Concetti avanzati di trattamento dell'acqua di raffreddamento (Parte 4)

Nota dell'editore: questo è il quarto capitolo di una serie in più parti di Brad Buecker, presidente di Buecker & Associates, LLC.

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Leggi la Parte 2 qui.

Leggi la terza parte qui.

Per decenni, i biocidi ossidanti sono stati il ​​trattamento principale per il controllo microbiologico nei sistemi di raffreddamento. Il cloro è il biocida più conosciuto, ma l’evoluzione dei programmi di controllo delle incrostazioni e della corrosione e il relativo passaggio da un pH leggermente acido a un pH moderatamente basico hanno influenzato tale scelta in molti casi. (1) Ossidanti alternativi o modificati possono essere più efficaci; e per condizioni difficili, possono essere utili anche biocidi non ossidanti supplementari. Le due parti successive di questa serie esaminano molti degli sviluppi più importanti per il controllo microbiologico e macrobiologico.

Numerosi riferimenti suggeriscono che il 1893 sia l’anno in cui il cloro fu utilizzato per la prima volta come biocida nell’acqua potabile, con un rapido sviluppo della tecnologia agli inizi del 1900. Il cloro gassoso, tipicamente fornito in bombole da una tonnellata, è diventato il metodo di stoccaggio in molte strutture, acqua potabile e altro. Quando si aggiunge cloro all'acqua si verifica la seguente reazione:

Cl2 + H2O ⇌ HOCl + HCl Eq. 1

HOCl, acido ipocloroso, è l'agente letale e funziona penetrando nelle pareti cellulari e quindi ossidando i componenti cellulari interni. A causa di problemi di sicurezza con il cloro gassoso, molti impianti industriali sono passati all'ipoclorito di sodio liquido (NaOCl, ovvero candeggina), con una concentrazione di cloro attivo comune del 12,5%. Un'altra alternativa popolare, di cui il nome MIOX® è più noto, è la generazione di ipoclorito di sodio in loco mediante elettrolisi dell'acqua salata. Questo processo elimina la necessità di conservare la candeggina.

Un intervallo di controllo comune per la concentrazione di cloro nell'acqua di raffreddamento è 0,2-0,5 ppm, in base alla domanda di cloro, che esamineremo a breve. L'efficacia e il potere abbattente del cloro sono significativamente influenzati dal pH a causa della natura equilibrata di HOCl nell'acqua, come mostrato di seguito.

HOCl ⇌ H+ + OCl– Eq. 2

OCl– è un biocida più debole di HOCl, probabilmente perché la carica sullo ione OCl– non gli consente di penetrare efficacemente nelle pareti cellulari. La dissociazione dell'acido ipocloroso aumenta notevolmente in relazione al pH.

Poiché molti programmi di trattamento della corrosione/incrostazione delle torri di raffreddamento ora funzionano a un pH alcalino vicino o leggermente superiore a 8,0, la chimica ossidante modificata può essere una scelta migliore rispetto al cloro basico, come verrà sottolineato. Inoltre, l'acido ipocloroso può reagire con altri composti spesso presenti nelle acque di raffreddamento e di processo in ricircolo. I più importanti sono l'ammoniaca e i prodotti organici. La somma di queste reazioni non antimicrobiche viene definita “domanda di cloro”. Le reazioni consumano cloro e riducono la concentrazione disponibile per attaccare i microbi. Alcune reazioni possono produrre sostanze organiche alogenate, la cui concentrazione di scarico può essere regolata.

Una risposta piuttosto popolare a questi problemi è stata la chimica del bromo, in cui un ossidante del cloro (la candeggina è ancora una volta la scelta comune) e il bromuro di sodio (NaBr) vengono miscelati in un flusso di acqua di reintegro e iniettati nell'acqua di raffreddamento. La reazione produce acido ipobromoso (HOBr), che ha poteri di uccisione simili a HOCl, ma funziona in modo più efficace a pH alcalino.

HOCl + NaBr ⇌ HOBr + NaCl Eq. 3

La Figura 2 confronta la dissociazione di HOCl e HOBr in funzione del pH.

Come è chiaramente evidente, a pH pari a 8,0 l'80% dell'HOBr rimane non dissociato.

Come l'acido ipocloroso, l'acido ipobromoso è un forte ossidante che ha anche una richiesta di alogeni. Tuttavia, a differenza del cloro che reagisce in modo irreversibile con l'ammoniaca, la reazione bromo-ammoniaca è reversibile, lasciando il bromo libero di agire nei confronti dei microbi. Il bromo può anche formare sostanze organiche alogenate.