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En las pruebas de laboratorio se determina un límite máximo tolerable de contaminación microbiana en los sistemas. Cuando estos datos son conocidos, en muchos casos el número de bacterias y otros microorganismos necesitan una seria reducción, la cual puede ser lograda con la adición de biocidas; compuestos químicos que son tóxicos para los microorganismos presentes. Los biocidas generalmente se introducen como babosas en un sistema para lograr reducciones de población rápidas y efectivas, de las cuales los microorganismos no pueden recuperarse fácilmente. Hay varios biocidas diferentes, algunos de los cuales tienen un amplio rango de efectos en muchos tipos diferentes de bacteria. Pueden ser divididos en agentes oxidantes y agentes no oxidantes.
Agentes Oxidantes:
El cloro es el biocida industrial más ampliamente usado hoy. Ha sido utilizado para desinfección de suministros de agua doméstica y para la remoción de sabores y olores del agua por un largo tiempo. La cantidad de cloro que necesita ser adherida en un sistema de agua es determinada por diversos factores, a saber la demanda de cloro, el tiempo de contacto, el pH y la temperatura del agua, el volumen de agua y la cantidad de cloro que se pierde a través de la aireación.
Cuando el gas de cloro entra al suministro de agua, se hidroliza para formar hipocloroso y ácido hipocloroso. Este último determina la actividad biocida.
Este proceso toma lugar de acuerdo con la siguiente reacción:
Cl2 + H2O -> HOCl + HCl
El ácido hipocloroso es responsable de las reacciones de oxidación con el citoplasma del microorganismo, después de la difusión a través de las paredes celulares. El cloro, entonces, disturba la producción de ATP (trifosfato de adenosina), un componente esencial para la respiración de los microorganismos. Las bacterias que están presentes en el agua morirán como consecuencia de los problemas respiratorios causados por la actividad del cloro.
La cantidad de cloro que necesita ser adherida para el control del crecimiento bacteriano es determinada por el Ph. A mayor pH, más cloro es necesario para matar las bacterias indeseables en un sistema de agua. cuando los valores de pH están entre un rango de 8 a 9, se debe adherir 0.4 ppm de cloro. Cuando los valores de pH están entre un rango de 9 a 10, se debe adherir 0.8 ppm de cloro.
El dióxido de cloro es un biocida oxidante activo, que es aplicado más y más debido al hecho de que tiene menos efectos dañinos para el medio ambiente y la salud de los humanos que el cloro. No forma ácidos hipoclorosos en el agua; existe como dióxido de cloro disuelto, un compuesto que es un biocida más reactivo a mayores rango de pH.
El dióxido de cloro es un gas explosivo, y por lo tanto tiene que ser generado o producido en sitio, de acuerdo conla siguiente reacción:
Cl2 + 2 NaClO2 -> 2 NaCl + 2 ClO2
O
2 HCl + 3 NaOCl + NaClO2 -> 2 ClO2 + 4 NaCl + H2O.
Dióxido de cloro en bolsas
Estos son compuestos órgano-cloros que se hidrolizarán en ácido hipocloroso y ácido cianúrico en agua. el ácido cianúrico reduce la pérdida de cloro debido a las reacciones fotoquímicas con luz UV, así que se originará más ácido hipocloroso y mejorará la acción biocida.
El hipoclorito es sal de ácido hipocloroso. Es formulado en diversas formas diferentes. Usualmente el hipoclorito es aplicado como hipoclorito de sodio (NaOCl) e hipoclorito de calcio (Ca (OCI)2). Estos compuestos pueden ser aplicados como biocidas. Funcionan en la misma manera que el cloro, aunque son un poco menos efectivos.
El ozono es naturalmente inestable. Puede ser utilizado como un agente oxidante poderoso, cuando es generado en un reactor. Como un biocida actúa de manera muy parecida al cloro; disturba la formación de ATP, así que la respiración celular de microorganismos se dificultará. Durante la oxidación con ozono, la bacteria usualmente muere por la pérdida de citoplasma de sostiene la vida.
Mientras se lleva a cabo el proceso de oxidación, las partes de ozono se convierten en oxígeno y en un átomo de ozono, que se pierde durante la reacción con fluido celular de la bacteria:
O3 -> O2 + (O)
Un número de factores determina la cantidad de ozono requerido durante la oxidación, estos son pH, temperatura, orgánicos y solventes, y productos reactivos acumulados.
El ozono es más medioambientalmente amigable que el cloro, ya que en este proceso no se adhiere cloro al sistema de agua. Debido a su descomposición en oxígeno no afectará la vida acuática.
Usualmente 0.5 ppm de ozono es adherido al sistema de agua, ya sea de forma continua o intermitente.
Agentes No-Oxidantes:
La acroleína es un biocida extremadamente efectivo que tiene una ventaja medioambiental sobre los biocidas oxidantes, ya que puede ser fácilmente desactivado por sulfito de sodio antes de la descarga en un flujo receptor.
La acroleína tiene la habilidad para atacar y deformar grupos proteínicos y reacciones sintéticas de encimas. Es usualmente alimentado por sistemas de agua como gas en cantidades de 0.1 a 0.2 ppm en neutro para agua débilmente alcalina.
La acroleína no es usada muy frecuentemente, debido a que es extremadamente inflamable y también tóxica.
La aminas son surfactantes efectivos que pueden actuar como biocidas debido a su habilidad para matar microorganismos. Ellos pueden mejorar el efecto biocida de los fenólicos clorados cuando son aplicados en agua.
Los fenólicos clorados diferencia de los biocidas oxidantes, no tienen efectos sobre la respiración de los microorganismos. Sin embargo, inducen al crecimiento. Los fenólicos clorados primero absorben la pared celular del microorganismo con enlaces de hidrógeno. Después de la absorción de la pared celular se difundirán en la célula donde entran en suspensión y precipitan las proteínas. Debido a su mecanismo es inhibido el crecimiento del microorganismo.
Las sales de cobre han sido usadas como biocida por un largo tiempo, pero su uso ha sido limitado en los últimos años debido a temas relacionados con la contaminación de metales pesados. Estos son aplicados en cantidades de 1 a 2 ppm.
Los componentes órganos-sulfurados actúan como biocida por inhibición del crecimiento celular. Hay una variedad de diferentes compuestos órgano-sulfurados que funcionan en diferentes rangos de pH.
Normalmente la energía es transferida en células bacterianas cuando el hierro reacciona de Fe3+ a Fe2+. Los compuestos órgano-sulfurados remueven el Fe3+ por complexión como una sal de hierro. La transferencia de energía a través de las células es entonces detenida e inmediatamente seguirá la muerte celular.
Las sales de amonio cuaternario son químicos superficialmente activos que se componen generalmente de un átomo de nitrógeno, rodeado por sustitutos que contienen ocho a veinticinco átomos de carbono sobre cuatro vistas del átomo de nitrógeno.
Estos compuestos son generalmente más efectivos contra bacterias en rangos de pH alcalino. Son positivamente cargados se enlazarán a los lados negativamente cargados sobre la pared celular bacteriana. Estos enlaces electrostáticos causarán la muerte de la bacteria por estrés en la pared celular. También causan el flujo normal de compuestos que sostienen la vida a través de la pared celular para parar, por declinación, su permeabilidad.
El uso de las sales de amonio cuaternario es limitado, debido a su interacción con el aceite cuando este esté presente y el hecho de que pueden causar espuma.
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