MX2010010813A - Tecnologias de control microbiologico hibrido ambientalmente amigables para torres de enfriamiento. - Google Patents

Abstract

Este es un método que es un control microbiológico híbrido amigable en forma ambiental que somete un método físico a través de la filtración fina, que remueve los nutrientes, bacterias y sólidos suspendidos de los sistemas de enfriamiento de recirculación abierta. El método de control microbiológico en los sistemas de enfriamiento, en donde un fluido de recirculación contiene un biocida de oxidación o un biocida sin oxidación o una mezcla de un biocida de oxidación y un biocida sin oxidación y es pasado a través de un sistema de filtración fina originando una reducción en la materia microbiológica, los sólidos suspendidos y nutrientes.

Description

TECNOLOGIAS DE CONTROL MICROBIOLOGICO HIBRIDO AMBIENTALMENTE AMIGABLES PARA TORRES DE ENFRIAMIENTO Campo Técnico Esta invención se refiere al control microbiológico híbrido amigable, de manera ambiental, que comprende un método físico a través de la filtración fina que remueve los nutrientes, bacterias y sólidos suspendidos de los sistemas de enfriamiento de recirculación y por lo tanto, está reduciendo, de manera significante, los programas de tratamiento microbiológico químico y de consumo de biocida requeridos con anterioridad a fin de obtener niveles similares de efectividad.

Antecedentes de la Invención La separación de partículas puede ser realizada en función de la exclusión de tamaño. Partículas de gran tamaño son removidas con facilidad a través de la filtración de arena. Sin embargo, sólo los filtros con un tamaño de poro pequeño, tal como las membranas o ciertos medios granulares, pueden separar partículas coloidales, bacterias, macromoléculas , moléculas pequeñas, o incluso iones. La membrana es una barrera o protección física (capa delgada) con la capacidad de separar materiales como una función de sus propiedades físicas y químicas en la presencia de una fuerza aplicada de impulsión. Los medios granulares son formados a partir de partículas pequeñas y tienen un tamaño de poro pequeño efectivo.

Definiciones : Biocidas: Los biocidas on sustancias activas, y preparaciones que contienen una o más sustancias activas, puestas en la forma en la cual son suministradas al usuario, propuestas para destruir, refrendar, disolver sin daño, prevenir la acción, o ejercer de otro modo un efecto de control sobre cualquier organismo dañino a través de medios físicos, químicos o biológicos.

Biocidas de Oxidación: Las biocidas de oxidación son, de manera general, no selectivos, que pueden oxidar todo el material orgánico que incluye los microorganismos. Estos oxidan los componentes de celda de los organismos, la pared de celda más delgada produce organismos más vulnerables hacia los biocidas de oxidación. Debido a que los biocidas de oxidación no son selectivos, la resistencia no se desarrolla. Los ejemplos de biocidas de oxidación incluyen los halógenos, fuentes activas de oxígeno.

Biocidas sin Oxidación: A diferencia de los biocidas de oxidación, los biocidas sin oxidación son selectivos en su mecanismo de ataque de microorganismos. Estos interfieren con el metabolismo del organismo, perturban la pared de la celda o evitan la multiplicación. Para ser efectivos, son requeridas concentraciones normalmente más altas más que para los biocidas de oxidación. Los microorganismos pueden desarrollar resistencia/tolerancia cuando el biocida tiene mayor duración en uso, por lo tanto, es una buena práctica alternar los biocidas sin oxidación.

Biodispersantes y Biodetergentes : Los biodispersantes y biodetergentes son químicos activos de superficie que no presentan, de manera general, características biocidas por sí mismos, además, evitan que los microorganismos se unan en las superficies y aceleran la separación de una biopelícula a través del aflojamiento de la matriz de fango.

El Filtro Fino es una barrera física con la capacidad de separar materiales a través de sus propiedades físicas y químicas. Un filtro fino es capaz de separar partículas de los fluidos en parte o por completo del intervalo de unos cuantos mm a 0.1 nm de tamaño de partícula.

La Membrana es una barrera física con la capacidad de separar los materiales como una función de sus propiedades físicas y químicas cuando es aplicada una fuerza de impulsión a través de la membrana.

Los Medios Granulares comprenden partículas colocadas en un recipiente para así formar una barrera física con la capacidad de separar los materiales a través de sus propiedades físicas y químicas cuando los materiales son obligados a moverse a través de la barra granular. El medio granular podría ser de un tamaño o una mezcla de tamaños. Los gránulos podrían ser sílice, antracita, carbón activado u otro material inorgánico u orgánico.

En función del tamaño de poro, una persona puede distinguir las siguientes técnicas de membrana: microfiltración (MF) , ultrafiltración (UF) , nanofiltración (NF) y osmosis inversa (RO) .

La ultrafiltración (con un tamaño de poro de 0.01-0.1 µ?t?) es utilizada para retener partículas de un tamaño de unos cuantos nanómetros, mientras que la microfiltración, que emplea membranas porosas con diámetros de poro entre 0.05-10 µ?t?, es capaz de separar partículas en el intervalo de tamaño de pm.

La ultrafiltración y la microfiltración son barreras impulsadas por la presión para los sólidos y bacterias suspendidos a fin de producir agua con alta pureza. Los sólidos y solutos suspendidos de alto peso molecular son retenidos, mientras que el agua y los solutos de bajo peso molecular pasan a través de la membrana. El agua y otros componentes disueltos que pasan a través de la membrana son conocidos como el permeado. Los componentes que no pasan a través de ella, son conocidos como el concentrado. En función del Corte de Peso Molecular (MWCO) de la membrana utilizada, las macromoléculas podrían ser purificadas, separadas o concentradas en cualquier fracción.

Debido a que sólo las especies de alto peso molecular son removidas, el diferencial de presión a través de la superficie de la membrana es relativamente bajo. Por lo tanto, las bajas presiones aplicadas son suficientes para conseguir altas relaciones de flujo a partir de una membrana UH/MF. El flujo de una membrana es definido como la cantidad de permeados producidos por unidad de área de la superficie de membrana por unidad de tiempo. De manera general, el flujo es expresado como un litro por metro cuadrado por hora (L H) . Las membranas UH y MF pueden tener flujos extremadamente altos aunque en la mayoría de aplicaciones prácticas, el flujo varía entre 10 y 100 LMH a una presión de operación aproximadamente de 0.1 a 4 bar.

Los módulos de membrana UH/MF vienen en configuraciones de placa-y-bastidor, enrollados en espiral, y tubulares. La configuración seleccionada está en función del tipo y concentración de material coloidal. Para soluciones más concentradas, son utilizadas configuraciones más abiertas como de placa-y-bastidor y tubulares. En todas las configuraciones, el diseño óptimo del sistema también tiene que tomar en consideración la velocidad de flujo, la caída de presión, el consumo de energía, la incrustación biológica de la membrana y el costo de módulo.

Una variedad de materiales ha sido utilizada para las membranas UF/MF poliméricas comerciales como la polisulfona (PS), poliacrilonitrilo (PAN), poliétersulfona (PES), acetato de celulosa (CA) y fluoruro de polivinilideno (PVDF) . También las membranas inorgánicas son utilizadas como membranas de cerámica.

La ultrafiltración es el método de separación de membrana con el espectro más amplio de aplicación. Esta cada vez más es utilizada en el tratamiento de agua para beber, removiendo los patógenos y contaminantes principales tales como Giardia lamblia, Cryptosporium oocyts y grandes bacterias. Sin embargo, los componentes solubles tales como las sales y sustancias orgánicas moleculares bajas, de manera usual, no pueden ser retenidos con las membranas de ultrafiltración.

Existen varios factores gue pueden afectar el rendimiento de un sistema UH/MF. 1. Flujo a Través de la Superficie de la Membrana. La relación del permeado se incrementa con la velocidad de flujo del liquido a través de la superficie de la membrana. La velocidad de flujo, si es especialmente critica para líquidos que contienen suspensiones. Un flujo más alto también significa un consumo más alto de energía y bombas más grandes. El incremento de la velocidad de flujo también reduce la incrustación biológica de la superficie de la membrana. De manera general, una velocidad óptima de flujo se logra a través de un arreglo entre los caballos de potencia de la bomba y el incremento en la relación del permeado. 2. Presión de Operación. La relación del permeado es directamente proporcional a la presión aplicada a través de la superficie de la membrana. La mayoría de los módulos de membrana tienen un límite de presiones de operación en razón a la limitación de la resistencia física impuesta en el módulo de membrana . 3. Temperatura de Operación. Las relaciones del permeado se incrementan con el incremento de la temperatura en razón a la viscosidad reducida del líquido. Es importante conocer el efecto de la temperatura sobre el flujo de membrana con el propósito de distinguir entre una caída en el permeado en razón a una caída en la temperatura y el efecto de otros parámetros.

El proceso de microfiltración y ultrafiltración se realiza en una baja presión diferencial, haciéndolo un proceso de bajo consumo de energía y la UH/MF está removiendo los nutrientes y bacterias del agua; la posibilidad de incrustación biológica del sistema de enfriamiento es retardada, por lo tanto, se reduce el consumo de biocida.

La presente invención describe los siguientes aspectos clave: 1. Es una ventaja de la invención proporcionar una baja presión diferencial. 2. Es una' ventaja de la invención proporcionar la remoción de sedimento fino, la turbidez, TOC de materia particulada, los nutrientes que reducen el crecimiento biológico. 3. Es una ventaja de la invención proporcionar una alta eficiencia de remoción o eliminación de bacterias. 4. Se proporciona un método para la regeneración a través de la limpieza por detrás o el lavado o depuración de aire para remover la capa de incrustación biológica.

Descripción Detallada La presente invención describe un método de control microbiológico en sistemas de enfriamiento en donde en un fluido de recirculación contiene un biocida y es pasado a través de un sistema de filtración fina, en donde el fluido de recirculación podría ser desviado hacia una corriente lateral, posteriormente, es pasado a través del sistema de filtración fina.

El sistema de filtración fina de la invención contiene membranas que tienen un tamaño de poro de 5 o menos µ??, de preferencia, que tienen un tamaño de poro de 0.01 a 0.5 µp?. El sistema de filtración fina de la invención también podría contener membranas que son membranas de micro ultrafiltración . Estas membranas pueden ser regeneradas mediante la limpieza por detrás del sistema o a través del lavado o depuración del aire del sistema.

La invención reivindicada utiliza un biocida de oxidación, que se prefiere sea uno o más de los siguientes: cloro, hipoclorito, C102, bromo, ozono, peróxido de hidrógeno, ácido peracético y peroxisulfato . Además, la invención podría utilizar un biocida sin oxidación que se prefiere sea uno o más de los siguientes: glutaraldehído, dibromo-nitrilopropionamida, isotiazolona, amonio cuaternario, terbutilazina, biguanida polimérica, bistiocianato de metileno y sulfato de tetrakis hidroximetil fosfonio. La invención reivindicada también podría utilizar una mezcla de un biocida de oxidación y un biocida sin oxidación con los ejemplos preferidos enlistados con anterioridad.

EJEMPLOS Lo precedente podrá ser mejor entendido con referencia a los siguientes ejemplos, los cuales se pretende que ilustren los métodos para realizar la invención y no se pretende que limiten el alcance de la misma.

Debe entenderse que varios cambios y modificaciones a las modalidades actualmente preferidas que se describen en este documento, serán aparentes para aquellas personas expertas en la técnica. Estos cambios y modificaciones pueden ser realizados sin apartarse del espíritu y alcance de la invención y sin disminuir sus ventajas pretendidas. Por lo tanto, se pretende que estos cambios y modificaciones sean cubiertos por las reivindicaciones adjuntas.

El control microbiológico, el uso de biocida, fueron seguidos en una torre de enfriamiento piloto (PCT) en la presencia y ausencia de la filtración de membrana de método físico (ultrafiltración) la cual, en razón a la exclusión de tamaño, está removiendo la materia particulada que incluye bacterias, con un tamaño más grande de 0.01 µ??.

Dispositivo de Ultrafiltración: Un dispositivo de ultrafiltración fue rentado de la compañía Norit BV. Las características principales de la unidad y la membrana son presentadas en el apéndice. La unidad está compuesta de un tanque (con un volumen de 25 1) en donde el agua es concentrada. Un controlador de nivel controla el nivel del agua en el tanque. A partir del tanque, el 'agua es bombeada con la ayuda de una bomba POl a través de la membrana. El concentrado es pasado a través de un sistema de enfriamiento y posteriormente, es regresado al tanque de almacenamiento. El permeado es agregado al estanque de la torre enfriamiento.

Para evitar la incrustación biológica de la membrana, una mínima velocidad de flujo de 2 m/seg se corrió a través de las membranas. La abertura o el cierre de las válvulas VI y V2 ajustaron el flujo. Las válvulas VI y V2 nunca fueron cerradas por completo. Además, de acuerdo con las especificaciones del proveedor, el flujo de presión de alimentación en Pl no excedió de 1 bar (hinchado de las membranas) . Las membranas nunca se secaron después del primer uso (siempre se mantuvieron húmedas) .

La membrana de flujo transversal tenía una fibra hueca de 8 rom, de filtración de adentro hacia afuera. La unidad piloto fue inicialmente equipada con 2 módulos de membrana, cada una con un área superficial de 0.15 m2, y la superficie total de la membrana es de 0.3 m2.

Limpieza de Membrana UF para el arranque: Cuando fueron utilizadas nuevas membranas, en primer lugar, la glicerina que mantiene la membrana húmeda y el biocida fueron enjuagadas (para evitar que el COD degradable, entre en la torre enfriamiento como una fuente adicional de inundación) . El tanque 1 (véase la Figura 1) fue llenado con agua DI y fue recirculada a través de las membranas de acuerdo con las recomendaciones de los proveedores (Norit) . Después de 30 minutos, el agua fue drenada. El procedimiento es repetido al menos en tres ocasiones. Finalmente, el sistema es drenado, la válvula nr 301 es cerrada y el tanque nr 1 es llenado con agua del estanque PCT mientras el permeado es nuevamente introducido en el estanque PCT.

Pruebas de la torre de enfriamiento piloto (PCT) con sin el dispositivo de membrana: La prueba de rendimiento de tratamiento microbiológico físico/químico híbrido de agua de enfriamiento fue realizada utilizando el equipo PCT estándar de Nalco con un dispositivo de montaje. El volumen del estanque fue de 200 L. Para la linea de base, fue agregado al estanque un tanque adicional de 25 L, para simular el tanque 1 cuando fue utilizado el dispositivo UF. El tanque 1 fue calentado a temperaturas de 30 '°C en forma similar al tanque 1.

La prueba PCT fue realizada utilizando tubos de metal. Todos los tubos fueron puestos en servicio después de un desengrasado profundo, sin ninguna pasivación previa. Las muestras de material para prueba también fueron incluidas en la prueba. La prueba PCT fue iniciada sin calentamiento durante las primeras 12 horas para permitir que las reacciones iniciales de corrosión tomen un reposo. Después de esto, el calor fue aplicado como se describió en la Tabla 3. La prueba fue iniciada con agua sometida a un ciclo. El producto 3DT165 de tratamiento de enfriamiento de agua fue dosificado en función de la tecnología Nalco Trasar. La evacuación fue controlada por el 3DTrasar en función del punto de ajuste de conductividad cuando ninguna unidad de membrana estaba en uso.

Cuando la unidad UF estaba trabajando, la evacuación fue ajustada, en forma manual, utilizando una bomba y una vez por día, removiendo el concentrado del tanque 1. El volumen total de la evacuación fue equivalente a la evacuación controlada por la unidad 3DT.

La PCT fue inoculada con una bacteria cultivada (Pseudonomas) para alcanzar niveles microbiológicos aproximadamente de 105 cfu/mL. La inoculación fue realizada en el comienzo de cada prueba. Los nutrientes líquidos (el caldo de nutrientes de 4 g/L, del proveedor Oxio) fueron agregados en el sistema con una velocidad de 0.01 g/L/día, en forma continua. El control microbiano fue realizado utilizando hipobromuro. La dosis de biocida fue efectuada en función del control ORP.

La química del agua de reposición o relleno fue verificada utilizando ICP. Los parámetros relevantes del agua de enfriamiento de recirculación fueron analizados o verificados utilizando métodos de prueba de campo en una base diaria. Los siguientes parámetros fueron verificados, en forma rutinaria: el pH, la M-alcalinidad, la conductividad, el calcio y la dureza total, el orto fosfato, el nivel total de fosfato y polímero.

PCT-Ultrafiltración En el estanque PCT, fue montada la unidad UF. El agua del estanque fue agregada, de manera continua, al tanque 1 de la unidad UF. El nivel del agua en el tanque fue mantenido constante utilizando un controlador de nivel. La bomba P02 estuvo removiendo, de manera continua, un volumen de 1.4 1/h como evacuación y distribuye un concentrado de 10 1/día a partir del tanque 1. El permeado es nuevamente introducido en el estanque. El flujo de permeado fue mantenido en 20-25 1/h. Cuando el flujo de permeado cayó alrededor del 15% a partir de los valores iniciales. Fue realizado un procedimiento de limpieza.

Procedimiento de limpieza de unidad UF: La unidad UF fue limpiada durante el estudio de caso 1 todos los dias. El mismo procedimiento es seguido también para el estudio de caso 2 con la diferencia que el procedimiento de limpieza sólo fue aplicado cuando el flujo de permeado cayó por debajo del 15% a partir del flujo inicial de permeado. En primer lugar, el agua de alimentación es cerrada mientras que el permeado es introducido en el estanque de la torre de enfriamiento. Cuando el concentrado tiene un volumen aproximadamente de 10 L, el tubo de permeado es removido del estanque y es introducido en el tanque. El concentrado es removido y desechado hacia el drenaje. El tanque fue llenado con agua DI, biodetergente y biocida (hipoclorito) y fue recirculado de acuerdo con las recomendaciones de los proveedores (Norit) . El agua de permeado y el agua recirculada fueron mantenidas en el tanque. Después de 30 minutos, la bomba fue detenida y el agua es drenada. El agua DI limpia es agregada al sistema y se hace recircular a través de la membrana UF. El procedimiento es repetido al menos en tres ocasiones. Finalmente, el sistema es drenado, la válvula nr 301 es cerrada, y el tanque nr 1 es llenado con agua del estanque mientras que el permeado es nuevamente introducido en el estanque PCT.

EJEMPLO 1 ORP 260 mV EJEMPLO 2 ORP 200 mV Se hace constar que con relación a esta fecha mejor método conocido por la solicitante para llevar a práctica la citada invención, es el que resulta claro de presente descripción de la invención.

Claims (17)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones: ·

1. Un método de control microbiologico en sistemas de enfriamiento, caracterizado porque en un fluido de recirculación contiene un biocida y es pasado a través de un sistema de filtración fina.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido de recirculación es desviado hacia una corriente lateral, posteriormente, es pasado a través del sistema de filtración fina.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de filtración fina contiene membranas que tienen un tamaño de poro en 5 o menos µp?.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de filtración fina contiene membranas que tienen un tamaño de poro de 0.01 a 0.10 µp?.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de filtración fina contiene membranas que son membranas de micro ultrafiltración.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de filtración fina es limpiado por detrás para regenerar las membranas.

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de filtración fina es depurado con aire para regenerar las membranas.

8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la biocida es una biocida de oxidación.

9. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la biocida de oxidación es una o más de las siguientes: cloro, hipoclorito, CIO2, bromo, ozono, peróxido de hidrógeno, ácido peracético y peroxisulfato .

10. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la biocida es una biocida sin oxidación .

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la biocida sin oxidación es una o más de las siguientes: glutaraldehido, dibromo-nitrilopropionamida, isotiazolona, amonio cuaternario, terbutilazina, biguanida polimérica, bistiocianato de metileno y sulfato de tetrakis hidroximetil fosfonio.

12. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el biocida es una mezcla de un biocida de oxidación y un biocida sin oxidación.

13. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el biocida es un o más de los siguientes: cloro, hipoclorito, C102, bromo, ozono, peróxido de hidrógeno, biocidas basadas en oxigeno, ácido peracético, peroxisulfato, glutaraldehido, dibromo-nitrilopropionamida, isotiazolona, amonio cuaternario, terbutilazina, biguanida polimérica, bistiocianato de metileno y sulfato de tetrakis hidroximetil fosfonio.

14. Un método de control microbiológico en sistemas de enfriamiento, caracterizado porque un fluido de recirculación contiene un biocida de oxidación o un biocida sin oxidación o una mezcla de un biocida de oxidación y un biocida sin oxidación y el fluido de recirculación se pasa a través del sistema de filtración fina que contiene membranas que tienen un tamaño de poro en 5 o menos µp\.

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el sistema de filtración fina contiene membranas que son membranas de micro ultrafiltración .

16. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el sistema de filtración fina es limpiado por detrás para regenerar las membranas.

17. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el sistema de filtración fina es depurado con aire para regenerar las membranas.