ES2905191T3 - Un método de monitoreo de la actividad microbiológica asociada a la superficie en las corrientes de proceso - Google Patents

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Abstract

Un método para monitorear y controlar la actividad microbiológica asociada a la superficie en una corriente de proceso que comprende: a. conectar un aparato a una corriente de proceso, en donde dicho aparato comprende una celda de flujo que contiene una pluralidad de aberturas, en donde al menos una abertura es una entrada de la celda de flujo para fluido extraído de dicha corriente de proceso y al menos una abertura es una salida de la celda de flujo para fluido que sale de dicha celda de flujo, una sonda de OD (Oxígeno Disuelto) conectada a una de dichas aberturas, un dispositivo de limpieza conectado a una de dichas aberturas, y una válvula asociada con dicha celda de flujo; b. extraer fluido de dicha corriente de proceso hacia dicha celda de flujo; c. abrir la válvula de dicho aparato para permitir que el fluido se extraiga hacia dicha celda de flujo; d. medir al menos una vez la concentración de OD de dicha corriente de proceso con dicha sonda de OD, y en donde dicha sonda de OD no se limpia antes de cada medición; e. limpiar la superficie de dicha sonda de OD; f. medir al menos una vez la concentración de OD del fluido dentro de dicho aparato con dicha sonda de OD; g. calcular una lectura de ΔOD entre la etapa (d) y la etapa (f); h. correlacionar al menos dicho ΔOD en la etapa (g) con la actividad microbiológica asociada a la superficie; y i. controlar la cantidad de dicha actividad microbiológica al añadir una cantidad efectiva de un tratamiento que contiene uno o más biocidas oxidantes a la corriente de proceso o una cantidad efectiva de un tratamiento que contiene uno o más biocidas no oxidantes.

Description

DESCRIPCIÓN
Un método de monitoreo de la actividad microbiológica asociada a la superficie en las corrientes de proceso Campo de la invención
Esta invención se refiere a un método para monitorear y controlar la actividad microbiológica asociada a la superficie en las corrientes de proceso.
Antecedentes
El crecimiento microbiano en los sistemas de agua comerciales puede conducir al deterioro y al ensuciamiento de la superficie. Si el crecimiento no se controla adecuadamente, el deterioro puede conducir a olores desagradables y una función reducida de los aditivos (por ejemplo, los microorganismos pueden producir catalasa que usa el peróxido de hidrógeno para mejorar el brillo y pueden producir celulasas que pueden afectar a la resistencia de la fibra). Si el ensuciamiento de la superficie no se controla adecuadamente, las biopelículas resultantes pueden interferir con el intercambio de calor, y en el caso de los sistemas de fabricación de papel, las biopelículas pueden crear la necesidad de ralentizar el proceso de fabricación, detener el proceso para limpiar estos depósitos de las superficies o podría desprenderse de las superficies al causar agujeros o manchas en el producto de papel o cartón terminado. Por lo tanto, tales aguas se tratan con biocidas para controlar el crecimiento microbiano y prevenir los problemas relacionados.
Debido a que el deterioro y la formación de biopelículas contribuyen a diferentes problemas en los sistemas de aguas industriales y las bacterias planctónicas y sésiles responden de manera diferente a las medidas de biocontrol, es necesario monitorear el impacto de los programas de biocontrol en estos diferentes modos de crecimiento microbiano.
Las técnicas estándar típicamente usadas para monitorear tales sistemas de aguas incluyen técnicas estándar de recuento de placas. Estas técnicas requieren largos períodos de incubación y no proporcionan información adecuada para el control proactivo y la prevención de los problemas relacionados con el crecimiento microbiano. Más recientemente, las mediciones de adenosina trifosfato (ATP) se han usado como medio de control proactivo. Sin embargo, los reactivos son costosos y se toman muestras de pequeños volúmenes de grandes sistemas de agua. La recopilación de datos también es poco frecuente, lo que conduce a lagunas significativas en los datos. Por lo tanto, este enfoque proporciona información limitada sobre el estado de los microorganismos en el sistema de interés. Además, estos enfoques se usan típicamente para monitorear bacterias planctónicas. Aunque en algunos casos, las superficies se pueden frotar y analizar para cuantificar las bacterias de la biopelícula. Estos enfoques son muy tediosos y requieren mucho tiempo.
Las sondas de oxígeno disuelto (OD) se han usado para medir la actividad microbiana en fluidos, ya que es bien sabido que la actividad microbiana y el metabolismo aeróbico conducen a una disminución de las concentraciones de oxígeno disuelto. Las patentes de los Estados Unidos núms. 5,190,728 y 5,282,537 expedidas a Robertson y otros, describen un método y un aparato para monitorear el ensuciamiento en aguas comerciales mediante el uso de mediciones de OD. Sin embargo, el enfoque requiere el uso de adiciones de nutrientes para diferenciar el ensuciamiento biológico del no biológico y no se menciona cómo se actualiza la sonda para realizar más mediciones después de que la superficie de la sonda se haya ensuciado. Además, el enfoque descrito requiere un medio de suministro continuo de oxígeno.
La sonda de OD electroquímica de estilo estándar Clark tiene muchas limitaciones, tales como: interferencias químicas (H2S, pH, CO2, NH3 , SO4, Cl-, Ch, CO2 , MeOH, EtOH y varias especies iónicas), frecuente calibración y reemplazo de la membrana, respuesta lenta y lecturas de deriva, choque térmico y requisitos de alto flujo a través de las membranas. Un nuevo tipo de sonda de oxígeno disuelto, que recientemente ha sido comercializado por varias compañías (por ejemplo, HACH, Loveland, CO), supera casi todas estas limitaciones para que el OD se pueda medir en línea en aguas del proceso. Esta nueva sonda de OD (LDO) se basa en la disminución de la persistencia de la fluorescencia, donde la presencia de oxígeno acorta la persistencia de la fluorescencia de un fluoróforo excitado. El fluoróforo se inmoviliza en una película en la superficie del sensor y la excitación se proporciona con un LED azul. En las patentes de los Estados Unidos núms. 5,698,412 y 5,856,119, ambas expedidas a Lee y otros, se describe un método para monitorear y controlar la actividad biológica en fluidos en los que el OD se mide junto con el pH para medir transiciones en el comportamiento metabólico, específicamente relacionadas con el agotamiento de nutrientes/sustrato.
La solicitud de patente de los Estados Unidos 2002/108911 describe un sistema y un método para monitorear y controlar el ensuciamiento dentro de un sistema de fluidos. Cada aspecto del sistema debe incluir al menos dos sensores idénticos. El primer y segundo sensor pueden detectar el potencial de oxidación/reducción, pH, etc. El primer sensor mide una variable particular con respecto al agua de proceso en el primer canal y el segundo sensor se usa como sensor de referencia en un segundo canal o canal de referencia. El primer sensor produce una señal que cambia con respecto a la cantidad cambiante de ensuciamiento y el sensor de referencia siempre se limpia antes de medir y, por lo tanto, proporciona una señal indicativa de una variable medida libre de ensuciamiento. El primer y segundo sensor deben medir la misma variable.
Sigue existiendo la necesidad de métodos confiables y convenientes para monitorear las bacterias planctónicas y de biopelículas en aguas comerciales, que aseguren que los programas de biocontrol controlen adecuadamente el deterioro y las biopelículas problemáticas. Estos métodos deben ser sin reactivos para permitir la medición de la actividad microbiana en condiciones representativas de las del ambiente (modificación mínima). Estos métodos deben estar automatizados y deben permitir el control remoto del monitor, el acceso remoto a los datos y el control de retroalimentación remota o automatizada de los programas de biocontrol. Idealmente, estos métodos diferenciarían la actividad microbiana en las superficies de la actividad del agua a granel para garantizar que los programas de biocontrol aborden adecuadamente los mayores desafíos que normalmente se enfrentan al tratar de controlar los microorganismos en las biopelículas. Además, estos métodos proporcionarían información sobre la naturaleza de los depósitos (biológicos o no) para garantizar que se apliquen las medidas de control adecuadas. Resumen de la invención
Se describe un método para monitorear la actividad de agua microbiológica a granel (total) en una corriente de proceso que comprende: (a) conectar un aparato a una corriente de proceso, en donde dicho aparato comprende una celda de flujo que contiene una pluralidad de aberturas, en donde al menos una abertura es una entrada de la celda de flujo para fluido extraído de dicha corriente de proceso y al menos una abertura es una salida de la celda de flujo para fluido que sale de dicha celda de flujo, una sonda de OD conectada a una de dichas aberturas, opcionalmente una sonda de ORP conectada a una de dichas aberturas, opcionalmente un dispositivo de limpieza conectado a una de dichas aberturas, opcionalmente un primer conducto conectado a la entrada de la celda de flujo, opcionalmente un segundo conducto conectado a la salida de la celda de flujo, y opcionalmente una válvula asociada con dicha celda de flujo; (b) extraer fluido de dicha corriente de proceso hacia dicha celda de flujo; (c) abrir la válvula de dicho aparato para permitir que el fluido se extraiga hacia dicha celda de flujo; (d) medir al menos una vez la concentración de OD de dicha corriente de proceso con dicha sonda de OD, y en donde antes de cada medición se limpia la superficie de dicha sonda de OD; (e) cerrar la válvula del aparato para evitar que el fluido se extraiga hacia dicha celda de flujo; (f) medir al menos una vez la concentración de OD del fluido dentro del aparato con dicha sonda de OD y en donde antes de cada medición se limpia la superficie de la sonda de OD; (g) calcular una lectura de A OD entre la etapa (d) y la etapa (f); y (h) correlacionar al menos dicho valor de AOD en la etapa (g) con la actividad microbiológica a granel (total) en dicha corriente de proceso.
La presente invención proporciona un método para monitorear y controlar la actividad microbiológica asociada a la superficie en una corriente de proceso como se describe en la reivindicación 1. Otras modalidades preferidas se exponen en las reivindicaciones dependientes 2-11.
Breve descripción de los dibujos
En la Figura 1 se muestra un esquema de un aparato que contiene una celda de flujo, una sonda de OD, un dispositivo de limpieza y, opcionalmente, una sonda de ORP.
En la Figura 2 se muestra el esquema de un aparato montado en una placa posterior dentro de un recinto, en donde el aparato contiene una celda de flujo, una sonda de OD, una sonda de ORP, un dispositivo de limpieza con un solenoide de escobilla, un primer conducto, un segundo conducto y una válvula.
En la Figura 3 se muestra un esquema de un aparato que contiene una sonda de OD, una sonda de ORP y un dispositivo de limpieza.
En la Figura 4 se muestra un esquema de un aparato que contiene una celda de flujo, una sonda de ORP, una sonda de OD y un dispositivo de limpieza que contiene una escobilla.
En la Figura 5 se muestra un esquema de una celda de flujo y un miembro, usado para aumentar la superficie En la Figura 6 se muestran los datos recogidos en una fábrica de papel, que se refiere a la actividad microbiológica a granel (total) y al ensuciamiento de la superficie.
En la Figura 7 se muestran los datos recogidos en una fábrica de papel, que se refiere a la actividad microbiológica a granel (total) y al ensuciamiento de la superficie.
En la Figura 8 se muestra un diagrama de flujo para monitorear la actividad microbiológica a granel o la actividad microbiológica asociada a la superficie.
La Figura 9 ilustra un ejemplo, en donde hay una celda de flujo asociada con una sonda de OD, una sonda de ORP y un dispositivo de limpieza.
La Figura 10 ilustra otro ejemplo, en donde hay un OFM y una celda de flujo asociados con una sonda de OD, una sonda de ORP y un dispositivo de limpieza.
Descripción detallada de la invención
Definición de Términos:
«OD» significa oxígeno disuelto.
La «sonda de OD» incluye cualquier tipo de sonda que pueda medir el oxígeno disuelto. Preferentemente, la sonda de OD es una sonda de oxígeno disuelto luminiscente.
«LDO» significa oxígeno disuelto luminiscente (por sus siglas en inglés). Las sondas LDO miden el oxígeno disuelto en función de la disminución de la persistencia de la fluorescencia, donde la presencia de oxígeno acorta la persistencia de la fluorescencia de un fluoróforo excitado. El fluoróforo se inmoviliza en una película en la superficie del sensor y la excitación se proporciona con un LED azul (diodo emisor de luz). Las sondas LDO están disponibles en Hach Company, Loveland, CO. Las sondas generalmente tienen un cabezal sensor que realiza la medición.
«ORP» significa potencial de oxidación-reducción (por sus siglas en inglés). Una sonda de ORP está disponible en Walchem Corporation, Holliston, MA.
«REDOX» se refiere al estado de oxidación-reducción.
«OFM» significa monitor óptico de ensuciamiento. Se puede usar cualquier ensuciamiento óptico adecuado para el proceso particular que se tiene que monitorear. Esto incluye cualquier monitor de deposición general, como una microbalanza de cristal de cuarzo.
«Válvula» se refiere a cualquier dispositivo que regule el flujo de un fluido.
«Dispositivo de limpieza» es cualquier dispositivo que pueda limpiar una superficie, por ejemplo, una superficie de sonda de OD o una superficie de sonda de o Rp .
«Corriente de proceso» incluye cualquier fluido en un proceso industrial, por ejemplo, fluido tomado de un conducto en un proceso de fabricación de papel, y fluido de una caja de entrada en un proceso de fabricación de papel.
La actividad microbiana en las corrientes del proceso se puede medir indirectamente mediante el monitoreo del consumo de oxígeno disuelto porque el consumo de oxígeno disuelto está directamente relacionado con la cantidad de ATP que produce una célula en condiciones de respiración aeróbica y la cantidad de ATP que produce una célula puede correlacionarse con el nivel de actividad microbiana en dichas corrientes del proceso. Los métodos descritos en esta invención no son adecuados para corrientes del proceso con bajos niveles de OD donde la respiración aeróbica no es la vía principal de generación de energía en las células microbianas.
Las mediciones de OD recogidas de una corriente de proceso deben convertirse al porcentaje de saturación usando los valores de presión, temperatura y salinidad de la corriente de proceso. Esto ayuda a normalizar los datos en función de las fluctuaciones del proceso en estos parámetros. La corrección de la temperatura es especialmente importante, ya que la temperatura de la corriente de proceso que se está analizando caerá de 1 a 10 grados Celsius durante las condiciones de detención del flujo, lo que ocurre cuando el fluido ya no se introduce en la celda de flujo.
Para mejorar la integridad de la correlación entre el consumo de oxígeno disuelto y la actividad microbiológica, el estado REDOX del fluido del proceso debe oxidarse de manera que el consumo de oxígeno no sea el resultado de procesos de oxidación química. Factores como el pH influirán en el estado REDOX de las aguas del proceso. En condiciones de pH alto, por ejemplo, las aguas del proceso que tienen un pH mayor que 9,5 pueden causar la oxidación de los materiales orgánicos en los fluidos del proceso incluso en condiciones REDOX elevadas.
Por lo tanto, preferentemente el ORP de la corriente de proceso debe medirse junto con la concentración de OD para asegurarse de que el consumo de oxígeno disuelto esté relacionado principalmente con la actividad microbiológica y no con la química de la corriente de proceso.
A. Aparato
Se ha desarrollado un aparato para medir de manera práctica el oxígeno disuelto en las corrientes del proceso. Otros dispositivos analíticos pueden estar asociados con este aparato, por ejemplo, una sonda de ORP.
Como se muestra en la Figura 1, el aparato contiene una celda de flujo (1); una sonda de OD (2); opcionalmente una (3) sonda de ORP y un dispositivo de limpieza (7).
La celda de flujo (1) tiene una pluralidad de aberturas. Estas aberturas sirven para permitir que el fluido fluya a través de la celda de flujo (1). El tamaño y la forma de las aberturas pueden variar; en particular, se debe tener en cuenta el tipo de corriente de proceso.
En la Figura 3 se muestra que (1) la celda de flujo contiene (13) una entrada y (14) una salida. El diámetro de las aberturas debe ser de un tamaño suficiente para permitir que el fluido de una corriente de proceso fluya fácilmente a través de la celda de flujo (1) y evitar el taponamiento de la celda de flujo (1), y el ensuciamiento no biológico de tanto la sonda de OD (2) como las superficies de la sonda de ORP (3). Por lo tanto, el diámetro de la celda de flujo (1) dependerá de muchos factores, por ejemplo, el tipo de corriente de proceso.
Las aberturas de la celda de flujo también sirven para permitir que varios dispositivos, como una sonda de OD (2), una sonda de ORP (3) o un dispositivo de limpieza (7) se conecten a la celda de flujo para que se pueda tomar una o más mediciones de la corriente de proceso. Otros aparatos, como el medidor de pH, pueden asociarse con la celda de flujo.
En particular, la (2) sonda de OD o la (3) sonda de ORP están en comunicación con la celda de flujo (1).
En una disposición, la sonda de OD (2) y ORP (3) se conectan a la celda de flujo. Las sondas se pueden conectar a una de las aberturas de la celda de flujo (1) de varias maneras conocidas por un experto en la materia. La conexión puede ocurrir a través de cualquier tipo de medios de fijación o montaje o similares. Por ejemplo, se puede montar una unidad en la celda de flujo (1) y se puede insertar una sonda/un dispositivo a través de la unidad y bloquearla en el sitio.
Como se muestra en la figura 3, las sondas están al ras de la pared de la celda de flujo (1).
En un ejemplo, al menos una porción de dicha sonda de OD (2) y opcionalmente una sonda (3) de ORP sobresale en dicha celda de flujo.
En otro ejemplo, (2) la sonda de OD contiene un cabezal sensor de OD, en donde al menos una porción de dicho cabezal sensor de OD sobresale en dicha celda de flujo y opcionalmente en donde dicha sonda de ORP (3) contiene un cabezal sensor de ORP y en donde al menos una porción de dicho cabezal sensor de ORP sobresale en dicha celda de flujo.
En otro ejemplo, las sondas deben orientarse de tal manera que no obstruyan significativamente el flujo de fluido a través de la celda de flujo (1). En otra disposición, la sonda de OD (2) y la sonda de ORP (3) se colocan una frente a la otra.
En la Figura 2 se muestran características adicionales del aparato. Más específicamente, en la Figura 2 se muestra un primer conducto (4), una válvula (6) asociada con un primer conducto (4), un drenaje (15) asociado con un primer conducto (4), una celda de flujo (1), una sonda de OD (2), una sonda de ORP (3), un dispositivo de limpieza (7), un solenoide (9) en comunicación con dicho dispositivo de limpieza (7) y un segundo conducto (5).
El primer conducto (4) y un segundo conducto (5) se conectan a una o más aberturas en dicha celda de flujo (1), así como al alojamiento de la corriente de proceso. La conexión puede ocurrir a través de varios medios conocidos por los expertos en la técnica. Por ejemplo, el primer conducto (4) se puede conectar a la corriente de proceso.
El primer conducto (4) sirve para transportar fluido y/o desviar fluido de la corriente de proceso hacia la celda de flujo (1) y/u otros aparatos como un OFM. El primer conducto (4) puede estar situado de cualquier manera que facilite el movimiento del fluido desde la corriente de proceso hasta la celda de flujo (1). Por ejemplo, la gravedad o un mecanismo basado en la energía, como una bomba, puede extraer fluido de la corriente de proceso hacia el aparato que contiene la celda de flujo (1).
En otra disposición, se puede asociar un drenaje (15) con el primer conducto (4) para evitar el reflujo/restringir el flujo hacia la corriente de proceso.
El segundo conducto (5) sirve como vía de salida para el fluido que fluye a través de una celda de flujo (1) y también como depósito para retener el fluido de una corriente de proceso. En particular, el segundo conducto (5) puede orientarse espacialmente de modo que la celda de flujo (1) mantenga el fluido dentro de la celda de flujo (1) para su análisis cuando el monitoreo se realiza en condiciones de parada de flujo. Por ejemplo, el segundo conducto (5) se orienta para que la gravedad pueda retener el fluido dentro de la celda de flujo (1).
En otra disposición, el segundo conducto (5) también puede actuar como desagüe.
La válvula (6) se asocia con la celda de flujo (1). En particular, la válvula (6) está en comunicación con la celda de flujo (1) de manera que se logre su función deseada. Las válvulas (6) controlan/regulan el flujo de fluido desde la corriente de proceso hacia la celda de flujo (1).
En una disposición, la válvula (6) se asocia con la celda de flujo a través del primer conducto (4). En particular, la válvula (6) se integra/conecta con el primer conducto (4) de tal manera que pueda restringir el flujo en la posición cerrada y permita el flujo cuando la válvula (6) esté en condiciones abiertas.
En otra disposición, una(s) válvula(s) (6) puede(n) regular el flujo de fluido hacia un OFM y/o la celda de flujo (1). En otra disposición, el diámetro de la válvula (6) debe ser lo suficientemente grande para no impedir el flujo de agua de proceso que contiene altos sólidos.
En otra disposición, una válvula (6) también puede evitar que el fluido salga de la celda de flujo (1) o del segundo conducto (5) para que puedan producirse lecturas en condiciones de flujo cerrado.
En otra disposición, el diámetro de la válvula (6) es de al menos 2,54 cm (1 pulgada).
En otra disposición, la válvula (6) es una válvula de bola.
En otra disposición, la válvula (6) se acciona manual, eléctrica o neumáticamente.
En otra disposición, la válvula (6) de bola se acciona de forma manual, eléctrica o neumáticamente.
En las Figuras 2 y 4 se muestra que un dispositivo de limpieza (7) puede estar conectado a una de las aberturas de la celda de flujo (1). El dispositivo de limpieza sirve para limpiar la superficie tanto de la sonda de OD (2) como de las superficies de la sonda de ORP (3) y la orientación del dispositivo debe ser tal que se logre esta función. El dispositivo de limpieza (7) puede limpiar otros dispositivos asociados con la celda de flujo (1).
En otra disposición, el dispositivo de limpieza (7) atraviesa el área de la celda de flujo (1).
En otra disposición, el dispositivo de limpieza (7) puede atravesar el área de la celda de flujo (1) para limpiar uno o más dispositivos/sondas, como una sonda de OD (2), una sonda de ORP (3) u otro tipo de instrumentación analítica que pueda estar asociada con la celda de flujo (1).
En otra disposición, el dispositivo de limpieza (7) contiene una escobilla o un cepillo (8).
En otra disposición, el dispositivo de limpieza (7) se acciona mediante un solenoide (9) de la escobilla. El solenoide (9) recibe instrucciones de un controlador que está programado con una lógica que le indica cuándo limpiar y cuándo no limpiar.
Como se muestra en la figura 4, se coloca una escobilla (8) para atravesar la celda de flujo (1) en una dirección perpendicular con respecto a tanto la sonda de OD (2) como a la sonda de ORP (2).
Añadir uno o más deflectores (11) a la celda de flujo (1) puede aumentar el área de la celda de flujo (1). En la figura 5 se muestra una celda de flujo modificada. Específicamente, el miembro se conecta a la celda de flujo y el miembro contiene más de un deflector. El miembro puede conectarse a la celda de flujo de varias maneras. Otros objetos que pueden aumentar la superficie pueden usarse de un modo similar.
En una disposición, el miembro (10) se fija a la celda de flujo (1) con la ayuda de un adaptador (12). El miembro tiene una entrada de miembro (15) que recibe el flujo de dicha corriente de proceso y una salida que se conecta a la celda de flujo.
En una disposición, el primer conducto (4) se conecta al miembro (10) en lugar de directamente a la celda de flujo (1).
En otra disposición, el miembro (10) tiene uno o más deflectores (11).
El aparato está configurado para monitorear la actividad microbiológica asociada a la superficie.
B. Monitoreo de la actividad microbiológica a granel en una corriente de proceso
Se describe un método para monitorear la actividad microbiológica a granel (total) en una corriente de proceso. La actividad microbiológica a granel (total) se refiere a la actividad microbiana en la corriente de proceso a granel, como los microorganismos planctónicos y los microorganismos sésiles en la corriente de proceso. La actividad microbiológica a granel de una corriente de proceso se determina midiendo la concentración de OD de la corriente de proceso. Se pueden usar otros parámetros junto con este análisis. Más específicamente, la metodología contiene las siguientes etapas: (a) conectar un aparato a una corriente de proceso, en donde dicho aparato comprende una celda de flujo que contiene una pluralidad de aberturas, en donde al menos una abertura es una entrada de la celda de flujo para fluido extraído de dicha corriente de proceso y al menos una abertura es una salida de la celda de flujo para fluido que sale de dicha celda de flujo, una sonda de OD conectada a una de dichas aberturas, opcionalmente una sonda de ORP conectada a una de dichas aberturas, opcionalmente un dispositivo de limpieza conectado a una de dichas aberturas, opcionalmente un primer conducto conectado a la entrada de la celda de flujo, opcionalmente un segundo conducto conectado a la salida de la celda de flujo, y opcionalmente una válvula asociada con dicha celda de flujo; (b) extraer fluido de dicha corriente de proceso hacia dicha celda de flujo; (c) abrir la válvula de dicho aparato para permitir que el fluido se extraiga hacia dicha celda de flujo; (d) medir al menos una vez la concentración de OD de dicha corriente de proceso con dicha sonda de OD, y en donde antes de cada medición se limpia la superficie de dicha sonda de OD; (e) cerrar la válvula del aparato para evitar que el fluido se extraiga hacia dicha celda de flujo; (f) medir al menos una vez la concentración de OD del fluido dentro del aparato con dicha sonda de OD y en donde antes de cada medición se limpia la superficie de la sonda de OD; (g) calcular una lectura de A OD entre la etapa (d) y la etapa (f); y (h) correlacionar al menos dicho valor de AOD en la etapa (g) con la actividad microbiológica a granel (total) en dicha corriente de proceso.
Esta metodología puede aplicarse a varios tipos diferentes de corrientes del proceso.
Por ejemplo, la corriente de proceso proviene de un proceso que se selecciona del grupo que consiste en: un proceso de fabricación de papel; un proceso de agua de enfriamiento; un proceso de comida o bebida; y proceso con base recreativa.
La actividad microbiológica del agua a granel se mide al observar el cambio en la concentración de OD (A OD) entre las condiciones de flujo abierto y flujo detenido. Se pueden usar otros parámetros junto con este análisis. Más específicamente, al observar el A OD, se puede determinar la tasa de consumo del OD. La tasa de consumo de OD puede correlacionarse con la actividad microbiológica en dicha corriente de proceso, pero la integridad de la correlación es mejor cuando el ORP se mide junto con la medición de OD porque la medición de OD puede verse afectada cuando el estado REDOX del fluido de la corriente de proceso no se oxida.
Las condiciones de flujo abierto ocurren cuando el fluido de la corriente de proceso puede pasar a través de la celda de flujo y medirse mediante instrumentación analítica que esté en comunicación con la celda de flujo, particularmente una sonda de OD para medir la concentración de OD del fluido.
Las condiciones de detención del flujo se refieren a cuando un fluido de la corriente de proceso ya no puede ingresar en la celda de flujo. Bajo condiciones de detención del flujo, el fluido se mantiene en la celda de flujo y la celda de flujo monitorea la concentración de OD de ese fluido.
En condiciones de flujo abierto, como en la etapa (d), la concentración de OD del fluido de la corriente de proceso debe medirse durante una cantidad de tiempo suficiente para que se pueda obtener una lectura precisa de la concentración de OD de la corriente de proceso. Esto puede tomar una lectura o más. Un experto habitual en la técnica podría determinar sin una experimentación excesiva el número de lecturas que se necesitarían para obtener una lectura precisa de la corriente de proceso, así como el intervalo de lectura(s) que tomaría para obtener una lectura precisa de la corriente de proceso.
En condiciones de detención del flujo, como en la etapa (f), debe transcurrir una cantidad de tiempo suficiente antes de la primera medición de OD del fluido en la celda de flujo para garantizar que una o más especies microbiológicas en dicho fluido tengan suficiente tiempo para consumir oxígeno disuelto en dicho fluido. Este período de tiempo puede variar y depende de uno o más factores, que pueden incluir el tipo de proceso que se está monitoreando y la efectividad del programa microbiológico, que se está usando antes de implementar las metodologías de la presente invención. Por ejemplo, en la industria del papel, si el agua del proceso está muy contaminada con microorganismos, los microorganismos pueden tardar menos tiempo en consumir el OD. Los tipos de microorganismos (por ejemplo, hongos o bacterias filamentosas) también pueden afectar a la tasa y al alcance del consumo de OD.
Las mediciones tomadas en condiciones de flujo abierto y en condiciones de parada de flujo se toman en los mismos intervalos de tiempo. Las mediciones tomadas en condiciones de flujo abierto y en condiciones de parada de flujo se toman durante el mismo período de tiempo y en los mismos intervalos de tiempo.
La corriente de proceso se puede monitorear de forma continua, intermitente o en una vez. El monitoreo continuo proporciona condiciones en tiempo real para que las perturbaciones del sistema puedan detectarse fácilmente en la corriente de proceso.
El A OD puede calcularse de varias maneras.
La actividad microbiológica a granel puede medirse al tomar el cambio máximo en la concentración de OD durante un período de flujo de agua continuo (condiciones de flujo abierto) frente a las condiciones de parada de flujo cuando el agua del proceso se detiene al cerrar la válvula. En otras palabras, el cambio máximo en la concentración de OD basado en las lecturas en la etapa (d) y la etapa (f) se usan para calcular el A OD.
El valor de A OD se puede determinar al tomar la medición de OD promedio de la etapa (d) y el nivel mínimo de OD de la etapa (f).
El valor de A OD se puede determinar al tomar la medición más alta de la etapa (d) y el nivel mínimo de OD de la etapa (f).
El valor de A OD se puede determinar al tomar la última medición de la etapa (d) y el nivel mínimo de OD de la etapa (f).
La duración de la medición y el intervalo de medición para la etapa (d) y la etapa (f) pueden ser los mismos.
La duración de la medición en la etapa (d) y la etapa (f) puede ser cualquiera de 5 a 240 minutos.
La duración puede ser de 30 minutos y las mediciones pueden registrarse 5 veces durante la etapa (d) y la etapa (f) a intervalos iguales.
La superficie se puede limpiar y luego se demora 30 segundos antes de registrar las mediciones en la etapa (d) y la etapa (f).
El ORP de la corriente de proceso puede medirse junto con la concentración de OD de la corriente de proceso. El método comprende además medir el ORP en la etapa (d) y la etapa (f) al menos una vez y antes de cada medición de limpieza de la superficie de la sonda de ORP.
Se pueden añadir uno o más oxidantes a la corriente de proceso si el valor de ORP cae por debajo de un nivel predeterminado.
Si la(s) medición(ones) de ORP cae(n) por debajo de un nivel predeterminado, entonces las mediciones de OD que se miden junto con las mediciones de ORP no se incluyen en el cálculo de A OD. Más específicamente, al excluir estas mediciones, un operador del proceso puede tener una mejor idea de si el consumo de OD está relacionado con la actividad microbiológica o la química de la corriente de proceso.
Si el nivel predeterminado es menor que aproximadamente 100 mV, entonces las mediciones de OD se pueden excluir porque cuando el ORP está en este intervalo, las condiciones generalmente no oxidantes y el consumo de oxígeno disuelto podrían estar relacionados con condiciones químicas en la corriente de proceso.
Responder a los niveles microbiológicos totales (a granel) en una corriente de proceso puede tomar muchas rutas diferentes.
Si los niveles microbiológicos totales (a granel) son altos o están por encima de un nivel predeterminado que se considera que funciona bien para el proceso, el protocolo puede implicar la adición de una cantidad efectiva de biocida para que los niveles microbiológicos regresen al nivel deseado.
Los biocidas pueden ser oxidantes y/o no oxidantes.
Con respecto a un proceso de fabricación de papel, los biocidas se seleccionan del grupo que consiste en: isotiazolina; glutaraldehído; dibromonitrilopropionamida; carbamato; compuestos de amonio cuaternario; hipoclorito de sodio; dióxido de cloro; ácido peracético; ozono; cloraminas; Stabrex™ (bromo-sulfamato); bromo-cloro-dimetil hidantoína; dicloro-dimetil hidantoína; monocloramina; hipoclorito de sodio usado en combinación con sales de amonio y estabilizadores que incluyen dimetil hidantoína, aminoácidos, ácido cianúrico, succinimida y urea; y una combinación de los mismos.
Se pueden usar uno o más controladores para implementar una respuesta al nivel de actividad microbiológica en la corriente de proceso. Más específicamente, los controladores se pueden programar para recibir datos de la corriente de proceso, por ejemplo, la sonda de OD, calcular un A OD basado en la lógica introducida en el controlador (por ejemplo, un controlador lógico de programa) e implementar una respuesta de acuerdo con el A OD, que podría incluir diversas acciones, como accionar una bomba que alimente biocidas o depositar polímeros de control en una corriente de proceso.
El controlador puede estar basado en la web.
El controlador puede estar en comunicación con al menos uno de los siguientes: la sonda de ORP, la sonda de OD, el dispositivo de limpieza, una válvula o una combinación de los mismos.
El controlador recibe señales de entrada de dicha sonda de OD e implementa un protocolo deseado que se programa en dicho controlador.
El controlador puede ser un sistema de controlador. Un «Sistema Controlador» y términos similares se refieren a un operador manual o a un dispositivo electrónico que tiene componentes tales como un procesador, un dispositivo de memoria, un tubo de rayos catódicos, una pantalla de cristal líquido, una pantalla de plasma, un panel táctil u otro monitor u otros componentes. En ciertos casos, el controlador se puede hacer funcionar para la integración con uno o más circuitos integrados de aplicaciones específicas, programas o algoritmos, uno o más dispositivos conectados por cable o uno o más dispositivos mecánicos. Algunas o todas las funciones del sistema controlador pueden estar en una ubicación central, tal como un servidor de red, para su comunicación a través de una red de área local, red de área extensa, red inalámbrica, conexión a internet, enlace de microondas, enlace de infrarrojos y similares. Además, se pueden incluir otros componentes, tales como un acondicionador de señales o un monitor del sistema, para facilitar algoritmos de procesamiento de señal.
El protocolo deseado alertará a un operador o a una persona a cargo de monitorear la corriente de proceso y tratar la corriente de proceso.
El protocolo deseado puede implicar la adición de una cantidad efectiva de biocida a la corriente de proceso si dicho A OD alcanza un nivel predeterminado. El biocida puede ser oxidante y/o no oxidante.
Se puede usar un monitor de ensuciamiento óptico (OFM, por sus siglas en inglés) junto con dicha celda de flujo para determinar la naturaleza/el origen de la acumulación de depósitos que está ocurriendo en la corriente de proceso.
La metodología comprende además proporcionar un monitor de ensuciamiento óptico que está en comunicación con dicha corriente de proceso; extraer fluido de dicha corriente de proceso hacia dicho monitor de ensuciamiento óptico; medir la formación de depósitos con el monitor de ensuciamiento óptico; determinar el tipo de depósitos al correlacionar la formación de depósitos en el monitor de ensuciamiento óptico con dicha actividad microbiológica determinada a partir del A OD en dicha corriente de proceso; opcionalmente, programar un controlador que está en comunicación con dicho OFM y al menos la sonda de OD para añadir una o más especies químicas a dicha corriente de proceso en respuesta a la correlación entre dicha formación de depósitos y la actividad microbiológica.
La especie química contiene un biocida si dicha correlación indica que los depósitos formados en el ensuciamiento óptico son de naturaleza microbiológica. Por ejemplo, si hay una deposición en el OFM y el A OD es alto, entonces añadir biocida a dicha corriente de proceso para combatir la formación de depósitos y disminuir la actividad microbiológica de la corriente de proceso es un camino a seguir. Los biocidas pueden ser oxidantes y/o no oxidantes.
La especie química puede ser una química de control de depósitos si dicha correlación indica que dicha formación de depósito no es de naturaleza microbiológica. Por ejemplo, si hay una deposición en el OFM y el A OD es bajo, entonces añadir química de control de depósitos a la corriente de proceso para combatir la formación de depósitos es un camino a seguir. Hay varios tipos de químicas de control de depósitos que son conocidas por un experto en la materia; por ejemplo, hay agentes antibrea que ayudan a prevenir la formación de depósitos durante un proceso de fabricación de papel y polímeros de control de depósitos.
C. Monitoreo de la actividad midrobiológica asociada a la superficie en una corriente de proceso
La actividad microbiológica asociada a la superficie se refiere a la actividad microbiana de los microorganismos de la superficie, por ejemplo, biopelículas.
La actividad microbiológica asociada a la superficie de una corriente de proceso se determina al medir la concentración de OD de la corriente de proceso. Se pueden usar otros parámetros junto con este análisis. Más específicamente, la metodología contiene las siguientes etapas: (a) conectar un aparato a una corriente de proceso, en donde dicho aparato comprende una celda de flujo que contiene una pluralidad de aberturas, en donde al menos una abertura es una entrada de la celda de flujo para fluido extraído de dicha corriente de proceso y al menos una abertura es una salida de la celda de flujo para fluido que sale de dicha celda de flujo, una sonda de Od conectada a una de dichas aberturas, opcionalmente una sonda de ORP conectada a una de dichas aberturas, opcionalmente un dispositivo de limpieza conectado a una de dichas aberturas, opcionalmente un primer conducto conectado a la entrada de la celda de flujo, opcionalmente un segundo conducto conectado a la salida de la celda de flujo, y opcionalmente una válvula asociada con dicha celda de flujo; (b) extraer fluido de dicha corriente de proceso hacia dicha celda de flujo; (c) abrir la válvula de dicho aparato para permitir que el fluido se extraiga hacia dicha celda de flujo; (d) medir al menos una vez la concentración de OD de dicha corriente de proceso con dicha sonda de OD, y en donde antes de cada medición se limpia la superficie de dicha sonda de OD; (e) cerrar la válvula del aparato para evitar que el fluido se extraiga hacia dicha celda de flujo; (f) medir al menos una vez la concentración de OD del fluido dentro de dicho aparato
con dicha sonda de OD y en donde antes de cada medición se limpia la superficie de la sonda de OD; (g) calcular una lectura de A OD entre la etapa (d) y la etapa (f); y (h) correlacionar al menos dicho valor de A OD en la etapa (g) con la actividad biológica asociada a la superficie; y (i) controlar la cantidad de dicha actividad microbiológica al añadir una cantidad efectiva de un tratamiento que contiene uno o más biocidas oxidantes a la corriente de proceso y/o una cantidad efectiva de un tratamiento que contiene uno o más biocidas no oxidantes; y opcionalmente una mezcla que contiene un compuesto de n-hidrógeno, un biocida oxidante y opcionalmente un tampón para la corriente de proceso.
Esta metodología puede aplicarse a varios tipos diferentes de corrientes del proceso.
En una modalidad, la corriente de proceso proviene de un proceso seleccionado del grupo que consiste en: un proceso de fabricación de papel; un proceso de agua de enfriamiento; un proceso de comida o bebida y un proceso con base recreativa.
La actividad de la biopelícula se calcula por la diferencia en las mediciones de OD tomadas antes de la limpieza frente a inmediatamente después de la limpieza durante las condiciones de flujo abierto. Se pueden usar otros parámetros junto con este análisis. La integridad de la correlación del A OD con la actividad de la biopelícula es mejor cuando el ORP se mide junto con la medición de OD porque la medición de OD puede verse afectada cuando el estado REDOX del fluido de la corriente de proceso no es oxidante.
Las condiciones de flujo abierto se producen cuando el fluido de la corriente de proceso puede pasar a través de la celda de flujo y medirse mediante instrumentación analítica que esté en comunicación con la celda de flujo, particularmente una sonda de OD para medir la concentración de OD del fluido.
En condiciones de flujo abierto, como en la etapa (d) y la etapa (f), debe transcurrir una cantidad de tiempo suficiente antes de medir el OD para que, si hay acumulación de biopelícula, haya una cantidad de tiempo suficiente para que se produzca la acumulación de biopelícula. Este período de tiempo puede variar según varios factores, incluido el tipo de proceso que se está monitoreando y la efectividad del programa microbiológico actual, que está actualmente en uso antes de la implementación de esta metodología. Por ejemplo, en la industria del papel, si el agua del proceso está muy contaminada con microorganismos, los microorganismos pueden tardar menos tiempo en consumir el OD. Los tipos de microorganismos (por ejemplo, hongos o bacterias filamentosas) también pueden afectar a la tasa y al alcance del consumo de OD.
En una modalidad, las mediciones tomadas en condiciones de flujo abierto y en condiciones de parada de flujo se toman en los mismos intervalos de tiempo. En una modalidad adicional, las mediciones tomadas en condiciones de flujo abierto y en condiciones de parada de flujo se toman durante el mismo período de tiempo y en los mismos intervalos de tiempo.
La corriente de proceso se puede monitorear de forma continua, intermitente o en una vez. El monitoreo continuo proporciona condiciones en tiempo real para que las perturbaciones del sistema puedan detectarse fácilmente en la corriente de proceso.
El A OD puede calcularse de varias maneras.
En una modalidad, el valor de AOD se determina al tomar la medida de OD más baja en la etapa (d) y la medida de OD promedio de la etapa (f).
En otra modalidad, el valor de A OD se determina al tomar la medición más mínimo de la etapa (d) y el nivel más alto de OD de la etapa (f).
En otra modalidad, el valor de A OD se determina al tomar la última medición de la etapa (d) y el nivel más alto de OD de la etapa (f).
En otra modalidad, las mediciones de OD se realizan y registran 5 veces durante un intervalo de tiempo seleccionado con el flujo continuo pero no hay limpieza de sonda con escobilla antes de cualquiera de estas mediciones.
En otra modalidad, un minuto antes de que expire el intervalo de tiempo seleccionado, las sondas se limpian y se realizan y registran dos mediciones consecutivas.
El ORP de la corriente de proceso puede medirse junto con la concentración de OD de la corriente de proceso. En una modalidad, el método comprende además medir el ORP en la etapa (d) y la etapa (f) al menos una vez y antes de cada medición limpiar la superficie de la sonda de ORP, en donde la sonda de ORP no se limpia en la etapa (d) y opcionalmente en donde dicha sonda de ORP se limpia en la etapa (f). Opcionalmente, se pueden añadir uno o más oxidantes a la corriente de proceso si el valor de ORP cae por debajo de un nivel predeterminado.
En otra modalidad, si dichas mediciones de ORP caen por debajo de un nivel predeterminado, entonces las mediciones de OD que se miden junto con las mediciones de ORP pueden no incluirse en el cálculo de A OD que se usa para determinar la actividad microbiológica de la corriente de proceso. Más específicamente, al excluir estas mediciones, un operador del proceso puede tener una mejor idea de si el consumo de OD está relacionado con la actividad microbiológica o la química de la corriente de proceso.
En otra modalidad, si el nivel predeterminado es menor que aproximadamente 100 mV, entonces se excluyen las mediciones de OD porque cuando el ORP está en este intervalo, las condiciones generalmente no oxidantes y el consumo de oxígeno disuelto podrían estar relacionados con condiciones químicas en la corriente de proceso. En otra modalidad, la sonda de OD, la sonda de ORP o una combinación de las mismas se limpian mediante un dispositivo de limpieza que contiene una escobilla limpiadora.
En otra modalidad, la escobilla limpia la superficie de la(s) sonda(s) dos veces.
Responder a los niveles microbiológicos asociados a la superficie en una corriente de proceso puede tomar muchas rutas diferentes.
En una modalidad, si los niveles microbiológicos asociados a la superficie son altos o están por encima de un nivel predeterminado que se cree que funciona bien para el proceso, el protocolo implica añadir una cantidad efectiva de biocida para que los niveles microbiológicos vuelvan al nivel deseado.
Los biocidas pueden ser oxidantes y/o no oxidantes.
Con respecto a un proceso de fabricación de papel, los biocidas se seleccionan del grupo que consiste en: isotiazolina; glutaraldehído; dibromonitrilopropionamida; carbamato; compuestos de amonio cuaternario; hipoclorito de sodio; dióxido de cloro; ácido peracético; ozono; cloraminas; Stabrex™ (bromo-sulfamato); bromo-cloro-dimetil hidantoína; dicloro-dimetil hidantoína; monocloramina; hipoclorito de sodio usado junto con sales de amonio y estabilizadores que incluyen dimetil hidantoína, aminoácidos, ácido cianúrico, succinimida y urea y una combinación de los mismos.
Se pueden usar uno o más controladores para implementar una respuesta al nivel de actividad microbiológica en la corriente de proceso. Más específicamente, los controladores se pueden programar para recibir datos de la corriente de proceso, por ejemplo la sonda de OD, calcule un A OD basado en la lógica ingresada en el controlador (por ejemplo, un controlador lógico de programa) e implemente una respuesta de acuerdo con el A OD, que podría incluir varias acciones, como accionar una bomba que alimenta biocida en una corriente de proceso.
En una modalidad, el controlador está basado en la web.
En otra modalidad, el controlador puede estar en comunicación con al menos uno de los siguientes: la sonda de ORP, la sonda de OD, el dispositivo de limpieza, una válvula o una combinación de los mismos.
En otra modalidad, el controlador recibe señales de entrada de dicha sonda de OD e implementa un protocolo deseado que se programa en dicho controlador.
En otra modalidad, el controlador es un sistema controlador. Un «Sistema Controlador» y términos similares se refieren a un operador manual o a un dispositivo electrónico que tiene componentes tales como un procesador, un dispositivo de memoria, un tubo de rayos catódicos, una pantalla de cristal líquido, una pantalla de plasma, un panel táctil u otro monitor u otros componentes. En ciertos casos, el controlador se puede hacer funcionar para la integración con uno o más circuitos integrados de aplicaciones específicas, programas o algoritmos, uno o más dispositivos conectados por cable o uno o más dispositivos mecánicos. Algunas o todas las funciones del sistema controlador pueden estar en una ubicación central, tal como un servidor de red, para su comunicación a través de una red de área local, red de área extensa, red inalámbrica, conexión a internet, enlace de microondas, enlace de infrarrojos y similares. Además, se pueden incluir otros componentes, tales como un acondicionador de señales o un monitor del sistema, para facilitar algoritmos de procesamiento de señal.
En otra modalidad, el protocolo deseado alertará a un operador o a una persona a cargo de monitorear la corriente de proceso y tratar la corriente de proceso.
En otra modalidad, el protocolo deseado implica la adición de una cantidad efectiva de biocida a la corriente de proceso si dicho A OD alcanza un nivel predeterminado. El biocida puede ser oxidante y/o no oxidante.
Se puede usar un monitor de ensuciamiento óptico (OFM, por sus siglas en inglés) junto con dicha celda de flujo para determinar la naturaleza/el origen de la acumulación de depósitos que está ocurriendo en la corriente de proceso.
En una modalidad, la metodología de la presente invención comprende además proporcionar un monitor de ensuciamiento óptico que está en comunicación con dicha corriente de proceso; extraer fluido de dicha corriente de proceso hacia dicho monitor de ensuciamiento óptico; medir la formación de depósitos con el monitor de ensuciamiento óptico; determinar el tipo de depósitos al correlacionar la formación de depósitos en el monitor de ensuciamiento óptico con dicha actividad microbiológica determinada a partir del A OD en dicha corriente de proceso; opcionalmente, programar un controlador que está en comunicación con dicho OFM y al menos la sonda de OD para añadir una o más especies químicas a dicha corriente de proceso en respuesta a la correlación entre dicha formación de depósitos y la actividad microbiológica.
En una modalidad adicional, la especie química contiene un biocida si dicha correlación indica que los depósitos formados en el ensuciamiento óptico son de naturaleza microbiológica. Por ejemplo, si hay una deposición en el OFM y el A OD es alto, entonces añadir biocida a dicha corriente de proceso para combatir la formación de depósitos y disminuir la actividad microbiológica de la corriente de proceso es un camino a seguir. El biocida puede ser oxidante y/o no oxidante.
En una modalidad adicional más, la especie química es una química de control de depósito si dicha correlación indica que dicha formación de depósito no es de naturaleza microbiológica. Por ejemplo, si hay una deposición en el OFM y el A OD es bajo, entonces añadir química de control de depósitos a la corriente de proceso para combatir la formación de depósitos es un camino a seguir. Hay varios tipos de químicas de control de depósitos que son conocidas por un experto en la materia; por ejemplo, hay agentes antibrea que ayudan a prevenir la formación de depósitos durante un proceso de fabricación de papel y polímeros de control de depósitos.
A. Monitoreo de la actividad microbiológica asociada a la superficie y a granel en una corriente de proceso
La actividad microbiológica a granel puede controlarse junto con la actividad microbiológica asociada a la superficie. Un método para medir la actividad microbiológica a granel y la actividad microbiológica asociada a la superficie en una corriente de proceso que comprende: (a) conectar un aparato a dicha corriente de proceso, en donde dicho aparato comprende una celda de flujo que contiene una pluralidad de aberturas, en donde al menos una abertura es un flujo entrada de celda para fluido extraído de dicha corriente de proceso y al menos una abertura es una salida de la celda de flujo para fluido que sale de dicha celda de flujo, una sonda de OD unida a una de dichas aberturas, opcionalmente una sonda de ORP unida a una de dichas aberturas, opcionalmente una sonda de limpieza dispositivo acoplado a una de dichas aberturas, opcionalmente un primer conducto acoplado a la entrada de la celda de flujo, opcionalmente un segundo conducto acoplado a la salida de la celda de flujo, y opcionalmente una válvula asociada a dicha celda de flujo; (b) extraer fluido de dicho vapor de proceso a dicha celda de flujo; (c) abrir la válvula de dicho aparato para permitir que el fluido entre en dicha celda de flujo; (d) medir al menos una vez la concentración de OD de dicha corriente de proceso con dicha sonda de OD, en donde dicha sonda de OD no se limpia antes de cada medición; (e) limpiar la superficie de dicha sonda de OD; (f) medir al menos una vez la concentración de OD del fluido dentro de dicho aparato con dicha sonda de OD opcionalmente, en donde antes de cada medición se limpia dicha superficie de la sonda de OD; (g) cerrar la válvula de dicho aparato para evitar que el fluido entre en dicha celda de flujo; (h) medir al menos una vez la concentración de OD del fluido dentro de dicho aparato con dicha sonda de OD, en donde antes de cada medición se limpia dicha superficie de la sonda de OD; (i) calcular una lectura de A OD entre la etapa (f) y la etapa (h) y correlacionar al menos dicho A OD con dicha actividad microbiológica a granel en dicha corriente de proceso; y (j) calcular una lectura de A OD entre la etapa (d) y la etapa (f) y correlacionar al menos dicho A OD con dicha actividad microbiológica asociada a la superficie en dicha corriente de proceso.
El monitoreo se puede configurar para que un operador pueda alternar/cambiar entre la actividad microbiológica a granel (modo normal) y/o la actividad asociada a la superficie (modo de biopelícula). La Figura 8 ilustra este mecanismo a través de un diagrama de flujo.
El método puede comprender además medir el ORP en la etapa (d), la etapa (f) y la etapa (h) al menos una vez, en donde la sonda de o Rp no se limpia en la etapa (d), opcionalmente en donde dicha sonda de ORP se limpia en la etapa (f), y en donde la sonda de ORP se limpia en la etapa (h); opcionalmente añadir uno o más oxidantes a dicha corriente de proceso si el valor de ORP cae por debajo de un nivel predeterminado; y opcionalmente no usar dichas medidas de Od para calcular dicho A OD si dicho valor de ORP cae por debajo de un nivel predeterminado.
La formación de depósitos a partir de la corriente de proceso también puede controlarse junto con esta metodología. Más específicamente, la metodología comprende además proporcionar un monitor de ensuciamiento óptico que está en comunicación con dicha corriente de proceso; extraer fluido de dicha corriente de proceso a dicho monitor de ensuciamiento óptico; medir la formación de depósitos con dicho monitor de ensuciamiento óptico; determinar el tipo de depósitos al correlacionar la formación de depósitos en dicho monitor de ensuciamiento óptico con dicha actividad microbiológica determinada a partir del A Od en dicha corriente de proceso; programar opcionalmente un controlador para añadir una o más especies químicas a dicha corriente de proceso en respuesta a dicha correlación entre dicha formación de deposición y actividad microbiológica.
La presente descripción proporciona un método para monitorear y controlar la actividad microbiológica asociada a la superficie en una corriente de proceso que comprende: (a) conectar un aparato a una corriente de proceso, en donde dicho aparato comprende una celda de flujo que contiene una pluralidad de aberturas, en donde al menos una abertura es una entrada de la celda de flujo para fluido extraído de dicha corriente de proceso y al menos una abertura es una salida de la celda de flujo para fluido que sale de dicha celda de flujo, una sonda de Od conectada a una de dichas aberturas, opcionalmente una sonda de ORP conectada a una de dichas aberturas, opcionalmente un dispositivo de limpieza conectado a una de dichas aberturas, opcionalmente un primer conducto conectado a la entrada de la celda de flujo, opcionalmente un segundo conducto conectado a la salida de la celda de flujo, y opcionalmente una válvula asociada con dicha celda de flujo; (b) extraer fluido de dicha corriente de proceso hacia dicha celda de flujo; (c) abrir la válvula de dicho aparato para permitir que el fluido se extraiga hacia dicha celda de flujo; (d) medir al menos una vez la concentración de OD de dicha corriente de proceso con dicha sonda de OD, y en donde antes de cada medición se limpia la superficie de dicha sonda de OD; (e) cerrar la válvula del aparato para evitar que el fluido se extraiga hacia dicha celda de flujo; (f) medir al menos una vez la concentración de OD del fluido dentro del aparato con dicha sonda de OD y en donde antes de cada medición se limpia la superficie de la sonda de OD; (g) calcular una lectura de A OD entre la etapa (d) y la etapa (f); y (h) correlacionar al menos dicho valor de AOD en la etapa (g) con la actividad biológica asociada a la superficie; y (i) controlar la cantidad de dicha actividad microbiológica al añadir una cantidad efectiva de un tratamiento que contiene uno o más biocidas oxidantes a la corriente de proceso y/o una cantidad efectiva de un tratamiento que contiene uno o más biocidas no oxidantes y opcionalmente una mezcla que contiene un compuesto de n-hidrógeno, un biocida oxidante y, opcionalmente, un tampón para la corriente de proceso.
En otra modalidad, el biocida no oxidante se añade posteriormente a la mezcla.
En otra modalidad, la corriente de proceso de no tejido hidroenmarañado es parte del proceso para fabricar una estera de fibra de vidrio.
En otra modalidad, el proceso de no tejido hidroenmarañado se usa para fabricar una estera de fibra de vidrio. En otra modalidad, el compuesto de n-hidrógeno contiene al menos uno de los siguientes: una sal de amonio, sulfato de amonio, acetato de amonio, bicarbonato de amonio, bromuro de amonio, carbonato de amonio, cloruro de amonio, citrato de amonio, nitrato de amonio, oxalato de amonio, persulfato de amonio, fosfato de amonio, sulfato de amonio, sulfato de amonio férrico y sulfato de amonio ferroso.
En otra modalidad, el compuesto de n-hidrógeno contiene al menos uno de los siguientes: succinimida, cianamida, dicianamida, melamina, etanolamina, etilendiamina, dietanolamina, trietanolamina, trietilentetramina, dibutilamina, tributilamina, glutamina, difenilamina, hidracina, urea, tiourea, N -metilurea, acetilurea, etilcarbamato, 1,3-dimetilbiuret, metilfenilbiuret, ácido isocianúrico, ácido barbitúrico, 6-metiluracilo, 2-imidazolina, 5,5-dimetil hidantoína, 2-pirimidinona, benzamida, ftalimida, N-etilacetamida, azetidina- 2-ona, 2-pirrolidona, caprolactama, ácido sulfámico, sulfamida, p-toluenosulfonamida, fenil sulfonamida, dimetil sulfinimina, isotiazolen-1,1-dióxido, ortofosforil triamida, pirofosforil triamida, fenil fosforil-bis dimetilamida, amida del ácido bórico, metanosulfonaimida, pirrolidona, hidantoína, acetanilida, acetmida, biuret, alofanato, pirrol, indol, guanidina, biguanidina y polímeros primarios y secundarios que contienen nitrógeno.
En otra modalidad, el biocida no oxidante contiene al menos uno de los siguientes: glutaraldehído, bistiocianato de metileno (MBTC), derivados de tiazol, derivados de isotiazolinona, 1,2-bencisotiazolin-3-ona (BIT), 2-bromo-2-nitropropano-1,3-diol (Bronopol), un compuesto de amonio cuaternario de cadena larga, una diamina alifática, una guanidina, biguanidina, clorhidrato de n-dodecilguanidina (DGH), cloruro de n-alquil dimetil bencil amonio, cloruro de didecil dimetil amonio, 1,2-dibromo-2,4-dicianobutano, 2,2-dibromo-3-nitrilopropionamida (DBNPA), bis(triclorometil)sulfona, 4,5-dicloro-1,2-ditiol-3-ona, 2-bromo-2-nitroestireno, 5-cloro-2-metil-4-isotiazolin-3-ona (CMIT) y 2-metil-4-isotiazolin-3-ona (MIT).
No se pretende que los siguientes ejemplos sean limitantes.
Ejemplos
Ejemplo 1
Una corriente de proceso se introduce en una celda de flujo a través de un primer conducto. Una o más válvulas regulan el flujo hacia una celda de flujo. Un drenaje asociado con el primer conducto y una o más válvulas impide acumulaciones en la corriente de proceso o ayuda a controlar el taponamiento de los sólidos presentes en la corriente de proceso. En condiciones de flujo abierto, la válvula está posicionada para permitir que el fluido pase a la celda de flujo. Se conectan a la celda de flujo una sonda de OD, una sonda de ORP y un dispositivo de limpieza (por ejemplo, una escobilla). El fluido pasa a través de la celda de flujo para su análisis.
Dependiendo del monitoreo (a granel/asociado a la superficie/una combinación), la válvula se coloca en una posición abierta o cerrada para permitir que el fluido entre en la celda de flujo y la concentración de OD y/o el ORP se registran de acuerdo con uno de los protocolos de proceso antes mencionados. El fluido que pasa a través de la celda de flujo sale a través de un drenaje. El fluido que fluye hacia el drenaje puede ser drenado de vuelta a la corriente de proceso, por ejemplo, al cofre de la máquina en un proceso de fabricación de papel. La Figura 9 proporciona un esquema de la configuración de la celda de flujo y el flujo de una corriente de proceso a través de la configuración de la celda de flujo.
Un monitor OFM también se puede asociar con la corriente de proceso. Una o más válvulas regulan el flujo hacia un OFM. La Figura 10 proporciona un esquema de la configuración de la celda de flujo junto con un monitor OFM, así como el flujo de la corriente de proceso a través de la configuración de la celda de flujo y OFM.
Dependiendo del nivel de actividad microbiológica o de depósitos en la corriente de proceso, la química apropiada que corrija el problema puede ser alimentada a la corriente de proceso. Por ejemplo, un controlador puede transmitir una señal a una bomba que acciona un solenoide asociado con un mecanismo de alimentación.
Ejemplo 2
Se permitió que una corriente lateral de agua del proceso de fabricación de papel de una fábrica de papel ubicada en Alemania fluyera a través del dispositivo de monitoreo (2 litros por segundo). Esta fábrica produce láminas libres recubiertas y no recubiertas y usa un oxidante estabilizado para el biocontrol. La válvula del dispositivo de monitoreo se abrió y se cerró a intervalos de 60 minutos para iniciar y detener el flujo hacia la cámara de monitoreo de la celda de flujo. Los valores de ORP y LDO se midieron a intervalos de 10 minutos. Los datos de los dispositivos de monitoreo ORP y LDO fueron recogidos por un registrador de datos y enviados a un servidor web para su visualización en un sitio web. Los datos se descargaron del sitio web y se analizaron para determinar el impacto del programa de biocontrol y las condiciones del proceso en la actividad microbiana.
En esta solicitud, la invención se usó junto con un OFM para determinar la naturaleza/el origen de los depósitos problemáticos. Por ejemplo, si la deposición y la actividad son altas es probable que los depósitos sean de naturaleza biológica. Por el contrario, si la deposición es alta y la actividad microbiana es baja es poco probable que los microorganismos contribuyan a los depósitos y los esfuerzos de resolución de problemas deberían centrarse en otra parte. El ejemplo proporcionado en la figura 6 demuestra el impacto del apagado de la máquina en ORP, actividad microbiana y deposición (OFM) en el agua estancada del proceso. La actividad microbiana se indica como A OD. La máquina se apagó el 4 de agosto. Poco después de este hecho hubo un fuerte aumento en el A OD, que coincidió con una disminución en ORP y un aumento en el ensuciamiento de la superficie medido por el OFM. Estos datos sugieren que el programa basado en oxidantes no fue persistente y no controló adecuadamente el crecimiento microbiano ni la formación de depósitos durante este incidente. El examen microscópico de los depósitos superficiales confirmó las altas densidades de microorganismos, incluidas las bacterias filamentosas.
Ejemplo 3
Se permitió que una corriente lateral de agua del proceso de fabricación de papel de una fábrica de papel ubicada en los EE. UU., fluyera a través del dispositivo de monitoreo (0,25 litros por segundo). Esta fábrica cambia con frecuencia el contenido de fibra del producto de papel, lo que puede tener un impacto drástico en el rendimiento de un programa de biocontrol. Específicamente, en esta fábrica se usa un suministro de Azoto que aumenta la demanda de halógenos en el sistema de agua del proceso. La válvula del dispositivo de monitoreo se abrió y se cerró a intervalos de 30 minutos para iniciar y detener el flujo hacia la cámara de monitoreo de la celda de flujo. Los valores de ORP y LDO se midieron a intervalos de 6 minutos. Los datos de los dispositivos de monitoreo de ORP y LDO fueron recogidos por un registrador de datos o descargados a una computadora usando el software provisto del dispositivo de monitoreo.
Poco después de instalar el dispositivo de monitoreo, se observó de inmediato que los cambios en el proceso afectaban al rendimiento del programa de biocontrol basado en mediciones de ORP, niveles de actividad microbiana y ensuciamiento de la superficie medidos con el OFM. En el ejemplo proporcionado en la figura 7 se demuestra cómo afecta un cambio en el contenido de fibra en el ORP, en la actividad microbiana y en la deposición (OFM). La actividad microbiana se indica como LDO (porcentaje de saturación) y una mayor diferencia entre el LDO de fondo durante las condiciones de flujo abierto y el LDO medido durante las condiciones de parada de flujo indican una mayor actividad microbiana. Estos datos sugieren que el programa basado en oxidantes no controlaba adecuadamente el crecimiento microbiano y la formación de depósitos cuando se usó el suministro de alta demanda oxidante de grado Azoto. Por lo tanto, el programa debe modificarse para mejorar el control de depósitos durante la fabricación de este grado en particular.
Ejemplo 4
El monitor de oxígeno disuelto mide el oxígeno disuelto en el agua de muestra continuamente. El programa de monitoreo es controlado por un PLC (controlador lógico programable), que leerá y mantendrá un valor de LDO medido hasta que se complete el ciclo del programa. El PLC también controla una unidad de escobilla, que limpiará la superficie del sensor y una válvula de bola motorizada que puede detener el flujo de agua a través de la celda de muestra.
Hay dos modos básicos de monitoreo disponibles: Modo de Actividad Microbiológica a Granel (BMA) y Modo de Actividad Microbiológica Asociada a la Superficie (SAMA). Ambos modos usan tres variables para configurar el programa según las necesidades de la aplicación particular: X, Xt y Xti. Más específicamente, X es el tiempo abierto y el tiempo cerrado de la válvula de bola en minutos, Xt es el número de lecturas de LDO almacenadas durante el tiempo X y Xti es el intervalo entre las lecturas de LDO. Mientras la válvula de bola está abierta y la muestra fluye las lecturas de LDO deben ser estables reflejando el estado actual en la fuente de la muestra. Cuando la válvula de bola se cierra y el flujo de muestra se detiene el oxígeno disuelto en la celda de flujo cerrada tenderá a agotarse por reacción con material orgánico.
En el modo BMA, todas las lecturas se toman inmediatamente después de limpiar la sonda. El valor Delta OD proporciona una medida de la actividad microbiana en el cuerpo de la muestra al reflejar el consumo de oxígeno disuelto durante el metabolismo.
En el modo SAMA, el electrodo no se limpia durante la primera parte del ciclo de apertura de la válvula. Durante este tiempo puede haber una acumulación de biopelícula en la superficie del electrodo. Luego se limpia el electrodo y la diferencia muestra el nivel de biopelícula acumulado durante la primera parte del ciclo. Cuando la válvula de bola se cierra las lecturas se toman como en el modo BMA.
Tabla I - Modo BMA (comparativo)
Figure imgf000015_0001
MÁX. = Promedio de lecturas 1 > 5
MÍN. = Lectura mínima de 6 > 10
Actividad:
BMA = MÁX. - MÍN.
Tabla II - Modo SAMA (Lecturas 1-7) y Modo BMA
Figure imgf000016_0001
B MIN = Lectura 5
B MÁX = Promedio de las lecturas 6 y 7
MIN = Lectura mínima de 8 > 12
Actividad
BMA = B MÁX -MÍN
SAMA = B MÁX - B MÍN

Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Un método para monitorear y controlar la actividad microbiológica asociada a la superficie en una corriente de proceso que comprende:
    a. conectar un aparato a una corriente de proceso, en donde dicho aparato comprende una celda de flujo que contiene una pluralidad de aberturas, en donde al menos una abertura es una entrada de la celda de flujo para fluido extraído de dicha corriente de proceso y al menos una abertura es una salida de la celda de flujo para fluido que sale de dicha celda de flujo,
    una sonda de OD (Oxígeno Disuelto) conectada a una de dichas aberturas, un dispositivo de limpieza conectado a una de dichas aberturas,
    y
    una válvula asociada con dicha celda de flujo;
    b. extraer fluido de dicha corriente de proceso hacia dicha celda de flujo;
    c. abrir la válvula de dicho aparato para permitir que el fluido se extraiga hacia dicha celda de flujo; d. medir al menos una vez la concentración de OD de dicha corriente de proceso con dicha sonda de OD, y en donde dicha sonda de OD no se limpia antes de cada medición;
    e. limpiar la superficie de dicha sonda de OD;
    f. medir al menos una vez la concentración de OD del fluido dentro de dicho aparato con dicha sonda de OD;
    g. calcular una lectura de AOD entre la etapa (d) y la etapa (f);
    h. correlacionar al menos dicho AOD en la etapa (g) con la actividad microbiológica asociada a la superficie; y
    i. controlar la cantidad de dicha actividad microbiológica al añadir una cantidad efectiva de un tratamiento que contiene uno o más biocidas oxidantes a la corriente de proceso o una cantidad efectiva de un tratamiento que contiene uno o más biocidas no oxidantes.
  2. 2. El método de la reivindicación 1, en donde dicha corriente de proceso es una corriente de proceso de fabricación de papel o una corriente de proceso de no tejido hidroenmarañado.
  3. 3. El método de la reivindicación 2, en donde dicha corriente de proceso es una corriente de proceso de no tejido hidroenmarañado y dicha corriente de proceso de no tejido hidroenmarañado es parte de un proceso para fabricar una estera de fibra de vidrio.
  4. 4. El método de la reivindicación 1, en donde en la etapa i) se añade a la corriente de proceso una mezcla que contiene un compuesto de n-hidrógeno, un biocida oxidante y, opcionalmente, un tampón.
  5. 5. El método de la reivindicación 4, en donde la mezcla que contiene un compuesto de n-hidrógeno, un biocida oxidante y opcionalmente un tampón se añade a la corriente de proceso y el compuesto de n-hidrógeno contiene al menos uno de los siguientes:
    una sal de amonio, sulfato de amonio, acetato de amonio, bicarbonato de amonio, bromuro de amonio, carbonato de amonio, cloruro de amonio, citrato de amonio, nitrato de amonio, oxalato de amonio, persulfato de amonio, fosfato de amonio, sulfato de amonio, sulfato de amonio férrico y sulfato de amonio ferroso. 6. El método de la reivindicación 4, en donde el compuesto de n-hidrógeno contiene al menos uno de los siguientes:
    succinimida, cianamida, dicianamida, melamina, etanolamina, etilendiamina, dietanolamina, trietanolamina, trietilentetramina, dibutilamina, tributilamina, glutamina, difenilamina, hidracina, urea, tiourea, N-metilurea, acetilurea, etilcarbamato, 1,3-dimetilbiuret, metilfenilbiuret, ácido isocianúrico, ácido barbitúrico,
  6. 6-metiluracilo, 2-imidazolina, 5,5-dimetil hidantoína, 2-pirimidinona, benzamida, ftalimida, N-etilacetamida, azetidin-2-ona, 2-pirrolidona, caprolactama, ácido sulfámico, sulfamida, p-toluenosulfonamida, fenil sulfonamida, dimetil sulfinimina, isotiazoleno-1,1-dióxido, ortofosforil triamida, pirofosforil triamida, fenil fosforil-bis dimetilamida, amida de ácido bórico, metanosulfonamida, pirrolidona, hidantoína, acetanilida, acetamida, biuret, alofanato, pirrol, indol, guanidina, biguanidina y polímeros primarios y secundarios que contienen nitrógeno.
  7. 7. El método de la reivindicación 1, en donde se añade a la corriente de proceso una cantidad efectiva de un tratamiento que contiene uno o más biocidas no oxidantes y el biocida no oxidante contiene al menos uno de los siguientes:
    glutaraldehído, metileno, bistiocianato (MBTC), derivados de tiazol, derivados de isotiazolinona, 1,2-bencisotiazolin-3-ona (BIT), 2-bromo-2-nitro-propano-1,3-diol (Bronopol), un compuesto de amonio cuaternario de cadena larga, una diamina alifática, una guanidina, biguanidina, clorhidrato de ndodecilguanidina (DGH), cloruro de n-alquil dimetil bencil amonio, cloruro de didecil dimetil amonio, 1,2-dibromo-2,4-dicianobutano, 2,2-dibromo-3-nitrilopropionamida (DBNPA), bis(triclorometil)sulfona, 4,5-dicloro 1,2-ditiol-3-ona, 2-bromo-2-nitroestireno, 5-doro-2-metil-4-isotiazolin-3-ona (CMIT) y 2-metil-4-isotiazolin-3-ona (MIT).
  8. 8. El método de la reivindicación 4, en donde la mezcla que contiene un compuesto de n-hidrógeno, un biocida oxidante y opcionalmente un tampón, y una cantidad efectiva de un tratamiento que contiene uno o más biocidas no oxidantes se añaden a la corriente de proceso y en donde el biocida no oxidante se añade posteriormente a dicha mezcla.
  9. 9. El método de la reivindicación 1, en donde se conecta una sonda de ORP a una de las aberturas.
  10. 10. El método de la reivindicación 1, en donde se conecta un primer conducto a la entrada de la celda de flujo.
  11. 11. El método de la reivindicación 1, en donde se conecta un segundo conducto a la salida de la celda de flujo.
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