ES2326733T3 - Tratamiento del agua para el control de bioincrustaciones con disoluciones de bromo estabilizadas. - Google Patents

Tratamiento del agua para el control de bioincrustaciones con disoluciones de bromo estabilizadas. Download PDF

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Abstract

Un procedimiento continuo o discontinuo para el tratamiento del agua consistente en: a) preparar una disolución de bromo estabilizada mediante un procedimiento que está constituido por las etapas de: (i) combinar una fuente de bromo y un estabilizador para formar una mezcla, y (ii) posteriormente añadir un oxidante a la mezcla obtenida de la etapa (i), en el que el oxidante se selecciona del grupo que está constituido por gas cloro, ácido hipocloroso y sal de hipoclorito, y b) en el que la disolución de bromo estabilizada se usa luego para el tratamiento del agua.

Description

Tratamiento del agua para el control de bioincrustaciones con disoluciones de bromo estabilizadas.
Campo de la invención
La presente invención se refiere, generalmente, al tratamiento del agua y, más particularmente, a disoluciones de bromo estabilizadas, a un procedimiento de preparación y a usos del mismo para el control de bioincrustaciones.
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Antecedentes de la invención
El hipoclorito de sodio se ha usado ampliamente en una variedad de sistemas de agua industrial y recreativa para controlar bioincrustaciones. Sin embargo, el hipoclorito de sodio es inestable y debe proporcionarse en una forma estabilizada. Hay varios procedimientos conocidos en la técnica para estabilizar el hipoclorito (véanse, por ejemplo, las patentes de EE.UU. nº 3.328.294 y 3.767.586).
Se prefiere el uso del bromo al de cloro en el tratamiento del agua, debido a su menor volatilidad y mejor rendimiento a alto pH y entornos de amina. Sin embargo, al igual que el hipoclorito de sodio, el hipobromito de sodio es inestable en condiciones de almacenamiento típicas y, por tanto, también debe proporcionarse en una forma estabilizada. Las patentes de EE.UU. nº 5.683.654 y 5.795.487, además de las referencias desveladas en ellas, enseñan diversos procedimientos para estabilizar el hipobromito de sodio. Las patentes 5.683.654 y 5.795.487 desvelan procedimientos discontinuos que utilizan hipoclorito de sodio y bromuro de sodio como materiales de partida, seguido por la adición de un estabilizador. El documento WO 97/20909 desvela similarmente un procedimiento que incluye una etapa de formación de hipobromito seguida por una etapa de estabilización del bromo. Sin embargo, una desventaja asociada a esta técnica es que el hipobromito sin estabilizar se forma en una etapa separada a una alta concentración y pH. Se sabe que el hipobromito sin estabilizar se degrada rápidamente bajo tales condiciones para formar bromato, un compuesto no biocida que es muy tóxico y un presunto carcinógeno.
Además, el documento WO 97/43392 desvela un procedimiento que primero forma compuestos de cloro estabilizados y luego los convierte en compuestos de bromo estabilizados. Sin embargo, este tipo de procedimiento es limitante debido a que como fuente oxidante sólo pueden usarse los compuestos que liberan hipoclorito.
El documento US-A-6007726 se refiere a formulaciones biocidas oxidantes estables que contienen bromo para el control de bioincrustaciones en sistemas de residuos industriales. La patente desvela una formulación biocida oxidante preparada a partir de al menos un reactivo químico oxidante, al menos una fuente de bromo y al menos un estabilizador de bromo o halógeno. Los oxidantes desvelados incluyen ozono, peróxidos, ácido peracético y otros compuestos de peroxígeno y compuestos de bromo oxidantes. Sin embargo, el documento no desvela gas cloro, ácido hipocloroso y sales de hipoclorito como posibles oxidantes.
El documento US-A-6110387 se ocupa de un procedimiento para estabilizar biocidas de bromo en un cuerpo de agua. Una sal de bromuro soluble en agua y una fuente de sulfamato se añaden al cuerpo de agua, seguido por un oxidante, con el fin de formar una especie de bromo biocida. Sin embargo, el procedimiento desvelado es un procedimiento in situ.
El documento US-A-6478972 se refiere a un procedimiento para formar un biocida de bromo estable produciendo primero un ácido hipocloroso estabilizado. El oxidante se mezcla primero con un estabilizador antes de la adición de una fuente de bromo.
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Resumen de la invención
Según un primer aspecto de la presente invención se proporciona un procedimiento según la reivindicación 1.
El procedimiento inventivo es económicamente atractivo porque puede llevarse a cabo como un procedimiento discontinuo o continuo en el sitio de aplicación comercial, eliminándose así la necesidad de almacenar y transportar las disoluciones de bromo estabilizadas. El procedimiento de preparación también es flexible y permite la utilización de una variedad de oxidantes.
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Descripción detallada de la invención
Las fuentes de bromo que pueden usarse en la práctica de la presente invención incluyen ácido bromhídrico y bromuros de metales alcalinos o alcalinotérreos tales como bromuro de sodio, bromuro de potasio y bromuro de litio.
Los estabilizadores que pueden emplearse en esta invención tienen la fórmula química R-NH-R^{1} en la que R y R^{1} se seleccionan del grupo que está constituido por R^{2}CO, R^{2}SO_{2}, R^{2}CF_{2}, R^{2}CHF, H, OH y PO(OH)_{2}, y R^{2} es un grupo alquilo o un grupo aromático.
Los estabilizadores adecuados incluyen sacarina, urea, tiourea, creatinina, ácidos cianúricos, alquilhidantoínas, monoetanolamina, dietanolamina, sulfonamidas orgánicas, biuret, ácido sulfámico y sus sales de metales alcalinos o alcalinotérreos, sulfamatos orgánicos y melamina. El ácido sulfámico y sus sales de metales alcalinos o alcalinotérreos son los estabilizadores más preferidos.
Los oxidantes son gas cloro, ácido hipocloroso y sal de hipoclorito.
Las disoluciones de bromo estabilizadas pueden prepararse en el sitio de la aplicación comercial. Esto elimina la necesidad de almacenar y transportar las disoluciones de bromo estabilizadas y, por tanto, la necesidad de añadir sosa cáustica para ajustar el pH y alargar la estabilidad en almacén de las disoluciones. La presente invención puede llevarse a cabo como un procedimiento tanto discontinuo como continuo.
Se prefiere que la relación molar entre la fuente de bromo y el estabilizador esté en el intervalo de aproximadamente 0,1 a 10. La relación molar entre la fuente de bromo y el oxidante debe estar preferentemente en el intervalo de aproximadamente 0,2 a 5.
Las disoluciones de bromo estabilizadas pueden usarse en una amplia variedad de aplicaciones comerciales. Estas aplicaciones incluyen, pero no se limitan a, el uso de la disolución de bromo estabilizada: (1) como agente de blanqueo en un procedimiento para el lavado de prendas sucias en el que las prendas sucias se lavan en un medio acuoso que contiene un detergente y un agente de blanqueo; (2) como agente de oxidación en un procedimiento para la preparación de materiales celulósicos en el que las fibras celulósicas se blanquean; (3) como agente oxidante y biocida en un procedimiento para el control de bioincrustaciones en un sistema de agua recreativa en el que un agente oxidante y biocida se añade para controlar bioincrustaciones; (4) como agente oxidante y biocida en un procedimiento para el control de bioincrustaciones sobre una superficie dura en el que un agente oxidante y biocida se aplica a la superficie para controlar bioincrustaciones sobre la superficie; (5) en un procedimiento para el control de bioincrustaciones que se producen sobre las superficies de equipos en contacto con aguas producidas en yacimientos petrolíferos; (6) en un procedimiento para controlar bioincrustaciones en un sistema acuoso; (7) en un procedimiento para controlar bioincrustaciones en el agua de proceso de la fabricación de pasta y papel y los productos químicos; (8) en un procedimiento para controlar el crecimiento microbiano en una corriente acuosa usada para transportar o procesar productos alimenticios y sobre superficies de alimentos y superficies de equipos que se ponen en contacto con la corriente acuosa; y (9) un procedimiento de tratamiento del agua para prevenir bioincrustaciones sobre las superficies de equipos en contacto con un sistema de agua industrial.
Los tipos de sistemas de agua industrial en los que puede usarse la disolución de bromo estabilizada para evitar bioincrustaciones incluyen, pero no se limitan a, sistemas de agua de refrigeración, sistemas de agua dulce, sistemas de lavadores químicos de gases, sistemas de lavadores de aire, condensadores por evaporación, pasteurizadores, corrientes esterilizadoras de productos alimenticios, sistemas de agua de protección contra incendios y tubos de intercambiadores de calor.
Se prefiere que la cantidad de disolución de bromo estabilizada que se añade al sistema de agua industrial esté en el intervalo de aproximadamente 0,1 ppm a aproximadamente 2000 ppm y preferentemente en el intervalo de aproximadamente 0,5 ppm a aproximadamente 500 ppm, basada en la concentración de cloro disponible. La disolución de bromo estabilizada puede añadirse al sistema de agua mediante cualquier procedimiento convencional, es decir, mediante inyección, intermitente o continuamente.
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Ejemplos
Los siguientes ejemplos pretenden ser ilustrativos de la presente invención y enseñar a un experto común cómo preparar y usar la invención. Estos ejemplos no pretenden limitar la invención o su protección de ningún modo.
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Ejemplo 1
Este ejemplo demuestra el impacto de la adición de sosa cáustica. También ilustra que no se necesita la adición de sosa cáustica si las disoluciones de bromo estabilizadas inventivas se preparan y se usan en el sitio de la aplicación comercial.
Se prepararon tres formulaciones de bromo estabilizadas siendo la única diferencia sus contenidos de sosa cáustica. Las formulaciones se sometieron a una prueba de degradación térmica acelerada a 57ºC (135ºF) y los productos activos se determinaron mediante valoración con tiosulfato de potasio en diversos momentos. Las semividas de los productos se calcularon primero a partir de las curvas de descomposición de primer orden. Como se muestra a continuación en la tabla 1, las semividas del producto indican que: cuanto menor sea la adición de sosa cáustica, más corta será la estabilidad en almacén.
TABLA 1
1 
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Ejemplo 2
Se realizó un experimento de laboratorio a temperatura ambiente (21ºC; 70ºF):
1.
Preparando una mezcla (disolución A) de bromuro de sodio y sulfamato de sodio para que contuviera el 33,3% en peso de bromuro de sodio y el 17,4% de sulfamato de sodio en agua;
2.
Añadiendo 0,76 ml de 10,9% en peso (como cloro disponible) de blanqueante de cloro a 1000 ml de agua de refrigeración sintética que contenía 225 ppm (como CaCO_{3}) de dureza y 125 ppm (como CaCO_{3}) de alcalinidad total (disolución B); y
3.
Añadiendo 0,241 ml de la disolución A a la disolución B para formar la disolución final. Se tomó un mililitro de la disolución final en momentos de tiempo diferentes y se diluyó 100 veces en agua desionizada. Las concentraciones de halógeno residual en la disolución diluida se determinaron usando el procedimiento 80 de DPD de Hach en un espectrofotómetro DR2000. Se realizaron tres tipos de mediciones de DPD: (1) halógeno residual libre usando reactivo de cloro libre y se leyó 20 segundos después de añadirse el reactivo a la disolución de prueba, (2) halógeno residual total usando reactivo de cloro total y (3) halógeno residual a los 3 minutos usando reactivo de cloro libre y se leyó 3 minutos después de añadirse el reactivo. Como descubrieron los inventores, la diferencia entre el halógeno residual total y el halógeno residual a los 3 minutos es la concentración de N-clorosulfamato.
Mientras se determinaba el halógeno residual en la disolución, se tomó otro mililitro de la disolución final y se añadió a un matraz que contenía 100 ml del agua de refrigeración sintética con 2,4 x 10^{6} UFC/ml de agua de refrigeración mezclada con bacterias de cultivo. Después de cinco minutos de mezclado, se tomó una alícuota de muestra del matraz y se neutralizó con bisulfito de sodio. La población bacteriana superviviente se enumeró en medio Petrifilm® de recuento aerobio de 3M después de la dilución apropiada. Los resultados de prueba se resumen a continuación en la tabla 2.
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TABLA 2
3
Los resultados muestran el rendimiento biocida efectivo de la disolución preparada. Además, se encontró que la disolución era estable y no hubo reducción del halógeno residual total durante el periodo de prueba, mientras que la concentración de N-clorosulfamato disminuyó con un aumento en la concentración de N-bromosulfamato.

Claims (16)

1. Un procedimiento continuo o discontinuo para el tratamiento del agua consistente en:
a)
preparar una disolución de bromo estabilizada mediante un procedimiento que está constituido por las etapas de:
(i)
combinar una fuente de bromo y un estabilizador para formar una mezcla, y
(ii)
posteriormente añadir un oxidante a la mezcla obtenida de la etapa (i), en el que el oxidante se selecciona del grupo que está constituido por gas cloro, ácido hipocloroso y sal de hipoclorito, y
b)
en el que la disolución de bromo estabilizada se usa luego para el tratamiento del agua.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la fuente de bromo se selecciona del grupo que está constituido por ácido bromhídrico, bromuros de metales alcalinos y bromuros de metales alcalinotérreos.
3. El procedimiento de la reivindicación 1 ó 2, en el que el estabilizador tiene la fórmula química R-NH-R^{1}, en la que R y R^{1} se seleccionan del grupo que está constituido por R^{2}CO, R^{2}SO_{2}, R^{2}CF_{2}, R^{2}CHF, H, OH y PO(OH)_{2}, y R^{2} es un grupo alquilo o un grupo aromático.
4. El procedimiento de la reivindicación 1 ó 2, en el que el estabilizador se selecciona del grupo que está constituido por sacarina, urea, tiourea, creatinina, ácidos cianúricos, alquilhidantoínas, monoetanolamina, dietanolamina, sulfonamidas orgánicas, biuret, ácido sulfámico y sus sales de metales alcalinos o alcalinotérreos, sulfamatos orgánicos y melamina.
5. El procedimiento de la reivindicación 1 ó 2, en el que el estabilizador se selecciona del grupo que está constituido por ácido sulfámico y sus sales de metales alcalinos o alcalinotérreos.
6. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la relación molar entre la fuente de bromo y el estabilizador está en el intervalo de aproximadamente 0,1 a 10.
7. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente en el que la relación molar entre la fuente de bromo y el oxidante está en el intervalo de aproximadamente 0,2 a 5.
8. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para el lavado de prendas sucias en el que las prendas sucias se lavan en un medio acuoso que contiene un detergente y un agente de blanqueo.
9. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para la preparación de materiales celulósicos en el que las fibras celulósicas se blanquean con un agente de oxidación.
10. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para el control de bioincrustaciones en un sistema de agua recreativa en el que un agente oxidante y biocida se añade para controlar bioincrustaciones.
11. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para el control de bioincrustaciones sobre una superficie dura en el que un agente oxidante y biocida se aplica a la superficie para controlar bioincrustaciones sobre la superficie.
12. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para el control de bioincrustaciones que se producen sobre las superficies de equipos en contacto con aguas producidas en yacimientos petrolíferos.
13. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para controlar bioincrustaciones en un sistema acuoso.
14. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para controlar bioincrustaciones en el agua de proceso de la fabricación de pasta y papel y procesos químicos.
15. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para controlar el crecimiento microbiano en una corriente acuosa usada para transportar o procesar productos alimenticios y sobre superficies de alimentos y superficies de equipos que se ponen en contacto con la corriente acuosa.
16. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el tratamiento del agua es para prevenir bioincrustaciones sobre las superficies de equipos en contacto con un sistema de agua industrial.
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