Conceitos avançados de tratamento de água de resfriamento (Parte 4)

Nota do editor: esta é a quarta parte de uma série de várias partes de Brad Buecker, presidente da Buecker & Associates, LLC.

Leia a Parte 1 aqui.

Leia a Parte 2 aqui.

Leia a Parte 3 aqui.

Durante décadas, os biocidas oxidantes serviram como o principal tratamento para controle microbiológico em sistemas de resfriamento. O cloro é o biocida mais conhecido, mas a evolução dos programas de controle de incrustação/corrosão e a mudança relacionada de pH levemente ácido para moderadamente básico influenciaram essa escolha em muitos casos. (1) Oxidantes alternativos ou modificados podem ser mais eficazes; e para condições difíceis, biocidas suplementares não oxidantes também podem ser benéficos. As próximas duas partes desta série examinam muitos dos desenvolvimentos mais importantes para o controle micro e macrobiológico.

Numerosas referências sugerem 1893 como o ano em que o cloro foi aplicado pela primeira vez como biocida para água potável, com rápido desenvolvimento da tecnologia no início de 1900. O gás cloro, normalmente fornecido em cilindros de uma tonelada, tornou-se o método de armazenamento em muitas instalações, água potável e outros. Quando o cloro é adicionado à água, ocorre a seguinte reação:

Cl2 + H2O ⇌ HOCl + HCl Eq. 1

HOCl, ácido hipocloroso, é o agente de morte, e funciona penetrando nas paredes celulares e, em seguida, oxidando os componentes celulares internos. Devido a questões de segurança com cloro gasoso, muitas instalações industriais mudaram para hipoclorito de sódio líquido (NaOCl, também conhecido como alvejante), com uma concentração de cloro ativo comum de 12,5%. Outra alternativa popular, da qual o nome MIOX® é mais conhecido, é a geração de hipoclorito de sódio no local por eletrólise de água salgada. Este processo elimina a necessidade de armazenamento de alvejante.

Uma faixa de controle comum para a concentração de cloro na água de resfriamento é de 0,2-0,5 ppm, sujeita à demanda de cloro, que examinaremos em breve. A eficácia e o poder de matar do cloro são significativamente afetados pelo pH devido à natureza de equilíbrio do HOCl na água, conforme mostrado abaixo.

HOCl ⇌ H+ + OCl– Eq. 2

OCl– é um biocida mais fraco que o HOCl, possivelmente porque a carga no íon OCl– não permite que ele penetre efetivamente nas paredes celulares. A dissociação do ácido hipocloroso aumenta dramaticamente em relação ao pH.

Como muitos programas de tratamento de incrustações/corrosão de torres de resfriamento agora operam em um pH alcalino próximo ou ligeiramente acima de 8,0, a química oxidante modificada pode ser uma escolha melhor do que o cloro básico, como será descrito. Além disso, o ácido hipocloroso pode reagir com outros compostos que estão frequentemente presentes na recirculação de resfriamento e águas de processo. Os mais proeminentes são amônia e orgânicos. A soma dessas reações não antimicrobianas é chamada de "demanda de cloro". As reações consomem cloro e diminuem a concentração disponível para atacar micróbios. Algumas reações podem produzir orgânicos halogenados, cuja concentração de descarga pode ser regulada.

Uma resposta bastante popular para essas questões tem sido a química do bromo, onde um oxidante de cloro (alvejante é novamente a escolha comum) e brometo de sódio (NaBr) são misturados em um fluxo de água de reposição e injetados na água de resfriamento. A reação produz ácido hipobromoso (HOBr), que tem poder de morte semelhante ao HOCl, mas funciona de forma mais eficaz em pH alcalino.

HOCl + NaBr ⇌ HOBr + NaCl Eq. 3

A Figura 2 compara a dissociação de HOCl e HOBr em função do pH.

Como é claramente evidente, em pH de 8,0, 80% do HOBr permanece não dissociado.

Como o ácido hipocloroso, o ácido hipobromoso é um forte oxidante que também possui uma demanda de halogênio. No entanto, ao contrário do cloro, que reage irreversivelmente com a amônia, a reação bromo-amônia é reversível, o que deixa o bromo livre para atividade contra micróbios. O bromo também pode formar compostos orgânicos halogenados.