Dioxido de cloro para el tramiento de agua

Hipoclorito de sodio y gas cloro se han utilizado para el control microbiológico de sistemas de enfriamiento de agua para más de 40 años. Con los años, el rendimiento, aplicaciones consideraciones y limitaciones de químicos basados en cloro han presentado oportunidades para químicos alternativos. Los avances en las tecnologías de control microbiano han traído diferentes químicos — químicos a base de bromo, el peróxido, perácidos, ozonización — y nonchemical tecnologías para el tratamiento de sistemas de agua de enfriamiento industriales.

A pesar de los avances de la química, aplicación y condiciones de proceso continúan presentando retos. Con un creciente énfasis en la seguridad y restricciones ambientales y normativos, la necesidad de químicos nuevos y alternativos existe siempre.

Las propiedades de microbicida del dióxido de cloro se han sabido durante mucho tiempo, pero pocas veces se ha considerado como una alternativa oxidante biocida para sistemas de agua de refrigeración industriales. A diferencia de la química convencional basado del cloro y del bromo, dióxido de cloro no puede ser enviado a altas concentraciones y tiene que ser producido in situ con una, dos o tres precursores.

En el pasado, los principales usos del dióxido de cloro fueron aplicaciones tratamiento o blanqueo de agua en las plantas de celulosa. Sin embargo, numerosos estudios han documentado las ventajas del dióxido de cloro en muchas condiciones desafiadoras del agua. Por ejemplo, el dióxido de cloro permanece undissociated; por lo tanto, es más eficaz bajo condiciones de pH alto. Por el contrario, cloro y bromo sufren disociación molecular bajo condiciones de pH alto del agua.

Hipoclorito de sodio y gas cloro se han utilizado para el control microbiológico de sistemas de enfriamiento de agua para más de 40 años. Con los años, el rendimiento, aplicaciones consideraciones y limitaciones de químicos basados en cloro han presentado oportunidades para químicos alternativos. Los avances en las tecnologías de control microbiano han traído diferentes químicos — químicos a base de bromo, el peróxido, perácidos, ozonización — y nonchemical tecnologías para el tratamiento de sistemas de agua de enfriamiento industriales.

A pesar de los avances de la química, aplicación y condiciones de proceso continúan presentando retos. Con cultivo de medio ambiente y las especies biocidas de cloro (Acido hipocloroso) y bromo (acido hipobromoso) sufren disociación pH-dependiente de iones hipoclorito e hipobromito, respectivamente. Esto afecta negativamente a la eficacia biocida para químicos basados en cloro a niveles de pH mayores que siete (pH >7) y para químicos basados en bromo en niveles de pH mayores a ocho (pH > 8).

Figura 1 muestra las disociaciones de ácido hipocloroso, hipobromoso ácido y cloro dióxido versus pH. Varios estudios también han demostrado que el dióxido de cloro puede superar a químicos basados en cloro y bromo en el control de bacterias formadoras de limo como las Pseudomonas.

Todas las ventajas del dióxido de cloro para el control microbiano en condiciones desafiadoras del agua, sin embargo, no han conducido a un aumento en el uso del dióxido de cloro para tratamiento de agua de refrigeración industrial.

 En los últimos años, los requisitos reglamentarios para una nueva tecnología han cuestionado la capacidad de compañías de tratamiento del agua para desarrollar y llevar nuevas tecnologías al mercado. Al mismo tiempo, recientes ambientales, regulatorios y tendencias y preocupaciones de escasez de agua, combinado con una mayor consideración para la seguridad y fiabilidad — han invocado un interés en el uso de dióxido de cloro para tratamiento de agua de enfriamiento. Esto ha dado lugar al desarrollo de cloro nuevos procesos de generación de dióxido que utilizan diseños de generador en sitio confiable y condiciones de aplicación.

Tecnologías de larga oxidante están sujetos a:

  • Normas de seguridad
  • Homeland
  • Fuerte demandas de seguridad para el transporte del oxidante, incluyendo el almacenamiento y manejo de •Strict descargan Reglamento de subproductos de la desinfección, que limitan los productos halógenos orgánicos absorbibles total (AOX/TOX) como trihalometanos (THM).
  • El mayor uso de materia prima o reciclado de agua.

 Las limitaciones de las tecnologías convencionales oxidante han llevado a mayor consideración para el uso del dióxido de cloro en tratamiento de agua de enfriamiento.

Almacenamiento y manipulación de regulaciones para cloro Gas

El gas cloro está sujeta a considerable carga regulatoria y el gasto para cumplir con regulaciones tales como el programa de management (PSM) de la OSHA proceso seguridad y plan de manejo de riesgo de EPA (RMP). Utilizando gas de cloro puede requerir la instalación de depuradores o sistemas de contención, que pueden ser una proposición costosa.

Bajo la norma OSHA 29CFR 1910.119, de proceso de gestión de la seguridad, la cantidad umbral de cloro es de 1.500 libras. Por lo tanto, teniendo incluso un cilindro de tonelada solo en sitio obliga al usuario a cumplir plenamente con los requisitos. Como consecuencia, el tiempo requerido y gastos establecidos por el Reglamento, para la preparación de la documentación, realizar la seguridad comentarios, empleados del entrenamiento, compra de los monitores y equipos de protección y mantener el programa, puede ser considerable.

El programa de gestión de riesgo en la sección 112(r) de la ley del aire limpio de la EPA requiere que los afectados a ir más allá de los requisitos de PSM. De cloro, la cantidad umbral es 2.500 lb, y los afectados deben cumplir con la regla de la RMP. Los requisitos incluyen la preparación de programas de respuesta de emergencia, notificaciones públicas y mantenimiento de más registros.

El dióxido de cloro evita el PSM y RMP requisitos y costos asociados si se almacena a menos de 1.000 libras de dióxido de cloro. Debido a que el dióxido de cloro requiere generación in situ, sólo pequeñas cantidades se producen para aplicaciones de agua de refrigeración. Esto ayuda a mantiene cantidades significativamente por debajo del umbral de 1.000 lb.

Límites de descarga de subproductos de la desinfección

Subproductos de la desinfección son compuestos producidos como consecuencia de la aplicación de un agente de control microbiano. AOX, haluros orgánicos absorbibles y THM o trihalometanos, son dos notables términos utilizados para identificar los principales tipos de subproductos de la desinfección.

Valores de AOX y THM son parámetros globales que son monitoreados como una medida de contaminantes en el medio ambiente. Estos parámetros cubren un amplio grupo de sustancias que van desde simples sustancias volátiles como triclorometano (cloroformo) a moléculas orgánicas complejas como las dioxinas/furanos, que tienen un número de propiedades tóxicas.

En el pasado, los subproductos de la desinfección indeseados (SPD) creados como resultado de la cloración causan, en muchas circunstancias, desafíos ambientales y compromisos. Por ejemplo, la industria de pulpa y papel una vez había utilizado grandes cantidades de cloro para el control microbiano y blanqueo. Debido a razones ambientales y regulatorios, la utilización de cloro y oxidantes derivados del cloro en el blanqueo de la pulpa ha disminuido significativamente en la mayor parte del mundo.

En los años ' 90, blanqueamiento tecnología cambió de usar dióxido de cloro a cloro elemental. Esto ayudó a reducir de forma sustancial la formación y posterior descarga de AOX y THM.

Ahora se están adoptando los reglamentos estrictos de AOX y THM establecidos en Europa hace algún tiempo en el mercado de Estados Unidos. Nacional de sistemas de eliminación de descarga de contaminantes (NPDES) de permisos son cada vez más estrictas de AOX y THM límites de descarga, provocando desafíos operacionales y adopción de prácticas que permitan el cumplimiento de normas. En muchos casos, las operaciones son primero tratando de limitar la alimentación de cloro. Este enfoque reduce AOX y THM pero control microbiológico de compromisos, que puede causar ensuciamiento del intercambiador de calor, reduce el rendimiento y los riesgos potenciales de salud pública.

Por el contrario, el dióxido de cloro es un oxidante selectivo que no reacciona con los compuestos orgánicos. Esto resulta en una reducción significativa de AOX y THM. Reducción del consumo de compuestos indeseables deja más dióxido de cloro para control microbiológico, incluso a dosis bajas. Esto hace que el dióxido de cloro una alternativa favorable y recomendado: a tecnologías convencionales oxidantes para control microbiano en los sistemas de agua de refrigeración industrial.

Uso de agua crudo y reciclado en instalaciones industriales

Creciente escasez de agua en los Estados Unidos ha obligado a muchas operaciones industriales a utilizar más agua cruda o agua reciclada. Esto plantea desafíos porque agua crudo y reciclado puede contener cargas orgánicas altas y mayores niveles de contaminación bacteriana. El uso de antioxidantes convencionales como el cloro solicita reactividad con compuestos orgánicos contaminantes y reduce los activos disponibles para el control microbiano. Como resultado, significativamente niveles más altos de cloro necesitan dosificar con el fin de mantener el adecuado control microbiológico. Una dosis de cloro más alta significa mayor aporte de cloruro, que puede causar un mayor potencial de corrosión. También puede resultar en un incremento en el potencial de formación de AOX/THM y comprometer limitaciones de descarga, dando por resultado violaciones.

Procesos industriales utilizando fuentes de agua como aguas crudas y recicladas deben monitorear activamente la calidad del agua para ajustar el cloro nivel de alimentación y vigilar el impacto consecuente de que nivel de límites de descarga y a la corrosión.

Por el contrario, el dióxido de cloro no reacciona con la mayoría materia orgánica; por lo tanto, debe cambio de condiciones de calidad del agua, su efecto en el tratamiento de agua es menor. En la mayoría de los casos, los bajos niveles residuales de 0.1 a 0.3 ppm pueden mantenerse relativamente fácilmente con cambios en la calidad del agua. Como resultado, inventario de químicos, niveles de corrosión y los límites de descarga se pueden manejar fácilmente. Las mismas condiciones aplican a las operaciones de uso de agua reciclada o industrias como plantas de amoníaco o refinerías con pérdidas de proceso que tienen un impacto significativo sobre la eficacia del cloro.

Dos casos para estudio: uso de dióxido de cloro en instalaciones de refrigeración Industrial

Un estudio se llevó a cabo en una planta de energía de Texas en el año 2014. La planta descarga de líquido cero (ZLD) estaba usando blanqueador como biocida donde agua cruda después de aclaración sirve como agua de maquillaje en el sistema de enfriamiento de agua. Además de la lejía, la planta utiliza permanganato de sodio para oxidar y eliminar manganeso viniendo con el agua cruda. Ambos oxidantes fueron substituidos por el dióxido de cloro, que con éxito oxidado y el manganeso en el clarificador y un mejor control de las algas (Figura 2).

Reducción de subproductos de la desinfección. Para entender el impacto de la implementación de un cambio de programa de control biológico oxidante (cambio de hipoclorito de sodio a dióxido de cloro) en las concentraciones de THM y AOX/TOX en la purga de agua refrigeración, las concentraciones de THM y AOX/TOX en el agua de enfriamiento fueron monitoreadas según métodos estándar de la EPA. Dos semanas después de iniciar el tratamiento con dióxido de cloro, las concentraciones de THM en el enfriamiento del agua — monitoreados como cloroformo, bromodiclorometano, bromoformo y dibromoclorometano — se redujeron significativamente desde 3.2, 0,7, 16.3 y 2 ppb, respectivamente, a continuación el límite de detección de 0,5 ppb (tabla 1).

Similar a los resultados THM durante el tratamiento de dióxido de cloro, los niveles de AOX/TOX se redujeron en 47.4% y 50.0%, respectivamente (Figura 3). Esto sería una mejora significativa y una ventaja para las operaciones que necesitan para cumplir con las regulaciones de descarga NPDES de compuestos peligrosos.

La figura 4 muestra la reducción en los niveles de cloruro y sulfato después de cloro fue sustituido por el dióxido de cloro como el programa de biocida oxidante para el tratamiento del agua de enfriamiento. La reducción total de sólidos disueltos (TDS) carga a la ZLD proceso (cristalizadores/evaporadores) tiene un beneficio adicional para la operación.

Otra consideración importante con programas de control microbiano de oxidación es su impacto en las tasas de corrosión. La figura 5 muestra una reducción significativa en las tasas de corrosión de cobre observadas durante el ensayo el dióxido de cloro en comparación con el periodo durante que hipoclorito de sodio fue dosificada bajo similar libre residuos de dióxido de cloro/cloro antes y después del juicio. Los resultados se lograron con los mismo ciclos enfriamiento de agua, control e inhibidor de la corrosión productos los niveles de pH.

Otro estudio se llevó a cabo en una planta de amoníaco grande de Estados Unidos en el año 2015. El agua de enfriamiento fue desafiado por la contaminación de amoniaco en su sistema enfriamiento de agua en niveles que oscilaron entre 15 y 50 ppm. También, el crecimiento de las bacterias fue alimentado por niveles altos de fosfato en el agua gris utilizado en el maquillaje de la torre. Estas tensiones de sistema combinado hechas el tratamiento de gas de cloro ineficientes y, a veces, ineficaces.

La planta acordaron el dióxido de cloro prueba como reemplazo para el gas de cloro por 90 días en uno de sus sistemas de enfriamiento de agua manteniéndose en control microbiano, velocidades de corrosión y costo del programa. La planta selecciona un programa de dióxido de cloro dos precursores, que se basa en clorato de sodio y ácido sulfúrico. Para la producción a gran escala del dióxido de cloro, clorato de sodio programas típicamente es más rentable que los programas de dióxido de cloro que utilizan el clorito de sodio como un precursor.

El cloro dióxido verano 2015 datos de los ensayos se comparan con los datos de cloro gas verano 2014. En ambos veranos, la torre fue funcionada en condiciones operativas similares como maquillaje calidad del agua, pH, ciclos y usando el mismo programa de inhibidor de corrosión.

La tabla 2 muestra los resultados positivos obtenidos durante el ensayo que utilizó el sistema de dos precursores (peróxido de hidrógeno clorato de sodio y ácido sulfúrico). Recuentos de bacterias sésiles, velocidades de corrosión y coste del programa se redujeron significativamente durante la fase de prueba.

En conclusión, los estudios recientes han confirmado que el dióxido de cloro es un efectivo programa de oxidante alternativo a hipoclorito de sodio y cloro gas para tratamiento de agua sistemas de refrigeración industrial. Plantas industriales con agua cruda o reciclado, experimentando pérdidas de proceso, frente a las violaciones de descarga AOX/THM, no alcanzar sus objetivos de control microbiano u operar las torres de enfriamiento en pH superiores a 7.5 debe considerar el uso de dióxido de cloro.

Plantas ZLD también pueden beneficiarse de cloruro inferior y los niveles TDS. Al seleccionar el mejor programa de dióxido de cloro adecuado, los operadores deben revisar confiabilidad de datos y seguridad del generador en el sitio. Generadores deben estar respaldados por un plan de mantenimiento preventivo completo y usan un programa de automatización (incluyendo sistemas de alerta de correo electrónico) para minimizar las fallas del equipo y asegurar una respuesta de reparación de emergencia para evitar interrupciones de la operación de la planta.

Nuevas pautas de seguridad, las regulaciones ambientales más estrictas y mayor escasez obligará a muchas plantas para encontrar opciones de reemplazo para cloro gas e hipoclorito de sodio. Dióxido de cloro es una alternativa eficaz a programas convencionales oxidante.


Aldo Zaffalon
Aldo Zaffalon

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