ES2205885T3 - Uso de peroxidos alcalinoterreos para la inmovilizacion de fosfato en aguas, suelos, sedimentos y/o lodos. - Google Patents

Uso de peroxidos alcalinoterreos para la inmovilizacion de fosfato en aguas, suelos, sedimentos y/o lodos.

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Abstract

Uso de peróxidos alcalinotérreos para la inmovilización de fosfato en aguas, como aguas estancadas y fluentes y aguas residuales, suelos, sedimentos y/o lodos.

Description

Uso de peróxidos alcalinotérreos para la inmovilización de fosfato en aguas, suelos, sedimentos y/o lodos.
La presente invención trata del uso de peróxidos alcalinotérreos para la inmovilización de fosfato en aguas, como aguas estancadas y fluentes y aguas residuales, suelos, sedimentos y/o lodos.
Las aguas, suelos, sedimentos y/o lodos contienen siempre una cierta cantidad de materiales orgánicos. Especialmente en las aguas, es decir, tanto en cuerpos de aguas como en aguas residuales, la calidad del agua se determina, entre otros, como cantidad de compuestos orgánicos. Por un lado los materiales orgánicos aumentan los valores de DQO y DBO y por otro lado conducen en el transcurso del tiempo a la formación de detritos, es decir, al enfangamiento y en caso extremo al aterramiento.
Los valores elevados de DQO y DBO significan que contienen materiales que tienen una elevada demanda de oxígeno y conducen a una falta de oxígeno para los microorganismos y otros seres vivos y finalmente a su muerte. El material descompuesto se encuentra en el agua como material orgánico adicional, por ejemplo, como partículas en suspensión, lo que trae consigo otra disminución de la calidad del agua.
Para evitar el aterramiento de las aguas, especialmente de los embalses, los lodos formados deben separarse mecánicamente a intervalos regulares. Pero esta separación mecánica de los lodos presupone un tamaño de partícula suficiente. Por regla general, las partículas en suspensión no se pueden separar.
También está influida desfavorablemente por el ensuciamiento de aguas, suelos, sedimentos y/o lodos la actividad de los microorganismos que viven en ellas, lo que por otro lado conduce a una perturbación del equilibrio natural.
Otro problema, especialmente en aguas interiores, lo presenta el contenido en fosfato, que es responsable de la eutrofización de las aguas. La reducción de la concentración de fosfato en las aguas eutrofizadas es en toda regla la clave para lograr con éxito el saneamiento, es decir, para la mejora de la calidad del agua y de sus posibilidades de aprovechamiento. Por eso desde hace más de dos décadas se han hecho y se hacen esfuerzos, con más o menos éxito, para disminuir la concentración de fosfato, especialmente en lagos y a la salida de depuradoras. Los procedimientos establecidos trabajan empleando sales de hierro y aluminio como medio de precipitación. Los desarrollos más nuevos se ocupan de la optimización de la eliminación biológica del fosfato, así como del control técnico de la precipitación biogénica de calcita y del aporte de yacimientos internos de marga de pantano como posibilidades del saneamiento ecotecnológico de las aguas.
Los procedimientos conocidos para la eliminación de fosfato tienen sin embargo el inconveniente, que la precipitación de fosfato tiene lugar sólo de forma incompleta y también es en parte técnicamente costosa. Mediante la adición de compuestos de Al o Fe se introducen además iones aluminio y hierro en el agua, lo que no tiene siempre efectos positivos en la calidad del agua.
Por el estado de la técnica se conoce el tratamiento del agua sucia con una mezcla de Ca(OH)_{2} y H_{2}O_{2}. En procedimientos de este tipo, el fosfato presente se precipita como hidrogenofosfato cálcico (brushita), cuyo producto de solubilidad es fuertemente dependiente del pH. Se forma un estado de equilibrio con los componentes presentes en el entorno acuoso. En algunos casos el hidrogenofosfato incluso se vuelve a disolver. Tal procedimiento no permite la unión duradera del fosfato mineral en los sistemas tratados y no vela por un medio oxigenado equilibrado y tolerable para los organismos acuáticos y los habitantes de los sedimentos.
Por consiguiente, el objetivo de la presente invención se plantea para proporcionar un procedimiento para el procesado de aguas, suelos, sedimentos y/o lodos, que permita descomponer materiales orgánicos, presentes como lodos o sustancias en suspensión y así reducir el contenido en sustancias consumidoras de oxígeno y al mismo tiempo mejorar la nitrificación y la actividad enzimática de los microorganismos presentes.
Otro objetivo consiste en proporcionar un procedimiento que permita eliminar el fosfato de aguas, suelos, sedimentos y/o lodos, de manera que el contenido en fosfato se reduzca por debajo del máximo contenido necesario ecológicamente y que el fosfato se una de forma que en el agua no se vuelva a liberar por disolución o lixiviación. Otro objetivo es, simultáneamente con la eliminación de fosfato, reducir el contenido de otras sustancias dañinas contenidas en sistemas de este tipo.
Es objeto de la presente invención el uso de peróxidos alcalinotérreos para la inmovilización de fosfato en aguas, como aguas estancadas y fluentes y aguas residuales, suelos, sedimentos y/o lodos.
Sorprendentemente se comprobó que mediante el uso de peróxidos alcalinotérreos para el procesado de aguas, suelos, sedimentos y/o lodos, el contenido de materiales orgánicos que se encuentran como lodos o sustancias en suspensión puede disminuir fuertemente y también se favorece el rendimiento de descomposición microbiana. Se supone que mediante la adición de peróxidos alcalinotérreos a aguas, suelos, sedimentos y/o lodos tiene lugar una mineralización del material orgánico, es decir, una transformación del material orgánico en sustancia inorgánica. Al mismo tiempo puede tener lugar una inmovilización de otras sustancias perjudiciales, por ejemplo, si éstas precipitan con otros sólidos. Los estudios han demostrado que también se descomponen sustancias malolientes y aromatizantes y se favorece la nitrificación.
En el tratamiento con peróxidos alcalinotérreos de aguas, suelos, sedimentos y/o lodos que contienen fosfatos se puede conseguir una eliminación de fosfato tan excelente, que la concentración de fosfato tras el tratamiento se encuentra muy por debajo de 30 \mug P/l. Los resultados de los estudios presentados hasta ahora demostraron una disminución de la concentración de ortofosfato de 3,26 o 0,33 mg P/l a 6 o 3 \mug P/l durante un tiempo muy corto.
Además, se comprobó que aumenta el valor de pH del sistema tratado según la invención en el intervalo alcalino y que se libera oxígeno elemental. Este efecto se valora generalmente de forma positiva en los sistemas acuáticos, ya que contrarresta el déficit de oxígeno condicionado por procesos de descomposición que se alimentan de oxígeno.
La ventaja frente a la eliminación biológica de fosfato consiste en la eliminación fiable del fosfato. La ventaja frente a otros procedimientos de eliminación química del fosfato consiste en la elevada eficiencia, es decir, en la fuerte reducción de la concentración de ortofosfato con un empleo relativamente reducido de peróxidos alcalinos empleados según la invención. El procedimiento según la invención puede dificultar un desarrollo masivo de algas y con esto evitar los problemas de las aguas relacionados con ello. El peróxido alcalinotérreo puede eliminar fosfato de las aguas, empleado en cantidades equimolares. Además, el producto de precipitación es apropiado como materia prima de abono mineral y con ello reciclable.
Con el uso del procedimiento según la invención no es necesario en su caso eliminar el material precipitado de las aguas o suelos, sedimentos y/o lodos, se puede dejar en el agua o bien en el sedimento. El material precipitado consta esencialmente de sustancias mineralizadas, en las que las sustancias que perjudican la calidad del agua también pueden estar unidas por adsorción o sino incluidas en el sólido. Por eso el procedimiento presente se aplica favorablemente en particular en los llamados conceptos de mantenimiento para el procesado de agua.
Los peróxidos alcalinotérreos se han usado hasta ahora, entre otros, como aditivo en pan, pasta de dientes, en la industria cosmética y como suministrador de oxígeno en el compostaje. Los peróxidos alcalinotérreos se obtienen a partir de soluciones acuosas de hidróxido alcalinotérreo y H_{2}O_{2} en un procedimiento especial. Se sabe que la simple mezcla de soluciones de hidróxido y H_{2}O_{2} no conduce a los peróxidos alcalinotérreos, sino sólo a la descomposición del H_{2}O_{2} empleado.
En el empleo de este procedimiento para la limpieza de aguas residuales existe además la ventaja, que según la naturaleza del agua residual ésta se limpia en poco tiempo en un proceso muy simple de un solo paso. Además, del lado mecánico-técnico representa un gasto comparativamente insignificante y por eso menos intensivo en los costes.
Se comprobó que el uso según la invención de peróxidos alcalinotérreos para el tratamiento de sedimentos de aguas, lodos y suelos elimina los fosfatos como compuestos insolubles y los une de forma duradera, de manera que se impide eficazmente una removilización o lixiviación del fosfato en contacto con agua.
Las observaciones anteriores hacen suponer, sin estar fijadas en estas, que mediante el procedimiento precipita y se fija fosfato en forma mineral como hidroxilapatita.
Además se comprobó que el tratamiento según la invención de aguas o suelos, sedimentos y/o lodos mediante la precipitación de fosfato reduce también el contenido de otras sustancias perjudiciales que perjudican la calidad del agua, como compuestos de metales pesados y compuestos orgánicos.
Se supone que se producen sinergias, que resultan del efecto oxidativo de los peróxidos empleados según la invención, del aumento del valor de pH y de la formación con él relacionada de especies de metales pesados insolubles.
Como aguas en el sentido de la presente invención se entienden todas las aguas, como por ejemplo agua en embalses, lagos, ríos, acuarios marinos y de agua dulce, centros de cría para peces y otros animales marinos, agua de depuradoras y otras estaciones de tratamiento de agua, etc. así como cualquier agua residual, incluidas aguas residuales industriales, pudiendo contener también las aguas antes citadas suelos, sedimentos y/o lodos, así como sustancias precipitadas y en suspensión. Son suelos en el sentido de la presente invención tanto. Como sedimentos en el sentido de la presente invención se entienden los sólidos que pueden encontrarse en las aguas, como por ejemplo en embalses, lagos y ríos. Los lodos pueden proceder, por ejemplo, de depuradoras, filtros de aguas residuales, etc.
Son peróxidos alcalinotérreos apropiados, por ejemplo, los peróxidos de magnesio, calcio, bario, estroncio y sus mezclas, empleándose preferiblemente de calcio o magnesio o sus mezclas. Son especialmente preferibles los peróxidos de calcio, pudiéndose completar el calcio con peróxido de magnesio, estroncio o bario en proporciones cuantitativas de 0,02% en peso hasta 50% en peso, preferiblemente hasta 30% en peso, referido a CaO_{2}. En productos comerciales habituales el peróxido alcalinotérreo se encuentra mezclado con el correspondiente carbonato e hidróxido.
Se obtienen resultados especialmente buenos si los peróxidos alcalinotérreos se emplean mezclados con peroxihidratos de carbonato alcalino. Se conoce un efecto microbiocida de los peroxihidratos de carbonato alcalino en su empleo en agua.
Los peroxihidratos de carbonato alcalino son productos de adición de carbonatos alcalinos con H_{2}O_{2}, Me_{2}CO_{3}\cdotxH_{2}
O_{2}, por ejemplo 2Me_{2}CO_{3}\cdot 3H_{2}O_{2}. Se denominan también percarbonatos alcalinos y están disponibles comercialmente. Desde un punto de vista tanto económico como ecológico el peroxihidrato de carbonato sódico se muestra especialmente apropiado.
Los peróxidos alcalinotérreos y los peroxihidratos de carbonato alcalino se emplean preferiblemente en relaciones de cantidades de 1:1 hasta 1:0,03.
Puede conseguirse un incremento de la precipitación de fosfato si al sistema a tratar se añaden cristales de siembra de apatita o moderadamente compuestos de fosfato solubles en agua.
Para la realización del procedimiento según la invención se introducen las sustancias empleadas, es decir, peróxidos alcalinotérreos y en su caso peroxihidratos de carbonato alcalino, así como otros elementos, en una cantidad de 30 a 300 g/m^{2} agua. En el tratamiento de sedimentos, lodos o suelos, a causa de las elevadas cantidades usuales de sustancias oxidables, la adición de las sustancias usadas según la invención puede ascender a muchas veces las cantidades que se añaden a las aguas.
Con el nuevo procedimiento es posible además disminuir los contenidos en metales pesados, así como en aniones perjudiciales, por ejemplo PO_{4}^{3-}, NO_{2}^{-}, SO_{3}^{2-}, S^{2-}. Mediante el empleo para el procesado de aguas residuales industriales pueden alcanzarse en algunos casos incluso los actuales valores límite válidos oficialmente (reglamento de introducción indirecta), lo que hace posible una introducción directa de la corriente receptora en las aguas residuales.
Los peróxidos empleados según la invención y otros componentes empleados en su caso pueden añadirse a los sistemas a tratar o bien como sustancias individuales o como mezcla con otras, en forma de sólidos, soluciones o suspensiones acuosas. Como sólidos de este tipo se toman en consideración en especial los silicatos, como filosilicatos o tectosilicatos, preferiblemente del grupo de las zeolitas y bentonitas. Por razones de aplicación técnica es especialmente conveniente compactar los materiales presentes en forma sólida y por ejemplo emplearlos como granulados, pellas o comprimidos.
En la eliminación del fosfato de las aguas se ha mostrado ventajoso conducir las aguas por una instalación que contiene los componentes según la invención, en su caso introducidos sobre materiales de carga. También es posible la conducción del agua sobre un lecho fijo que contiene los componentes empleados según la invención, debiéndose garantizar un tiempo de contacto para que pueda tener lugar la reacción entre el fosfato y el peróxido.
Con dependencia de la calidad del agua y la calidad del sedimento, como el contenido en carbonato, valor de pH, etc., se puede mencionar la adición de otros compuestos que aumentan la calidad del agua o los sedimentos. Como tales compuestos pueden citarse, por ejemplo, Ca(OH)_{2}, CaO, CaCO_{3}, CaCl_{2}, Ca(NO_{3})_{2}, CaSO_{4}, Ca_{2}SiO_{4}, CaF_{2}, CaI_{2}, CaBr_{2}, Ca_{3}(PO_{4})_{2}, Ca_{4}H(PO_{4})_{3}, Ca_{2}P_{2}O_{7}, Ca_{4}P_{2}O_{9}, CaHPO_{4}, Ca(PO_{3})_{3}, Ca(H_{2}PO_{4})_{2} y la apatita del calcio, así como mezclas de los antes citados. Según el estado del agua bruta puede ser necesario tratar el agua usando sales de metales alcalinos o alcalinotérreos, especialmente óxidos, hidróxidos, carbonatos o hidrogenocarbonatos, para elevar el valor de pH.
En una forma de realización preferible, los compuestos empleados según la invención se encuentran en combinación con una mezcla de CaCO_{3}, CaCl_{2} y/o Ca(NO_{3})_{2} y en su caso sales de magnesio, así como NaHCO3 y en su caso KHCO_{3}, encontrándose CaCO_{3} y CaCl_{2} y/o Ca(NO_{3})_{2}, así como en su caso sales de magnesio en una relación de cantidades de sustancia de 0,01:1 hasta 2:1 y CaCl_{2} y/o Ca(NO_{3})_{2}, así como en su caso sales de magnesio y NaHCO_{3}, así como en su caso KHCO_{3} en una relación de cantidades de sustancia de 1:3 hasta 2:1. En la solicitud de patente europea 737169 se describe una mezcla tal y su aptitud para el procesado de aguas y sedimentos.
La presencia de sales, por ejemplo, de hierro y aluminio, así como óxidos, hidróxidos, hidrogenocarbonatos, carbonatos, sulfatos, nitratos, cloruro y fluoruro puede favorecer la eficacia del procedimiento: en particular mediante la dotación de los metales hierro y aluminio, así como del fluoruro, por ejemplo, en forma de NaF, KF o MgF_{2} u otros iones de radio iónico pequeño, empleándose estos compuestos en tales cantidades que no influyan desfavorablemente en la calidad del agua.
El procedimiento según la invención puede emplearse para el procesado de suelos, sedimentos de aguas, lodos y agua/agua residual en sistemas que contienen agua, abiertos y cerrados, aguas como agua marina, agua salobre y agua dulce, por ejemplo, en presas, lagos artificiales o naturales, aguas de baño o pesca, estanques ornamentales y acuarística. Además, en aguas de proceso, por ejemplo, depuradoras, instalaciones de tratamiento de aguas residuales, instalaciones de reciclaje, instalaciones de agua de refrigeración e instalaciones de intercambio de calor, aguas residuales de instalaciones de producción química o en el tratamiento de agua que tiene lugar mediante procesos de disgregación y condensación (por ejemplo, aguas de escorrentía de vertederos o condensados procedentes de instalaciones de aprovechamiento de residuos) o mediante procesos de lixiviación (por ejemplo, agua que se filtra a través de suelos contaminados, sedimentos de aguas o lodos).
La realización del procedimiento según la invención puede tener lugar mediante dosificación directa de los componentes sólidos a mano o mediante dispositivos técnicos o coadyuvantes como sistemas de dosificación. El material puede dosificarse directamente en el agua a tratar o también de modo que los contenedores contienen el material en forma sólida y son atravesados por el agua a tratar, como por ejemplo cartuchos de filtro, reactores de lecho sólido o fluidificado.
Así, los ensayos con aguas residuales fuertemente cargadas procedentes de instalaciones de reciclado de plásticos mostraron que tras la separación de los productos precipitados la calidad del agua de proceso había mejorado tanto que en algunos casos era posible una introducción del agua tratada en la corriente receptora según los criterios del reglamento de introducción indirecta o introducción directa.
En otras aplicaciones los componentes empleados según la invención se procesan mediante mezcladores a presión, fresadoras de tierra u otros mezcladores mecánicos en suelos, lodos o sedimentos de aguas.
Los fosfatos precipitados se pueden reutilizar, en tanto que lo permita su contenido en sustancias perjudiciales, como materias primas, por ejemplo, como abono, ayuda para el compostaje o en movimientos de tierras y agricultura.
El uso según la invención de los peróxidos alcalinotérreos junto con la actividad enzimática de los organismos presentes aumenta también su actividad microbiológica general, lo que conduce a un proceso acelerado e incrementado de mineralización, que es observable por una disminución de la pérdida por calcinación del sustrato mineralizado.
Ejemplos Comparación de la estabilidad de CaO_{2} y una mezcla de Ca(OH)_{2} y H_{2}O_{2}
En un vaso de precipitados de 1 l se introdujeron 500 ml de agua destilada y se añadieron 5 g IXPER 75C (CaO_{2}, producto comercial de Solvay Interox, Hannover). Inmediatamente tras la mezcla se filtró la primera muestra sobre un filtro de banda negra y se secó durante la noche en estufa a 70ºC. En el residuo seco se determinó con KMnO_{4} (0,02 mol/l) el CaO_{2} y el contenido en oxígeno activo (valor 0) (doble determinación).
Los resultados se representan en la tabla siguiente:
Cantidad de CaO_{2} [% en peso] Contenido en oxígeno activo [%]
Valor de partida 74,4 16,5
valor 0 73,1 16,2
tras 1 semana 72,6 16,1
2 semanas 71,3 15,9
3 semanas 69,7 15,5
4 semanas 69,4 15,4
5 semanas 69,2 15,4
6 semanas 67,1 14,9
7 semanas 66,1 14,7
5 g de una mezcla 50% en peso de Ca(OH)_{2} y 50% en peso de H_{2}O_{2} se añadieron a 500 ml de agua. Después de 1 día, ya no pudo detectarse H_{2}O_{2} analíticamente.
Efecto de CaO_{2} sobre aguas y sedimentos
El sedimento de presas, inclusive el agua sobrenadante, en primer lugar se liberó de oxígeno mediante gasificación con argón y a continuación se mezcló con IXPER 75C (ensayo 1) y IXPER 60C (ensayo 2) [Calidades disponibles de CaO_{2} usuales comercialmente, de Solvay Interox, Hannover] en una cantidad de 177 g/m^{3}.
Se determinó la actividad microbiana y la pérdida por calcinación como medida del contenido orgánico.
Los resultados del ensayo y los resultados de los ensayos de control se reproducen en el diagrama de la Fig. 1. Está claro que las muestras tratadas según la invención muestran una actividad estearasa claramente mayor. La pérdida por calcinación, que es una medida del contenido en sustancias orgánicas, también fue claramente menor.
Eliminación de fosfato
Agua con un contenido en fosfato de 320 \mug/l se trató con diferentes cantidades de CaO_{2} (IXPER 75C). La concentración de fosfato tras el tratamiento se determinó en cada caso. En la Fig.2 se representan los resultados de los ensayos. Muestran una clara disminución del contenido en fosfato.

Claims (11)

1. Uso de peróxidos alcalinotérreos para la inmovilización de fosfato en aguas, como aguas estancadas y fluentes y aguas residuales, suelos, sedimentos y/o lodos.
2. Uso según la reivindicación 1, caracterizado porque como peróxidos alcalinotérreos se emplean los peróxidos de calcio, magnesio o sus mezclas.
3. Uso según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los peróxidos se emplean en combinación con carbonatos alcalinotérreos.
4. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se emplean adicionalmente peroxihidratos de carbonato alcalino, especialmente Na_{2}CO_{3}\cdotx H_{2}O_{2}, preferiblemente 2Na_{2}CO_{3}\cdot 3H_{2}O_{2} o una mezcla de Na_{2}CO_{3} y H_{2}O_{2}.
5. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se emplean peróxidos alcalinotérreos en combinación con una mezcla de CaCO_{3}, CaCl_{2} y/o Ca(NO_{3})_{2} y en su caso sales de magnesio, así como NaHCO_{3} y en su caso KHCO_{3}, encontrándose CaCO_{3} y CaCl_{2} y/o Ca(NO_{3})_{2}, así como en su caso sales de magnesio en una relación de cantidades de sustancia de 0,01:1 hasta 2:1 y CaCl_{2} y/o Ca(NO_{3})_{2}, así como en su caso sales de magnesio y NaHCO_{3}, así como en su caso KHCO_{3} en una relación de cantidades de sustancia de 1:3 hasta 2:1.
6. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se emplean adicionalmente silicatos, como filosilicatos o tectosilicatos, preferiblemente del grupo de las zeolitas y bentonitas.
7. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se añaden adicionalmente iones hierro o aluminio, iones fluoruro u otros iones con radios iónicos pequeños.
8. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los componentes se añaden directamente, en forma sólida o como suspensión acuosa, a mano o mediante un sistema de dosificación adecuado al agua a tratar.
9. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los componentes se encuentran en forma sólida y son atravesados por el agua a tratar.
10. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque los componentes activos se integran mediante mezcladores forzados, fresadoras de tierra u otros mezcladores mecánicos, en suelos, lodos o sedimentos de aguas de lagos.
11. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los fosfatos precipitados se emplean como abono, ayuda de compostaje o en movimientos de tierra y agricultura.
ES99950341T 1998-05-14 1999-05-12 Uso de peroxidos alcalinoterreos para la inmovilizacion de fosfato en aguas, suelos, sedimentos y/o lodos. Expired - Lifetime ES2205885T3 (es)

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