CONTROL DEL DESARROLLO DE BIOPELÍCULAS EN AGUAS DE PROCESOS INDUSTRIALES.

Control del desarrollo de biopelículas en aguas de procesos industriales Campo de la invención La presente invención se refiere al control del desarrollo de biopelículas en aguas de procesos industriales y líneas de suministro de agua. Antecedentes ES 2 366 205 T3 Con frecuencia se observa que los recipientes que llevan aguas industriales, tales como recipientes de proceso, tuberías, depósitos de almacenamiento de aguas de proceso, tanques de aditivos, filtros, tuberías de suministro de agua o tuberías de aguas residuales, etc., tienen una masa en crecimiento que cubre una o más superficies del recipiente que contiene agua donde las superficies están en contacto con el agua. Esta masa en crecimiento realmente es una biopelícula, una colección de microorganismos incluidos en una matriz de sustancias poliméricas extracelulares y diversos compuestos orgánicos e inorgánicos. En los últimos años, la naturaleza de estas biopelículas ha sido el centro de atención entre investigadores tanto académicos como industriales. Aunque las biopelículas pueden contener una sola especie de microorganismo, típicamente las biopelículas comprenden no sólo diferentes especies de microorganismos, sino diferentes tipos de microorganismos, por ejemplo algas, protozoos, bacterias y otros. Se ha descubierto que una de las características específicas de las biopelículas es que los microorganismos que contienen actúan cooperativa o sinérgicamente. De esta manera, por ejemplo, se observa que la actividad de ciertas enzimas producidas por bacterias que están adheridas a una superficie es mucho mayor que la actividad correspondiente de las mismas enzimas producidas por esas bacterias en forma planctónica, es decir, cuando flotan libremente (David G. Davies, en Microbial Extracellular Polymeric Substances", Springer- Verlag 1999; Editores: J. Wingender, T.R. New, H.C. Flemming, en lo sucesivo "Wingender y col.). Los estudios comparativos de actividades enzimáticas en bacterias planctónicas y bacterias adheridas a superficies sólidas que están en contacto con el agua han mostrado que la actividad enzimática en las bacterias adheridas es mayor que en bacterias planctónicas (M. Hoffman y Alan W. Decho en Wingender y col.). La comunicación dentro de las biopelículas microbianas es responsable de la inducción y regulación de las actividades de la biopelícula, incluyendo, por ejemplo, la biosíntesis de enzimas extracelulares, el desarrollo de la biopelícula, la biosíntesis de antibióticos, la producción de biosurfactante, la síntesis de exo-polisacáridos y más, implicando todas ellas una actividad bioquímica compleja (Alan W. Decho en Wingender y col.). También se ha observado un intercambio de material genético entre los microorganismos de las biopelículas. Empíricamente se ha descubierto que, en un entorno dado de aguas industriales, los microorganismos que viven en una biopelícula están mejor protegidos de los biocidas que los microorganismos que viven fuera de una biopelícula. De esta manera, colectivamente los microorganismos incluidos en una biopelícula presentan características que son diferentes de las características que se presentan por un número similar de microorganismos planctónicos. Al actuar de forma cooperativa, una colección de microorganismos actúa como una comunidad microbiana: puede construir una matriz formada de material inorgánico y orgánico y de esta manera formar y mantener una biopelícula. Como los microorganismos son organismos unicelulares que crecen y se multiplican, los microorganismos de una biopelícula deben reponer continuamente la matriz que los rodea, expandir la matriz y mantener la matriz. Este proceso puede asemejarse a un grupo de personas que actúan conjuntamente para construir una serie contigua de casas para sí mismos, y que después no sólo mantienen las casas existentes, sino que también añaden casas adicionales para acomodar el crecimiento de la población, construyendo de forma contigua horizontalmente o añadiendo nuevas casas verticalmente sobre las casas existentes. Como los científicos saben bien en este momento, el comportamiento cooperativo entre los microorganismos de las biopelículas se induce por la comunicación entre los microorganismos. Por ejemplo, las homoserina lactonas juegan un papel importante en la comunicación entre las bacterias. La matriz polimérica extracelular de una biopelícula parece presentar un medio eficaz para la comunicación química y de esta manera promover una comunicación más eficaz entre microorganismos individuales incluidos en la biopelícula. Como los microorganismos de las biopelículas son más eficaces que los microorganismos planctónicos para producir enzimas, se ha mostrado mucho interés en el desarrollo de biopelículas para realizar reacciones químicas. Sin embargo, en el contexto de los recipientes que contienen aguas de proceso e industriales, tales como conductos, tanques de agua y similares, esta propensión a producir enzimas, y de forma más importante la tendencia de las biopelículas a formar biomasa pesada en la superficie del recipiente, puede ser extremadamente perjudicial. Según crece la biopelícula, se puede reducir el diámetro eficaz de una tubería u otro conducto en un punto particular a lo largo de la trayectoria del agua o aumentar la fricción a lo largo de la trayectoria de flujo en el conducto, aumentando de esta manera la resistencia al flujo de agua a lo largo del conducto, reduciéndose el flujo de agua a su través, aumentando el consumo de energía en las bombas que impulsan o extraen el agua a través del conducto, y reduciendo la eficacia de operaciones industriales. Las biopelículas también deterioran la calidad de diversos productos químicos y aditivos de proceso. Por ejemplo, en la industria papelera, las biopelículas causan el deterioro de productos químicos tales como lechadas de almidón y 2 ES 2 366 205 T3 carbonato cálcico que se añaden a las masas de pasta en los procesos de la parte húmeda (K. Jokinen en Papermaking Chemistry, Parte 4, 1999, Ed. Fapet Oy). Los microorganismos también son responsables de la degradación del peróxido de hidrógeno en sistemas de blanqueo y destintado (J. F. Kramer, MP Chemical Treatment, agosto 1997, págs. 42-50). Por lo tanto, la presencia de enzimas de degradación de H2O2 en molinos de destintado y blanqueo necesita el suministro de mayores cantidades de peróxido de hidrógeno que las que serían necesarias en caso contrario para satisfacer los criterios de blanqueo prefijados, con lo que se aumentan los costes de producción. Las biopelículas también pueden producir una corrosión severa de las tuberías y recipientes, y pueden producir problemas severos en las máquinas de papel y cartón, y, entre otras cosas, pueden producir un deterioro de la calidad del papel terminado, olores desagradables y problemas graves de comportamiento del papel. En la técnica anterior se han descrito diversos procedimientos para controlar las biopelículas en la industria. Un enfoque ha sido destruir físicamente la biopelícula por medios mecánicos, por ejemplo, por raspado o por sonicación. Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos Nº 4.419.248 de Costerson describe un procedimiento para retirar biopelículas de una superficie sumergida en agua. El procedimiento incluye enfriar la superficie por debajo del punto de congelación del agua para generar de esta manera cristales de hielo grandes y afilados en la biopelícula. La biopelícula congelada después se descongela y se retira de la superficie, por ejemplo, haciendo fluir un líquido por toda la superficie. Sin embargo, este enfoque con frecuencia es poco práctico, ya que el sitio en el que crece la biopelícula puede ser inaccesible y/o puede requerirse la interrupción de operaciones industriales para alcanzar la biopelícula. Otro enfoque ha sido destruir físicamente la biopelícula por medios químicos, por ejemplo, mediante el uso de agentes tensioactivos y detergentes que hacen que se fragmente la matriz de la biopelícula. Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos Nº 5.753.180 de Burger describe un procedimiento no biocida para inhibir la corrosión microbiana de superficies metálicas susceptibles que tienen una biopelícula anaerobia que contiene bacterias reductoras de sulfato activo, que comprende poner en contacto la biopelícula con una dispersión líquida de un compuesto de antraquinona. La Patente de Estados Unidos Nº 6.149.822 de Fabri, que incluye las enseñanzas del documento EP0 517 102 A1 citado en la misma, describe un procedimiento tanto para retirar como para controlar biopelículas presentes en aguas de proceso y de refrigeración industrial. El procedimiento proporciona una composición que incluye los productos de reacción de una base de amino, formaldehído, una alquilenopoliamina y la sal de amonio de un ácido inorgánico u orgánico.... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para inhibir el desarrollo de una biopelícula adyacente a una superficie, estando caracterizado el procedimiento porque: se aplica de forma intermitente una sustancia inhibidora de biopelícula a una colección de microorganismos, localizados en una interfaz entre agua y una superficie de un sólido en un entorno de agua industrial, que tiene potencial de desarrollo de biopelículas, incluyendo la administración intermitente de dicha sustancia inhibidora de biopelícula al agua que comunica con dicha colección de microorganismos, en el que la sustancia inhibidora de biopelícula se aplica a una velocidad de alimentación y de acuerdo con un régimen de alimentación que es insuficiente para producir la destrucción significativa de dicha colección de microorganismos, en el que dicha sustancia inhibidora de biopelícula se aplica a dicha colección de microorganismos periódicamente con un factor de trabajo menor de 1:50, donde el factor de trabajo significa la relación entre (a) el periodo de tiempo durante la cual se administra la sustancia inhibidora de biopelícula a dicha colección de microorganismos y (b) el periodo de tiempo durante la cual no se administra la sustancia inhibidora de biopelícula, en el que dicha colección de microorganismos está adherido a una superficie consumible y dicha aplicación intermitentemente comprende administrar de forma intermitente dicha sustancia inhibidora de biopelícula durante un período de aproximadamente 5 minutos en cada aplicación intermitente, en el que dicha aplicación intermitentemente de una sustancia inhibidora de biopelícula incluye la generación intermitente de la sustancia inhibidora de biopelícula a tiempo real e incluye el suministro de dicha sustancia inhibidora de biopelícula a dicha colección de microorganismos según se genera dicha sustancia inhibidora de biopelícula a tiempo real, en el que dicha generación intermitente de dicha sustancia inhibidora de biopelícula a tiempo real incluye la producción de una dilución predeterminada de un oxidante de hipoclorito, la producción de una dilución predeterminada de un bromuro amónico, la introducción sincrónica las dos diluciones en una mezcladora para mezclar continuamente de acuerdo con una relación predeterminada para producir la sustancia inhibidora de biopelícula que tiene una cantidad eficaz de reproducibilidad, estabilidad y eficacia in situ en la mezcladora, en el que dicha sustancia inhibidora de biopelícula incluye una cantidad eficaz de cloramina activada por bromuro y en el que la concentración de cloramina activada por bromuro está comprendida entre aproximadamente 1 parte por millón y aproximadamente 10 partes por millón, expresada como cloro total. 2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha generación intermitente de dicha sustancia inhibidora de biopelícula a tiempo real incluye la producción de una dilución predeterminada de un oxidante de hipoclorito, la producción de una dilución predeterminada de bromuro amónico, la introducción sincrónica las dos diluciones en una mezcladora para mezclar continuamente de acuerdo con una relación predeterminada para producir la sustancia inhibidora de biopelícula que tiene una cantidad eficaz de reproducibilidad, estabilidad y eficacia in situ en la mezcladora, y dicho suministro de dicha sustancia inhibidora de biopelícula a dicha colección de microorganismos cuando dicha sustancia inhibidora de biopelícula se genera a tiempo real comprende inyectar continuamente dicha sustancia inhibidora de biopelícula, según se produce in situ en dicha mezcladora, desde dicha mezcladora al agua que comunica con dicha colección de microorganismos. 3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha generación intermitente de dicha sustancia inhibidora de biopelícula incluye inyectar de forma continua y sincrónica una cantidad de hipoclorito en una primera corriente de agua que pasa a través de un primer conducto para producir en su interior una dilución predeterminada del hipoclorito, inyectar de forma continua y sincrónica una cantidad de bromuro amónico en una segunda corriente de agua que pasa a través de un segundo conducto para producir en su interior una dilución predeterminada de la sal de amonio e inyectar de forma continua y sincrónica la primera y segunda corrientes en una mezcladora de acuerdo con una relación predeterminada para producir la sustancia inhibidora de biopelícula in situ en la mezcladora. 4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha generación intermitente de dicha sustancia inhibidora de biopelícula incluye inyectar de forma continua y sincrónica una cantidad de hipoclorito en una primera corriente de agua que pasa a través de un primer conducto para producir en su interior una dilución predeterminada del hipoclorito, inyectar de forma continua y sincrónica una cantidad de bromuro amónico en una segunda corriente de agua que pasa a través de un segundo conducto para producir en su interior una dilución predeterminada de la sal de amonio e inyectar de forma continua y sincrónica la primera y segunda corrientes en una mezcladora de acuerdo con una relación predeterminada para producir la sustancia inhibidora de biopelícula in situ en la mezcladora, y dicho suministro de dicha sustancia inhibidora de biopelícula a dicha colección de microorganismos según se genera dicha sustancia inhibidora de biopelícula a tiempo real comprende inyectar de forma continua la sustancia inhibidora de biopelícula, según se produce in situ en la mezcladora, desde la mezcladora al agua que comunica con el grupo de microorganismos. 5. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada aplicación intermitente de dicha sustancia inhibidora de biopelícula incluye la producción de una dilución predeterminada de un oxidante de hipoclorito, la producción de una dilución predeterminada de bromuro amónico, la introducción sincrónica de las dos diluciones en una mezcladora para mezclar continuamente de acuerdo con una relación predeterminada para producir la sustancia inhibidora de biopelícula que tiene una cantidad eficaz de reproducibilidad, estabilidad y eficacia in situ en la mezcladora e inyectar continuamente la sustancia inhibidora de biopelícula, según se produce in situ en la mezcladora, directamente desde la mezcladora al agua que comunica con dicha colección de microorganismos. 18 ES 2 366 205 T3 6. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicha dilución predeterminada de dicho oxidante se produce de forma continua inmediatamente antes de dosificarse de forma sincrónica en dicha mezcladora con dicha dilución predeterminada de dicho bromuro amónico. 7. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicha dilución predeterminada de dicho bromuro amónico se produce de forma continua inmediatamente antes de dosificarse de forma sincrónica en dicha mezcladora con dicha dilución predeterminada de dicho oxidante. 8. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que dicha sustancia inhibidora de biopelícula, producida in situ en dicha mezcladora, tiene un pH de al menos 8,5 antes de introducirse en dicha agua que comunica con dicha colección de microorganismos. 9. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dicha sustancia inhibidora de biopelícula, producida in situ en dicha mezcladora, tiene un pH mayor de 9,5 antes de introducirse en dicha agua que comunica con dicha colección de microorganismos. 10. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, en el que dicha agua que comunica con dicha colección de microorganismos tiene un pH comprendido entre aproximadamente 5 y aproximadamente 10,5 antes de que dicha sustancia inhibidora de biopelícula se inyecte en dicha agua. 11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el que dicha agua que comunica con dicha colección de microorganismos tiene un pH comprendido entre aproximadamente 7 y aproximadamente 9 antes de que dicha sustancia inhibidora de biopelícula se inyecte en dicha agua. 12. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 11, en el que dicha sustancia inhibidora de biopelícula, según se produce in situ en el conducto, se inyecta en dicha agua que comunica con dicha colección de microorganismos a una concentración de 3-10 ppm expresada como cloro. 13. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 12, en el que el bromuro amónico tiene una concentración de aproximadamente un 0,1% en peso a aproximadamente un 50% en peso. 14. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el bromuro amónico tiene una concentración de aproximadamente un 2,5% en peso a aproximadamente un 38% en peso. 15. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 12, en el que dicha dilución predeterminada de bromuro amónico tiene una concentración del 0,1% en peso al 6,0% en peso y es equimolar a dicha solución de oxidante diluida. 16. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en el que dicho oxidante se selecciona del grupo que consiste en hipoclorito sódico e hipoclorito cálcico. 17. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 12, en el que dicho oxidante es una solución de hipoclorito, y dicho bromuro amónico es una solución que contiene un exceso de base que corresponde al menos a un 10% de NaOH. 18. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 12, en el que se añade una base de forma sincrónica a dicho bromuro amónico para estabilizar la cloramina activada con bromuro. 19. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 18, en el que dicho oxidante tiene una concentración comprendida entre el 0,1% en peso y el 15% en peso, expresada como Cl2. 20. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 19, en el que dicho oxidante tiene una concentración comprendida entre el 5% en peso y el 15% en peso, expresada como Cl2. 21. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 18, en el que después de la adición de agua, dicha dilución de oxidante tiene una concentración del 0,1% en peso al 2,0% en peso, expresada como Cl2. 22. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha aplicación de una cantidad eficaz de sustancia inhibidora de biopelícula incluye inyectar de forma continua y sincrónica una cantidad de hipoclorito en una primera corriente de agua que pasa a través de un primer conducto para producir una dilución predeterminada del hipoclorito, inyectar de forma continua y sincrónica una cantidad de bromuro amónico en una segunda corriente de agua que pasa a través de un segundo conducto para producir una dilución predeterminada del bromuro amónico, inyectar de forma continua y sincrónica dichas primera y segunda corrientes en una mezcladora de acuerdo con una relación predeterminada para producir dicha sustancia inhibidora de biopelícula in situ en dicha mezcladora, e inyectar de forma continua dicha sustancia inhibidora de biopelícula, según se produce in situ en dicha mezcladora, directamente desde dicha mezcladora en el agua que comunica con dicha colección de microorganismos. 23. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 22, en el que el hipoclorito se inyecta continuamente en dicha primera corriente de agua por una primera bomba de dosificación conectada a un depósito de dicho oxidante. 19 ES 2 366 205 T3 24. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 22 ó 23, en el que dicho bromuro amónico se inyecta continuamente en dicha segunda corriente de agua por una segunda bomba de dosificación conectada a un depósito de dicho bromuro amónico y que funciona de forma sincrónica con dicha primera bomba de dosificación. ES 2 366 205 T3 21 ES 2 366 205 T3 22 ES 2 366 205 T3 23 ES 2 366 205 T3 24 ES 2 366 205 T3 ES 2 366 205 T3 26 ES 2 366 205 T3 27 ES 2 366 205 T3 28