowdown dan tiupan angin (gpm)

t = waktu (menit)

Cf = konsentrasi akhir dari anti-mikroba (ppm)

Ci = konsentrasi awal dari anti-mikroba (ppm)

V = kapasitas sistem (gal)

Praktik standar untuk mengulangi dosis kejutan ketika Cf = 25% Ci. Pada basis ini, interval waktu untuk penambahan antimikroba dapat dihitung sebagai berikut:

t = (1.385 x V)/BD

Dari persamaan ini, t akan mengindikasikan seberapa sering pengumpanan intermiten harus dilakukan di dalam sistem, akan tetapi perhitungan ini hanya valid untuk penurunan konsentrasi 75% atau dua setengah waktu tinggal.

Persamaan tersebut tidak valid untuk senyawa berikut:

Senyawa yang mudah menguap dan dapat hilang selama saat melewati tower pendingin

Senyawa yang bereaksi dengan senyawa lain di dalam air

Senyawa yang terdegradasi di dalam air

Dalam merencanakan program pengendalian lendir, kebutuhan kimia apapun dari air proses sebagai anti-mikroba yang digunakan harus dipertimbangkan juga. Kegagalan terhadap kebutuhan kimia dapat mencegah pencapaian dari kadar minimum dan dapat menimbulkan kegagalan dari program penanganan. Kompatibilitas dari anti-mikroba dengan penanganan lainnya dari air pendingin harus juga dipertimbangkan.

Banyak varibel sistem memengaruhi kebiasaan mikroba di dalam sistem, dan efek dari anti-mikroba dapat juga dipengaruhi oleh variabel ini. Oleh karena itu, pertimbangan yang hati-hati harus dilakukan untuk menentukan apakah, kapan, dimana harus menangani sistem air pendingin.

Biaya merupakan kriteria utama dalam memilih program pengendalian lendir. Hal ini tidak dapat ditentukan tanpa pengetahuan atau perkiraan dari biaya individual dari bahan kimia, peralatan pengumpanan, dan tenaga kerja yang dibutuhkan untuk melakukannya dan memonitor program, seiring dengan persyaratan pengolahan efluen. kemungkinan berbagai efek dari penggunaan program harus dipertimbangkan terhadap hal yang mungkin terjadi jika tidak ada penanganan yang digunakan. Pengetahuan dari komponen biaya dapat membantu dalam panduan dari penggunaan program. Sebagai contoh, jika biaya tenaga kerja terlalu mahal, lebih ekonomis untuk mengumpankan anti-mikroba lebih sering dan mengurangi jumlah monitoring yang diperlukan. Setiap sistem harus dipertimbangkan secara individu, pengaturan musiman mungkin juga diperlukan.

KARAKTERISTIK DARI BAHAN KIMIA NON-OKSIDATOR YANG DIGUNAKAN PADA SISTEM PENDINGIN

Penggunaan anti-mikroba sebagai pengendali mikroba secara luas dapat dibagi menjadi dua kelompol: okidator dan non-oksidator. Hanya ada sedikit perbedaan antara oksidator dan non-oksidator, karean beberapa non-okidator memiliki sifat okidator yang lemah hingga menengah. Perbedaan paling signifikan antara kelompok ini berhubungan dengan cara kerjanya. Anti-mikroba non-oksidator bekerja dengan cara reaksi antara komponen sel tertentu atau proses reaksi di dalam sel.

Pengetahuan mengenai sifat kimia dan cara reaksi dari anti-mikroba diperlukan untuk menjamin penggunaan yang tepat dan batasan dari anti-mikroba.

Dua karakter mekanisme menunjukkan banyak anti-mikroba non-oksidator digunakan pada sistem pendingin untuk pengendalian biofouling. Salah satunya mikroba dihambat atau dibunuh sebagai akibat dari kerusakan pada membran sel. Yang lainnya, kematian mikroba disebabkan karena kerusakan peralatan biokimia yang berhubungan dalam produksi dan penggunaan energi.

Senyawa amonium kuarterneri (quats) merupakan senyawa yang antif terhadap permukaan kationik. Senyawa ini merusak membran sel bakteri, jamur, dan alga. Akibatnya, senyawa yang bisanya dicegah memasuki sel mampu menembus penghalang permeable ini. Beriringan dengan itu, nutrien dan komponen penting intraseluler yang terkonsentrasi di dalam sel akan bocor. Pertumbuhan akan terhambat dan sel mati. Pada konsentrasi yang rendah, quats merupakan biostatis karena banyak organisme mampu bertahan pada saat berada pada kondisi rusak yang kadang-kadang terjadi.

Banyak anti-mikroba mengganggu proses metabolisme energi. Karena semua aktivitas mikroba sangat bergantung melalui perpindahan energi, hal ini dapat dipahami bahwa gangguan terhadap reaksi yang menghasilkan energi yang tinggi dan reaksi penangkapan energi akan memiliki konsekuensi yang serius terhadap sel. Anti-mikroba yang dikenal sebagai penghambat metabolisme energi adalah sebagai berikut.

·         Organotin

·         Bis(trikloro metil) sulfonat

·         Metilen bis(tiosianat) (MBT)

·         Bera-bromo-beta-nitro stirena (BNS)

·         Garam dodekil guanidin

·         Bromo nitro propanadiol (BNPD)

Semua senyawa ini efektif ketika digunakan dalam konsentrasi yang cukup. Garam dodekil guanidin juga memiliki sifat surfaktan, yang mungkin berkontribusi terhadap keefektifannya.

Sisi sebenarnya atau reaksi yang dipengaruhi oleh inhibitor metabolisme jarang diketahui, meski uji coba di laboratorium mungkin memberikan petunjuk atau bukti tak langsung terhadap mekanisme spesifik. Tembaga dan logam berat lainnya pada konsentrasi yang cukup menyebabkan protein kehilangan karakteristik dari struktur tiga dimensinya, yang dibutuhkan agar berfungsi normal.

Bromo nitro propanadiol (BNPD), sebuah agen pengontrol biofouling yang lebih baru, dapat berperan sebagai katalis dari pembentukan ikatan disulfida (R-S-S-R) antara gugus sulfohidril (R-SH). Protein mengandung sulfohidril dan karena enzim merupakan protein yang besar, mungkin untuk menganggap bahwa pembentukan ikatan disulfida antara gugus -SH yang berdekatan dapat menghambat aktivitas enzim. Banyak tipe enzim mengandung gugus sulfohidril, sehingga anti-mikroba ini mungkin mempengaruhi berbagi aktivitas mikroba untuk menghasilkan energi.

Jenis aksi dari salah satu non-oksidator yang umum tidak dapat dikategorikan apakah termasuk memiliki permukaan aktif atau inhibitor metabolik.  Senyawa yang aktif, dibromo nitril propionamida (DBNPA), sepertinya bertindak seperti anti-mikroba oksidator, bereaksi sangat cepat dengan sel bakteri. Penelitian mengenai interaksi dari radiocactively labeled  (14C) DBNPA dengan bakteri menunjukkan bahwa label 14C tidak pernah menembus sel, seperti yang hal yang berhubungan dengan metabolisme energi. Malahan, senyawa ini terikat kuat dan cepat dengan dinding sel bakteri.

Beberapa anti-mikroba digunakan pada sistem pendingin merupakan senyawa yang secara spontan terurai di dalam air, oleh karena itu akan mengurangi potensi merusak lingkungan. Penguraian kimia ini sering diiringi dengan penurunan toksisitas dari senyawa. Senyawa tersebut dapat ditambahkan pada sistem air pendingin, menyelesaikan tugasnya untuk membunuh bakteri di dalam sistem, kemudian terurai hingga menjadi senyawa yang tidak beracun. Di antara anti-mikroba yang memiliki karakteristik ini yaitu BNS, MBT, DBNPA, dan BNPD.

KEAKURATAN BAHAN KIMIA NON-OKSIDATOR

Dinamika populasi mikroba di dalam sistem air pendingin cukup rumit. Pada situasi dimana salah satu kelompok atau spesies menjadi dominan, permasalahan fouling dapat terjadi. Pada kondisi lainnya, campuran populasi yang seimbang dapat hadir ketika tidak terlihat fouling. Salah satu penjelasan dari hal ini adalah ketika terdapat populasi yang seimbang, mereka berkompetisi dengan yang lainnya untuk nutrien yang tersedia dan mengendalikan pertumbuhan mereka. Ketika salah satu grup sukses menggantikan grup lainnya, mereka akan tumbuh tanpa kompetisi.

Karena pertimbangan ini, beberapa anti-mikroba yang tepat diformulasikan untuk lebih dari satu senyawa aktif. Pencampuran beberapa bahan aktif yang tepat dapat mengompensasi batasan di dalam rentang kerja untuk membunuh bakteri. Sebagai contoh, jika anti-mikroba A efektif untuk mengatasi bakteri tetapi kurang bagus terhadap jamur, sejumlah besar A mungkin digunakan untuk mengendalikan potensi masalah dari jamur. Akan tetapi, jika anti-mikroba B cukup bagus untuk menangani bakteri dan cocok untuk mengatasi jamur, sebuah kombinasi dari anti-mikroba A dan B dapat memperluas rentang kerja untuk mengendalikan permasalahan dan lebih baik daripada penggunaan anti-mikroba A saja dengan konsentrasi yang tinggi.

Tanpa ada peningkatan dari konsentrasi anti-mikroba yang digunakan, kekuatan dari sebuah campuran dapat melebihi kemampuan yang diharapkan dari efek penggunaan satu jenis anti-mikroba. Hal ini sangat meningkatkan performa dari sinergi yang didapatkan dari hanya penggunaan kombinasi tertentu dari senyawa anti-mikroba. Sinergisasi memungkinkan pengendalian mikroba pada konsentrasi yang lebih rendah dari anti-mikroba A dan B dibandingkan konsentrasi jika hanya menggunakan A atau B saja.

Rentang kontrol dapat juga diperluas degan pengumpanan berurutan dari anti-mikroba pada sistem: pergantian pengumpanan dari dua senyawa aktif dapat memiliki hasil yang sama seperti pengumpanan dari campuran senyawa aktif secara simulltan.

Variasi lainnya yang harus dipertimbangkan adalah kemungkinan dari proliferasi dari mikroba resistan di dalam sistem. Bentuk resisten dapat meningkat secara spontan oleh mutasi di dalam sistem pendingin tetapi lebih jarang terjadi dari luar sistem. Fungsi sederhana dari anti-mikroba untuk mengurangi kompetisi oleh bentuk non-resistan dan memungkinkan petumbuhan yang tidak teramati dari organisme resistan yang baru masuk.Perkembangan dari sebuah program anti-mikroba dibantu degan sebuah pemahaman dari tipe dari aksi sebuah produk, sistem yang harus ditangani, dan efek lingkungan. Semua faktor ini memiliki peranan di dalam pemilihan sebuah program pengendalian mikrobiologi yang ekonomis dan aman bagi lingkungan.