CA2507176A1 - Utilisation de ethers de glycol comme biodispersants dans les systemes de chauffage et de refroidissement - Google Patents
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Abstract
Utilisation des éthers de glycol comme biodispersants dans les eaux de refroidissement (tours d'eau) et systèmes d'eau refroidie et dans les eaux de chauffage (systèmes fermés en recirculation). Les éthers de glycol préférentiellement utilisés dans cette invention sont la résultante de la réaction entre un ou des alcools avec un ou des oxydes. Les éthers de glycol utilisés sont également choisis pour être solubles dans l'eau.
Description
UTILISATION DES ETHERS DE GLYCOL COMME BIODISPERSANTS
DANS LES SYSTEMES DE CHAUFFAGE ET DE REFROIDISSEMENT
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne l'utilisation d'éther de glycol pour le contrôle de la formation de biofilms dans des systèmes d'échanges thermiques où l'eau sert de caloporteur. Ces systèmes comportent, notamment, les eaux de chauffage en recirculation dans un système de tuyauteries fermé, ainsi que les eaux de refroidissement utilisées dans les tours de refroidissement et les systèmes fermés d'eau refroidie.
DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR
La présence de biofilms est un problème majeur dans les systèmes d'échange thermique où Peau sert de fluide caloporteur. En effet, l'accumulation de quantité
considérable de film microbiologique peut nuire significativement à la libre circulation de l'eau dans les conduites, peut conduire à un échange thermique déficient et, éventuellement, à la mauvaise hygiène générale des systèmes de transfert calorifique.
Plus de précision sur ces phénomènes sont données dans le "Betz Handbook of Industriel Water Conditioning", H. L. Boyer et al., 1962, Betz Laboratories, Phila, PA.
II est également connu que des phénomènes de corrosion sont favorisés par la présence de biofilms avec les conséquences structurelles que cela comporte. II
en va de même au sujet des risques de contaminations bactériennes lorsque l'eau est utilisée pour le refroidissement dans une tour d'eau. Le cas le plus célèbre fut identifié en 1976 à Philadelphie et consacra la bactérie du légionnaire.
Plusieurs travaux ont été publiés au sujet des biofilms dans les systèmes de refroidissement et de chauffage où Peau est le vecteur énergétique.
Les biofilms sont des nuisances et plusieurs approches ont été adoptées pour les enlever de systèmes existants ou pour prévenir leur apparition. Des exemples de ces approches ont été décrites par C. Wiater dans "Development of Biofilms", TAPPI
Proceeding : 1994 Biological Sciences Symposium, p. 203-223, ou par L.
Robertson
DANS LES SYSTEMES DE CHAUFFAGE ET DE REFROIDISSEMENT
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne l'utilisation d'éther de glycol pour le contrôle de la formation de biofilms dans des systèmes d'échanges thermiques où l'eau sert de caloporteur. Ces systèmes comportent, notamment, les eaux de chauffage en recirculation dans un système de tuyauteries fermé, ainsi que les eaux de refroidissement utilisées dans les tours de refroidissement et les systèmes fermés d'eau refroidie.
DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR
La présence de biofilms est un problème majeur dans les systèmes d'échange thermique où Peau sert de fluide caloporteur. En effet, l'accumulation de quantité
considérable de film microbiologique peut nuire significativement à la libre circulation de l'eau dans les conduites, peut conduire à un échange thermique déficient et, éventuellement, à la mauvaise hygiène générale des systèmes de transfert calorifique.
Plus de précision sur ces phénomènes sont données dans le "Betz Handbook of Industriel Water Conditioning", H. L. Boyer et al., 1962, Betz Laboratories, Phila, PA.
II est également connu que des phénomènes de corrosion sont favorisés par la présence de biofilms avec les conséquences structurelles que cela comporte. II
en va de même au sujet des risques de contaminations bactériennes lorsque l'eau est utilisée pour le refroidissement dans une tour d'eau. Le cas le plus célèbre fut identifié en 1976 à Philadelphie et consacra la bactérie du légionnaire.
Plusieurs travaux ont été publiés au sujet des biofilms dans les systèmes de refroidissement et de chauffage où Peau est le vecteur énergétique.
Les biofilms sont des nuisances et plusieurs approches ont été adoptées pour les enlever de systèmes existants ou pour prévenir leur apparition. Des exemples de ces approches ont été décrites par C. Wiater dans "Development of Biofilms", TAPPI
Proceeding : 1994 Biological Sciences Symposium, p. 203-223, ou par L.
Robertson
2 dans "Prevention of Microbial Adhesion", TAPPI Proceeding :1994 Biological Sciences Symposium, p. 225-232, ou encore par Marshal, K.C. dans "Adsorption and Adhesion Process in Microbial Growth at Intertaces", Adv. Colloid Interface Sci. ,1986, Vol. 25, p.
59-86 et par Jass, J. et al. dans "Microbial Biofilms in Industry : Wanted Dead or Alive?", Chem. and Inc., 1997, Vol. 17 , p. 682-685.
Des moyens mécaniques invasifs de brossage et de nettoyage de systèmes de refroidissement, tels que décrits par exemple dans les brevets US 6.080.323 et US
6.840.251, sont couramment utilisés, mais ces techniques sont coûteuses, difficiles à
mettre en oeuvre et leurs résultats imprévisibles.
D'autres approches, telles que décrites dans les brevets US 6.830.745, US
6.777.223, US 6.641.828, US 6.652.889, US 6.638.959, US 6.551.624, US 6.514.458, US
6.498.862, US 6.468.649, US 6.455.031, US 6.423.219 et US 6.419.879, utilisent des doses massives de biocides pour tenter de déloger les dépôts microbiologiques, mais les résultats sont assez peu éloquents compte tenu que méme si l'eau de recirculation est exempte de bactéries, d'algues, de champignons ou d'autres microorganismes, cela n'équivaut pas à dire qu'il y a absence de film biologique. De fait, la proportion des installations de tours de refroidissement qui présentent des biofilms importants est estimée à plus de 90%.
Plusieurs auteurs proposent l'utilisation de surfactants dans leurs stratégies de dispersion des biofilms, comme par exemple, Whitekettle dans "Effects of Surface Active Chemicals on Microbial Adhesion", Journal of Industrial Microbiology,1991, Vol.
7, p. 105-116, ou Lamikana et al. dans "The Antibacterial Activity of Non-lonic Surface Active Agents", Microbios Letters 1976, Vol. 1, p. 97-101, ou encore D. Adams, et al., dans "The Use of Surfactant to Prevent Bacterial Adhesion to Enamel";
"Bacterial Adhesion and Preventative Dentistry", pp.179-191, et D. Blainey and K.
Marshall dans "The Use of Block Copolymers to Inhibit Bacterial Adhesion and Biofilm Formation on Hydrophobic Surfaces in Marine Habitats", Biofouling, 1991, Vol. 4, pp. 309-318.
L'utilisation de surfactants pour la dispersion des biofilms fait aussi l'objet des brevets US 6.039.965, US 5.670.055, US 6.139.830 et US 5.512.186.
En abaissant significativement la tension de surface et en utilisant d'autres astuces, tes auteurs de ces brevets ont pu montrer la certaine efficacité de cette voie dans le retrait des biofilms. Cependant, les surfactants qui sont utilisés présentent des
59-86 et par Jass, J. et al. dans "Microbial Biofilms in Industry : Wanted Dead or Alive?", Chem. and Inc., 1997, Vol. 17 , p. 682-685.
Des moyens mécaniques invasifs de brossage et de nettoyage de systèmes de refroidissement, tels que décrits par exemple dans les brevets US 6.080.323 et US
6.840.251, sont couramment utilisés, mais ces techniques sont coûteuses, difficiles à
mettre en oeuvre et leurs résultats imprévisibles.
D'autres approches, telles que décrites dans les brevets US 6.830.745, US
6.777.223, US 6.641.828, US 6.652.889, US 6.638.959, US 6.551.624, US 6.514.458, US
6.498.862, US 6.468.649, US 6.455.031, US 6.423.219 et US 6.419.879, utilisent des doses massives de biocides pour tenter de déloger les dépôts microbiologiques, mais les résultats sont assez peu éloquents compte tenu que méme si l'eau de recirculation est exempte de bactéries, d'algues, de champignons ou d'autres microorganismes, cela n'équivaut pas à dire qu'il y a absence de film biologique. De fait, la proportion des installations de tours de refroidissement qui présentent des biofilms importants est estimée à plus de 90%.
Plusieurs auteurs proposent l'utilisation de surfactants dans leurs stratégies de dispersion des biofilms, comme par exemple, Whitekettle dans "Effects of Surface Active Chemicals on Microbial Adhesion", Journal of Industrial Microbiology,1991, Vol.
7, p. 105-116, ou Lamikana et al. dans "The Antibacterial Activity of Non-lonic Surface Active Agents", Microbios Letters 1976, Vol. 1, p. 97-101, ou encore D. Adams, et al., dans "The Use of Surfactant to Prevent Bacterial Adhesion to Enamel";
"Bacterial Adhesion and Preventative Dentistry", pp.179-191, et D. Blainey and K.
Marshall dans "The Use of Block Copolymers to Inhibit Bacterial Adhesion and Biofilm Formation on Hydrophobic Surfaces in Marine Habitats", Biofouling, 1991, Vol. 4, pp. 309-318.
L'utilisation de surfactants pour la dispersion des biofilms fait aussi l'objet des brevets US 6.039.965, US 5.670.055, US 6.139.830 et US 5.512.186.
En abaissant significativement la tension de surface et en utilisant d'autres astuces, tes auteurs de ces brevets ont pu montrer la certaine efficacité de cette voie dans le retrait des biofilms. Cependant, les surfactants qui sont utilisés présentent des
3 caractéristiques de mousse qui peuvent gëner significativement le bon fonctionnement d'une tour d'eau ou d'un système de chauffage.
Outre les limitations causées par la mousse, qui sont propres aux surfactants ioniques, (utilisation de surfactants non-ioniques du type polymère "block" amène une limitation dans les systèmes où la température de Peau est supérieure à la température d'ennuagement du surfactant. Normalement soluble dans l'eau aux températures inférieures au point d'ennuagement, ie surfactant devient insoluble aux températures supérieures à celui-ci et de ce tait, il n'est plus disponible pour déprimer les tensions de surtaces ou autres propriétés.
L'utilisation d'un surfactant, bien qu'ayant des propriétés tensioactives indéniables, présente toutefois de nombreuses contraintes. La Demanderesse propose donc d'utiliser une approche chimique plus élégante et adaptée à la fois aux systèmes d'eau refroidie ainsi qu'aux eaux de chauffage.
D'autres approches impliquant (utilisation de combinaisons détergentes et bactéricides sont également décrites dans la littérature et ont été brevetées.
L'utilisation d'enzymes pour déloger les biofilms des parois est aussi une approche qui est décrite par exemple dans les brevets US 6.630.197 et US 4.936.994.
Diverses techniques, décrites dans la littérature, sont utilisées pour le contr8le et la destruction de biofilm. Notamment, les brevets US 6.790.429, US 6.710.017 et US
6.673.248 décrivent (utilisation de générateur d'ozone. Des traitements aux ultrasons sont utilisés dans les brevets US 6.706.290, US 6.699.684 et US 5.889.209. Les brevets US 6.777.223 et US 5.411.666 décrivent aussi l'utilisation d'enzymes.
Les brevets US 6.533.942 et US 6.332.979 décrivent encore des méthodes électriques. Le brevet US 5.382.367 porte sui- l'application de peroxyde d'hydrogène. Les brevets US
6.395.189 et US 6.149.822 décrivent également l'utilisation de molécules de condensations aminoformaldéhydiques. L'utilisation de champs électriques est préconisée dans les brevets US 5.462.644 et US 5.312.813. Le brevet US
6.379.563 décrit aussi l'utilisation d'alkylarnines primaires. L'utilisation de mélanges d'alkyl sulfates, d'alkyl sulfonates, d'aryl sulfonates dans un milieu acide est également présentée dans le brevet US 6.812.196. Et finalement, le brevet US 6.211.172 décrit l'utilisation de sulfoamides.
Outre les limitations causées par la mousse, qui sont propres aux surfactants ioniques, (utilisation de surfactants non-ioniques du type polymère "block" amène une limitation dans les systèmes où la température de Peau est supérieure à la température d'ennuagement du surfactant. Normalement soluble dans l'eau aux températures inférieures au point d'ennuagement, ie surfactant devient insoluble aux températures supérieures à celui-ci et de ce tait, il n'est plus disponible pour déprimer les tensions de surtaces ou autres propriétés.
L'utilisation d'un surfactant, bien qu'ayant des propriétés tensioactives indéniables, présente toutefois de nombreuses contraintes. La Demanderesse propose donc d'utiliser une approche chimique plus élégante et adaptée à la fois aux systèmes d'eau refroidie ainsi qu'aux eaux de chauffage.
D'autres approches impliquant (utilisation de combinaisons détergentes et bactéricides sont également décrites dans la littérature et ont été brevetées.
L'utilisation d'enzymes pour déloger les biofilms des parois est aussi une approche qui est décrite par exemple dans les brevets US 6.630.197 et US 4.936.994.
Diverses techniques, décrites dans la littérature, sont utilisées pour le contr8le et la destruction de biofilm. Notamment, les brevets US 6.790.429, US 6.710.017 et US
6.673.248 décrivent (utilisation de générateur d'ozone. Des traitements aux ultrasons sont utilisés dans les brevets US 6.706.290, US 6.699.684 et US 5.889.209. Les brevets US 6.777.223 et US 5.411.666 décrivent aussi l'utilisation d'enzymes.
Les brevets US 6.533.942 et US 6.332.979 décrivent encore des méthodes électriques. Le brevet US 5.382.367 porte sui- l'application de peroxyde d'hydrogène. Les brevets US
6.395.189 et US 6.149.822 décrivent également l'utilisation de molécules de condensations aminoformaldéhydiques. L'utilisation de champs électriques est préconisée dans les brevets US 5.462.644 et US 5.312.813. Le brevet US
6.379.563 décrit aussi l'utilisation d'alkylarnines primaires. L'utilisation de mélanges d'alkyl sulfates, d'alkyl sulfonates, d'aryl sulfonates dans un milieu acide est également présentée dans le brevet US 6.812.196. Et finalement, le brevet US 6.211.172 décrit l'utilisation de sulfoamides.
4 L'approche proposée, dans ce contexte, par la Demanderesse, préconisant l'utilisation des éthers de glycol comme biodispersants n'a pas été décrite ou publiée à ce jour.
Plus particulièrement, l'utilisation de ces éthers de glycol comme biodispersants dans les tours d'eau et/ou les systèmes d'eau chaude et refroidie recirculée constitue une innovation dans le domaine.
OBJETS DE l'INVENTION
De nos jours, les mesures planctoniques et bactériennes sont les méthodes les plus fréquemment utilisées pour mesurer l'activité microbiologique d'un système d'échange de chaleur où l'eau est le vecteur caloporteur. Des techniques de mesures directes (cultures bactériennes) ou indirectes, telle que la mesure de fATP (Adénosine triphosphate) sont courantes et reconnues comme étant fiables.
Cependant, comme fa montré S. L. Percival dans "Detection of Biofilms in Industrial Waters and Processes", Industrial Biofouling (2000) J. Walker, S. Surman, J.
Jass, New York, John Wiley and Sons Ltd, une limitation importante à ces instruments diagnostiques doit être mise en lumière : plus de 99 % des organismes qui sont en croissance dans des tours d'eau sont attachés à la surtace des structures mécaniques et ne sont pas détectés par ces techniques de mesure.
Les populations adhérentes peuvent se retrouver dans des endroits de faibles turbulences et ne pas être en relation avec les résultats de décomptes bactériens totaux. En fait, Percival a montré qu'il n'y a pas de relation directe entre la contamination de l'eau en circulation dans un système et l'activité
microbiologique des surfaces internes.
La Demanderesse a découvert que l'utilisation de molécules de la catégorie des éthers de glycol peut servir à déloger ces biofilms et permettre une meilleure circulation de l'eau et par conséquent un échange thermique plus efficace grâce à des surfaces libres d'interférences.
La Demanderesse a également découvert que la dispersion du biofilm peut se faire sans utiliser de surfactant et sans utiliser de bactéricide. II y a donc beaucoup moins de contraintes d'application et la manipulation du produit chimique servant de biodispersant n'est pas soumise aux règlements relatifs aux biocides et bactéricides.
L'impact environnemental de l'approche selon l'invention est beaucoup moins invasif que les techniques traditionnelles où le biodispersant est couplé avec un biocide.
L'utilisation du biodispersant seul peut avoir un impact significatif sur la réduction des microorganismes à s'attacher aux parois des équipements de chauffage ou de
Plus particulièrement, l'utilisation de ces éthers de glycol comme biodispersants dans les tours d'eau et/ou les systèmes d'eau chaude et refroidie recirculée constitue une innovation dans le domaine.
OBJETS DE l'INVENTION
De nos jours, les mesures planctoniques et bactériennes sont les méthodes les plus fréquemment utilisées pour mesurer l'activité microbiologique d'un système d'échange de chaleur où l'eau est le vecteur caloporteur. Des techniques de mesures directes (cultures bactériennes) ou indirectes, telle que la mesure de fATP (Adénosine triphosphate) sont courantes et reconnues comme étant fiables.
Cependant, comme fa montré S. L. Percival dans "Detection of Biofilms in Industrial Waters and Processes", Industrial Biofouling (2000) J. Walker, S. Surman, J.
Jass, New York, John Wiley and Sons Ltd, une limitation importante à ces instruments diagnostiques doit être mise en lumière : plus de 99 % des organismes qui sont en croissance dans des tours d'eau sont attachés à la surtace des structures mécaniques et ne sont pas détectés par ces techniques de mesure.
Les populations adhérentes peuvent se retrouver dans des endroits de faibles turbulences et ne pas être en relation avec les résultats de décomptes bactériens totaux. En fait, Percival a montré qu'il n'y a pas de relation directe entre la contamination de l'eau en circulation dans un système et l'activité
microbiologique des surfaces internes.
La Demanderesse a découvert que l'utilisation de molécules de la catégorie des éthers de glycol peut servir à déloger ces biofilms et permettre une meilleure circulation de l'eau et par conséquent un échange thermique plus efficace grâce à des surfaces libres d'interférences.
La Demanderesse a également découvert que la dispersion du biofilm peut se faire sans utiliser de surfactant et sans utiliser de bactéricide. II y a donc beaucoup moins de contraintes d'application et la manipulation du produit chimique servant de biodispersant n'est pas soumise aux règlements relatifs aux biocides et bactéricides.
L'impact environnemental de l'approche selon l'invention est beaucoup moins invasif que les techniques traditionnelles où le biodispersant est couplé avec un biocide.
L'utilisation du biodispersant seul peut avoir un impact significatif sur la réduction des microorganismes à s'attacher aux parois des équipements de chauffage ou de
5 refroidissement et de ce fait, peut aussi prévenir la formation d'un biofilm.
Les éthers de glycol ont été choisis à cause de leur faible pouvoir moussant et du fait qu'ils n'ont pas de point d'ennuagement. De plus, certains d'entre eux ne présentent pas de risque au niveau environnemental et de santé-sécurité.
La Demanderesse a effectué de nombreuses études en conditions réelles afin d'établir les paramètres d'utilisation de glycols éthers qui pourraient être utilisés comme agents de rupture des biofilms et permettre ainsi leur dispersion.
La Demanderesse a utilisé un système réduit de refroidissement de l'eau dans ces études. Elle a également utilisé un moniteur d'encrassement et de transfert de chaleur du type DATSTM (Deposit Accumulation Test System) aussi bien dans les études dans la tour d'eau pilote que pour des applications sur le terrain. Le DATST"' est un instrument particulièrement utile pour l'étude des biofilms. Pour en tirer des résultats valables, il est cependant nécessaire de s'assurer que le système étudié soit en phase dispersée au niveau des sels inorganiques (tel les carbonates et bicarbonates de calcium) pour que ces sels ne viennent pas interférer avec les données qui sont recueillies par l'appareil. L'utilisation de dispersants classiques à base de polymères polycarboxyliques et d'organophosphates est simple et donne de très bons résultats dans le contexte dans lequel les tests ont été effectués pour contrôler cette contrainte.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
Un premier objet de l'invention concerne l'utilisation d'éthers de glycol comme biodispersants dans les eaux de refroidissement (tours d'eau) et d'eaux refroidies et dans les eaux de chauffage (systèmes fermés d'eau en recirculation).
Les éthers de glycol selon l'invention sont les composés résultant de la réaction d'un alcool (primaire, secondaire ou tertiaire) avec un époxyde (oxyde d'éthylène ou oxyde de propylène). Les rapports stoechiométriques entre l'époxyde et l'alcool choisis peuvent varier mais ils ne sont jamais sub-stoechiométriques. En d'autres termes, le
Les éthers de glycol ont été choisis à cause de leur faible pouvoir moussant et du fait qu'ils n'ont pas de point d'ennuagement. De plus, certains d'entre eux ne présentent pas de risque au niveau environnemental et de santé-sécurité.
La Demanderesse a effectué de nombreuses études en conditions réelles afin d'établir les paramètres d'utilisation de glycols éthers qui pourraient être utilisés comme agents de rupture des biofilms et permettre ainsi leur dispersion.
La Demanderesse a utilisé un système réduit de refroidissement de l'eau dans ces études. Elle a également utilisé un moniteur d'encrassement et de transfert de chaleur du type DATSTM (Deposit Accumulation Test System) aussi bien dans les études dans la tour d'eau pilote que pour des applications sur le terrain. Le DATST"' est un instrument particulièrement utile pour l'étude des biofilms. Pour en tirer des résultats valables, il est cependant nécessaire de s'assurer que le système étudié soit en phase dispersée au niveau des sels inorganiques (tel les carbonates et bicarbonates de calcium) pour que ces sels ne viennent pas interférer avec les données qui sont recueillies par l'appareil. L'utilisation de dispersants classiques à base de polymères polycarboxyliques et d'organophosphates est simple et donne de très bons résultats dans le contexte dans lequel les tests ont été effectués pour contrôler cette contrainte.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
Un premier objet de l'invention concerne l'utilisation d'éthers de glycol comme biodispersants dans les eaux de refroidissement (tours d'eau) et d'eaux refroidies et dans les eaux de chauffage (systèmes fermés d'eau en recirculation).
Les éthers de glycol selon l'invention sont les composés résultant de la réaction d'un alcool (primaire, secondaire ou tertiaire) avec un époxyde (oxyde d'éthylène ou oxyde de propylène). Les rapports stoechiométriques entre l'époxyde et l'alcool choisis peuvent varier mais ils ne sont jamais sub-stoechiométriques. En d'autres termes, le
6 rapport stoechiométrique entre l'époxyde et l'alcool est supérieur ou égal à
un. Dans plusieurs cas, il s'agit de rapports sur-stoechiométriques où au moins deux moles d'époxyde seront en réaction avec une mole d'alcool et dans certains cas, de rapports supérieurs. Le rapport stoechiométrique entre l'époxyde et l'alcool est donc de préférence au moins égal à deux.
Les éthers de glycol utilisés sont solubles dans l'eau en toutes proportions et, contrairement aux surfactants, ils ne moussent presque pas. Ceci est particulièrement dû au fait que les éthers de glycol ont un impact moins significatif sur la tension de surface de l'eau que des surfactants classiquement utilisés comme biodispersants. Par exemple, un copolymère de condensation "block" (du type Pluronic~ L62LF, BASF) présente une tension de surface â 0,1 % dans l'eau à 25 °C de 39 dynes/cm, tandis qu'un éther de glycol comme le tripropylène glycol méthyl éther présente une tension de surface d'environ 60-65 dynes/cm dans les mêmes conditions (Caractéristiques physico-chimiques décrites dans "The Glycol Ethers Handbook", Dow Chemical U.S.A., Midland, Michigan, 1982).
Les éthers de glycol utilisés dans le cadre de l'invention peuvent ëtre choisis parmi la liste, non exhaustive, suivante l'éthylène glycol méthyl éther, l'éthylène glycol éthyl éther, l'éthylène glycol n-butyl éther, le diéthylène glycol méthyl éther, le diéthylène glycol éthyl éther, le diéthylène glycol n-butyl ether, le triéthylène glycol méthyl éther, et leurs homologues de masse moléculaire supérieure, le triéthyléne glycol éthyl éther et ses homologues de masse moléculaire supérieure, le triéthylène glycol n-butyl éther et ses homologues de masse moléculaire supérieure, le propylène glycol méthyl éther, le dipropylène glycol méthyl ether, et le tripropylène glycol méthyl éther.
un. Dans plusieurs cas, il s'agit de rapports sur-stoechiométriques où au moins deux moles d'époxyde seront en réaction avec une mole d'alcool et dans certains cas, de rapports supérieurs. Le rapport stoechiométrique entre l'époxyde et l'alcool est donc de préférence au moins égal à deux.
Les éthers de glycol utilisés sont solubles dans l'eau en toutes proportions et, contrairement aux surfactants, ils ne moussent presque pas. Ceci est particulièrement dû au fait que les éthers de glycol ont un impact moins significatif sur la tension de surface de l'eau que des surfactants classiquement utilisés comme biodispersants. Par exemple, un copolymère de condensation "block" (du type Pluronic~ L62LF, BASF) présente une tension de surface â 0,1 % dans l'eau à 25 °C de 39 dynes/cm, tandis qu'un éther de glycol comme le tripropylène glycol méthyl éther présente une tension de surface d'environ 60-65 dynes/cm dans les mêmes conditions (Caractéristiques physico-chimiques décrites dans "The Glycol Ethers Handbook", Dow Chemical U.S.A., Midland, Michigan, 1982).
Les éthers de glycol utilisés dans le cadre de l'invention peuvent ëtre choisis parmi la liste, non exhaustive, suivante l'éthylène glycol méthyl éther, l'éthylène glycol éthyl éther, l'éthylène glycol n-butyl éther, le diéthylène glycol méthyl éther, le diéthylène glycol éthyl éther, le diéthylène glycol n-butyl ether, le triéthylène glycol méthyl éther, et leurs homologues de masse moléculaire supérieure, le triéthyléne glycol éthyl éther et ses homologues de masse moléculaire supérieure, le triéthylène glycol n-butyl éther et ses homologues de masse moléculaire supérieure, le propylène glycol méthyl éther, le dipropylène glycol méthyl ether, et le tripropylène glycol méthyl éther.
7 La présente invention couvre également les mélanges d'éthers de glycol et leurs solutions auqueuses.
D'autre part, l'utilisation d'éthers de glycol selon l'invention est compatible avec l'adjonction d'autres éléments comme des systèmes d'injection ou des traitements chimiques ou physiques contre la corrosion, l'entartrage, le contrôle microbiologique et l'encrassement.
L'utilisation d'éthers de glycol peut donc être mise en oeuvre en présence ou non de bactéricide.
Un autre objet important de l'invention réside dans le fait que les éthers de glycol utilisés ne présentent pas de point d'ennuagement lorsqu'en solution aqueuse. Les éthers de glycol utilisés sont également peu moussants.
L'éther de glycol utilisé comme biodispersant selon l'invention peut étre utilisé pur ou sous forme de solution diluée.
Selon une réalisation particulière de l'invention, l'éther de glycol devra être injecté dans le système d'eau à traiter à raison d'une concentration comprise entre 500 à
10000 ppm en dosage choc, et cette concentration devra être maintenue entre 30 à 100 ppm en continu, en fonction des apports en eau fraîche au système. Cet apport est constant et ce, peu importe le nombre de cycles de concentration qui est appliqué dans la tour de refroidissement. II n'y a pas de concentration supérieure limite à respecter étant données la faible réactivité de l'éther de glycol et ses propriétés moussantes nettement plus faibles comparées à celles des surfactants classiques et même des sels d'amines quaternaires.
DESCRIPTION DE RÉALISATIONS PRÉFÉRENTIELLES
Les éthers de glycol les plus prometteurs qui ont été testés selon l'invention sont le tripropylène glycol méthyl éther et le dipropylène glycol méthyl éther.
Un établissement du centre ville de Montréal a été choisi comme site pilote pour tester l'efficacité de l'invention. II s'agit d'une tour d'eau en acier inoxydable avec un bassin en acier doux d'une puissance de 500 tonnes.
Ö
L'eau de refroidissement est cyclée 4 fois selon un suivi de la teneur en chlorure et de la conductivité. L'eau d'appoint provient de la Ville de Montréal et présente les caractéristiques suivantes Ph : 7,6 Alcalinité M : 84 ppm CaC03 Chlorure : 21 ppm CI
Conductivité : 240 microohms Dureté totale : 118 ppm CaC03 Cette installation n'a pas d'historique de corrosion et de problème relié à
cet état mais elle présente une susceptibilité à l'entartrage et à la formation de film microbiologique.
L'injection de 300 ppm de dipropylène glycol méthyl éther dans l'eau de recirculation de la tour a eu, comme premier effet, de dégager des dépôts qui recouvrent les surfaces de la tour. Cette tour est munie de deux filtres à poches de 5 microns. Après la première journée de traitement, l'obstruction des deux filtres a été
constatée.
L'analyse du dépôt a montré qu'il était constitué d'un mélange de carbonate de calcium avec d'autres sels inorganiques.
Le moniteur d'encrassement DATST"" a montré qu'après quelques jours d'application de dipropylène glycol méthyl éther, il y avait stabilisation des mesures, suggérant qu'il n'y avait plus de film à la surface des parois. Des mesures directes de l'activité
microbiologique ont indiqué une stabilisation à la baisse de la population bactérienne par rapport à l'état initial et ce, sans (injection de bactéricide.
Une autre sïmulation, dans un autre équipement de tours d'eau, a donné des résultats similaires et ce, toujours sans utiliser de bactéricide. Dans le cas présent, les équipements de la tour d'eau ont été traités avec du tripropyléne glycol méthyl éther. Le suivi de ce traitement a été réalisé en effectuant le traçage des comptes bactériens présents dans l'eau de la tour. Au début du traitement avec le biodispersant, utilisé à
une concentration de 200 ppm, une augmentation de la turbidité de Peau et une hausse significative de l'activité microbiofogique ont été notées. II a également été
remarqué
qu'une écume se formait à la surface du bassin d'eau. Ces observations ont permis de déduire qu'un biofilm était en train de se déloger.
Après quelques semaines, le système s'est stabilisé et la concentration de la population bactérienne, constante dans le système, ne dépassait pas 103 UFC/ml, une valeur tout à fait acceptable dans une tour d'eau. Ceci a permis d'éviter (utilisation de bactéricide.
La prolongation de ce test a également montré que lorsque le système d'eau refroidie est en équilibre, (addition de biocide n'est pas requise, la population bactérienne étant plus basse que 104 UFCImI.
Le biodispersant a été dosé de manière à obtenir une valeur constante de 30 ppm.
Ces divers essais ont donc permis de démontrer la grande valeur de (invention qui en plus de permettre de garder les équipements libres de biofilm, permet également de diminuer significativement la consommation de biocides dans la tour d'eau. Les coQts financiers sont en conséquence diminués, de méme que les impacts environnementaux et les risques associés à ta manipulation de bactéricide dans (entretien d'une tour de refroidissement.
Finalement, des études complémentaires ont été conduites à l'aide de la tour pilote. Le but de ces études était de consolider ies acquis des premiers tests et aussi d'évaluer (impact que pouvait avoir (utilisation d'un biodispersant sur (efficacité d'un traitement anti-corrosif à base de phosphonates, azotes, molybdates et polymëre dispersant.
Puisque les éthers de glycol n'ont pas de pouvoir anti-corrosif connu, il a fallu vérifier qu'ils puissent être utilisés en méme temps que les traitements anti-corrosifs classiques.
A des teneurs de dipropylène glycol méthyl éther ou de tripropylène glycol méthyl éther variant entre 50 et 300 ppm, aucune interférence n'a été observée et (efficacité d'un traitement anti-corrosif classique est maintenue.
D'autre part, l'utilisation d'éthers de glycol selon l'invention est compatible avec l'adjonction d'autres éléments comme des systèmes d'injection ou des traitements chimiques ou physiques contre la corrosion, l'entartrage, le contrôle microbiologique et l'encrassement.
L'utilisation d'éthers de glycol peut donc être mise en oeuvre en présence ou non de bactéricide.
Un autre objet important de l'invention réside dans le fait que les éthers de glycol utilisés ne présentent pas de point d'ennuagement lorsqu'en solution aqueuse. Les éthers de glycol utilisés sont également peu moussants.
L'éther de glycol utilisé comme biodispersant selon l'invention peut étre utilisé pur ou sous forme de solution diluée.
Selon une réalisation particulière de l'invention, l'éther de glycol devra être injecté dans le système d'eau à traiter à raison d'une concentration comprise entre 500 à
10000 ppm en dosage choc, et cette concentration devra être maintenue entre 30 à 100 ppm en continu, en fonction des apports en eau fraîche au système. Cet apport est constant et ce, peu importe le nombre de cycles de concentration qui est appliqué dans la tour de refroidissement. II n'y a pas de concentration supérieure limite à respecter étant données la faible réactivité de l'éther de glycol et ses propriétés moussantes nettement plus faibles comparées à celles des surfactants classiques et même des sels d'amines quaternaires.
DESCRIPTION DE RÉALISATIONS PRÉFÉRENTIELLES
Les éthers de glycol les plus prometteurs qui ont été testés selon l'invention sont le tripropylène glycol méthyl éther et le dipropylène glycol méthyl éther.
Un établissement du centre ville de Montréal a été choisi comme site pilote pour tester l'efficacité de l'invention. II s'agit d'une tour d'eau en acier inoxydable avec un bassin en acier doux d'une puissance de 500 tonnes.
Ö
L'eau de refroidissement est cyclée 4 fois selon un suivi de la teneur en chlorure et de la conductivité. L'eau d'appoint provient de la Ville de Montréal et présente les caractéristiques suivantes Ph : 7,6 Alcalinité M : 84 ppm CaC03 Chlorure : 21 ppm CI
Conductivité : 240 microohms Dureté totale : 118 ppm CaC03 Cette installation n'a pas d'historique de corrosion et de problème relié à
cet état mais elle présente une susceptibilité à l'entartrage et à la formation de film microbiologique.
L'injection de 300 ppm de dipropylène glycol méthyl éther dans l'eau de recirculation de la tour a eu, comme premier effet, de dégager des dépôts qui recouvrent les surfaces de la tour. Cette tour est munie de deux filtres à poches de 5 microns. Après la première journée de traitement, l'obstruction des deux filtres a été
constatée.
L'analyse du dépôt a montré qu'il était constitué d'un mélange de carbonate de calcium avec d'autres sels inorganiques.
Le moniteur d'encrassement DATST"" a montré qu'après quelques jours d'application de dipropylène glycol méthyl éther, il y avait stabilisation des mesures, suggérant qu'il n'y avait plus de film à la surface des parois. Des mesures directes de l'activité
microbiologique ont indiqué une stabilisation à la baisse de la population bactérienne par rapport à l'état initial et ce, sans (injection de bactéricide.
Une autre sïmulation, dans un autre équipement de tours d'eau, a donné des résultats similaires et ce, toujours sans utiliser de bactéricide. Dans le cas présent, les équipements de la tour d'eau ont été traités avec du tripropyléne glycol méthyl éther. Le suivi de ce traitement a été réalisé en effectuant le traçage des comptes bactériens présents dans l'eau de la tour. Au début du traitement avec le biodispersant, utilisé à
une concentration de 200 ppm, une augmentation de la turbidité de Peau et une hausse significative de l'activité microbiofogique ont été notées. II a également été
remarqué
qu'une écume se formait à la surface du bassin d'eau. Ces observations ont permis de déduire qu'un biofilm était en train de se déloger.
Après quelques semaines, le système s'est stabilisé et la concentration de la population bactérienne, constante dans le système, ne dépassait pas 103 UFC/ml, une valeur tout à fait acceptable dans une tour d'eau. Ceci a permis d'éviter (utilisation de bactéricide.
La prolongation de ce test a également montré que lorsque le système d'eau refroidie est en équilibre, (addition de biocide n'est pas requise, la population bactérienne étant plus basse que 104 UFCImI.
Le biodispersant a été dosé de manière à obtenir une valeur constante de 30 ppm.
Ces divers essais ont donc permis de démontrer la grande valeur de (invention qui en plus de permettre de garder les équipements libres de biofilm, permet également de diminuer significativement la consommation de biocides dans la tour d'eau. Les coQts financiers sont en conséquence diminués, de méme que les impacts environnementaux et les risques associés à ta manipulation de bactéricide dans (entretien d'une tour de refroidissement.
Finalement, des études complémentaires ont été conduites à l'aide de la tour pilote. Le but de ces études était de consolider ies acquis des premiers tests et aussi d'évaluer (impact que pouvait avoir (utilisation d'un biodispersant sur (efficacité d'un traitement anti-corrosif à base de phosphonates, azotes, molybdates et polymëre dispersant.
Puisque les éthers de glycol n'ont pas de pouvoir anti-corrosif connu, il a fallu vérifier qu'ils puissent être utilisés en méme temps que les traitements anti-corrosifs classiques.
A des teneurs de dipropylène glycol méthyl éther ou de tripropylène glycol méthyl éther variant entre 50 et 300 ppm, aucune interférence n'a été observée et (efficacité d'un traitement anti-corrosif classique est maintenue.
Claims (12)
1. Utilisation d'éthers de glycol comme biodispersants dans les eaux de refroidissement et dans les systèmes fermés d'eau chaude et refroidie en recirculation.
2. Utilisation d'éthers de glycol selon la revendication 1 dans les tours d'eau, les eaux de chauffage et les eaux refroidies.
3. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisée en ce pue les éthers de glycol résultent de la réaction entre un alcool et un époxyde.
4. Utilisation selon la revendication 3 caractérisée en ce que l'alcool est primaire, secondaire ou tertiaire.
5. Utilisation selon la revendication 3 ou 4 caractérisée en ce que l'époxyde est l'oxyde d'éthylène ou de propylène.
6. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisée en ce que le rapport stoechiométrique entre l'époxyde et l'alcool est supérieur ou égal à un.
7. Utilisation selon la revendication 6 caractérisée en ce que le rapport stoechiométrique est au moins de 2.
8. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que les éthers de glycol sont sous la forme d'un mélange d'éthers de glycol ou de leurs solutions aqueuses.
9. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que les éthers de glycol sont solubles dans l'eau.
10. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que les éthers de glycol sont peu moussants.
11 11. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisée en ce que les éthers de glycol ne présentent pas de point d'ennuagement.
12. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisée en ce qu'elle est mise en oeuvre en présence ou non de bactéricide.
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| CA002507176A CA2507176A1 (fr) | 2005-05-09 | 2005-05-09 | Utilisation de ethers de glycol comme biodispersants dans les systemes de chauffage et de refroidissement |
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2005
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- 2006-04-27 US US11/412,462 patent/US20060251692A1/en not_active Abandoned
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