BR112012012980B1 - método para redução e/ou controle de incrustações em um sistema de purificação de água - Google Patents

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Abstract

método para redução e/ou controle de incrustações em um sistema de purificação de água o presente pedido de patente de invenção se refere ao aprimoramento da eliminação de incrustação nos sistemas de processamento; o método remove a incrustação existente ao mesmo tempo em que elimina acúmulo. o presente pedido de patente de invenção se refere à incrustação de fosfato e sulfato; o presente pedido de patente de invenção também permite aprimorar a propriedade anti-incrustação sem a necessidade de fazer nenhum ajuste de ph; o método fornece todos os fatores listados ao mesmo tempo em que não compromete a integridade das membranas que podem ser utilizadas no sistema.

Description

“MÉTODO PARA REDUÇÃO E/OU CONTROLE DE INCRUSTAÇÕES EM UM SISTEMA DE PURIFICAÇÃO DE ÁGUA. NOTIFICAÇÃO DE COPYRIGHT [DIREITOS AUTORAIS] [0001] Parte da divulgação deste documento de patente contém ou pode conter material protegido por copyright. O proprietário do copyright não faz objeções à reprodução por fotocópia de qualquer parte do documento de patente ou da divulgação de patente exatamente da forma como aparece no arquivo ou registro de patente do Escritório de Patentes e Marcas, porém se reserva todos os direitos de copyright pertinentes.
CAMPO DE APLICAÇÃO [0002] O presente pedido de patente de invenção se refere ao aprimoramento da eliminação de incrustação de fosfato de cálcio em sistemas de processamento. O presente pedido de patente de invenção também permite o aprimoramento das propriedades anti-incrustação para que não haja acúmulo no sistema sem necessidade de ajustar o pH. Além disso, o presente pedido de patente de invenção não compromete de forma alguma a integridade das membranas a serem utilizadas no sistema.
ESTADO DA TÉCNICA [0003] A obstrução por fosfato de cálcio é uma preocupação cada vez maior em muitas indústrias, porém mais importante em indústrias que utilizam membranas para purificação e filtração. Os operadores de membrana, em função de novas aplicações e mudanças municipais nas fontes de água, observaram um aumento da incrustação de fosfato de cálcio e precisam de um método eficaz e seguro para eliminar o acúmulo dessa incrustação. O método tradicional de controlar a
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2/9 incrustação, incluindo fosfato de cálcio, é utilizar ácido, o que é eficaz, mas tem algumas desvantagens, primeiramente por que é prejudicial para as membranas ou reduz o tempo de uso antes da troca ser necessária, em segundo lugar é muito caro para grandes sistemas, e por fim há problemas de segurança com o uso de ácido em sistemas de alto fluxo e alta pressão. É por isso que a indústria trabalhou para descobrir novas tecnologias para uso como um produto anti-incrustação, especialmente com incrustação de fosfato.
[0004] A prevenção de incrustação de fosfato de cálcio em sistemas é exemplificada no processo de purificação de água à base de membrana em que a prevenção de obstrução de fosfato de cálcio com o uso de produto antiincrustação foi obtida com pouco ou nenhum sucesso. Os fatores que contribuíram para essa falha incluem as formas múltiplas do fosfato de cálcio, a carga levemente negativa da superfície da membrana, e os efeitos negativos da adição de fosfonatos e fosfatos à água com uma tendência de incrustação de fosfato de cálcio. O presente pedido de patente de invenção é um inibidor de fosfato, sulfato e cálcio bem sucedido que pode ser utilizado na purificação de água à base de membrana, além de uma ampla gama de outras aplicações. Em uma configuração, o presente pedido de patente de invenção é utilizado com sistemas de membrana. Em outra configuração, o presente pedido de patente de invenção é utilizad como limpador, como cloridrato de trimetilglicina ou como sal alternativo, como trimetilglicina- hidróxido de potássio ou trimetilglicinaácido cítrico. Em outra configuração, é utilizado como aprimorador de desempenho da membrana.
SUMÁRIO
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3/9 [0005] O presente pedido de patente de invenção consiste da adição de uma solução de trimetilglicina a um sistema em quantidades eficazes para eliminar o acúmulo de incrustação ou reduzir o acúmulo de incrustação existente. A solução inclui composições com a fórmula química de C5HiiNO2-HC1, tais como cloridrato de trimetilglicina, carboximetil, cloreto de trimetil amônio e N, N, N-cloridrato de trimetilglicina.
[0006] A trimetilglicina é atualmente utilizada como produto agrícola, que é tipicamente extraído de melado de açúcar de beterraba com água. As principais aplicações da trimetilglicina até a presente data são aditivos alimentares de gado, suplemento nutricional humano, nutrição de plantas e reagente químico.
[0007] No desenvolvimento de uma composição anti-incrustação e processo de uso, foi descoberto que o cloridrato de trimetilglicina é eficaz no controle da formação da incrustação de fosfato de cálcio em várias concentrações com dosagem de incrustação com concentração de fosfato. A trimetilglicina é uma pequena molécula zwitteriônica (uma carga positiva e negativa na mesma molécula resultando em nenhuma carga molecular geral formal) com um grupo de trimetil amônio (cátion) e um grupo carboxilato (ânion) separados por um único grupo metileno e equilibrados com um cloreto e um próton, respectivamente. Normalmente, produtos anti-incrustação contendo cátion não são utilizados em sistemas de membrana em função do potencial de obstrução de moléculas e polímeros catiônicos clássicos. No entanto, a grande proximidade do cátion e ânion de trimetilglicina, em função dos ângulos de ligação e distâncias de ligação além da
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4/9 neutralização de cargas localizadas em função de forças intramoleculares coulômbicas, dá suporte à compatibilidade da membrana. Estudos sobre a real compatibilidade da membrana foram concluídos mostrando a compatibilidade da membrana em concentrações de baixa e alta dosagem.
[0008] O presente pedido de patente de invenção descreve os seguintes principais aspectos:
1. É uma vantagem do presente pedido de patente de invenção eliminar o acúmulo de incrustação em um sistema.
2. É uma vantagem do presente pedido de patente de invenção ajudar na remoção da incrustação de sistemas.
3. É uma vantagem do presente pedido de patente de invenção prover a capacidade aprimorada de anti-incrustação ao mesmo tempo em que não prejudica o desempenho dos sistemas de membrana ou filtração.
4. É uma vantagem do presente pedido de patente de invenção funcionar efetivamente com uma ampla gama de formas de incrustação, incluindo fosfato de cálcio.
5. É uma vantagem do presente pedido de patente de invenção eliminar o acúmulo de incrustação em um sistema sem a necessidade de ajustar o pH.
DESCRIÇÃO DETALHADA [0009] O presente pedido de patente de invenção é um método para redução e/ou controle de incrustação em um sistema com a adição de uma composição de trimetilglicina no sistema, reduzindo a incrustação e o acúmulo de incrustação.
[0010] A composição de trimetilglicina que é utilizada no método pode incluir um ou mais dos itens a seguir: cloridrato de trimetilglicina, carboximetil,
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5/9 cloridrato de betaína, cloreto de trimetil amônio e N, N, Ncloridrato de trimetilglicina, trimetilglicina- hidróxido de potássio e/ou trimetilglicina- ácido cítrico. A composição de trimetilglicina preferida é o cloridrato de trimetilglicina.
[0011] O presente pedido de patente de invenção pode ser utilizado com vários sistemas e em uma configuração é utilizado em um sistema de purificação de água. O sistema permite o uso seguro de uma membrana dentro do processo. O presente pedido de patente de invenção permite que a membrana mantenha sua integridade e também possa aumentar sua eficácia reduzindo qualquer incrustação que possa afetar a membrana.
[0012] O método adiciona uma composição de trimetilglicina em uma concentração proporcional à concentração da incrustação no sistema. A composição é preferivelmente adicionada em uma concentração igual ou superior a 0,2 ppm. A composição também pode ser adicionada em uma concentração igual ou inferior a 25 ppm. O presente pedido de patente de invenção também pode utilizar uma ou mais composições anti-incrustação ou de limpeza em adição a uma composição de trimetilglicina. O método pode ser utilizado com a incrustação de fosfato ou sulfato.
[0013] A composição de trimetilglicina do presente pedido de patente de invenção reivindicado pode ser uma molécula zwitteriônica. A molécula zwitteriônica pode ter um grupo de trimetil amônio e um grupo de carboxilato conectados por um único grupo de metileno a um grupo de cloreto. A composição de trimetilglicina no presente pedido de patente de invenção reivindicado pode ser adicionada ao sistema de processamento consistente ou intermitentemente. O
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6/9 presente pedido de patente de invenção também permite a adição da composição de trimetilglicina e elimina a necessidade de qualquer ajuste de pH por qualquer meio.
EXEMPLOS [0014] As afirmações acima expostas podem ser melhor compreendidas com referência aos seguintes exemplos, que pretendem ilustrar métodos para conduzir o presente pedido de patente de invenção e não pretendem limitar o escopo do presente pedido de patente de invenção. Os experimentos atuais foram conduzidos a 25° C e períodos de indução de 45 minutos. O processo consistia do uso de 130 ml de água deionizada em um frasco Erlenmeyer carregado com uma barra de agitação; foram adicionadas soluções padrão contendo íons de NaCl 1,0 M (25 ml), Na2HPO4 0,1 M (0,016 ml), e M CaCl2 0,1 M (40,0 ml). Se um produto anti-incrustação foi avaliado, ele foi adicionado em seguida nesta etapa, com o volume adequado de água deionizada adicionado ao experimento para manter iguais todos os volumes totais e, com isso, manter iguais as concentrações de íons. Em seguida, a turbidez foi medida com o uso de um medidor portátil de turbidez (as alíquotas removidas para medição foram devolvidas para o líquido principal) e o pH foi medido com o uso de um medidor de pH VWR symphony. Após 45 minutos a turbidez e o pH foram medidos novamente seguidos pela adição de Na2HPO4 0,1 M. Por fim, as etapas foram repetidas até que a turbidez no final de um período de 45 minutos mediu acima de 2,0 NTU, o que concluiu o experimento para a química da água.
[0015] Por fim, os dados coletados dos experimentos de um grupo permitem a identificação do início da incrustação e da falha da incrustação para concentrações
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7/9 de fosfato críticas de ATMP (1 e 12,5 ppm), AA/AMPS (8,25 ppm), e TMG HCl (0,8 e 10 ppm) . A Tabela 1 apresenta a compilação dos dados para demonstrar a eficácia de TMG e, até certo grau, a ineficácia de AMP. AA/AMPS é um fosfato de cálcio anti-incrustação utilizado em aplicações de resfriamento de água e caldeiras, com uso limitado em aplicações de membrana em baixas concentrações para garantia de compatibilidade da membrana.
Tabela 1. Compilação de concentrações de fosfato críticas para vários experimentos.
Concentração de Fosfato no Início da Incrustação (NTU>0,3) Concentração de Fosfato na Falha da Incrustação (NTU>2,0)
Controle 0 ppm 34 48,5
AMP 1 ppm 34 48,5
12,5 ppm 19,4 38,8
AA/AMPS 8,25 ppm 38,8 58,1
TMG HCl 0,8 ppm 43,6 53,3
10 ppm 53,3 62,9
[0016] Um conjunto de experimentos de acompanhamento foi conduzido para determinar se o efeito observado no primeiro conjunto foi da mitigação da incrustação de fosfato de cálcio ou de alterações no pH das soluções. Além de repetir o controle e o trabalho de TMG HCl, foi preparado um terceiro experimento com o pH ajustado para ser o mesmo da TMG HCl a 10 ppm. A química da água e o protocolo experimental são idênticos ao procedimento utilizado no exemplo 1. Esses resultados provam que o efeito da TMG HCl controla o início da incrustação de fosfato de cálcio (nucleação) e de alguma forma mitiga seu crescimento.
Tabela 2. Compilação de concentrações de fosfato críticas para vários experimentos.
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8/9
Concentração de Fosfato no Início da Incrustação (NTU>0,3) Concentração Fosfato na Falha da Incrustação (NTU>2,0)
Controle 0 ppm 24,3 43,6
HCl 38,8 53,3
TMG HCl 10 ppm 53,3 62,9
Teste de Fosfato para Trimetilglicina a 10 ppm [0017] Foram conduzidos testes para determinar os tipos de fosfatos presentes durante a ocorrência da incrustação na presença de TMG HCl a 10 ppm. O experimento foi conduzido ao ponto de ter 53,3 ppm de fosfato adicionado, o que resulta em um pH de 6,96 e turbidez de 0,74. A eficácia da TMG como inibidor da incrustação de fosfato de cálcio é corroborada pelos dados que mostram 95% do total de fosfato medido como orto-fosfato. Esses dados indicam que a incrustação está ocorrendo, mas o evento de crescimento é inibido pela trimetilglicina.
Tabela 3. Níveis de fosfato medidos para métodos filtrados e não filtrados (total, inorgânico, e orto-fosfato) junto com os valores calculados para fosfato orgânico filtrado e não filtrado.
Tipos de Fosfato Filtrado Não filtrado
Total 54,5 ppm 55,5 ppm
Inorgânico 52,5 52,5
Orto-fosfato 52,0 53,0
Testes de Compatibilidade para Trimetilglicina em Membrana
ESPA1 [0018] Os testes de compatibilidade de membrana foram conduzidos para avaliar a trimetilglicina utilizando membranas Hydronautics ESPA1 e um sistema de membrana de placa achatada Osmonics. Até o momento, foram feitas dosagens de 10, 20, e 40 ppm de cloridrato de trimetilglicina, com retorno aos níveis de controle em todos
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9/9 os parâmetros. Durante a exposição de trimetilglicina houve uma queda na condutividade permeada (27% para 20 ppm e 40% para 40 ppm) com um ligeiro aumento do fluxo (0,7%) ao ser executado com 20 ppm de trimetilglicina e uma queda no fluxo (1,8%) ao rodar com 40 ppm de trimetilglicina. Em todos os controles de cloreto de sódio, todos os parâmetros retornaram às condições originais. É importante observar que esses experimentos foram conduzidos avaliando-se as concentrações ativas. Isso é muito mais alto do que se esperaria na água rejeitada da maioria dos sistemas e químicas de água.

Claims (7)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. MÉTODO PARA REDUÇÃO E/OU CONTROLE DE INCRUSTAÇÕES EM UM SISTEMA DE PURIFICAÇÃO DE ÁGUA, caracterizado por consistir da adição de uma quantidade efetiva de uma composição de trimetilglicina em um sistema de purificação de água, compreendendo uma membrana para reduzir as incrustações de fosfato de cálcio e o acúmulo de incrustação no sistema de purificação de água, em que a composição de trimetilglicina controla o início da nucleação das incrustações de fosfato de cálcio e mitiga seu crescimento, em que a composição de trimetilglicina inclui um ou mais dos seguintes compostos selecionados do grupo consistindo em cloridrato de trimetilglicina e ácido cítrico-trimetilglicina, em que a composição de trimetilglicina é colocada no sistema de purificação de água sem a necessidade de ajuste de pH e em que a quantidade efetiva está entre 0,2ppm e 25ppm.
  2. 2. MÉTODO PARA REDUÇÃO E/OU CONTROLE DE INCRUSTAÇÕES EM UM SISTEMA DE PURIFICAÇÃO DE ÁGUA, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por a composição de trimetilglicina ser adicionada em concentração proporcional à concentração de incrustação no sistema.
  3. 3. MÉTODO PARA REDUÇÃO E/OU CONTROLE DE INCRUSTAÇÕES EM UM SISTEMA DE PURIFICAÇÃO DE ÁGUA, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por a composição de trimetilglicina ser adicionada ao sistema em concentração de 0,2 a 0,8ppm.
  4. 4. MÉTODO PARA REDUÇÃO E/OU CONTROLE DE INCRUSTAÇÕES EM UM SISTEMA DE PURIFICAÇÃO DE ÁGUA, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por a composição de trimetilglicina ser utilizada em combinação com uma ou mais
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    2/2 composição(ões) de limpeza ou anti-incrustação.
  5. 5. MÉTODO PARA REDUÇÃO E/OU CONTROLE DE INCRUSTAÇÕES EM UM SISTEMA DE PURIFICAÇÃO DE ÁGUA, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por a composição de trimetilglicina ser adicionada ao sistema e em que a concentração é de 25ppm.
  6. 6. MÉTODO PARA REDUÇÃO E/OU CONTROLE DE INCRUSTAÇÕES EM UM SISTEMA DE PURIFICAÇÃO DE ÁGUA, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por a composição de trimetilglicina ser adicionada ao sistema de forma intermitente.
  7. 7. MÉTODO PARA REDUÇÃO E/OU CONTROLE DE INCRUSTAÇÕES EM UM SISTEMA DE PURIFICAÇÃO DE ÁGUA, de acordo com a reivindicação número 1, caracterizado por a composição de trimetilglicina ser colocada no sistema sem necessidade de ajustar o pH.
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