Un método para controlar la deposición de manganeso en un sistema acuoso que contiene manganeso,

que comprende introducir en dicho sistema acuoso una cantidad efectiva de al menos una composición que contiene cerio

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a ciertos procedimientos útiles para minimizar el ensuciamiento por deposición de manganeso en sistemas acuosos. Más particularmente, la presente invención se refiere a tratamientos químicos de aguas adaptados para estabilizar el manganeso frente a la oxidación.

El ensuciamiento por deposición de manganeso en tuberías y sistemas de distribución de aguas ha sido una preocupación durante cierto tiempo y hoy continúa impactando en los suministros de aguas. La deposición de manganeso en circuitos de agua de refrigeración degrada la resistencia a la corrosión, disminuye la eficiencia de los intercambiadores de calor y reduce la efectividad de los biocidas. Los efectos perjudiciales de la deposición de manganeso inflingen costes significativos a la industria de generación de energía eléctrica a través de un mayor consumo de combustible, limpiezas más frecuentes y extensivas, mayores costes del tratamiento químico y, en algunos casos, costes significativos de capital para reemplazar los componentes. Además de los circuitos de agua de refrigeración, la deposición de manganeso puede ocurrir en una variedad de otros sistemas acuosos que incluyen sistemas de distribución de agua potable, plantas de tratamientos de aguas residuales, piscinas, lavanderías, plantas de embotellado, equipos de absorción de aire e instalaciones para el lavado de coches. Los problemas varían desde la corrosión y el bloqueo de las tuberías y boquillas al teñido, decoloración y sabor inferior. Los depósitos adherentes y con frecuencia gruesos que se forman por la deposición de manganeso pueden afectar adversamente a la transferencia de calor, inducir el desgaste por abrasión y reducir la eficiencia del bombeo. La eliminación de los depósitos de manganeso requiere con frecuencia técnicas de remediación agresivas tales como la lixiviación con ácidos y la limpieza mecánica.

En los sistemas de agua, el manganeso promueve la corrosión por picaduras y grietas por medio de una combinación de efectos electroquímicos provocados por el acoplamiento galvánico entre los depósitos de manganeso y la superficie metálica subyacente. El efecto de la acción galvánica es desplazar el potencial de corrosión del metal en la dirección positiva o noble fomentando la ruptura de la película pasiva y la corrosión localizada. El efecto es más grave para los aceros inoxidables pero también ocurre en latón y otras aleaciones de cobre. Las regiones de EE.UU. en las que la corrosión de aceros inoxidables o de aleaciones de cobre ha estado ligada a la deposición de manganeso incluyen el norte de Virginia, el valle del río Ohio, el centro de Maine, el este de Nebrasca, Carolina del Sur y la región de la costa del Golfo.

Las preocupaciones por el ensuciamiento por manganeso son típicamente menores que las preocupaciones relacionadas con el calcio, sílice o hierro debido a las con frecuencia bajas o indetectables concentraciones de manganeso en la mayoría de los suministros de agua comerciales y residuales. No obstante, muchas aguas superficiales y subterráneas tienen concentraciones de manganeso que plantean una amenaza de ensuciamiento significativa. La corrosión y otros efectos adversos de la deposición de manganeso en sistemas en contacto con tales aguas pueden conducir a gastos de reparación y reemplazamiento de equipos que exceden con mucho los costes asociados con los incrustantes minerales más frecuentes.

La deposición de manganeso en aguas óxicas, neutras a alcalinas, es causada por la oxidación de manganeso divalente soluble en óxidos de manganeso y oxihidróxidos insolubles en agua. Los compuestos de manganeso insolubles de valencias superiores se agrupan libremente y simplemente se les denomina dióxido de manganeso o MnO2. El MnO2 puede formarse cuando el agua que contiene manganeso es expuesta a halógenos, ozono u otros oxidantes químicos que normalmente se usan con fines de desinfección en sistemas de aguas. Alternativamente, el MnO2 puede producirse mediante una amplia gama de microorganismos que crecen de forma natural en las aguas superficiales y subterráneas en todo el mundo. Las reacciones microbianas capturan el manganeso de una manera muy eficiente, permitiendo que las aguas contengan tan sólo 20 ppb de manganeso disuelto para depositar depósitos visibles de MnO2 en tan sólo unos pocos días.

Los métodos para controlar la deposición de manganeso pueden clasificarse como 1) separación de manganeso, o 2) estabilización de manganeso. El manganeso disuelto se separa típicamente de los suministros de aguas por oxidación química seguida por filtración. El enfoque oxidación/filtración usa permanganato, dióxido de cloro, cloro, ozono u otros oxidantes para convertir el manganeso soluble en MnO2 insoluble, seguido por sedimentación o filtración del material sólido. La oxidación química es muy efectiva para separar tanto hierro como manganeso, así como para disminuir las concentraciones de carbono orgánico y para reducir la demanda de halógenos en el sistema de agua. Sin embargo, los altos costes de inversión y operación acoplados con el riesgo de arrastre del agresivo oxidante hacen estos enfoques imprácticos para muchas aplicaciones. Las balsas de pulverización y las cámaras de aireación normalmente usadas para separar el hierro no son efectivas para separar manganeso debido la cinética mucho más lenta de oxidación del manganeso con aire.

Por otra parte, la estabilización del manganeso se consigue usando productos químicos para interferir con la formación y crecimiento de las partículas de MnO2. El uso de polifosfatos en sistemas de agua potable para este fin está bien establecido. La formación de un complejo de polifosfato de manganeso inhibe la deposición. Los agentes inhibidores de efecto umbral tales como los derivados del ácido fosfónico se usan para mantener el MnO2 en partículas en un estado coloidal más fácilmente dispersado uniéndose a e impidiendo el crecimiento de sitios activos sobre la superficie de las partículas. Para dispersar el MnO2 coloidal e impedir su agregación y sedimentación se usan dispersantes poliméricos en combinación (que incluyen poliacrilatos y copolímeros multifuncionales). La halogenación y el pH alcalino degradan la efectividad de la técnica de estabilización mediante agentes inhibidores de efecto umbral/polímeros aumentando la velocidad de oxidación del manganeso y, en el caso de un halógeno, destruyendo directamente las moléculas de inhibidor y de dispersante. La efectividad de los tratamientos también disminuye por la presencia de altas concentraciones de dureza, limo, hierro u otros sólidos suspendidos que compiten tanto por el agente inhibidor de efecto umbral como por el dispersante. Además, el nivel de control de la deposición de manganeso proporcionado por los tratamientos solo con fosfonatos/polímeros tiene un límite superior más allá del cual el aumento de la dosis o de la concentración de fosfonato/polímero no da lugar a un aumento del control del manganeso. El límite superior de efectividad es particularmente problemático en sistemas de aguas que tienen manganeso en una cantidad total relativamente elevada y/o que operan a altos ciclos de concentración.

La reacción de Mn(II) con cloro puede acelerarse por adsorción de Mn(II) sobre la superficie de MnO2 en crecimiento, el cual actúa como catalizador para que se acelere la oxidación. Este efecto “autocatalítico” mejora la eficiencia de los sistemas de separación del manganeso; sin embargo, afecta adversamente a los esfuerzos para estabilizar el manganeso disuelto frente a la oxidación por halógenos.

El MnO2 que se forma sobre las superficies por oxidación microbiológica de concentraciones traza de manganeso disuelto sirve como material activo que “siembra” la posterior deposición química de MnO2. La siembra puede conducir a la deposición de MnO2 en condiciones que de otra manera podrían no soportar la oxidación química del manganeso. Por consiguiente, un objetivo del tratamiento químico del agua es estabilizar el manganeso frente a la oxidación por halógenos de modo que el oxidante pueda usarse para inhibir el crecimiento microbiano sin riesgo de deposición química de manganeso.

Puede existir una correlación entre el comportamiento del manganeso y el comportamiento del cerio. Por ejemplo, la oxidación de manganeso en aguas marinas puede ser inhibida por la presencia de cerio. Las observaciones se refieren a la formación de dióxido de manganeso por procesos de oxidación natural. El cerio también ha llegado a ser el foco de investigación... [Seguir leyendo]

1. Un método para controlar la deposición de manganeso en un sistema acuoso que contiene manganeso, que comprende introducir en dicho sistema acuoso una cantidad efectiva de al menos una composición que contiene cerio.

2. El método según la reivindicación 1, en el que dicha composición que contiene cerio es un sal de cerio.

3. El método según la reivindicación 1, en el que dicha composición que contiene cerio es un sal de cerio (III).

4. El método según la reivindicación 1, en el que dicha composición que contiene cerio comprende cerio (III).

5. El método según la reivindicación 1, en el que dicha deposición de manganeso es un resultado de al menos una oxidación química.

6. El método según la reivindicación 1, en el que dicha deposición de manganeso es un resultado de al menos la oxidación con halógenos.

7. El método según la reivindicación 1, en el que dicha dicho sistema acuoso es un sistema de agua de refrigeración, un sistema de agua potable, un sistema de tratamiento de aguas residuales, un sistema de agua para la fabricación de papel, una instalación de piscinas, un sistema de riego, una instalación de agua para ganado, un humidificador, un manantial, un sistema de depuración de aire, un sistema de lavado de coches, una instalación de embotellado, un sistema de lavandería, un sistema de filtración, un sistema de ósmosis inversa, o una instalación de desalinización.

8. El método según la reivindicación 1, en el que dicha composición que contiene cerio es un compuesto inorgánico de cerio.

9. El método según la reivindicación 1, en el que dicha composición que contiene cerio es un compuesto orgánico de cerio.

10. El método según la reivindicación 1, en el que introducir dicha composición que contiene cerio comprende generar dicha composición que contiene cerio in situ, extra situ, o ambas, en dicho sistema acuoso por oxidación química, reducción electroquímica, o ambas, de un compuesto de cerio (IV).

11. El método según la reivindicación 1, en el que dicha cantidad efectiva de dicha composición que contiene cerio es de 0,01 a 100 ppm.

12. El método según la reivindicación 1, que además comprende introducir en dicho sistema acuoso al menos un agente para controlar los depósitos.

13. El método según la reivindicación 1, que además comprende introducir en dicho sistema acuoso al menos un agente basado en polímeros para controlar los depósitos.

14. El método según la reivindicación 13, en el que dicha composición que contiene cerio y dicho agente basado en polímeros para controlar los depósitos están presentes en dicho sistema acuoso en un intervalo de relaciones en peso de 100:1 a 0,01:1000.

15. El método según la reivindicación 1, que además comprende introducir en dicho sistema acuoso al menos un agente basado en fosfonatos para controlar los depósitos.

16. El método según la reivindicación 15, en el que dicha composición que contiene cerio y dicho agente basado en fosfonatos para controlar los depósitos están presentes en dicho sistema acuoso en un intervalo de relaciones en peso de 100:1 a 0,01:1000.

17. El método según la reivindicación 1, que además comprende introducir en dicho sistema acuoso al menos un agente basado en polímeros para controlar los depósitos, y al menos un agente basado en fosfonatos para controlar los depósitos.

18. El método según la reivindicación 17, en el que dicha composición que contiene cerio, dicho agente basado en fosfonatos para controlar los depósitos y dicho agente basado en polímeros para controlar los depósitos están presentes en dicho sistema acuoso en una relación de aproximadamente 1:4:10.