ES2233199A1 - Composicion ecologica para el tratamiento y depuracion de aguas residuales. - Google Patents
Composicion ecologica para el tratamiento y depuracion de aguas residuales.Info
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Abstract
Composición ecológica para el tratamiento y depuración de aguas residuales. Dicha composición está constituida esencialmente por una mezcla natural de dolomita y arcillas, en unas proporciones del 5-40% (p/p) y 45-95% (p/p) respectivamente, con respecto al peso total de la composición. Estas composiciones pueden modificarse por tratamientos químicos o térmicos. Las composiciones se utilizan para el tratamiento y depuración de aguas residuales contaminadas por la presencia de contaminantes orgánicos y/o inorgánicos.
Description
Composición ecológica para el tratamiento y
depuración de aguas residuales.
La presente invención, se encuadra dentro del
campo del tratamiento y depuración de aguas residuales contaminadas
por la presencia de contaminantes orgánicos y/o inorgánicos. Más
específicamente, se refiere a una composición conteniendo una
mezcla natural de dolomita y arcillas, especialmente útil para
dichos procesos.
La depuración de aguas residuales constituye uno
de los campos que mayor desarrollo ha experimentado en los últimos
años. La imposición de legislaciones más restrictivas por parte de
las diferentes Administraciones, junto con una mayor concienciación
por parte de la sociedad ha hecho incrementar los esfuerzos en la
búsqueda de sistemas adecuados de tratamiento y depuración.
Existen numerosos ejemplos de procesos
industriales que producen efluentes considerados contaminantes,
bien por la presencia de contaminantes inorgánicos (metales,
amoniaco, fósforo), bien por la presencia de contaminantes orgánicos
(grasas, alcoholes, compuestos aromáticos, etc...), o por la
combinación de ambos tipos de contaminantes. De entre todos los
sectores contaminantes destacan: siderúrgico, tratamiento de
superficies, cerámica, curtidos, textil, fabricación de papel,
alimentario y ganadería intensiva.
Las arcillas han sido propuestas para uso en
tratamientos de depuración de aguas, tanto en tratamientos
físico-químicos como tratamientos de depuración
biológica, bien aerobia bien anaerobia. Ello ha sido debido a
algunas propiedades que presentan dichos materiales, tales como su
alta porosidad, su elevada superficie específica y su elevada
capacidad de intercambio catiónico, que les confieren su
característica elevada capacidad de absorción y adsorción. Las
arcillas usadas lo han sido tanto en sistemas de percolación,
consistente en pasar el efluente a depurar a través de un lecho
fijo de arcillas, como de contacto, donde la arcilla se añade en
forma de polvo sobre las aguas contaminadas a tratar, con la
posibilidad de posterior agitación.
Las arcillas estudiadas lo han sido tanto en
forma natural como modificadas. Con dichas modificaciones se ha
buscado variar alguna de las características de la arcilla, con el
objetivo de obtener productos para problemáticas concretas. Así, el
tratamiento de las arcillas con ácidos inorgánicos provoca la
limpieza del material y un aumento en la porosidad y en la
superficie específica. También se consigue un aumento de la
porosidad con el tratamiento térmico de las arcillas. El
tratamiento de las arcillas con determinados reactivos orgánicos les
confieren características hidrófobas, aprovechadas para la
eliminación selectiva de contaminantes orgánicos.
Algunos ejemplos ilustran el uso de arcillas en
procesos de tratamiento y depuración de aguas residuales:
- Patente US 4.116.828: describe la eliminación
de pesticidas, toxinas, hormonas, metales pesados, cationes y virus
por adsorción sobre atapulgita o sepiolita.
- Patente FR 2.551.048 A1: describe el uso de
atapulgita y sepiolita en la purificación de efluentes de cubas de
fermentación alcohólica conteniendo bacterias de tipo
fototróficas.
- Patente ES 2.005.754: describe el tratamiento
de aguas residuales en presencia de un relleno de mineral arcilloso
en digestores anaerobios de lecho expandido o fluidizado.
Dicho relleno puede estar seleccionado entre
sepiolita, esmectita, vermiculita, caolinita, clorita, haloisita,
ilita o paligorskita.
- Patente WO 94/20425: describe el uso de talco,
caolín o mica en un proceso de depuración mediante el sistema de
fangos activados.
- Patente US 5.454.955: describe el uso de
hectorita junto con un coagulante catiónico soluble en agua para la
decoloración de las aguas residuales de la eliminación de tinta
presente en papel usado.
- Patente WO 96/10540: describe la purificación
de líquidos polares residuales mediante la adición de una
suspensión de bentonita en el propio líquido polar a purificar.
- Patente US 5.632.899: describe la eliminación
de alquiltioalquilaminas, con la consecuente reducción de sus
efectos tóxicos en el agua mediante la adición de arcillas
hinchables naturales o sintéticas.
- Patente RU 2.125.022: describe una composición
para el tratamiento de aguas residuales obtenida mezclando cal viva
con arcillas (mica, montmorillonita, paligorskita) junto con
aditivos tales como caolín, bentonita, beidellita,... Las arcillas
son secadas y tratadas con amoniaco. El tratamiento provoca la
precipitación de los metales y la coagulación y floculación de los
materiales en suspensión, en presencia de surfactantes.
- Patente US 5.880.060: describe una mezcla para
la eliminación de metales pesados e isótopos radioactivos. La
mezcla consta principalmente de bentonita, ilita, sulfato de
aluminio e hidróxido de calcio.
- Patente EP 0901805/Al: describe la eliminación
de contaminantes orgánicos aceitosos usando tanto arcillas
modificadas por tratamiento ácido como arcillas organofilicas.
- Patente WO 01/79120 A1: describe un
precipitante químico compuesto principalmente de bentonita,
polifosfato sódico y lignito.
- Patente WO 01/90000 A1: describe el uso de
arcillas naturales o modificadas orgánicamente en la eliminación de
toxinas en el agua. Las arcillas pueden ser esmectitas, atapulgita,
sepiolita, caolinita, ilita y sus mezclas.
- Patente WO 02/10075: describe una composición
para la neutralización de ácidos fuertes orgánicos o inorgánicos.
La composición se consigue mediante la mezcla de carbonatos,
hidróxidos y adsorbente (bentonita, caolín).
- Patente WO 02/36497 A1: describe el tratamiento
de composiciones acuosas por adición de esmectita e hidrotalcita, o
una mezcla capaz de formar un material del tipo hidrotalcita.
- Patente US 6.503.740: describe el uso de
arcillas modificadas orgánicamente como soporte de bacterias en la
descomposición de contaminantes químicos. Las arcillas propuestas
son esmectitas, sepiolita, atapulgita, caolinita, entre otras.
- Patente US 2003/0015473 A1: describe la
obtención de arcillas modificadas orgánicamente por contacto de
atapulgita, sepiolita, zeolita o sus mezclas con una base
alquilamina. También se describe el uso de la composición en la
purificación de líquidos contaminados.
Se observa claramente cómo la arcilla más usada
es la montmorillonita (bentonita). También se observa que la acción
de las arcillas suele ir acompañada por una serie de aditivos
usualmente empleados en la depuración de aguas, como agentes
neutralizadores, precipitantes, coagulantes, floculantes y
decolorantes. También se puede observar como los sistemas propuestos
están generalmente destinados a procesos de depuración específicos,
siendo más escasos aquellos sistemas cuya utilidad se propone para
un abanico amplio de aguas residuales contaminadas.
El objeto de la presente invención se refiere a
una composición para el tratamiento de aguas residuales por la
presencia de contaminantes orgánicos y/o inorgánicos, conteniendo
dicha composición una mezcla natural de dolomita y arcillas.
Algunos ejemplos representativos de sistemas conteniendo dolomita en
su composición en el tratamiento y/o purificación de aguas
residuales se citan a continuación:
- Patente DE 3.440.619: propone el uso de
carbonato cálcico, carbonato magnésico, piedra caliza o dolomita
como soporte sólido de bacterias.
- Patente DE 3.501.563: describe el uso de piedra
caliza o dolomita para controlar el pH a un valor adecuado para el
tratamiento biológico de aguas residuales en un proceso combinado
de depuración mecánica, química y biológica. La adición de la
piedra caliza o la dolomita se desarrolla en el proceso
químico.
- Patente GB 2.200.350: describe el proceso para
obtener un producto granular filtrante. Dicho proceso implica la
adición a una suspensión de caolín de entre un 20 y 25% de un
producto mineral de tipo dolomítico (mezcla en proporciones
adecuadas de carbonato cálcico y carbonato magnésico). El proceso
se completa con la granulación y calcinación a una temperatura de
entre 900 y 950ºC de la mezcla total resultante.
- Patente DE 4.132.679: describe la eliminación
de cromo, vanadio y titanio por adición de dolomita natural,
hidróxido cálcico y/o sódico. Los hidróxidos formados se separan
con la ayuda de un coagulante.
- Patente AT 396.101B: describe un proceso para
el tratamiento de aguas residuales contaminadas. La dolomita en
forma natural, semi-calcinada o calcinada es usada
como fuente de MgO.
- Patente WO 99/36365: describe un floculante
compuesto por hasta siete componentes. Como agente clarificante
figuran dolomita o zeolita con porcentajes de entre un 10 y un 70%
de la composición.
- Patente WO 00/05178: describe la dolomita
tratada a 720ºC como componente activo en una composición para la
eliminación e inertización de metales pesados y/o fosfatos en
líquidos y/o sólidos contaminados. Se pueden usar arcillas como
portadores de la composición.
- Patente WO 02/20152: describe la obtención de
un adsorbente/floculante por tratamiento térmico de dolomita a
800ºC.
Se observa el uso mayoritario de dolomitas,
naturales o sintéticas, sometidas a procesos de calcinación o
semi-calcinación, antes o después de adicionarlas a
otros componentes constituyentes de las composiciones propuestas.
Destacar que el uso de dolomita en estado natural ha merecido hasta
ahora una atención muy limitada, a pesar de tratarse de un material
abundante en la naturaleza. La dolomita en estado natural posee una
serie de características tales como su porosidad, su capacidad
decolorante, su reactividad en medios ácidos actuando como fuente
de magnesio y ajustando el pH, su reactividad con metales pesados,
etc... que la hacen atractiva en el estudio de sistemas mejorados
para el tratamiento y depuración de aguas industriales.
Del análisis del conjunto de estudios citados se
infiere que la tendencia seguida con arcillas y dolomita para el
tratamiento y depuración de aguas residuales es la modificación
(generalmente calcinación y/o tratamiento con productos químicos)
de los correspondientes productos de origen natural, proceso que
generalmente dificulta su producción industrial y/o su rendimiento
económico. Además, estos productos modificados no suelen ser de
aplicación general, cinscunscribiéndose su uso a problemáticas y
métodos muy concretos. También se suelen proponer mezclas
sintéticas de diferentes componentes, invocando de cada uno de
ellos únicamente una de sus características, sin valorar los
efectos que sobre la utilidad del producto y/o método tienen el
conjunto de posibilidades ofrecidas por los materiales. Así, se han
propuesto mezclas conteniendo arcillas aludiendo únicamente a su
utilidad como ligantes o portadores sin tener en cuenta su
capacidad de adsorción/absorción o su uso como soporte sólido que
favorezca la interacción entre los contaminantes a tratar y los
productos invocados como especies activas en el proceso de
tratamiento y/o depuración. Igualmente se han propuesto mezclas con
dolomita o carbonatos en general, sin señalar su posible utilidad
como fuente de elementos metálicos tales como magnesio,
habitualmente usado en procesos de tratamiento y depuración de
aguas residuales, o como fuente de iones carbonato que pueden
favorecer la precipitación, floculación o coagulación de los
elementos contaminantes presentes en las aguas residuales
contaminantes sometidas a tratamiento y depuración.
El solicitante ha descubierto ahora una
composición natural a base de dolomita y arcilla, que constituye el
objeto de la presente invención y que por lo que él ha podido
investigar no se han utilizado hasta la fecha para la finalidad aquí
propuesta.
La presente invención, tal y como se indica en su
enunciado, se refiere a una composición ecológica para el
tratamiento y depuración de aguas residuales.
Más específicamente, la presente invención se
refiere a una composición a base de mezclas naturales de dolomita y
arcillas como composiciones útiles en el tratamiento y depuración
de aguas residuales contaminadas por la presencia de contaminantes
orgánicos y/o inorgánicos, bien mediante tratamientos
físico-químicos, bien mediante tratamientos de
depuración biológica aerobia.
Más detalladamente, la presente invención se
refiere a una composición a base de mezclas naturales de dolomita y
arcillas, estando dichas arcillas seleccionadas entre esmectitas,
ilita, sepiolita y sus mezclas, como composiciones útiles en el
tratamiento y depuración de aguas residuales contaminadas por la
presencia de contaminantes orgánicos y/o inorgánicos, bien mediante
tratamientos físico- químicos, bien mediante tratamientos de
depuración biológica aerobia.
Tanto la dolomita como las arcillas presentes en
la composición que es objeto de invención, son parte activa en la
utilidad de la composición para el tratamiento y purificación de
aguas residuales contaminadas.
La composición objeto de la presente invención se
caracteriza por ser una mezcla natural de dolomita y arcillas, en
los siguientes porcentajes:
| % (p/p) | |
| - dolomita: | 5-40 |
| - arcilla: | 45-95 |
con respecto al peso total de la
composición.
A su vez, las arcillas están constituidas por una
mezcla de esmectitas, ilita y sepiolita, en los siguientes
porcentajes:
| % (p/p) | |
| - esmectitas: | 5-40 |
| - ilita: | 0-30 |
| - Sepiolita: | 5-70 |
con respecto al peso total de la
composición.
Las esmectitas están seleccionadas del grupo
formado por: montmorillonita, beidellita, hectorita, nontronita,
saponita, sauconita, estevensita, y sus mezclas.
Además, la composición objeto de la invención
puede contener opcionalmente hasta un 15% (p/p) de otros minerales
seleccionados del grupo formado por: calcita, feldespatos, cuarzo,
caolinita y sus mezclas.
La dolomita es un mineral presente en la
naturaleza, habitualmente de origen sedimentario, cuya fórmula
ideal es MgCa(CO_{3})_{2}, si bien su composición
concreta depende de cada yacimiento específico.
Mineralógicamente se denomina arcillas a un grupo
concreto de filosilicatos. La estructura de estos filosilicatos se
basa en el apilamiento de planos de iones oxígeno e hidroxilos. Los
grupos tetraédricos de SiO_{4}^{4-} se unen compartiendo tres
de sus cuatro oxígenos con otros vecinos formando capas de
extensión infinita y fórmula Si_{2}O_{5}^{2-},que constituyen
la unidad fundamental de los filosilicatos. El silicio tetraédrico
puede estar en parte sustituido por Al^{3+} o Fe^{3+}. Estas
capas tetraédricas se unen a otras octaédricas de tipo gibbsita o
brucita. El plano de unión entre ambas capas está formado por los
oxígenos apicales no compartidos por los tetraedros
SiO_{4}^{4-} y por los grupos OH^{-} de la capa
octaédrica.
Una unión similar puede ocurrir en la superficie
opuesta de la capa octaédrica. Así, los filosilicatos pueden estar
formados bien por dos capas, tetraédrica más octaédrica,
denominándose entonces filosilicatos 1:1, bien por tres capas, una
octaédrica y dos tetraédricas, denominándose entonces filosilicatos
2:1. La unidad formada por la unión de estas dos o tres capas, se
denomina lámina. Si todos los huecos octaédricos están ocupados, la
lámina se denomina trioctaédrica. Si sólo están ocupadas dos
tercios de dichas posiciones y el resto está vacante, se denomina
dioctaédrica.
El grupo de las
serpentinas-canditas son filosilicatos 1:1. Como
filosilicatos 2:1 se engloban los grupos
talco-pirofilita, esmectitas, vermiculitas, ilitas,
micas y clorita.
También se engloban dentro del término arcillas a
los minerales del grupo de las hormitas, formado por los minerales
de la familia paligorskita-sepiolita. A diferencia
del resto de los filosilicatos, que son laminares, tienen hábito
fibroso, ya que la capa basa) de oxígenos es continua, pero los
oxígenos apicales sufren una inversión periódica cada seis
tetraedros (sepiolita) o cada cuatro tetraedros (paligorskita).
Esta inversión provoca la formación de canales en los que pueden
alojarse moléculas de gran tamaño.
Para la obtención de la composición objeto de la
invención se procede a la extracción de un yacimiento de una roca
arcillosa que presenta una composición mineralógica conteniendo
entre un 5 y un 40% de dolomita y entre un 45 y un 95% de arcillas.
Dichas arcillas son una mezcla de esmectitas (entre un 5 y un 40%),
ilita (entre un 0 y un 30%) y sepiolita (entre un 5 y un 70%). La
composición puede presentar hasta un 15% de otros minerales,
pudiendo ser dichos minerales calcita, feldespatos, cuarzo,
caolinita y sus mezclas. Los porcentajes siempre son referidos al
total de la composición. Dicha roca arcillosa es extraída del
yacimiento con una humedad superior al 30%. Posteriormente se somete
a procesos de acopio, molido, secado y granulado, siendo posible
utilizar en estos procesos cualquiera de los sistemas habitualmente
usados en la industria.
La composición objeto de la invención se presenta
preferentemente como un producto poroso granular con tamaño de
grano menor de 5 mm, preferentemente menor de 0,6 mm,
preferentemente menor de
\hbox{150 \mu m,}
preferentemente menor de 10 \mum.
Anteriormente se han comentado diversos procesos
de modificación de arcillas tales como calcinación, activación
ácida, o adición de reactivos orgánicos. Dado que estos procesos
son conocidos y habitualmente usados en la industria se considera
también objeto de invención una composición para el tratamiento y
depuración de aguas residuales contaminadas por la presencia de
contaminantes orgánicos y/o inorgánicos, siendo dicha composición
resultado de la modificación por cualquiera de dichos tratamientos
de la composición objeto de la presente invención.
De acuerdo con lo anterior, la presente invención
también abarca a una composición como la definida anteriormente
modificada por un proceso de tratamiento térmico. Dicho proceso de
tratamiento térmico se lleva a cabo a una temperatura comprendida
entre 20 y 1200ºC, durante un periodo de tiempo comprendido entre
10 segundos y 24 horas. Tras el tratamiento térmico, la composición
puede ser sometida a un proceso de granulación hasta conseguir el
tamaño de grano deseado, indicado anteriormente.
Asimismo, la presente invención también abarca
una composición a base de una mezcla de dolomita y arcilla como la
definida anteriormente modificada por un proceso de tratamiento con
productos químicos orgánicos y/o inorgánicos. Particularmente,
dicha modificación se lleva a cabo mediante tratamiento de la
composición con ácidos orgánicos y/o inorgánicos y sus sales.
Es también objeto de la invención el uso de las
composiciones descritas en el tratamiento y depuración de aguas
residuales mediante tratamientos físico-químicos en
procesos particulares o mixtos de neutralización, precipitación,
floculación, coagulación y decoloración, así como su uso en el
tratamiento y depuración de aguas residuales mediante tratamientos
fisico-químicos en procesos particulares o mixtos de
neutralización, precipitación, floculación coagulación y
decoloración en adición a otros agentes neutralizadores,
precipitantes, floculantes, coagulantes y decolorantes.
Adicionalmente, otro objeto de la invención es el
uso de las composiciones descritas en el tratamiento y depuración
de aguas residuales mediante tratamientos biológicos aerobios.
La presente invención se ilustra adicionalmente
mediante el siguiente Ejemplo, que no debe considerarse en absoluto
limitativo de su alcance.
Ejemplo
El siguiente ejemplo ilustra el uso de la
composición objeto de la invención en un proceso de decoloración de
un agua residual procedente de un proceso de tintado en la
industria textil.
Un tubo de vidrio de una longitud de 23 mm, de un
diámetro interior de 31 mm, y provisto en su parte inferior de una
malla metálica con una luz de malla de 70 \mum fue rellenado con
40 gramos de una composición granular, siendo el tamaño de grano
entre 150 y 600 \mum. Dicho material granular contenía una mezcla
natural de un 40% de dolomita, un 21% de esmectitas, un 16% de ilita
y un 12% de sepiolita. Los porcentajes están referidos al conjunto
de la composición.
A través de ese material arcilloso, se pasó por
gravedad un litro del agua residual a tratar, que presentaba un
color azul brillante intenso. El agua residual tratada fue recogida
y comparada visualmente con el agua residual original, observándose
una completa decoloración.
Claims (14)
1. Una composición para el tratamiento y
depuración de aguas residuales, caracterizada porque está
constituida por una mezcla natural de dolomita y arcillas.
2. Una composición según la reivindicación 1,
caracterizada porque dichas arcillas están seleccionadas del
grupo formado por esmectitas, ilita, sepiolita y sus mezclas.
3. Una composición según la reivindicación 1,
caracterizada porque la formulación de dicha mezcla natural
es la siguiente:
con respecto al peso total de la
composición.
4. Una composición según la reivindicación 2,
caracterizada porque dichas arcillas están constituidas por
una mezcla de esmectitas, ilita y sepiolita, en los siguientes
porcentajes:
con respecto al peso total de la
composición.
5. Una composición según las
reivindicaciones
2 y 4, caracterizada porque dicha esmectita está seleccionada del grupo formado por montmorillonita, beidellita, hectorita, montronita, saponita, sauconita, estevensita y sus mezclas.
2 y 4, caracterizada porque dicha esmectita está seleccionada del grupo formado por montmorillonita, beidellita, hectorita, montronita, saponita, sauconita, estevensita y sus mezclas.
6. Una composición según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque incluye
adicionalmente hasta un 15% en peso de minerales opcionales
seleccionados del grupo formado por calcita, feldespatos, cuarzo,
caolinita y sus mezclas.
7. Una composición según la reivindicación 1,
caracterizada por ser la mezcla natural arcillosa obtenida
por un proceso de extracción del yacimiento, molienda, secado y
granulado.
8. Una composición según la reivindicación 1,
caracterizada por haber sido modificada por un tratamiento
térmico.
9. Una composición según la reivindicación 8,
caracterizada porque dicho tratamiento térmico se realiza a
una temperatura comprendida entre 20 y 1200ºC, durante un tiempo
comprendido entre 10 segundos y 24 horas.
10. Una composición según la reivindicación 1,
caracterizada por haber sido modificada por un tratamiento
químico.
11. Una composición según la reivindicación 10,
caracterizada porque dicho tratamiento se lleva a cabo con
un ácido orgánico y/o inorgánico o una sal del mismo.
12. El uso de una composición de acuerdo a las
reivindicaciones anteriores para el tratamiento y depuración de
aguas residuales contaminadas por la presencia de contaminantes
orgánicos y/o inorgánicos mediante métodos
fisico-químicos, en procesos particulares o mixtos
de neutralización, precipitación, floculación, coagulación y
decoloración.
13. El uso de una composición según la
reivindicación 12, en procesos particulares o mixtos de
neutralización, precipitación, floculación, coagulación y
decoloración en adición a otros agentes neutralizadores,
precipitantes, floculantes, coagulantes y decolorantes.
14. El uso de una composición según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 11 para el tratamiento y depuración de
aguas residuales mediante tratamientos biológicos aerobios.
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