ES2211969T3 - Preparacion y uso de soluciones biocidas. - Google Patents
Preparacion y uso de soluciones biocidas.Info
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Abstract
SE DESCRIBE UNA SOLUCION PARA GENERAR DIOXIDO DE CLORO. LA SOLUCION INCLUYE UN CLORITO, UN DONADOR DE CLORO, UN ALCALI Y AGUA. EL DIOXIDO DE CLORO SE LIBERA AÑADIENDO UN ACIDO A LA SOLUCION. TAMBIEN SE DESCRIBEN PROCEDIMIENTOS PARA PREPARAR Y UTILIZAR LA SOLUCION.
Description
Preparación y uso de soluciones biocidas.
La presente invención trata de un procedimiento
para la preparación de dióxido de cloro, de una solución capaz de
liberar dióxido de cloro y de un procedimiento para introducir
dióxido de cloro en un sistema que requiere blanqueo y/o
desinfección y/o otros beneficios derivados del efecto oxidante del
dióxido de cloro, tales como, por ejemplo, control de olor.
El uso de dióxido de cloro como agente
blanqueador y desinfectante es bien conocido. En particular, el uso
de dióxido de cloro como desinfectante en sistemas de agua potable e
industrial se ha convertido en los últimos años en algo cada vez más
importante porque al contrario que el cloro, el biocida oxidante más
usado, su uso no da lugar a una producción significativa de
trihalometanos. Sin embargo, la adopción de dióxido de cloro se ha
restringido a causa de la naturaleza peligrosa del producto
químico.
El dióxido de cloro es un gas inestable que es
explosivo a presiones superiores a 40 kPa (3000 mm Hg).Se ha
descubierto que el gas dióxido de cloro no se puede comprimir ni
almacenar solo o combinado con otros gases. Por tanto, el dióxido de
cloro se fabrica en el lugar donde se va a usar. El equipo usado
para producir dióxido de cloro es costoso y tiene que tener en
cuenta la naturaleza peligrosa del producto químico. Los grandes
consumidores del producto químico, por ejemplo aquéllos implicados
en el blanqueo de pasta de madera, han usado procedimientos algo
complicados basados en la reducción de clorato sódico. Para usar en
aplicaciones más pequeñas es preferible la oxidación de clorito. Sin
embargo, todos estos procedimientos requieren un gran gasto de
capital y la comprensión de la química implicada, y personal experto
que maneje las unidades de forma eficaz y segura.
Por tanto, es necesario ser capaz de producir
dióxido de cloro con seguridad y rentabilidad en cantidades
relativamente pequeñas que permitan a un mayor número de sistemas de
agua potable e industrial obtener ventaja de las superiores
propiedades de estabilidad y desinfección del producto químico sin
la necesidad de inversiones de gran cantidad de capital y de
personal especialmente entrenados.
Hasta cierto punto, esta necesidad se ha
satisfecho por la introducción en los últimos años de soluciones
"estabilizadas" de dióxido de cloro con una serie de marcas
comerciales. Estos productos reivindican que son soluciones de
dióxido de cloro estabilizadas en solución mediante la formación de
una variedad de complejos.
Por tanto, por ejemplo, los productores de
Purogeno dicen haber producido una solución acuosa estable cuyo
ingrediente activo es dióxido de cloro. Afirman que durante el
tratamiento del agua, el 50%-70% del dióxido de cloro que ha
reaccionado inmediatamente aparecerá como clorito y el resto como
cloruro. Se afirma que el clorito continuará reaccionando con el
material oxidable restante reduciéndolo todo a cloruro. Las
reacciones que se producen son de la siguiente manera:
(1)ClO_{2} \ + \ e^{-} \
\rightarrow \ ClO_{2}{}^{-} \
(clorito)
(2)ClO_{2}{}^{-} \ + \
4H^{+} \ + \ 4e^{-} \ \rightarrow \ Cl^{-} \ + \ 2H_{2}O \
(cloruro)
Viscona limited reivindica tener una solución
acuosa estabilizada de dióxido de cloro al 5% (50.000 ppm) tamponada
químicamente a un pH de 9, que libera dióxido de cloro en
aproximadamente 20 minutos cuando se activa. La liberación de
dióxido de cloro se consigue mediante la reducción del pH de la
solución a aproximadamente 2 usando un ácido adecuado (con un
donante de cloro para obtener resultados rápido). La activación con
ácido cítrico convierte sólo aproximadamente 10% del dióxido de
cloro disponible en dióxido de cloro libre, en solución acuosa,
después de 15 minutos aproximadamente. Se afirma que la posterior
activación continuaría a una velocidad muy lenta. Tal procedimiento
no es lo bastante rápido para usar en la desinfección, donde se
requiere una velocidad de activación del 50% o más.
La velocidad de activación puede aumentarse
usando un ácido más fuerte. Por ejemplo, la adición de 30% a 35% de
ácido clorhídrico para reducir el pH hasta 1,5 activa el 15% del
potencial dióxido de cloro en 1 hora, 25% en 2 horas y 50% en 24
horas.
Mediante la adición de un donante de cloro, por
ejemplo hipoclorito, se puede conseguir una liberación de
aproximadamente 70% a 80% en unos 15 minutos.
Se afirma que otro producto, el dióxido OCS,
producido por Odour Control Systems Limited, es una combinación de
oxígeno y cloro unidos como dióxido en solución acuosa.
El dióxido de cloro se genera a partir de estas
soluciones haciéndolas reaccionar con ácidos, particularmente ácidos
fuertes si se requiere una liberación significativa de dióxido de
cloro en un periodo de tiempo razonable. Un enfoque habitual con
estos productos es diluir el producto en un tanque de mezclado con
agua, para dar una solución que contiene una concentración teórica
de aproximadamente 2-3000 ppm de dióxido de cloro y
después añadir el suficiente ácido fuerte, con más frecuencia ácido
clorhídrico o ácido fosfórico, para reducir el pH hasta que se
encuentre dentro de los límites de pH especificados. A continuación
se libera el dióxido de cloro del complejo a la solución en un
periodo de tiempo que puede variar desde algunos minutos a muchas
horas, dependiendo principalmente del pH y de la fuerza de las
soluciones. Después, la solución se dosifica proporcionalmente en el
sistema para proporcionar la reserva requerida de dióxido de cloro.
El dióxido de cloro "estabilizado" nunca se libera por completo
desde el complejo y las velocidades de conversión en dióxido de
cloro "libre" se fijaron como variables desde el 15% al 75%
dependiendo del pH, las concentraciones y el tiempo.
Es evidente que mientras la introducción de estas
soluciones "estabilizadas" ha proporcionado un medio para usar
dióxido de cloro sin la necesidad de equipo complicado y costoso que
no han abordado por completo muchos problemas asociados con el uso
de dióxido de cloro con seguridad y eficacia. En particular, se han
usado ácidos fuertes para producir cantidades desinfectantes de
dióxido de cloro, las concentraciones y tiempos de reacción de los
diversos ingredientes tienen que controlarse cuidadosamente para
maximizar la producción de dióxido de cloro y, finalmente, la
solución tiene que dosificarse proporcionalmente en el sistema para
conseguir la concentración biocida de dióxido de cloro.
Además, la preparación de estas soluciones es
cara, ya que primero debe generarse el dióxido de cloro, disolverse
en agua y después, por último, estabilizarse.
El documento DE-2728170 describe
un procedimiento para producir una solución acuosa de dióxido de
cloro disolviendo un clorito e hipoclorito en presencia de un
carbonato y, posteriormente ajustando la solución para que sea
ligeramente alcalina.
El documento JP-63246304 describe
una composición para generar dióxido de cloro compuesta por un
clorito metálico, un ácido y un agente de dilución.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar una fuente de dióxido de cloro que sea de uso sencillo,
produzca cantidades eficaces de dióxido de cloro rápidamente y con
seguridad y que sea rentable de producir y usar.
De acuerdo con el primer aspecto de la presente
invención se proporciona una solución estable para usar en un
procedimiento in situ para producir dióxido de cloro e
introducirlo en un sistema para blanqueo o desinfección,
comprendiendo la solución:
un clorito
un donante de cloro
un álcali y
agua,
estando el clorito y el donante de cloro en una
relación molar de 1,0:0,3 a 1,0:15,0 entre el clorito y el donante
de cloro, estando el álcali presente en una cantidad suficiente para
asegurar un pH superior a 12 y estando el agua presente en una
cantidad para dar una concentración teórica mínima de 0,5 ppm de
dióxido de cloro en la acidificación de la
solución.
Preferentemente el agua está presente en una
cantidad que de una concentración mínima teórica de 0,05% (500 ppm)
de dióxido de cloro antes de la dilución.
Preferentemente, el clorito y el donante de cloro
son, respectivamente, un clorito de metal alcalino y un hipoclorito
de metal alcalino tal como, por ejemplo, aquéllos derivados de sodio
o potasio, o un clorito de metal alcalino térreo o un hipoclorito de
metal alcalino térreo tales como, por ejemplo, aquéllos derivados de
magnesio o calcio. Sin embargo, podrían usarse donantes de cloro
alternativos tales como, por ejemplo, cloroisocianurato.
Más preferentemente, el clorito es clorito de
sodio y el donante de cloro es el hipoclorito, hipoclorito
sódico.
La relación molar más preferida entre el clorito
y el donante de cloro, preferentemente un hipoclorito, es de
aproximadamente 1,0:2,0.
La concentración teórica preferida de dióxido de
cloro derivable de la composición antes de la dilución es de 20.000
a 50.000 ppm y después de la dilución es de 0,5 a 50 ppm.
La composición de la invención también puede
combinarse de forma ventajosa con otros productos químicos de los
que se sabe que son útiles proporcionando propiedades biocidas en
sistemas de agua, tales como:
compuestos de amonio cuaternarios y de fosfonio,
aminas, mezclas de isotiazolona y tiocianatos; y productos químicos
de los que se sabe que proporcionan limpieza y penetración cuando se
combinan con biocidas tales como tensioactivos, particularmente
tensioactivos no iónicos.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente
invención, se proporciona un procedimiento para fabricar la
composición del primer aspecto de la invención, comprendiendo el
procedimiento la adición secuencial del álcali, el donante de cloro
y el clorito al agua, en ese orden, manteniendo el pH igual o
superior a 12 y la temperatura igual o inferior a 30ºC.
Preferentemente, el donante de cloro es un
hipoclorito.
Más preferentemente el pH se mantiene igual o
superior a 12.
Más preferentemente, la temperatura se mantiene
igual o inferior a 20ºC.
De acuerdo con un tercer aspecto de la presente
invención, se proporciona un procedimiento para introducir dióxido
de cloro en un sistema que requiere blanqueo y/o desinfección y/o
otros efectos beneficiosos, por ejemplo control de olor,
comprendiendo el procedimiento la reacción de la composición del
primer aspecto de la invención con un ácido para generar dióxido de
cloro.
Preferentemente, el ácido es un ácido débil, es
decir uno que no se ioniza con facilidad, tal como, por ejemplo,
ácido cítrico o ácido acético.
Por otro lado, se puede usar un ácido fuerte tal
como, por ejemplo, ácido clorhídrico.
Mientras que se puede usar cualquier ácido que
reduzca el pH hasta valores dentro del intervalo de pH 2 a 4, se
acumulan beneficios concretos del uso de ácidos débiles tales como,
por ejemplo, ácido cítrico, ya que son mucho menos peligrosos de
manejar que los ácidos fuertes, por ejemplo, ácido clorhídrico.
La solución de la presente invención, que
comprende una mezcla de iones clorito (ClO_{2}^{-}) y un donante
de cloro, por ejemplo, iones de hipoclorito (OCl^{-}), supera
muchos de los problemas de las soluciones de la técnica anterior y
cuando se mezcla con un ácido débil tal como ácido cítrico produce
la conversión cuantitativa casi instantánea en dióxido de cloro. A
continuación, la solución mezclada puede dosificarse
proporcionalmente en el sistema a tratar, por ejemplo un sistema de
agua potable o industrial, sin la necesidad de ningún vaso de
retención o de reacción o aparato sofisticado de mezclado para
proporcionar el nivel biocida requerido del dióxido de cloro.
Por tanto la invención proporciona una
composición que, cuando se mezcla con un ácido que reduce el pH por
debajo de 6, preferentemente por debajo de 5 y más preferentemente
por debajo de 4, produce dióxido de cloro que puede dosificarse
directamente en el sistema a tratar. También proporciona un
procedimiento por el cual las soluciones pueden mezclarse y añadirse
al sistema.
Por otro lado, el dióxido de cloro puede
producirse in situ.
De acuerdo con un cuarto aspecto de la presente
invención, se proporciona un procedimiento para introducir dióxido
de cloro en un sistema que requiere blanqueo y/o desinfección y/o
otros efectos beneficiosos, por ejemplo, control de olor,
comprendiendo el procedimiento la reacción de un clorito, un
hipoclorito y un ácido para generar dióxido de cloro in
situ.
La invención se describirá más, sólo mediante
ejemplos, en referencia a los siguientes ejemplos y metodología.
(Composición de
ejemplo)
| Proporción en peso | |
| Solución de clorito sódico (28%) | 96 |
| Solución de hipoclorito sódico (12%) | 134 |
| Solución de hidróxido sódico (30%) | 14 |
| Agua | 756 |
| Relación ClO_{2}^{-}: OCl^{-} \hskip0,7cm 1,0:0,7 |
(Composición de
ejemplo)
| Proporción en peso | |
| Solución de clorito sódico (28%) | 96 |
| Solución de hipoclorito sódico (12%) | 93 |
| Solución de hidróxido sódico (30%) | 14 |
| Agua | 797 |
| Relación ClO_{2}^{-} : Ocl^{-} \hskip0,7cm 1,0:0,5 |
A 3,78 kg de agua desionizada se añadieron 0,07
kg de una solución de hidróxido sódico al 30%. La solución se agitó
continuamente con un agitador magnético. Se añadieron 0,67 kg de una
solución al 12% (cloro disponible) de hipoclorito sódico. Por
último, se añadieron 0,48 kg de una solución al 28% de clorito
sódico. El pH final de la solución fue 13,0.
En función de la concentración de clorito sódico,
el producto contiene el potencial para producir 20.000 ppm de
dióxido de cloro.
Se añadieron 5 ml de solución preparada en el
Ejemplo 3 a 90 ml de agua desionizada. A esta solución se añadieron
5 ml de una solución de ácido cítrico al 16%. La solución se volvió
de color amarillo inmediatamente. La solución se analizó usando el
procedimiento de la prueba DPD estándar desarrollada por Pallntest,
para determinar la concentración de dióxido de cloro, cloro libre,
cloro combinado y clorito.
Las concentraciones determinadas fueron:
- Dióxido de cloro 798 ppm
- Cloro libre 20 ppm
- Cloro combinado 0 ppm
- Clorito 0 ppm
Lo que indica que todo el clorito se había
convertido en dióxido de cloro.
En referencia a la figura 1, se ilustra un
procedimiento para la dosificación de una composición según la
invención en un sistema. Se usa un aparato de dosificación 8 que
comprende dos bombas dosificadoras (Prominent Gamma G/4a 0215) 10,
12 que liberan respectivamente una composición de acuerdo con la
invención y un ácido. Las bombas dosificadoras 10, 12 estaban
conectadas a través de un bloque de mezclado 14 en una línea de agua
16 a través de la cual fluía de forma continua el agua a tratar. Un
dosificador de agua 18 en la línea liberaba una señal por cada 0,25
litros de agua. La señal se introducía en cada una de las bombas 10,
12 que a continuación liberaban un nominal de 0,15 ml por cada señal
recibida. La bomba 12 liberaba una solución al 16% de ácido cítrico
y la bomba 10 una solución del Ejemplo 1.
Tras un periodo de funcionamiento durante el cual
se dejó estabilizar el flujo de agua y los productos químicos de
tratamiento, las muestras de agua tratada se recogieron de la línea
de agua y se analizaron, mediante el procedimiento DPD, para
determinar el dióxido de cloro, el cloro libre, el cloro combinado y
el clorito. Los resultados obtenidos fueron:
\newpage
| Dióxido de cloro | -12,5 ppm como ClO_{2} |
| Cloro libre | -0,3 ppm como Cl_{2} |
| Cloro combinado | -0,0 ppm |
| Clorito | -0,0 ppm |
En un segundo experimento, la liberación de las
bombas se redujo a la mitad reduciendo el volumen hasta el 50% de lo
establecido previamente. De nuevo las muestras se recogieron y
analizaron con los siguientes resultados:
| Dióxido de cloro | -5,9 ppm como ClO_{2} |
| Cloro libre | -0,36 ppm como Cl_{2} |
| Cloro combinado | -0,08 ppm como Cl_{2} |
| Clorito | -0,0 ppm |
Claims (22)
1. Una solución estable para usar en un
procedimiento in situ para producir dióxido de cloro e
introducirlo en un sistema para blanqueo o desinfección,
comprendiendo la solución:
un clorito
un donante de cloro,
un álcali, y
agua
estando el clorito o el donante de cloro
presentes en una relación molar de 1,0:0,3 a 1,0:15,0 entre el
clorito y el donante de cloro, estando el álcali presente en una
cantidad suficiente para asegurar un pH superior a 12 y estando el
agua presente en una cantidad para dar una concentración mínima
teórica de 0,5 ppm de dióxido de cloro en la acidificación de la
solución.
2. Una solución según la reivindicación 1, en la
que el agua está presente en una cantidad para dar una concentración
mínima teórica de 500 ppm de dióxido de cloro.
3. Una solución según la reivindicación 1 ó 2, en
la que el clorito es un clorito de metal alcalino.
4. Una solución según la reivindicación 3, en la
que el clorito de metal alcalino es clorito sódico o potásico.
5. Una solución según la reivindicación 1 ó 2, en
la que el donante de cloro es un hipoclorito de metal alcalino
térreo.
6. Una solución según la reivindicación 5, en la
que el hipoclorito de metal alcalino térreo es hipoclorito de
magnesio o es hipoclorito de calcio.
7. Una solución según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en la que el donante de cloro es un
cloroisocianurato.
8. Una solución según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en la que el clorito es clorito sódico y el
donante de cloro es hipoclorito sódico.
9. Una solución según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la que la relación molar entre el
clorito y el donante de cloro es de 1,0:0,3 a 1,0:5,0.
10. Una solución según la reivindicación 9, en la
que la relación molar entre el clorito y el donante de cloro es de
1,0:0,3 a 1,0:2,0.
11. Una solución según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la que la concentración teórica de
dióxido de cloro es de 20.000 a 50.000 ppm.
12. Una solución según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que además comprende un biocida
distinto a un donante de cloro.
13. Una solución según la reivindicación 12, en
la que el biocida se selecciona del grupo formado por compuestos de
amonio cuaternario y de fosfonio, aminas, mezclas de tiazolona y
tiocianatos.
14. Una solución según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que además comprende un agente de
penetración.
15. Una solución según la reivindicación 14, en
la que el agente de penetración es un tensioactivo.
16. Un procedimiento para fabricar la solución de
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, comprendiendo el
procedimiento la adición secuencial del álcali, donante de cloro y
clorito al agua, en ese orden, manteniendo el pH igual o superior a
12 y la temperatura igual o inferior a 30ºC.
17. Un procedimiento según la reivindicación 16,
en el que la temperatura se mantiene igual o inferior a 20ºC.
18. Un procedimiento in situ para
introducir dióxido de cloro en un sistema para blanqueo o
desinfección, comprendiendo el procedimiento:
- (a)
- proporcionar una solución estable que comprende:
- -
- un clorito;
- -
- un donante de cloro;
- -
- un álcali; y
- -
- agua;
- estando el clorito y el donante de cloro presente en una relación molar de 1,0:0,3 a 1,0:15,0 entre el clorito y el donante de cloro, estando el álcali presente en una cantidad suficiente para asegurar un pH superior a 12 y estando el agua presente en una cantidad para dar una concentración mínima teórica de 0,5 ppm de dióxido de cloro;
- (b)
- hacer reaccionar dicha solución con un ácido in situ para generar dióxido de cloro, en el que el ácido se añade en una cantidad tal que reduzca el pH de la solución a menor de 4.
19. Un procedimiento según la reivindicación 18,
en el que el ácido es un ácido débil.
20. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en la que el ácido débil es ácido cítrico o ácido acético.
21. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 18 a 20, en el que la reacción se lleva a cabo
in situ en el sistema.
22. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 18-20, en el que se lleva a cabo la
reacción y después se dosifica la solución resultante en el
sistema.
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|---|---|---|---|
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| ES2211969T3 true ES2211969T3 (es) | 2004-07-16 |
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