ES2944689T3 - Sistema y método para monitorizar agua de proceso tratada con biocida utilizando un sensor de oxígeno - Google Patents

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Abstract

Se proporciona un sistema y un método para monitorear el agua de proceso tratada con un biocida. El sistema incluye una unidad de alimentación de biocidas y un sensor de oxígeno disuelto. El sensor de oxígeno disuelto funciona en dos modos, un modo de alimentación de biocida y un modo de fondo, y alerta a un operador cuando el valor de oxígeno disuelto indica una falla en el sistema. Una caída en el oxígeno disuelto durante la alimentación puede indicar una producción defectuosa de biocida o degradación de biocida, los cuales pueden generar subproductos de desinfección no deseados. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y método para monitorizar agua de proceso tratada con biocida utilizando un sensor de oxígeno
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método para monitorear el agua de proceso tratada con un biocida utilizando un sensor de oxígeno.
Antecedentes de la invención
Se conocen varias técnicas para controlar el agua de proceso.
Sumario de la invención
La presente invención busca proporcionar un método para monitorear el agua de proceso que está siendo tratada por un biocida.
Por tanto, se proporciona según una realización (no reivindicada) un sistema para alimentar un biocida oxidante al agua de proceso y monitorear el agua de proceso para la degradación potencial del biocida formando así, como resultado de dicha degradación, un compuesto de halógeno activo, incluyendo el sistema: un conducto de alimentación de biocida para alimentar el biocida al agua de proceso en una entrada de biocida; y un módulo de detección de degradación que incluye un sensor de oxígeno disuelto aguas abajo de la entrada de biocida.
Según una realización, el agua de proceso se encuentra en una torre de refrigeración. Según una realización preferida alternativa de la presente invención, el agua de proceso se encuentra en una fábrica de papel. El agua de proceso en la fábrica de papel contiene preferiblemente almidón. Según otra realización preferida de la presente invención, el agua de proceso se encuentra en una instalación de producción de azúcar.
Según una realización, el sistema incluye además un sistema de producción de biocida para producir el biocida oxidante sincrónicamente con la alimentación. Preferiblemente, el sistema de producción de biocida produce el biocida oxidante mezclando un oxidante de hipoclorito y una sal de amonio. En una realización preferida, la sal de amonio se selecciona de carbamato de amonio, carbonato de amonio, bicarbonato de amonio, bromuro de amonio, cloruro de amonio, sulfato de amonio, sulfamato de amonio e hidróxido de amonio. Preferiblemente, la sal de amonio se selecciona de carbamato de amonio, bromuro de amonio y sulfato de amonio.
Según una realización, el sensor de oxígeno disuelto es un sensor de oxígeno disuelto basado en luminiscencia. Preferiblemente, el sistema incluye además un controlador que registra las mediciones del sensor de oxígeno disuelto. Según una realización, el controlador incluye una pantalla para mostrar una advertencia basada en las mediciones del sensor de oxígeno disuelto. Preferiblemente, el controlador incluye una funcionalidad para enviar una advertencia a una ubicación remota.
Según una realización, el controlador, cuando funciona en un modo en segundo plano, genera un valor de referencia para el nivel de oxígeno disuelto. Preferiblemente, el controlador emite una advertencia si el nivel de oxígeno disuelto se desvía del valor de referencia más de un umbral preestablecido. Según una realización preferida de la presente invención, el controlador, cuando opera en un modo de alimentación, emite una advertencia si hay una disminución en el nivel de oxígeno disuelto durante la alimentación del biocida o durante un período de medición prolongado inmediatamente después de la alimentación del biocida. Preferiblemente, el período de medición extendido es de 30 minutos, 20 minutos o 10 minutos.
Según una realización, el controlador está en comunicación con un sistema de producción de biocida para producir el biocida oxidante sincrónicamente con la alimentación. Preferiblemente, el controlador tiene funcionalidad para controlar el sistema de producción de biocida.
Según una realización preferida de la presente invención, el tiempo para que el agua de proceso fluya de la entrada de biocida al sensor de oxígeno disuelto no es más de 30 minutos, preferiblemente no más de 20 minutos, más preferiblemente no más de 10 minutos. Según una realización preferida de la presente invención, el compuesto de halógeno activo se selecciona del grupo que consiste en HOCl, HOBr, NHCl2 y NH2Br. Preferiblemente, el sensor de oxígeno disuelto está ubicado en el flujo del agua de proceso.
También se proporciona según la presente invención, en un proceso de alimentación un biocida oxidante para el agua de proceso, un método para monitorear la degradación potencial del biocida formando así, como resultado de dicha degradación, un compuesto de halógeno activo, incluyendo el método: proporcionar un sensor de oxígeno disuelto en el flujo de dicha agua de proceso aguas abajo de una entrada de biocida; y medir periódicamente el nivel de oxígeno disuelto en el agua de proceso, en donde el tiempo para que dicha agua de proceso fluya de dicha entrada de biocida a dicho sensor de oxígeno disuelto no es más de 30 minutos.
Según una realización preferida de la presente invención, el agua de proceso se encuentra en una torre de refrigeración. Según otra realización preferida de la presente invención, el agua de proceso se encuentra en una fábrica de papel. Preferiblemente, el agua de proceso en la fábrica de papel contiene almidón. Según una realización preferida alternativa de la presente invención, el agua de proceso se encuentra en una instalación de producción de azúcar.
Según una realización preferida de la presente invención, el método incluye además producir el biocida oxidante sincrónicamente con la alimentación del biocida oxidante al agua de proceso. Preferiblemente, la producción incluye producir el biocida oxidante mezclando un oxidante de hipoclorito y una sal de amonio. Según una realización preferida de la presente invención, la sal de amonio se selecciona de carbamato de amonio, carbonato de amonio, bicarbonato de amonio, bromuro de amonio, cloruro de amonio, sulfato de amonio, sulfamato de amonio e hidróxido de amonio. Preferiblemente, la sal de amonio se selecciona de carbamato de amonio, bromuro de amonio y sulfato de amonio.
Según una realización preferida de la presente invención, el sensor de oxígeno disuelto es un sensor de oxígeno disuelto basado en luminiscencia. Preferiblemente, el método incluye además comunicar el nivel de oxígeno disuelto a un controlador. Según una realización preferida de la presente invención, el controlador incluye una pantalla para mostrar una advertencia basada en las mediciones del sensor de oxígeno disuelto. Preferiblemente, el controlador incluye una funcionalidad para enviar una advertencia a una ubicación remota.
Según una realización preferida de la presente invención, el controlador, cuando funciona en un modo en segundo plano, genera un valor de referencia para el nivel de oxígeno disuelto. Preferiblemente, el controlador emite una advertencia si el nivel de oxígeno disuelto se desvía del valor de referencia más de un umbral preestablecido. Según una realización preferida de la presente invención, el controlador, cuando funciona en un modo de alimentación, emite una advertencia si hay una disminución en el nivel de oxígeno disuelto durante la alimentación o durante un período de medición prolongado después de la alimentación. Preferiblemente, el período de medición extendido es de 30 minutos, 20 minutos o 10 minutos.
Según una realización preferida de la presente invención, el controlador está en comunicación con un sistema de producción de biocida para producir el biocida oxidante sincrónicamente con la alimentación. Preferiblemente, el controlador tiene funcionalidad para controlar el sistema de producción de biocida.
Según una realización preferida de la presente invención, el tiempo para que el agua de proceso fluya de la entrada de biocida al sensor de oxígeno disuelto no es más de 20 minutos, más preferiblemente no más de 10 minutos. Según una realización preferida de la presente invención, el compuesto de halógeno activo se selecciona del grupo que consiste en HOCl, HOBr, NHCk y NH2Br. Preferiblemente, el sensor de oxígeno disuelto está ubicado en el flujo del agua de proceso.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se entenderá y apreciará más completamente a partir de la siguiente descripción detallada, tomada junto con los dibujos, en donde:
la Figura 1 es un esquema simplificado de un sistema según una realización de la presente invención;
la Figura 2 es un esquema simplificado de un sistema según otra realización de la presente invención;
la Figura 3 es un gráfico que muestra el nivel de oxígeno disuelto y la tasa de corrosión del acero en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 4 es un gráfico que muestra el nivel de oxígeno disuelto y el potencial de oxidación-reducción en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 5 es un gráfico que muestra el nivel de oxígeno disuelto y la tasa de corrosión del cobre en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 6 es un gráfico que muestra el nivel de oxígeno disuelto y el nivel de cloro total en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 7 es un gráfico que muestra el nivel de oxígeno disuelto y la tasa de corrosión del acero en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 8 es un gráfico que muestra el nivel de oxígeno disuelto y el potencial de oxidación-reducción en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 9 es un gráfico que muestra el nivel de cloro total y el recuento de bacterias en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 10 es un gráfico que muestra el nivel de oxígeno disuelto y el recuento de bacterias en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 11 es un gráfico que muestra los niveles de oxígeno disuelto y cloro total en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 12 es un gráfico que muestra el nivel de oxígeno disuelto y el pH en el agua de proceso en función del tiempo; la Figura 13 es un gráfico que muestra los niveles de oxígeno disuelto y cloro total en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 14 es un gráfico que muestra los niveles de oxígeno disuelto y cloro total en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 15 es un gráfico que muestra los niveles de oxígeno disuelto y cloro total en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 16 es un gráfico que muestra el nivel de cloro total y el potencial de oxidación-reducción en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 17 es un gráfico que muestra el nivel de cloro total y la tasa de corrosión del cobre en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 18 es un gráfico que muestra el nivel de oxígeno disuelto y la tasa de corrosión del cobre en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 19 es un gráfico que muestra el nivel de oxígeno disuelto en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 20 es un gráfico que muestra los niveles de oxígeno disuelto y trifosfato de adenosida (ATP) en el agua de proceso en función del tiempo;
la Figura 21 es un gráfico que muestra el nivel de ATP en el agua de proceso en función del pH;
la Figura 22 es un gráfico que muestra el pH en el agua de proceso en función del nivel de oxígeno disuelto; y la Figura 23 es un gráfico que muestra el nivel de oxígeno disuelto en el agua de proceso en función del tiempo.
Descripción detallada de la invención
Como se describe en la publicación de patente europea publicada n.° 0 517 102, el ensuciamiento biológico del agua en circulación es un problema bien conocido causado por algas, hongos, bacterias y otras formas de vida simples que se encuentran en el agua en circulación. Esa publicación de patente describe el control de la bioincrustación en aguas con alta demanda de cloro mezclando dos componentes, uno de los que es un oxidante y el otro una sal de amonio, y añadiendo la mezcla de forma sustancialmente inmediata al sistema acuoso que se va a tratar. Esto produce el ingrediente biocida activo, como se ha descrito allí. En esa publicación de patente se describen un gran número de ejemplos de oxidantes y sales de amonio.
Sin embargo, un problema encontrado en este método de tratamiento de líquidos para inhibir el crecimiento de organismos vivos es que el ingrediente biocida activo concentrado es extremadamente inestable químicamente y se descompone rápidamente al formarse con el resultado de una rápida caída del pH. Esto es especialmente cierto para los ingredientes biocidas activos producidos sin control. Por lo tanto, cuando se utilizan bombas dosificadoras y mezcladoras convencionales en ausencia de control, el ingrediente biocida activo formado se descompone rápidamente y pierde su eficacia. También, si bien el intervalo de pH de dichos biocidas activos concentrados es teóricamente de 10 a 12,5, el pH real es más bajo y frecuentemente inestable debido a la rápida descomposición.
El biocida derivado del bromuro de amonio es particularmente inestable y, por tanto, más propenso a la degradación.
En el documento US 5.976.386, se describen un método y un aparato para producir un biocida que permiten mantener una proporción constante de oxidante/fuente de amina, evitando así la necesidad de usar una fuente de amina en exceso para estabilizar el producto de reacción y mantener un producto reproducible que no contiene casi productos de degradación. El nuevo método descrito allí incluye producir una dilución eficiente in situ tanto del oxidante como de la fuente de amina y dosificar sincrónicamente las dos diluciones en un conducto para mezclarlas continuamente según una proporción predeterminada para producir un ingrediente biocida activo.
Como ya se ha descrito en el documento US 5.976.386, es necesario un control cuidadoso de la formación de biocida.
El proceso de producción de biocida utiliza un sistema de múltiples puntos de alimentación que requiere un control separado para cada línea de alimentación, ya que las diferentes bombas responden de manera diferente al cambio de presión y las tasas de alimentación de las bombas dependen de la presión del flujo de agua. Al igual que con cualquier proceso in situ, se necesita un control en línea para garantizar la producción del producto correcto con un alto rendimiento y con un mínimo de productos secundarios. Asimismo, como se muestra en las patentes mencionadas anteriormente, son necesarias cantidades equimolares de amonio e hipoclorito para un rendimiento óptimo. El exceso de hipoclorito, incluso el exceso local, conduce a la producción de cloraminas multicloradas y a la degradación del producto biocida monocloramina (MCA). Con una cantidad insuficiente de hipoclorito, el amonio no reacciona por completo, lo que conduce a una menor concentración de biocida, uso excesivo de productos químicos, mayor coste del tratamiento, menor eficacia, etc. Los componentes utilizados para fabricar el biocida, como el hipoclorito de sodio y el carbamato de amonio, descritos en el documento US 7.837.883, cuyo contenido se incorpora por referencia en la presente memoria, son productos químicos inestables y se degradan con el tiempo durante el uso.
Existen métodos conocidos para asegurar la relación correcta entre la alimentación de una sal de amonio y un oxidante. En el documento US 5.976.386 se describe el uso de pH como indicador del punto final de la reacción entre una sal de amonio y el hipoclorito de sodio. La adición de hipoclorito a una solución de sal de amonio aumenta el pH. Sin embargo, pasado el punto equimolar, el hipoclorito comienza a degradar el MCA biocida formando ácidos inorgánicos, que bajan el pH. Por tanto, el pH se puede utilizar como indicador del punto final. El documento US 9.801.384 describe el uso del potencial de oxidación-reducción (ORP), la conductividad, la inducción y la saturación de oxígeno como parámetros para indicar la relación ideal entre una sal de amonio y el hipoclorito de sodio.
En algunos casos, incluso si la unidad de alimentación produjo el biocida de forma óptima, otros parámetros como la temperatura del agua de proceso, la alta concentración local del biocida producido, el pH del agua de proceso y otros parámetros de calidad del agua pueden inducir la degradación del biocida una vez mezclado con el agua de proceso y potencialmente dar como resultado la producción de subproductos de desinfección no deseados y el consumo de productos químicos de proceso.
Se sabe que las monocloraminas (MCA), tales como las derivadas de un hipoclorito y una sal de amonio, son intrínsecamente inestables (véase, por ejemplo, Vikesland y col., “ Effect of Natural Organic Matter on Monochloramine Decomposition: Pathway Elucidation through the Use of Mass and Redox Balances” , Environmental Science and Technology 1998, 32(10):1409-1416; y Ozekin y col., “ Modeling the Decomposition of Disinfecting Residuals of Chloramine” , Water Disinfection and Natural Organic Matter, ACS Symposium Series 1996, páginas 115-125). La degradación de MCA en agua pura se describe en general mediante la siguiente fórmula (1):
3NH2Cl^N2+NHs+3HCl (1)
La velocidad de esta degradación depende, entre otras cosas, de la relación molar inicial de Cl/N, el pH, la temperatura y la concentración de MCA. En presencia de materia orgánica, la monocloramina puede reaccionar con la materia orgánica para formar productos benignos.
Sin embargo, bajo algunas condiciones, la monocloramina puede degradarse para formar compuestos halógenos activos, como el ácido hipocloroso (HOCl) y la dicloramina (NHCl2) y en presencia de bromuro, como cuando se usa bromuro de amonio para formar MCA, monobromina (NH2Br) y ácido hipobromoso (HOBr). NHCl2 y NH2Br pueden formar también los compuestos sustituidos de orden superior NCh, NHBr2 y NBr3. Estos halógenos activos son menos estables químicamente que el MCA, se degradan mucho más rápido y son mucho más reactivos. Los halógenos activos derivados de la degradación de MCA pueden conducir a la producción de subproductos de desinfección no deseados. Los subproductos de desinfección halogenados presentan un peligro particular debido a su toxicidad potencial. Los subproductos halogenados más familiares son el cloroformo, el bromoformo y los ácidos orgánicos clorados y bromados, pero los subproductos halogenados dependen del contenido orgánico del agua y la mayoría de ellos no se han dilucidado.
El análisis de los subproductos de desinfección requiere procedimientos de laboratorio que consumen mucho tiempo. En nuestras solicitudes y patentes anteriores, se ha descrito la atención especial necesaria para mantener un control continuo del proceso a fin de garantizar la producción de MCA solo y evitar la degradación y la presencia de productos intermedios de degradación en la solución madre de biocida que se alimenta al agua de proceso. Alimentar MCA al agua con una alta demanda de cloro reducirá la estabilidad de la MCA en comparación con el uso de MCA en agua con una demanda muy baja y, por tanto, es importante maximizar la estabilidad de la MCA y reducir la degradación rápida evitable. Una mayor estabilidad del MCA en el agua de proceso aumenta su eficacia biocida, reduce el uso de productos químicos y reduce también la producción de subproductos de desinfección.
El monitoreo del agua de proceso es una etapa esencial para evaluar la eficiencia del tratamiento. El papel de las personas en el monitoreo de la calidad del agua es esencial, pero el monitoreo en línea es una herramienta esencial para que el monitoreo humano sea factible. Minimizar la cantidad de parámetros que se monitorearán en línea es importante porque reduce el manejo y el costo de los dispositivos de monitoreo en línea y lo hace más factible. El monitoreo en línea permite el control de retroalimentación, que es esencial para la respuesta inmediata a un problema. La identificación en línea de las condiciones de degradación rápida, así como las etapas de retroalimentación para reducir esta degradación, son importantes para la optimización del tratamiento y la protección del medio ambiente.
El documento US 8.012.758 describe un aparato para medir la actividad microbiológica utilizando la tasa de consumo de oxígeno. Se extrae una muestra del agua de proceso y se mide la concentración de oxígeno disuelto en el momento del muestreo y después de un período de tiempo. Una disminución en la concentración de oxígeno es indicativa de actividad microbiológica. El documento US 9.970.919 describe un aparato similar que mide la concentración de oxígeno y/o la rH. El tiempo de muestreo en estos aparatos es de 0,5 - 2 horas. Un método similar se describe en Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (1999), Método 2710B. Otros sistemas involucran una estrategia de monitoreo completa que controla la corrosión y la bioincrustación utilizando una serie de sondas electroquímicas, como se describe en On-Line Systems Aid Cooling System Chemistry Control (Schaefer y Pilsits, Industrial Waterworld 2003) y Cristiani y Perboni, “Antifouling strategies and corrosion control in cooling circuits” , Bioelectrochemistry 2014, 97:120-126.
Ninguno de los sistemas mencionados anteriormente describe la detección de la degradación de un biocida. Lo que se necesita es un sistema con una medición simple, preferiblemente en línea, que pueda identificar rápidamente un fallo en el agua de proceso que pueda estar relacionado con la degradación del biocida y alertar al operario en tiempo real para tomar medidas correctivas o tomar medidas correctivas automáticamente. El oxígeno está involucrado en muchos procesos diferentes que ocurren en el agua industrial. Por ejemplo, el oxígeno es consumido por la actividad microbiana y por los procesos de corrosión. El oxígeno se absorbe en el agua durante el enfriamiento del agua en una torre de refrigeración abierta si el enfriamiento es eficiente y en el agua de proceso cuando el agua está en contacto con el aire.
La medición del oxígeno disuelto en el agua de proceso durante la alimentación de biocida oxidantes, oxidantes fuertes u oxidantes débiles, ha revelado una rápida reducción del oxígeno disuelto en muchos casos. Una reducción en el nivel de oxígeno disuelto como resultado de la alimentación con biocidas es indicativa de degradación del biocida. Por lo tanto, el oxígeno disuelto puede servir como parámetro para monitorear la degradación del biocida y la producción potencial de subproductos de desinfección en tiempo real.
Según una primera realización (no reivindicada), se proporciona un sistema para monitorear el agua de proceso que se trata con un biocida para la degradación potencial del biocida. El sistema comprende un sistema de alimentación de biocida para alimentar biocida al agua de proceso, un sensor de oxígeno disuelto y, opcionalmente, uno o más sensores adicionales.
El agua de proceso puede estar en cualquier sistema que tenga agua de proceso circulante o de paso único. En una realización, el agua de proceso puede ser parte de un sistema de refrigeración. En una realización alternativa, el agua de proceso puede ser parte de una instalación de producción de papel. En esta realización, el agua de proceso contiene preferiblemente almidón. En una realización adicional, el agua de proceso puede ser parte de una instalación de procesamiento de alimentos, tal como para producir azúcar o procesar almidón. En otra realización más, el agua de proceso puede ser parte de una instalación de extracción de petróleo o minería. En otra realización más, el agua de proceso puede ser parte de un sistema para la desinfección de agua dulce o agua residual.
El sistema de alimentación de biocida puede ser cualquier sistema que alimente un biocida al agua de proceso. En una realización, el sistema de alimentación de biocida comprende una bomba que bombea un biocida producido fuera del sitio al agua de proceso. Como alternativa, el sistema de alimentación de biocida puede comprender un sistema de producción de biocida para mezclar dos reactivos para producir un biocida en el sitio y alimentar sincrónicamente el biocida al agua de proceso, tales como los sistemas de alimentación descritos en los documentos US 5.976.386, US 7.837.883 y US 9.801.384. El sistema de alimentación de biocida puede alimentar biocida al agua de proceso de forma continua o intermitentemente.
El biocida puede ser cualquier biocida adecuado. Por ejemplo, el biocida puede ser un biocida inorgánico como el dióxido de cloro (ClO2), ácido hipocloroso (HOCl), ácido hipobromoso (HOBr) o una cloramina derivada de la mezcla de un oxidante de hipoclorito y una sal de amonio. En una realización preferida, la sal de amonio se selecciona de carbamato de amonio, carbonato de amonio, bicarbonato de amonio, bromuro de amonio, cloruro de amonio, sulfato de amonio, sulfamato de amonio e hidróxido de amonio (amoníaco acuoso). Más preferiblemente, la sal de amonio se selecciona de carbamato de amonio, bromuro de amonio y sulfato de amonio. En una realización, la sal de amonio es carbamato de amonio. En otra realización, la sal de amonio es bromuro de amonio. En otra realización, la sal de amonio es sulfato de amonio. El biocida puede ser también un biocida orgánico, como glutaraldehído, derivados de isotiazolinona que incluyen metilisotiazolona, metilcloroisotiazolinona y benzisotiazolinona, 2-bromo-2-nitropropano-1,3-diol (bronopol), 2,2-dibromo-2-cianoacetamida (DBNPA) o una sal de amonio cuaternario.
El sensor de oxígeno disuelto puede ser cualquier sensor de oxígeno disuelto disponible. Preferiblemente, el sensor de oxígeno disuelto es un sensor de oxígeno disuelto basado en luminiscencia, en donde la presencia de oxígeno extingue la luminiscencia de un colorante excitado. Por ejemplo, el sensor de oxígeno disuelto puede ser un sensor de oxígeno disuelto luminiscente suministrado por Hach Company (Loveland, CO, EE. UU.), tal como el electrodo LDO II sc con un controlador SC200.
El uno o más sensores adicionales pueden incluir un sensor de temperatura, un sensor de pH, un sensor de potencial de oxidación-reducción (ORP), un sensor de conductividad, un sensor de conductividad inductiva, un sensor de monitoreo de corrosión para un metal específico, como cobre y diferentes tipos de acero, dispositivos de control de biopelículas, dispositivos de ensuciamiento químico, dispositivos de control de turbidez e instrumentos en línea para medir biocidas residuales como el cloro libre y total.
El sensor de oxígeno disuelto se coloca en el agua de proceso. El sensor de oxígeno disuelto se puede colocar en cualquier ubicación adecuada en el agua de proceso. Preferiblemente, el sensor de oxígeno disuelto se coloca en una ubicación aguas abajo y cerca de la ubicación del punto de alimentación del biocida, pero a una distancia suficiente para permitir la mezcla del biocida con el agua de proceso a granel. El tiempo medio de flujo del agua de proceso desde el punto de alimentación del biocida hasta el sensor de oxígeno es preferiblemente no más de 30 minutos, más preferiblemente no más de 20 minutos e incluso más preferiblemente no más de 10 minutos. El tiempo medio de flujo del agua de proceso desde el punto de alimentación del biocida hasta el sensor de oxígeno puede ser inferior a 1 minuto, de 1 a 10 minutos, de 1 a 5 minutos, de 5 a 10 minutos, de 10 a 15 minutos, de 15 a 20 minutos, de 20 a 25 minutos o de 25 a 30 minutos. Por ejemplo, en el agua de refrigeración, el sensor de oxígeno disuelto se puede colocar en la salida de los intercambiadores de calor o cerca de ella. En una fábrica de papel, el sensor de oxígeno se puede colocar en o cerca de la salida del arcón al que se alimenta el biocida. También se puede colocar en arcones donde se alimentan aditivos de bajo pH tales como sales de aluminio o agentes de resistencia en húmedo.
El sensor de oxígeno disuelto funciona en dos modos diferentes. En un modo en segundo plano, el sensor de oxígeno disuelto mide la saturación de oxígeno disuelto a intervalos regulares. El tiempo entre mediciones varía de cuatro minutos a 60 minutos, preferiblemente de 10 minutos a 30 minutos. Las mediciones son registradas por un controlador. El controlador puede ser una parte integral del sensor o puede estar ubicado en un dispositivo externo, como una computadora o un dispositivo de comunicación portátil, en comunicación con el sensor. El controlador puede ubicarse también en la unidad de alimentación de biocida o estar en comunicación con la misma.
El controlador establece un valor de referencia para la saturación de oxígeno. En el modo en segundo plano, el valor de referencia puede oscilar del 0,1 % al 100 % o más, preferiblemente del 5 % al 100 %. El nivel de oxígeno disuelto se puede medir en ppm (mg/L) o en % de saturación. Si una medición difiere del valor de referencia en más de un umbral preestablecido, el controlador emite una advertencia. El umbral puede ser un cambio del 0,1 al 50 %, preferiblemente del 0,5 % al 50 %, más preferiblemente un cambio del 1 al 10 %. La advertencia puede mostrarse en un dispositivo de visualización visto por un operario o puede transmitirse a un destinatario remoto, por ejemplo, a través de Internet o por teléfono.
La advertencia emitida por el controlador indica una falla en el agua de proceso. Una disminución o aumento de la saturación de oxígeno puede ser indicativo de cambios en la contaminación microbiana, ya que los microorganismos consumen oxígeno. Una disminución en la saturación de oxígeno también puede ser indicativa de corrosión del metal, un proceso que consume oxígeno. Una disminución en la saturación de oxígeno puede también ser indicativa de la introducción de agentes reductores como sulfito y sulfuro en el agua de proceso. Un aumento en la saturación de oxígeno puede indicar un control microbiano mejorado o la introducción de agentes oxidantes tal como el peróxido de hidrógeno en el agua de proceso. La advertencia proporciona una indicación general de que hay un fallo en el agua de proceso que debe investigarse y corregirse.
Cuando un biocida está a punto de ser alimentado al agua de proceso en un punto de alimentación adyacente al sensor de oxígeno disuelto, se alerta a un controlador en comunicación con el sensor de oxígeno disuelto y cambia el sensor de oxígeno disuelto del modo en segundo plano al modo de alimentación. El modo de alimentación puede comenzar antes de la alimentación con biocida, tal como diez minutos antes de la alimentación con biocida, cinco minutos antes de la alimentación con biocida o dos minutos antes de la alimentación con biocida. En el modo de alimentación, el sensor de oxígeno disuelto funciona a una frecuencia más alta que en el modo en segundo plano. Normalmente, el nivel de oxígeno disuelto se mide en el modo de alimentación cada 2 a 15 minutos. Por ejemplo, el nivel de oxígeno disuelto se mide cada dos minutos, cada cinco minutos, cada diez minutos o cada 15 minutos. El modo de alimentación puede continuar durante un período de medición prolongado después de que se detenga la alimentación del biocida. El período de medición extendido puede ser de hasta aproximadamente 30 minutos, como 30 minutos, 20 minutos o 10 minutos.
Durante la alimentación con biocida y durante un breve período posterior, se espera que el nivel de oxígeno disuelto se mantenga estable o aumente ligeramente. Sin embargo, si el biocida se degrada y forma intermediarios oxidantes más fuertes, o si se alimentan oxidantes fuertes, lo que aumenta el potencial de formación de subproductos de desinfección, el nivel de oxígeno disuelto disminuye durante la alimentación del biocida. Por lo tanto, una disminución en el oxígeno disuelto durante la alimentación con biocida es una señal definitiva de un problema y el controlador emite una advertencia si el nivel de oxígeno disuelto cae durante la alimentación o durante el período de medición prolongado.
La caída del oxígeno disuelto cerca del punto de alimentación del biocida durante la alimentación del biocida puede deberse a la degradación del biocida. La degradación puede ser el resultado de un biocida que no se produjo correctamente o de las condiciones locales en el agua de proceso que promueven la degradación del biocida. La degradación del biocida en el agua de proceso indica un potencial para la producción de subproductos de desinfección no deseados.
51 bien no se conoce de inmediato la causa exacta de la caída del oxígeno disuelto y/o la degradación del biocida, es probable que la causa esté relacionada con una cantidad excesiva de biocida oxidante. En consecuencia, una primera medida para reducir el daño al agua de proceso mientras se investiga la fuente exacta del problema es reducir la velocidad de alimentación del oxidante. En una realización, reducir la velocidad de alimentación del oxidante, como un oxidante fuerte, incluye reducir la velocidad de alimentación total del biocida. Esto puede ser realizado por un operario que recibe la advertencia del controlador. Como alternativa, el controlador puede controlar también la alimentación de biocida y reducir automáticamente la velocidad de alimentación del biocida.
En una realización alternativa, cuando el biocida es una monocloramina generada a partir de un oxidante de hipoclorito y una sal de amonio, reducir la velocidad de alimentación del oxidante puede incluir reducir la velocidad de alimentación del hipoclorito solamente o aumentar la velocidad de alimentación de la sal de amonio. En un sistema de alimentación de biocida que no tiene un control interno de la proporción de las tasas de alimentación de hipoclorito y amonio, el cambio de una tasa de alimentación puede incluir el cambio manual de la tasa de alimentación por parte de un operario. Como alternativa, el controlador puede controlar también las velocidades de alimentación de la alimentación de biocida y la relación de las mismas. En algunas realizaciones, el sistema de alimentación de biocida incluye un control interno de la relación de las tasas de alimentación de hipoclorito a amonio. Por ejemplo, el control interno puede usar un parámetro de control como se describe en el documento US 5.976.386 o US 9.801.384. El sistema de la presente invención puede reemplazar el control interno del sistema de producción de biocida y controlar la relación entre dos velocidades de alimentación.
Después del período de tiempo después de la alimentación del biocida como se ha descrito anteriormente, el controlador cambia el modo de operación del sensor de oxígeno disuelto al modo en segundo plano.
La Figura 1 es un esquema simplificado de un sistema 10 que puede usarse para realizar el método reivindicado en la presente invención. El sistema 10 incluye un arcón 12 o tanque que tiene una entrada 14 de agua de proceso, una línea 16 de alimentación de biocida, un dispositivo mezclador (no mostrado) y una salida 18 de agua de proceso. La línea 16 de alimentación de biocida suministra el biocida desde un sistema 20 de producción de biocida. En una realización alternativa (no mostrada), el sistema 10 no incluye un sistema de producción de biocida, sino que el biocida se produce fuera del sitio y se alimenta al arcón 12 a través de una bomba. En el arcón 12 se mezcla el biocida con el agua de proceso. Si bien se muestra un arcón, la mezcla puede tener lugar también en otro elemento que contenga fluido, tal como una tubería.
La salida 18 de agua de proceso incluye una corriente lateral 22 que circula de regreso al arcón 12. Un sensor 24 de oxígeno se coloca en la corriente lateral 22. El sensor 24 de oxígeno está en comunicación con un controlador local 26. El controlador local 26 puede incluir un transmisor que transmite datos y/o instrucciones 28 a un controlador del sistema 20 de producción de biocida. Las instrucciones 28 pueden incluir instrucciones para aumentar o disminuir la velocidad de alimentación del biocida. En una realización en donde el biocida se produce mezclando un oxidante de hipoclorito con una sal de amonio, las instrucciones 28 pueden incluir instrucciones para cambiar la relación entre el oxidante y la sal de amonio.
La Figura 2 es un esquema simplificado de un sistema 30 según otra realización de la presente invención. El sistema 30 incluye una torre 32 de refrigeración que tiene una entrada de agua fría (no mostrada), una línea 16 de alimentación de biocida y una salida 34 de agua caliente. La línea 16 de alimentación de biocida suministra el biocida de un sistema 20 de producción de biocida al agua fría que entra a la torre 32 de refrigeración. En una realización alternativa (no mostrada), el sistema 30 no incluye un sistema de producción de biocida, sino que el biocida se produce fuera del sitio y se alimenta a la torre 32 de refrigeración a través de una bomba.
La salida 34 de agua caliente tiene una corriente lateral 36 que contiene un sensor 24 de oxígeno. El sensor 24 de oxígeno está en comunicación con un controlador local 26. El controlador local 26 puede incluir un transmisor que transmite datos y/o instrucciones 28 al sistema 20 de producción de biocida. Las instrucciones 28 pueden incluir instrucciones para aumentar o disminuir la velocidad de alimentación del biocida. En una realización en donde el biocida se produce mezclando un oxidante de hipoclorito con una sal de amonio, las instrucciones 28 pueden incluir instrucciones para cambiar la relación entre el hipoclorito y la sal de amonio.
Si bien las Figuras 1 y 2 muestran sistemas con una entrada de biocida y un sensor de oxígeno disuelto, el sistema de la presente invención puede incluir múltiples sensores de oxígeno disuelto, cada uno cerca y aguas abajo de una de una pluralidad de entradas de biocida. Cada sensor de oxígeno disuelto está en comunicación con un controlador y la alimentación de biocida correspondiente se controla basándose en las mediciones del sensor de oxígeno disuelto como se ha descrito en la presente memoria.
También se proporciona, según un aspecto de la presente invención, un método para controlar el estado del agua de proceso que se trata con un biocida para la posible degradación del biocida, comprendiendo el método: proporcionar un sensor de oxígeno disuelto en el agua de proceso y medir periódicamente el nivel de oxígeno disuelto en el agua de proceso. El método puede comprender también comunicar el nivel de oxígeno disuelto a un controlador y emitir una advertencia por parte del controlador si el nivel de oxígeno disuelto se desvía de un valor esperado.
El agua de proceso, el biocida y el sensor de oxígeno disuelto del método son como se ha descrito anteriormente con respecto al sistema de la invención. La medición periódica del nivel de oxígeno disuelto puede incluir la medición del nivel de oxígeno disuelto cada dos minutos a cada 60 minutos.
La activación de una advertencia por parte del controlador si el nivel de oxígeno disuelto se desvía de un valor esperado se lleva a cabo de dos modos. En un modo en segundo plano, el sensor de oxígeno disuelto monitorea el agua de proceso cuando no se alimenta un biocida. En este modo, el oxígeno disuelto se mide cada 4 a 60 minutos, preferiblemente cada 10 a 30 minutos. El controlador establece un valor de referencia para la saturación de oxígeno. En el modo en segundo plano, el valor de referencia puede oscilar del 0,1 % al 100 % o más, preferiblemente del 0,5 % al 100. Si una medición difiere del valor de referencia en más de un umbral preestablecido el controlador emite una advertencia. El umbral puede ser un cambio del 0,1 al 50 %, preferiblemente del 0,5 % al 50 %, más preferiblemente un cambio del 1 al 10 %. La advertencia puede mostrarse en un dispositivo de visualización visto por un operario o puede transmitirse a un destinatario remoto, por ejemplo, a través de Internet o por teléfono. La advertencia proporciona una indicación general de que hay un fallo en el agua de proceso que debe investigarse y corregirse.
Cuando un biocida está a punto de ser alimentado al agua de proceso, el controlador recibe una alerta y cambia el sensor de oxígeno disuelto del modo en segundo plano al modo de alimentación. En el modo de alimentación, el nivel de oxígeno disuelto se mide cada 2 a 15 minutos. Por ejemplo, el nivel de oxígeno disuelto se mide cada dos minutos, cada cinco minutos, cada diez minutos o cada 15 minutos. Durante la alimentación del biocida al agua de proceso, se espera un aumento del oxígeno disuelto debido a la disminución de los microorganismos consumidores de oxígeno. Por lo tanto, en el modo de alimentación, el controlador no genera una advertencia debido a un aumento en el oxígeno disuelto. Sin embargo, una disminución en el oxígeno disuelto durante la alimentación es una señal definitiva de un problema y el controlador emite una advertencia si el nivel de oxígeno disuelto cae durante la alimentación. El modo de alimentación puede comenzar antes de la alimentación con biocida, tal como hasta diez minutos antes de la alimentación con biocida, y continuar durante un período de medición prolongado después de la alimentación con biocida, tal como hasta 30 minutos después de que se detenga la alimentación con biocida.
Ejemplos
Ejemplo 1
Una torre de refrigeración es monitoreada por un dispositivo electroquímico elaborado para medir la tasa de corrosión del acero. Paralelamente, se instaló un electrodo de oxígeno simple. La Figura 3 muestra que a medida que disminuye la tasa de corrosión del acero, aumenta la concentración de oxígeno disuelto y, a medida que aumenta la tasa de corrosión del acero, disminuye la concentración de oxígeno disuelto.
También se instaló un electrodo ORP y los resultados se muestran en la Figura 4 junto con los resultados del oxígeno disuelto. Se puede ver que el ORP mantuvo un valor constante durante todo el período de muestreo y no pudo indicar que se estaba produciendo corrosión. Por otro lado, las mediciones de oxígeno disuelto reflejaron la corrosión en el sistema de enfriamiento. Esto muestra que el oxígeno disuelto se puede utilizar como un indicador de una posible corrosión.
Ejemplo 2
El agua de refrigeración en una torre de refrigeración se trató con ácido hipobromoso, un biocida oxidante fuerte, y toliltriazol, un inhibidor de corrosión del cobre. Los valores medidos de ORP fueron altos, lo que indica la presencia del oxidante fuerte. La tasa de corrosión del cobre se midió utilizando un elaborado dispositivo electroquímico como en el ejemplo anterior. También se agregó un sensor de oxígeno y los resultados se muestran en la Figura 5.
Los resultados muestran que el oxidante fuerte reacciona con el inhibidor de corrosión, y cuando se alimenta oxidante fuerte al sistema, la corrosión aumenta porque el inhibidor de corrosión se consume cuando reacciona con el oxidante fuerte. La reacción con el oxidante fuerte consume oxígeno y el oxígeno disuelto disminuye en paralelo al consumo del inhibidor de corrosión. Cuando el agua de refrigeración se satura de oxígeno al pasar por la torre de refrigeración, el nivel de oxígeno vuelve a aumentar. El oxígeno cae nuevamente cuando el oxidante fuerte se alimenta nuevamente y reacciona con el inhibidor de corrosión. Esta reacción entre el oxidante fuerte y el inhibidor de corrosión orgánico da como resultado la producción de subproductos de desinfección. Este ejemplo muestra que el electrodo de oxígeno disuelto puede detectar esta reacción y servir como indicador de la producción potencial de subproductos de desinfección.
Ejemplo 3
El agua de refrigeración se trata con un biocida de monocloramina generado a partir de carbamato de amonio e hipoclorito de sodio. Se midió la monocloramina residual (como cloro total) y el oxígeno disuelto a medida que se dosificaba el biocida de forma intermitente. La Figura 6 muestra un control microbiano efectivo indicado por un aumento constante en el oxígeno disuelto. El biocida es suficiente para controlar los microorganismos consumidores de oxígeno y no se degrada ni reacciona con el material orgánico presente en el agua de refrigeración. Se midió la tasa de corrosión del acero y se demostró que disminuía constantemente a medida que aumentaba el oxígeno disuelto, como se muestra en la Figura 7. Esto muestra que el oxígeno disuelto puede servir como indicador para el control de corrosión.
Ejemplo 4
El agua de refrigeración de una torre de refrigeración se trató con un biocida oxidante fuerte, bromuro de sodio mezclado con hipoclorito de sodio. Se observó un aumento constante en la conductividad de 1600 a 2300 pS/cm, debido a un aumento en los ciclos de concentración iniciados por la planta. Con el aumento de la conductividad, hay un aumento paralelo en la concentración de cualquier producto químico presente en el agua de refrigeración, y se espera que aumente el recuento viable de microorganismos. El agua fue monitoreada usando sensores de oxígeno disuelto y ORP. Se espera que el oxígeno disuelto disminuya debido al mayor consumo de oxígeno por parte de los microorganismos, y se espera también que disminuya el ORP debido a un aumento en la concentración de compuestos reductores producidos por los microorganismos. Como puede verse en la Figura 8, la disminución del oxígeno disuelto se observó mucho antes que la disminución del ORP. Por lo tanto, el oxígeno disuelto es un marcador más sensible para el aumento de la actividad microbiana que el ORP. Un controlador que detecte la disminución del oxígeno disuelto que no se produce durante la alimentación del biocida puede reaccionar ante el problema aumentando la tasa de alimentación del biocida para compensar el aumento de la actividad microbiana.
Ejemplo 5
La cloramina activada con bromo (BAC), un biocida producido por la mezcla in situ de bromuro de amonio e hipoclorito de sodio, se alimentó al arcón mezclador de una máquina papelera que produce papel fino. BAC se alimentó cada 180 minutos durante 15 minutos. El oxígeno disuelto, el pH y el cloro total residual (medido con N,N-dietil-p-fenilendiamina (DPD)) se midieron en el arcón mezclador (MC) y en la caja principal (HB) durante la alimentación de BAC y durante los tiempos de no alimentación. El tiempo promedio para que el agua de proceso fluya desde el arcón mezclador hasta la caja principal es de menos de cinco minutos. Se midieron los recuentos aerobios viables (MB) en las muestras de la caja principal. Las mediciones se realizaron manualmente, in situ, tan pronto como se tomaron las muestras.
Los resultados esperados serían que el cloro total residual en el MC aumentaría constantemente durante la alimentación y se mantendría durante unos 5 minutos después de que se detuviera la alimentación. Como se muestra en la Figura 9, la HB muestra algunos residuos después de 10 minutos de alimentar al MC y el residuo aumenta a un máximo de 5,6 ppm a los 5 minutos sin alimentación, cuando el cloro total residual en el MC es de 6,6 ppm. El recuento viable disminuye significativamente tan pronto como se mide el residual en la HB, y el recuento permanece por debajo del límite de detección y comienza a aumentar después de 90 minutos sin alimentación. Tanto en el MC como en la HB el residual más alto medido no alcanza los 15 minutos.
La Figura 10 muestra que el oxígeno en la HB aumenta a los 10 minutos, cuando el cloro total residual del MC llega por primera vez a la HB, y se observa una caída significativa en el recuento viable. Sin embargo, contrariamente a la expectativa de que el oxígeno aumente aún más, o al menos permanezca en el mismo nivel, el oxígeno cae continuamente durante los siguientes 50 minutos hasta 60 minutos después de la alimentación donde el oxígeno disuelto comienza a aumentar en paralelo a un aumento en el recuento viable. Cuando los recuentos viables aumentan aún más, el oxígeno comienza a disminuir.
La Figura 11 muestra que tanto el cloro total residual como el oxígeno disuelto comenzaron a disminuir durante la alimentación tanto en el MC como en la HB. Esto es indicativo de la degradación del biocida. Es posible medir el cloro total residual en línea, pero el cloro residual por sí solo no proporcionará la misma información, ya que las fluctuaciones en el cloro residual son naturales y no están necesariamente relacionadas con la degradación del biocida.
La Figura 12 muestra que el pH en el MC está cayendo mientras el oxígeno disminuye y el biocida se degrada. La degradación y caída del oxígeno disuelto es más pronunciada en la HB debido al bajo pH de la HB. El pH bajo promueve la degradación de BAC, y la degradación reduce el pH, lo que conduce a una mayor reducción del oxígeno disuelto. El oxígeno comienza a aumentar cuando el Cl2 residual es demasiado bajo para mostrar reacciones secundarias (0,65 ppm). El control manual o en línea del oxígeno disuelto durante la alimentación con biocidas es un método sencillo para detectar la pérdida de biocida debido a la degradación durante la alimentación. La caída en el oxígeno disuelto debido a una producción defectuosa del biocida o debido a condiciones específicas que ocurren en el agua de proceso al alimentar el biocida que promueve la degradación de BAC es observable incluso cuando el nivel de fondo de oxígeno disuelto es bajo debido a la contaminación microbiana o alto cuando el agua de proceso se controla eficazmente.
En otra ocasión, el agua de proceso se dejó reposar durante la noche para permitir el crecimiento microbiano y disminuir el nivel de oxígeno disuelto. Incluso a estos niveles más bajos de oxígeno disuelto, la caída del oxígeno disuelto cuando el cloro residual es alto se puede observar y mostrar en la Figura 13.
Ejemplo 6
El agua de la torre de refrigeración se trató con NAC, un biocida producido mediante la mezcla in situ de carbamato de amonio e hipoclorito de sodio. Se alimentó NAC al agua de refrigeración cada 60 minutos durante 4 minutos. El oxígeno disuelto se midió en línea en el depósito de la torre de refrigeración y el cloro total residual también se midió con un instrumento de medición de cloro total en línea. El nivel inicial de oxígeno disuelto fue alto, lo que indica que no hubo problemas. El oxígeno disuelto disminuyó, con un mínimo de oxígeno disuelto durante la alimentación con biocida, un ligero aumento y estabilización del oxígeno disuelto mientras que el cloro total residual se mantuvo estable, y una reducción adicional del oxígeno disuelto mientras que el cloro total residual aumentó durante la siguiente alimentación de NAC. Los resultados se muestran en la Figura 14.
La caída del oxígeno disuelto cuando el cloro residual es más alto indica un fallo en la producción de biocida o en la degradación del biocida al mezclarse con el agua de proceso y puede continuar si no se toman medidas para resolver el problema. Al mismo tiempo, se realizó un análisis de halógenos orgánicos adsorbibles (AOX) y se confirmó que el AOX era de 0,18 ppm en lugar del valor normal esperado de 0,014 ppm. Estos hallazgos correlacionan la caída del oxígeno disuelto durante la alimentación con biocidas con la producción de una mezcla de cloraminas en lugar de la producción de monocloramina sola debido a la falta de equilibrio entre el hipoclorito de sodio y el carbamato de amonio. La etapa correctiva a tomar sería disminuir la relación entre la tasa de alimentación de hipoclorito y la tasa de alimentación de carbamato de amonio.
Ejemplo 7
El agua de la torre de refrigeración se trató con NAC, un biocida producido mediante la mezcla in situ de carbamato de amonio e hipoclorito de sodio. Se monitorearon el cloro total residual y el oxígeno disuelto. Se observó una disminución del oxígeno disuelto cada vez que aumentaba el cloro total residual como se muestra en la Figura 15, mostrando un fallo en la producción del biocida. La investigación del fallo reveló que el contenedor de carbamato de amonio estaba casi vacío y que lo que alimentaba el agua de refrigeración era principalmente hipoclorito de sodio. El hipoclorito de sodio es un oxidante fuerte que se degrada rápidamente con el consumo de oxígeno. Una alta concentración de hipoclorito de sodio crea aminas policloradas y otros subproductos de desinfección no deseados. Las mediciones de ORP confirmaron que lo que se alimentaba al sistema era un oxidante fuerte, como se muestra en la Figura 16.
La torre de refrigeración se protege de la corrosión del cobre mediante la adición de toliltriazol al agua de refrigeración como inhibidor de corrosión del cobre. El inhibidor de corrosión no reacciona con la monocloramina, pero sí con oxidantes fuertes tal como el hipoclorito de sodio, lo que reduce la inhibición de la corrosión del cobre. Se midió la corrosión del cobre y se encontró que la tasa de corrosión del cobre se correlacionaba con el cloro residual como se muestra en la Figura 17. La Figura 18 muestra que el oxígeno disuelto disminuyó a medida que aumentó la corrosión y viceversa. Esto demuestra que el oxígeno disuelto puede ser un indicador de la corrosión, así como de una alimentación defectuosa del biocida con su posible producción de subproductos de desinfección.
Ejemplo 8
Se instaló un electrodo de oxígeno en el agua de proceso de una máquina papelera que utiliza fibra reciclada. La máquina papelera usaba NAC como su biocida, y la alimentación era intermitente en varios puntos de alimentación a lo largo de la máquina. El electrodo midió el oxígeno disuelto continuamente durante dos meses. Paralelamente, los operarios midieron los parámetros del agua de proceso una vez al día entre semana, muestreando varios puntos en el agua de proceso. Se tomaron muestras en momentos aleatorios, durante la alimentación con biocida y durante el tiempo sin alimentación con biocida. Los parámetros monitoreados fueron: pH, ORP, conductividad, ATP, cloro residual y oxígeno disuelto. Las mediciones de laboratorio de oxígeno disuelto se basaron en el procedimiento estándar del equipo: el electrodo se colocó en la muestra y se siguió la disipación de oxígeno hasta que terminó el consumo de oxígeno y la lectura de oxígeno disuelto residual (%) fue estable. El electrodo de oxígeno en línea midió el % de oxígeno disuelto cada minuto y los datos presentados en este ejemplo se limitaron a los puntos de datos recopilados durante la alimentación de NAC a la misma línea de alimentación.
En la Figura 19 se presenta un promedio diario de las mediciones de oxígeno en línea y las mediciones de laboratorio en dos puntos de muestreo. Las mediciones de laboratorio se tomaron en WWB: fondo de agua blanca, uno de los puntos de alimentación de NAC de la máquina, el punto de alimentación más cercano al electrodo en línea, y CWT: torre de agua clara, el siguiente gran arcón de agua cerca del electrodo de oxígeno. La Figura 19 muestra claramente que el electrodo en línea midió valores consistentemente altos del % de O2 del 80 % al 120 %, sin embargo, hubo claras diferencias en los resultados de saturación de oxígeno promedio diario. Las muestras de laboratorio mostraron oxígeno disuelto residual más alto en algunas muestras, pero por lo general el nivel de oxígeno disuelto era muy bajo. La Figura 20 presenta los resultados de la medición del trifosfato de adenosina (ATP). El ATP es producido por bacterias e indica actividad bacteriana. Los valores fueron en su mayoría altos, lo que indica una alta contaminación del agua de proceso del papel. Los resultados de oxígeno en línea medidos continuamente y sin permitir que el electrodo alcance una lectura estable muestran valores mucho más altos y, por tanto, se demostró que los resultados del promedio diario de la lectura del electrodo en línea no se pueden usar para monitorear la contaminación microbiana del agua de proceso en línea, tal como lo respalda también la técnica anterior.
La Figura 21 muestra una clara correlación entre ATP y pH en las muestras de laboratorio. Esta correlación no es sorprendente ya que las bacterias en el agua de proceso producen ácidos a medida que se degrada el almidón. La cantidad de ácido producido está relacionada con la cantidad de actividad microbiana. Los resultados en la Figura 22 muestran una clara correlación entre los valores de pH probados en el laboratorio del agua de proceso y los valores promedio diarios en línea de oxígeno disuelto. Este hallazgo muestra que, aunque los resultados promedio del electrodo de oxígeno en línea no se pueden correlacionar directamente con la actividad biológica en el agua de proceso y los valores reales medidos en línea no reflejan la descomposición real del oxígeno debido al consumo microbiano, los valores promedio de oxígeno disuelto pueden ser utilizados para evaluar el nivel de contaminación microbiana en el agua de proceso.
La Figura 23 muestra las lecturas reales de un electrodo de oxígeno en línea durante la alimentación de NAC a un punto de alimentación durante un período de 24 horas. Las lecturas de oxígeno en línea disminuyen constantemente y demuestran claramente la pérdida de control y el aumento del crecimiento de microorganismos. Esto demuestra que el monitoreo continuo en línea es eficaz para detectar la pérdida de control biológico en el agua de proceso. Dichos datos en línea se pueden usar para etapas correctivas automáticas para evitar un mayor deterioro.

Claims (14)

  1. REIVINDICACI0NES
    i. En un proceso de alimentación de un biocida oxidante al agua de proceso, un método para monitorear la degradación potencial de dicho biocida, formando así, como resultado de dicha degradación, un compuesto de halógeno activo, comprendiendo el método:
    proporcionar un sensor (24) de oxígeno disuelto en el flujo de dicha agua de proceso aguas abajo de una entrada de biocida; y
    emplear dicho sensor (24) de oxígeno disuelto para medir periódicamente el nivel de oxígeno disuelto en dicha agua de proceso;
    en donde el tiempo para que dicha agua de proceso fluya de dicha entrada de biocida a dicho sensor (24) de oxígeno disuelto no es más de 30 minutos.
  2. 2. El método según la reivindicación 1, que comprende además producir dicho biocida oxidante sincrónicamente con la alimentación de dicho biocida oxidante a dicha agua de proceso, en donde dicha producción comprende producir dicho biocida oxidante mezclando un oxidante de hipoclorito y una sal de amonio.
  3. 3. El método según la reivindicación 2, en donde dicha sal de amonio se selecciona de carbamato de amonio, carbonato de amonio, bicarbonato de amonio, bromuro de amonio, cloruro de amonio, sulfato de amonio, sulfamato de amonio e hidróxido de amonio.
  4. 4. El método según la reivindicación 3, en donde dicha sal de amonio se selecciona de carbamato de amonio, bromuro de amonio y sulfato de amonio.
  5. 5. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde dicho sensor (24) de oxígeno disuelto es un sensor de oxígeno disuelto basado en luminiscencia.
  6. 6. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además comunicar el nivel de oxígeno disuelto a un controlador (26), en donde dicho controlador (26) incluye una pantalla para mostrar una advertencia basada en las mediciones del sensor (24) de oxígeno disuelto, y/o en donde dicho controlador (26) incluye una funcionalidad para enviar una advertencia a una ubicación remota.
  7. 7. El método según la reivindicación 6, en donde dicho controlador (26), cuando funciona en un modo en segundo plano, genera un valor de referencia para el nivel de oxígeno disuelto, en donde dicho controlador (26) emite una advertencia si el nivel de oxígeno disuelto se desvía del valor de referencia en más de un umbral preestablecido, y/o en donde dicho controlador (26), cuando opera en un modo de alimentación, emite una advertencia si hay una disminución en el nivel de oxígeno disuelto durante dicha alimentación o durante un período de medición prolongado después de dicha alimentación.
  8. 8. El método según la reivindicación 7, en donde dicho período de medición extendido es de 30 minutos.
  9. 9. El método según la reivindicación 7, en donde dicho período de medición extendido es de 20 minutos.
  10. 10. El método según la reivindicación 7, en donde dicho período de medición extendido es de 10 minutos.
  11. 11. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, en donde dicho controlador (26) está en comunicación con un sistema (20) de producción de biocida para producir dicho biocida oxidante sincrónicamente con dicha alimentación, en donde dicho controlador (26) tiene funcionalidad para controlar dicho sistema (20) de producción de biocida.
  12. 12. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el tiempo para que dicha agua de proceso fluya de dicha entrada de biocida a dicho sensor de oxígeno disuelto no es más de 20 minutos.
  13. 13. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el tiempo para que dicha agua de proceso fluya de dicha entrada de biocida a dicho sensor de oxígeno disuelto no es más de 10 minutos.
  14. 14. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde dicho compuesto de halógeno activo se selecciona del grupo que consiste en HOC1, HOBr, NHCl2 y NH2Br.
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