Conceptos avanzados de tratamiento de agua de refrigeración (Parte 3)

Esta entrega proporciona una descripción general de los problemas comunes de ensuciamiento microbiológico, con una discusión también sobre el ensuciamiento macrobiológico.

Nota del editor: esta es la tercera entrega de una serie de varias partes de Brad Buecker, presidente de Buecker & Associates, LLC.

Lea la Parte 1 aquí.

Lea la Parte 2 aquí.

Las partes 1 y 2 de esta serie examinaron los problemas relacionados con las incrustaciones y la corrosión en los sistemas de enfriamiento de recirculación abiertos, es decir, aquellos sistemas con torres de enfriamiento, y también brindaron una descripción general de los métodos químicos modernos para el control de incrustaciones/corrosión. Un problema que con frecuencia empequeñece estas preocupaciones es el ensuciamiento microbiológico. Sin un control adecuado, los microbios pueden establecer rápidamente colonias en muchos lugares dentro de los sistemas de refrigeración. Estas colonias pueden degradar la transferencia de calor, restringir el flujo de fluidos e inducir corrosión debajo del depósito. Se conocen casos en los que un fuerte ensuciamiento microbiológico y la acumulación de sedimentos y otros desechos provocaron el colapso parcial de las torres de refrigeración. Esta entrega proporciona una descripción general de los problemas comunes de ensuciamiento microbiológico, con una discusión también sobre el ensuciamiento macrobiológico. Las partes 4 y 5 examinarán los métodos de control microbiano actuales y en evolución.

Existe una enorme cantidad de microbios en nuestro entorno, y las limitaciones de espacio impiden una discusión extensa de las variedades aquí. Para los sistemas de agua de refrigeración, los tres tipos generales de microorganismos que pueden ser problemáticos son las bacterias, las algas y los hongos. Las bacterias pueden formar colonias en muchos lugares, los hongos atacarán la madera de las torres de enfriamiento y las algas pueden crecer prolíficamente en áreas iluminadas por el sol, como las cubiertas de las torres de enfriamiento. Microorganismos avanzados que incluyen amebas y protozoos pueden aparecer en colonias bacterianas establecidas. Estos organismos más complejos pueden, a su vez, albergar la bacteria Legionella.

bacterias

Las bacterias se clasifican generalmente en tres tipos: aeróbicas, anaeróbicas y facultativas. Las bacterias aerobias requieren oxígeno para su metabolismo, mientras que las bacterias anaerobias extraen oxígeno de moléculas que contienen oxígeno, como el sulfato y el nitrato. Las bacterias facultativas utilizan oxígeno si está presente, pero pueden extraer oxígeno de otras fuentes cuando no hay oxígeno.

Los organismos comunes incluyen:

Las bacterias que flotan libremente en el agua se conocen como organismos planctónicos, cuya concentración se puede medir fácilmente. Sin embargo, si los organismos se asientan en las superficies para formar colonias sésiles, los problemas pueden surgir muy rápidamente. Algunas bacterias exudan una película de polisacáridos (limo) que protege a los organismos y permite el desarrollo de colonias complejas que pueden incluir muchos de los organismos enumerados anteriormente. El limo, a su vez, capturará el limo para formar depósitos pesados ​​que a menudo se asemejan al lodo.

Como es claramente obvio, el lodo en este intercambiador debe tener un flujo y una transferencia de energía muy restringidos.

Los depósitos microbianos también pueden inducir una corrosión grave. Para empezar, los depósitos permiten que se formen células diferenciales de oxígeno, donde el metal debajo del depósito se vuelve anódico para limpiar las superficies. Puede resultar en corrosión localizada y picaduras. Más allá de esa dificultad, algunos organismos producen compuestos nocivos como parte de sus procesos metabólicos. Las bacterias reductoras de sulfato son un buen ejemplo, cuyo subproducto metabólico es el sulfuro. Los sulfuros atacarán muchos metales, incluidos el hierro y el cobre.

Este ataque se conoce comúnmente como corrosión inducida microbiológicamente (MIC). El autor observó una vez una situación en la que un condensador de superficie de vapor de 15 000 tubos (acero inoxidable 316L) desarrolló miles de fugas diminutas durante una interrupción de mantenimiento de un mes. El agua quedó estancada en los tubos, lo que permitió que los microbios se asentaran y produjeran subproductos nocivos que dañaron la mayoría de los tubos. El posterior cambio de tubería del condensador fue bastante costoso.

Otro lugar que puede sufrir una fuerte deposición y ensuciamiento es el relleno de la torre de enfriamiento.

Nuevamente, los depósitos restringen el flujo de fluido e inhiben la transferencia de calor. La deposición también puede agregar un enorme peso al relleno, como se ilustra.

hongos

Con el desarrollo de componentes estructurales de plástico y metal para torres de enfriamiento y una menor dependencia de la madera, el ataque de hongos quizás no sea tan grave como en el pasado. Sin embargo, la madera no ha desaparecido como material para torres de enfriamiento y el control de hongos sigue siendo importante en muchas aplicaciones. Algunos hongos utilizan la madera como nutriente y los organismos pueden degradar los componentes de madera. Algunas especies atacan las fibras celulósicas de la madera, mientras que otras atacan el aglutinante de lignina. Los nombres para los diversos tipos de ataque incluyen pudrición superficial, pudrición blanca y pudrición marrón. Los hongos prosperan en ambientes ácidos y son menos activos en los sistemas modernos de agua de refrigeración por operación típica dentro de un rango de pH levemente básico.

Algas

Las algas son organismos fotosintéticos que pueden crecer en grandes masas en áreas expuestas a la luz solar.

Una ubicación común para el crecimiento de algas es en las cubiertas de las torres de enfriamiento de flujo cruzado. Los organismos pueden tapar las perforaciones al relleno inferior y reducir la capacidad de enfriamiento y la eficiencia de la torre.

Como se señaló en las Partes 1 y 2 de esta serie, el fósforo es un nutriente limitante para las algas, por lo que en aquellos sistemas que se han convertido de la química de control de corrosión/incrustaciones de fosfato-fosfonato a programas sin P, el crecimiento de las algas puede ser algo limitado.

legionela

Si las colonias sésiles se establecen bien, pueden surgir formas de vida superiores, incluidas amebas y protozoos. Si bien algunas especies de amebas causan directamente problemas de salud humana, es bien conocida la relación establecida entre las amebas, los protozoos y la bacteria Legionella. Legionella es la bacteria descubierta por primera vez en 1976 cuando infectó a personas que asistían a una convención de la Legión Americana (ya otros invitados, incluidos los padres del autor) en un hotel de Filadelfia. (4) Casi tres docenas de personas murieron y muchas más se enfermaron. El brote se atribuyó al vapor de agua que contenía la bacteria en el tubo de escape de una torre de enfriamiento en el techo del hotel de convenciones. El sistema de manejo de aire del hotel hizo circular parte del vapor a través del edificio.

El vínculo entre la Legionella y la ameba fue informado por primera vez por Rowbotham (5), quien demostró que la ameba podría servir como anfitriona de la Legionella.

De importancia crítica para el control de Legionella es el diseño y la operación adecuados de un sistema de alimentación de biocidas que minimice todas las formas de contaminación microbiológica. Otra medida importante es encontrar y eliminar, si es posible, todas las tuberías muertas. El agua estancada puede permitir la proliferación de organismos. Cuando los trabajadores ingresan a los sistemas de enfriamiento para trabajos de mantenimiento regulares, como limpiar las cajas de agua del condensador, las máscaras deben ser parte de su equipo de protección personal (PPE).

macroensuciamiento

Los organismos mucho más grandes, incluidos los mejillones, las almejas y los percebes, pueden causar una obstrucción grave del sistema de refrigeración. Las almejas de agua dulce se convirtieron por primera vez en un problema en los Estados Unidos a fines de la década de 1970, cuando la almeja asiática, Corbicula flominea, ingresó al país. Un problema con estas criaturas es que a menudo tienen el tamaño perfecto para encajar en las entradas de los tubos del condensador de vapor y del intercambiador de calor.

Luego, en 1986, Dreissena polymorpha, el mejillón cebra y su pariente cercano, el mejillón quagga, fueron introducidos en los Grandes Lagos en la descarga de agua de lastre de un barco extranjero. Estos mejillones son nativos de las áreas del Mar Negro y Caspio. Los mejillones se adhieren a las superficies, incluyéndose entre sí, con filamentos similares a hilos conocidos como hilos bisales. Las colonias pueden volverse masivas, con miles de mejillones por pie cuadrado.

Los mejillones cebra han sido un foco principal en los últimos años luego de su propagación desde los Grandes Lagos a través de varias vías fluviales en el este y medio oeste de los Estados Unidos. Además de propagarse naturalmente a través de las vías fluviales, los organismos también pueden sobrevivir de dos a tres semanas fuera del agua. Por lo tanto, si se adhieren a un bote recreativo en un cuerpo de agua y el bote se transfiere a otro cuerpo de agua en un tiempo relativamente corto, los mejillones pueden infiltrarse en la siguiente fuente.

Como sugiere esta entrega, el ensuciamiento microbiológico y macrobiológico puede ocurrir rápidamente en los sistemas de enfriamiento y puede causar problemas graves hasta el punto de quizás el cierre total o parcial de la planta. Son críticos para prevenir tales incrustaciones sistemas de tratamiento bien diseñados, operados y mantenidos en los cuales la química seleccionada maximiza la eficacia del biocida. Exploraremos estos temas en las Partes 4 y 5 de esta serie. Y, como veremos, algunos de los métodos de tratamiento también son apropiados para los sistemas de enfriamiento de un solo paso.

Esta discusión representa una buena práctica de ingeniería desarrollada con el tiempo. Sin embargo, es responsabilidad de los propietarios de la planta, los operadores y el personal técnico implementar programas confiables basados ​​en consultas con expertos de la industria. Se incluyen muchos detalles adicionales en el diseño y el uso posterior de estas tecnologías que se pueden esbozar en un solo artículo.

Referencias

Acerca del autor: Brad Buecker es presidente de Buecker & Associates, LLC, consultoría y redacción técnica/mercadeo. Más recientemente, se desempeñó como publicista técnico sénior en ChemTreat, Inc. Tiene más de cuatro décadas de experiencia en las industrias de tratamiento de agua industrial y energía, o apoyando a las mismas, gran parte de ella en puestos de química de generación de vapor, tratamiento de agua, control de calidad del aire e ingeniería de resultados. con City Water, Light & Power (Springfield, Illinois) y la estación La Cygne, Kansas de Kansas City Power & Light Company (ahora Evergy). Buecker tiene una licenciatura en química de la Universidad Estatal de Iowa con cursos adicionales en mecánica de fluidos, balances de energía y materiales y química inorgánica avanzada. Es autor o coautor de más de 250 artículos para varias revistas comerciales técnicas y ha escrito tres libros sobre química de centrales eléctricas y control de la contaminación del aire. Se le puede contactar en [email protected].