BR112017001645B1 - Métodos de provisão de um biocida duplo em um ponto de uso e de cloração, desinfecção e/ou sanitização - Google Patents

Abstract

métodos e aparelho para geração de biocidas duplos são providos. a geração eletrolítica de cloro como um biocida é empregada para geração adicional de biocidas adicionais dentro de um único sistema ou gerador, que incluem bromo, iodo, dióxido de cloro, flúor ou cloraminas a partir de seus respectivos sais e/ou precursores. um único sistema de geração no local produz uma combinação de biocidas para aplicações de uso provendo melhorias de custo, segurança e eficácia. os métodos de uso dos biocidas de desinfecção proveem um efeito sinérgico por meio de aplicações simultâneas ou sequenciais.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a métodos e aparelho para a geração de biocidas. A invenção se refere à geração de cloro eletrolítico como um biocida para uso na limpeza e desinfecção bem como para uso como um agente oxidante para gerar biocidas adicionais. Em particular, o cloro eletrolítico é usado para gerar fontes de bromo, iodo, dióxido de cloro, flúor ou cloraminas a partir de seus respectivos sais e/ou precursores. Os métodos de uso de biocidas duplos (também denominados desinfetantes) são empregados para produzir um efeito sinérgico através de aplicações simultâneas ou sequenciais provendo inativação patogênica aprimorada em comparação ao uso de um único biocida.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] O cloro é comumente usado como um desinfetante e é disponível como uma forma de gás, líquido ou sólido dissolvido em água. Exemplos comuns incluem hipoclorito de sódio (líquido), hipoclorito de cálcio (sólido) e hipoclorito de lítio (sólido). Adicionalmente, os isocianuratos clorados são uma família de compostos químicos que, quando em contato com água, liberam ácido hipocloroso. Exemplos comuns incluem dicloroisocianurato e tricloroisocianurato. A quantidade de cloro disponível difere entre as formas, conforme mostrado:

[003] Tais desinfetantes de cloro são comumente usados para eliminar patógenos transportados por água, incluindo, por exemplo, organismos de formação de biofilme, entéricos e patogênicos. Os patógenos transportados por água podem incluir: filamentoso, corrosivo, bactérias de formação de não esporo e/ou formação de esporo; bactérias patogênicas, vírus patogênico, protozoários parasíticos, micotoxinas, algas, fungos/mofos de formação de esporo, leveduras e/ou moluscos. Entretanto, há limitações conhecidas associadas ao uso de fontes de cloro como um desinfetante, que incluem tanto questões de estabilidade quanto de segurança. Por exemplo, o gás cloro é entregue em recipientes de volume pressurizado. Esses recipientes variam de tamanho a partir de vagões tanque e caminhões tanque até cilindros de 68kg (150lb). Os mesmos são perigosos de serem manuseados e armazenados e exigem conformidade com exigências precisas de manuseio e armazenamento e, portanto, estão sendo eliminados por determinadas regulações governamentais (por exemplo, U.S. Department of Homeland Security Chemical Facility Anti-Terrorism Standards (CFATS)).

[004] As soluções de hipoclorito de sódio (descorante) líquido apresentam limitações de armazenamento visto que as mesmas tendem a decompor naturalmente dependendo da temperatura de armazenamento, sua data de fabricação, concentração e contaminantes que podem conter. A decomposição é acelerada mediante exposição à luz do sol, além de conter frequentemente agentes estabilizantes cáusticos.

[005] Há também limitações associadas ao uso de composições de cloro sólidas, tais como composições em grânulos, glóbulos, tabletes e discos. Em particular, as composições sólidas contêm uma quantidade inferior de cloro disponível e, portanto, uma percentagem maior de ingredientes inertes (por exemplo, estabilizadores, aglutinantes e sais). Como resultado, o cloro entregue tem um efeito na química de água, incluindo, por exemplo, alcalinidade, dureza de água, pH, sólidos dissolvidos totais (TDS), sólidos totais em suspensão (TSS) e/ou condutividade. Em muitos casos, os efeitos ou mudanças na química da água não são desejáveis visto que os mesmos podem afetar a qualidade do produto, eficiência de reação e/ou controles de processo. Por exemplo: gás cloro diminuirá pH de água de processo devido ao ácido clorídrico produzido quando o gás cloro é dissolvido na água; o ácido clorídrico (HCl) abaixará o pH da água; subproduto de sal (NaCl) aumentará a condutividade ou TDS na água de processo; uso de hipoclorito de cálcio, hipoclorito de lítio ou isocianuratos clorados adiciona dureza e/ou agentes estabilizantes e aglutinantes significativos em água. Ainda adicionalmente, o cloro usado como um biocida resulta na geração de subprodutos de desinfecção (DBP) devido à oxidação não seletiva e substituição de espécies de cloro.

[006] Uma limitação adicional de uso de biocidas de cloro envolve a confiabilidade de controle de processos com o uso de soluções de descorante (por exemplo, 12,5%) devido a vias de degradação de descorante naturais, em que o descorante forma cloreto de sódio (NaCl) e clorato de sódio (NaClO3) e a taxa de reação aumenta com temperatura crescente. A confiabilidade de controle é também impactada por uma segunda via de degradação de descorante, em que metais traço (por exemplo, ferro, níquel, cobre e cobalto formam óxidos de metal insolúveis) e luz fazem com que descorante decomponha de modo catalítico em oxigênio (O2) e cloreto de sódio (NaCl). Essa degradação resulta em uma diminuição em cloro livre disponível, eliminação de gás e formação de subproduto (por exemplo, íons de cloreto (Cl-) e clorato (ClO3-)).

[007] O uso de descorante de cloro como um oxidante para formar outros biocidas, tais como dióxido de cloro, bromo, cloramina, iodo e flúor é conhecido. Entretanto, as limitações de estabilidade associadas com cloro tornam difícil produzir de modo eficaz e eficiente outros biocidas. Por exemplo, quaisquer formas de cloro usadas como agentes de oxidação resultam na degradação natural que diminui a concentração de produto, produção de um produto com íons de cloreto em excesso que leva à corrosão, produção de produtos ácidos e/ou instáveis e/ou que resultam em um processo que é instável ou perigoso de se operar. Ainda adicionalmente, as fontes de cloro com impurezas (por exemplo, sais, estabilizantes, aglutinantes) resultarão em produtos de biocida com impurezas. Consequentemente, os biocidas produzidos a partir de reações convencionais com cloro são imprevisíveis sem cloro estável e puro. Portanto, permanece uma necessidade de métodos de geração no local de cloro para solucionar essas questões de estabilidade e prover uma fonte de cloro para superar essas limitações.

[008] Um objetivo da presente invenção provê métodos para gerar uma fonte estável de cloro para produzir biocidas adicionais de modo eficaz e eficiente.

[009] Um objetivo adicional da invenção é prover biocidas duplos em um ponto de uso ou geração no local para superar as questões de estabilidade e segurança com transporte de biocidas.

[0010] Um objetivo ainda adicional da invenção é superar as questões de estabilidade e segurança associadas à química de biocida sólido, incluindo preocupações de manuseio de química reduzidas e eliminação de riscos associados a reações químicas descontroladas que envolvem biocidas sólidos que são alimentados de maneira inapropriada e/ou alimentados com equipamento de alimentação incorreto.

[0011] Ainda adicionalmente, permanece uma necessidade de formulações de desinfecção aprimoradas provendo desinfecção mais eficaz devido à resistência de patógenos. Portanto, um objetivo da presente invenção é prover biocidas duplos (um ou mais) para eficácia de desinfetante aprimorada.

[0012] Outros objetivos, vantagens e recursos da presente invenção se tornarão evidentes a partir do relatório descritivo a seguir obtido em conjunto com os desenhos anexos.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0013] Uma vantagem da invenção é a produção no local de desinfetantes de biocida duplo para a aplicação sequencial e/ou simultânea para alcançar eficácia sinérgica. Os métodos e aparelho proveem usuário capacidade de seleção para a geração eletrolítica de cloro e biocidas adicionais, incluindo bromo, iodo, flúor, dióxido de cloro ou cloraminas a partir de seus respectivos sais e/ou precursores. É uma vantagem da presente invenção que uma formulação de desinfetante sinérgica seja suprida sem a necessidade de incluir outros desinfetantes, tais como compostos de amônio quaternário, provendo benefícios e vantagens sobre desinfetantes convencionais únicos.

[0014] Em uma modalidade, a presente invenção provê métodos para gerar um biocida duplo que compreende: prover uma célula eletrolítica dividida; suprir uma solução de cloreto de sódio à célula para gerar um cloro elementar e uma corrente de hidróxido de sódio na célula eletrolítica; combinar pelo menos uma porção da corrente de cloro elementar com a corrente de hidróxido de sódio para formar uma solução de hipoclorito de sódio; e combinar pelo menos uma porção da corrente de cloro elementar com uma solução de sal.

[0015] Em uma modalidade adicional, a presente invenção provê métodos para prover um biocida duplo em um ponto de uso que compreende: prover uma célula eletrolítica que tem uma câmara de anodo e uma câmara de catodo separadas por uma membrana de troca de cátion, em que a câmara de catodo contém um eletrodo negativo, ou catodo, e a câmara de anodo contém um eletrodo positivo, ou anodo, suprir uma solução de cloreto de sódio à célula para gerar um cloro elementar e uma corrente de hidróxido de sódio na célula eletrolítica; aplicar um potencial à célula eletrolítica; combinar pelo menos uma porção da corrente de cloro elementar com a corrente de hidróxido de sódio para formar uma primeira solução de hipoclorito de sódio de biocida; combinar pelo menos uma porção da corrente de cloro elementar com uma solução de sal, em que a solução de sal contém um membro selecionado a partir do grupo que consiste em clorito, brometo, iodeto, fluoreto, amônia e combinações dos mesmos; gerar um segundo biocida selecionado a partir do grupo que consiste em dióxido de cloro, bromo, iodo, flúor, cloramina e combinações dos mesmos; e prover os biocidas a uma aplicação de uso.

[0016] Em modalidades adicionais, a presente invenção provê métodos de cloração, desinfecção e/ou sanitização que empregam um biocida gerado em um ponto de uso que compreende: gerar pelo menos um biocida selecionado a partir do grupo que consiste em cloro, hipoclorito de sódio, dióxido de cloro, bromo, iodo, flúor, cloraminas e combinações dos mesmos em um ponto de uso; e colocar uma superfície e/ou fonte de água que necessita de cloração, desinfecção e/ou sanitização em contato com o biocida.

[0017] Embora múltiplas modalidades sejam descritas, ainda outras modalidades da presente invenção se tornarão evidentes àqueles versados na técnica a partir da descrição detalhada a seguir, que mostra e descreve modalidades ilustrativas da invenção. Consequentemente, os desenhos e a descrição detalhada devem ser considerados ilustrativos por natureza e não restritivos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0018] A Figura 1 mostra um diagrama da geração de cloro eletrolítico que pode ser usado adicionalmente como um agente oxidante para gerar bromo, iodo, flúor, dióxido de cloro e/ou cloraminas a partir de seus respectivos sais ou precursores.

[0019] A Figura 2 mostra um diagrama não limitante de uma modalidade da invenção em que o cloro eletrolítico é gerado como uma saída de uma célula eletrolítica juntamente com a geração de biocidas adicionais em uma torre de reação em um ponto de uso com o gerador de cloro eletrolítico para gerar bromo, iodo, flúor, dióxido de cloro e/ou cloraminas a partir de seus respectivos sais ou precursores.

[0020] A Figura 3 mostra uma vista geral de diagrama de métodos de geração de biocidas de acordo com as modalidades da invenção.

[0021] A Figura 4 mostra uma vista geral de diagrama dos sistemas de controle e monitoramento empregados para geração no local de biocidas de acordo com as modalidades da invenção.

[0022] A Figura 5 mostra a geração de cloro eletrolítico de acordo com uma modalidade do presente estado da técnica que emprega uma célula eletrolítica.

[0023] A Figura 6 mostra a geração de hipoclorito de sódio eletrolítico de acordo com uma modalidade do presente estado da técnica que emprega uma célula eletrolítica.

[0024] A Figura 7 mostra a geração de cloro eletrolítico e dióxido de cloro de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0025] A Figura 8 mostra a geração de cloro eletrolítico e bromo de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0026] A Figura 9 mostra a geração de iodo e cloro eletrolítico de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0027] Várias modalidades da presente invenção serão descritas em detalhes com referência aos desenhos, em que referências numéricas iguais representam partes iguais ao longo das diversas vistas. A referência às várias modalidades não limita o escopo da invenção. As Figuras representadas no presente documento não são limitações às várias modalidades de acordo com a invenção e são apresentadas para ilustração exemplificativa da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERENCIAL

[0028] A presente invenção se refere à geração de biocida duplo, composições e métodos de uso dos mesmos. As composições e métodos de desinfetante sinérgicos de uso têm muitas vantagens sobre qualquer desinfetante convencional único, incluindo, por exemplo, benefícios de custo, benefícios de eficácia e benefícios de estabilidade e segurança devido à geração no local de acordo com a invenção.

[0029] As modalidades desta invenção não são limitadas a aparelhos particulares para a produção dos biocidas duplos, que podem variar e são entendidos pelos versados na técnica. Deve-se entender adicionalmente que toda a terminologia usada no presente documento é para o propósito de descrição de modalidades particulares apenas, e não é destinada a ser limitante em qualquer modo ou escopo. Por exemplo, conforme usado neste relatório descritivo e nas reivindicações anexas, as formas singulares “um”, “uma” e “a” ou “o” podem incluir referentes plurais a menos que o conteúdo indique claramente de outra maneira. Adicionalmente, todas as unidades, prefixos e símbolos podem ser indicados em sua forma aceita SI.

[0030] As faixas numéricas citadas no relatório descritivo são inclusivas dos números que definem a faixa e incluem cada número inteiro dentro da faixa definida. Ao longo desta descrição, vários aspectos desta invenção são apresentados em um formato de faixa. Deve-se entender que a descrição em formato de faixa é meramente para conveniência e brevidade e não deve ser interpretada como uma limitação inflexível no escopo da invenção. Portanto, a descrição de uma faixa deve ser considerada ter descrito especificamente todas as possíveis subfaixas bem como valores numéricos individuais dentro dessa faixa. Por exemplo, a descrição de uma faixa tal como de 1 a 6 deve ser considerada ter descrito especificamente subfaixas tais como de 1 a 3, de 1 a 4, de 1 a 5, de 2 a 4, de 2 a 6, de 3 a 6 etc., bem como números individuais dentro dessa faixa, por exemplo, 1, 2, 3, 4, 5 e 6. Isso se aplica independentemente da amplitude da faixa.

[0031] De modo que a presente invenção possa ser mais prontamente entendida, determinados termos são primeiramente definidos. A menos que definido de outra maneira, todos os termos técnicos e científicos usados no presente documento têm o mesmo significado conforme comumente entendido por uma pessoa de habilidade comum na técnica à qual as modalidades da invenção pertencem. Muitos métodos e materiais similares, modificados ou equivalentes àqueles descritos no presente documento podem ser usados na prática das modalidades da presente invenção sem experimentação indevida, os materiais e métodos preferenciais são descritos no presente documento. Ao descrever e reivindicar as modalidades da presente invenção, a terminologia a seguir será usada em conformidade com as definições estabelecidas abaixo.

[0032] O termo “cerca de”, conforme usado no presente documento, se refere à variação na quantidade numérica que pode ocorrer, por exemplo, através de medição típica e procedimentos de manuseio de líquido usados para produzir concentrados ou soluções de uso no mundo real; através de erro inadvertido nesses procedimentos; através de diferenças na fabricação, fonte ou pureza dos ingredientes usados para produzir as composições ou realizar os métodos; e similares. O termo “cerca de” também abrange quantidades que diferem devido a condições de equilíbrio diferentes para uma composição que resulta de uma mistura inicial particular. Se modificadas ou não pelo termo “cerca de”, as reivindicações incluem equivalentes às quantidades.

[0033] Os termos “ativos” ou “por cento de ativos” ou “por cento em peso de ativos” ou “concentração de ativos” são usados de modo alternado no presente documento e se referem à concentração desses ingredientes envolvidos na limpeza expressa como uma percentagem menos ingredientes inertes tais como água ou sais.

[0034] O termo “por cento em peso” “wt-%”, “percentual em peso”, “% em peso” e variações dos mesmos, conforme usado no presente documento, se refere à concentração de uma substância como o peso daquela substância dividido pelo peso total da composição e multiplicado por 100. Entende-se que, conforme usado neste documento, “por cento”, “%” e similares são destinados a serem sinônimos de “por cento em peso”, “wt-%,” etc.

[0035] Os métodos, aparelhos e composições da presente invenção podem compreender, consistir essencialmente em ou consistir nos componentes e ingredientes da presente invenção bem como outros ingredientes descritos no presente documento. Conforme usado no presente documento, “que consiste essencialmente em” significa que os métodos, aparelhos e composições podem incluir etapas, componentes ou ingredientes adicionais, mas apenas se as etapas, componentes ou ingredientes adicionais não alterarem materialmente as características básicas e inovadoras dos métodos, aparelhos e composições reivindicadas.

[0036] Deve-se observar também que, conforme usado nesse relatório descritivo e nas reivindicações anexas, o termo “configurado” descreve um aparelho, ou outra estrutura que é construída ou configurada para realizar uma tarefa particular ou adotar uma configuração particular. O termo “configurado” pode ser usado de modo alternado com outras expressões similares tais como disposto e configurado, construído e disposto, adaptado e configurado, adaptado, construído, fabricado e disposto e similares.

[0037] Conforme referido no presente documento, os biocidas são descritos para uso como desinfetantes. Os pesticidas antimicrobianos de saúde pública são geralmente colocados em uma das três categorias, dependendo do padrão de uso e da eficácia exigida. Em ordem decrescente de eficácia, esses são esterilizantes, desinfetantes e sanitizantes. Os esterilizantes destroem ou eliminam completamente todas as formas de vida microbiana no ambiente inanimado, incluindo todas as formas de bactérias vegetativas, esporos bacterianos, fungos, esporos fúngicos e vírus. Os mesmos são tipicamente usados em dispositivos críticos e semicríticos em um ambiente médico. Os desinfetantes são substâncias que destroem ou eliminam uma espécie específica de micro-organismos infecciosos ou outros micro-organismos de saúde pública, mas não necessariamente esporos bacterianos, no ambiente inanimado. Os sanitizantes são o menos potente dos pesticidas de saúde pública antimicrobianos. Os mesmos reduzem o número de micro-organismos em ordens de magnitude, mas podem não matar todos os mesmos sob as condições de teste. Conforme estabelecido de acordo com os métodos da invenção, os biocidas são particularmente bem adequados para uso como desinfetantes.

MÉTODOS PARA GERAR BIOCIDAS DUPLOS

[0038] De acordo com uma modalidade da invenção, cloro, hipoclorito de sódio e/ou biocidas adicionais são gerados eletroliticamente em um ponto de uso provendo um biocida adequado para uso (e gerando hipoclorito de sódio para uso) bem como provendo uma fonte oxidante não dispendiosa e prontamente disponível para gerar biocidas adicionais. Conforme mostrado na Figura 1, o cloro eletrolítico pode ser usado como um agente oxidante para gerar bromo, iodo, flúor, dióxido de cloro, e/ou cloraminas a partir de seus respectivos sais ou precursores. Conforme ilustrado, com o uso do cloro gerado (Cl2) como um oxidante, pelo menos cinco outros biocidas podem ser gerados através de seus respectivos sais ou precursores; bromo (Br2) a partir de brometo de sódio (NaBr), iodo (I2) a partir de iodeto de potássio (KI), dióxido de cloro (ClO2) a partir de clorito de sódio (NaClO2), flúor (F2) a partir de fluoreto de sódio (NaF) e cloramina (NH2Cl) a partir de amônia (NH3).

[0039] Em um aspecto, os métodos compreendem, consistem e/ou consistem essencialmente em suprir uma solução de cloreto de sódio a uma célula eletrolítica dividida, produzir duas correntes efluentes (por exemplo, cloro elementar e hidróxido de sódio) a partir da célula eletrolítica, combinar pelo menos uma porção da corrente de cloro elementar com a corrente de hidróxido de sódio para formar uma solução de hipoclorito de sódio e/ou combinar pelo menos uma porção da corrente de cloro elementar e/ou corrente de hidróxido de sódio com uma solução de sal (ou precursor de biocida) para gerar um biocida duplo. Em um aspecto, as soluções de sal contêm clorito, brometo, iodeto, fluoreto ou amônia para formar respectivamente, uma solução de dióxido de cloro, bromo, iodo, flúor ou cloramina. Ao gerar cloro elementar, uma solução de sal pode ser adicionada ao cloro elementar na quantidade estequiométrica ou menos do que a quantidade estequiométrica. Na quantidade estequiométrica, bromo, dióxido de cloro, iodo, flúor ou cloramina existirão sozinhos. A menos do que a quantidade estequiométrica, o cloro pode coexistir em qualquer nível com qualquer um dos outros biocidas. Por exemplo, a adição de brometo de sódio a 50% da quantidade estequiométrica gerará um biocida que consiste em 50% de cloro e 50% de bromo. De modo similar, adicionar clorito de sódio a 25% da quantidade estequiométrica gerará um biocida que consiste em 75% de cloro e 25% de dióxido de cloro. Em aspecto adicional, os métodos podem compreender adicionalmente, consistir e/ou consistir essencialmente em empregar sistemas de controle e monitoramento.

[0040] Em um aspecto, os sistemas geradores de biocida duplo referidos no presente documento se referem a todos os componentes, incluindo, por exemplo, célula eletrolítica, torre (ou torres) de reação, tanque (ou tanques) de armazenamento, condutos ou linhas de entrega para reagente (ou reagentes) e biocidas gerados, unidades de mistura, sistemas de controle, medidores, sensores, válvulas e/ou bombas e dispositivos de descarga (por exemplo, bocais para aplicar, aspergir e dosar os biocidas gerados de acordo com a invenção em um ponto de uso). O sistema gerador de biocida duplo pode ser fornecido em uma variedade de sistemas portáteis e/ou fixos.

CÉLULAS ELETROLÍTICAS EMPREGADAS

[0041] Os métodos incluem prover pelo menos uma célula eletrolítica, ou também denominada uma célula eletroquímica eletrolítica ou gerador de cloro eletrolítico. Preferencialmente, uma única célula eletrolítica é empregada. As células Chlor-alkali são particularmente adequadas para aplicação de acordo com a invenção; entretanto, conforme uma pessoa versada na técnica verificará, qualquer célula eletrolítica ou gerador que produz cloro molecular e hidróxido de sódio pode ser empregada conforme descrito no presente documento. Numerosas variações à célula conhecidas àqueles versados nas técnicas de células eletrolíticas são adequadas para uso na geração dos biocidas duplos. A célula eletroquímica é dividida por uma membrana para separar uma câmara de anodo de uma câmara de catodo. Em um aspecto, a célula eletroquímica é dividida por uma membrana de troca de cátion que separa o anólito e o católito. Como resultado, a célula tem canais de fluxo separados para que o fluido de anólito entre em contato elétrico com o anodo e o fluido de católito entre em contato elétrico com o catodo. Em alguns aspectos, a membrana tem uma ou mais dentre as propriedades a seguir: espessura de cerca de 10 a cerca de 500 μm; capacidade de troca iônica de cerca de 0,8 a cerca de 2,1 meq/ml; seletividade de cerca de 90 a 99%; resistência de área específica de cerca de 0,2 a 10 Ohm-cm2; estabilidade a pH de cerca de 1 a cerca de 14. Em um aspecto preferencial, uma membrana de troca de cátion com uma cadeia principal polimérica perfluorada reticulada com grupos de ácido sulfônico afixados à mesma é empregada. De maneira benéfica, tais membranas de troca de cátion que têm a funcionalidade de ácido proveem canais para que os cátions migrem através da matriz polimérica enquanto bloqueia a passagem de ânions.

[0042] Em um aspecto, o anodo é metal. Preferencialmente, o anodo é revestido com um catalisador para suprimir a decomposição de água e facilitar a formação de cloro elementar. Em um aspecto, o anodo provê pelo menos uma eficiência de 90% em converter íon de cloreto em cloro.

[0043] Em um aspecto, o catodo é metal. Preferencialmente, o catodo é um aço inoxidável (por exemplo, aço inoxidável de 316L), liga de níquel ou titânio.

[0044] Em um aspecto, os métodos da invenção de emprego da célula eletrolítica operam em uma temperatura de até cerca de 48,88 °C (120 °F) para preservar a estabilidade do cloro.

[0045] Os métodos, de acordo com a invenção, incluem prover uma solução de anólito. Em um aspecto, o anólito é uma solução de cloreto de sódio. As soluções de cloreto de sódio podem ser diluídas a concentrações de cerca de 100 g/L ou menos, de cerca de 50 g/L ou menos ou cerca de 30 g/L ou menos.

[0046] Os métodos, de acordo com a invenção, incluem prover um católito. Em um aspecto, o católito é uma fonte de água. Em um aspecto, o católito é uma fonte de água amolecida ou, preferencialmente, água potável amolecida que tem uma condutividade de menos do que cerca de 1,000 μs/cm.

[0047] Em um aspecto dos métodos da invenção, uma solução de anólito de hidróxido de sódio é separada do anólito ácido (por exemplo, cloro). Em um aspecto, os cátions passam através da membrana de troca de cátion a partir do anólito ácido para o católito cáustico sem causar precipitação prejudicial à membrana. Em um aspecto, a direção de fluxo de anólito e católito é paralela aos eletrodos. Em um aspecto, uma fonte de água amolecida pode ser empregada para remover íons de dureza de água (por exemplo, cálcio, magnésio) a partir da água de alimentação.

[0048] Os métodos incluem prover um potencial para os eletrodos da célula eletrolítica. Em um aspecto, quando um potencial é aplicado aos eletrodos, atração eletrostática para cátions (por exemplo, íons de sódio) para o catodo e longe do anodo ocorre, enquanto atração para os ânions (por exemplo, íons de cloreto) para o anodo e longe do catodo também ocorre. De acordo com o processo eletroquímico descrito no presente documento e reconhecido por aqueles versados na técnica, íons de cloreto em contato com o anodo são submetidos à reação eletroquímica se o potencial de anodo for suficientemente alto. Em um aspecto, a densidade de corrente operacional da célula eletrolítica é menor do que 1,0 amp a cada polegada quadrada (1 polegada quadrada = 6,4516 centímetros quadrados).

[0049] Em um aspecto da invenção, os métodos produzem, de maneira benéfica, uma concentração de cloro disponível livre (FAC) na célula eletrolítica de menos do que cerca de 12 gramas por litro (g/L), mais preferencialmente, menos do que cerca de 8 g/L e mais ainda cerca de menos do que 5 g/L de FAC.

[0050] Em um aspecto, mediante a geração do cloro dentro da célula eletrolítica, a corrente efluente pode ser diluída com água. Em alguns aspectos, o cloro e/ou hidróxido de sódio são diluídos antes de uma aplicação de uso em modalidades em que os biocidas duplos (ou pelo menos dois) são dispensados a partir de um sistema. Em outros aspectos, a diluição ocorre adicionando-se água em linha antes de dosar o cloro na torre de reação para a geração do biocida duplo. Em alguns aspectos, o cloro e/ou hidróxido de sódio é diluído para satisfazer exigências de segurança e/ou regulatórias. Por exemplo, o cloro pode ser diluído a uma concentração de uso eficaz de menos do que cerca de 1,0% ou cerca de 1,000 mg/L.

GERAÇÃO DE BIOCIDAS DE OXIDAÇÃO

[0051] Conforme mostrado na Figura 2, em um aspecto da invenção, os métodos incluem gerar eletroliticamente cloro 3 empregando o gerador 1 de cloro ou célula eletrolítica. A corrente de cloro elementar (e, opcionalmente, a corrente de hidróxido de sódio para a produção de hipoclorito de sódio) 7 são combinadas com uma solução de sal (ou precursor de biocida) 13 para gerar um biocida duplo 15. Em um aspecto, as soluções de sal contêm clorito, brometo, iodeto, amônia ou fluoreto para formar respectivamente uma solução de dióxido de cloro, bromo, iodo, cloraminas ou flúor.

[0052] A solução de sal 13 pode ser armazenada em um tanque de armazenamento 11 e adicionada a uma torre de reação 9 em conexão fluida com o gerador de cloro eletrolítico 1 que proveu o cloro 7 para oxidação das soluções de sal na torre de reação 9 e provendo, posteriormente, em qualquer momento, o biocida duplo 15 para aplicações de uso. Conforme mostrado adicionalmente na Figura 2, pode haver uma corrente de saída a partir do gerador de cloro eletrolítico 1 dividida em duas correntes separadas 5, 7 em que uma corrente provê cloro (e, opcionalmente, hidróxido de sódio para a geração de hipoclorito de sódio) para dosar em uma aplicação de uso 5 e a segunda corrente 7 provê cloro para a oxidação das soluções de sal 13 na torre de reação 9 para gerar um biocida duplo 15.

[0053] Alternativamente, a solução de sal pode ser armazenada em um tanque de armazenamento de sal (precursor) 11 e adicionada diretamente em uma linha de descarga da célula eletrolítica (por exemplo, clorador ou gerador) em que a formação do biocida adicional ocorre em linha em um ponto de entrega de uso para um único biocida (não mostrado).

[0054] Conforme referido no presente documento, as torres de reação podem ser formuladas em uma variedade de formatos e dimensões adequadas para no local em uma variedade de localizações. Como resultado, as torres de reação podem variar de tamanho e dimensão dependendo do número de colunas de reação contidas nas mesmas (dependendo do número de biocidas distintos a serem gerados de acordo com os métodos da invenção).

[0055] Em alguns aspectos, os sistemas adequados para uso, de acordo com a invenção, podem incluir uma pluralidade de torres de reação 9 e tanques de armazenamento de sal 11, de modo que um sistema seja configurado para produzir mais do que um biocida duplo (por exemplo, uma combinação de cloro, dióxido de cloro, bromo, iodo e/ou cloramina) a partir de um único sistema.

[0056] Em um aspecto, o tanque (ou tanques) de armazenamento que retém soluções de sal (ou soluções precursoras) em conexão fluida com a linha de entrega e/ou torre de reação para a geração do biocida adicional pode ser ajustada de modo automatizado e/ou manual para iniciar / interromper a injeção das soluções de sal no cloro.

[0057] Em geral, a reação de oxidação entre o cloro e a solução de sal (precursor) exige de cerca de 30 segundos a cerca de 30 minutos. Em alguns aspectos, a reação dentro da torre de reação ocorre de cerca de 1 minuto a cerca de 30 minutos. Conforme uma pessoa versada na técnica verificará, o tempo de reação diferirá dependendo do biocida a ser gerado, quantidade a ser gerada e similares.

[0058] Em um aspecto, mediante geração do biocida duplo, água pode ser adicionada para diluir o biocida. Em alguns aspectos, os biocidas são diluídos antes de uma aplicação de uso. Em alguns aspectos, o biocida (ou biocidas) pode ser diluído para satisfazer as exigências de segurança e/ou regulatórias. Por exemplo, o biocida (ou biocidas) pode ser diluído a uma concentração de uso eficaz de menos do que cerca de 1,0% ou cerca de 1,000 mg/L. Em um aspecto preferencial, a diluição ocorre adicionando-se água em linha, tal como antes de dosar o biocida a partir de um sistema.

[0059] Em um aspecto, os métodos podem compreender adicionalmente, consistir em e/ou consistir essencialmente em uma etapa adicional (e, em alguns aspectos, uma etapa inicial) de determinar a “demanda de oxidante” de um sistema e/ou fonte de água que necessita de tratamento de biocida. Conforme denominado no presente documento, “demanda de oxidante” representa a quantidade de biocida que reage com constituintes na superfície e/ou fonte de água dentro de um tempo definido. A demanda de oxidante de um sistema identifica exigências de biocida para desinfetar um sistema, visto que provê informações sobre a qualidade de água e nível de micro-organismo para determinar a dosagem eficaz de biocidas a ser usada na aplicação. A demanda de oxidante de um sistema é, então, adequada para uso para um usuário ou controlador de processo para um sistema que gera o biocida de oxidação.

[0060] Em um aspecto, os métodos podem compreender adicionalmente, consistir em e/ou consistir essencialmente em uma etapa adicional de condução de uma análise de água bacteriológica. Tal análise, conforme denominada no presente documento, estima os números de bactérias presentes e, se necessário, identifica o tipo de bactérias. Os métodos exemplificativos incluem: método de múltiplos tubos, teste de ATP, contagem de placa, filtração de membrana e placas de fluidez.

[0061] Conforme mostrado na Figura 3, em aspectos da invenção, os métodos de gerar eletroliticamente cloro e, posteriormente, empregar cloro para a oxidação de biocidas adicionais podem ser mostrados a partir de um controle de processo. Um usuário ou controlador de processo insere uma formulação de biocida duplo desejada, volumes, concentração e similares. Posteriormente, matérias-primas são alimentadas à célula eletrolítica para a geração de cloro, que é, então, alimentado em uma torre de reação (que, conforme descrito acima, pode conter uma pluralidade de vasos de reação adequados para oxidação de várias soluções de sal para produzir uma pluralidade de biocidas). As soluções de sal (ou precursor) também são alimentadas na torre de reação em que há condições de reação e mistura controladas para a geração dos biocidas duplos. As condições de reação que são medidas e monitoradas incluem, por exemplo, temperatura, concentração de reagentes e biocidas gerados, e similares. A medição e monitoramento são processos contínuos durante a reação e dosagem dos biocidas para aplicações de uso. Diversos métodos estão disponíveis para medir resíduos de cloro, bromo, dióxido de cloro, iodo, flúor e cloraminas. Na maioria das situações, não é necessário distinguir o tipo de biocida oxidante. É somente necessário saber o nível de oxidante residual total (TRO) visto que isso é o que é exigido para estar em conformidade com determinadas exigências regulatórias (por exemplo, Agência de Proteção Ambiental (EPA), Sistema de Eliminação de Descarga de Poluente Nacional (NPDES)). Um método exemplificativo é o método de N,N-dietil-p-fenilenodiamina (DPD). Por exemplo, bom controle microbiológico pode ser obtido quando o TRO é mantido a um traço para 0,1 mg/L de oxidante disponível livre (FAO) dentro do sistema. A diluição, reações, etc. normalmente resultarão em menos do que 0,2 mg/L de FAO no ponto de descarga de sistema final. Além disso, os métodos podem empregar adicionalmente vários aspectos de saída de dados e compartilhamento de informações.

SISTEMAS DE CONTROLE E MONITORAMENTO EMPREGADOS

[0062] Os métodos incluem adicionalmente prover um sistema de controle e monitoramento para a geração de biocidas para produção e uso no local ou em demanda. De maneira benéfica, um sistema de controle e monitoramento garante eficácia de tratamento dos biocidas gerados e empregados de acordo com os métodos da invenção. Em um aspecto, os sistemas estabelecem uma concentração de biocida (ou biocidas) desejada (por exemplo, nível ideal para tratamento) que provê tratamento de custo eficaz, incluindo, por exemplo, em relação ao uso de energia, água e química de acordo com os métodos da invenção. Em outro aspecto, os sistemas estimam e/ou preveem comportamento de tratamento dos sistemas empregados de acordo com a invenção. Por exemplo, os sistemas são integrados para obter informações sobre as condições do equipamento operacional para tratar de acordo com os métodos. Além disso, os sistemas são integrados para relacionar essas informações a variáveis operacionais estabelecidas para o sistema (por exemplo, pH, temperatura, qualidade de água, tratamento químico), provendo pelo menos os benefícios a seguir: vida operacional aumentada do sistema, eficiência aperfeiçoada do sistema e qualidade dos produtos de biocida do sistema, estabelece etapas de manutenção e otimização definidas e reduz custos operacionais.

[0063] Conforme um benefício adicional, os sistemas de controle e monitoramento proveem um sistema de segurança integrado para uso com os métodos da invenção. Em um aspecto, o sistema de controle permite a dosagem de biocidas em quantidade desejada, em um tempo desejado, e conforme critérios de segurança estabelecidos, de maneira benéfica, resultando em resíduo de material reduzido, segurança aperfeiçoada e proteção do ambiente. Por exemplo, os sistemas de controle e monitoramento permitem dosagem precisa e geração de biocidas de modo que substâncias químicas e/ou contentores não sejam descarregados (por exemplo, devido à geração no local) e é eliminada a necessidade de transporte de substâncias químicas perigosas, etc. Conforme denominado no presente documento, os sistemas de controle e monitoramento podem ser realizados por meios manuais, meios parcialmente automatizados e/ou meios totalmente automatizados, incluindo métodos manuais, digitais e/ou analógicos para monitorar, processar e controlar os métodos da invenção e sistemas de gerador de biocida duplo. Esses processos podem ser executados de uma variedade de maneiras por uma pessoa versada em engenharia e projeto de sistema, sendo que as tecnologias substancialmente automatizadas são um aspecto preferencial da invenção.

[0064] Em um aspecto, os métodos incluem adicionalmente empregar os sistemas de controle e monitoramento para prover a um usuário visualizações automatizadas, registros de alarme, e arquivos de histórico relacionados à geração do cloro e biocidas duplos adicionais de acordo com a invenção. Um controle provê, de maneira benéfica, aos usuários informações em tempo real que permitem ações corretivas em tempo hábil no caso de quaisquer mudanças de processo e/ou mudanças de condição visto que está em comunicação com a célula eletrolítica, torre de reação, tanques de armazenamento e linhas de entrega dos sistemas de gerador de biocida duplo da invenção. Conforme um benefício adicional, as operações são automaticamente interrompidas no caso de um usuário não conseguir realizar as ações corretivas. De maneira benéfica, tais sistemas de segurança previnem escalação de geração de biocida fora de parâmetros identificados, tal como resultado de falha de equipamento, oscilação repentina em parâmetros de processo ou erro humano.

[0065] Em um aspecto, os sistemas de controle e monitoramento permitem uso de dados de entrada de variável em tempo real em relação a condições tais como temperatura, nível (volume), e fluxo e pressão (por exemplo, conforme medido por transmissores para determinar a temporização segura para a geração de um biocida oxidante). Em um aspecto, os sistemas de controle são empregados para medir automaticamente uma quantidade selecionada a partir do grupo que consiste em saída de medidor de fluxo, temperatura da célula eletrolítica, velocidade de bomba de salmoura, e vazão de água de entrada. Em um aspecto, a etapa de monitoramento é realizada com o uso de um medidor de fluxo, um rotâmetro ou um transdutor de pressão, ou monitorando uma diferença de temperatura através da célula eletrolítica por meio de um primeiro termopar ou poço termométrico disposto em uma entrada da célula eletrolítica um segundo termopar ou poço termométrico disposto em uma saída da célula eletrolítica.

[0066] Em um aspecto adicional, o controlador opera em resposta a uma ou mais entradas selecionadas a partir do grupo que consiste em uma temperatura de eletrólito, uma temperatura de oxidante, uma densidade de corrente na célula eletrolítica, uma vazão de água, uma pressão de água e uma vazão de salmoura. Os sistemas de gerador, de acordo com a invenção, podem compreender, portanto, adicionalmente, um controlador para controlar separadamente a operação da bomba de salmoura de velocidade variável e a válvula de controle de fluxo de água.

[0067] Em um aspecto adicional, os sistemas de controle e monitoramento garantem cloro e/ou hidróxido de sódio (que forma hipoclorito de sódio) e/ou os biocidas duplos não são entregues em concentrações ou soluções de uso que excedem as concentrações predeterminadas, tais como, por exemplo 1,0% ou cerca de 1,000 mg/L.

[0068] Conforme mostrado na Figura 4, os métodos da invenção proveem um sistema controlado por processo ou usuário para a geração no local de biocidas. Em um aspecto, um usuário de um processo determina a capacidade para que os biocidas duplos sejam gerados. Um usuário ou uma iniciação remota do processo é empregado. Tanto sistemas de retroalimentação de variável de processo quanto de segurança de sistema em tempo real são empregados de acordo com a invenção. Em um aspecto, a retroalimentação de variável de segurança de sistema em tempo real inclui o monitoramento contínuo de variáveis de segurança de sistema (por exemplo, pH, temperatura, pressão de água, fluxo de água, concentração de sal e/ou biocida). O monitoramento de retroalimentação de variável de segurança avalia tais pontos de dados comparados a limites mínimos e máximos que garantem operação segura do sistema. Se uma condição fora dos parâmetros de segurança existir, o gerador no local muda para um estado seguro, desse modo, há um alarme do usuário/sistema da condição atual. A retroalimentação de variável de processo em tempo real inclui o monitoramento contínuo de variáveis de processo (por exemplo, pH, temperatura, pressão de água, fluxo de água, qualidade de água, concentração de biocida). O monitoramento de retroalimentação de variável de processo avalia tais pontos de dados de um modo que garanta geração eficiente de biocida (ou biocidas) com base nas condições de sistema em tempo real. Em um aspecto, os dados emitidos do monitoramento podem resultar adicionalmente em compartilhamento de informações adequado para que um uso ou processo ajuste geração de biocida e operações.

MÉTODOS DE USO

[0069] De acordo com uma modalidade da invenção, cloro, hipoclorito de sódio, dióxido de cloro, bromo, iodo, flúor, cloraminas, e combinações dos mesmos geradas de acordo com os métodos da invenção são empregados para cloração, desinfecção e/ou sanitização. Os biocidas gerados de acordo com a invenção são projetados para matar todos os tamanhos e estágios de vida de organismos, incluindo micro-organismos. Consequentemente, as composições de biocida duplo geradas de acordo com a invenção encontram uso como sanitizantes, desinfetantes, conservantes, esterilizantes, desodorizantes, antissépticos, fungicidas, germicidas, viracida, tuberculocida e assim por diante.

[0070] Os biocidas gerados de acordo com a invenção são eficazes contra uma grande variedade de micro-organismos. Esses incluem bactérias tanto em seus estados vegetativos ou de esporo e incluindo bactéria gram negativa, gram positiva e álcool-ácido resistentes. As composições da presente invenção também são ativas de modo antimicrobiano contra bactérias, fungos, esporos, leveduras, mofos, bolores, protozoários, vírus, e assim por diante, incluindo tipos de RNA/DNA lipofílico, não lipofílico, envelopado e nu. Entre outros, as composições da presente invenção são eficazes contra micróbios incluindo, mas sem limitação, membros virais de Parvoviridae, Calciviridae, Herpesviridae e Paramyxoviridae. Outros organismos bacterianos contra os quais as composições da presente invenção são ativas incluem Enterobacteriaceae, Mycobacterium spp que leva à tuberculose (álcool-ácido resistente), Staphylococci que inclui Staphylococcus aureus (gram positiva), Streptococcus pneumoniae, Streptococcus agalactiae, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Pneumocystic carinii, Listeria monocytogenes, Aspergillus spp., Echerischia coli (gram negativa) incluindo O157:H7, Salmonella spp, Bacillus cerius, Chatomium spp, Actinomyces pyogenes, Corynebacterium bovis, vírus da parainfluenza humana, Listeria monocytogenes, vírus de duplo capsídeo não envelopado tal como rotavírus ou adenovírus. Pseudomonas aeruginosa, Mycoplasma bovis, vírus respiratório sincicial, Haemophilus influenzae Tipo B, outros vírus incluindo parvovirus, vírus coxsackie ou vírus da herpes, bem como outras espécies de micro-organismos e vírus. Essa lista é ilustrativa de tipos de micróbios os quais a presente invenção pode ser usada para tratar, mas não é, de modo algum, uma lista excludente. Tanto dióxido de cloro quanto iodo são antimicrobianos de amplo espectro. Uma pessoa versada na técnica saberá quais micróbios contra os quais tais compostos são eficazes. A presente invenção prevê outros micróbios, não listados neste documento, contra os quais tais compostos serão ativos, e não se destina a limitar o escopo da invenção de qualquer modo por tal lista.

[0071] De maneira benéfica, a aplicação de combinações de biocidas supera as limitações de uso convencional de biocidas sozinhos tais como dióxido de cloro ou hipoclorito de sódio, a saber, o uso de combinações permite a aplicação de concentrações subletais de outra maneira e/ou aplicações mais curtas de tempo enquanto ainda provê cloração, desinfecção e/ou sanitização. Conforme um benefício adicional dos métodos da presente invenção, a geração de múltiplos biocidas eletroquimicamente em um ponto de uso elimina riscos de manuseio de cilindros de gás e/ou vasos de líquido de cloro, bromo, dióxido de cloro, iodo e/ou flúor.

[0072] Em um aspecto, os vários métodos de uso incluem a aplicação combinada e/ou sequencial de mais do que um biocida para eficácia sinérgica (que pode ser denominada desinfecção interativa) em comparação à aplicação de um desinfetante individual conforme medido por uma redução no tempo de aplicação e/ou concentrações de biocidas exigidas para a aplicação. Os métodos de uso incluem mais do que um biocida oxidante para abordar variáveis que influenciam na eficácia de biocidas em micro-organismos e outras espécies aquáticas, incluindo, por exemplo, tamanho e características do organismo, capacidade de diminuir a concentração de biocida, fornecimento de tratamento ou aplicação alternativa, diminuição de tempo de contato, e superação de limitações de qualidade da água (por exemplo, salinidade, pH, temperatura, teor de oxigênio).

[0073] Em um aspecto, os métodos para usar aplicação combinada e/ou sequencial de mais do que um biocida proveem menos desinfetantes reativos (por exemplo, comparação a formas de cloro no estado da técnica anterior) para eficácia aumentada na redução de subprodutos de desinfecção (DBPs), incluindo DBPs carcinogênicos formados durante a desinfecção com o uso de uma espécie de desinfetante não seletiva (por exemplo, cloro) sozinha que entra em contato com a substância orgânica comumente encontrada na água (por exemplo, trialometanos (THMs), ácidos haloacéticos (HAAs) e halogênios orgânicos adsorvíveis (AOX), tais como ácido monocloroacético, triclorometano, ácido dicloroacético e ácido tricloroacético). De maneira benéfica, de acordo com os métodos da invenção, o tratamento com o uso de biocidas pode alternar ou comutar entre biocidas que não resultam em reações de adição e substituição (por exemplo, cloro).

[0074] Em um aspecto adicional, os métodos proveem biofilmes de controle mais eficazes em um sistema de distribuição tratado de acordo com a invenção.

[0075] Em um aspecto, os vários métodos de uso, de acordo com a invenção, podem incluir uma etapa de diluição, em que os biocidas (ou um ou mais dentre os biocidas) são diluídos antes de uma aplicação de uso, por exemplo, para desinfetar e/ou sanitizar uma superfície dura. Em um aspecto, o biocida (ou biocidas) pode ser diluído a uma concentração de uso eficaz de menos do que cerca de 1,0% ou cerca de 1,000 mg/L. Em alguns aspectos, o biocida (ou biocidas) pode ser diluído a uma concentração de uso eficaz de menos do que cerca de 750 mg/L. Em um aspecto preferencial, a diluição pode ocorrer dentro de um gerador de biocida suprindo-se uma água de diluição. Em alguns aspectos, a água de diluição é adicionada em linha, em um tanque de armazenamento antes e/ou na dispensação antes de uma aplicação de uso. Em alguns aspectos, o típico fator de diluição de um biocida gerado eletroliticamente de acordo com a invenção é de cerca de 0,1:100 a cerca de 1:1. Em um aspecto, os vários métodos de uso podem incluir uma etapa de contato alternada em que uma superfície e/ou fonte de água é contactada por um primeiro biocida e, posteriormente, por um segundo biocida (com repetição opcional de tal contato). Em um aspecto, uma primeira etapa de contato com cloro ou hipoclorito de sódio é alternada com contato com um segundo biocida selecionado a partir do grupo que consiste em dióxido de cloro, bromo, iodo, flúor, cloraminas e combinações dos mesmos. Tal alteração pode ser empregada para reduzir custos de químicas administradas em uma superfície e/ou fonte de água que necessita de cloração, desinfecção e/ou sanitização.

TRATAMENTO DE FONTES DE ÁGUA

[0076] Os métodos da invenção solucionam uma necessidade na técnica para produzir fontes de água que foram desinfetadas para alcançar alta inativação para vários patógenos. Por exemplo, nos E.U.A., as aplicações de biocida são reguladas pelo EPA sob The Federal Insecticide, Fungicide and Rodenticide Act (FIFRA). Sob tais regulações, os biocidas não podem ser aplicados fora das faixas estipuladas e precisam ser usados de um modo consistente com a classificação FIFRA, que especifica dosagem, tempo, concentração e frequência. Adicionalmente, sob tais regulações, o biocida precisa ser aplicado ao organismo alvo especificado na classificação.

[0077] Em um aspecto, os biocidas gerados de acordo com os métodos da invenção são adequados para uso na desinfecção de todos os tipos de água, incluindo potável. Os tipos de água potável incluem; água atmosférica, de superfície, mineral e de poço. Em um aspecto, o cloro, hipoclorito de sódio e/ou biocidas adicionais são gerados em um ponto de uso e fornecidos a uma fonte de água que necessita de desinfecção. Em alguns aspectos, os biocidas fornecidos para desinfecção de água destroem organismos entéricos e patogênicos, eliminando e prevenindo, desse modo, doença transportada por água. Em aspectos adicionais, os biocidas fornecidos para desinfecção de água eliminam problemas em equipamento industrial associados à micro e macroincrustação. Em um aspecto, pelo menos 0,1 ppm, pelo menos 0,1 mg/L de concentração de biocida residual, de cerca de 0,1 a cerca de 5 mg/L é fornecido a uma fonte de água (tanto contínua como intermitente) que necessita de desinfecção durante pelo menos 1 minuto, pelo menos 5 minutos, ou pelo menos 10 minutos, ou pelo menos 30 minutos. Conforme um versado na técnica verificará, as dosagens de biocidas irão variar com condições de água de fonte e o grau de contaminação presente.

[0078] Os métodos da invenção podem incluir destruir organismos de formação de biofilme, entéricos e/ou patogênicos. Em alguns aspectos, doença (ou doenças) transportada(s) por água é/são prevenida e/ou eliminada desse modo. Os métodos são adequados para destruir (por exemplo, desinfetar) pelo menos as classes de organismos a seguir: filamentoso, corrosivo, bactérias de formação de não esporo e/ou de formação de esporo, incluindo, por exemplo, deposição de enxofre, deposição de ferro, Streptomyces, Desulfovibrio, Flavo bacterium, Achromobacter, Aerobacter, Mucoids, Bacillus subtilis, Bacillus megatherium, Bacillus mycoides, Alcaligenes; bactérias patogênicas, incluindo, por exemplo, Bacillus cerus, Campylobacter jejuni, Listeria monocytogenes, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Staphylococcus aureus, Salmonella typhosa, Salmonella paratyphii, schottinuller, hirschfeldii C., Legionella pnermophila, Vibrio comma, cólera, Pateruella tulareusis, Brucella melitensis, Pseudomonas pseudomallei, Laptospira icterohaemorragiae, Escherichia coli, Shigella flexneri, dysenteriae, sonnei, paradisinteriae; vírus patogênicos que incluem, por exemplo, Poliovirus (3 tipos), Echovirus (34 tipos), Coxsackie Virus A e B (>24 tipos), Reovirus (6 tipos), Adenovirus, Hepatite (2 tipos); protozoários parasíticos, incluindo, por exemplo, Giardia lamblia, Cryptosporidium muris, parvum, Entamoeba histolytica, Ascario lumbriocoides (nematelminto), Naegleria gruberi, fowleri, Acenathamoeba castellani, Taenia saginata(tênia de carne); micotoxinas, incluindo, por exemplo, Penicillium viridicatum, citrinum, Aspergillus flavus, parasiticus, Patulin expansum, urticae, Aspergillus ochraceus, Fusarium graminearum; algas, incluindo, por exemplo, organismos eucarióticos na faixa de gênero unicelular a formas multicelulares (por exemplo, algas marinhas gigantes), algas exemplificativas incluem, por exemplo, Chroococcus, Oscillatoria, Chlorococcus, Ulothrix, Navicula, Fragilaria; mofo, a saber fungos/mofos de formação de esporo, incluindo, por exemplo, Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Cladosporium, Mucon; leveduras, incluindo, por exemplo, Monilia, Oospora, Torula, Endomyces, Rhodotorule; e moluscos, que incluem, por exemplo, mexilhão-zebra, mexilhão euroasiático, molusco asiático, cracas; etc.

[0079] Os benefícios adicionais de uso de biocidas para a desinfecção de águas residuais que incluem, por exemplo; controle de odor, incluindo odores formados em condições anaeróbicas, prevenção de septicidade, controle de volume de sedimento ativado, incluindo melhoria de taxa de sedimentação de lodo em processos de sedimento ativados, remoção de poluentes, tal como chumbo tetraetila, cianetos, nitritos, sulfetos, hidrocarbonetos aromáticos, fenois, e similares, e destruição de cianeto. Em um aspecto, a desinfecção de água residual envolve o fornecimento ou entrega de um efluente que satisfaz padrões de descarga regulatória aplicável (por exemplo, exigências de EPA National Pollutant Discharge Elimination System (NPDES)) para eliminar ou controlar coliforme fecal e total. Em um aspecto, o cloro, hipoclorito de sódio e/ou biocidas adicionais são gerados em um ponto de uso e fornecidos a uma fonte de água residual que necessita de cloração e desinfecção. De maneira benéfica, os métodos de fornecimento de biocidas de oxidação alternados para uma fonte de água proveem desinfecção sinérgica e eficaz sem produzir DBPs. Em um aspecto da invenção, o uso dos biocidas, conforme estabelecidos no presente documento pode, de maneira benéfica, reduzir DBPs de 100 a 175 mg/L para menos do que 0,1 mg/L, tal como, por exemplo, trialometanos (THMs).

[0080] Em outros aspectos, os métodos da invenção podem incluir eliminar patógenos indesejáveis de água potável. Por exemplo, as aplicações dos métodos são adequadas para tratar água potável para alcançar o seguinte: remover ferro e manganês, reduzir turbidez e coloração da água, remover odores e sabores, remover hidrocarbonetos derivados de poluição, etc.

[0081] Em outros aspectos, os métodos da invenção podem incluir eliminar problemas associados com micro- e macro- incrustação em equipamento industrial. Conforme denominado no presente documento, equipamento industrial inclui, por exemplo, tanques/colunas, bacias abertas, canos, aquecedores/reservatórios térmicos, bombas/compressores, condensadores, trocadores de calor, etc. Conforme uma pessoa versada na técnica verificará, os problemas associados com equipamento industrial incluem, por exemplo: incrustação, corrosão, proteção para bactérias corrosivas, deterioração de madeira, formação de células de corrosão, formação de gases e causando doença a indivíduo suscetível por bactérias, algas, fungos/mofos, leveduras e/ou molusco.

[0082] Em outros aspectos, os métodos da invenção podem incluir tratar água utilizada em processos de alimentos e bebidas. As aplicações de alimentos e bebidas incluem, por exemplo: processamento de frutas e vegetais (inteiros e cortados); tanques de refrigeração de aves domésticas e processamento; fabricação de papel de contato com alimento; pasteurizadores de limpeza, amornadores e resfriadores de garrafa/lata; desinfecção de operações de empacotamento; controle de água de calha (fresco e processado); controle de mofo e odor; tratamento por injeção de lubrificação de linha de transporte e corrente; água de alimentação (água primária) e/ou destinada para consumo humano (por exemplo, retirada de um poço e não distribuída por um sistema de água); água para propósitos de lavagem geral (águas para lavagem ou transporte); operações de limpeza no local (CIP) e sanitização; desinfecção de sistema de filtração e distribuição de água; desinfecção de equipamento; desinfecção de navios petroleiros, embarcações de veículos e transporte; lavagem de garrafa/lata de fábrica de bebida; conjuntos de cabeça de enchimento; água usada em processamento (por exemplo, processamento de cerveja, camarão e frango); água residual (para desinfecção antes de descarga no ambiente); água de resfriamento (por exemplo, indústria de conservação de tomates (torres de evaporador), cervejarias, fábricas de queijo, indústrias de processamento de carne cozida e fábrica de conserva em que o alimento é enlatado após esterilização por calor).

[0083] Em um aspecto, os vários métodos incluem empregar um biocida gerado em um ponto de uso. Em um aspecto, pelo menos um biocida selecionado a partir do grupo que consiste em cloro, hipoclorito de sódio, dióxido de cloro, bromo, iodo, flúor, cloraminas e combinações dos mesmos é gerado em um ponto de uso. O biocida (ou biocidas) então, entra em contato com uma superfície e/ou fonte de água que necessita de cloração, desinfecção e/ou sanitização.

[0084] Em um aspecto, a geração dos biocidas que inclui as etapas de prover uma célula eletrolítica dividida, suprir uma solução de cloreto de sódio à célula para gerar um cloro elementar e uma corrente efluente de hidróxido de sódio a partir da célula eletrolítica, combinar opcionalmente pelo menos uma porção da corrente de cloro elementar com a corrente de hidróxido de sódio para formar uma solução de hipoclorito de sódio, e combinar pelo menos uma porção da corrente de cloro elementar com uma solução de sal. A combinação do cloro elementar com as soluções de sal descritas no presente documento, de acordo com a invenção, gera um biocida adicional.

[0085] Todas as publicações e pedidos de patente neste relatório descritivo são indicativos do nível de habilidade comum na técnica a quem esta invenção pertence. Todas as publicações e pedidos de patente são incorporados no presente documento a título de referência do mesmo modo como se cada publicação individual ou pedido de patente fosse indicada de modo específico e individual conforme incorporado a título de referência.

EXEMPLOS

[0086] As modalidades da presente invenção são definidas adicionalmente nos exemplos não limitantes a seguir. Deve-se entender que esses exemplos, embora indiquem determinadas modalidades da invenção, são fornecidos a título de ilustração apenas. A partir da discussão acima e esses exemplos, uma pessoa versada na técnica pode verificar as características essenciais desta invenção, e sem se afastar do espírito e escopo da mesma, pode realizar várias mudanças e modificações das modalidades da invenção para adaptar a mesma a vários usos e condições. Desse modo, várias modificações das modalidades da invenção, além daquelas mostradas e descritas no presente documento, serão evidentes àqueles versados na técnica a partir da descrição anterior. Tais modificações também são destinadas a estar dentro do escopo das reivindicações anexas.

EXEMPLO 1

[0087] A degradação de uma solução de 12,5% de descorante em várias temperaturas foi avaliada para estimar limitações de armazenamento e transporte associadas a biocidas de cloro convencionais. As Tabelas 1 a 3 mostram cálculos obtidos a partir de estudos de laboratório publicados em Journal of the American Water Works Association (Gordon et al., “Predicting Liquid Bleach Decomposition,” J. Am. Water Works Assoc., 89(4), 142-149, 1997). TABELA 1 (DEGRADAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO DE 12,5% DE DESCORANTE A 15,55 °C (60 °F))

[0088] Conforme mostrado, a taxa de degradação dobra, aproximadamente, para cada 12,22 °C (10 °F) acima de 15,55 60 °C (60 °F). Os dados nas Tabelas 1 a 3 demonstram que o armazenamento de descorante em aproximadamente 15,55 60 °C (60 °F) reduzirá bastante a degradação do descorante. Entretanto, as taxas de degradação apresentam uma questão de confiabilidade de controle significativa para aparelho e/ou sistemas que empregam lógica de controle para manter uma taxa de dose de cloro alvo e/ou concentrações residuais. Por exemplo, qualquer subalimentação de cloro para a desinfecção de uma fonte de água e/ou superfície resultará em crescimento microbiológico, enquanto qualquer superalimentação pode resultar em custos químicos excessivos e dano potencial à metalurgia de sistema (por exemplo, corrosão). Tal confiabilidade de controle é exacerbada adicionalmente por eliminação de gás de degradação de produto que resulta em transtorno adicional (por exemplo, bombas de alimentação química que perdem iniciação e afeta a taxa de dosagem).

[0089] A degradação de cloro demonstrada nas Tabelas 1 a 3 apresenta outra dificuldade em que a degradação resulta em íons de cloreto, conhecidos por aprimorar corrosão causada por cloro livre. Por exemplo, íons de cloreto e cloro livre penetram facilmente filmes passivos em metais e permitem que ataque corrosivo ocorra em tubulação de sistema (juntamente com penetração de Teflon ou superfícies revestidas ou encapsuladas com material similar).

[0090] Consequentemente, há uma necessidade demonstrada por aplicações de biocida que não contam unicamente com desinfetantes de cloro.

EXEMPLO 2

[0091] Geração de hipoclorito de Sódio Eletrolítico (Estado da Técnica). O hipoclorito de sódio foi gerado com o uso de três consumíveis comuns: cloreto de sódio (sal), água e eletricidade. Péletes de sal certificados NSF-60 foram usados no processo. O sistema de geração no local operado alimentando-se água amolecida em um tanque de salmoura que contém péletes de sal. O sal dissolvido para formar uma solução de cloreto de sódio saturada, que foi diluída adicionalmente para a concentração de sal desejada de aproximadamente 13,000 mg/L. A solução de sal foi, então, passada através do lado de anodo da célula eletrolítica a uma taxa de aproximadamente 90 ml/min e água através do lado de catodo a uma taxa de aproximadamente 45 ml/min. Uma corrente de DC de 40 amps foi aplicada na célula eletrolítica para produzir cloro elementar no lado de anodo e hidróxido de sódio e gás hidrogênio no lado de catodo da célula eletrolítica de acordo com a reação a seguir:

[0092] Ambas as correntes foram combinadas, formando uma solução de hipoclorito de sódio (descorante), e armazenadas em um tanque de dia.

[0093] O gerador no local continuou a operar até a posição de nível alto do tanque ser alcançada. Uma bomba de medição foi usada para dosar o descorante a partir do tanque para a aplicação pretendida. Quando o descorante alcançou a posição de nível baixo no tanque, o gerador no local automaticamente recomeçou a reabastecer seu suprimento. O sistema foi completamente automatizado com o uso de um sistema de controle e monitoramento com recursos de operação automatizada e manual.

[0094] Uma visão geral da célula eletrolítica bem como a produção de hipoclorito de sódio são ilustradas nas Figuras 5 e 6.

EXEMPLO 3

[0095] Geração De Dióxido De Cloro E Cloro Eletrolítico. Um sistema de geração no local, conforme descrito no Exemplo 1, foi operado alimentando-se água amolecida em um tanque de salmoura contendo péletes de sal (péletes de sal certificados NSF-60), formando uma solução de cloreto de sódio saturada (diluída em aproximadamente 13,000 mg/L). A solução de sal foi, então, passada através do lado de anodo da célula eletrolítica a uma taxa de aproximadamente 90 ml/min e água através do lado de catodo a uma taxa de aproximadamente 45 ml/min. Uma corrente de DC de 40 amps foi aplicada à célula eletrolítica para produzir cloro elementar no lado de anodo e hidróxido de sódio e gás hidrogênio no lado de catodo da célula eletrolítica. As correntes efluentes (cloro elementar e hidróxido de sódio) não foram combinadas nesse Exemplo; entretanto, o aparelho pode incluir uma linha de saída para armazenar o cloro gerado bem como uma segunda linha de saída para transportar o cloro para combinação com sal do biocida adicional para geração (por exemplo, clorito de sódio). Uma solução de clorito de sódio de 25% em peso (302,3 g/L) foi adicionada à corrente de cloro elementar a uma taxa de 5,32 ml/min. O clorito de sódio reagiu com cloro para produzir dióxido de cloro a uma taxa de produção de 1,7 kg/dia (3,81 lb/dia), de acordo com a reação a seguir:

[0096] Uma representação adicional da produção de cloro e dióxido de cloro é ilustrada na Figura 7. De maneira benéfica, os métodos da invenção permitem o uso de cloro para gerar o segundo biocida dióxido de cloro dentro de um único sistema.

EXEMPLO 4

[0097] Geração De Bromo E Cloro Eletrolítico. O processo descrito no Exemplo 2 foi empregado adicionalmente para gerar um biocida adicional. Novamente, as correntes efluentes (cloro elementar e hidróxido de sódio) não foram combinadas. Acti-Brom (42,8% de solução de brometo de sódio) foi adicionada à corrente de cloro elementar a uma taxa de 4,28 ml/min. O brometo de sódio reagiu com cloro para produzir bromo a uma taxa de produção de 2 kg/dia (4,51 lb/dia), de acordo com a reação a seguir:

[0098] Uma representação adicional da produção de cloro e bromo é ilustrada na Figura 8. De maneira benéfica, os métodos da invenção permitem o uso de cloro para gerar o segundo biocida bromo dentro de um único sistema.

EXEMPLO 5

[0099] Geração De Iodo E Cloro Eletrolítico. O processo descrito no Exemplo 2 foi empregado adicionalmente para a geração de um biocida adicional que mostra diversidade adicional dos métodos da invenção. Novamente, as correntes efluentes (cloro elementar e hidróxido de sódio) não foram combinadas. Uma solução de 20% de iodeto de potássio (200 g/L) foi adicionada à corrente de cloro elementar a uma taxa de 14,77 ml/min. O iodeto de potássio reagiu com cloro para produzir iodo a uma taxa de produção de 2,12 kg/dia (4,68 lb/dia), de acordo com a reação a seguir:

[00100] Uma representação adicional da produção de cloro e bromo é ilustrada na Figura 9. De maneira benéfica, os métodos da invenção permitem o uso de cloro para gerar o segundo biocida bromo dentro de um único sistema.

[00101] As invenções descritas desse modo, será óbvio que as mesmas podem ser variadas de muitas maneiras. Tais variações não devem ser consideradas como um afastamento do espírito e do escopo das invenções e todas as tais modificações são destinadas a estarem incluídas dentro do escopo das reivindicações anexas. O relatório descritivo acima provê uma descrição da fabricação e uso das composições e métodos descritos. Visto que muitas modalidades podem ser realizadas sem se afastar do espírito e escopo da invenção, a invenção reside nas reivindicações.

Claims (12)

1. Método de provisão de um biocida duplo em um ponto de uso, caracterizadopelo fato de que compreende: prover uma célula eletrolítica que tem uma câmara de anodo e uma câmara de catodo separadas por uma membrana de troca de cátion, em que a câmara de catodo contém um catodo e a câmara de anodo contém um anodo; suprir uma solução de cloreto de sódio à célula para gerar um cloro elementar e uma corrente efluente de hidróxido de sódio a partir da célula eletrolítica; aplicar um potencial à célula eletrolítica; combinar uma porção da corrente de cloro elementar com a corrente de hidróxido de sódio para formar uma primeira solução de hipoclorito de sódio de biocida; combinar uma porção da corrente de cloro elementar com uma solução de sal, em que a solução de sal contém um membro selecionado a partir do grupo que consiste em clorito, brometo, iodeto, fluoreto, amônia e combinações dos mesmos; gerar um segundo biocida selecionado a partir do grupo que consiste em dióxido de cloro, bromo, iodo, flúor, cloramina e combinações dos mesmos; e prover os biocidas a uma aplicação de uso.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a membrana de troca de cátion é uma cadeia principal polimérica perfluorada reticulada com grupos de ácido sulfônico afixados, e em que a célula eletrolítica gera uma concentração de cloro disponível livre de menos do que 12 gramas por litro (g/L).

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que uma quantidade estequiométrica da dita solução de sal é fornecida à dita corrente de cloro elementar e gera o dito segundo biocida sem cloro adicional gerado.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de determinar a demanda de oxidante da aplicação de uso para os biocidas.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente medir uma ou mais das condições selecionadas a partir do grupo que consiste em temperatura, volume, fluxo, pressão e combinações dos mesmos, e empregar um ou mais membros selecionados a partir do grupo que consiste em medidor de fluxo, rotâmetro, transdutor de pressão, termômetro e combinações dos mesmos.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que um ou mais dentre os seguintes é medido: saída de medidor de fluxo, temperatura da célula eletrolítica, temperatura de eletrólito, temperatura de cloro, velocidade de bomba de salmoura, vazão de salmoura, densidade de corrente na célula eletrolítica, pressão de água e vazão de água de entrada.

7. Método de cloração, desinfecção e/ou sanitização que emprega um biocida gerado em um ponto de uso, caracterizado pelo fato de que compreende: gerar um ou mais biocidas selecionados a partir do grupo que consiste em cloro, hipoclorito de sódio, dióxido de cloro, bromo, iodo, flúor, cloraminas e combinações dos mesmos em um ponto de uso conforme definido na reivindicação 1; e colocar uma superfície e/ou fonte de água que necessita de cloração, desinfecção e/ou sanitização em contato com o biocida para prover 0,1 mg/L ou mais de concentração de biocida residual durante 1 minuto ou mais.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de alternar entre colocar uma superfície e/ou fonte de água em contato com cloro ou hipoclorito de sódio e um segundo biocida selecionado a partir do grupo que consiste em dióxido de cloro, bromo, iodo, flúor, cloraminas e combinações dos mesmos.

9. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que uma fonte de água potável é contactada com os biocidas para a desinfecção.

10. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que uma fonte de água residual é contactada com os biocidas para cloração para controle de odor, prevenção de septicidade, controle de volume de sedimento ativado, remoção de poluentes, eliminação de coliforme fecal e total e/ou destruição de cianeto.

11. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a superfície é uma superfície dura selecionada a partir de um sistema de limpeza no local, equipamento ou sistema de processamento de alimento e bebida, sistema de filtração e distribuição de água, tanque, veículo ou vaso de transporte, sistema de lavagem de garrafa/lata de cervejaria de bebida, e conjuntos de preenchimento.

12. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de determinar a demanda de oxidante da aplicação de uso para os biocidas.

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