MX2007008811A - Metodo para monitorear residuos de agentes de tratamiento y controlar la dosificacion de agentes de tratamiento en procesos de tratamiento de agua. - Google Patents

Abstract

Metodos para monitorear un agente de tratamiento residual en agua tratada en donde se correlacionan la intensidad de fluorescencia del agua en al menos dos diferentes dosificaciones de agente de tratamiento marcado o indicado con indicaciones fluorescentes, con la concentracion residual del agente de tratamiento. Se utiliza tambien la respuesta de fluorescencia a las diferentes dosis de agente de tratamiento para determinar automaticamente una dosis de agente de tratamiento optima sobre una base continua y para controlar de acuerdo con lo anterior, la dosis de agente de tratamiento.

Description

MÉTODO PARA MONITOREAR RESIDUOS DE AGENTES DE TRATAMIENTO Y CONTROLAR LA DOSIFICACIÓN DE AGENTES DE TRATAMIENTO EN PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUA Campo Técnico La invención se refiere al tratamiento de agua.

Más particularmente, esta invención se refiere a métodos para utilizar indicadores fluorescentes para monitorear la concentración residual de agentes de tratamiento en agua tratada, para determinar una dosificación óptima del agente de tratamiento de agua y para re-establecer automáticamente la dosificación óptima del agente de tratamiento según sea necesario, para responder a las fluctuaciones en las características del agua tratada. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El agua, en el curso de su uso en aplicaciones industriales, municipales y agrícolas puede tratarse con un sorprendente conjunto de agentes de tratamiento incluyendo, por ejemplo, químicos que mejoran la separación sólido-liquido, mejoradores del desempeño del proceso de separación por membrana, anti-incrustantes y anticorrosivos que retardan o evitan la corrosión o formación de incrustaciones y la deposición sobre superficies en contacto con el agua tratada, anti-bioincrustantes que retardan o evitan las bioincrustaciones de membrana, biodispersantes, agentes inhibidores de crecimiento microbiano tales como biocidas y químicos de limpieza que retiran depósitos de las superficies en contacto con el agua tratada. El control de la dosificación de agentes de tratamiento es de máxima importancia en virtualmente todos los procesos de tratamiento de agua. Obviamente, debe mantenerse una cantidad mínima efectiva de agente de tratamiento en el agua para que el tratamiento tenga su efecto deseado. Inversamente, sobredosificar el agente de tratamiento sería, en la mejor de las situaciones, anti-económico y en la peor de las situaciones podria dar como resultado un daño al proceso o en el equipo de procesamiento, particularmente en el caso de procesos que involucran el uso de membranas como se describe en la presente. De acuerdo con lo anterior, existe una necesidad progresiva para el desarrollo de métodos mejorados de monitoreo y control de la concentración de los agentes de tratamiento de agua en aguas residuales . BREVE RESUMEN DE LA INVENCIÓN Esta invención es un método para monitorear agentes de tratamiento residuales y determinar la dosificación óptima del agente de tratamiento en aguas residuales tratadas con el agente de tratamiento que secuencialmente comprende: i) agregar a las aguas residuales, una primera dosis del agente de tratamiento indicado o marcado con un indicador fluorescente, ii) medir la intensidad de fluorescencia de las aguas residuales, iii) agregar a las aguas residuales, una segunda dosis de agente de tratamiento indicado o marcado con un indicador fluorescente, iv) medir la intensidad de fluorescencia de las aguas residuales; y v-a) correlacionar el cambio en la intensidad de fluorescencia medida de las aguas residuales en la primera y segunda dosis del agente de tratamiento a la concentración residual del agente de tratamiento; o v-b) correlacionar el cambio en la intensidad de fluorescencia medida de las aguas residuales en la primera y segunda dosis de agente de tratamiento con un cambio no-proporcional en la intensidad de fluorescencia medida, en donde el cambio no-proporcional en la intensidad de fluorescencia medida de las aguas residuales se utiliza para determinar un valor de referencia correspondiente a la dosificación óptima del agente de tratamiento. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama de turbiedad (NTU (Unidades de Turbiedad Nefelométricas) filtrado de 5 mieras) e intensidad de fluorescencia (filtrado de 5 mieras) versus dosificación de polímero alrededor de la dosificación óptima de polímero para el agua del río Mississippi tratada con poli (cloruro de dialildimetilamonio) como se describe en el e emplo . La Figura 2 es un diagrama de datos de índice de Partículas e intensidad de fluorescencia versus dosificación de polimero para agua tratada con poli (cloruro de dialildimetilamonio) en una planta petroquímica del Sur de E.U. como se describe en el ejemplo 5. Los datos muestran que la dosificación óptima de polímero se encuentra a aproximadamente 0.5-0.7 ppm para este lugar. La Figura 3 es un diagrama de la pendiente de la curva de fluorescencia en la Figura 2 versus la dosificación de polímero. Los datos muestran que la tasa de cambio de fluorescencia es aproximadamente 7 veces mayor alrededor de la dosificación óptima de polímero que en condiciones de dosificación por abajo o por arriba de la misma. La Figura 4 es un diagrama del cambio de fluorescencia alrededor de la dosificación óptima de polímero indicado, en una planta petroquímica del Sur de E.U. como se describe en el Ejemplo 5 lo cual demuestra como puede utilizarse el dramático cambio de fluorescencia alrededor de la dosificación óptima de polímero indicado para cambiar automáticamente el valor de referencia de la dosis a medida que fluctúa la calidad del agua afluente. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Esta invención permite el monitoreo del residuo de agente de tratamiento utilizando moléculas fluorescentes. Estas moléculas se seleccionan de manera tal que interactúan o se asocian con el agente de tratamiento y cualquier coloide indeseable. Es esta interacción la que separa la población cromófora fluorescente en diferentes microambientes . Esta separación cambia las propiedades fluorescentes de manera tal que la intensidad de fluorescencia es notablemente diferente. Los tres microambientes se encuentran libres de cromóforos (i.e., disueltos en agua), cromóforos asociados con el agente de tratamiento (i.e., ?unido' a cromóforos) y cromóforos asociados con los coloides indeseables. Cuando el agua tratada contiene únicamente cromóforos libremente disueltos, la intensidad de fluorescencia es la esperada. Cuando el agua tratada contiene residuos y/o coloides de agente de tratamiento, la intensidad de fluorescencia es notablemente diferente a lo esperado puesto que los cromóforos ^unidos' /asociados muestran caracteristicas diferentes. El cambio en intensidad de fluorescencia puede manifestarse mediante un aumento o disminución no proporcional que depende de las características del agua tratada y del agente de tratamiento marcado o indicado. En un escenario de sobredosis de polimero, el agua filtrada tiene más coloides y exceso de polimero y exceso de indicador; juntos, las intensidad de fluorescencia del indicador es dramáticamente diferente. En un escenario de dosis baja aunque los coloides se encuentren presentes, ningún polímero o indicador se encuentra presente; por lo tanto, la intensidad de fluorescencia es baja. Por lo tanto en la transición entre la dosis baja de agente de tratamiento al escenario de sobre dosis, la intensidad de fluorescencia cambia notablemente. Es este cambio en la intensidad de fluorescencia el que nos permite determinar la dosificación óptima del agente de tratamiento. Esta diferencia entre la fluorescencia esperada y la real se utiliza para estimar de manera cuantitativa los residuos de agente de tratamiento. Utilizando la respuesta de fluorescencia y la dosificación de agente de tratamiento en dos puntos, pueden estimarse los residuos de agente de tratamiento a partir de la curva de calibración. En una modalidad, pueden estimarse los residuos de agente de tratamiento como una función de la diferencia entre las moléculas fluorescentes agregadas al agua y las moléculas fluorescentes detectadas en el agua de acuerdo con la métrica I.

(F2-F1) en donde xi y x2 son la primera y segunda dosificaciones de producto y Fi y F2 son la primera y segunda mediciones de fluorescencia, en unidades arbitrarias. En una modalidad, la dosificación de producto es en ppm.

En una modalidad, pueden estimarse los residuos de agente de tratamiento como una función de la diferencia entre la extinción de la fluorescencia esperada y la extinción de la fluorescencia de la fluorescencia detectada de acuerdo a la métrica II. en donde xl, x2, Fl y F2 se definen arriba. La fluorescencia puede ser en unidades arbitrarias, pero puede también expresarse como ppb de la molécula indicadora. Para propósitos de esta invención, extinción de la fluorescencia total significa cualquier proceso o procesos que cambian la fluorescencia medida de manera tal que el diagrama Stern-Volmer como se describe a continuación, es esencialmente lineal. Dicho de otra manera, la "extinción de la fluorescencia" existe cuando el diagrama Stern-Volmer es lineal . En una modalidad, la concentración residual del agente de tratamiento se correlaciona con la dosificación del agente de tratamiento. En una modalidad, la concentración residual del agente de tratamiento se utiliza para determinar un límite superior de dosificación de tratamiento. En una modalidad, la dosificación de agente de tratamiento se mantiene automáticamente por abajo del limite superior . En una modalidad la dosificación óptima del agente de tratamiento se calcula utilizando el derivado del inverso de la respuesta de fluorescencia con respecto a la dosificación de agente de tratamiento y correlacionando de manera empírica, con cualquier parámetro de calidad de agua reflectiva del desempeño del sistema. Los parámetros de calidad de agua adecuados incluyen, pero no se limitan a turbiedad, índice de densidad de sedimento (SDI), conteos de partículas y lo similar. En una modalidad, esta correlación se logra utilizando métodos de prueba de jara estándar para medir la fluorescencia y un parámetro de calidad de agua tal como la turbiedad y después calcular el derivado del inverso de la respuesta de fluorescencia con respecto a la dosificación del agente de tratamiento. Después en el punto de dosificación del parámetro de calidad de agua aceptable, el derivado de la fluorescencia inversa es el valor de referencia inicial. Una vez que se implementa a escala industrial, el valor de referencia se afinará para el proceso óptimo de agua a escala industrial. La fluorescencia inversa puede relacionarse con la extinción de la fluorescencia mediante los diagramas Stern-Volmer. La relación Stern-Volmer es: 1/If=(l + Kd[Q])/I0 en donde: Kd=Constante de Proporción de Extinción de la Fluorescencia, [Q] =Concentración de Extinguidor (es) , I0=Fluorescencia c/s Extinción de la fluorescencia, If=Fluorescencia Medida. Como se anotó anteriormente, para propósitos de esta invención, se define extinción de la fluorescencia como la ocurrencia cuando el diagrama Stern-Volmer es esencialmente lineal. Para propósitos de esta invención, I0 se supone proporcional a ppm del producto agregado (=k*ppm) , entonces l/If=(l/k+Kd[Q]/k)*(l/ppm)+0. Aqui 'k' es un factor de producto que describe la concentración de la molécula fluorescente (i.e., el indicador) en el producto a dosificarse (i.e., el agente de tratamiento). Por lo tanto, si ocurre la extinción de la fluorescencia, un diagrama de 1/If vs . 1/ppm es lineal con una pendiente igual a ( 1/k+Kd [Q] ) /k) y una intercepción Y de cero. En una modalidad, se utiliza el valor de referencia del derivado de la respuesta de fluorescencia inversa con respecto a la dosificación de agente de tratamiento para controlar automáticamente la dosificación de agente de tratamiento . En una modalidad, un algoritmo controla la repetición de dosificación y calcula la pendiente y función residual como se define anteriormente. La repetición de dosificación se refiere a un método para realizar un pequeño ajuste a la dosificación, permitiendo que el sistema se equilibre, midiendo después alguna respuesta.

Más particularmente, a una dosificación particular de agente de tratamiento (dosisi) , se mide la fluorescencia del agua tratada (Fi) . Se incrementa entonces la dosificación del agente de tratamiento hasta una dosificación ligeramente diferente (dosiS2) y se permite que el sistema se equilibre. A esta nueva dosis, se mide la fluorescencia (F2) . En una modalidad, el tiempo requerido para que el sistema se equilibre es el tiempo de retención del sistema, i . e . , el tiempo necesario para que se ajuste la fluorescencia a un cambio en la dosificación del agente de tratamiento. El tiempo de equilibrio para los sistemas de filtración es típicamente de aproximadamente cinco a aproximadamente diez minutos pero puede ser mayor dependiendo del sistema particular . En este punto se calcula la pendiente de la fluorescencia inversa vs . la curva de dosificación con la relación algebraica: pendiente= ( 1/F?-1/F2) / (dosis?-dosis2) . Esta pendiente se compara a un valor de referencia determinado como se describió anteriormente y si es mayor que el valor de referencia, se reduce de manera incremental la dosificación, si es menor, la dosis se disminuye de manera incremental. Esto es lo que se denomina control de pendiente. Después se utiliza la fluorescencia medida y la información de dosificación para calcular la pendiente ideal y este es el valor de referencia inicial. Una vez que se activa el sistema a escala industrial, se afina el valor de referencia para un desempeño óptimo del sistema. Lo anterior se refiere como "determinación manual de valor de referencia" . Los residuos de polimero se estiman mediante la función de fluorescencia utilizando métrica I o II, como se describió anteriormente y si los residuos son demasiado altos, la dosificación se reduce automáticamente. En una modalidad, se utiliza la función de fluorescencia de residuos para monitorear el sistema para asegurar que no se alimente el sistema de tratamiento con los residuos excesivos. En otra modalidad, se utiliza la pendiente para automatizar la alimentación del agente de tratamiento. Por lo tanto, el algoritmo sirve para mantener el control de dosificación y asegurar que los residuos de agente de tratamiento no excedan un valor de referencia específico de aplicación. Por ejemplo, en sistemas de pre-tratamiento de osmosis inversa (RO) , el uso de control repetitivo permite el ajuste de dosificación para cambiar aguas afluentes, lo cual es diferente a un valor de referencia de fluorescencia, lo cual es valido únicamente para un afluente establecido. Esta ventaja principal de la tecnología es la capacidad de monitorear los residuos de agente de tratamiento y por lo tanto permitir el uso de agentes de tratamiento (a.k.a.-polielectrolitos) para el pre-tratamiento de RO para reducir el índice de densidad de sedimento del afluente de RO (SDI) y minimizar los costos de limpieza, mano de obra y la producción de agua perdida. Adicionalmente, la intensidad de fluorescencia de la corriente del proceso muestra la presencia de cantidades de trazas de un agente de tratamiento marcado o indicado en la corriente de procesamiento. Esta fluorescencia muestra un cambio repentino y rápido inmediatamente después de la dosificación óptima. Este cambio rápido, no proporcional en la fluorescencia puede entonces utilizarse como una indicación de la dosificación óptima del polímero (el valor de referencia de dosificación de polímero) . Ver Figuras 2 y 4, tratadas en detalle a continuación. Puesto que este valor de referencia puede cambiar en tiempo, debido a, por ejemplo, las fluctuaciones en la calidad de las aguas residuales o los contratiempos operacionales, el cambio no proporcional en la fluorescencia puede utilizarse para cambiar automáticamente el valor de referencia, eliminando asi la intervención manual . De acuerdo con lo anterior, en otra modalidad, el cambio en la intensidad de fluorescencia medida de las aguas residuales con la primera y segunda dosis de agente de tratamiento, se correlaciona con un cambio no proporcional en la fluorescencia medida, en donde el cambio no proporcional en la fluorescencia medida de las aguas residuales se utiliza para determinar un valor de referencia correspondiente a la dosificación óptima del agente de tratamiento. De acuerdo con esta modalidad, el valor de referencia puede determinarse automáticamente iniciando el sistema con una dosificación subóptima (puede ser 0 ppm) de agente de tratamiento marcado o indicado y midiendo y registrando los datos del valor promedio inicial de fluorescencia, Fl, y la dosificación de polímero correspondiente, Pl. La dosificación de polimero se incrementa entonces de manera incremental, por ejemplo de aproximadamente 0.1 ppm a un valor P2 y se le permite al sistema equilibrarse como se describió anteriormente. El nuevo valor de fluorescencia promedio ( F2 ) y la dosificación de polímero indicado correspondiente P2, son registrados como datos. En relación con los valores de fluorescencia el operador debe decidir en el nivel de confianza, que los datos tienen que ser satisfactorios para ser reconocido como cambio genuino (por ejemplo, el 95 por ciento de confianza de que un cambio en la fluorescencia representa un cambio real en base a los parámetros del sistema) . La dosificación de agente de tratamiento P2 se incrementa entonces de manera incremental hasta que ocurre un punto de cambio no proporcional en la fluorescencia (punto de inflexión) correspondiente a la dosificación óptima del agente de tratamiento. Por ejemplo, tal punto de cambio no proporcional puede ocurrir cuando F2 es más de aproximadamente el 50 por ciento de Fl puesto que no se esperan grandes cambios en la fluorescencia para un aumento incremental en el agente de tratamiento marcado o indicado, fuera de la región de dosificación óptima. Después de una cantidad adecuada de tiempo, por ejemplo 30 minutos, se registran los datos del nuevo valor de fluorescencia promedio (F3) y la dosificación de polímero indicado correspondiente (P3) . Si F3 es mayor que F2 por una cantidad significativa, debe disminuirse la dosis de polímero. Si F3 es significativamente menor que F2 debe aumentarse la dosis de polímero para regresar al punto de inflexión . Los protocolos de registro de datos adecuados deben medir la variable de interés (e.g., fluorescencia) y acumular 100-300 puntos de datos; calcular la desviaciones promedio y la estándar para la medición; asegurarse de que la desviación estándar es baja (por ejemplo menor que aproximadamente el 10 por ciento del promedio) ; y almacenar el promedio medido (fi), la desviación estándar (S2) y el número de puntos de datos (N2) utilizados para calcular lo anterior. En una modalidad, el valor de referencia se cambia automáticamente para responder a las fluctuaciones en la calidad de las aguas residuales. En una modalidad, la dosificación de agente de tratamiento se mantiene automáticamente en el valor de referencia . En una modalidad, el agente de tratamiento se indica con uno o más indicadores fluorescentes. Estos indicadores fluorescentes pueden o no afectarse apreciablemente o significativamente por cualquier otra química en el proceso de tratamiento del agua o por los otros parámetros del sistema tales como pH, temperatura, intensidad iónica, potencial redox, actividad microbiológica o concentración biocida. Mientras la química en el proceso de tratamiento de agua no cambia significativamente durante el tiempo de retención (usualmente aproximadamente diez minutos), el algoritmo de control responde automáticamente por los cambios significativos en la fluorescencia. Los indicadores fluorescentes deben ser transportables con el agua del proceso de tratamiento de agua y por lo tanto son substancialmente, si no completamente, solubles en el agua misma a la concentración de uso, bajo las condiciones de temperatura y presión especificas y únicas para el proceso de tratamiento de agua. Los indicadores fluorescentes representativos incluyen, pero no se limitan a los indicadores descritos en la Patente de E.U. No. 6,730,227, incorporada en la presente mediante referencia. En una modalidad, se seleccionan los indicadores a partir de fluoresceína, sal de sodio (Registro CAS No. 518-47-8, Amarillo 73 de Ácido aka, Uranina) ; sal de disodio de ácido 1, 5-naftalenodisulfónico (hidrato) ( Registro CAS No. 1655-29-4, hidrato de aka 1,5-NDSA); xantilio, cloruro de 9-(2 , 4-dicarboxifenil ) -3, 6-bis (dietilamino) , sal de disodio, también conocida como Rhodamina WT (Registro CAS No. 37299-86-8) ; 1-desoxi-l- (3, 4-dihidro-7 , 8-dimetil-2, 4-dioxobenzo [g] pteridin-10 (2H) -il) -D-ribitol, también conocido como Riboflavina o Vitamina B2 (Registro CAS No. 83-88-5); fluoresceina (Registro CAS No. 2321-07-5); sal de sodio de ácido 2-antracenosulfónico (Registro CAS No. 16106-40-4); ácido 1, 5-antracenodisulfónico (Registro CAS No. 61736-91-2) y sales del mismo; ácido 2 , 6-antracenodisulfónico (Registro CAS No. 61736-95-6) y sales del mismo; ácido 1,8-antracenodisulfónico (Registro CAS No. 61736-92-3) y sales del mismo; y mezclas de los mismos. Los indicadores fluorescentes listados anteriormente se encuentran comercialmente disponibles de una variedad de diferentes compañías de suministro químico. En una modalidad, se marca el agente de tratamiento con un residuo fluorescente, por ejemplo incorporando el residuo fluorescente en un polímero de tratamiento polimérico en si mismo o mediante una modificación posterior de un polímero de tratamiento con un residuo fluorescente capaz de formar un enlace covalente con el polimero de tratamiento.

Se describe la preparación y uso de polímeros que contienen un residuo fluorescente en, por ejemplo, las Patentes de E.U. Nos 6,312,644; 6,077,461; 5,986,030; 5,998,632; 5,808,103; 5,772,894; 5,958,788 y PCT US01/81654, incorporadas en la presente mediante la referencia. La dosificación del indicador fluorescente es una cantidad que es al menos suficiente para proporcionar una concentración medible en el agua tratada. La dosificación tipica varía desde aproximadamente 50 ppt (partes por trillón) a aproximadamente 100 ppb (partes por billón) , preferentemente desde aproximadamente 0.1 ppb a aproximadamente 10 ppb, en base a una concentración de agente fluorescente. Nótese que 50 ppt es aproximadamente el limite de detección de los fluorómetros industriales actualmente disponibles. Las mejoras en la tecnología del fluorómetro son probablemente para reducir este limite de detección y se prevén . Pueden detectarse los indicadores fluorescentes utilizando una variedad de técnicas diferentes y adecuadas. Por ejemplo, la espectroscopia de emisión de fluorescencia sobre una base substancialmente continua, al menos durante un periodo de tiempo dado, es una de las técnicas analíticas preferidas de acuerdo a una modalidad de esta invención. Se describe un método para la medición continua en curso de indicadores químicos mediante espectroscopia de emisión de fluorescencia y otros métodos de análisis en la Patente de E.U. No. 4,992,380, incorporada en la presente mediante referencia . Ejemplos de fluorómetros que pueden utilizarse en la practica de esta invención incluyen el fluorómetro Xe II y el TRASAR® 8000 (disponible de la Compañía Nalco, Naperville, IL) ; el fluorómetro Hitachi F-4500 (disponible de Hitachi a través de Hitachi Instruments Inc., San José, CA) ; el fluorómetro JOBIN YVON FluoroMax-3 "SPEX" (disponible de JOBIN YVON Inc., Edison, NJ) ; y el espectrómetro de Gilford Fluoro-IV o el SFM 25 (disponibles de Bio-tech Kontron a través de Research Instruments International, San Diego, CA) . Debe apreciarse que la lista anterior no es completa y se propone únicamente para mostrar ejemplos de los fluorómetros representativos. En esta invención pueden también utilizarse otros fluorómetros comercialmente disponibles y modificaciones de los mismos. Debe apreciarse que puede utilizarse una variedad de otras técnicas analíticas adecuadas para medir la cantidad de indicadores fluorescentes. Ejemplos de tales técnicas incluyen el análisis HPLC-fluorescencia combinada, análisis de colorimetría, análisis de electrodo selectivo de ion, análisis de metal de transición, quimioluminiscencia, mediciones de fluorescencia pulsadas y lo similar. En una modalidad, la presente invención incluye un controlador programado con el algoritmo anterior y que realiza continuamente (i.e., en una escala de tiempo del tiempo de retención, típicamente cada pocos minutos) cambios increméntales en la dosificación del agente de tratamiento y lleva a cabo los cálculos descritos anteriormente con el fin de mantener los residuos de agente de tratamiento en el valor de referencia deseado. El controlador puede configurarse y/o ajustarse en una variedad de maneras diferentes y adecuadas. Los métodos alternativos pueden incluir el uso de tres o más puntos para medir la respuesta de fluorescencia y después utilizar los métodos de ajuste de la curva analítica que para determinar una dosificación óptima. El controlador puede, ya sea conectarse con cables (e.g., cable de comunicación eléctrica), o puede comunicarse con los otros componentes descritos en la presente mediante una comunicación inalámbrica (e.g., interfaz RF inalámbrica), una interfaz neumática y lo similar. Como se describe anteriormente, esta invención es un método para monitorear residuos de agente de tratamiento y controlar la dosificación de agente de tratamiento en los procesos de tratamiento de agua. "Agente de tratamiento" significa en la presente sin limitación, que incluye los químicos de tratamiento que mejoran la separación sólido-líquido, el desempeño del proceso de separación por membrana, los anti-sedimentos que retardan/evitan la formación de incrustaciones y la deposición de sedimento sobre las superficies en contacto con el agua tratada, anti-bioincrustantes que retardan/evitan la bioincrustación de la membrana, biodispersantes, agentes inhibidores de crecimiento microbiano tales como biocidas y químicos limpiadores que retiran los depósitos de las superficies en contacto con el agua tratada. La presente invención se puede aplicar a todas las industrias que pueden emplear procesos de tratamiento de agua. Por ejemplo, los diferentes tipos de procesos industriales en los cuales el método de la presente invención puede aplicarse incluyen generalmente procesos de agua natural, procesos de agua de desperdicio, procesos de agua industrial, tratamiento de agua municipal, procesos de alimentos y bebidas, procesos farmacéuticos, fabricación de electrónicos, operaciones de servicios, procesos de pulpa y papel, minería y procesos minerales, procesos relacionados con el transporte, procesos textiles, procesos de chapeado y metalurgia, procesos de lavandería y limpieza, procesos de piel y curtido y procesos de pintura. En particular, los procesos de alimentos y bebidas pueden incluir, por ejemplo, procesos de lácteos relacionados con la producción de crema, leche baja en grasa, queso, productos lácteos de especialidad, aislados de proteina, fabricación de lactosa, suero, caseína, separación de grasa y recuperación de salmuera a partir de salación de quesos. Los usos relacionados con la industria de la bebida incluyen, por ejemplo, clarificación concentración y des-acidificación de jugo de fruta, clarificación de bebidas alcohólicas, retiro del alcohol para bebidas de bajo contenido de alcohol, aguas residuales; y usos relacionados con la refinación del azúcar, procesamiento de proteínas vegetales, producción/procesamiento de aceite vegetal, molienda húmeda de granos, procesamiento de animales (e.g., carne roja, huevos, gelatina, pescado y aves), recuperación de aguas de lavado, desperdicios del procesamiento de alimentos y lo similar . Los ejemplos de usos de agua industrial como se aplican en la presente invención incluyen, por ejemplo, producción de agua de calentadores, purificación y reciclaje/reuso de aguas residuales, ablandamiento de agua natural, tratamiento de descargas de agua de refrigeración, recuperación de agua proveniente de los procesos de la fabricación del papel, desalinización de agua marina y salobre para uso industrial y municipal, purificación de agua potable/natural/de superficie incluyendo, por ejemplo, el uso de membranas para excluir microorganismos nocivos del agua potable, clarificación del agua ablandada, bioreactores de membrana, aguas de minería y procesos minerales.

Ejemplos de aplicaciones de tratamiento de aguas de desecho con respecto al método de esta invención incluyen, por ejemplo, el tratamiento de aguas de desecho industrial, sistemas de tratamiento de desperdicio biológico, retiro de contaminantes de metales pesados, clarificación de aguas de efluente terciario, aguas aceitosas de desperdicio, procesos relacionados con el transporte (e.g., agua de lavado de carros tanque), desperdicios textiles (e.g., tinte, adhesivos, gomas, aceites para limpieza de la lana, aceites de acabado de telas), desperdicios de elaboración de enchapado y metalurgia, lavanderías, imprentas, piel y curtido, pulpa y papel (e.g., retiro de color, concentración de licor de sulfito usado diluido, recuperación de lignina, recuperación de recubrimientos de papel), químicos (e.g., emulsiones, látex, pigmentos, pinturas, subproductos de reacción química) , y tratamiento de aguas de desecho municipales (e.g., aguas negras, desperdicios industriales). Otros ejemplos de aplicaciones industriales de la presente invención incluyen, por ejemplo, procesos de agua de enjuague de semiconductores, producción de agua para inyección, agua farmacéutica incluyendo agua utilizad en producción/recuperación de enzimas y formulación de productos, y procesamiento de pintura de electro-recubrimiento. En una modalidad, la presente invención se aplica en aplicaciones de agua natural o tratada en donde se utiliza el filtrado como alimentación para unidades de osmosis inversa. Es particularmente importante que los residuos de polimero no ensucien las membranas de RO, aunque la presente invención se concibe para cualquier aplicación en donde se desea el uso de polimeros de pre-tratamiento, pero no los residuos excesivos de polimero, así como aplicaciones que se benefician del control de la dosificación de agente de tratamiento. Algunos ejemplos serian, la clarificación de agua de superficie, clarificación de agua subterránea, tratamiento terciario de aguas de desecho, y clarificación de agua marina. El producto de tales procesos de clarificación podría utilizarse, pero no se limitarían a, agua de proceso industrial, agua compuesta de agua de refrigeración o de calentador, o agua residencial. En una modalidad, el proceso de tratamiento de agua es un proceso de separación sólido-líquido. En una modalidad, el proceso de separación sólido-liquido comprende el tratamiento del agua con uno o más coagulantes o floculantes, o una combinación de los mismos, para formar una mezcla de agua y sólidos coagulados y floculados y la separación de los sólidos coagulados y floculados del agua. Los floculantes adecuados incluyen polimeros de alto peso molecular catiónicos, aniónicos, no iónicos, antoféricos. Los floculantes adecuados generalmente tienen pesos moleculares de más de 1,000,000 y frecuentemente de más de 5,000,000. El floculante polimérico se prepara típicamente mediante la polimerización de adición de vinilo de uno o más monómeros catiónicos, aniónicos o no iónicos, mediante la copolimerización de uno o más monómeros catiónicos con uno o más monómeros no iónicos, mediante la copolimerización de uno o más monómeros aniónicos con uno o más monómeros no iónicos, mediante la copolimerización de uno o más monómeros catiónicos con uno o más monómeros aniónicos y opcionalmente uno o más monómeros no iónicos para producir un polímero anfotérico o mediante la polimerización de uno más monómeros anfotéricos y opcionalmente uno o más monómeros no iónicos para formar un polímero anfotérico. Uno o más monómeros anfotéricos y opcionalmente uno o más monómeros no iónicos pueden también copolimerizarse con uno o más monómeros aniónicos o catiónicos para impartir una carga catiónica o aniónica al polímero anfotérico. Aunque los floculantes de polímero catiónico pueden formarse utilizando monómeros catiónicos, también es posible hacer reaccionar ciertos polimeros de adición de vinilo no iónico para producir polímeros catiónicamente cargados. Los polimeros de este tipo incluyen los preparados a través de una reacción de poliacrilamida con dimetilamina y formaldehido para producir un derivado de Mannich.

De manera similar, aunque los floculantes de polimero aniónico puede formarse utilizando monómeros aniónicos, es posible también modificar ciertos polimeros no iónicos de adición de vinilo para formar polímeros aniónicamente cargados. Los polimeros de este tipo incluyen, por ejemplo, los preparados por la hidrólisis de poliacrilamida . Los floculantes pueden utilizarse en la forma sólida, como en una solución acuosa, como una emulsión de agua-en-aceite o como dispersión en agua. Los polimeros catiónicos representativos incluyen copolimeros y terpolímeros de (met ) acrilamida con metacrilato de dimetilaminoetilo (DMAEM), acrilato de dimetilaminoetilo (DMAEA) , acrilato de dietilaminoetilo (DEAEA), metacrilato de dietilaminoetilo (DEAEM) o sus formas de amonio cuaternario hechas con sulfato de dimetilo, cloruro de metilo o cloruro de bencilo. Los coagulantes solubles en agua son muy conocidos y comercialmente disponibles. Los coagulantes adecuados pueden ser inorgánicos u orgánicos. Los coagulantes inorgánicos representativos incluyen alumbre, aluminato de sodio, cloruros de polialuminio o PACls (los cuales también pueden referirse como clorohidróxido de aluminio, cloruro de hidróxido de aluminio, cloruro de aluminio básico e hidroxicloruro de polialuminio y lo similar) , cloruros de polialuminio sulfatado, sulfato de silicio de polialuminio, sulfato férrico, cloruro férrico y lo similar y mezclas de los mismos. Muchos coagulantes orgánicos solubles-en-agua se forman mediante la polimerización por condensación. Ejemplos de polímeros de este tipo incluyen epiclorohidrin-dimetilamina y polímeros de epiclorohidrin-dimetilamina-amonio . Los coagulantes adicionales incluyen polimeros de dicloruro de etileno y amonio, o bicloruro de etileno y dimetilamina, con o sin la adición de amonio, polimeros de condensación de aminas multifuncionales tales como dietilentriamina, tetraetilenpentamina, hexametilendiamina y lo similar con etilendicloruro y polimeros hechos mediante las reacciones de condensación tales como resinas de formaldehído de melamina. Los coagulantes adicionales incluyen polímeros de adición de vinilo catiónicamente cargados tales como polímeros y copolímeros de cloruro de dialildimetilamonio, dimetilaminoetilmetacrilato, sal cuaternaria de cloruro de metilo de dimetilaminoetilmetacrilato, cloruro de metacrilamidopropiltrimetilamonio, cloruro de (metacriloxiloxietil) trimetil amonio, cloruro de dialilmetil (beta-propionamido) amonio, metiisulfato de (beta-metacriloxiloxietil ) trimetil-amonio, polivinillactamo cuaternizado, dimetilamino-etilacrilato y sus sales de amonio cuaternario, vinilamina y arcrilamida o metacrilamida que se han hecho reaccionar para producir Mannich o derivados cuaternarios Mannich. Los pesos moleculares de estos polímeros catiónicos, tanto de adición de vinilo como de condensación, varían desde tan bajos como varios cientos hasta tan altos como un millón. Preferentemente, el rango de peso molecular debe ser desde aproximadamente 20,000 hasta aproximadamente 1,000,000. La selección de los floculantes y coagulantes adecuados para una aplicación y determinación particulares de la dosis efectiva pueden determinarse empíricamente por un experto en la técnica de tratamiento de agua en base a las características del agua particular a tratarse. Los sólidos coagulados y floculados pueden entonces separarse del agua mediante cualquiera de una cantidad de medios disponibles en la técnica de separación de sólido-líquido incluyendo clarificadores, mediante centrífugas, flotación de aire disuelto, medios mecánicos tales como prensa de banda o prensa de placa y marco y filtración por membrana o filtración de medios. La filtración por membrana generalmente se considera una micro o ultra filtración que involucra membranas plegables, membranas cerámicas y lo similar. La filtración de medios se considera generalmente ser cualquier medio granular involucrado como una barriera contra los contaminantes en el agua y estos comúnmente son arena, antracita y granate. Se concibe cualquier medio que funcione como barrera y esto incluye, pero no se limita a, micro y macro panes, polvos, carbón activado, cerámicos, etc. En una modalidad, el proceso de separación sólido-líquido es un proceso de separación por membrana en donde los sólidos coagulados y floculados se separan del agua mediante filtración a través de una membrana. El monitoreo de residuos y el control de dosificación de acuerdo a esta invención pueden utilizarse para mejorar la eficiencia operacional de los sistemas de filtración de membrana como se describe a continuación. Las separaciones de membrana comúnmente utilizadas para la purificación del agua u otro procesamiento de líquido incluyen microfiltración (MF) , ultrafiltración (UF) , nanofiltración (NF) , osmosis inversa (RO) , electrodiálisis, electrodesionización, pervaporación, extracción por membrana, destilación por membrana, depuración por membrana, aereación con membrana y otros procesos. La fuerza accionadora de la separación depende del tipo de separación por membrana. La filtración por membrana accionada por presión, también conocida como filtración por membrana, incluye microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y osmosis inversa y utiliza presión como una fuerza impulsora, mientras la fuerza impulsora eléctrica se utiliza en la electrodiálisis y electrodesionización. En una modalidad, el proceso de separación por membrana comprende una o más etapas de pre-tratamiento en donde una porción de los sólidos coagulados y floculados se separan del agua antes de la filtración del agua a través de una membrana de nanofiltración y/u osmosis inversa. En una modalidad, el sistema de separación por membrana es un sistema de osmosis inversa. En la osmosis inversa, la corriente de alimentación se procesa típicamente bajo condiciones de flujo cruzado. A este respecto, la corriente de alimentación fluye substancialmente paralela a la superficie de la membrana de manera tal que sólo una porción de la corriente de alimentación se difunde a través de la membrana como permeado. La tasa de flujo cruzado es rutinariamente alta a fin de proporcionar una acción de purga que disminuye la bioincrustación de la superficie de la membrana. Esto también puede disminuir los efectos de polarización de la concentración (e.g., concentración de solutos en la capa límite de turbulencia reducida en la superficie de la membrana, que puede aumentar la presión osmótica en la membrana y asi puede reducir el flujo de permeado) . Los efectos de polarización de concentración pueden inhibir el agua de la corriente de alimentación evitando que pase a través de la membrana como permeado, disminuyendo asi la proporción de recuperación, e.g., la proporción de permeado a la corriente de alimentación aplicada. Puede (n) emplearse) circuito (s) de reciclaje para mantener una alta tasa de flujo a través de la superficie de la membrana. Los procesos de osmosis inversa pueden emplear una variedad de tipos diferentes de membranas. Tales tipos de elementos de membrana comerciales incluyen, sin limitación, elementos de membrana de fibra hueca, elementos de membrana tubular, elementos de membrana enrollada en espiral, elementos de membrana de placa y marco, y lo similar, algunos de los cuales se describen en más detalle en "The Nalco Water Handbook" (El Manual de Agua de Nalco) , Segunda Edición, Frank N. Kemmer Ed., McGraw-Hill Book Company, Nueva York, N.Y., 1988, incorporada en la presente, particularmente el Capitulo 15 titulado "Separación por membrana". Debe apreciarse que puede utilizarse un sólo elemento de membrana en un sistema de filtración de membrana dado, pero puede también utilizarse un número de elementos de membrana dependiendo de la aplicación industrial. Se describe un sistema de osmosis inversa típico como ejemplo de filtración de membrana y más generalmente como separación por membrana. La osmosis inversa utiliza principalmente elemento o módulos enrollados en espiral, que se construyen al enrollar capas de membranas semi-porosas con espaciadores de alimentación y transportadores de agua de permeado alrededor de un tubo de recolección de permeado perforado central. Típicamente, los módulos se sellan con cinta y/o sobreenvuelven con fibra de vidrio. La construcción resultante tiene un canal, que puede recibir un flujo de entrada. La corriente de entrada fluye longitudinalmente a lo largo del módulo de membrana y sale por el otro extremo como una corriente concentrada. Dentro del módulo, el agua pasa a través de la membrana semi-porosa y se atrapa en un canal de permeado que fluye hacia un tubo de recolección central. Desde este tubo fluye hacia fuera de un canal designado y se recolecta. En la práctica, los módulos de membrana se apilan juntos, extremo-a-extremo, con interconectores que unen los tubos de permeado del primer módulo al tubo de permeado del segundo módulo y asi sucesivamente. Estos apilamientos de módulos de membrana se alojan en recipientes a presión. Dentro del recipiente a presión, el agua alimentada pasa hacia el primer módulo en el apilamiento, que retira una porción del agua como agua de permeado. La corriente de concentrado proveniente de la primera membrana se vuelve corriente de alimentación de la segunda membrana y asi sucesivamente en el apilamiento. Las corrientes de permeado proveniente de todas las membranas en el apilamiento se recolectan en los tubos de permeado unidos. En la mayoría de sistemas de osmosis inversa, los recipientes a presión se disponen ya sea en "etapas" o "pasos". En un sistema de membranas por etapas, las corrientes de concentrado combinadas provenientes de un grupo de recipientes a presión se dirigen hacia un segundo grupo de recipientes a presión en donde se vuelven la corriente de alimentación para la segunda etapa. Comúnmente los sistemas tienen de 2 a 3 etapas con sucesivamente menos recipientes a presión en cada etapa. Por ejemplo, un sistema puede contener 4 recipientes a presión en una primera etapa, las corrientes de concentrado de las cuales alimentan 2 recipientes a presión en una segunda etapa, las corrientes de concentrado de las cuales a su vez alimentan 1 recipiente a presión en la tercera etapa. Esto se designa como un ordenamiento de "4:2:1". En una configuración de membrana por etapas, las corrientes de permeado combinadas provenientes de todos los recipientes a presión en todas las etapas, se recolectan y utilizan sin un tratamiento adicional de membrana. Los sistemas multi-etapas se utilizan cuando se requieren grandes volúmenes de agua purificada. Las corrientes de permeado provenientes del sistema de membranas pueden purificarse adicionalmente mediante un intercambio de iones u otros medios. En un sistema de multi-pasos, las corrientes de permeado provenientes de cada grupo de recipientes a presión se recolectan y utilizan como alimentación para los grupos subsecuentes de recipientes a presión. Las corrientes de concentrado provenientes de todos los recipientes a presión se combinan sin tratamiento adicional por membrana de cada corriente individual. Los sistemas multi-pasos se utilizan cuando se requiere agua de muy alta pureza, por ejemplo en las industrias de microelectrónicos y farmacéuticas. Es muy sabido por los expertos en la técnica, que son necesarios varios coagulantes para maximizar la eficiencia de la separación sólido-líquido. Como se anotó anteriormente, entre estos coagulantes adecuados se encuentran los compuestos de aluminio y hierro y polielectrolitos sintéticos. Desafortunadamente, el uso de aluminio tal como alumbre, produce residuos que forman incrustaciones intratables sobre las membranas. Los polielectrolitos se utilizan frecuentemente para la clarificación general, pero puesto que las membranas de RO son películas de poliamida aniónica y los coagulantes de polielectrolito son catiónicos, se teme grandemente que el polímero se deposite sobre las membranas a través de la atracción electrostática y ocasione la bioincrustación permanente. Esta situación requerirla un reemplazo de membrana costoso, e ineficiente. Por lo tanto, en los sistemas de filtración de osmosis inversa, un pre-tratamiento es crítico para una operación eficiente. Los esquemas de pre-tratamiento de osmosis inversa variarán con el tipo de agua. Por ejemplo, las aguas que tienen más de ca.lONTU usualmente utilizarán una sedimentación seguida por filtración. Las aguas que son más limpias que ca.lONTU pueden utilizar técnicas de filtración directa. La filtración generalmente consiste de un filtro de medios o un micro o ultrafiltro de membrana. Los filtros de medios consisten de sólidos de particulado en el orden de lmm de diámetro. Aunque puede utilizarse una amplia variedad de materiales, los materiales más comunes son arena, granate y antracita solas o en combinación. Los micro y ultrafiltros pueden consistir ya sea de construcciones cerámicos o de membrana y tienen un tamaño de poro significativamente más pequeño en comparación a los filtros de medios. Todos estos tres tipos se utilizan para un pre-tratamiento de RO. Pueden utilizarse varios coagulantes como auxiliares de filtros en el pre-tratamiento de RO. Los auxiliares de filtro funcionan modificando el tamaño de partícula del afluente y las propiedades de superficie a fin de facilitar la captura de particulado por el filtro. Decidir cual tipo de auxiliar de filtro utilizar varia de agua en agua y es critico para una filtración óptima, la química correcta o hasta para una mezcla de químicas. En una modalidad, esta invención es un sistema de pre-tratamiento de osmosis inversa en donde, la porción de sólidos coagulados y floculados se retira del agua mediante filtración a través de un filtro de medios. En una modalidad, esta invención es un sistema de pre-tratamiento de osmosis inversa en donde el auxiliar de filtro es uno o más coagulantes seleccionados de alumbre, cloruro de polialuminio, cloruro férrico, sulfato férrico, poli (cloruro de dialildimetilamonio) y Epi-DMA. En una modalidad, esta invención es un sistema de pre-tratamiento de osmosis inversa en donde el indicador fluorescente se selecciona de la fluoresceina, rodamina B, rodamina WT y sal de tetrasodio de ácido 1,3,6,8-pirenotetrasulfónico. En una modalidad, esta invención es un sistema de pre-tratamiento de osmosis inversa en donde el indicador fluorescente es un poli (cloruro de dialildimetilamonio) marcado con luminol, rodamina o fluoresceina . Lo anterior puede entenderse mejor mediante la referencia a los siguientes ejemplos, los cuales se presentan para propósitos de ilustración y no pretenden limitar el alcance de la invención. Ejemplo 1 Como se trató anteriormente, se calcula la dosificación óptima de agente de tratamiento utilizando el derivado inverso de la respuesta de fluorescencia con respecto a la dosificación del agente de tratamiento y correlacionándose a un parámetro de calidad del agua, en este caso la turbiedad, utilizando métodos de prueba de jara estándar para medir la fluorescencia y turbiedad. Para propósitos de este ejemplo, las pruebas de jara se llevan a cabo utilizando un probador de jara de cuatro unidades de A&F Machine Products Co . , Berea, OH (modelo número "JAR MIXER") de acuerdo al siguiente protocolo . 1) Colocar una muestra de prueba de 250-1,000 ml en una jarra de muestra e iniciar la agitación a 200 rpm. 2) Agregar un agente de tratamiento mediante una jeringa en el remolino de la muestra agitada y continuar agitando durante 30 segundos. 3) Disminuir la agitación hasta de 15 a 60 rpm y continuar la agitación durante 5 minutos. 4) Detener la agitación, retirar las paletas de la muestra y permitir que la muestra repose durante 5 minutos . 5) Retirar una muestra del sobrenadante a través de pipeta o jeringa desde un nivel de aproximadamente 1 cm por abajo de la superficie de la muestra y filtrar la muestra a través de una filtro de jeringa de 5 µm directamente en las celdas de muestra de turbiedad y fluorescencia para la medición de la propiedad correcta.

El agente de tratamiento promueve la aglomeración de las partículas más pequeñas en partículas más grandes, o flóculos, que pueden rápidamente separarse del agua, por ejemplo mediante sedimentación o filtración. En el caso de que se formen flóculos visibles, el tamaño del floculo de la partícula promedio formada puede clasificarse versus la prueba patrón. Pueden también notarse otros factores tales como claridad del agua entre partículas de flóculos, forma del floculo, estrechez, etc., para una comparación. Todas las pruebas de jara deben probarse con el patrón utilizando un programa de coagulación de corriente de planta. Esto permite un ajuste de los parámetros de prueba para correlacionarse con el desempeño a escala industrial. La dosificación real en uso en la planta en el momento de las pruebas se establece como la prueba patrón de dosificación para la serie de pruebas y la turbiedad del sobre-flujo del clarificador (o color, etc.) es la prueba patrón de desempeño . Los parámetros de la prueba de jara pueden variar en base a la aplicación y caracteristicas de tratamiento de las muestras a probarse. De acuerdo con lo anterior, los métodos alternativos pueden emplear una mezcla rápida más duradera de 1 a 5 minutos y una mezcla lenta de 2-10 minutos con o sin una etapa de sedimentación. Por ejemplo, si se agrega alumbre a la toma y viaja una larga distancia, . entonces la mezcla rápida será más duradera que si se agrega alumbre solo 20 pies antes del clarificador. Una planta que se encuentre hidrológicamente sobrecargada necesitará una mezcla lenta más corta que la mezcla lenta. Estos factores varían en base a la experiencia del personal de tratamiento. Para este ejemplo 1, se realizó la prueba de jarra en agua del Río Mississippi utilizando 30 ppm de una solución de sulfato férrico al 50 por ciento de peso y aumentando el coagulante de sulfato férrico con un coagulante de poli (cloruro de dialildimetilamonio) ("poliDADMAC") indicado por fluoresceína. El polímero poliDADMAC es un polimero de 20 por ciento por peso aproximadamente y fluoresceina de 0.19 por ciento por peso siendo el resto una solución salina de aproximadamente uno por ciento por peso. La concentración de la solución poliDADMAC se lista en la Tabla 1 en ppm sobre una base de peso/peso ("p/p") . Las métricas de desempeño son la turbiedad en NTU y la fluorescencia en la fluoresceína detectada en ppb (p/p) de fluoresceína en el filtrado. El Fluorómetro es un Modelo F-4500 de Hitachi y la calibración se lleva a cabo utilizando fluoresceína en agua desionizada. Se utiliza un turbidimetro portátil Hach Modelo 2100P para las mediciones NTU. Los resultados se resumen en la Tabla 1.

Tabla 1 En la Tabla 1, la última columna es la extinción de fluorescencia que se calcula analíticamente como el inverso de la fluorescencia. Por lo tanto la extinción de fluorescencia tiene unidades de ppb"1. Nótese que las unidades de fluorescencia pueden ser arbitrarias y para los propósitos de la invención, se requiere únicamente la intensidad de la fluorescencia relativa. Ejemplo 2 La prueba se lleva a cabo también en el campo de acuerdo al método del Ejemplo 1 utilizando el turbidimetro Hach 2100P en el agua del Río Mississippi que se ha tratado previamente para el retiro de la turbiedad dando como resultado una turbiedad de aproximadamente 1 NTU. Los datos de fluorescencia se obtienen utilizando un fluorómetro TRASAR 8000 de Nalco Company, Naperville, II. El TRASAR 8000 requiere una fluoresceína agregada de corrección a cero siendo la corrección una resta de 0.06 ppb de fluoresceina .

Esta corrección se atribuye a una óptica menos precisa versus el Hitachi de grado de investigación. El poliDADMAC es el agente de tratamiento. La mezcla rápida es de 30 segundos, la mezcla lenta es de tres minutos y el tiempo de sedimentación es de cinco minutos. La Intensidad de Fluorescencia, ppb es sin la corrección de fondo de fluoresceína de 0.06 ppb, aunque la Extinción de Fluorescencia Corregida es el inverso de la Intensidad de Fluorescencia corregida, por lo tanto tienen unidades de ppb" x. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2 Nótese que en la Tabla 2, se restaron 0.006 ppb para corregir la fluorescencia. Ejemplo 3 El agua natural de superficie de un lago en Montana, E.U.A., se trató con un programa auxiliar de filtro dual utilizando una solución de sulfato férrico y poliDADMAC, como se resume en la Tabla 3. La mezcla rápida es de dos minutos, la mezcla lenta es de diez minutos y sin tiempo de sedimentación y se resta la corrección de fluoresceina de 0.057 ppb de la intensidad de fluorescencia medida. Los resultados se resumen en la Tabla 3.

Tabla 3 Nótese que en la Tabla 3, se restaron 0.057 ppb para corregir la fluorescencia. Como se muestra en la Tabla 4, el análisis de regresión no ponderado de los diagramas Stern-Volmer para los datos anteriores tienen Validez-de-ajuste' (r2) de aproximadamente 90% para los datos de campo y 99% para los datos de laboratorio. Los datos que utilizan el Fluorómetro de grado de investigación Hitachi tienen presumiblemente un ajuste más alto debido a las mediciones de fluorescencia más exactas detectándose significadamente menor luz de fondo.

Tabla 4 Estos datos sugieren que la constante de la tasa de extinción de fluorescencia multiplicada por la concentración del extintor de fluorescencia varía con el agua a tratarse. Esta variabilidad con respecto al agua probada sugiere que la extinción de fluorescencia puede relacionarse con la tratabilidad del agua de tal manera que puede utilizarse ventajosamente la extinción de fluorescencia como un parámetro de tratamiento del agua. Ejemplo 4 Para este Ejemplo, se realizó la prueba de jarra en agua del Rio Mississippi utilizando un coagulante de poli (cloruro de dialildimetilamonio) ("poliDADMAC") de acuerdo con el método del Ejemplo 1. El poliDADMAC es un polimero de aproximadamente 20 por ciento por peso 20 siendo el resto una solución salina de aproximadamente uno por ciento por peso. La concentración de la solución poliDADMAC se lista en la Tabla 5 en ppm sobre una base peso/peso ("p/p") . Las métricas de desempeño son la turbiedad en NTU y la fluorescencia de fluoresceina detectada en ppb (p/p) de fluoresceína en el filtrado. El Fluorómetro es un Hitachi Modelo F-4500 y la calibración se lleva a cabo utilizando fluoresceína en agua desionizada. Se utiliza un turbidimetro portátil Hach Modelo 2100P para las mediciones NTU. Los resultados se resumen en la Tabla 5.

La dosificación óptima del polímero, utilizando estas pruebas de jarra de baja-resolución, se encontraron ser de aproximadamente 1.0 ppm de poliDADMAC (agua más clara con la turbiedad más baja, Tabla 5) . A medida que se incrementa la dosificación de polimero sobre la óptima (1 ppm en este caso particular) la turbiedad del filtrado se incrementa nuevamente, i.e., la calidad del agua de filtrado disminuye (Tabla 5) . De manera simultánea, la intensidad de fluorescencia del agua de filtrado se incrementa rápidamente de manera desproporcional (Ver Figura 1). Esto ocurre debido a que el polímero sobredosificado para hacia el lado del filtrado mejorando la intensidad de la fluorescencia. Entre más polimero en el filtrado es mayor el mejoramiento de la fluorescencia. Las cantidades pequeñas de polímero (e.g., 0.5 ppm de poliDADMAC como un producto activo al 20%) aumenta significadamente la intensidad de la fluorescencia de la fluoresceína (Figura 1). Esta fluorescencia mejorada puede utilizarse para indicar la presencia de un exceso de polímeros residuales. Ejemplo 5 Se condujo un experimento de campo en una planta petroquímica en el Sur de los E.U.. La planta toma agua del Río Mississippi y utiliza un ablandador de cal viva para clarificación. El agua se ajusta entonces a pH 7 y se clora con blanqueador. Después, se calienta el agua de alimentación a 78 °F en un termopermutador de placa. Típicamente se observa al oxidante residual de alimentación de 0.4-0.6 ppm corriente abajo del termopermutador. Se agrega el polímero indicado como auxiliar de filtro arriba del filtro multi-medios . Se prepara al mezclar 99.77% de PoliDADMAC y 0.23% de fluoresceina por peso. Se trata el agua proveniente del termopermutador con poliDADMAC indicado y se bombea a través de un mezclador estático y hacia tres filtros multimedia corriente abajo. Se alimenta el auxiliar de filtro polimérico utilizando una bomba de 24-gpd Serie E+Pulsafeeder (modelo LPB4MA-VTC1-XXX) con un control 4-20 mA. Después de un retraso de 25 minutos, se mide la fluorescencia del filtrado utilizando un fluorómetro Trasar 340 (Nalco Company parte #TSR341) y un controlador VersaTrak PLC (Sixnet, Clifton Park, NY, parte # VT-A3-422-44P) . El tiempo de residencia de los filtros multimedia es de aproximadamente 25 minutos, lo cual es el tiempo que le toma a un cambio muy pequeño para propagarse a través del sistema . Un "Monitor de Partículas" de Chemtrac Systems Inc. (Nalco Company parte # 041-PM25011.88 ) mide el "índice de Partículas" como un indicador del contenido de partículas/contaminantes en el filtrado. Este sistema puede utilizarse para monitorear la calidad de los sistemas de sólidos bajos, turbiedad baja. Entre mayor sea el índice de Partícula mayor es el contenido de partículas/contaminantes en el filtrado. La exactitud de Detección es como sigue. Monitor de Partículas: la desviación estándar de la lectura es de aproximadamente el 15% del promedio. Cambiando la dosificación del polimero es muy clara la tendencia de los datos del índice de Partículas. Prueba de campo: la desviación estándar de la lectura es de aproximadamente 10% del promedio. La exactitud puede mejorarse adicionalmente al incrementar la concentración de fluoresceina en el producto. La dosificación óptima del polimero de poliDADMAC al afluente del filtro de multimedia se encuentra entre 0.5-0.7 ppm. En este rango el monitor de partículas tiene la lectura más baja (Ver Figura 2), lo cual significa que una cantidad mínima de partículas/contaminantes se encuentra presente en el filtrado. Más abajo de esta dosificación de polimero, se escapan más coloides con el filtrado y arriba de esta dosificación ocurre el paso del polímero, ambos de los cuales incrementan la lectura del monitor de partículas. Similar a la observación en la Tabla 1, la Figura 2 muestra que justo más allá de la dosificación óptima, ocurre un aumento no proporcional en la intensidad de la fluorescencia del filtrado. Este aumento se debe al exceso de polimero indicado en el filtrado, justo como se observó en los resultados de pruebas de jarra. Este agudo aumento en la fluorescencia es estadísticamente >97% significativo y es un fuerte indicador del nivel de dosificación óptima del polímero indicado. La Figura 3 es un diagrama de la pendiente de la curva de fluorescencia en la Figura 2. Alrededor de la dosificación óptima de polimero indicado la pendiente de fluorescencia es 7 veces mayor que las condiciones de sobredosis y de dosis baja, circundantes. Este lo hace particularmente atractivo para utilizarse como marcador para determinar una dosificación de polímero óptima. Por lo tanto, a medida que cambia la calidad del agua afluente, puede cambiarse automáticamente el valor de referencia de dosificación óptima del polimero (Ver Figura 4) . Cuando se dosifica un polímero indicado de tal manera que la fluorescencia del filtrado se encuentra en su punto de ' inflexión, los cambios en la calidad del agua dan como resultado cambios dramáticos en la fluorescencia, los cuales son fácilmente medibles y utilizables para ajustar el valor de referencia. Este método elimina la necesidad de interferencia manual para rastrear automáticamente y dosificar la cantidad óptima de polímero indicado Debe entenderse que los diversos cambios y modificaciones a las modalidades actualmente preferidas descritas en la presente serán aparentes para los expertos en la técnica. Tales cambios y modificaciones pueden hacerse sin apartarse del espíritu alcance de la presente invención y sin disminuir sus ventajas concomitantes. Por lo tanto se pretende que tales cambios y modificaciones se cubran por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (18)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método para monitorear un agente residual de tratamiento y determinar la dosificación óptima de agente de tratamiento en aguas residuales tratada con el agente de tratamiento caracterizado por que comprende de manera secuencial : i) agregar una primera dosis del agente de tratamiento indicado o marcado con un indicador fluorescente a las aguas residuales, ii) medir la intensidad de fluorescencia de las aguas residuales, iii) agregar una segunda dosis del agente de tratamiento indicado o marcado con el indicador fluorescente a las aguas residuales, iv) medir la intensidad de fluorescencia de las aguas residuales; y v-a) correlacionar el cambio en la intensidad de fluorescencia medida de las aguas residuales en la primera y segunda dosis de agente de tratamiento a la concentración residual de agente de tratamiento; o v-b) correlacionar el cambio en la intensidad de fluorescencia medida de las aguas residuales en la primera y segunda dosis de agente de tratamiento con un cambio no proporcional en la intensidad de fluorescencia medida, en donde el cambio no proporcional en la intensidad de fluorescencia medida de las aguas residuales a la primera y segunda dosis de agente de tratamiento, se utiliza para determinar un valor de referencia correspondiente a la dosificación óptima de agente de tratamiento.
2. 2. El método de la reivindicación 1 caracterizado por que la concentración residual del agente de tratamiento se correlaciona con el cambio en la intensidad de fluorescencia medida de las aguas residuales en las dosis de agente de tratamiento respectivas utilizando una función de la diferencia entre las moléculas de indicador fluorescente agregado a las aguas residuales y las moléculas de indicador fluorescente detectadas en las aguas residuales.
3. 3. El método de la reivindicación 1 caracterizado por que la concentración residual del agente de tratamiento se correlaciona con el cambio en la intensidad de fluorescencia medida de las aguas residuales en las dosis de agente de tratamiento respectivas utilizando una función de la diferencia entre la extinción de fluorescencia esperada y la extinción de fluorescencia detectada.
4. 4. El método de la reivindicación 1 caracterizado por que la concentración residual del agente de tratamiento se correlaciona con la dosificación del agente de tratamiento .
5. 5. El método de la reivindicación 1 caracterizado por que la concentración residual del agente de tratamiento se utiliza para determinar un limite superior de dosificación de agente de tratamiento.
6. 6. El método de la reivindicación 5 caracterizado por que la dosificación de agente de tratamiento se mantiene automáticamente por abajo del limite superior.
7. 7. El método de la reivindicación 1 caracterizado por que se cambia automáticamente el valor de referencia para responder de las fluctuaciones en la calidad de las aguas residuales .
8. 8. El método de la reivindicación 2 caracterizado por que la dosificación del agente de tratamiento se mantiene automáticamente en el valor de referencia.
9. 9. El método de la reivindicación 1 caracterizado por que el agente de tratamiento se marca con un indicador fluorescente.
10. 10. El método de la reivindicación 1 caracterizado por que el agente de tratamiento se indica con un indicador fluorescente .
11. 11. El método de la reivindicación 1 caracterizado por que el proceso de tratamiento de agua es un proceso de separación sólido-líquido.
12. 12. El método de la reivindicación 11 caracterizado por que el proceso de separación sólido-liquido comprende el tratamiento del agua con uno o más coagulantes o floculantes, o una combinación de los mismos, para formar una mezcla de agua y sólidos coagulados y floculados y la separación de los sólidos coagulados y floculados del agua.
13. 13. El método de la reivindicación 12 caracterizado por que el proceso de separación sólido-liquido es un proceso de separación por membrana en donde los sólidos coagulados y floculados se separan del agua mediante filtración a través de una membrana.
14. 14. El método de la reivindicación 13 caracterizado por que el proceso de separación por membrana, es un programa de pre-tratamiento de osmosis inversa en donde se trata el agua con uno o más auxiliares de filtro para formar una mezcla de sólidos coagulados y floculados y al menos una porción de los sólidos coagulados y floculados se retiran del agua antes de la filtración del agua a través de una membrana de osmosis inversa.
15. 15. El método de la reivindicación 13 caracterizado por que la porción de sólidos coagulados y floculados se retira del agua mediante filtración a través de un filtro de medios.
16. 16. El método de la reivindicación 13 caracterizado por que el auxiliar de filtro es uno o más coagulantes seleccionados de alumbre, cloruro de polialuminio, cloruro férrico, sulfato férrico, poli (cloruro de dialildimetílamonio) y Epi-DMA.
17. 17. El método de la reivindicación 13 caracterizado por que el indicador fluorescente se selecciona a partir de fluoresceína, rodamina B y rodamina WT .
18. 18. El método de la reivindicación 13 caracterizado por que el auxiliar de filtro marcado con un indicador fluorescente es poli (cloruro de dialildimetilamonio) marcado con luminol, rodamina o fluoresceína .