ES2326733T3 - Tratamiento del agua para el control de bioincrustaciones con disoluciones de bromo estabilizadas. - Google Patents
Tratamiento del agua para el control de bioincrustaciones con disoluciones de bromo estabilizadas. Download PDFInfo
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Abstract
Un procedimiento continuo o discontinuo para el tratamiento del agua consistente en: a) preparar una disolución de bromo estabilizada mediante un procedimiento que está constituido por las etapas de: (i) combinar una fuente de bromo y un estabilizador para formar una mezcla, y (ii) posteriormente añadir un oxidante a la mezcla obtenida de la etapa (i), en el que el oxidante se selecciona del grupo que está constituido por gas cloro, ácido hipocloroso y sal de hipoclorito, y b) en el que la disolución de bromo estabilizada se usa luego para el tratamiento del agua.
Description
Tratamiento del agua para el control de
bioincrustaciones con disoluciones de bromo estabilizadas.
La presente invención se refiere, generalmente,
al tratamiento del agua y, más particularmente, a disoluciones de
bromo estabilizadas, a un procedimiento de preparación y a usos del
mismo para el control de bioincrustaciones.
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El hipoclorito de sodio se ha usado ampliamente
en una variedad de sistemas de agua industrial y recreativa para
controlar bioincrustaciones. Sin embargo, el hipoclorito de sodio es
inestable y debe proporcionarse en una forma estabilizada. Hay
varios procedimientos conocidos en la técnica para estabilizar el
hipoclorito (véanse, por ejemplo, las patentes de EE.UU. nº
3.328.294 y 3.767.586).
Se prefiere el uso del bromo al de cloro en el
tratamiento del agua, debido a su menor volatilidad y mejor
rendimiento a alto pH y entornos de amina. Sin embargo, al igual que
el hipoclorito de sodio, el hipobromito de sodio es inestable en
condiciones de almacenamiento típicas y, por tanto, también debe
proporcionarse en una forma estabilizada. Las patentes de EE.UU. nº
5.683.654 y 5.795.487, además de las referencias desveladas en
ellas, enseñan diversos procedimientos para estabilizar el
hipobromito de sodio. Las patentes 5.683.654 y 5.795.487 desvelan
procedimientos discontinuos que utilizan hipoclorito de sodio y
bromuro de sodio como materiales de partida, seguido por la adición
de un estabilizador. El documento WO 97/20909 desvela similarmente
un procedimiento que incluye una etapa de formación de hipobromito
seguida por una etapa de estabilización del bromo. Sin embargo, una
desventaja asociada a esta técnica es que el hipobromito sin
estabilizar se forma en una etapa separada a una alta concentración
y pH. Se sabe que el hipobromito sin estabilizar se degrada
rápidamente bajo tales condiciones para formar bromato, un compuesto
no biocida que es muy tóxico y un presunto carcinógeno.
Además, el documento WO 97/43392 desvela un
procedimiento que primero forma compuestos de cloro estabilizados y
luego los convierte en compuestos de bromo estabilizados. Sin
embargo, este tipo de procedimiento es limitante debido a que como
fuente oxidante sólo pueden usarse los compuestos que liberan
hipoclorito.
El documento
US-A-6007726 se refiere a
formulaciones biocidas oxidantes estables que contienen bromo para
el control de bioincrustaciones en sistemas de residuos
industriales. La patente desvela una formulación biocida oxidante
preparada a partir de al menos un reactivo químico oxidante, al
menos una fuente de bromo y al menos un estabilizador de bromo o
halógeno. Los oxidantes desvelados incluyen ozono, peróxidos, ácido
peracético y otros compuestos de peroxígeno y compuestos de bromo
oxidantes. Sin embargo, el documento no desvela gas cloro, ácido
hipocloroso y sales de hipoclorito como posibles oxidantes.
El documento
US-A-6110387 se ocupa de un
procedimiento para estabilizar biocidas de bromo en un cuerpo de
agua. Una sal de bromuro soluble en agua y una fuente de sulfamato
se añaden al cuerpo de agua, seguido por un oxidante, con el fin de
formar una especie de bromo biocida. Sin embargo, el procedimiento
desvelado es un procedimiento in situ.
El documento
US-A-6478972 se refiere a un
procedimiento para formar un biocida de bromo estable produciendo
primero un ácido hipocloroso estabilizado. El oxidante se mezcla
primero con un estabilizador antes de la adición de una fuente de
bromo.
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Según un primer aspecto de la presente invención
se proporciona un procedimiento según la reivindicación 1.
El procedimiento inventivo es económicamente
atractivo porque puede llevarse a cabo como un procedimiento
discontinuo o continuo en el sitio de aplicación comercial,
eliminándose así la necesidad de almacenar y transportar las
disoluciones de bromo estabilizadas. El procedimiento de preparación
también es flexible y permite la utilización de una variedad de
oxidantes.
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Las fuentes de bromo que pueden usarse en la
práctica de la presente invención incluyen ácido bromhídrico y
bromuros de metales alcalinos o alcalinotérreos tales como bromuro
de sodio, bromuro de potasio y bromuro de litio.
Los estabilizadores que pueden emplearse en esta
invención tienen la fórmula química
R-NH-R^{1} en la que R y R^{1}
se seleccionan del grupo que está constituido por R^{2}CO,
R^{2}SO_{2}, R^{2}CF_{2}, R^{2}CHF, H, OH y
PO(OH)_{2}, y R^{2} es un grupo alquilo o un grupo
aromático.
Los estabilizadores adecuados incluyen sacarina,
urea, tiourea, creatinina, ácidos cianúricos, alquilhidantoínas,
monoetanolamina, dietanolamina, sulfonamidas orgánicas, biuret,
ácido sulfámico y sus sales de metales alcalinos o alcalinotérreos,
sulfamatos orgánicos y melamina. El ácido sulfámico y sus sales de
metales alcalinos o alcalinotérreos son los estabilizadores más
preferidos.
Los oxidantes son gas cloro, ácido hipocloroso y
sal de hipoclorito.
Las disoluciones de bromo estabilizadas pueden
prepararse en el sitio de la aplicación comercial. Esto elimina la
necesidad de almacenar y transportar las disoluciones de bromo
estabilizadas y, por tanto, la necesidad de añadir sosa cáustica
para ajustar el pH y alargar la estabilidad en almacén de las
disoluciones. La presente invención puede llevarse a cabo como un
procedimiento tanto discontinuo como continuo.
Se prefiere que la relación molar entre la
fuente de bromo y el estabilizador esté en el intervalo de
aproximadamente 0,1 a 10. La relación molar entre la fuente de
bromo y el oxidante debe estar preferentemente en el intervalo de
aproximadamente 0,2 a 5.
Las disoluciones de bromo estabilizadas pueden
usarse en una amplia variedad de aplicaciones comerciales. Estas
aplicaciones incluyen, pero no se limitan a, el uso de la disolución
de bromo estabilizada: (1) como agente de blanqueo en un
procedimiento para el lavado de prendas sucias en el que las prendas
sucias se lavan en un medio acuoso que contiene un detergente y un
agente de blanqueo; (2) como agente de oxidación en un
procedimiento para la preparación de materiales celulósicos en el
que las fibras celulósicas se blanquean; (3) como agente oxidante y
biocida en un procedimiento para el control de bioincrustaciones en
un sistema de agua recreativa en el que un agente oxidante y
biocida se añade para controlar bioincrustaciones; (4) como agente
oxidante y biocida en un procedimiento para el control de
bioincrustaciones sobre una superficie dura en el que un agente
oxidante y biocida se aplica a la superficie para controlar
bioincrustaciones sobre la superficie; (5) en un procedimiento para
el control de bioincrustaciones que se producen sobre las
superficies de equipos en contacto con aguas producidas en
yacimientos petrolíferos; (6) en un procedimiento para controlar
bioincrustaciones en un sistema acuoso; (7) en un procedimiento para
controlar bioincrustaciones en el agua de proceso de la fabricación
de pasta y papel y los productos químicos; (8) en un procedimiento
para controlar el crecimiento microbiano en una corriente acuosa
usada para transportar o procesar productos alimenticios y sobre
superficies de alimentos y superficies de equipos que se ponen en
contacto con la corriente acuosa; y (9) un procedimiento de
tratamiento del agua para prevenir bioincrustaciones sobre las
superficies de equipos en contacto con un sistema de agua
industrial.
Los tipos de sistemas de agua industrial en los
que puede usarse la disolución de bromo estabilizada para evitar
bioincrustaciones incluyen, pero no se limitan a, sistemas de agua
de refrigeración, sistemas de agua dulce, sistemas de lavadores
químicos de gases, sistemas de lavadores de aire, condensadores por
evaporación, pasteurizadores, corrientes esterilizadoras de
productos alimenticios, sistemas de agua de protección contra
incendios y tubos de intercambiadores de calor.
Se prefiere que la cantidad de disolución de
bromo estabilizada que se añade al sistema de agua industrial esté
en el intervalo de aproximadamente 0,1 ppm a aproximadamente 2000
ppm y preferentemente en el intervalo de aproximadamente 0,5 ppm a
aproximadamente 500 ppm, basada en la concentración de cloro
disponible. La disolución de bromo estabilizada puede añadirse al
sistema de agua mediante cualquier procedimiento convencional, es
decir, mediante inyección, intermitente o continuamente.
\vskip1.000000\baselineskip
Los siguientes ejemplos pretenden ser
ilustrativos de la presente invención y enseñar a un experto común
cómo preparar y usar la invención. Estos ejemplos no pretenden
limitar la invención o su protección de ningún modo.
\vskip1.000000\baselineskip
Este ejemplo demuestra el impacto de la adición
de sosa cáustica. También ilustra que no se necesita la adición de
sosa cáustica si las disoluciones de bromo estabilizadas inventivas
se preparan y se usan en el sitio de la aplicación comercial.
Se prepararon tres formulaciones de bromo
estabilizadas siendo la única diferencia sus contenidos de sosa
cáustica. Las formulaciones se sometieron a una prueba de
degradación térmica acelerada a 57ºC (135ºF) y los productos
activos se determinaron mediante valoración con tiosulfato de
potasio en diversos momentos. Las semividas de los productos se
calcularon primero a partir de las curvas de descomposición de
primer orden. Como se muestra a continuación en la tabla 1, las
semividas del producto indican que: cuanto menor sea la adición de
sosa cáustica, más corta será la estabilidad en almacén.
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Se realizó un experimento de laboratorio a
temperatura ambiente (21ºC; 70ºF):
- 1.
- Preparando una mezcla (disolución A) de bromuro de sodio y sulfamato de sodio para que contuviera el 33,3% en peso de bromuro de sodio y el 17,4% de sulfamato de sodio en agua;
- 2.
- Añadiendo 0,76 ml de 10,9% en peso (como cloro disponible) de blanqueante de cloro a 1000 ml de agua de refrigeración sintética que contenía 225 ppm (como CaCO_{3}) de dureza y 125 ppm (como CaCO_{3}) de alcalinidad total (disolución B); y
- 3.
- Añadiendo 0,241 ml de la disolución A a la disolución B para formar la disolución final. Se tomó un mililitro de la disolución final en momentos de tiempo diferentes y se diluyó 100 veces en agua desionizada. Las concentraciones de halógeno residual en la disolución diluida se determinaron usando el procedimiento 80 de DPD de Hach en un espectrofotómetro DR2000. Se realizaron tres tipos de mediciones de DPD: (1) halógeno residual libre usando reactivo de cloro libre y se leyó 20 segundos después de añadirse el reactivo a la disolución de prueba, (2) halógeno residual total usando reactivo de cloro total y (3) halógeno residual a los 3 minutos usando reactivo de cloro libre y se leyó 3 minutos después de añadirse el reactivo. Como descubrieron los inventores, la diferencia entre el halógeno residual total y el halógeno residual a los 3 minutos es la concentración de N-clorosulfamato.
Mientras se determinaba el halógeno residual en
la disolución, se tomó otro mililitro de la disolución final y se
añadió a un matraz que contenía 100 ml del agua de refrigeración
sintética con 2,4 x 10^{6} UFC/ml de agua de refrigeración
mezclada con bacterias de cultivo. Después de cinco minutos de
mezclado, se tomó una alícuota de muestra del matraz y se
neutralizó con bisulfito de sodio. La población bacteriana
superviviente se enumeró en medio Petrifilm® de recuento aerobio de
3M después de la dilución apropiada. Los resultados de prueba se
resumen a continuación en la tabla 2.
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Los resultados muestran el rendimiento biocida
efectivo de la disolución preparada. Además, se encontró que la
disolución era estable y no hubo reducción del halógeno residual
total durante el periodo de prueba, mientras que la concentración
de N-clorosulfamato disminuyó con un aumento en la
concentración de N-bromosulfamato.
Claims (16)
1. Un procedimiento continuo o discontinuo para
el tratamiento del agua consistente en:
- a)
- preparar una disolución de bromo estabilizada mediante un procedimiento que está constituido por las etapas de:
- (i)
- combinar una fuente de bromo y un estabilizador para formar una mezcla, y
- (ii)
- posteriormente añadir un oxidante a la mezcla obtenida de la etapa (i), en el que el oxidante se selecciona del grupo que está constituido por gas cloro, ácido hipocloroso y sal de hipoclorito, y
- b)
- en el que la disolución de bromo estabilizada se usa luego para el tratamiento del agua.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que la fuente de bromo se selecciona del grupo que está
constituido por ácido bromhídrico, bromuros de metales alcalinos y
bromuros de metales alcalinotérreos.
3. El procedimiento de la reivindicación 1 ó 2,
en el que el estabilizador tiene la fórmula química
R-NH-R^{1}, en la que R y R^{1}
se seleccionan del grupo que está constituido por R^{2}CO,
R^{2}SO_{2}, R^{2}CF_{2}, R^{2}CHF, H, OH y
PO(OH)_{2}, y R^{2} es un grupo alquilo o un grupo
aromático.
4. El procedimiento de la reivindicación 1 ó 2,
en el que el estabilizador se selecciona del grupo que está
constituido por sacarina, urea, tiourea, creatinina, ácidos
cianúricos, alquilhidantoínas, monoetanolamina, dietanolamina,
sulfonamidas orgánicas, biuret, ácido sulfámico y sus sales de
metales alcalinos o alcalinotérreos, sulfamatos orgánicos y
melamina.
5. El procedimiento de la reivindicación 1 ó 2,
en el que el estabilizador se selecciona del grupo que está
constituido por ácido sulfámico y sus sales de metales alcalinos o
alcalinotérreos.
6. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que la relación molar entre la fuente
de bromo y el estabilizador está en el intervalo de aproximadamente
0,1 a 10.
7. El procedimiento de cualquier reivindicación
precedente en el que la relación molar entre la fuente de bromo y
el oxidante está en el intervalo de aproximadamente 0,2 a 5.
8. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para
el lavado de prendas sucias en el que las prendas sucias se lavan en
un medio acuoso que contiene un detergente y un agente de
blanqueo.
9. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para
la preparación de materiales celulósicos en el que las fibras
celulósicas se blanquean con un agente de oxidación.
10. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para
el control de bioincrustaciones en un sistema de agua recreativa en
el que un agente oxidante y biocida se añade para controlar
bioincrustaciones.
11. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para
el control de bioincrustaciones sobre una superficie dura en el que
un agente oxidante y biocida se aplica a la superficie para
controlar bioincrustaciones sobre la superficie.
12. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para
el control de bioincrustaciones que se producen sobre las
superficies de equipos en contacto con aguas producidas en
yacimientos petrolíferos.
13. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para
controlar bioincrustaciones en un sistema acuoso.
14. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para
controlar bioincrustaciones en el agua de proceso de la fabricación
de pasta y papel y procesos químicos.
15. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para
controlar el crecimiento microbiano en una corriente acuosa usada
para transportar o procesar productos alimenticios y sobre
superficies de alimentos y superficies de equipos que se ponen en
contacto con la corriente acuosa.
16. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para
prevenir bioincrustaciones sobre las superficies de equipos en
contacto con un sistema de agua industrial.
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