METODOS PARA TRATAR AGUA UTILIZANDO COMBINACIONES DE DIOXIDO DE CLORO, CLORO Y AMONIACO
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
La presente invención se refiere al tratamiento de agua potable y en particular al uso de dióxido de cloro, cloro, amoníaco y mezcla de los mismos en diferentes etapas de los procedimientos de tratamiento de agua potable utilizados actualmente. El cloro, dióxido de cloro, ozono y monocloramina son los desinfectantes químicos más comúnmente utilizados en el tratamiento de agua potable. El hipoclorito de sodio es en algunas veces utilizado en lugar del gas de cloro para producir esencialmente el mismo efecto químico en el agua potable que el cloro. La monocloramina (NH2CI) es creada mezclando cloro y amoníaco, normalmente mediante inyección de cloro en el agua que contiene una cantidad en exceso de amoníaco, (es decir, más de dos moles de amoníaco por mol de cloro inyectado). Además de lo anterior, otros químicos tales como el permanganato de potasio también sirven como oxidante en el agua potable. Los oxidantes pueden ayudar en la remoción de metales disueltos y a la destrucción de algunos compuestos orgánicos problemáticos. En una planta de agua potable típica, el agua natural es conducida desde un lago, reserva, río, chorro, acuífero subterráneo u otro caudal de agua. Los diversos químicos son agregados al agua natural para oxidar los contaminantes, lograr la desinfección y/o mejorar la remoción de sólidos durante los pasos subsecuentes del procedimiento. Entonces el agua se sujeta a varios pasos de remoción de sólidos, los cuales normalmente incluyen coagulación, sedimentación y filtración. La remoción de sólidos puede alternativamente ser lograda a través de otros procedimientos tales como, disolución de flotación por aire, separación de membrana u otros. A continuación de la remoción de sólidos, el agua normalmente fluye hacia una instalación de almacenaje de agua terminada y posteriormente, hacia el sistema de distribución. La efectividad de desinfección en el agua potable es una función de la concentración del desinfectante multiplicado por el tiempo que el desinfectante está en contacto con patógenos. Una medida común del nivel de desinfectante es la expresión CxT (concentración multiplicada por tiempo de contacto). Debido a que la concentración de un desinfectante disminuye conforme a éste reacciona con los contaminantes en el agua y el grado de desinfección en una relación determinada de tiempo de contacto es multiplicado por la concentración (CxT), que es una función de diversas variables tales como la temperatura y el pH, existen reglas complejas para calcular el CxT. Existen directrices y regulaciones que rigen qué niveles de CxT son requeridos para que el agua potable sea segura. Cada desinfectante tiene diferentes directrices del CxT requerido para lograr ciertos niveles de desinfección para cada tipo de patógeno, (por ejemplo, virus, bacteria, parásitos enquistados). Históricamente, las plantas de tratamiento de agua potable han utilizado cloro como un oxidante y desinfectante. Sin embargo, el cloro reacciona con compuestos orgánicos en el agua para producir derivados de halógeno, tales como, trihalometanos (THM's) y ácidos haloacéticos (HAA's). Existe evidencia creciente para mostrar que estos compuestos son cancerígenos. También existen evidencias crecientes para mostrar que estos compuestos producen un número de problemas de salud diferentes, tal como un incremento en el índice de abortos entre las mujeres embarazadas. Las regulaciones gubernamentales continúan disminuyendo el nivel máximo permitido de estos componentes en el agua potable. El dióxido de cloro no produce THM's o HAA's cuando es utilizado en el tratamiento de agua potable. Debido a que el dióxido de cloro no clorina, más bien oxida el material a través de un mecanismo de transferencia de electrones, cuando es agregado al agua' natural con el propósito de oxidación y/o desinfección, no produce derivados de halogenados regulados. Comparado con el cloro libre, la cloramina tiene un potencial de oxidación menor. Debido a que las cloraminas no reaccionan tan rápidamente con material orgánico como el cloro libre, la cantidad de derivados halogenados producidos es significativamente baja. El ozono no produce THM's o HAA's, pero puede producir derivados problemáticos tales como, sal de bromo, dependiendo de la composición de agua y ozono con frecuencia es de uso más costoso que el de otros oxidantes.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION
El cloro, dióxido de cloro y amoníaco, como gases o soluciones acuosas, pueden ser utilizados en diversas combinaciones en el procedimiento de tratamiento de agua potable. El dióxido de cloro puede ser utilizado como un oxidante y como un desinfectante. Para cualquier propósito, en las primeras o últimas etapas del procedimiento de tratamiento de agua. El dióxido de cloro utilizado para el tratamiento de agua potable, normalmente es producido haciendo reaccionar cloro y cloruro de sodio, como lo enseña la Patente de E.U.A. 5,1 10,580. El dióxido de cloro puede ser producido a un menor costo a través de otros procedimientos tales como, acidificación de clorato de sodio (NaCI03). Sin embargo, este dióxido de cloro es producido como una mezcla con cloro. En la técnica anterior, era necesario separar el cloro del dióxido de cloro y reciclar el cloro utilizando los pasos del procedimiento complejo y caro, es decir, mediante el Procedimiento Day-Kesting que se describe en la Enciclopedia de Química Industrial de Ullman, 5ta. edición, 1986, Wersheim, Nueva York, N.Y. El cloro, dióxido de cloro, y monocloramina son utilizados de diversas formas para oxidar los contaminantes y para desinfectar el agua potable. El dióxido de cloro y la cloramina son utilizados de manera individual en agua potable, más no son inyectados juntos. Normalmente, el dióxido de cloro es inyectado al principio del procedimiento de tratamiento, mientras que la cloramina es formada cerca del final del procedimiento de tratamiento. La presente invención tiene como médula utilizar un chorro mezclado de cloro y dióxido de cloro, en algunas ocasiones con amoníaco, para desinfectar y pre-oxidar agua potable, mientras que minimiza la producción de THM's y HAA's. Los tres componentes pueden ser introducidos juntos en el agua natural. El dióxido de cloro proporciona una desinfección rápida y, en la aplicación típica, es consumido rápidamente. El cloro y el amoníaco se combinan para formar monocloramina, la cual proporciona una desinfección más lenta pero de mayor duración y que persistirá en el agua a través del procedimiento dentro del sitio de almacenaje y la distribución del agua limpia o potable. Por lo tanto, en su aspecto más amplio, la presente invención es un método para tratar agua para producir monocloramina residual y CI02 en dicha agua que comprende los pasos de; inyectar una mezcla de cloro y dióxido de cloro en el agua junto con amoníaco, en donde dicho amoníaco está presente en una cantidad para producir residuos de monocloramina residual substancialmente sin cloro en el agua. En otro aspecto, la presente invención es un método para tratar agua conforme ésta emerge de una fuente a una instalación de almacenaje o distribución que comprende los pasos de: inyectar una mezcla de cloro y dióxido de cloro en el agua en una ubicación entre la fuente y la instalación de almacenaje o distribución; e inyectar amoníaco en el agua, en una de las corrientes, ascendente o descendente, del lugar en donde el cloro y el dióxido de cloro son inyectados en el agua, en donde el amoníaco es inyectado en una cantidad para reaccionar substancialmente con el cloro, en donde el agua en la instalación de almacenaje o distribución, contiene dióxido de cloro, monocloramina y una cantidad insignificante de cloro. Por consiguiente, todavía otro aspecto de la presente invención, es un método para tratar agua utilizando un chorro que contiene cloro y dióxido de cloro que comprende los pasos de separar el cloro del dióxido de cloro para producir un chorro de cloro y un chorro de dióxido de cloro; utilizar el dióxido de cloro para pre-oxidar un chorro de agua natural antes de los pasos subsecuentes de remoción de sólidos; y utilizar el cloro para desinfectar el agua después de que algunos sólidos han sido removidos del agua, pero antes de ser almacenada para su distribución. Debido a que el dióxido de cloro se descompone a la luz del sol, la aplicación del dióxido de cloro en la entrada de la tubería principal de agua natural, puede proporcionar en algunas ocasiones un gran depósito oscuro bien mezclado (la tubería principal de agua natural), en donde el dióxido de cloro puede reaccionar de manera efectiva con los contaminantes. En un aspecto adicional, la presente invención es un método para tratar y desinfectar agua natural, que comprende los pasos de introducir una mezcla de cloro, dióxido de cloro y amoníaco excedente en el agua natural para proporcionar desinfección del agua mediante dióxido de cloro y la creación de monocloramina mediante la reacción de cloro y amoníaco, pasando el agua natural a través de pasos de tratamiento adicionales, en donde los sólidos son removidos, por lo cual, los residuos de dióxido de cloro son consumidos antes de la filtración; y recolectar un agua potable terminada que contiene residuos de monocloramina para proporcionar desinfección de residuos del agua terminada En algunas situaciones, no es económico desinfectar agua natural utilizando dióxido de cloro debido a que los niveles altos de contaminantes en el agua natural consumen demasiado dióxido de cloro antes de que sea alcanzado el atributo CxT adecuado. Se necesita alguna desinfección en todas las partes de la planta para suprimir el crecimiento biológico en filtros de la cuenca. En estos casos, el cloro y el amoníaco pueden ser alimentados en el agua natural. La cloramina resultante se mantiene durante el procedimiento de la planta en su totalidad y sirve para suprimir el crecimiento biológico, sin producir THM's y HAA's. Las cantidades substanciales de contaminantes son removidas durante los pasos de remoción de sólidos, después de lo cual, puede ser aplicada una dosis relativamente más pequeña de dióxido de cloro al agua filtrada para lograr la desinfección. Esto puede o no realizarse en conjunto con la alimentación de una dosis relativamente pequeña de dióxido de cloro en el agua natural para remover metales, y ayuda a la coagulación/sedimentación.
Aún otro aspecto adicional, la presente invención es un método para tratar agua natural contaminada que comprende los pasos de a) introducir cloro y amoníaco en el agua natural para producir residuos de monocloramina, los cuales suprimen el crecimiento biológico en el agua conforme ésta continua a través de pasos subsecuentes del procedimiento; b) pasar el agua del paso a) a través de procedimientos de remoción de sólidos; y c) tratar el agua después de la remoción de sólidos y antes del sitio de almacenaje con uno de entre dióxido de cloro, una mezcla de dióxido de cloro y cloro, o una mezcla de dióxido de cloro, cloro y amoníaco para la desinfección. Todavía en otro aspecto, la presente invención es un método para tratar agua natural utilizando chorros de dióxido de cloro, cloro y amoníaco que comprende los pasos de a) introducir dióxido de cloro en el agua natural en una tubería principal de agua natural; b) someter el agua natural que contiene dióxido de cloro a los procedimientos de remoción de sólidos; c) introducir dióxido de cloro adicional en el agua conforme ésta es extraída del procedimiento de remoción de sólidos y conducida al sitio de almacenaje de agua terminada; y d) introducir cloro y amoníaco en el agua extraída del sitio de almacenaje para su distribución a los usuarios para proporcionar monocloramina en el agua mediante la reacción de cloro y amoníaco.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 , es una representación esquemática de un procedimiento típico de purificación de agua potable. La Figura 2, es un dibujo esquemático de una planta de purificación de agua típica que utiliza un esquema de cloración total. La Figura 3, es una representación esquemática de un procedimiento básico de acuerdo con la presente invención. La Figura 4, es una representación esquemática de aplicación de los procedimientos de la presente invención en un procedimiento de tratamiento de agua. La Figura 5, es una representación esquemática de un procedimiento de acuerdo con la presente invención utilizando pre-oxidación de dióxido de cloro y desinfección por cloro. La Figura 5a, es una representación esquemática de un método alternativo utilizando un chorro mezclado de cloro/dióxido de cloro en el procedimiento de la Figura 5. La Figura 5b, es una representación esquemática de un método alternativo de un tratamiento adicional del chorro mezclado diluido de dióxido de cloro y cloro en el procedimiento de la Figura 5. La Figura 6, es una representación esquemática de un procedimiento de acuerdo con la presente invención que utiliza una combinación de dióxido de cloro y monocloramina para la desinfección y oxidación totales. La Figura 7, es una representación esquemática de un procedimiento de acuerdo con la presente invención que utiliza desinfección de dióxido de cloro/monocloramina combinados con oxidación e impulsor de desinfección en el sitio de almacenaje de agua terminada. La Figura 8, es una representación esquemática de un procedimiento de conformidad con la presente invención que utiliza pre-oxidación de dióxido de cloro y desinfección con monocloramina como un desinfectante de residuos.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION
Un procedimiento de purificación de agua potable convencional mostrado con el número 100 en la Figura 1 , involucra una fuente de agua 102, la cual puede ser un lago, un río, una reserva, un acuífero u otro caudal de agua. El agua de la fuente 1 12 ingresa a una estructura de captación 114. Dependiendo de la elevación relativa de la fuente del agua 1 2 y las instalaciones de tratamiento, el agua fluye por gravedad o es bombeada a través de una tubería principal de agua natural 1 16 a un tanque de mezcla rápida 1 18, en donde son agregados químicos tales como ajustadores de pH, coagulantes y desinfectantes. Posteriormente el agua fluye a través de un conducto adecuado 120 en un aparato de floculación y sedimentación 122, en donde la mezcla lenta produce la coagulación y asentamiento de los sólidos en el fondo del tanque, en donde éstos son removidos como se muestra con la flecha 124. En algunas plantas, los sólidos coagulados son removidos a través de otros procedimientos tales como la disolución de flotación por aire. El agua asentada entonces fluye a través de un conducto adecuado 126 dentro de un sistema de filtro 128 en donde ésta es pasada a través de camas de arena, antracita molida u otros materiales granulares. En algunas plantas la filtración se logra forzando el agua bajo presión a través de membranas. Los sólidos finos suspendidos son removidos mediante el filtro. Cuando el filtro se llena con partículas sólidas, éste es lavado al revés para remover los sólidos como se muestra con la flecha 130. El agua limpia proveniente del paso de filtración 128 entonces es desplazada mediante el conducto adecuado 132 a un depósito de agua terminada o instalación de almacenaje 134. El agua puede ser extraída del sitio de almacenaje de agua terminada 134 e introducida dentro del sistema de tuberías de distribución, el cual incluye una tubería primaría 136, tuberías secundaria 138 y lateral 140 para su introducción a las casas o negocios de los usuarios individuales. Existe un gran número de variaciones en el procedimiento básico utilizadas para el tratamiento de agua potable. En muchas la aplicación de cloro y dióxido de cloro interactúan en formas sinergísticas para lograr la desinfección del agua. Como el dióxido de cloro reacciona con contaminantes, forma iones de cloruro y Cl" (CIO"2). Normalmente, la cantidad de ion de cloruro producida es igual a aproximadamente del 50 al 70% del peso de dióxido de cloro. En la presencia de cloro, el cloruro es convertido nuevamente a dióxido de cloro. Por consiguiente, el dióxido de cloro es regenerado. En el sistema de distribución, la regeneración de dióxido de cloro puede producir cantidades diminutas de dióxido de cloro que serán liberadas dentro de las casas cuando el agua esta corriendo. Normalmente, esto no es un problema. Sin embargo, en la presencia de alfombras nuevas, pintura nueva u otras fuentes de compuestos orgánicos volátiles (VOC's), la interacción de dióxido de cloro y VOC's producen un olor muy fuerte e inaceptable. La reacción que produce el olor está bien documentado, pero no bien comprendido. Por consiguiente, el nivel de cloruro que ingresa al sistema de distribución debe ser mantenido debajo de un nivel bajo (por ejemplo, 0.2 mg.), si es utilizado cloro como desinfectante de residuos en el sistema de distribución. En tal caso, el nivel máximo aceptable de ion de cloruro que ingresa al sistema de distribución, es una función de muchas variables, tales como química del agua, temperatura, y tiempo de retención en el sistema de distribución. Debido a que el dióxido de cloro reacciona muy rápido con los contaminantes en el agua, los residuos de dióxido de cloro en el agua terminada que salen de la planta de tratamiento de agua, normalmente está debajo del nivel problemático. Sin embargo, si el cloro es utilizado para una desinfección de residuos, el cloro puede reaccionar con iones de cloruro para regenerar el dióxido de cloro en el agua terminada mucho después de que el agua sale de la planta. Hay dos soluciones para este problema. Estas son: 1. Remover el ion de cloruro después que el dióxido de cloro ha cumplido su función. Esta es tecnología establecida, y puede ser necesaria si son requeridas altas dosis de dióxido de cloro, lo cual produce niveles de cloruro por encima del límite reglamentado de 1ppm. 2. Se utiliza monocloramina para desinfección de residuos. La monocloramina no reacciona con el ion de cloruro para regenerar el dióxido de cloro en el sistema de distribución. Aunque la monocloramina es un desinfectante más débil que el cloro, en algunas ocasiones, la monocloramina es preferida en comparación con el cloro para la desinfección de residuos en el sistema de distribución. Esto es especialmente cierto en áreas del país, en donde hay tuberías de distribución muy largas. La monocloramina se disipa mucho más lentamente que el cloro y mantiene una desinfección de residuos más confiable en los sistemas de distribución con tiempos de retención largos. En algunos tipos de agua, el cloro reacciona con compuestos tales como fenoles para producir compuestos dañinos y de mal olor. La monocloramina y el dióxido de cloro no producen estos olores. También, la monocloramina reacciona mucho más lentamente con material orgánico de lo que lo hace el cloro reduciendo de esta manera la producción de THM's y HAA. La Figura 2, es una representación esquemática de una aproximación típica para la oxidación y la desinfección en una planta de desinfección de agua típica. Si la entrada de agua contiene ciertas clases de contaminantes, se puede requerir la pre-oxidación para lograrlo. El cloro como se muestra con la flecha 150 puede ser Introducido dentro de la tubería principal de agua natural o como se muestra con la flecha 152 dentro del tanque de mezcla rápida 118, el cloro también puede ser inyectado en agua asentada antes de los filtros como es mostrado con la flecha 154 para evitar el crecimiento biológico en los filtros. Cualquier combinación de estos puntos de inyección es posible. El cloro como es mostrado por la flecha 156, puede ser inyectado conforme fluye el agua dentro de la instalación de almacenaje de agua terminada 134. El cloro introducido en el agua terminada proporciona desinfección agregada y estimula que el cloro residual sea transportado en el sistema de distribución 136, 138, 140. Si se desea, el amoníaco puede ser agregado antes de la distribución en la tubería principal 136, si se desea que la monodoramina en el agua sea distribuida a los usuarios. Las cantidades de THM's y HAA's formadas durante la cloración es una función del tipo y concentración de precursores orgánicos en agua tratada, así como la concentración de cloro y el tiempo de reacción disponible. Debido a la preocupación acerca de los THN's y HAA's, muchas plantas no tendrán la capacidad de utilizar cloro en el agua natural en el futuro y mucha de ellas no tendrán la capacidad de utilizarlo en las últimas etapas del tratamiento. Por consiguiente, en la mayoría de las plantas deben ser diseñados nuevos métodos de tratamiento. En su aspecto más amplio, la presente invención es un procedimiento para tratar agua natural como se muestra de manera esquemática en la Figura 1. En la Figura 1 , el cuadro 10 representa una cantidad de agua natural. El agua natural es tratada introduciendo cloro 12 y dióxido de cloro 14 al agua 10, junto con una cantidad de amoníaco para hacer reaccionar con el cloro para producir residuos de monocloramina sin dejar más de una cantidad traza de cloro en el agua. El dióxido de cloro remueve los contaminantes y desinfecta el agua mientras que la monocloramina permanece como desinfectante de largo plazo del agua 10. La Figura 4, ilustra en forma esquemática el tratamiento de agua en un procedimiento continuo 20 de acuerdo con la presente invención. El procedimiento 20 toma el agua natural representada por la flecha 19 a través de una conexión de entrada o tubería principal 18, en donde es agregada una mezcla de cloro y dióxido de cloro, representada por la flecha 26 y amoníaco representado por la flecha 25. Dependiendo de los contaminantes en el agua, el agua que contiene oxidantes puede ser pasada a través de un paso opcional 21 , en donde otros químicos, tales como coagulantes, ajustadores de pH, etc., representados por la flecha 22 son introducidos en el paso 21. En lo sucesivo, el agua natural parcialmente tratada se sujetará a remoción de sólidos representada por el cuadro 23, la cual puede incluir, por ejemplo, sedimentación, filtración, disolución de flotación por aire, separación de membrana, etc. El agua que sale del paso de remoción de sólidos 23 es conducida directamente a un sistema de distribución o sitio de almacenaje representado por el cuadro 24. De acuerdo con la presente invención, el amoníaco representado por la flecha 25 y el cloro y dióxido de cloro representados por la flecha 26, pueden ser introducidos en el agua antes de ingresar al paso de remoción de sólidos 23. En gran número de casos, el tratamiento del agua natural involucrará el uso de un paso pre-oxidante, antes del paso de remoción de sólidos. En estos casos, durante este paso son introducidos el amoníaco 25 y el cloro y dióxido de cloro 26. En esta etapa, el cloro reacciona con el amoníaco para producir la monocloramina que permanecerá en el agua a través de la remoción de sólidos, sitio de almacenaje y/o distribución y el dióxido de cloro proporciona desinfección inmediata para el agua conforme esté disponible el cloro. La monocloramina proporciona cierto nivel de desinfección a través del procedimiento integral y podría ayudar a evitar el crecimiento de algas en el equipo de remoción de sólidos. De manera alternativa, el amoníaco representado por la flecha 27 y el cloro y dióxido de cloro representados por la flecha 28, pueden ser introducidos después del paso de remoción de sólidos para proporcionar los mismos efectos que se plantearon anteriormente. En algunos casos, el procedimiento puede incluir la introducción de amoníaco y cloro y dióxido de cloro, tanto antes como después del paso de remoción de sólidos. La Figura 5, es una representación esquemática de otra variación de dicho procedimiento de tratamiento de agua nuevo, de acuerdo con la presente invención, utilizado con equipo convencional para tratamiento de agua potable. En el procedimiento de la Figura 5, una mezcla de cloro y dióxido de cloro representada mediante una flecha 160 es enviada a una instalación de separación 162, la cual produce un primer chorro de dióxido de cloro con cantidades insignificantes de cloro representado por la flecha 164 y un segundo chorro de cloro representado por la línea 166. Existen procedimientos conocidos para separar el cloro del dióxido de cloro, cualquiera de los cuales puede ser utilizado de manera efectiva con la presente invención. Como se muestra en la Figura 5, el cloro 66 y el dióxido de cloro 164 son dos desinfectantes utilizados en diferentes puntos en el procedimiento de tratamiento de agua. En algunos procedimientos (plantas), (dependiendo de la química del agua) se puede utilizar el cloro sin crear THM's y HAA's por encima de los límites aceptables, si el cloro es aplicado después de que el agua ha sido parcial o totalmente tratada. Esto se debe a que algunos de los precursores de formación de THM/HAA son removidos u oxidados en el procedimiento de tratamiento. Por consiguiente, de acuerdo con la presente invención, el dióxido de cloro es introducido al principio del procedimiento y preferentemente en la tubería principal de agua natural 116 y el cloro es introducido en el agua filtrada en el conducto 132 ó en el agua asentada en el conducto 126. En el procedimiento de la Figura 5, el dióxido de cloro aplicado al agua natural logra la oxidación y alguna desinfección. El cloro aplicado al agua después de la filtración logra una desinfección adicional. Debido a que la formación de THM y HAA es una función de tiempo, en algunas ocasiones se puede aplicar el cloro antes de los filtros, en donde también suprime el crecimiento de organismos biológicos en los filtros. El tiempo de retención en los filtros es normalmente muy corto, mientras que el tiempo de retención en la floculacion y sedimentación es inherentemente largo. El cloro utiliza el tiempo de contacto con el sitio de almacenaje de agua terminada para lograr atributo CxT adicional y para lograr desinfección adicional. El amoníaco puede ser introducido como se muestra mediante la flecha 90 en el agua terminada en el conducto 136 antes de ser distribuida para producir monocloramina en el sistema de distribución con el objeto de proporcionar desinfección a largo plazo. En otro aspecto de la presente invención, alguno o todos los chorros de cloro/dióxido de cloro mezclados pueden ser convertidos a dióxido de cloro pasando un chorro mezclado a través de una cama porosa de cloruro de sodio sólido, de acuerdo con el procedimiento descrito y reivindicado en la Patente de E.U.A. 5,110,580, cuya especificación está incorporada en la presente descripción por referencia. El cloro será convertido a dióxido de cloro y el dióxido de cloro pasará a través del procedimiento sin cambios. Como se muestra en la Figura 5a, el chorro completo de cloro/dióxido de cloro 160 puede ser enviado a una unidad 163 que contiene una cama porosa de cloruro de sodio sólido, en donde el cloro es convertido en dióxido de cloro como se explicó en la Patente '580 y el dióxido de cloro pasa a través de la cama inalterada dentro del chorro de producto 165. El chorro de producto 165 que proviene del reactor 163 será substancialmente dióxido de cloro puro para inyección en el agua natural como se muestra en la Figura 5. Este procedimiento alternativo se presta por sí mismo para aquellas aplicaciones en donde existe un suministro separado de cloro disponible para ser utilizado en el tratamiento de agua después de la oxidación y desinfección parcial utilizando dióxido de cloro. En la Figura 6b, la instalación de separación de gas 162 produce un chorro 164 de dióxido de cloro que contiene cantidades insignificantes de cloro y un chorro 166 que contiene cloro. Una porción del chorro de entrada 160 de cloro y dióxido de cloro puede ser enviada a la unidad 163 que contiene cloruro de sodio, en donde es convertido a dióxido de cloro que produce un chorro de dióxido de cloro 165, el cual puede ser mezclado con el chorro 164 y es utilizado de acuerdo con el procedimiento de la Figura 5. El dióxido de cloro puede ser utilizado como un pre-oxidante para destruir parcialmente o destruir los precursores de THM/HAA. Si son destruidos los suficientes precursores, entonces el cloro puede ser aplicado sin crear niveles inaceptables de THMs ó de TAAs. De acuerdo con la presente invención, otro aspecto es producir un chorro de agua que contiene una mezcla de dióxido de cloro y monocloramina disueltos. El chorro de dióxido de cloro/monocloramina resultante es ideal para desinfección en varias plantas de tratamiento de agua. El dióxido de cloro es un desinfectante muy rápido, pero no es aceptado en algunos países como desinfectante de residuos en el sistema de distribución de agua. La monocloramina es un desinfectante muy lento, pero proporciona un residuo de larga duración. En algunas plantas de agua potable con tiempo de retención largo, la monocloramina puede ser utilizada como un desinfectante primario. Sin embargo, en la mayoría de los casos no existe suficiente tiempo de retención para que la monocloramina proporcione desinfección primaria. Una desventaja principal del uso de monocloramina como desinfectante residual es que el amoníaco excedente promueve, en algunas ocasiones, el crecimiento de organismos de nitrificación en sistemas de distribución. La investigación reciente muestra que el ión de cloruro, un derivado de desinfección de dióxido de cloro, inhibe el crecimiento de los organismos de nitrificación. Por consiguiente, el uso de dióxido de cloro en conjunto con monocloramina mitiga el problema de nitrificación asociada con los residuos de monocloramina mientras que el uso de residuos de monocloramina resuelve el problema de los olores en las casas con alfombras nuevas que puede ocurrir cuando se utiliza el dióxido de cloro en conjunto con residuos de cloro en el agua. El uso de cloro, incluso en las últimas etapas del procedimiento de purificación, puede ser incluso más limitado en el futuro conforme es disminuido el límite de THM y HAA. Haciendo referencia a la Figura 6, se muestra un procedimiento para utilizar dióxido de cloro en conjunto con cloramina en el esquema de tratamiento de agua. Una mezcla de dióxido de cloro y cloro mostrado por la flecha 192 es inyectada en el agua natural dentro de la tubería principal 116 con un exceso de amoníaco representado por la flecha 194. El cloro para el porcentaje de amoníaco debe de estar en o debajo de 5:1 en peso, dependiendo del pH del agua. Por ejemplo, en un ambiente de pH alto ocurre la siguiente reacción: NH3 + Cl2 NH2CI + HCI y en un ambiente de pH menor, la reacción prosigue de acuerdo con la siguiente ecuación: 2NH3 + Cl2 + 20H 2NH2CI + 2H20. Idealmente, el dióxido de cloro/monocloramina es inyectado tan cerca como sea posible de la entrada de agua natural, de tal manera que el volumen de la tubería de agua natural proporciona tiempo retención para el agua natural con los oxidantes y desinfectantes. En agua natural relativamente limpia con una tubería principal muy larga de agua natural, el dióxido de cloro puede proporcionar la desinfección adecuada durante el tiempo en que ésta viaja a través de la tubería principal de agua natural. Si existen residuos de dióxido de cloro en el tanque de mezcla rápida 1 18 la mayor parte de los residuos de dióxido de cloro se pueden perder, ya sea a través del desgasado de la mezcla rápida, o a través de fotolisis y reacción durante el paso subsecuente de floculación y sedimentación 122. Esto se debe a que muchas de las cuencas de floculación/sedimentación están abiertas al aire. La monocloramina presente en el agua en el procedimiento mostrado en la Figura 6 no disipa o experimenta la foto-descomposición rápida, como lo hace el dióxido de cloro. La monocloramina es transportada al resto del procedimiento y dentro del sistema de distribución 136, 138, 140, en donde ésta proporciona desinfección residual. En sistemas en los que el agua natural se encuentra más contaminada, la demanda de dióxido de cloro en el agua natural puede ser demasiado alta para permitir la desinfección económica adecuada en la tubería principal de agua natural. En estos casos, una dosis pequeña de dióxido de sodio/monocloramina puede ser agregada a la tubería principal de agua natural. El dióxido de cloro es agregado para pre-oxidación, y normalmente es consumido en su totalidad en el agua natural o antes del procedimiento de tratamiento. La monocloramina es llevada a través de la planta en donde proporciona alguna desinfección, controla el crecimiento de algas en cuencas abiertas y evita el crecimiento de organismos biológicos en los filtros. En este caso, como se muestra en la Figura 7, el dióxido de cloro y/o cloramina pueden ser agregados a la entrada del sitio de almacenaje de agua terminada 34 como se muestra con la flecha 96. debido a que el agua terminada normalmente tiene una demanda de dióxido de cloro baja, y el tiempo de retención en el sitio de almacenaje de agua terminada 134 es normalmente largo, una dosis relativamente baja de dióxido de cloro en el agua terminada puede proporcionar el CxT adecuado para desinfección primaria, si la monocloramina restante de la inyección en el agua natural no es adecuada. La monocloramina inyectada dentro del sitio de almacenaje de agua terminada será llevada en su mayoría como un residuo en el sistema de distribución. Como se muestra en la Figura 8, los chorros separados de dióxido de cloro y cloro pueden ser utilizados en el procedimiento. El dióxido de cloro representado por la flecha 200 puede ser introducido en la tubería principal de agua natural 1 6 mientras que el cloro representado por la flecha 202 puede ser introducido en el agua conforme ésta ingresa al sitio de almacenaje de agua terminada 134. Además, el cloro representado por la flecha 204 y el amoníaco representado por la flecha 206 pueden ser introducidos en la tubería principal de suministro 136 para agua terminada para crear monocloramina en el agua terminada, la cual es suministrada a los puntos de uso. Un número de plantas de agua planean hacer una transformación del uso de cloro como desinfectante a una combinación de dióxido de cloro y monocloramina desinfectante, utilizando generadores de introducción de cloro y dióxido de cloro, tales como que ofrece para su venta CDG Technologies, Inc., de Bethlehem, Pensilvania. En una planta que estaba utilizando la clorinación hasta hace poco, los residuos orgánicos c!orinados (THM) en el agua terminada eran normalmente mayores de 170 microgramos por litro, comparados con un limite de la regulación de 100 microgramos por litro. Este límite será reducido a 80 microgramos por litro durante el año 2001. Un generador de dióxido de cloro fue instalado en esta planta para oxidar agua natural en conjunto con la cloraminación tradicional, para lograr la desinfección del agua terminada. Como resultado, el THM's fue reducido debajo de 5 microgramos por litro. Los solicitantes han mostrado varios procedimientos nuevos para utilizar chorros mezclados de cloro y dióxido de cloro en conjunto con amoníaco para el tratamiento de agua potable que supera varios de los problemas relacionados con los procedimientos de la técnica anterior.
Los solicitantes pueden, mediante diversos esquemas, proporcionar agua con desinfectante de residuos que contienen derivados dañinos muy por debajo de los límites de la regulación, no promueven olor dañino o nocivo alguno y es seguro consumirlos. Habiendo descrito de esta manera la presente invención, lo que se desea sea asegurado por Cartas de Patentes de los Estados Unidos es establecido en las reivindicaciones anexas, las cuales deben ser leídas sin limitación.