Tratamiento de aguas de refrigeración con control de la Legionella

Transcripción

1 Tratamiento de aguas de refrigeración con control de la Legionella Casos prácticos de aplicación N. Adroer y J. Ignacio Adiquímica, S.A. Los circuitos de refrigeración de las instalaciones industriales pueden llegar a tener graves problemas de incrustación, corrosión y de contaminación biológica; y dentro de ésta se puede tener un foco de infección por Legionella. En este artículo se describen los problemas de incrustación, corrosión y contaminación biológica de estos circuitos, los productos adecuados para tratar cada problema en concreto, haciendo especial hincapié en el tipo de biocidas, y finalmente se presentan dos casos prácticos de aplicación en dos instalaciones diferentes: una torre de refrigeración y un condensador evaporativo. 1. Problemas derivados del uso del agua El uso industrial del agua lleva consigo problemas de incrustación, de corrosión y de contaminación biológica. El término incrustación, en su acepción industrial más general, se refiere a cualquier depósito sobre las superficies de los equipos. Sin embargo, se tiende a matizar el tipo de depósito existente y de esta forma se reserva el término incrustación para significar un depósito duro y adherente, formado en el mismo lugar que se presenta por componentes inorgánicos presentes en el agua. Los depósitos menos adherentes se conocen como depósitos, lodos, sedimentos, precipitados, etc. y pueden haberse formado en el lugar que se encuentran o haberse formado en otros puntos del sistema y haber sido transportados. Los principales problemas debidos a las incrustaciones y demás depósitos son la reducción del diámetro de las tuberías, la disminución de la transferencia de calor, el origen de corrosiones localizadas y en general un aumento de los costes de mantenimiento de las instalaciones. En algunos casos, por el contrario, la incrustación puede resultar beneficiosa, tal como ocurre con las películas de carbonato cálcico que se forman en las redes municipales de agua, que protegen de la corrosión a las tuberías de suministro. El fenómeno de corrosión se puede definir de una manera amplia como la destrucción o deterioro de un material por reacción química o electroquímica con su entorno. En algunos casos, el ataque químico va acompañado de ataque físico y entonces se denomina corrosiónerosión. En condiciones normales de exposición, los productos de la corrosión son óxidos más o menos hidratados, carbonatos y sulfuros. Los problemas debidos a la corrosión son económicamente importantes, pues no sólo cabe considerar las toneladas de materiales a reponer, sino también las interrupciones en los procesos de producción, que pueden llegar a tener costes muy elevados. También debe considerarse el factor seguridad, que viene muy directamente afectado por los fenómenos de corrosión. Los fenómenos de contaminación biológica se aprecian fundamentalmente en los sistemas de refrigeración, que proporcionan un medio favorable para el desarrollo de muchos microorganismos, especialmente bacterias, algas y hongos. Agravándose el problema, en el caso de instalaciones que potencialmente son lugar de refugio y, por tanto, posibles focos de infección por Legionella, por los posibles problemas que pueden suponer para las personas y para el entorno [1, 2, 3]. Las acumulaciones de microorganismos forman unos lodos, que, debido a su naturaleza adherente, a menudo actúan como un agente de cimentación de otros materiales inorgánicos presentes en el sistema, tales como los productos de 189

2 INGENIERIA QUIMICA corrosión. Por otra parte, también cabe considerar el hecho de que el crecimiento biológico puede producir corrosiones graves en el metal e incluso perforaciones. 2. Tratamiento del agua de los circuitos de refrigeración 2.1. Inhibidores de incrustación Los productos utilizados como inhibidores de incrustación son variados y numerosos, pero casi todos ellos, con excepción de los de tipo quelante o secuestrante, funcionan por algún tipo de mecanismo de superficie, si bien para muchos de ellos se desconoce el mecanismo preciso de actuación. Hay suficientes indicios de que ciertos materiales pueden funcionar por varios mecanismos, dependiendo de la concentración del aditivo y de su particular entorno Inhibidores de corrosión Los inhibidores de corrosión se clasifican como anódicos, catódicos o mixtos, dependiendo de la reacción de corrosión que cada uno controla. La inhibición normalmente es el resultado de uno o varios de los mecanismos generales. En el primero, la molécula del inhibidor es adsorbida sobre la superficie del metal por un proceso de quimisorción, formando una delgada película protectora, por sí solo o en conjunción con iones metálicos. En el segundo mecanismo, los inhibidores simplemente obligan al metal a formar su propia protección de óxidos metálicos, y de este modo aumentan su resistencia. En el tercer mecanismo, el inhibidor reacciona con las sustancias potencialmente corrosivas del agua. La elección del inhibidor adecuado viene condicionada por los pará- metros de diseño del sistema de refrigeración y por la composición del agua. Tanto los inhibidores de corrosión como los de incrustación acostumbran a ser compuestos formulados con múltiples materias activas, de forma que se minimice el consumo de productos a la vez que se potencie el rendimiento Biocidas Los biocidas se clasifican en dos grandes grupos: los biocidas oxidantes y los biocidas no oxidantes BIOCIDAS OXIDANTES Los biocidas oxidantes, tal y como indica su nombre, oxidan la materia orgánica (material celular, enzimas, proteínas, etc. ) y, por consiguiente, provocan la muerte de los microorganismos. Los más habituales son el cloro y el bromo y sus derivados. En el caso del cloro y sus derivados, normalmente se forman enlaces estables entre el nitrógeno de las proteínas y el cloro, llevando a la destrucción de los microorganismos. Este tipo de biocidas provocan un efecto secundario sobre las instalaciones tratadas pues incentivan la corrosión. Además, su actividad desinfectante tiene una dependencia con el ph. La presencia de grandes cantidades de materia orgánica y de amoníaco en el agua puede conllevar problemas a la hora de controlar la contaminación biológica con este tipo de biocidas BIOCIDAS OXIDANTES Los biocidas no oxidantes son aquellos que interfieren en el metabolismo celular y/o en su estructura, provocando de esta manera la muerte de los microorganismos. Existen muchos tipos de biocidas no oxidantes, pero en general todos cumplen los siguientes requisitos: son más estables y persistentes que los biocidas oxidantes y su actividad es independiente del ph. Cada biocida de este tipo tiene su mecanismo de actuación particular, no pudiéndose generalizar un mecanismo de actuación para todo el grupo. Consideremos, por ejemplo, la actuación del amonio cuaternario. Las sales de amonio cuaternario son biocidas catiónicos. Son sustancias desinfectantes, que actúan especialmente en medio alcalino y a temperaturas elevadas. Estos compuestos son particularmente activos contra bacterias Gram positivas, ante las que muestran actividad a concentraciones extremadamente bajas. Su efecto sobre bacterias Gram negativas es menor y requiere concentraciones más elevadas. Su acción bioestática se atribuye a su carga positiva, que forma un enlace electrostático con las partes cargadas negativamente de la pared celular. Estos enlaces electrostáticos creados producen la lísis y la muerte de la célula. También producen la muerte de la célula mediante la desnaturalización de proteínas y distorsión de la permeabilidad de la pared celular, reduciéndose el flujo normal de sustancias vitales y nutrientes para la célula. Las sales de amonio cuaternario son efectivas frente a la Legionella. Teniendo en cuenta que en un circuito de refrigeración en el agua hay más sustancias en disolución, ya que no sólo se dosifican biocidas, hay que considerar las ventajas e inconvenientes de su utilización en este tipo de sistemas. Las sales de amonio tienen una estructura tetraédrica en la que el átomo central es el N y está unidos a cuatro ligandos orgánicos, [NR 4 ] + X -, donde, X = Haluro y R = = ligando orgánico (alquilo, arilo o heterocíclicos, conteniendo de 8 a 25 átomos de carbono). Después de realizar ensayos con este tipo de sales en disoluciones con anticorrosivos/antincrustantes, se ha observado que los amonios cuaternarios tienen una elevada tendencia a precipitar en presencia de estos aditivos, que suelen contener aniones. Se forma un enlace iónico entre el 190

3 amonio y los aniones. El enlace iónico es la fuerza electrostática que atrae las partículas con cargas opuestas. Es una afirmación de la Ley de Coulomb y la tendencia de un catión a precipitar depende, entre otras muchas cosas, del tamaño del mismo y del anión. Cuanto más parecidos sean los tamaños de cada uno mayor tendencia a precipitar. En el caso en el que nos centramos, los amonios cuaternarios tienen un tamaño similar a los aniones contenidos en los aditivos anticorrosivos/antiincrustantes, produciéndose su precipitación. Desde el punto de vista del enlace de estas sales, el N no tiene orbitales d vacantes para aceptar densidad electrónica y forma enlaces más fuertes con ligandos orgánicos que tengan una gran fuerza dadora (mayor número de C, ligandos con carga deslocalizada y con enlaces múltiples). De este modo, cuanto mayores sean los ligandos, menos estable será en complejo. Como son derivados del ion NH 4 +, donde los átomos de hidrógeno se han reemplazado por grupos alquilo, si uno o más de esos grupos es un ligando de cadena larga, marca la actividad bactericida de la molécula. Nos encontramos que, cuanto mayor sea la cadena, mayor es su efectividad bactericida, pero menos estable es el amonio respecto a la disociación. Por otro lado, la electronegatividad del N también marca el comportamiento de estas sales frente a la disociación (electronegatividad de Pauling N = 3,0 y C = 2,5), por lo que tiene una mayor tendencia a reaccionar para formar un enlace iónico con compuestos en disolución que mantener el enlace covalente con el C, descomponiéndose fácilmente para formar otro tipo de complejos más estables. Los amonios cuaternarios suelen descomponerse en cloroaminas, que son efectivas frente a la Legionella, son volátiles y huelen mal. De todo esto se concluye que en un sistema de refrigeración la utilización de una sal de amonio cuaternario es adecuada para realizar un tratamiento biológico, siempre y cuando no se realice un tratamiento Tabla I. Presentación de los resultados de los análisis de eficacia del biocida no oxidante frente a Legionella pneumophila Recuperación Recuperación en caldo Biocida no en agar BCYE de cultivo BCYE oxidante (mg/l) 4 horas 24 horas 4 horas 24 horas 80 Ensayo Ensayo Ensayo Ensayo : No hay crecimiento. +: Sí hay crecimiento anticorrosivo/antiincrustante. Debido a este inconveniente, su utilización queda reducida a sistemas en los que no se realice un acondicionamiento químico para evitar la corrosión e incrustación del circuito (circuitos de agua contra incendios, depósitos de hormigón). 3. El problema de la Legionella en los circuitos de refrigeración En instalaciones, como pueden ser torres de refrigeración y condensadores evaporativos, se pueden dar las condiciones adecuadas para el acantonamiento de la Legionella y su posterior amplificación y dispersión al ambiente exterior a partir de aerosoles, pudiendo ser un grave problema para la salud de las personas [1]. En algunos países se han elaborado normas para el diseño y explotación de instalaciones, con objeto de reducir al máximo el desarrollo y proliferación de Legionella [4]. Concretamente, en la Comunidad de Madrid se ha elaborado una Orden autonómica [5] con este mismo propósito. Asimismo también se han publicado recomendaciones para la prevención y control de la legionelosis [6, 7]. En nuestra empresa hemos diseña- do un programa de mantenimiento para este tipo de instalaciones, susceptibles de albergar este tipo de problemas, y hemos llevado a cabo unos estudios de campo para validar la efectividad del tratamiento. A continuación se presentan los casos prácticos estudiados. 4. Casos prácticos El objetivo del estudio de estos casos prácticos es evaluar la efectividad de la limpieza y desinfección generales, y del tratamiento de mantenimiento llevado a cabo en dos instalaciones con aparatos de transferencia de masa de agua en corriente de aire que afectan a ambientes exteriores: una torre de refrigeración y un condensador evaporativo. En estas instalaciones se han controlado los parámetros adecuados para garantizar una calidad físico-química del agua y una inocuidad microbiológica de la misma en todo momento. Para poder llevar a cabo estos propósitos se ha realizado un estudio, en cada caso, para determinar el mejor tratamiento posible y se ha decidido la utilización de: a) Dos productos biocidas autorizados por el Ministerio de Sanidad y Consumo como desinfectantes de uso ambiental para torres de refrigeración, uno oxidante y otro no 191

4 INGENIERIA QUIMICA Tabla II. Análisis de agua del Canal Isabel II Agua de alimentación Resultados del análisis ph... 7,51 Alcalinidad (meq/l) Valor p... 0 Alcalinidad (meq/l) Valor m... 0,6 Dureza total ( HF)... 4 Calcio (mg/l) Magnesio (mg/l)... 2 Cloruros (mg/l) Bicarbonatos (mg/l) Carbonato sódico (mg/l)... 0 Sosa cáustica (mg/l)... 0 Conductividad (microsiemens/cm)... 87,9 Total sólidos disueltos (mg/l) S.A.F. (meq/l)... 0,3 Hierro (mg/l)... 0,1 Tabla III. Tratamiento del agua de la torre de refrigeración Tratamiento Anticorrosivo/antiincrustante Durante la prueba de campo frente a Legionella pneumophila. Se han probado dos concentraciones de uso del biocida y dos tiempos de contacto del mismo. Las pruebas se han realizado sobre medio BCYE. Los resultados de los análisis son los presentados en la Tabla I. Los análisis se realizan por duplicado. El resultado de los recuentos de los controles es de: - Recuento control L. pneumophila 4 horas: 2,1 x 10 7 y 2,9 x 10 7 ufc/ml. - Recuento control L. pneumophila 24 horas: 2,3 x 10 7 y 2,8 x 10 7 ufc/ml. Los resultados de los ensayos microbiológicos indican que el biocida no oxidante empleado es activo frente a la cepa de Legionella pneumophila probada, a una concentración de 80 ppm con 4 horas de contacto. Este producto es un biocida efectivo frente a Legionella pneumophila. Biocida no oxidante Dispersante Agente antiespumante 4.2. Estudios de campo A continuación se describen los estudios de campo llevados a cabo en una torre de refrigeración y en un condensador evaporativo. oxidante (Registro Oficial de Plaguicidas: y ). El primero libera cloro y se utiliza en las limpiezas de las instalaciones; el segundo es un biocida no oxidante (no es un amonio cuaternario), adecuado para el tratamiento de mantenimiento. Los dos biocidas son compatibles con el tratamiento anticorrosivo/antiincrustante. b) Un producto anticorrosivo/antiincrustante, adecuado para el tratamiento de mantenimiento Estudios previos Para la realización del estudio de campo se ha evaluado la eficacia del biocida no oxidante utilizado TORRE DE REFRIGERACION La torre en estudio se trató con productos anticorrosivos/antiincrustantes y con biocidas adecuados para el control de la contaminación biológica del agua. Se han elegido aparatos pequeños en los que se ha detectado una mayor problemática. Tabla IV. Resultados del tratamiento de la torre de refrigeración Análisis de 17/5/99 Ausencia Legionella pneumophila 23/7/99 Ausencia 13/9/99 Ausencia Control de la corrosión Fechas: 20/5/99 al 27/9/99 Ausencia de corrosión Duración 129 días Control y análisis del Se han llevado a cabo Correctos para el agua de la torre análisis mensualmente tratamiento propuesto Las características de la torre son: - Volumen: 5 m 3. - Caudal de recirculación: 11 m 3 /h. - Salto Térmico: 5 C. - Purga continua. - Tiempo de operación: 24 horas. - Instalaciones refrigeradas: Compresor para producción de aire comprimido. El agua de alimentación es la correspondiente a la del canal Isabel 192

5 Tabla V. Tratamiento del agua del condensador evaporativo Tratamiento Anticorrosivo/antiincrustante Biocida no oxidante Dispersante Agente antiespumante II de Madrid, cuyas características se recogen en la Tabla II. La torre se limpió y desinfectó el 28/4/99 con el biocida oxidante, como producto liberador de cloro en las limpiezas. Se han realizado controles de ph y una evaluación de la cantidad de producto utilizado en todo momento. El tratamiento del agua realizado en la torre se indica en la Tabla III. Se tienen en cuenta los ciclos de concentración del agua de la torre para garantizar la efectividad del tratamiento. Los resultados del tratamiento pueden verse en la Tabla IV CONDENSADOR EVAPORATIVO El condensador evaporativo en estudio se trató con productos anticorrosivos/antiincrustantes y con biocidas adecuados para el control de la contaminación biológica del agua. Sus características principales son: - Volumen: 2 m 3. - Caudal de recirculación estimado: 27 m 3 /h. Tabla VI. Resultados del tratamiento del condensador evaporativo Durante la prueba de campo - Potencia frigorífica: kcal/h. - Purga continua. - Tiempo de operación: 20 horas. - Instalaciones refrigeradas: Compresor para cámaras frigoríficas. El agua de alimentación es la correspondiente a la del canal Isabel II de Madrid, presentada anteriormente en la Tabla II. Se limpió y desinfectó el condensador el 18/6/99 con el biocida oxidante, como producto liberador de cloro en las limpiezas. Se han realizado controles de ph y una evaluación de la cantidad de producto utilizado en todo momento. El tratamiento del agua de refrigeración del condensador se ofrece en la Tabla V. Los resultados del tratamiento se indican en la Tabla VI Conclusiones Durante los casi seis meses de tratamiento con los productos biocidas y el producto anticorrosivo-antiincrustante, la calidad del agua de la torre de refrigeración se ha man- tenido dentro de los parámetros fisicoquímicos adecuados. Se mantiene el circuito de la torre de refrigeración libre de corrosiones e incrustaciones. El control de la contaminación biológica de la torre de refrigeración, en concreto la prevención de la aparición de la Legionella, ha sido llevado a cabo con éxito. En el caso del condensador evaporativo, los resultados son similares. El programa de tratamiento del agua de las dos instalaciones ha sido llevado a cabo con éxito. 5. Bibliografía [1] Adroer, N. La contaminación biológica de las torres de refrigeración. Aproximación al problema de la Legionella. INGENIE- RIA QUIMICA, , enero (1999). [2] Adroer, N.; Coma, J. y Raisuni, K. Microbiología de los circuitos de refrigeración. La Legionella.Conferencia realizada en el Hotel Convención de Madrid, 18 de junio (1998). [3] Adroer, N.; Coma, J.; Ignacio, J.; Ordoñez, J. y Raisuni, K. Curso de tratamiento de circuitos de refrigeración. Aproximación a los tratamientos para prevenir la Legionella. Conferencia realizada en el Hotel Agumar de Madrid, 28 de octubre (1999). [4] AER. Guía para la prevención de la Legionella en instalaciones UNE [5] Orden 1187/1998 de 11 de junio, de la Consejería de Sanidad y Servicios Sociales de la Comunidad de Madrid, por la que se regulan los criterios higiénico-sanitarios que deben reunir los aparatos de transferencia de masa de agua en corriente de aire y aparatos de humectación para la prevención de Legionelosis. B.O.C.M. Núm 144, viernes 19 de junio de (1998). [6] Avello de Miguel, A. et al. Guía para la prevención de la Legionelosis en instalaciones de riesgo. Comunidad de Madrid. Consejería de Sanidad y Servicios Sociales. Dirección General de Salud Pública. (1999). [7] Recomendaciones para la prevención y control de la Legionelosis. Ministerio de Sanidad y Consumo. Secretaría General Técnica. Centro de Publicaciones. (1999) Análisis de 5/7/99 Ausencia Legionella pneumophila 13/9/99 Ausencia Control y análisis del Se han llevado a cabo Correctos para el agua de la torre análisis mensualmente tratamiento propuesto 193