Concetti avanzati di trattamento dell'acqua di raffreddamento (Parte 5)

Nota dell'editore: questa è la quinta puntata di una serie in più parti di Brad Buecker, presidente di Buecker & Associates, LLC.

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La parte precedente di questa serie ha fornito una panoramica dei biocidi ossidanti, che sono stati utilizzati per molti anni per il controllo microbiologico dell'acqua di raffreddamento. Tuttavia, possono esistere condizioni in cui è necessario un trattamento chimico supplementare per controllare la crescita microbica o per attaccare le colonie sessili che resistono agli ossidanti. In queste situazioni, i biocidi non ossidanti possono essere molto utili. Potrebbero essere necessari anche agenti non ossidanti per attaccare organismi che inquinano macro, come i mitili zebrati. Questa puntata fornisce i dettagli fondamentali di questa chimica.

Come osservato nella Parte 3, se i batteri formano colonie sessili, i microrganismi possono sviluppare una sostanziale immunità agli ossidanti producendo biofilm protettivi che consumano le sostanze chimiche. L'uso periodico di un biocida non ossidante, ad esempio una o due volte alla settimana per un periodo relativamente breve, può aiutare a controllare la crescita microbica. Mentre i biocidi ossidanti tipicamente danneggiano le pareti cellulari e provocano la morte per fuoriuscita di parti interne dell'organismo (lisi), molti dei non ossidanti penetrano nel muco e quindi nelle pareti cellulari per reagire con i composti cellulari necessari per la vita. (1)

I composti hanno vari gradi di efficacia e possono colpire alcuni organismi rispetto ad altri. Sia l'efficacia che la decomposizione chimica residua sono generalmente influenzate dalle condizioni dell'acqua, inclusi pH e temperatura. Esaminiamo alcuni dei non ossidanti più comuni.

2,2-dibromo-3-nitrilopropionammide (DBNPA)

DBNPA è un'ammide alogenata ampiamente utilizzata nel trattamento delle acque e nelle applicazioni per pasta di legno e carta e nei giacimenti petroliferi serve per trattare l'acqua di reintegro per i fluidi di fratturazione. Il composto reagisce irreversibilmente con gli amminoacidi contenenti zolfo all'interno delle cellule e provoca la morte.

DBNPA agisce molto rapidamente. Inoltre, le concentrazioni residue si idrolizzano rapidamente in sottoprodotti meno tossici. La rapida decomposizione è vantaggiosa dal punto di vista ambientale, poiché se lo scarico passa attraverso un bacino di ritenzione, la chimica di disattivazione potrebbe non essere necessaria. L'intervallo di pH ottimale per la massima efficacia del DBNPA è 4-8. La velocità di idrolisi aumenta con l'aumento del pH e il composto perde rapidamente potenza al di sopra di pH pari a 8. Anche l'idrolisi aumenta con l'aumento della temperatura. Il DBNPA viene disattivato dai solfuri e dagli agenti riducenti bisolfiti o solfiti. Il DBNPA reagisce anche con l'ammoniaca e non è stabile ai raggi UV.

DBNPA è efficace per altre applicazioni. Ad esempio, alcuni anni fa l’autore, in consultazione con un fornitore chimico esperto, scelse il DBNPA per eliminare le incrostazioni microbiologiche nelle unità a osmosi inversa (RO) per il trattamento dell’acqua di reintegro ad elevata purezza in una centrale elettrica. La maggior parte delle membrane RO hanno un materiale a base di poliammide che contiene azoto, che reagisce irreversibilmente con il cloro. Questo sistema di trucco aveva filtri a carbone attivo per rimuovere il cloro davanti all'unità RO.

In genere, tuttavia, alcuni organismi sopravvivono alla clorazione e poi fioriscono una volta rimossa la sostanza chimica. (Inoltre, un letto di carbone attivo rimuove gli ossidanti nei pochi centimetri superiori, lasciando il resto del letto come un ottimo punto per l'incubazione dei microbi sopravvissuti.) Potrebbero verificarsi gravi incrostazioni della membrana, come si è verificato in questo sistema. L'alimentazione di DBNPA per un'ora due volte alla settimana ha risolto il problema.

2-bromo-2-nitropropano-1,3-diolo (Bronopol)

Il Bronopol è ampiamente utilizzato nelle applicazioni di trattamento delle acque e, come il DBNPA, ha visto alcune applicazioni nei giacimenti petroliferi. Bronopol è particolarmente efficace contro i batteri Pseudomonas. Il composto sembra funzionare con meccanismi diversi a seconda che le condizioni siano aerobiche o anaerobiche. Bronopol non è un biocida ad azione rapida. Il composto può rilasciare formaldeide durante la decomposizione, ma la formaldeide non è responsabile delle proprietà biocide.