ES2233456T3

ES2233456T3 - Procedimiento y sistema para el tratamiento de corrientes residuales que contienen polimeros solubles en agua.

Info

Publication number: ES2233456T3
Application number: ES00966955T
Authority: ES
Inventors: Robert Chisholm; Debrah A. Beck; John B. Steward; Jordan M. Johnston
Original assignee: Isolyser Co Inc
Current assignee: Isolyser Co Inc
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2020-09-25
Also published as: DE60018303T2; CA2392034A1; CA2392034C; RU2002116362A; EP1237820B1; KR100691053B1; ATE289569T1; KR20020063896A; EP1237820A1; JP4693325B2; CN1424984A; JP2003524520A; CN1424984B; AU7722500A; WO2001036338A1; DE60018303D1; UA74806C2; RU2259959C2

Abstract

Un procedimiento para tratar una solución acuosa que contiene (i) un polímero soluble en agua y (ii) un material radiactivo, comprendiendo dicho procedimiento: calentar la solución acuosa a una temperatura de, al menos, 82, 2ºC; introducir al menos un agente oxidante en la solución acuosa; y mantener la solución acuosa a una temperatura de reacción de, al menos, 82, 2ºC durante un periodo de tiempo suficiente para reaccionar, degradar y destruir al menos una porción del polímero para producir al menos un producto de degradación.

Description

Procedimiento y sistema para el tratamiento de corrientes residuales que contienen polímeros solubles en agua.

Campo de la invención

Esta invención se refiere, de forma general, a un procedimiento y a un sistema para tratar corrientes residuales que contienen materiales poliméricos solubles en agua. En particular, la invención implica un procedimiento y un sistema que combinan una generación de radicales libres, oxidación, y la degradación microbiana para asegurar la solubilización, esterilización y eliminación permanente de materiales poliméricos solubles en agua, lo suficiente para facilitar la eliminación de la corriente líquida.

Antecedentes

Durante el siglo veinte, una serie de catástrofes medioambientales ha llevado a una concienciación global incrementada de los temas medioambientales. Tratados internacionales, actas de congreso, y órdenes ejecutivas han dado como resultado un número de regulaciones que controlan todos los aspectos del medio ambiente y las prácticas de salud y de seguridad en el puesto de trabajo. En particular, se ha regulado profundamente la eliminación de residuos industriales. Se han cerrado vertederos a escala nacional y se ha forzado a la industrias a volver a usar alternativas tales como la conservación, el reciclaje, la mezcla de combustibles, la inyección en pozos profundos y la incineración.

En los últimos años, los esfuerzos en el campo de tratamiento de aguas residuales industriales han incluido diversos métodos de oxidación-reducción, que incluyen fotolisis realizadas mediante la adición de agentes oxidantes tales como peróxido de hidrógeno o reactivo de Fenton, y la posterior irradiación con radiación ultravioleta. Véase la publicación "Homogeneous Photodegradation of Contaminated Water on Introduction" de Bolton y colaboradores, CRC Press, Boca Raton, FL (1993). Sin embargo, Bolton y colaboradores no describen el tratamiento de materiales de poli(alcohol vinílico) mediante oxidación usando peróxido de hidrógeno, seguido de irradiación mediante cualquier mecanismo.

La industria médica genera millones de kilogramos de residuos cada año. Muchos de los residuos están relacionados con el uso de materiales desechables, tales como ropa protectora personal, equipos, y accesorios necesarios para el cuidado de pacientes que llagan a contaminarse con agentes patógenos que lleva la sangre y es arriesgado reutilizarlos. Para impedir la propagación de enfermedades, es imperativo, y requerido por la ley, que estos materiales se desechen y no se reutilicen.

La industria nuclear también genera millones de kilogramos de residuos cada año. En la industria nuclear, muchos de los residuos están relacionados con el uso de materiales desechables tales como ropa protectora del personal, bolsas, fregonas, trapos, y otros accesorios que llegan a contaminarse por el material radiactivo, y es arriesgado o impracticable su reutilización. La eliminación de residuos y las prácticas de vertido de la industria nuclear están muy regulados, y el espacio del terreno para cementerios nucleares es limitado.

Otras industrias generan también corrientes de residuos con similares características. En la búsqueda de alternativas para los vertidos y la incineración, se han desarrollado productos que son solubles en agua. Estos productos presentan una alternativa de coste eficaz y conveniente para los medios convencionales de eliminación de residuos.

El polímero que se puede conseguir más fácilmente, soluble en agua, es el poli(alcohol vinílico) (PVA). La textura del PVA es un polímero blanquecino, duro, que se puede conformar en fuertes películas, tubos y fibras que son muy resistentes a los disolventes hidrocarbonados. El PVA es inherentemente soluble en agua. Puede hacerse insoluble mediante el uso de agentes reticulantes. El PVA se usa comúnmente en forma de material blanco entretejido para hacer equipamientos personales desechables, tales como prendas de vestir, indumentarias, lencería, cortinas, toallas, esponjas, gasas, utensilios, trapos, fregonas y otros artículos útiles. Estos artículos se producen a partir de telas, de punto, tejidas o no tejidas, o por otro lado de telas o películas conformadas y sus combinaciones, de polímeros termoplástico de poli(alcohol vinílico) y fibras que son solubles en agua.

La patente de EE.UU. 5.208.104, expedida a Ueda y colaboradores, describe una fibra de poli(alcohol vinílico) soluble en agua que tiene una temperatura de solubilidad en agua de 100ºC, o inferior, y un procedimiento para producir la fibra.

El valor del equipo desechable y de los suministros desechables fabricados a partir de PVA es dependiente de la capacidad del usuario para eliminar el material de forma segura, económica y permanente. Desde la introducción de materiales de PVA, la confianza en la industria era que los PVA solubles en agua se podían simplemente solubilizar en agua caliente y descargarse en sumideros higiénicos. Como resultado, la práctica histórica ha implicado poner las prendas de vestir, los utensilios y otros accesorios de la ropa y equipos hechos de películas, telas o fibras de PVA, en grandes depósitos de agua caliente en los que el material se solubilizaba y se descargaba luego en sumideros higiénicos o baterías de depósitos para el tratamiento posterior de otros contaminantes.

La Patente de EE.UU. 5.181.967, expedida a Honeycutt, describe un método para la eliminación de utensilios después de su uso. Los utensilios se proporcionan como artículos moldeados, conformados o extruidos que son únicamente solubles en agua a temperaturas por encima de 37ºC. Después de su uso, los utensilios son sometidos al agua a una temperatura suficiente para disolverlos sustancialmente, después de lo cual el agua y los artículos disueltos son sometidos a la eliminación por un sumidero.

La Patente de EE.UU. 5.650.219, expedida a Honeycutt, describe un método para la eliminación de ropa protectora personal y otros artículos útiles formados de fibras termoplásticas de polímero de poli(alcohol vinílico), siendo la fibra soluble en agua, únicamente a temperaturas por encima de aproximadamente 37ºC, y preferiblemente por encima de 50ºC. Después de su uso, el tejido es sometido al agua a una temperatura suficiente para disolver sustancialmente el tejido, después de lo cual el agua y los tejidos disueltos son sometidos a la eliminación.

Además del desarrollo del PVA, recientemente se han desarrollado otros productos poliméricos solubles en agua. Estos materiales tienen propiedades físicas y características muy similares a las del PVA. Como el PVA, estos materiales se pueden usar para fabricar equipos personales desechables, tales como prendas de vestir, indumentaria, lencería, cortinas, toallas, esponjas, gasas, utensilios, trapos, fregonas y otros artículos útiles.

Un inconveniente crítico de las actuales prácticas de eliminación del PVA es que el material de PVA no permanece en solución, como se creía anteriormente. En su lugar, la introducción de aire u oxígeno presente en el transporte del fluido turbulento inicia la resolidificación del material de PVA. El material de PVA precipita desde la solución en una sustancia de tipo gelatinizada endurecida. La sustancia gelatinizada se deshidrata para formar tacos de plástico insolubles que se han agregado a las tuberías y a los sistemas de drenaje muy próximos al lugar donde se descargaron las soluciones. Como resultado, se han requerido, y continuarán requiriéndose acciones correctoras costosas para restaurar las tuberías dañadas, las conducciones de alcantarillado, canales y otros medios de transporte. Además, se desconoce cómo, mucho material de PVA se ha repartido por las instalaciones de tratamiento sanitario por todo el país. El fenómeno de resolidificación ha tenido un impacto catastrófico en muchas de las industrias que confiaron en el uso de productos de PVA solubles en agua, así como sobre muchos suministradores de materia de PVA. El problema era consecuencia del hecho de que la actual práctica de solubilizar el PVA para su eliminación implica la solubilización de un sólido sin la destrucción de la estructura subyacente de ese sólido. La eliminación de una opción viable de tratamiento, fuerza a numerosas industrias a confiar en las alternativas de los vertederos y la incineración. Como resultado, se ha creado una situación perjudicial y urgente para el medio ambiente.

Otro inconveniente de la actual práctica de eliminación del PVA es el fallo del actual procedimiento para esterilizar completamente y destruir todos lo agentes patógenos peligrosos que lleva la sangre, que da lugar a la posibilidad de infección cruzada y a la emisión de agentes patógenos en el sistema de alcantarillado. Esto sucede como consecuencia de los diseños del material que permiten la solubilización del PVA a temperaturas por debajo de la necesaria para destruir todos los agentes biológicos, y a la carencia de alguna etapa del procedimiento de esterilización secunda-
ria.

Otro inconveniente de la actual práctica de destrucción del PVA es el fallo del actual procedimiento para reducir el volumen de material radiactivo en la corriente residual de PVA contaminado. En la industria nuclear, el material de PVA se contamina, con frecuencia, con material radiactivo peligroso. La exposición al agua a una temperatura suficiente para solubilizar el material de PVA no descontamina suficientemente la corriente residual acuosa de PVA para dejar medioambientalmente segura o legalmente conforme la descarga a baterías de depósitos o a sumideros higiénicos.

Es, por lo tanto, deseable desarrollar un procedimiento y un sistema para tratar residuos sólidos que comprenden PVA y otros materiales poliméricos solubles en agua que eliminen posteriormente la precipitación, aguas abajo, del material polimérico de la corriente residual líquida. Es además deseable desarrollar un sistema para tratar residuos sólidos que comprenden material polimérico soluble en agua, que destruya o neutralice los agentes patógenos peligrosos que lleva la sangre. Es además deseable desarrollar un sistema para tratar residuos sólidos que comprenden un material polimérico soluble en agua que disminuya el volumen de la contaminación radiactiva en una corriente residual líquida, de forma que la corriente residual esté indicada para un tratamiento secundario de contaminación radiactiva residual, descarga, reutilización y reciclaje. Es además deseable desarrollar un sistema para tratar residuos sólidos que comprendan un material polimérico soluble en agua que de como resultado una corriente residual que cumpla o sobrepase las limitaciones reguladoras para la eliminación en sumideros higiénicos.

Recientemente, las investigaciones por parte de otro equipo de científicos, no asociado con los solicitantes, ha llevado a la investigación inicial que tiene que ver con el tratamiento de soluciones que contienen poli(alcohol vinílico) mediante diversas opciones, que incluyen el uso de radiación ultravioleta y peróxido de hidrógeno. Hay que hacer mención a Lawrence Oji, "Oxidative Mineralization and Characterization of Polyvinyl Alcohol for Compatibility With Tank Farm Processing Chemistry", resumen ampliado del Informe Nº RP-99-00524, Rev. 0, un memorandum, y un completo informe del mismo título de fecha, 30 de junio de 1999, ambos no anteriores a la técnica de la presente invención. El Resumen de Oji representa el sumario evidente de datos de ensayos desarrollados a partir de ensayos en planta piloto que promueven opciones de tratamiento potencial y parámetros de funcionamiento para el desarrollo de procedimientos adicionales y estudios de campo. El sumario parece que va a estar limitado en el alcance, que únicamente se dirige a la reducción de una solución de PVA a compuestos orgánicos más simples. El procedimiento sugerido en el documento de Oji (la fotolisis del peróxido de hidrógeno para general radicales hidroxilo) difiere sustancialmente en detalle y aplicación de los aquí descritos. La longitud de la onda ultravioleta promovida en este documento da como resultado una concentración residual de peróxido de hidrógeno tan alta que necesita una etapa del procedimiento del tratamiento con ultrasonidos para reducir su concentración antes de la descarga de la solución tratada. El informe de 48 páginas da alguna investigación preliminar que tiene que ver con matraces y con una demanda de desarrollos y ensayos adicionales dirigidos a una solución comercial.

El documento JP-A-51-146759 describe el tratamiento de una solución acuosa que contiene PVA, irradiando la solución con rayos ionizantes mientras que se disuelve oxígeno en la solución, de forma que el PVA se oxida y se descompone.

El documento JP-A-11-019664 describe el tratamiento de aguas residuales irradiándolas con luz ultravioleta después de añadir una solución de sales férricas, peróxido de hidrógeno concentrado y óxido de zirconio a las aguas residuales, para descomponer las sustancias orgánicas en ella.

El documento JP-A-11-172039 describe la descomposición de un polímero soluble en agua, en presencia de un agente oxidante, hidroquinona, iones hierro, o iones cobre.

Sumario de la invención

Según la presente invención, se dispone de un procedimiento para tratar una solución acuosa que contiene (i) un polímero soluble en agua y (ii) material radiactivo, comprendiendo dicho procedimiento:

calentar la solución acuosa a una temperatura de al menos 82,2ºC;

introducir al menos un agente oxidante en la solución acuosa; y

mantener la solución acuosa a una temperatura de reacción de al menos 82,2ºC durante un periodo de tiempo suficiente para que reaccione, se degrade o se descomponga al menos una porción del polímero para producir al menos un producto de degradación.

Una primera ventaja de la presente invención es que se dispone de un procedimiento para tratar residuos sólidos que comprenden un material polimérico soluble en agua que se elimina después por precipitación, aguas abajo, del material polimérico desde la corriente residual líquida. Otra ventaja de la presente invención es que se dispone de un procedimiento para tratar residuos sólidos que comprenden un material polimérico soluble en agua que es capaz de destruir el material polimérico en productos sin tener en cuenta si son solubles en agua caliente o en agua fría.

El procedimiento de la actual invención se puede usar con polímeros tales como PVA, poli(acrilato de sodio), poli(ácido maleico) o poli(acrilato de amonio). Se ha descubierto que la actual invención es especialmente eficaz en el tratamiento de soluciones acuosas que contienen PVA. Este procedimiento se ha comprobado sobre el terreno para abordar específicamente las cuestiones características surgidas por el uso y eliminación última de este material, que incluyen:

\bullet: Solubilización del PVA y separación de materiales incompatibles insolubles

\bullet: Reducción eficaz del buen rendimiento/coste de la solución de la solución de PVA a ácidos orgánicos simples;

\bullet: Separación del material radiactivo solubilizado;

\bullet: Ajuste, cuando se desee, del pH de la solución; y

\bullet: Oxidación bioquímica del carbono orgánico residual total

Los solicitantes han descubierto un intervalo óptimo de concentración de PVA de 0,5-1,0%, en peso, a temperaturas ambientes para manejar eficazmente la solución durante las primeras etapas de la fase de tratamiento fotoquímico. Se pueden tratar concentraciones de hasta 30% en peso. Aunque a concentraciones más altas, el intervalo de la temperatura de la solución se aumenta preferiblemente entre 82,2ºC y 110ºC. Pruebas sobre el terreno por parte de los solicitantes han demostrado que en un programa amplio de tratamiento del PVA, la eficacia del sistema y el mantenimiento, acoplados con cargas orgánicas extremadamente altas, resultantes de concentraciones de la solución de PVA inicial más altas, hacen conveniente que no exceda del 30%, aunque se pueden emplear concentraciones de PVA más altas y están dentro del alcance de la invención. Los solicitantes creen que son los primeros en reconocer los problemas físico/mecánicos asociados con el manejo de concentraciones del 4,0-5,0%, y los primeros en tener en cuenta la carga de carbono orgánico extremadamente alta generada en el efluente de un procedimiento semejante.

Un ventaja específica de la presente descripción es que, en algunas realizaciones, se dispone de un procedimiento y un sistema para tratar residuos sólidos que comprende un material polimérico soluble en agua que destruye eficazmente y sustancialmente la totalidad del material polimérico en la corriente residual, aunque para ciertas aplicaciones puede resultar deseable destruir menos material polimérico usando los procedimientos aquí descritos. Otra ventaja de la presente descripción es que en algunas realizaciones se dispone de un procedimiento y un sistema para tratar residuos sólidos que comprenden un material polimérico soluble en agua que destruye agentes patógenos peligrosos que lleva la sangre. Otra ventaja de la presente invención es que en algunas realizaciones se dispone de un procedimiento y un sistema para tratar residuos sólidos que comprenden un material polimérico soluble en agua que da como resultado una corriente residual líquida que tiene un volumen reducido de contaminación radiactiva. Con la presente descripción se pueden conseguir factores de reducción del volumen residual de más de 1000. Otra ventaja de la presente descripción es que en algunas realizaciones se dispone de un procedimiento y de un sistema para tratar residuos sólidos que comprenden un material polimérico soluble en agua que da como resultado una corriente residual líquida adecuada para el tratamiento en baterías de depósitos de contaminación radiactiva residual. Otra ventaja de la presente descripción es que en algunas realizaciones se dispone de un procedimiento y de un sistema para tratar residuos sólidos que comprenden un material polimérico soluble en agua que da como resultado una corriente residual líquida que tiene compuestos orgánicos totales reducidos. Otra ventaja de la presente descripción es que en algunas realizaciones se dispone de un procedimiento y de un sistema para tratar residuos sólidos que comprenden un material polimérico soluble en agua que da como resultado una corriente residual líquida para la descarga en un sumidero
higiénico.

Otra ventaja de la presente descripción será evidente a partir de las siguientes descripciones, conectadas con los dibujos que las acompañan, en las que, como ilustración y ejemplo se describe una realización de la presente descripción.

El material polimérico soluble en agua puede proceder de una diversidad de fuentes, alguna de las cuales incluyen materiales fabricados a partir de fibras (tejidas), no tejidas, películas plásticas, o materiales moldeado por colada o por extrusión. Estos materiales incluyen artículos tales como prendas de vestir y otra ropa protectora del personal, indumentaria, lencería, cortinas, toallas, esponjas, gasas, utensilios, trapos, fregonas y otros artículos útiles. Mensualmente se desarrollan nuevos productos que se pueden solubilizar por medio de la presente invención.

Según el procedimiento de la invención para el tratamiento del material polimérico, soluble en agua, solubilizado en una solución acuosa, el material polimérico solubilizado se destruye mediante una reacción de oxidación-reducción que convierte el material polimérico en nuevos compuestos orgánicos peculiarmente diferentes que no exhiben las mismas características físicas o químicas del compuesto original. Puede resultar deseable solubilizar el polímero soluble en agua en una solución acuosa a presión, a una temperatura entre aproximadamente 104,4ºC y aproximadamente 121,1ºC. Puede resultar deseable filtrar el material no solubilizado desde la solución acuosa. Se prefiere mantener la temperatura de la solución a una temperatura de, o por encima de, aproximadamente 65,6ºC, durante la filtración. Resulta deseable generar radicales libres mediante interacciones o calentando la solución para la oxidación-reducción del material polimérico en la solución.

Para generar fotoquímicamente radicales libres, se prefiere añadir un agente oxidante a la solución y luego irradiar la solución con radiación electromagnética.

También resulta deseable generar radicales libres calentando la solución a la que se le ha añadido un agente oxidante.

En una realización alternativa para el tratamiento de residuos formados procedentes de instalaciones nucleares, se puede usar una filtración y un procedimiento de cambio iónico para separar el material radiactivo de la solución. Preferiblemente, la etapa de separación del material radiactivo se lleva a cabo filtrando la solución a través de filtro micrométrico que tiene un tamaño nominal de poro que oscila entre 10 y 100 micrómetros para separar los elementos radiactivos. Opcionalmente, también se puede usar un segundo filtro de partículas que tiene un tamaño nominal de poro entre 0,1 micrómetros y 1,0 micrómetros, una unidad de ósmosis inversa o una unidad de cambio iónico consistente en un lecho aniónico, un lecho catiónico, un lecho que es una combinación de aniónico/catiónico que reducen los radioisótopos agotados hasta a un nivel elemental. Preferiblemente, la corriente residual se puede ajustar también a un pH más alto. Más preferiblemente, la corriente residual de pH ajustado se puede también biodegradar para eliminar los ácidos orgánicos. Si la corriente residual se va a biodegradar, es preferible neutralizar la corriente residual añadiendo hidróxido de sodio hasta que el pH esté ajustado dentro del intervalo de aproximadamente 6,0 a aproximadamente 10,0, o más preferiblemente de aproximadamente 6,0 a 8,0.

En una realización preferida, los ácidos orgánicos producidos oxidando la corriente residual acuosa, se agotan biodegradando los ácidos orgánicos. Muy preferiblemente, si la corriente residual se va a biodegradar, el pH se ajusta dentro del intervalo de aproximadamente 6,0 a aproximadamente 7,0. Se desea que la corriente residual acuosa pase a través de una unidad de ósmosis inversa después de la biodegradación. La biodegradación puede incluir inocular la corriente residual acuosa con microorganismos tales como bacterias heterotróficas aeróbicas o bacterias anaeróbicas. La corriente residual acuosa inoculada se puede exponer a un lecho fluidificado aireado en un bio-reactor que contiene materiales de soporte tales como carbono activado pulverizado o bio-cuentas de plástico. La corriente residual acuosa inoculada también se puede exponer a un reactor de medio fijo o a un procedimiento de lodos activos. También se pueden usar una aireación convencional prolongada, una aireación por pasos, reacciones por cargas secuenciales y estabilización por contacto, para reducir el contenido de carbono orgánico de la corriente residual acuosa inoculada.

Preferiblemente, la actividad biológica de los microorganismos se potencia inyectando en el bio-reactor un nutriente que contiene nitrógeno, fósforo, potasio y un mineral traza. La corriente residual final resultante incluye agua neutralizada agotada de carbono orgánico, que es adecuada para distribuir a unas instalaciones de tratamiento de residuos o para su reutilización o reciclaje.

El pH de la corriente residual acuosa se puede neutralizar después de la producción ácidos orgánicos añadiendo un reactivo básico hasta que el pH esté entre 6,0 y 10,0, o más preferiblemente entre 6,0 y 8,0.

Sorprendentemente, los solicitantes han descubierto que la oxidación-reducción del PVA mediante el nuevo procedimiento de la invención se puede llevar a cabo mucho más rápidamente de lo esperado (en menos de veinte horas), en mayores concentraciones de PVA de lo esperado, y usando sustancialmente peróxido de hidrógeno menos concentrado que el que cabría esperar por parte de un experto en la materia, incluso dada, por adelantado, la percepción de las etapas del procedimiento de los solicitantes.

Específicamente, una realización de la invención comprende un procedimiento químico para tratar corrientes residuales acuosas que contienen poli(alcohol vinílico), que comprende; (a) añadir un agente oxidante a una corriente residual acuosa que contiene poli(alcohol vinílico); (b) generar radicales hidroxilo a partir del agente oxidante; y (c) producir al menos un ácido orgánico a partir del poli(alcohol vinílico).

La corriente residual acuosa se puede calentar a una temperatura suficiente para disolver el poli(alcohol vinílico) en la solución, preferiblemente suprior a aproximadamente 82,2ºC, o superior a aproximadamente 87,8ºC. Lo que más se prefiere es que la temperatura sea al menos 100ºC. Se prefiere que la solución se caliente durante al menos 30 minutos para disolver el polímero.

En una realización de la invención, se generan radicales hidroxilo irradiando la corriente residual acuosa con radiación electromagnética. La radiación electromagnética debe ser de una longitud de onda suficiente y una intensidad suficiente para convertir fotoanalíticamente el agente oxidante en radicales hidroxilo libres. Un experto en la materia apreciará que dependiendo de la longitud de onda de las lámparas ultravioleta que se pueden conseguir comercialmente, y del diseño del reactor elegido, variara la duración de la irradiación requerida para que afecte sustancialmente a la destrucción completa del poli(alcohol vinílico), y puede ser necesaria alguna experimentación de rutina. Un experto normal apreciará también que además de las variaciones en las características de la radiación electromagnética empleada, las variables concentración del poli(alcohol vinílico) y concentración del agente oxidante, darán como resultado variaciones de la duración de la irradiación requerida para que afecte sustancialmente a la destrucción completa del poli(alcohol vinílico), y es necesaria alguna experimentación. Se prefiere que la radiación sea ultravioleta (UV), y efectuada en un intervalo de longitud de onda de aproximadamente 4 nm a aproximadamente 400 nm, más preferiblemente de aproximadamente 180 nm a aproximadamente 310 nm, o muy preferiblemente entre 180 y 190 nm.

En otra realización de la invención, el radical hidroxilo se genera calentando la corriente residual acuosa al menos a 82,2ºC. Esta realización, la solubilización del PVA se puede llevar a cabo a la vez, o antes, de la generación de radicales OH.

Para el PVA solubilizado con peróxido de hidrógeno como agente oxidante, el pH de la solución resultante disminuirá de forma que se puede medir durante la oxidación del PVA. La solución resultante contendrá agua y ácido acético. Se prefiere añadir peróxido de hidrógeno concentrado hasta que la solución global alcance un intervalo de concentración entre aproximadamente 0,05% y aproximadamente 0,5% en volumen. El PVA que se va a tratar deberá comprender menos de aproximadamente 5% en peso de la solución. El grado de conclusión de la reacción se puede medir por la disminución del pH de la solución. Una reacción completa (destrucción del PVA en solución) está indicada por un pH por debajo de al menos aproximadamente 6,0, y una correspondiente disminución del pH entre aproximadamente 2,7 unidades hasta aproximadamente 3,9 unidades por debajo del pH de la solución solubilizada.

El agente oxidante preferido es peróxido de hidrógeno, preferiblemente una solución comercial volumétrica al 30% con la solución global que contiene de aproximadamente 0,05% a 20% en volumen, o más preferiblemente 0,05% a 0,5%, en volumen, de peróxido de hidrógeno, aunque se pueden emplear también otros agentes oxidantes. La concentración de peróxido de hidrógeno es, preferiblemente, 1.000-2.000 mg/l por 10.000 mg/l de solución de PVA.

El procedimiento que se ha demostrado que va a ser especialmente eficaz, es en el que la solución de PVA solubilizado comprende entre aproximadamente 0,5% y aproximadamente 2,0% de PVA, tiene un pH de partida en el intervalo de aproximadamente 6,8 a aproximadamente 9,6, usando radiación ultravioleta a aproximadamente 189 nm, y en el que el pH final, después de la oxidación-reducción, está en el Intervalo de aproximadamente 2,7 a aproximadamente 3,9 unidades menos que el pH de partida. En este momento, el procedimiento se ha completado sustancialmente. La radiación ultravioleta eficaz tiene lugar entre aproximadamente 0,9 horas a aproximadamente 4,5 horas. La caída media de pH a la cual el procedimiento está sustancialmente concluido es 2,9-3,7 unidades, con un promedio de 3,3 unidades.

Puede resultar deseable medir un parámetro indicador de la concentración en la solución de material polimérico soluble en agua después de la oxidación-reducción de la solución. En estas realizaciones, se prefiere recircular la solución dentro del recipiente. Esto permite la irradiación electromagnética repetida para aquellas realizaciones que emplean irradiación electromagnética.

El alcance de la destrucción del poli(alcohol vinílico) se puede determinar midiendo la caída del pH en la corriente residual acuosa después de generar radicales hidroxilo o mediante un ensayo colorimétrico después de generar radicales hidroxilo. Se puede emplear una solución colorimétrica de yodo para el ensayo colorimétrico, y la confirmación del ensayo colorimétrico se puede hacer mediante medidas espectrofotométricas que, preferiblemente, tendrán un máximo de absorción de aproximadamente 690 nm. Una excelente solución colorimétrica comprende, por litro, 12,0 g de ácido bórico, 0,76 g de yodo, y 1,5 g de yoduro de potasio.

Una realización de la invención es un procedimiento químico para tratar corrientes residuales acuosas que contienen material polimérico soluble en agua, que comprende: (a) añadir un agente oxidante a la corriente residual acuosa; (b) generar radicales hidroxilo a partir de agente oxidante; (c) producir ácidos orgánicos a partir del material polimérico soluble en agua. El agente oxidante preferido es peróxido de hidrógeno y el material polimérico soluble en agua preferido es poli(alcohol vinílico).

El orden de las etapas se puede alterar, por ejemplo, el material polimérico soluble en agua se puede disolver antes de añadir el agente oxidante, el material polimérico soluble en agua se puede disolver simultáneamente añadiendo el agente oxidante, y el material polimérico soluble en agua se puede disolver después de añadir el agente oxidante.

En una realización para tratar materiales que proceden de una fuente que puede haber estado expuesta a radiactividad, los materiales potencialmente radiactivos se pueden filtrar. La filtración puede tener lugar antes de añadir un agente oxidante a la corriente residual acuosa, después de producir ácidos orgánicos a partir del material polimérico soluble en agua o después de biodegradar los ácidos orgánicos. Los filtros para separar el material potencialmente radiactivo incluyen filtros en forma de partículas que tienen un tamaño nominal de poro de 10 micrómetros a 100 micrómetros y, opcionalmente, un segundo filtro en forma de partículas que tiene un tamaño nominal de poro de 0,1 micrómetro a 1,0 micrómetros a través de los cuales se hace circula la corriente residual. La filtración también puede comprender hacer circular la corriente residual acuosa a través de un lecho cambiador de iones. Otra realización de la invención preferida comprende: (a) filtrar el material potencialmente radiactivo procedente de la corriente residual acuosa; (b) neutralizar el pH de la corriente residual acuosa después de producir ácidos orgánicos; y (c) agotar los ácidos orgánicos procedentes de la corriente residual acuosa después de neutralizar el pH.

Otra realización de la actual invención es un procedimiento químico para solubilizar poli(alcohol vinílico) en una corriente residual acuosa, que comprende: (a) introducir una corriente residual en un reactor para la solución; y (b) calentar la corriente residual a una temperatura de al menos 100ºC, a volumen constante, aumentando por ello la presión en el reactor hasta una presión por encima de la atmosférica. La corriente residual puede comprender de 0,5 a 30%, en volumen, de poli(alcohol vinílico) o más preferiblemente de 0,5 a 5%, en volumen, de poli(alcohol vinílico).

Una realización específica de esta invención comprende un sistema para la destrucción de polímeros solubles en agua en una corriente residual acuosa, que comprende: un reactor, un sistema de inyección del agente oxidante; y un recipiente para la neutralización. Un aspecto de esta invención es que el sistema está diseñado para la destrucción de residuos biomédicos y comprende, además, un filtro. La etapa de filtración se lleva a cabo, preferiblemente, mediante uno o más cedazos, teniendo cada cedazo un tamaño de malla de aproximadamente malla 20 a aproximadamente malla 50, y más preferiblemente usando un cedazo adicional de aproximadamente malla 30. El residuo biomédico puede comprender materiales radiactivos o materiales biopeligrosos.

El término "residuo biomédico" pretende significar cualquier residuo que presente un riesgo de infección para los seres humanos, que incluye tejidos no líquidos, partes del cuerpo, sangre, productos sanguíneos, y fluidos corporales procedentes de seres humanos y otros primates; residuos de laboratorios y veterinarios que contienen agentes que originan enfermedades en los seres humanos; elementos punzantes contaminados desechados; y guantes, materiales absorbentes usados o dispositivos desechables contaminados con residuos regulados.

Para el sistema en el que los radicales hidroxilo se crean mediante radiación ultravioleta, el sistema puede ser uno de diversas configuraciones, puede comprender un depósito de solución y un reactor fotoquímico, dos depósitos de soluciones/reactor o tres o más depósitos de soluciones/reactor. Para el sistema en el que los radicales hidroxilos se generan mediante calor, el sistema comprende al menos un depósito de solución/reactor. En ambos sistemas, el depósito de solución puede ser un autoclave. Los depósitos de solución y el reactor fotoquímico pueden estar hechos de un material resistente a la corrosión tal como acero inoxidable.

El reactor fotoquímico puede ser una red de tubos que tienen elementos del núcleo montados coaxialmente y, preferiblemente, contendrán una serie de elementos ultravioletas espaciados, que tiene cada uno un escudo de cuarzo que rodea un elemento del núcleo ultravioleta y un mezclador mecánico. Un sistema de inyección del agente oxidante suministra un agente oxidante a la corriente residual acuosa que circula dentro del reactor fotoquímico y, preferentemente, tiene un curvímetro que, preferentemente tiene un registrador del pH, un controlador lógico programable, un sensor, un registrador y un mecanismo dispensador. La tasa mínima de inyección para el sistema de inyección es de 100 mililitros de agente oxidante por cada 37,85 litros de corriente de residuo acuoso. Se puede usar una bomba para hacer circular el contenido del reactor fotoquímico de vuelta al reactor fotoquímico y se puede usar un mezclador para hacer circular el contenido del reactor fotoquímico.

En una realización de la invención, el depósito de solución puede comprender además calentadores de inmersión o bombas que hacen circular el contenido del depósito de solución a través de un cambiador de calor y de vuelta al depósito la solución. El cambiador de calor puede estar enfriado por aire.

Se puede usar una bomba para hacer circular el contenido del recipiente de neutralización de vuelta al recipiente de neutralización. El recipiente de neutralización comprende un controlador automático del pH que consigue el pH deseado inyectando hidróxido de sodio en el recipiente de neutralización y controlando, por ello, la neutralización de la corriente residual acuosa en el recipiente de neutralización.

Hay un aspecto de la invención en el que el sistema comprende un bio-reactor. El bio-reactor comprende, típicamente: 1, 2, 3, 4, 5, 6 o más bio-celdas; bombas de inyección de nutrientes/microbios; un suministro de aire que proporciona un flujo de aire constante a través del medio; y bombas o colectores de alimentación por gravedad que permite la transferencia entre las bio-celdas. Se puede usar una bomba de recirculación que hace circular el contenido de cada bio-celda. Preferiblemente, cada bomba de recirculación que hace circular el agua tratada con una relación de reciclado:alimentación de aproximadamente 5:1. La entrada a las bio-celdas se adaptarán, preferiblemente, a la administración de aire, microbios y nutrientes a las bio-celdas. Las bio-celdas están conectadas preferiblemente en serie. Las bio-celdas están formadas por bio-reactores aeróbicos inoculados con microorganismos compuestos sustancialmente de bacterias aerobias, heterotróficas o bacteria anaerobias. Preferiblemente, el bio-reactor comprende una combinación tanto de medios fijos, como bio-celdas de lecho fluidizado.

De la misma forma que la anteriormente descrita, donde la solución contiene el PVA que se va a tratar, se añade peróxido de hidrógeno comercial con una concentración del 30% hasta que la solución acuosa global antes de la irradiación tenga de aproximadamente 0,05% a aproximadamente 0,5% de peróxido de hidrógeno. El proceso de irradiación continúa hasta que hay una sustancial caída del pH que indica que el PVA se reducido a ácido acético, generalmente una disminución de aproximadamente 2,5 unidades a aproximadamente 4,0 unidades, preferiblemente aproximadamente 3,0 unidades a aproximadamente 3,5 unidades, con un promedio de aproximadamente 3,3 unidades. Preferiblemente, se emplea o bien calor o radiación ultravioleta, con una longitud de onda de la radiación de que oscila entre aproximadamente 4 nm a aproximadamente 400 nm, muy preferiblemente aproximadamente 180 nm a aproximadamente 310 nm o muy preferiblemente aproximadamente 180 nm a 190 nm. De nuevo, la confirmación de la conclusión sustancial de la reacción, se lleva a cabo mediante un ensayo colorimétrico, preferiblemente usando una solución colorimétrica de yodo, anteriormente mencionada.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos constituyen una parte de esta invención e incluyen realizaciones de la invención que sirven de ejemplo, que se pueden realizar de diversas formas. Se comprenderá que en algunos casos se pueden mostrar de forma exagerada y ampliada diversos aspectos de la invención para facilitar una comprensión de la invención.

La Fig. 1 es un diagrama de flujo del procedimiento como se aplica a una realización preferida para la destrucción y el tratamiento de las corrientes residuales que comprenden polímeros solubles en agua.

La Fig. 2 es un diagrama de lo que se cree que van a ser las reacciones que ocurren durante la fase de reacción fotoquímica del procedimiento.

La Fig. 3 es una representación gráfica que muestra los resultados de ensayo de las respuesta del pH de la solución durante la acidificación fotoquímica del PVA a ácido acético.

La Fig. 4 es un diagrama de los que se cree que van a ser las reacciones que ocurren durante la fase de biodegradación del procedimiento.

La Fig. 5 es una representación gráfica que demuestra los resultados del ensayo del carbono orgánico total separado de la solución en las diversas etapas del procedimiento de una realización preferida.

La Fig. 6 es una representación esquemática del sistema de una realización preferida diseñada para llevar a cabo las etapas del procedimiento detalladas en la Fig. 1.

La Fig. 7 es una representación esquemática detallada de un sistema prototipo de una realización preferida diseñada para llevar a cabo las etapas del procedimiento detalladas en la Fig. 1.

La Fig. 8 es un diagrama de flujo del procedimiento de un sistema del bio-reactor con medio fijo.

La Fig. 9 es un diagrama de flujo del procedimiento para el procedimiento de lodos activos de la aireación prolongada convencional.

La Fig. 10 es un diagrama de flujo del procedimiento para el procedimiento de lodos activos de la aireación por etapas.

La Fig. 11 es un diagrama de flujo del procedimiento para el procedimiento de lodos activos de la estabilización por contacto.

La Fig. 12 es un diagrama de flujo del procedimiento para el procedimiento de lodos activos de una reacción por cargas secuenciales.

Descripción detallada de realizaciones ilustrativas

La siguiente descripción se presenta para posibilitar a cualquier persona experta en la materia realizar y usar la invención, y se proporciona en el contexto de una aplicación en particular y sus requisitos. Diversas modificaciones a las realizaciones descritas serán fácilmente evidentes para los expertos en la materia, y los principios generales aquí definidos se pueden aplicar a otras realizaciones sin salirse del espíritu y alcance de la presente descripción. Por eso, esta descripción no pretende estar limitada a la realizaciones mostradas, sino que estará de acuerdo con el alcance más amplio que está de acuerdo con los principios y características anteriormente descritos.

A. El procedimiento de las realizaciones preferidas

La siguiente descripción contiene la descripción de las etapas del procedimiento, y no se va a analizar o a interpretar como un lenguaje de reclamo de medios más función. Haciendo referencia a la Fig. 1, la referencia al residuo de PVA es como si fuese a un material polimérico soluble en agua. En la Fig. 1, las etapas combinadas del procedimiento de una realización preferida de la presente descripción se muestra que incluyen las etapas de:

1): Si se requiere, solubilizar el material soluble en agua en una solución acuosa;

2): Filtrar el material de material no solubilizado a partir de la solución acuosa;

3): Añadir un agente oxidante a la solución filtrada;

4): Crear radicales libres en la solución para destruir el material polimérico soluble en agua y formar un ácido orgánico;

5): Si es necesario, medir un parámetro indicador de la concentración del material polimérico en la solución;

6): Si es necesario, filtrar el material radiactivo a partir de la solución;

7): Si es necesario, neutralizar el pH de la solución; y

8): Si es necesario, biodegradar los ácidos orgánicos en la solución para formar CO_{2}, H_{2}O y biomasa.

La primera etapa del procedimiento en esta realización preferida comprende la solubilización del material polimérico soluble en agua en una solución acuosa. En una realización más preferida, esta etapa se lleva a cabo mediante cocción a presión del material residual polimérico soluble en agua en un baño de agua a elevada temperatura, a volumen constante, tal como tratando con un autoclave. En una realización todavía más preferida, el recipiente contiene el material polimérico residual soluble en agua y se puede calentar a una temperatura en el intervalo entre aproximadamente 104,4ºC y aproximadamente 121ºC, bajo presión de saturación. Se ha descubierto que mediante la cocción a presión, el material polimérico sólido en una solución acuosa, las condiciones presurizadas permiten la consecución de temperaturas de solución más elevadas que las que se pueden conseguir al aire medioambiental sin entrar en ebullición. La temperatura más elevada de la solución transfiere más energía calorífica al material polimérico sólido, y la energía calorífica incrementada penetra más eficazmente en las masas sólidas del material polimérico para disolverlas completamente. Además, las temperaturas más elevadas del autoclave consiguen una esterilización de la corriente residual que no puede conseguirse a temperaturas inferiores.

En una realización alternativa, se proporciona, de otra forma, una corriente residual solubilizada de material polimérico soluble en agua en una solución acuosa como, por ejemplo, mediante la actual práctica descrita en los antecedentes de esta invención. En ese caso, las ventajas de las etapas del procedimiento de la invención pueden empezar con la segunda etapa del procedimiento.

La segunda etapa del procedimiento en esta realización preferida comprende la filtración. Después de recibir una solución solubilizada del material polimérico o, como alternativa, después de solubilizar el material polimérico sólido como se describió anteriormente, la solución se filtra preferiblemente a través de cedazos para separar cualquier material polimérico no disuelto y los constituyentes poliméricos no solubles en agua que haya en la solución. En una realización preferida, los cedazos tendrán un tamaño de malla en un intervalo entre aproximadamente 20 y aproximadamente 50. En una realización más preferida, los cedazos tendrán un tamaño de malla de aproximadamente 30. El material polimérico no disuelto atrapado en los cedazos se puede recircular para su solubilización final. En una realización preferida, el material polimérico constituirá un intervalo entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 5,0% en peso en la solución. En una realización más preferida, el material polimérico constituirá un intervalo entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 2,5% en peso en la solución. En la realización más preferida, la temperatura de la solución durante la etapa del procedimiento de filtración se mantiene a, o por encima de, 65,56ºC para impedir la precipitación del PVA fuera de la solución antes de su destrucción.

La tercera etapa del procedimiento en esta realización preferida comprende la adición de un agente oxidante a la solución. En una realización preferida, el peróxido de hidrógeno es el agente oxidante añadido. Por ejemplo, se puede añadir de forma conveniente peróxido de hidrógeno al 30%, que se puede conseguir comercialmente, para formar una concentración de la solución global del procedimiento de aproximadamente 0,2% en volumen. El peróxido de hidrógeno adecuado para la solicitud se puede conseguir comercialmente como CAS Nº 7722-84-1, y se puede comprar de diversas fuentes, que incluye VWR Scientific Products, West Chester, PA. 19380, Nº de Catálogo VW 97-42-1. En la realización más preferida, la concentración de peróxido de hidrógeno en la solución está dentro de un intervalo entre aproximadamente 0,05% y aproximadamente 0,5%, en volumen.

La cuarta etapa del procedimiento, de generar radicales hidroxilo en la solución tiene dos realizaciones preferidas. Una realización preferida de esta etapa comprende la irradiación de la solución con radiación electromagnética. Esta etapa del procedimiento da como resultado una reacción fotoquímica predeterminada como fotolisis. La fotolisis es una descomposición química mediante la acción de energía electromagnética radiante. La radiación ultravioleta es una radiación electromagnética en longitudes de onda de aproximadamente 4 nanómetros (nm) hasta aproximadamente 400 nm. En una realización preferida, se usa la radiación ultravioleta entre las longitudes de onda de aproximadamente 180 nm y aproximadamente 250 nm. En esta etapa del procedimiento, la exposición del peróxido de hidrógeno en la solución a energía electromagnética en las longitudes de onda de la radiación electromagnética, da como resultado la fotolisis del peróxido de hidrógeno en radicales hidroxilo libres (OH\cdot) como se muestra en la siguiente ecuación:

2H_{2}O + h\nu \Rightarrow 2OH \cdot

donde "h" representa la constante de Planck (6,6261 \times 10^{-34} julio\cdotsegundo), y "\nu" representa la frecuencia de la radiación ultravioleta. OH\cdot es el radical hidroxilo libre. Los radicales hidroxilo presentan un medioambiente oxidante muy agresivo en el que los radicales hidroxilos libres atacan a los constituyentes orgánicos de la corriente líquida, iniciando así una cascada de reacciones de oxidación, que incluyen la completa destrucción del material polimérico en la solución. Los componentes del material polimérico forman, predominantemente, ácidos orgánicos simples.

La Fig. 2 es un diagrama de lo que se cree que van a ser las reacciones que tienen lugar durante la fase de reacción fotoquímica primaria del procedimiento. A partir de la Fig. 2 se puede ver que, por medio de una reacción de oxidación, se destruye el poli(alcohol vinílico), dando como resultado una corriente residual de ácido orgánico que comprende agua y ácido acético. La técnica anterior demuestra que, virtualmente, todos los compuestos orgánicos se oxidarán de aproximadamente 10^{6} a aproximadamente 10^{9} veces más rápidamente cuando reaccionan con radicales hidroxilo (OH\cdot) que las reacciones de oxidación que utilizan peróxido de hidrógeno o radiación ultravioleta por separado. Un experto en la materia apreciará que la tercer etapa del procedimiento que comprende la adición de un agente oxidante a la solución, y la cuarta etapa del procedimiento que comprende la irradiación de la solución, se podrán combinar fácilmente para que se den simultáneamente y dentro de un recipiente singular de reacción.

En otra realización de la cuarta etapa del procedimiento, se usa calor para convertir el peróxido de hidrógeno en la solución en radicales hidroxilo (OH\cdot) libres. Los radicales hidroxilo presentan un medioambiente oxidante muy agresivo en el cual los radicales hidroxilo libres atacan a los constituyentes orgánicos de la corriente líquida, iniciando así una cascada de reacciones de oxidación, que incluyen la destrucción completa o parcial del material polimérico en la solución. La temperatura necesaria para convertir el peróxido de hidrógeno en radicales hidroxilo es al menos 87,78ºC. En las realizaciones que usan este calor para generar radicales hidroxilo libres en la cuarta etapa del procedimiento, se prefiere que la segunda etapa del procedimiento, que implica la filtración de la solución, tenga lugar después de la conversión del peróxido de hidrógeno en radicales hidroxilo libres.

La quinta etapa del procedimiento en esta realización preferida comprende la medida de un parámetro indicador de la concentración del material polimérico en la solución. Esta etapa es necesaria únicamente cuando sea necesario determinar el progreso o la finalización de la destrucción del material polimérico en la solución. Basado en los resultados de las medidas, se pueden repetir las etapas de añadir un agente oxidante a la solución e irradiar la solución con radiación ultravioleta o calentar para generar el radical libre, hasta que sustancialmente la totalidad del material polimérico haya sido destruido, si se desea ese nivel de destrucción. Haciendo referencia a la Fig. 2, se ha visto que la reacción de oxidación-reducción del PVA da como resultado la formación de dos formas equivalentes de ión acetato estabilizadas por resonancia, y un aumento de los iones hidrógeno libres. Un aumento de la concentración de iones hidrógeno en la solución aumenta la acidez de la solución. Por eso, en la realización más preferida, la concentración de PVA que permanece en solución después de la etapa del procedimiento, de generar el radical libre, se mide por la reducción incremental del pH de la solución.

La Fig. 3 es una representación gráfica que muestra los resultados de los ensayos que indican la respuesta del pH de la solución durante la acidificación fotoquímica del PVA a ácido acético. Debido a la naturaleza uniforme de la reacción de oxidación-reducción del PVAS a ácidos orgánicos, es posible predecir el punto final de la reacción (destrucción del PVA), midiendo la disminución del pH de la solución recirculante irradiada. La indicación del pH del punto final de la reacción es una función del pH inicial de la solución. Por ejemplo, cuando el pH de la solución del PVA solubilizado está en el intervalo de aproximadamente 6,8 a aproximadamente 9,6, se ha descubierto que la oxidación (destrucción) del PVA en la solución se va a completar sustancialmente cuando el pH de la solución alcanza, aproximadamente, 4,6. En una realización preferida, la irradiación de la solución descrita en la cuarta etapa del procedimiento continúa hasta que el pH de la solución irradiada está entre aproximadamente 2,7 unidades y aproximadamente 4,0 unidades menos que las del pH de la solución de PVA solubilizado antes de la irradiación. En una realización más preferida, la irradiación de la solución continúa hasta que el pH de la solución irradiada está entre aproximadamente 2,9 unidades y aproximadamente 3,7 unidades menos que el pH de la solución de PVA solubilizado antes de la irradiación.

Como alternativa, la destrucción del PVA se puede confirmar mediante ensayo colorimétrico de la concentración de PVA en solución. La medida por ensayo colorimétrico se puede hacer también en combinación con las medidas del pH. Hay que hacer notar en el Ensayo Enmendado por Joseph H. Finley, "Spectrophotometric Determination of Polyvinyl Alcohol in Paper Coatings", Analytical Chemistry, 33(13) (Diciembre de 1961), y las soluciones colorimétricas de yodo allí mostradas, que incluyen una solución preferida que usa 12,0 g de ácido bórico, 0,76 g de yodo y 1,5 g de yoduro de potasio por litro. Preferiblemente, la medida espectrofotométrica del poli(alcohol vinílico) tiene lugar en su máximo de absorción de 690 nm. El ensayo se puede completar: colocando en una cubeta 20,0 ml de solución colorimétrica de yodo; añadiendo 0,5 ml de muestra; incubandor la solución a 25ºC durante cinco minutos. La medida espectrofotométrica se hace en la absorción máxima, 690 nm, usando un espectrofotómetro Hach DR2010. Se pueden preparar soluciones estándar de poli(alcohol vinílico) y curvas estándar usando hasta concentraciones de 2,5% de PVA en la solución. La curva de calibración se puede derivar a partir de los valores de absorción a 690 nm (a 25ºC) registrados frente a la cantidad de PVA por ensayo.

La sexta etapa del procedimiento comprende la filtración y el agotamiento de la radiactividad en la solución. Esta etapa del procedimiento es opcional y únicamente aplicable cuando el material polimérico soluble en agua contiene residuos potencialmente radiactivos. Esta etapa puede o no puede ser requerida, por ejemplo, en una instalación nuclear. Si el material polimérico se expuso a radiactividad que afecta a la posibilidad de desechar la solución, entonces se deberá añadir esta etapa del procedimiento. Con la adición de esta etapa del procedimiento, se crea un sistema de gestión de residuos radiactivos de bajo nivel. Este sistema de gestión de residuos se puede usar como una aproximación alternativa a los actuales métodos de tratamiento de residuos radiactivos secos y activos.

La etapa del procedimiento de eliminación de la radiactividad tiene lugar típicamente entre las etapas del procedimiento de la reacción fotoquímica y la degradación biológica. Un realización preferida de esta etapa del procedimiento más detallada incluye las etapas de:

a) filtración de la solución, y

b) cambio iónico de la solución

En las instalaciones nucleares, la radiactividad puede estar presente en los fluidos del proceso tanto en forma elemental como de partículas. La filtración de la solución separa las partículas radiactivas. En una realización preferida, se hace pasar la solución a través de un filtro de partículas que tiene un tamaño nominal de poro que varía entre aproximadamente 10 y aproximadamente 100 micrómetros. En una realización más preferida, se hace pasar luego la solución a través de un segundo filtro de partículas que tiene un tamaño nominal de poro que varía entre aproximadamente 0,2 micrómetros y aproximadamente 1,0 micrómetros.

La etapa de cambio iónico agota las especias radiactivas solubles, o radioisótopos elementales, que permanecen después de la microfiltración, haciendo a la solución adecuada para desecharla o para un tratamiento adicional. En una realización preferida, la solución es dirigida a través de un recipiente de cambio iónico que contiene resina de cambio iónico en forma de lecho aniónico, catiónico o una combinación de ellos. Durante esta etapa del procedimiento, los iones radiactivos en la solución cambiarán posiciones con los iones no radiactivos unidos a la resina en forma sólida. El material radiactivo se recoge sobre la resina, que dejan la solución adecuada para la descarga o la reutilización, según se desee.

La séptima del procedimiento es esta realización preferida es la neutralización del pH de la solución. En una realización preferida, el pH de la solución de ácido orgánico resultante se neutraliza mediante la adición de un reactivo básico. En una realización preferida, el hidróxido de sodio es el reactivo básico usado para elevar el pH a un intervalo entre aproximadamente 6,0 y aproximadamente 10,0. En otra realización más preferida, cuando la solución sea tratada biológicamente tal como se describe en la octava etapa del procedimiento (más adelante), el hidróxido de sodio es el reactivo básico usado para aumentar el pH hasta que esté dentro de un intervalo entre aproximadamente 6,0 y aproximadamente 8,0. Como se puede ver en la parte superior de la Fig. 4, el hidróxido de sodio se combina con el acetato del ácido acético en loa solución para formar un tampón de acetato de sodio, que es importante para la etapa del procedimiento biodegradante. En la realización más preferida, el pH de la corriente residual orgánica resultante se neutraliza hasta que esté dentro del intervalo entre aproximadamente 6,0 y aproximadamente 7,0.

Para todos lo fines de esta solicitud, el término "neutralización" pretende significar el ajuste, cada vez mayor, del pH de una solución ácida hasta una solución alcalina más básica que tiene un pH entre aproximadamente 6,0 y aproximadamente 10,0.

La octava etapa del procedimiento en esta realización preferida comprende la separación de los compuestos de carbono orgánico disuelto y coloidal que permanecen en la corriente acuosa después de la oxidación.

La solución neutralizada del material polimérico destruido tiene un alto contenido de compuestos de carbono que pueden hacerla inadecuada para descargarla en sistemas de sumideros higiénicos. El carbono orgánico total (COT) es una medida directa de la concentración del material orgánico en la solución. La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) es una medida del oxígeno requerido para la degradación total del material orgánico y/o el oxígeno requerido para oxidar los compuestos de nitrógeno reducidos. La demanda química de oxígeno (DQO) se usa como una medida del equivalente de oxígeno del contenido de materia orgánica de una muestra que es susceptible de oxidación mediante un oxidante químico fuerte. Uno o más de estos parámetros son usados comúnmente por instalaciones de tratamiento operadas públicamente para regular las corrientes residuales de efluente.

La biodegradación de los ácidos orgánicos en la solución se usa para separar compuestos de carbono orgánico. En esta etapa del procedimiento, la solución neutralizada se inocula con microorganismos. Los microorganismos utilizan los ácidos orgánicos producidos por la oxidación-reducción del material polimérico soluble en agua como una fuente de carbono y de energía. En una realización preferida, los microorganismos están compuestos, sustancialmente, de bacterias aeróbicas heterotróficas. Estas formas de bacterias son conocidas por los expertos en la materia y se pueden conseguir fácilmente. Los organismos para la degradación del PVA tratado pueden incluir:

Arthrobacter ilicis Bacillus amyloliquefaciens Bacillus pumilus GC subgrupo B Bacillus subtilis Brevibacterium mcbrellneri Comamonas testosteroni Flavobacterium resinovorum Kocuria kristinae Microbacterium liquefaciens Micrococcus luteus GC subgrupo C Pseudomonas balearica Pseudomonas chlororaphis Pseudomonas putida biotipo A Pseudomonas pesudoalcaligenes Rhodococcus equi GC subgrupo B

Todos los organismos se pueden adquirir de Advanced Microbial Solutions, 801 Highway 377 South, Pilot Point, TX 762587. Los siguientes organismos se pueden adquirir de la American Type Culture Collection, 12301 Parklawn Drive, Rickville, MD 20852

(http://www.atcc.org):

Arthrobacter ilicis Bacillus amyloliquefaciens Bacillus pumilus GC subgrupo B Bacillus subtilis Brevibacterium mcbrellneri Comamonas testosteroni Flavobacterium resinovorum Kocuria kristinae Microbacterium liquefaciens Micrococcus luteus GC subgrupo C Pseudomonas chlororaphis

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Pseudomonas putida biotipo A Pseudomonas pesudoalcaligenes Rhodococcus equi GC subgrupo B

Las bacterias aeróbicas heterotróficas metabolizan los ácidos orgánicos en la solución, reduciendo así la DQO de la solución y haciéndolas descargables en sistemas se sumideros higiénicos. Un medio de crecimiento experimental preferido usado en experimentos de PVA tratados para una población de bacterias sanas y sostenibles, por litro de H_{2}O comprende:

Ácido acético	0,5%
Molasas	0,002%
(NH_{4})_{2}SO_{4}	1,0 g
KH_{2}PO_{4}	1,0 g
K_{2}HPO_{4}	0,8 g
MgSO_{4}\cdot7H_{2}O	0,2 g
NaCl	0,1 g
CaCl_{2}\cdot2H_{2}O	0,2 g
FeSO_{4}	0,01 g
Na_{2}MoO_{4}\cdot2H_{2}O	0,5 mg
MnSO_{4}	0,5 mg
Extracto de levadura	10,0 g

Los solicitantes recomendaron ajustar el pH a aproximadamente 7,4 y hacer crecer los organismos a 25ºC. En una realización más preferida, la solución es dirigida a una cámara con carbono activado pulverizado (CAP) que comprende un lecho fluidizado y aireado de CAP. El carbono pulverizado se convierte en un sustrato en suspensión para el crecimiento de las bacterias. Cuando el COT se reduce hasta el nivel deseado por debajo de las limitaciones reguladoras locales, la solución biológicamente tratada se puede decantar y se le deja salir para la descarga.

La Fig. 4 es un diagrama de lo que se cree que van a ser las reacciones que tienen lugar durante la fase de biodegradación del procedimiento, pero éstas son solo las opiniones de los solicitantes y no pretenden limitar el alcance de la presente invención. Como puede verse en la Fig. 4, el acetato del ácido acético se convierte en acetil-CoA, una coenzima comúnmente empleada para la conversión de compuestos de carbono en dióxido de carbono y agua. Específicamente, la acetil-CoA entra en una vía de acceso del glioxilato (hallado únicamente en las bacterias) y en una vía de acceso del ácido tricarboxílico. Otros procesos vitales dependientes de estas dos vías de acceso para las moléculas precursoras incluyen la biosíntesis de aminoácidos, y la biosíntesis de la pirimidina (precursores del ADN). El proceso de la glucogénesis es indispensable y se debe iniciar para que las bacteria repongan el suministro glucosa en el microorganismo. La glucosa se necesita para la síntesis de las paredes y las membranas de las células bacterianas y sirve también como sustrato para la glicólisis, el proceso celular que genera compuestos energéticos para la biosíntesis.

La Fig. 5 es una representación gráfica que demuestra los resultados del ensayo para el carbono orgánico total separado de la solución en las diversas etapas del procedimiento de una realización preferida.

Hay diversos métodos que se pueden usar para llevar a cabo el tratamiento biológico secundario para la separación del carbono orgánico de la fase acuosa de PVA tratado. Estos métodos incluyen usar un reactor de medio fijo y un procedimiento de lodos activos tal como la aireación convencional prolongada, aireación por etapas, reacciones por cargas secuenciales, estabilización por contacto, o reactores de lecho fluidizado. Se puede usar ósmosis inversa además de los métodos anteriormente mencionados cuando el agua con PVA tratado se debe mantener en un sistema de bucle cerrado.

B. Segundo procedimiento de la invención preferida

Una segunda realización preferida de la presente descripción incluye la etapa de:

1): Añadir un agente oxidante a una solución acuosa que contiene el material polimérico soluble en agua;

2): Solubilizar el material polimérico soluble en agua en una solución acuosa mientras que, simultáneamente, se crean radicales libres para destruir el material polimérico soluble en agua y se forma un ácido orgánico;

3): Filtrar el material no solubilizado desde la solución acuosa;

4): Si es necesario, medir un parámetro indicador de la concentración de material polimérico en la solución;

5): Si es necesario, filtrar el material radiactivo desde la solución;

6): Si es necesario, neutralizar el pH de la solución; y

7): Si es necesario, biodegradar los ácidos orgánicos en la solución para formar CO_{2}, H_{2}O y biomasa.

La primera etapa del procedimiento en esta realización preferida comprende la adición de un agente oxidante a la solución que contiene el polímero soluble en agua. En una realización preferida, el peróxido de hidrógeno es el agente oxidante añadido, Por ejemplo, se puede añadir de forma muy conveniente peróxido de hidrógeno al 30%, que se puede conseguir comercialmente, para formar una concentración de la solución global del procedimiento entre aproximadamente 0,05% y aproximadamente 20% en volumen, o más preferiblemente aproximadamente 3,0% en volumen.

La segunda etapa del procedimiento en esta realización preferida comprende calentar la solución que contiene el polímero soluble en agua y el agente oxidante a una temperatura, y durante un tiempo, suficientes para disolver el polímero y formar especies radicales a partir del agente oxidante. Esto se lleva a cabo, preferiblemente, mediante cocción a presión de la solución del polímero soluble en agua en un baño de agua al alta temperatura, a volumen constante, como por ejemplo en un autoclave. En una realización aún más preferida, el recipiente contiene la solución de polímero soluble en agua y se puede calentar a una temperatura en el intervalo entre aproximadamente 100ºC y aproximadamente 121,1ºC, bajo presión de saturación. Se ha descubierto que cociendo a presión el material polimérico sólido en una solución acuosa, las condiciones presurizadas permiten la consecución de temperaturas de la solución más altas que las que se pueden conseguir al aire sin hervir. La temperatura más alta de la solución transfiere más energía calorífica al material polimérico sólido, y la energía calorífica incrementada penetra más eficazmente en las masas sólidas de los materiales poliméricos para disolverlos completamente. Además, las temperaturas más altas del autoclave consiguen una esterilización de la corriente residual que no se puede conseguir a temperaturas más bajas. La alta temperatura usada al cocer a presión la solución de polímero soluble en agua es suficiente para originar la descomposición química del peróxido de hidrógeno y formar radicales hidroxilo libres (\cdotOH). Los radicales hidroxilo libres atacan los constituyentes orgánicos de la corriente de la solución a medida que se disuelve el polímero, iniciando por ello una cascada de reacciones oxidantes que incluyen la completa destrucción del material polimérico en la solución.

Las etapas tres a siete de esta realización son idénticas a las etapas del procedimiento dos, y cinco a ocho, respectivamente, de la realización previa de la invención.

C. Aparato para la realización del procedimiento de la realización preferida

Se describe un sistema para la destrucción de PVA según el procedimiento anteriormente descrito. Haciendo referencia a la Fig. 6, la referencia numérica (100) se refiere generalmente un recipiente de la solución. En una realización preferida, el recipiente (100) de la solución es un autoclave. El recipiente (100) de la solución está, preferiblemente, hecho de acero inoxidable o un material similarmente resistente a la corrosión. El recipiente (100) está conectado mediante una tubería (102) a un sistema de filtración (104). El sistema de filtración (104) está conectado mediante una tubería (106) a una bomba (108). En una realización preferida, una tubería (112) intersecta y conecta la tubería (110) a un cambiador de calor (114). El cambiador de calor (114) está conectado mediante una tubería (116) que vuelve al recipiente (100) de la solución para formar una comunicación recirculante.

La bomba (108) está conectada mediante una tubería (110) a un recipiente (200) de reacción fotoquímica. El recipiente (200) de reacción está preferiblemente hecho de acero inoxidable o un material similarmente resistente a la corrosión. En una realización preferida, el recipiente (200) de reacción fotoquímica está compuesto de una batería de reactores fotoquímicos individuales (no mostrados) dispuestos formando una matriz dentro del recipiente de reacción. En esta realización, hay un mezclador mecánico (no mostrado) dentro del recipiente (200) de reacción. Para proporcionar la circulación del contenido. Cada uno de los reactores comprende al menos un elemento luminoso ultravioleta de alta intensidad. En una realización más preferida, los reactores fotoquímicos dentro del recipiente (200) de reacción generan radiación ultravioleta en las longitudes de onda entre aproximadamente 185 y aproximadamente 200 nm.

Un sistema de inyección (300) del agente oxidante está conectado mediante una tubería (302) a un recipiente (200) de reacción. En una realización preferida, el sistema de inyección (300) que comprende un controlador lógico programable, un sensor, un registrador, y un mecanismo dispensador, como es bien conocido en la química industrial. El recipiente (200) de reacción fotoquímica está conectado mediante una tubería (202) a una bomba (204). La bomba (204) está conectada mediante una tubería (206) a un recipiente (400) de neutralización. En una realización opcional, una tubería (208) intersecta con la tubería (206) y está conectada con el recipiente (200) de reacción para permitir que la bomba opere recirculando el tratamiento fotoquímico de la solución.

Un sistema neutralizador (402) del pH está conectado mediante una tubería (404) al recipiente (400) de neutralización. En una realización más preferida, el sistema neutralizador (402) del pH comprende un controlador automático del pH. El recipiente (400) de neutralización está conectado mediante una tubería (406) a una bomba (408). La bomba (408) está conectada mediante una tubería (410) de vuelta al recipiente (400) de neutralización para formar una comunicación reciculante. El recipiente (400) de neutralización está conectado mediante una tubería (412) a las bio-celdas (500). Las bio-celdas (500) son, preferiblemente, del tipo aerobio de medio fijo o del procedimiento de lodos activos. Los acondicionamientos de entrada están hechos para la administración del aire, microbios y nutrientes a las bio-celdas por alguno de lo medios bien conocidos en la industria. Las bio-celdas 500 están conectadas mediante una tubería (502) a una bomba (504). La bomba (504) está conectada mediante una tubería (506) de vuelta a las bio-celdas (500) para formar un comunicación recirculante. Las bio-celdas (500) están conectadas mediante una tubería (508) para la descarga.

En una realización alternativa preferida, una tubería (602) intersecta y conecta la tubería (206) a un sistema de filtración (600) de material radiactivo. El sistema de filtración (600) de material radiactivo está conectado mediante una tubería (604) de vuelta la tubería (206) para formar una comunicación circulante. Opcionalmente, el sistema de filtración (600) de material radiactivo está conectado mediante una tubería (606) de vuelta al recipiente de reacción (200) para formar una comunicación recirculante mediante la cual se puede realizar el agotamiento de la radiactividad en la solución coincidente con la oxidación-reducción de la solución. El sistema de filtración (600) de material radiactivo puede estar conectado, de forma alternativa, dentro del sistema descrito, en cualquier posición entre el recipiente (100) de solución y el recipiente (400) de neutralización.

Se usa el tratamiento biológico secundario para la separación de carbono orgánico de la fase acuosa del PVA procesado. Los métodos preferidos incluyen usar un reactor de medio fijo y un procedimiento de lodo activo tal como la aireación prolongada convencional, aireación por etapas, reacciones por cargas secuenciales, estabilización por contacto, o reactores de lecho fluidizado. Cuando el agua con el PVA se debe mantener en un sistema de bucle cerrado, se puede usar ósmosis inversa además de los métodos anteriormente mencionados.

Reactor de medio fijo - Un procedimiento de tratamiento aerobio que consiste en la distribución uniforme de agua residual sobre un medio fijo (es decir, estacionario) por medio de un distribuidor (706) de flujo dentro de una o más celdas verticales (Fig. 8). El medio estará construido de un material que proporcione la superficie específica y el tanto por ciento de espacio más grande. La superficie específica más grande permite una masa más grande de bio-película bacteriana por unidad de volumen, mientras que un espacio vacío incrementado permite cargas hidráulicas más altas y una intensificada transferencia de oxígeno.

Una gran porción de las aguas residuales aplicada al medio fijo pasa rápidamente a través suyo hasta el clarificador (704) secundario, mientras que el resto discurre lentamente sobre la superficie de una película bacteriana que crece sobre el medio fijo (702). La separación del carbono orgánico total (COT) tiene lugar mediante bioabsorción y coagulación a partir de la porción del flujo que se mueve rápidamente y mediante la separación progresiva de los constituyentes orgánicos solubles de la porción del flujo que se mueve más lentamente, mediante oxidación bioquímica.

La cantidad de bio-película bacteriana producida se controla mediante el alimento disponible, y el crecimiento aumentará a medida que la carga orgánica aumenta hasta que se alcance un máximo espesor o la carga de masa orgánica exceda el diseño de la superficie específica del medio fijo requerida para el intercambio del oxígeno disuelto. Este máximo crecimiento se controla mediante la velocidad hidráulica, el tipo de medio fijo, el constituyente orgánico, la cantidad de nutrientes esenciales presentes, y la naturaleza del crecimiento biológico concreto. El tiempo de retención dentro del sistema es una función de la carga hidráulica entrante y la tasa de reciclaje a la celda. En un sistema reactor de medio fijo, la relación de recirculación es de 3:1 hasta 5:1 (reciclaje respecto a carga hidráulica).

La principal aplicación de los reactores de medio fijo en el tratamiento del PVA acuoso tratado será para corrientes residuales muy concentradas, no radiactivas. Los reactores de medio fijo pueden manipular cargas volumétricas de COT de 642,3 kg a 1284,6 kg/m^{3} de superficie específica del medio y cargas hidráulicas de 0,02-0,06 litros por minuto/m^{2} mientras que se consiguen tasas de separación de COT de hasta el 90%. U.S. EPA, Technology Transfer, 1974).

Procedimiento del lodo activo - El procedimiento del lodo activo de ha adaptado a muchos diseños de tratamiento de aguas residuales y es uno de los procedimientos de tratamiento de aguas residuales biológicas más ampliamente extendido y mejor establecido en el mundo de las aguas residuales industriales, y su adaptabilidad para acomodarse a las nuevas demandas en la calidad de efluentes es significativa (Burgess y colaboradores, 2000). El procedimiento del lodo activo usa microorganismos en suspensión para oxidar bioquímicamente materiales orgánicos solubles y coloidales tales como PVA acuoso tratado a dióxido de carbono y agua en presencia de oxígeno molecular. Durante el procedimiento de oxidación, una porción del material orgánico se sintetiza en nuevas células. Una parte de las células sintetizadas sufren luego una auto-oxidación en la cámara de aireación; el resto forma nuevas células (biomasas) o lodo en exceso. Se requiere oxígeno en el procedimiento para soportar la oxidación y las reacciones de síntesis. Para operar cualquier aplicación del procedimiento del lodo activo sobre una base continua, los bio-sólidos generados se deben preparar antes de la descarga de la porción decantada reciclándose la mayor fracción a la cámara de aireación, y retirándose el lodo en exceso para una adicional manipulación y eliminación.

Ejemplos de adaptaciones del diseño del procedimiento de lodos activos que se pueden usar para un tratamiento biológico secundario dentro del contexto de esta invención incluye: la aireación convencional prolongada, la aireación por etapas, las reacciones por cargas secuenciales, la estabilización por contacto y los reactores de lecho fluidizado.

Aireación convencional prolongada - En un sistema de aireación convencional prolongada usado para el tratamiento biológico secundario del PVA tratado, se bombea agua residual desde el tratamiento primario (700) y el pH se controla en una cámara (708) de aireación aeróbicamente mezclada seguido, en serie, por un clarificador (704) secundario (Fig. 9). En el extremo de cabeza de la cámara de reacción influente, el agua residual se mezcla con una corriente escindida del lodo activo (716) de retorno. El diseño del sistema de distribución de aire dentro de la cámara impide que se cortocircuite la corriente residual a través de la unidad y alarga el tiempo de retención forzando que el agua tome la ruta más larga a través de la cámara. La entrada de agua residual en la cámara de aireación desplaza el líquido de tratamiento mezclado (agua y biomasa mezclada) al clarificador (704) secundario, donde la masa floculada se deposita en lodos (716) y el efluente final (718) clarificado. La porción de agua tratada se descarga a través de una capa de efluente superficial.

El diseño de un sistema de aireación convencional prolongada para el tratamiento de PVA tratado se basa en las cargas volumétricas de 9,1 a 18,1 kg de COT/día/28,3 m^{3}, de capacidad de la cámara de aireación y las cargas orgánicas (alimento respecto a microorganismos, F/M) de 0,091 a 0,181 kg/día/0,45 kg de sólidos que están en suspensión en el líquido de tratamiento (MLSS). El tiempo de retención de lodos (SRT) puede variar debido a la carga de nutriente, peso normalmente variará entre 5 y 15 días para este procedimiento que puede conseguir del 85 al 95 por ciento de separaciones del COT son la operación apropiada (U.S. EPA, Technology Transfer, 1974).

Aireación por etapas - En un sistema de aireación por etapas la corriente residual de PVA tratado se introduce en varios puntos (710) a lo largo de la cámara de aireación (Fig. 10). Sin embargo, el lodo activo (716) de retorno, que normalmente varía de 25 a 75 por ciento del flujo de diseño, se introduce en el extremo de cabeza de la primera cámara de aireación (712) como en el sistema de aireación convencional prolongada. Esto permite una utilización más eficaz de la biomasa del lodo activo y una distribución uniforme de la demanda de oxígeno por toda la cámara.

Los sistemas de aireación por etapas, están diseñados para cargas volumétricas de 18,1 a 27,2 kg COT/día, 28,3 m^{3} de capacidad de la cámara de aireación y las cargas orgánicas (alimento respecto a microorganismos, F/M) de 0,091 a 0,181 kg/día/0,45 kg, MLSS. El tiempo de retención de lodos (SRT) puede variar, de nuevo, dependiendo de la adición del nutriente pero, en general, será similar a la de los sistemas de aireación convencional prolongada (U.S. EPA, Technology Transfer, 1974).

Reacción por cargas secuenciales - Un sistema de reacciones por cargas secuenciales es un procedimiento de lodo activo, en donde dos o más bio-reactores (720) aerobios se llenan secuencialmente, se oxida bioquímicamente la carga orgánica, y se descarga por decantación desde cada unidad (722) discreta (Fig. 11). Este diseño elimina la necesidad de una cámara clarificadora por separado, reduciendo, por separado, la huella global de la planta de tratamiento. Típicamente, en un sistema de reacciones por cargas secuenciales, los bio-reactores aerobios se alternarán entre acumulación/digestión y sedimentación/descarga por decantación. Para el tratamiento de corrientes residuales de PVA tratado, se puede hacer operar a los reactores discontinuos secuenciales en serie, en un esfuerzo para disminuir la carga de carbono orgánico de forma incremental a lo largo del tren de tratamiento. Además, el tratamiento que emplea esta operación del proceso se realiza en cargas aisladas en vez de otros diseños que utilizan alguna forma de flujo a través del sistema. Como resultado, el tratamiento de reacciones por cargas secuenciales de las corrientes residuales de PVA tratado, permite la manipulación de los parámetros de operación, tal como el tiempo de retención, para cada carga individual de agua residual, según se mueve a través del sistema.

En los sistemas de reacciones por cargas secuenciales, las cargas volumétricas del diseño son similares a las de un sistema de aireación convencional prolongada, donde el PVA tratado se puede tratar a razón de 9,1 a 18,1 kg de COT/día/28,3 m^{3}, de capacidad de la cámara de aireación y cargas orgánicas de 0,091 a 0,181 kg/día/0,45 kg, MLSS.

Estabilización por contacto - Como en la aireación por etapas, la diferencia entre la aireación convencional prolongada y la estabilización por contacto implica un cambio en la localización de la alimentación del PVA tratado influente y el retorno (712) de los lodos a la cámara de aireación (Fig. 12). Las cargas de COT volumétricas, F/M, SRT, y la eficacia de la separación de la materia orgánica son similares a los del sistema de aireación por etapas. La relaciones de retorno de lodos varían de 25 al 100 por cien del flujo medio de diseño.

El sistema de estabilización por contacto consiste en una cámara (730) de aireación de la reacción, una cámara (732) de aireación por contacto, y un clarificador (704) secundario. En este diseño, la carga de agua residual de PVA tratado de COT en estado coloidal o insoluble se separa rápidamente de la corriente residual en un tiempo de contacto relativamente corto mediante el mecanismo combinado de absorción biológica, síntesis y floculación. Esto puede ofrecer la posibilidad de una reducción en el tamaño de la planta por unidad de agua residual de PVA tratada, mientras la corriente de agua residual exhiba estas características. En el diseño del sistema de estabilización por contacto, después de que el lodo (716) se separa del agua residual (718) en el clarificador (704), el lodo concentrado se transfiere a, y se airea por separado en, la cámara (730) de aireación de la reacción. Aquí el COT floculado y absorbido se estabiliza. El procedimiento de estabilización por contacto tiene la ventaja de ser capaz de manejar choques orgánicos y cargas tóxicas más grandes debido a la capacidad de amortiguación biológica de la cámara de aireación de la reacción.

Reactores de lecho fluidizado - Un procedimiento de reacción en lecho fluidizado es uno en donde un medio puesto en suspensión, tal como carbono activado o bio-bolas de plástico, se incorpora en el bio-reactor, las cámaras de aireación, y/o de reacción/contacto para proporcionar una superficie específica adicional con el fin de que crezca la bio-película bacteriana. Esta modificación se puede adaptar a cualquiera de los procedimientos de lodos activos previamente descritos (Fig. 9-12). La ventaja de los reactores de lechos fluidizado sobre los diseños de lodos activos convencionales es su capacidad para hacer crecer un consorcio más diverso y más amplio de bacterias fijadas al medio que está en suspensión, así como las dispersas en las masas floculadas por toda la fase acuosa de la cámara de aireación. Cuando se utiliza carbono activado como medio fluidizante, proporciona propiedades de adsorción que pueden amortiguar los efectos de las cargas orgánicas o de choque tóxico. Debido a las limitaciones de bombeo mecánico y sedimentación las bio-bolas como medio del lecho fluidizado están mejor adecuados en una aplicación de reacción por cargas secuenciales donde todas las fases del tratamiento se realizan dentro de un único reactor.

Debido a su capacidad para amortiguar altas cargas orgánicas, se diseñan sistemas de reactor de lecho fluidizado para cargas volumétricas de 18,1 a 27,2 kg COT/día, 28,3 m^{3} de capacidad de la cámara de aireación y relaciones de F/M de 0,091 a 0,2275 kg/día/0,45 kg, MLSS. El SRT puede variar, de nuevo, dependiendo de la adición del nutriente, pero en general deberá ser similar a los de los sistemas de aireación convencional prolongada.

Ósmosis inversa - De nuevo, una vez más, el objetivo de los procedimientos del tratamiento secundario y terciario, dentro del contexto de esta invención es separar de forma incremental el carbono orgánico que permanece en solución después del tratamiento primario del PVA. A través de la apropiada adaptación del tratamiento biológico secundario es posible separar de forma eficaz del 80 al 95 por ciento de ese carbónico de la solución. Sin embargo, en casos en los que el agua con PVA tratado se debe mantener en un sistema de bucle cerrado, todo el carbono orgánico restante tendrá que ser separado. Cuando se requiera la separación total del carbono orgánico el agua efluente (718) procedente del tratamiento biológico secundario se tratará en un sistema de ósmosis inversa (740) terciario.

Ósmosis es un término que describe el fenómeno del flujo de agua a través de una membrana semipermeable que bloquea el transporte de sales u otros solutos a través de ella. Cuando una membrana semipermeable separa dos volúmenes de agua, el agua fluirá desde el lado de baja concentración de soluto hacia el lado de alta concentración de soluto. El flujo se puede parar o invertir aplicando presión sobre el lado de concentración más alta. Cuando se realiza este proceso se hace referencia a él como ósmosis inversa (Lachish, 2000). El concepto de ósmosis inversa se incorporará en el tren de tratamiento de la invención por prefiltrarse primero el agua (718) del efluente secundario a través de un filtro de partículas (0,65 a 10 micrómetros) para separar cualquier sólido en suspensión. Después de prefiltrar, el agua se transfiere a un depósito de concentrados de ósmosis inversa (RO). Es esta etapa se utiliza una bomba de alta presión para bombear el agua de la membrana RO. La presión aplicada por la bomba sirve para forzar a una porción de agua a través de la membrana hasta el lado del permeado. Las sales y los solutos orgánicos demasiado grandes para pasar a través de los poros de la membrana son retenidos como concentrado y arrastrados desde el lado de aguas arriba de la membrana por el flujo de presión tangencial (Millipore, Pelliconm and Proflux-Millipore Corp.). Esta acción impide su acumulación sobre la superficie de la membrana y reduce el potencial taponamiento. En una operación típica, del 10 al 20 por ciento del agua se filtra a través de la membrana RO como filtrado con cada paso, mientras que el restante 80 al 90 por ciento es rechazado y enviado de vuelta al depósito de concentrados. Con cada paso o ciclo se reduce el volumen del depósito de concentrados hasta que alcanza aproximadamente el 10 por ciento del volumen de la carga inicial.

El agua filtrada exenta de sales, los radioisótopos y el COT se bombearán hasta un embalse o depósito de agua limpia para su uso en un futuro tratamiento del PVA. El agua del concentrado se transferirá a la cámara que contiene los lodos residuales. Aquí se mezclará y se aireará con bio-sólidos gastados. Como resultado, tendrá lugar una oxidación/estabilización bioquímica adicional del COT antes de la deshidratación final y la eliminación del residuo sólido radiactivo y los bio-sólidos gastados.

Según se utiliza aquí la memoria descriptiva, "un" o "una" puede significar uno o más. Según se utiliza aquí, en las reivindicaciones, cuando se usa junto con la expresión "que comprende", las palabras "un" o "una" pueden significar uno o más de uno. Según se utiliza aquí "otro" puede significar al menos un segundo o más.

D. Operación de la invención

Los siguientes son ejemplos ilustrativos de la invención y no pretenden limitar el alcance u operación de la invención. Otros objetos, características y ventajas de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada. Se comprenderá, sin embargo, que la descripción detallada y los ejemplos específicos, aunque indican realizaciones preferidas de la invención, se dan únicamente a modo de ilustración, ya que a partir de esta descripción detallada serán evidentes, para los expertos en la materia, diversos cambios y modificaciones dentro del espíritu y alcance de la invención.

Ejemplo 1

En una realización preferida de la presente descripción (obsérvese la Fig. 6), un recipiente (100) de solución es, preferiblemente, un autoclave hecho de acero inoxidable o un material similarmente resistente a la corrosión. El material polimérico residual sólido, soluble en agua, se sitúa en el recipiente (100) de solución en una solución acuosa. Preferiblemente, el material polimérico residual sólido, soluble en agua, se añade al agua para formar una solución que contenga el material polimérico en un intervalo entre aproximadamente 0,5% y aproximadamente, pero menos de, 5% en peso. En una realización más preferida, el material polimérico residual sólido, soluble en agua, se añade a la solución en un intervalo entre aproximadamente 0,5% y aproximadamente 2,5% en peso. Preferiblemente, el recipiente (100) de la solución mantiene una presión suficiente para permitir el calentamiento de la solución acuosa a una temperatura de más de 100ºC. Más preferiblemente, el recipiente (100) de la solución mantiene una presión suficiente para permitir el calentamiento de las solución acuosa a una temperatura en un intervalo entre aproximadamente 104,4ºC y aproximadamente 121,1ºC. Estos parámetros se observan y se controlan, normalmente, de forma automática. La solución se mantiene a una temperatura designada para una cantidad de tiempo predeterminada para permitir que las prendas de vestir de material polimérico y otros artículos se disuelvan y se asegure la completa esterilización de la solución.

Después de la solubilización, la solución acuosa se transfiere luego a un sistema (104) de filtración. Preferiblemente, el sistema (104) de filtración comprende un conjunto de cedazos para separar colando cualquier material polimérico no disuelto, que se disolverá, por último, como resultado de la abrasión y la turbulencia creada por la recirculación de la solución de material polimérico. El sistema (104) de filtración separa también colando cualquier material no soluble que sea incompatible con el procedimiento.

Después de la filtración, la solución acuosa se transfiere luego a un cambiador de calor (114), que preferiblemente se enfría por aire, para acelerar la reducción de la temperatura de la solución. Después de la recirculación al recipiente (100) de la solución, se hace volver la solución enfriada a la presión ambiental. En una realización preferida, a medida que se hace volver la solución al recipiente (200) de reacción fotoquímica, la temperatura de la solución se mantiene dentro de un intervalo entre aproximadamente 65,6ºC y aproximadamente 93,3ºC.

Cuando el material polimérico soluble en agua se ha solubilizado, y la solución acuosa se ha filtrado y enfriado, se transfiere al recipiente (200) de reacción fotoquímica. Un sistema de inyección (300) del agente oxidante, suministra peróxido de hidrógeno a la solución acuosa que circula dentro del recipiente (200) de reacción fotoquímica. El peróxido de hidrógeno se mezcla con la solución acuosa en el recipiente (200) de reacción fotoquímica. Preferiblemente, el sistema de inyección (300) del agente oxidante que comprende un rotómetro automático y un registrador del pH. En una realización preferida, se inyecta peróxido de hidrógeno concentrado en una tasa mínima de aproximadamente (100) mililitros por cada 37,9 litros de solución.

Preferiblemente, el reactor fotoquímico (200) comprende una matriz de tubos que tienen elementos del núcleo montados en ellos coaxialmente para la generación de radiación electromagnética. Preferiblemente los elementos generan radiación ultravioleta con longitudes de onda en un intervalo entre aproximadamente 185 y aproximadamente 310 nanómetros. Más preferiblemente, los elementos generan radiación ultravioleta con longitudes de onda en un intervalo entre aproximadamente 185 y aproximadamente 250 nanómetros. En la relación más preferida, la solución acuosa circula en el reactor fotoquímico (200), que contiene un número de elementos ultravioletas espaciados, teniendo cada uno un escudo de cuarzo que rodea un elemento del núcleo ultravioleta. La solución es irradiada, así, de forma continua por la radiación ultravioleta mientras que se está mezclando mecánicamente, o recirculando. La exposición del peróxido de hidrógeno en la solución a energía electromagnética en las longitudes de onda de la radiación ultravioleta da como resultado la fotolisis del peróxido de hidrógeno en radicales hidroxilo libres (OH\cdot). Los radicales hidroxilo libres atacan a los constituyentes orgánicos de la solución, iniciando una cascada de reacciones de oxidación, que incluyen la completa destrucción del material polimérico en la solución, y que da como resultado una corriente residual de ácidos orgánicos que comprende agua y ácido acético. El aumento de la concentraciones de iones hidrógeno que resulta de la reacción de oxidación origina una disminución del pH de la solución. Preferiblemente, el pH de la solución se mide como el parámetro indicador de la concentración de material polimérico que permanece en la solución. La medida del pH de la solución se realiza preferiblemente mediante el sistema de inyección (300) del agente oxidante. De esta forma, el sistema de inyección (300) del agente oxidante puede controlar la continuación del procedimiento fotoquímico hasta que el pH se reduce de forma incremental hasta un nivel que indica que todo el material polimérico en la solución ha sido destruido.

Ejemplo 2 Materiales radiactivos

Una realización alternativa proporciona el agotamiento opcional del material radiactivo en la solución. Obsérvese de nuevo la Fig. 6. Esto se lleva a cabo mediante la circulación de la solución a través del sistema de filtración 600 del material radiactivo antes de la transferencia de la solución al recipiente (400) de neutralización. Preferiblemente, el sistema de filtración (600) del material radiactivo que comprende un filtro micrométrico que separa la materia radiactiva en forma de partículas, y una unidad de cambio iónico que reduce los radioisótopos agotados hasta un nivel elemental. En una realización más preferida, el filtro micrométrico está compuesto de un filtro de cartucho de <0,1 micrómetros. Los resultados de los ensayos relacionados con esta realización aparecen en el diagrama 2-1.

Ejemplo 3 Neutralización del pH

Todavía otra realización alternativa proporciona la neutralización opcional del pH de la solución acuosa. Obsérvese de nuevo la Fig. 6. Cuando la reducción del pH de la solución indica que se ha destruido sustancialmente la totalidad del material polimérico en la solución, la solución se transfiere al recipiente (400) de neutralización. Un sistema (402) neutralizador del pH inyecta hidróxido de sodio en el recipiente (400) de neutralización. Como un agente para elevar el pH a un estado más alcalino. Preferiblemente, el sistema (402) neutralizador del pH, que comprende un controlador automático del pH que inyecta proporcionalmente hidróxido de sodio para aumentar el pH hasta que se consigue el pH deseado, y se controla la recirculación de la solución a través del recipiente (400) de neutralización. En una realización preferida, el pH se neutraliza hasta que esté dentro del un intervalo entre aproximadamente 6,0 y aproximadamente 8,0.

Ejemplo 4 Biodegradación

Otra realización alternativa proporciona la degradación opcional del residuo de ácidos orgánicos que permanecen en la solución acuosa. Después de que la solución alcanza un pH aceptablemente neutro, se transfiere a las bio-celdas (500) (véase la Fig. 6) donde se metabolizan los compuestos orgánicos que permanecen en la solución acuosa. Las bio-celdas (500) son, preferiblemente, bio-reactores aerobios de medio fijo inoculados con microorganismos compuestos sustancialmente de bacterias heterotróficas aerobias. Preferiblemente, para maximizar la eficacia del procedimiento biológico, el agua tratada se recircula antes de moverse a la siguiente celda. Más preferiblemente, la relación de mezcla de reacción es de aproximadamente 5 a aproximadamente 1, de forma que por cada litro añadido a la celda, se hacen circular cinco litros y se rocían sobre el medio fijo para crear un tiempo de retención dentro de la celda. La transferencia de celda a celda y la descarga se puede llevar a cabo mediante desplazamiento volumétrico en un vivero y flujo por gravedad. Las bacterias metabolizan el carbono en exceso en la solución hasta que la solución esté adecuada para la descarga, como se definió mediante los requisitos reguladores del sistema local de sumideros higiénicos, u otro sistema de eliminación final.

La Fig. 7 es una representación esquemática detallada de un sistema prototipo de una realización preferida, según se describe aquí, y en la Fig. 6, y está diseñado para realizar las etapas del procedimiento aquí descritas, y de la Fig. 1.

Ejemplo 5 Disoluciones varias

Se puede usar el equipo equivalente al de las Fig. 6-7 y el procedimiento de la Fig. 1, y descubrir, como lo hicieron los solicitantes, que el tratamiento de soluci0ones contaminadas que contienen cantidades variables de PVA en diferentes soluciones ácidas o básicas da como resultado una sustancial disminución del pH tras la conclusión (aproximadamente 2,8-5,2 horas, dependiendo de la longitud de onda usada para irradiar la solución y la concentración de H_{2}O_{2} y otras variables - véanse los Ejemplos 7-1 y 7-2) con el cambio de pH en el intervalo entre aproximadamente 2,5 y aproximadamente 4,0.

Ejemplo 6 Método de tratamiento del PVA: disolver PVA e introducir radicales hidroxilo en dos etapas

Se han desarrollado métodos de tratamiento para la destrucción de poli(alcohol vinílico). Estos métodos se derivaron basándose en la necesidad de la conversión y posterior destrucción de materiales residuales elaborados a partir de PVA. Se puede elaborar PVA en diversas formas que incluyen películas, telas no tejidas y tejidas, etc. Estos materiales de PVA se pueden transformar en muchos productos para el consumidor. Los productos se pueden usar como productos sustitutivos en muchas industrias. Estos consumibles terminan como materiales residuales y son costosos de tratar y eliminar por medios convencionales. El PVA es un polímero biodegradable documentado.

Sin embargo, los ensayos indican que la tasa de biodegradabilidad es limitada y probablemente no va a ser comercialmente viable.

Al reconocer la utilidad de este producto y las potenciales aplicaciones en diversos mercados industriales, es decir, aquellos que implican residuos peligrosos, los inventores se proponen desarrollar un medio de coste eficaz para tratar materiales basados en PVA como consecuencia de la vida útil que aprovecharía económicamente el generador de residuos y proporcionaría una mejor solución medioambiental a los vertederos e incluso a los procedimientos de incineración. Los ensayos e investigaciones conducen a varias tecnologías comercialmente viables para tratar residuos basados en PVA. Un método para la destrucción de polímeros solubles en agua incluye las etapas de:

\bullet: Poner la corriente residual que contiene el polímero soluble en agua en el depósito de solución;

\bullet: Añadir agua;

\bullet: Calentar el contenido del depósito a >82,2ºC;

\bullet: Mantener la temperatura elevada durante al menos 30 minutos;

\bullet: Enfriar el contenido del depósito a <82,2ºC;

\bullet: Transferir el contenido al depósito de reacción (se supone que el polímero va en la solución en una concentración de >0% a <5%;

\bullet: Añadir la cantidad apropiada de peróxido de hidrógeno;

\bullet: Irradiar la solución con radiación ultravioleta durante un periodo de tiempo relativo; y

\bullet: Evaluar los resultados, si se desea.

Para este método, las soluciones concentradas de PVA (>5% de PVA) son hidráulicamente inestables y tienden a abandonar la solución si se agita o se mueve. Los materiales de PVA se empiezan a solubilizar a 82,2ºC y forman verdaderas soluciones cuando la temperatura alcanza 110ºC. Se requieren 1000-2000 mg/l de peróxido de hidrógeno por 10000 mg/de solución de PVA, si se requiere, como catalizador de la oxidación para la destrucción eficaz del PVA en la solución, en la que la destrucción eficaz se define como la destrucción de >90% del polímero. Se ha descubierto que la radiación UV asociada al catalizador del peróxido de hidrógeno, es el medio más eficaz mediante por medio del cual destruir el PVA en solución. La radiación UV en una longitud de onda de 180-190 nm es muy eficaz, aunque las longitudes de onda de 180-310 nm producirán resultados positivos. Los ácido acético y fórmico son los dos productos fotolíticos primarios, no obstante, también se forma un gran número de productos orgánicos intermedios durante la fotolisis.

Ejemplo 7 Método de tratamiento del PVA: disolver el PVA e introducir radicales hidroxilo en una única etapa

Otro tratamiento desarrollado para la destrucción de poli(alcohol vinílico) mantiene la disolución simultánea de del PVA y la producción de radicales hidroxilo, e incluye las etapas de:

\bullet: Poner el polímero soluble en agua en el depósito de solución;

\bullet: Añadir el peróxido de hidrógeno al depósito de solución;

\bullet: Añadir agua; Calentar el contenido del depósito a >82,2ºC;

\bullet: Mantener una temperatura elevada durante al menos 30 minutos; y

\bullet: Enfriar el contenido del depósito a >82,2ºC.

Mediante este método se pueden manejar de forma eficaz soluciones de PVA de 0-30%, en peso, de concentración. Las etapas de añadir el polímero soluble en agua, peróxido de hidrógeno y agua al depósito de solución se puede realizar en cualquier orden. Se requieren concentraciones de 1000-2000 mg/l de peróxido de hidrógeno por 10000 mg/l de PVA para la destrucción eficaz, en la que la destrucción eficaz se define como una destrucción de >90% del polímero. Se requieren temperaturas >87,8ºC junto con peróxido de hidrógeno para destruir eficazmente el PVA. Para este método no se requiere irradiación UV; es suficiente calentar la solución que contiene peróxido de hidrógeno para crear los radicales hidroxilo necesarios para la destrucción del PVA. El ácido acético, el ácido fórmico y un gran número de productos orgánicos intermedios son los subproductos de degradación de esta reacción.

Ejemplo 8 Tratamiento de la solución de PVA

Aunque el PVA es soluble en agua, a concentraciones superiores al 1% acompañado de temperaturas inferiores a 65,6ºC, cualquier movimiento o mezcla del líquido originará que el PVA resolidifique a partir de la solución. Esta característica ha creado obstáculos significativos para la eliminación de las corrientes residuales de PVA. Para superar esta característica físico/química, se desarrolló el siguiente procedimiento de tratamiento para destruir el PVA en solución, como se demuestra en los datos de reacción descritos en la representación gráfica 7-1. Los principios de la presente invención se afirmaron mediante ensayos con éxito tanto en el laboratorio como a gran escala, ensayos en el sitio en una instalación nuclear, con los resultados mostrados en la representación gráfica adjunta.

Etapa 1

Fase de solución

Se añade un peso predeterminado de material de PVAS contaminado a un volumen específico de agua de forma que se pueda crear una solución con un tanto por ciento de concentración específico. A efectos de estos conjuntos de datos, la concentración era o bien del 0,5% en peso en los ensayos abajo indicados (11101-02C)-(1111-D), o 2,0% en peso en los ensayos (1112-D)-(1117-D). Después de la adición de PVA y agua, el recipiente de solución se cerró de forma segura y se calentó a una temperatura de 110ºC, a una presión de 34,5-48,3 kPa), durante 30 minutos. En ensayos previo, se había determinado que todo el PVA debería ser conducido a la solución bajo estas condiciones, dejando únicamente los contaminantes radiactivos y los sólidos que no era PVA.

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Etapa 2

Fase de enfriamiento

Después de calentar, se deja que se enfríe la solución hasta un intervalo de temperatura entre aproximadamente 54,4ºC y aproximadamente 82,2ºC. Por seguridad, se controló la presión y el recipiente se ventiló antes de la transferencia.

Etapa 3

Fase de transferencia

Cuando se consiguió una temperatura y una presión seguras, la solución de PVA se bombeó a través de cedazos de malla 30 hasta un reactor de la solución . En esta fase, se separaron de la solución los sólidos que no eran PVA. Esta etapa es necesaria antes de la fase de reacción para reducir el traspaso de los sólidos en suspensión que reduciría la transmitancia de la radiación ultravioleta en la fase de reacción. Hay que tomar alguna precaución durante la fase de transferencia para mezclar suavemente la solución de forma que todo el material no disuelto permanezca en suspensión. Esto era necesario para impedir la acumulación de contaminantes radiactivos en el recipiente de solución entre carga y carga. Los cedazos del sistema se deberán limpiar entre cargas cuando el diferencial de presión entre la entrada y salida del cedazo exceda del 75% de la presión nominal de cabeza a la salida de la bomba de transferencia.

Etapa 4

Fase de reacción

La fase de reacción implica recircular la solución de PVA pasada por el cedazo a través de un reactor fotoquímico después de inyectarlo primero con peróxido de hidrógeno. El aparato usado para generar los conjuntos de datos descritos en la representación gráfica 7-1 incluye:

\bullet: Un recipiente del reactor de la solución , de fondo cónico, de 56,8 litros.

\bullet: Una bomba de reciclado de 7,6 litros por minuto

\bullet: Un reactor UV de 7,6 litros que contenga un elemento de 189 nm con una potencia total de radiación ultravioleta de 19,3 vatios

\bullet: Una bomba dosificadora de reactivo con una potencia máxima de 7,6 litros por día, para la adición de peróxido de hidrógeno

\bullet: Un medidor-registrador de pH para medir y registrar la reacción de acidificación

\bullet: Sistema de toma de muestras para controlar el ensayo del PVA, la temperatura u la conductividad de la solución

Una vez que se han llenado el reactor de la solución y la cámara UV hasta un nivel operativo, se encendió el reactor UV y se dejó que se calentara. A continuación, se puso en marcha la bomba dosificadora del peróxido de hidrógeno. La bomba dosificadora extrajo desde un matraz que contenía un volumen predeterminado de peróxido de hidrógeno al 30% de manera que durante un periodo de 4 horas, se inyectase la solución con una dosis precisa. Después de empezar la inyección del peróxido de hidrógeno, se puso en marcha la bomba de reciclado del reactor de la solución para que la solución de PVA mezclada con las cantidades dosificadas de peróxido de hidrógeno circulase desde el recipiente del reactor de la solución a través de la cámara del reactor UV y de vuelta a reactor de la solución. La irradiación UV de la solución dio como resultado la fotolisis del peróxido de hidrógeno disuelto en la solución, formando radicales hidroxilo libres. Los radicales hidroxilo libres son un agente oxidante extremadamente agresivos que atacan y reducen el PVA mediante una cascada de reacciones de oxidación, que dan como resultado la conversión completa del poli(alcohol vinílico) en la solución en ácidos orgánicos. (Remitirse al procedimiento de reacción fotoquímica descrito en la Fig. 2). Esta reacción dio como resultado una acidificación de la solución que se siguió en el registro del medidor de pH. Esto era una indicación de que se había destruido el PVA en la solución. En este punto, se extrajo una muestra y se realizó un ensayo para averiguar el PVA residual. En este ensayo, se inyectó un vial de solución indicadora con una cantidad predeterminada de muestra y después de mezclar, se comparó con un blanco patrón. Si no se observaba cambio de color entre el vial de muestra y el blanco patrón, la reacción se había completado y había PVA en la solución. El tiempo de contacto de la radiación UV durante el periodo total de reacción se calculó basándose en los volúmenes relativos de cada carga individual que estaba reaccionando y la capacidad del reactor UV. Basándose en esta relación, se determinó que el tiempo medio de contacto para las cargas 1101-02C-1111-D fue de 2,48 horas, y el tiempo medio de contacto para las cargas 1112-D-1117-D fue de 3,48 horas. La diferencia de los tiempos medios de contacto entre los dos conjuntos de muestras de las cargas se atribuyó a diferencias de concentración del PVA en la solución inicial. Una vez que el análisis detectó que no había PVA detectable en la solución, la carga estaba lista para la filtración micrométrica y el cambio iónico para separar la contaminación de isótopos radiactivos tanto disueltos como en suspensión.

Etapa 5

Fase de filtración de radioisótopos

Otra fase importante del ensayo a gran escala fue el estudio de la capacidad de este procedimiento para separar la contaminación radiactiva de la corriente residual de PVA tratado. En esta fase, la corriente residual que había reaccionado y que contenía contaminantes radiactivos se bombeó desde el reactor de la solución a través de una serie de filtros micrométricos y lechos de resinas de cambio iónico, luego se recicló de vuelta al reactor de la solución. Entre cada etapa de este procedimiento, se recogieron muestras para determinar dónde y en qué grado se habían separado los isótopos radiactivos. Los resultados del análisis están tabulados en la Tabla 2-1. Las unidades estándar de medida de la concentración de radiactividad son microcurios por centímetro cúbico (\muc/cm^{3}). El factor de descontaminación es un término comúnmente usado que indica la eficacia media de separación del filtro. Se determinó dividiendo la concentración de entrada por la concentración de salida. Por ejemplo si la concentración de entrada era de 100 \muc/cm^{3} y la concentración de salida era de 10 \muc/cm^{3}, entonces el factor de descontaminación sería 10. Los símbolos alfanuméricos de la parte superior de la representación gráfica 2-1 son nomenclatura química estándar para los diversos isótopos químicos y de interés en este caso. El número representa el número de masa atómica del elemento. El factor de descontaminación es igual a la Actividad del depósito de solución dividido por la Actividad del efluente IX. El factor de descontaminación del sistema es igual a la Actividad del depósito de reacción dividido por la Actividad del efluente IX. "LLD" representa un nivel de actividad por debajo del límite de
detección.

La columna más a la izquierda de la Tabla 2-1 representa los números de las cargas. Las cargas PV06D a PV09D se filtraron y se hicieron pasar a través de una unidad de cambio iónico consistente en resina con una relación de catión respecto a anión de 2:1. Las cargas PV13D a PV15DR se filtraron y se hicieron pasar a través de una unidad de cambio iónico consistente en una resina con una relación de anión respecto a catión de 2:1. En la segunda columna de la izquierda, los encabezamientos del Factor de descontaminación, y el FD del sistema representan la descontaminación total de cada uno de los radioisótopos listados por separado y colectivamente. Los isótopos más predominantes en las cargas analizadas fueron Cobalto 58 y Cobalto 60. Estos dos isótopos se separaron más eficazmente en el filtro y en la resina de cambio iónico en la que se usó una relación de anión respecto a catión de 2:1.

Se descubrió que el control de la conductividad de la solución y el pH iba a ser un medio indirecto pero excelente para predecir la eficacia del agotamiento del isótopo. La conductividad del agua residual que volvía al reactor de solución daba una indicación en que se separaron los isótopos de metales pesados, y el pH del agua de retorno daba una indicación de la vida del lecho de resina. Cuando la conductividad y el pH del reactor solución y del agua reciclada se igualaba, el agua primaria tratada y que se había hecho reaccionar estaba preparada para transferirla a un tratamiento biológico secundario y de corrección del pH para separar los materiales orgánicos residuales
disueltos.

Etapa 6

Fase de corrección del pH

Después de que se hubo completado la fase de filtración de radioisótopos, el agua residual primaria tratada y que se había hecho reaccionar se transfirió desde el reactor de solución a la cámara de corrección del pH. Aquí, un controlador automático proporcional del pH ajusta el pH de las aguas residuales de entrada para que caigan dentro de los límites de dos puntos predeterminados establecidos. Se determinó antes de empezar este estudio, que el producto final de la oxidación-reducción fotoquímica del poli(alcohol vinílico) es ácido acético y, además, ese ácido acético es no iónico. El hecho de que el ácido acético sea no iónico permitía el cambio iónico y la separación de los isótopos radiactivos en la fase de filtración sin cargar la resina con materiales orgánicos disueltos. Para corregir el pH, el controlador inyectó hidróxido de sodio en la solución que contenía acetato del ácido acético. Esto dio como resultado la formación de una solución de acetato de sodio, que estuvo luego preparada para su introducción en el tratamiento biológico
secundario.

Etapa 7

Fase de tratamiento biológico

Una vez neutralizada, la solución contenía todavía una carga orgánica significativa. La solución se midió mediante una serie de celdas del bio-reactor de medios fijos aerobios. Cada celda consta de una torre vertical con recirculación interna a través de medios fijos colonizados con microorganismos que, a su vez, degradaban bioquímicamente el acetato de sodio residual disuelto en la solución. (Haciendo referencia a la Fig. 4 para los detalles del camino bioquímico de la degradación). La tasa de alimentación de solución de ácido acético a las celdas del bio-reactor se basó en la relación de los siguientes elementos dinámicos:

\bullet: Concentración de acetato de sodio en la solución

\bullet: Superficie específica de los medios fijos disponibles para la colonización microbiana

\bullet: Concentración de oxígeno disuelto en la solución

\bullet: Concentración de macro-nutrientes en la solución

\bullet: El tiempo de retención dentro de los reactores de la bio-celdas

\bullet: Las limitaciones de la descarga para la concentración de carbono orgánico total

Una tasa de separación del 80 a 90% de los kilos totales de COT se considerará normal para un sistema donde los elementos dinámicos listados se controlan y se equilibran. Si la carga de COT influente es demasiado grande o la limitación de la descarga de efluente es excepcionalmente estricta, puede ser necesaria la adición de un tratamiento biológico intensificado. El tratamiento con bio-reactor de lecho fluidizado que utiliza carbono activado pulverizado (CAP) es un tratamiento biológico intensificado bien adecuado a esta aplicación. Una cámara de CAP es una en la que el carbono activado pulverizado y seco se carga en una cámara den aireación para formar un bio-reactor de lecho fluidizado. El carbono pulverizado llega a ser un sustrato en suspensión para el crecimiento bacteriano y sujeción, separando así las bacterias del medio de crecimiento. La observación de sólidos puestos en suspensión en un licor mixto al 25-30% representa la concentración óptima para proporcionar la máxima superficie específica para el crecimiento bacteriano. Cuando se usa en combinación con otras formas de tratamiento secundario, tal como, pero no limitado a, bio-reactores de medios fijos, la separación del COT combinado puede mejorar hasta un 95-
99%.

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(Tabla pasa a página siguiente)

1

2

3

TABLA 6-1 Ensayo palo verde

4

TABLA 6-2 Ensayo punto piloto

5

^{1} La carga 991028VC operó con 1 cm^{3} de H_{2}O_{2} al 30%/202 cm^{3} de agua

\begin{minipage}[t]{155mm}^{2} Comentarios: Control negativo, la carga 991029C operó únicamente con UV, ni se añadió peróxido. Después de 4,0 (Horas de radiación) no se observó reducción en la concentración de PVA, según se determinó mediante un ensayo de color. \end{minipage}

Aunque se ha descrito esta invención con realizaciones preferidas, no se pretende limitar el alcance de la invención a la forma expuesta, sino por el contrario, se pretende cubrir tales alternativas, modificaciones, y equivalente en la medida en que se pueden incluir dentro del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, hay numerosas variaciones y combinaciones de bombas, tuberías, conexiones de tuberías, y agrupaciones de valores que se pueden hacer para establecer las conexiones necesarias entre los componentes esenciales del sistema descrito. También, un experto en la materia apreciará en la puesta en práctica del procedimiento de esta invención, se requerirá una experimentación razonable para optimizar las condiciones del procedimiento como una función del PVA en solución que se va a tratar y el equipo seleccionado o disponible para llevar a cabo la invención.

Referencias

Las siguientes referencias, en la medida en que proporcionan una forma de procedimiento típico u otros detalles complementarios a los aquí expuestos, se incorporan específicamente aquí como referencias.

Burgess, Quarmby & Stephenson, "Vitamin addition: an option for sustainable activated sludge process effluent quality", Journal of Industrial microbiology & Biotechnology, 24: 267-274 (2000).

Bolton y colaboradores, publicación "Homogeneous Photodegradation of Contaminated Water on Introduction", CRC Pess, Boca Raton, FL (1993).

Finley, Ensayo corregido, "Spectrophotometric Determination of Polyvinyl Alcohol in Paper Coatings", Analytical Chemistry, 33(13) (Diciembre de 1961).

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Uri Lachish, "Osmosis and Reverse Osmosis and Osmotic Pressure: What They Are," Guma Science, urila@
internet-zahav.net (2000).

Oji, "Oxidative Mineralization and Characterization of Polyvinyl Alcohol for Compatibility With Tank Farm Processing Chemistry", resumen ampliado del Informe Nº RP-99-00524, Rev. 0, un memorandum, y un completo informe del mismo título de fecha, 30 de junio de 1999.

Millipore, Pelliconm and Proflux-Millipore Corp., "Protein Concentration and Diafiltration by Tangential Flow Filtration", páginas 1-25 (1999)

U.S. Environmental Protection Agency, Technology Transfer, "Process Design Manual For Upgrading Existing Wastewater Treatment Plants", capítulos 4-5 (1974).

Patente de EE.UU. 5.208.104

Patente de EE.UU. 5.181.967

Patente de EE.UU. 5650.219

Claims

1. Un procedimiento para tratar una solución acuosa que contiene (i) un polímero soluble en agua y (ii) un material radiactivo, comprendiendo dicho procedimiento:

: calentar la solución acuosa a una temperatura de, al menos, 82,2ºC;

: introducir al menos un agente oxidante en la solución acuosa; y

: mantener la solución acuosa a una temperatura de reacción de, al menos, 82,2ºC durante un periodo de tiempo suficiente para reaccionar, degradar y destruir al menos una porción del polímero para producir al menos un producto de degradación.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la solución acuosa se calienta a una temperatura de reacción que se extiende de 82,2ºC a 121,1ºC.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la solución acuosa se calienta a una temperatura de reacción que se extiende de 104,4ºC a 121,1ºC.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la solución acuosa se calienta en un sistema presurizado a una temperatura que se extiende de 100ºC a 121,1ºC.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que al menos un agente oxidante comprende peróxido de hidrógeno.

6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que el peróxido de hidrógeno está presente en la solución acuosa en una cantidad que se extiende de 0,05% a 20% en volumen.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que el peróxido de hidrógeno está presente en la solución acuosa en una cantidad que se extiende de 0,05% a 0,5% en volumen.

8. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que al menos un producto de degradación comprende al menos un ácido orgánico.

9. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además la etapa de:

poner (i) el polímero soluble en agua y (ii) el material radiactivo en un recipiente presurizable.

10. El procedimiento de la reivindicación 9, que comprende además la etapa de:

introducir agua en el recipiente presurizable para formar la solución acuosa

11. El procedimiento de la reivindicación 10, que comprende además la etapa de:

inyectar peróxido de hidrógeno en el recipiente presurizable antes de, o durante, la etapa de calentamiento.

12. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además la etapa de:

recircular la solución acuosa antes de, o durante, la etapa de recirculación.

13. El procedimiento de la reivindicación 12, que comprende además la etapa de:

tamizar la solución acuosa antes de, o durante, la etapa de recirculación.

14. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además la etapa de:

hacer circular la solución acuosa a través de un cambiador de calor para enfriar la solución acuosa a una segunda temperatura.

15. El procedimiento de la reivindicación 9, que comprende además la etapa de:

descargar la solución acuosa desde el recipiente presurizable.

16. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, que comprende además la etapa de:

filtrar la solución acuosa para separar al menos una porción del material radiactivo de la solución acuosa.

17. El procedimiento de la reivindicación 16, en el que la filtración se lleva a cabo mediante un filtro de partículas que tiene un tamaño nominal de poro de 10 micrómetros a 100 micrómetros.

18. El procedimiento de la reivindicación 17, que comprende además la etapa de: hacer circular la solución acuosa a través de un segundo filtro de partículas que tiene un tamaño nominal de poro de 0,1 micrómetros a 1,0 micrómetros.

19. El procedimiento de la reivindicación 16, que comprende además la etapa de:

separar de la solución acuosa al menos una porción del material radiactivo haciendo pasar la solución acuosa a través de unidad de cambio iónico.

20. El procedimiento de la reivindicación 16, que comprende además la etapa de:

separar de la solución acuosa al menos una porción del material radiactivo haciendo pasar la solución acuosa a través de unidad de ósmosis inversa.

21. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además la etapa de:

medir la concentración del polímero soluble en agua en la solución acuosa.

22. El procedimiento de la reivindicación 16, que comprende además la etapa de:

neutralizar el pH de la solución acuosa.

23. El procedimiento de la reivindicación 22, en el que la etapa de neutralizar el pH comprende introducir hidróxido de sodio en la solución acuosa.

24. El procedimiento de la reivindicación 22, en el que la etapa de neutralización comprende la adición de una cantidad eficaz de, al menos, un reactivo básico para proporcionar una solución acuosa que tiene un pH en el intervalo de 6,0 a 10,0.

25. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además la etapa de:

medir una disminución del pH de la solución acuosa.

26. El procedimiento de la reivindicación 25, en el que una disminución del pH de la solución acuosa por debajo de 6,0 indica la completa degradación del polímero soluble en agua.

27. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la confirmación de se ha completado sustancialmente la oxidación del polímero soluble en agua se hace mediante un ensayo colorimétrico.

28. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además la etapa de:

biodegradar al menos una porción de, al menos, un producto de degradación.

29. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que al menos un producto de degradación comprende, al menos, un ácido orgánico, y el procedimiento comprende además la etapa de:

agotar, al menos parcialmente, al menos un ácido orgánico introduciendo bacterias heterotróficas aerobias en la solución acuosa.

30. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además la etapa de:

introducir la solución acuosa en un lecho fluidizado de carbono activado.

31. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el polímero procede de uno o más artículos fabricados a partir de fibras, telas no tejidas, telas tejidas, películas de plástico, artículos moldeados, o una combinación de ellos.

32. El procedimiento de la reivindicación 31, en el que uno o más artículos comprenden una prenda de vestir, ropa protectora, indumentaria, lencería, cortina, toalla, esponja, bolsa de plástico, trapo, gasa, bayeta, un utensilio, fregona, o una combinación de ellos.

33. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que (i) el polímero soluble en agua y (ii) el material radiactivo forman colectivamente un residuo contaminado con radiactividad, y el procedimiento reduce el volumen del residuo contaminado con radiactividad por un factor superior a 1000.

34. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la solución acuosa se mantiene a una temperatura de reacción de al menos 82,2ºC, durante un periodo de al menos 30 minutos.

35. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además la etapa de:

filtrar la solución acuosa para separar el material no solubilizado de la solución acuosa.

36. El procedimiento de una cualquiera de la reivindicaciones 1 a 35, en el que el polímero soluble en agua comprende poli(alcohol vinílico), poli(acrilato de sodio), poli(ácido maleico), Poli(acrilato de amonio) o una combinación suya.

37. El procedimiento de una cualquiera de la reivindicaciones 1 a 35, en el que el polímero soluble en agua es poli(alcohol vinílico).

38. El procedimiento de la reivindicación 37, en el que la solución acuosa comprende de 0,5 a 30% en volumen de poli(alcohol vinílico).