ES2243140A1 - Composicion estabilizada de coagulantes y floculantes, procedimiento para su obtencion y aplicaciones. - Google Patents
Composicion estabilizada de coagulantes y floculantes, procedimiento para su obtencion y aplicaciones.Info
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Abstract
La composición comprende un coagulante metálico soluble en agua y un floculante orgánico polimérico soluble o dispersable en agua y está estabilizada mediante un sistema tensioactivo no iónico, aniónico o catiónico. Dicha composición puede ser utilizada como agente coagulante, agente de retención y drenaje, agente de deshidratación de fangos, y, en general, en procesos en los que se utilizan agentes coagulantes y/o floculantes.
Description
Composición estabilizada de coagulantes y
floculantes, procedimiento para su obtención y aplicaciones.
La invención se relaciona con una composición que
comprende un coagulante metálico y un floculante orgánico
polimérico estabilizada mediante un sistema tensioactivo. La
invención también se relaciona con un procedimiento para la
obtención de dicha composición y con sus aplicaciones.
Los procesos físico-químicos
habituales de depuración de aguas comprenden dos etapas: una de
coagulación y otra de floculación. En la primera de ellas, la
adición de un agente coagulante, tal como una sal metálica de
hierro o aluminio, generalmente provoca la desestabilización de la
materia coloidal que se encuentra en el agua a depurar, mediante la
formación de un coágulo o flóculo primario. La adición posterior de
un agente floculante, tal como un (co)polímero de
acrilamida, permite la formación de un flóculo secundario que puede
ser fácilmente separado del agua mediante procesos de decantación y
filtración. Los procesos de coagulación necesitan un gran aporte de
energía cinética, en forma de agitación, para favorecer mediante
colisiones la formación del flóculo primario. Por el contrario, los
procesos de floculación necesitan una agitación lenta para que la
formación del flóculo secundario sea efectiva.
La materia coloidal presenta, en general, carga
negativa, por lo que para su desestabilización se necesitan agentes
químicos con carga positiva. Por esta razón se utilizan sales
metálicas como agentes coagulantes cuya eficiencia puede aumentarse
de diversas maneras, por ejemplo, (i) utilizando sales metálicas
prepolimerizadas, por ejemplo, policloruros de aluminio,
policloruros de hierro, etc. [US 5879651 y US 3497459]; (ii)
polimerizando las sales metálicas con monómeros vinílicos, por
ejemplo, acrilato de dimetilaminoetilo, metacrilato de
dimetilaminoetilo, acrilato de dietilaminoetilo, metacrilato de
dietilaminoetilo, cloruro de dialildimetil-amonio,
epiclorhidrina, dimetilamina, etc. [ES 2124661, US 2001/0036904 y
WO 00/11052]; o bien (iii) utilizando mezclas de coagulantes
metálicos, floculantes de alto peso molecular y compuestos
auxiliares de coagulación de bajo peso molecular [WO 02/00557].
La industria papelera es una de las principales
industrias que utiliza agentes coagulantes y floculantes, los
cuales actúan como agentes de retención y drenaje. Dentro de esta
aplicación existe, fundamentalmente, tres tipos de productos: (1)
sales metálicas, principalmente en base aluminio, bien como tales o
bien prepolimerizadas (por ejemplo, policloruro de aluminio,
policlorosulfato de aluminio, etc.); (2) sales metálicas del tipo
(1) acompañadas de un floculante tipo poliacrilamida que se
adiciona posteriormente al agente coagulante; y (3) sistemas de
micropartículas constituidos por un floculante polimérico y un
producto inorgánico de pequeño tamaño de partícula, tipo bentonita,
sílice o alúmina coloidal [US 4964954, US 4388150 y US 4980025];
estos sistemas se pueden completar con la adición de almidón
catiónico [US 4643801] o de un floculante de bajo peso molecular
seguido de la adición de un floculante de alto peso molecular [US
4795531].
Cuando se utilizan los productos (1) y (2) los
distintos reactivos se adicionan de forma individual y en distintos
puntos de la instalación de depuración de aguas o de fabricación de
papel. Los sistemas de micropartículas (3) no requieren el empleo de
sistemas tensioactivos para asegurar su estabilidad, los
floculantes utilizados no incluyen floculantes poliméricos
obtenidos por microemulsión inversa, y se recomienda el empleo de
una cantidad de agente auxiliar de floculación de bajo peso
molecular.
US 5985154 y US 6136220 describen composiciones
que comprenden un polímero catiónico soluble en agua, un
tensioactivo no iónico, un tensioactivo anfótero y un compuesto
base silicato. En general, los polímeros orgánicos utilizados son
polímeros de bajo o medio peso molecular que no están basados en
acrilamida, ni se han obtenido mediante polimerización en
microemulsión inversa, y el porcentaje de polímero utilizado en la
composición es relativamente elevado (30-60% en
peso); de hecho, la composición resultante no es realmente una
mezcla ya que uno de sus componentes (silicato) se puede dosificar
separado del resto de los componentes de la formulación. Tampoco
queda claro si los tensioactivos se utilizan para estabilizar la
composición o bien para que el resto de los componentes de ésta
sean más efectivos a la hora de efectuar el proceso de
depuración.
FR 2701714 describe una composición que comprende
una mezcla de un coagulante y diversos tensioactivos. Dicha
composición no incluye coagulantes metálicos ya que se considera
que tales coagulantes no son recomendables porque producen problemas
de corrosión.
Con los sistemas descritos anteriormente resulta
prácticamente imposible mezclar un coagulante metálico con un
polímero en base acrilamida, de manera que la composición
resultante sea estable y no se separe en fases en el transcurso del
tiempo.
La invención se enfrenta con el problema de
proporcionar una composición estable que comprende un coagulante
metálico y un floculante orgánico de naturaleza polimérica.
La solución proporcionada por la presente
invención se basa en que los inventores han observado que la
adición de un sistema tensioactivo a una mezcla que comprende un
coagulante metálico soluble en agua y un floculante orgánico de
naturaleza polimérica, soluble o dispersable en agua, permite
estabilizar dichas mezclas.
Por tanto, en un aspecto, la invención se
relaciona con una composición que comprende un coagulante metálico
soluble en agua y un floculante orgánico polimérico soluble o
dispersable en agua estabilizada con un sistema tensioactivo. Dicho
sistema tensioactivo puede ser un sistema tensioactivo aniónico, o
un sistema tensioactivo catiónico, o, preferentemente, un sistema
tensioactivo no iónico cuyo HLB (balance
hidrófilo-lipófilo) está comprendido entre
aproximadamente 8 y aproximadamente 16.
Dicha composición puede ser utilizada en procesos
de separación sólido-líquido, como agente
coagulante, como agente de retención y drenaje, así como agente de
deshidratación de fangos, en donde puede sustituir a las
combinaciones clásicas de sal metálica y cal o similares. Dicha
composición también puede utilizarse en aquellos procesos en los se
utilizan de manera independiente agentes coagulantes y/o
floculantes, los cuales se sustituyen por la adición en una única
etapa de la composición proporcionada por esta invención.
Una composición como la proporcionada por esta
invención presenta, además, las siguientes ventajas: (i) facilidad
de dosificación, ya que sólo se necesita una bomba dosificadora en
lugar de dos (una para el coagulante y otra para el floculante),
debido a que el floculante va incluido en la composición; y (ii) en
aquellos sistemas en los que, a pesar de lo anterior, sea necesario
adicionar agente floculante adicional, el consumo de éste será
reducido en cantidades muy apreciables (Ejemplo 9).
En otro aspecto la invención se relaciona con un
procedimiento para la preparación de la composición estabilizada
proporcionada por esta invención.
En otro aspecto, la invención se relaciona con el
empleo de dicha composición como agente coagulante, como agente de
retención y drenaje, como agente de deshidratación de fangos, y, en
general, en todos aquellos procesos en los se utilizan de manera
independiente agentes coagulantes y/o floculantes.
En un aspecto, la invención proporciona una
composición, en adelante composición de la invención, que
comprende:
- a)
- un coagulante metálico soluble en agua;
- b)
- un floculante orgánico polimérico soluble o dispersable en agua; y
- c)
- un sistema tensioactivo seleccionado entre un sistema tensioactivo no fónico con un HLB comprendido entre aproximadamente 8 y aproximadamente 16, un sistema tensioactivo aniónico y un sistema tensioactivo catiónico.
Prácticamente cualquier coagulante metálico
soluble en agua puede ser utilizado en esta invención; no obstante,
ventajosamente, dicho coagulante metálico soluble en agua se
selecciona del grupo formado por sales inorgánicas metálicas
multivalentes solubles en agua, sales mixtas orgánicas e sales
inorgánicas metálicas multivalentes solubles agua y sus
mezclas.
En una realización particular, dicho coagulante
metálico soluble en agua comprende, al menos, una sal inorgánica de
un metal multivalente, preferentemente bi- o trivalente, soluble en
agua, tanto en su forma de sal simple como en su forma polimerizada,
o mezclas de ambas, por ejemplo, sulfato de hierro, cloruro de
hierro, cloruro de aluminio, sulfato de aluminio, policloruro de
hierro, policloruro de aluminio opcionalmente sulfatado (e.g., US
3929666 o similares), silicatado (e.g., WO 99/60209 o similares),
y/o estabilizado con sales de boro, zirconio o similares, de
basicidad variable (e.g. GB 2371296); policloruro de hierro y
aluminio, etc.
En otra realización particular, dicho coagulante
metálico soluble en agua comprende, al menos, una sal mixta
orgánica de una de dichas sales inorgánicas metálicas multivalentes
solubles en agua. Dicha sal mixta puede obtenerse polimerizando
dichas sales inorgánicas metálicas multivalentes solubles en agua
con monómeros de tipo vinílico, por ejemplo, acrilato de
dimetilaminoetilo, metacrilato de dimetilaminoetilo, acrilato de
dietilaminoetilo, metacrilato de dietilaminoetilo, cloruro de
dialildimetilamonio, epiclorhidrina, dimetilamina, etc., tal como
se describe, por ejemplo, en ES 2124661 Al, US 2001/0036904/Al y WO
00/11052, cuyas descripciones se incorporan a la presente
descripción por referencia y sin que deban ser consideradas
limitativas del alcance de la presente invención.
La concentración del coagulante metálico soluble
en agua en la composición de la invención puede variar dentro de un
amplio intervalo; no obstante, en una realización particular, la
concentración de dicho coagulante metálico soluble en agua está
comprendida entre aproximadamente 80% y aproximadamente 99,9% en
peso respecto al total de la composición, preferentemente entre
aproximadamente 95% y aproximadamente 99% en peso, dependiendo del
tipo de aplicación en la que se use la composición de la
invención.
Prácticamente cualquier floculante orgánico
polimérico soluble o dispersable en agua con capacidad para agregar
partículas insolubles en agua y formar flóculos puede ser utilizado
en esta invención; no obstante, ventajosamente, dicho floculante
orgánico polimérico se selecciona del grupo formado por
(co)polímeros, aniónicos, no fónicos o catiónicos, solubles
o dispersables en agua, y sus mezclas. El término
"(co)polímero" tal como aquí se utiliza incluye tanto
homopolímeros (obtenidos por polimerización de un único monómero
polimerizable) como heteropolímeros o copolímeros (obtenidos por
polimerización de dos o más monómeros polimerizables). El peso
molecular de dichos (co)polímeros puede variar dentro de un
amplio intervalo dependiendo, entre otros factores, de la
aplicación particular a la que va destinada la composición de la
invención.
Aunque virtualmente cualquier (co)polímero
que cumpla las condiciones mencionadas previamente
(solubilidad/dispersabilidad en agua y capacidad para agregar
partículas insolubles en agua y formar flóculos) puede ser utilizado
en la composición de la invención; no obstante, en una realización
particular, dicho (co)polímero es un (co)polímero que
comprende un grupo amido, tal como un (co)polímero en base
acrilamida (poliacrilamida). En una realización particular, dicho
(co)polímero es una poliacrilamida aniónica, no fónica o
catiónica, con un peso molecular de, al menos, 10.000,
preferentemente de, al menos, 100.000, más preferentemente de, al
menos, 1.000.000.
Ejemplos ilustrativos de poliacrilamidas
aniónicas, no fónicas y catiónicas que pueden ser utilizadas en la
presente invención incluyen las comercializadas con la marca dkFloc
(ACIDEKA), a modo de ejemplo: dkFloc AZ-18, dkFloc
AZ-09, dkFloc 1598, dkFloc 1596, dkFloc
CP-1400, etc.
En otra realización particular, dicho
(co)polímero se encuentra en forma de emulsión, por ejemplo,
en forma de emulsión inversa. A modo ilustrativo, dicho
(co)polímero es una poliacrilamida, aniónica, no iónica o
catiónica, en forma de emulsión inversa, obtenida por polimerización
en emulsión inversa de acrilamida y uno o más monómeros (aniónicos,
catiónicos o no fónicos) derivados de acrilamida polimerizables.
En otra realización particular, dicho
(co)polímero se encuentra en forma de microemulsión, por
ejemplo, en forma de microemulsión inversa. A modo ilustrativo,
dicho (co)polímero es una poliacrilamida aniónica, no fónica
o catiónica, en forma de microemulsión inversa, obtenida por
polimerización en microemulsión inversa de acrilamida y sus
derivados no fónicos (poliacrilamida no fónica) o por polimerización
en microemulsión inversa de acrilamida y monómeros catiónicos o
aniónicos derivados de acrilamida (poliacrilamida catiónica o
aniónica, respectivamente). Ejemplos ilustrativos de dichas
poliacrilamidas aniónica, no iónica o catiónica, en forma de
microemulsión inversa, se describen, por ejemplo, en WO 03/048218 y
WO 03/062289.
Brevemente, WO 03/048218 describe la obtención de
(co)polímeros aniónicos o no fónicos en base acrilamida en
forma de microemulsión inversa en donde (i) la fase acuosa
comprende agua y un (co)polímero en base acrilamida obtenido
por polimerización de un monómero polimerizable seleccionado entre
acrilamida y una mezcla de monómeros que comprende, al menos,
acrilamida y, al menos, ácido (met)acrílico o una de sus
sales, en una concentración total de monómero(s) comprendida
entre 20% y 40% en peso respecto al total de la microemulsión, y en
una relación en peso de acrilamida a ácido (met)acrílico o
una de sus sales comprendida entre 100:0 y 40:60, y (ii) la fase
oleosa comprende un disolvente orgánico, tal como un hidrocarburo
alifático o aromático o una mezcla de hidrocarburos aromáticos y/o
alifáticos, y un sistema tensioactivo cuyo HLB está comprendido
entre 8 y 10, que comprende uno o más tensioactivos no iónicos,
comprendiendo cada uno de dichos tensioactivos no fónicos, al
menos, una cadena hidrófoba que contiene más de 16 átomos de
carbono y, al menos, un doble enlace. Los valores de HLB indicados
se pueden conseguir usando un único tensioactivo no fónico o una
mezcla de tensioactivos no fónicos. En una realización particular,
dicho sistema tensioactivo comprende dos o más tensioactivos no
iónicos "A" de los cuales, al menos uno tiene un HLB
comprendido entre 3 y 8, y, al menos otro tiene un HLB comprendido
entre 9,5 y 14, preferiblemente entre 9,8 y 11,5, comprendiendo
cada uno de ellos, al menos, una cadena hidrófoba que contiene más
de 16 átomos de carbono y, al menos, un doble enlace. Ejemplos
ilustrativos, no limitativos, de dichos tensioactivos no iónicos
"A" incluyen ésteres de sorbitol y sorbitán tales como
hexaoleato de sorbitol polietoxilado, trioleato de sorbitán
polietoxilado, sesquioleato de sorbitán polietoxilado, monooleato
de sorbitol, monooleato de sorbitán polietoxilado, etc.; ésteres de
polietilenglicol tales como monooleato y dioleato de
polietilenglicol, etc.; alcoholes grasos etoxilados, tales como
alcohol oleico y ricinoleico polietoxilados, etc.; ésteres de
xilitol polietoxilados, tales como pentaoleato de xilitol
polietoxilados, etc.; ésteres de glicerina polietoxilados, tales
como trioleato de glicerina polietoxilado, etc.; y ésteres
trimetilolpropano polietoxilados, tales como trioleato de
trimetilolpropano polietoxilados, etc. En otra realización
particular, dicho sistema tensioactivo comprende, además de uno o
más tensioactivos no iónicos "A", al menos un tensioactivo no
fónico "B", con un HLB mayor que 12, preferentemente igual o
mayor que 13, en el que todas sus cadenas hidrófobas son saturadas,
por ejemplo, un alcohol graso etoxilado con un HLB comprendido
entre 13 y 18. Opcionalmente, dicho sistema tensioactivo puede
contener, además, un tensioactivo aniónico. La concentración del
sistema tensioactivo es la suficiente como para estabilizar la
microemulsión obtenida tras la polimerización; en una realización
particular, la concentración del sistema tensioactivo está
comprendida entre 8% y 20% en peso, respecto al peso total de la
microemulsión. La relación de la fase orgánica a la fase acuosa en
la microemulsión puede variar dentro de un amplio intervalo; no
obstante, en una realización particular dicha relación es tal que
la concentración total de materia activa [(co)polímero] de
la microemulsión esté comprendida entre 20% y 35% en peso respecto
al total de la microemulsión.
Asimismo, WO 03/062289 describe la obtención de
(co)polímeros catiónicos en base acrilamida en forma de
microemulsión inversa en donde (i) la fase acuosa comprende agua y
un (co)polímero en base acrilamida obtenido por
polimerización de un monómero no fónico, tal como un monómero
vinílico, por ejemplo, acrilamida, etc., y un monómero catiónico,
tal como un derivado de amonio cuaternario, por ejemplo, cloruro de
dialildimetilamonio, cloruro de metacriloxietildimetilamonio,
cloruro de (met)acrilamidopropiltrimetilamonio,
acriloxietiltrimetilamonio (Q9), etc., en una concentración total
de monómeros comprendida entre 20% y 45% en peso respecto al peso
total de la microemulsión, y en una relación en peso de monómero no
fónico a monómero catiónico comprendida entre 99:1 y 20:80, y (ii)
la fase oleosa comprende un disolvente orgánico, tal como un
hidrocarburo alifático o aromático o una mezcla de hidrocarburos
aromáticos y/o alifáticos, y un sistema tensioactivo cuyo HLB está
comprendido entre 8 y 10, que comprende al menos un tensioactivo no
iónico, comprendiendo dicho tensioactivo no fónico, al menos, una
cadena hidrófoba que contiene un número de átomos de carbono igual
o superior a 18 y, al menos, un doble enlace. Los valores de HLB se
pueden conseguir usando un único tensioactivo o una mezcla de
tensioactivos, tal como una mezcla de dos o más tensioactivos, de
los cuales, al menos uno de ellos tiene un HLB comprendido entre 3 y
8, y, al menos otro tiene un HLB comprendido entre 10 y 16,
preferiblemente entre 12 y 15. En una realización particular, dicho
sistema tensioactivo comprende, al menos, un tensioactivo no fónico
que contiene al menos una cadena hidrófoba que contiene 18 o más
átomos de carbono y, al menos, un doble enlace, y posee un HLB
comprendido entre 3 y 8 (tensioactivos no fónicos "A").
Ejemplos ilustrativos, no limitativos, de dichos tensioactivos no
iónicos "A" incluyen ésteres de sorbitol y sorbitán tales como
hexaoleato de sorbitol polietoxilado, trioleato de sorbitán
polietoxilado, sesquioleato de sorbitán polietoxilado, monooleato
de sorbitol, monooleato de sorbitán polietoxilado, etc.; ésteres de
polietilenglicol tales como monooleato y dioleato de
polietilenglicol, etc.; alcoholes grasos etoxilados, tales como
alcohol oleico y ricinoleico polietoxilados, etc.; ésteres de
xilitol polietoxilados, tales como pentaoleato de xilitol
polietoxilados, etc.; ésteres de glicerina polietoxilados, tales
como trioleato de glicerina polietoxilado, etc.; y ésteres
trimetilolpropano polietoxilados, tales como trioleato de
trimetilolpropano polietoxilados, etc. En otra realización
particular, dicho sistema tensioactivo comprende, además de uno o
más tensioactivos no fónicos "A", al menos un tensioactivo no
fónico "B", cuyas cadenas hidrófobas son saturadas y contienen
entre 8 y 18 átomos de carbono, y posee un HLB mayor de 12,
preferiblemente mayor de 13 e inferior a 16. Ejemplos ilustrativos,
no limitativos, de dichos tensioactivos no iónicos "B"
incluyen ésteres de sorbitol y sorbitán tales como monoestearato y
monoisoestearato de sorbitán polietoxilados, hexalaurato de
sorbitol polietoxilado, hexalaurato de sorbitán polietoxilado, etc.;
ésteres de polietilenglicol tales como dilaurato de
polietilenglicol, monoestearato y diestearato de polietilenglicol,
etc.; alcoholes grasos etoxilados, tales como alcohol estearílico
polietoxilado, alcohol cetílico polietoxilado, alcohol
cetoestearílico polietoxilado, etc.; alcoholes de 10 a 14 átomos de
carbono saturados polietoxilados, lineales o ramificados, primarios
o secundarios; ésteres de xilitol polietoxilados, tales como,
pentaestearato y pentalaurato de xilitol polietoxilados, etc.;
ésteres de glicerina polietoxilados, tales como trilaurato de
glicerina polietoxilado, etc.; y ésteres trimetilolpropano
polietoxilados, tales como, triestearato o trilaurato de
trimetilolpropano polietoxilados, etc. La concentración del sistema
tensioactivo es la suficiente como para estabilizar la
microemulsión obtenida tras la polimerización; en una realización
particular, la concentración del sistema tensioactivo está
comprendida entre 5% y 15% en peso, respecto al peso total de la
microemulsión. La relación de la fase orgánica a la fase acuosa en
la microemulsión puede variar dentro de un amplio intervalo; no
obstante, en una realización particular dicha relación es tal que
la concentración total de materia activa [copolímero] de la
microemulsión esté comprendida entre 20% y 45% en peso respecto al
total de la microemulsión.
Cuando el floculante orgánico polimérico soluble
o dispersable en agua es un (co)polímero aniónico, no fónico
o catiónico, soluble o dispersable en agua, que se encuentra en
forma de emulsión inversa o microemulsión inversa, dicha emulsión o
microemulsión que lo contiene tiene una viscosidad (medida a 25ºC en
un viscosímetro Brookfield LVDVIII con adaptador ULA a 1,5 rpm)
comprendida entre 50 y 2.000 cps, preferiblemente entre 75 y 1000
cps, más preferiblemente entre 100 y 300 cps.
Ejemplos ilustrativos de poliacrilamidas
aniónicas, no fónicas y catiónicas en forma de emulsión o
microemulsión inversa que pueden ser utilizadas en la presente
invención incluyen las comercializadas con la marca dkFloc
(ACIDEKA), a modo de ejemplo: dkFloc AZ-18
(copolímero de acrilamida y ácido acrílico del 10% de carga en forma
de emulsión), dkFloc AZ-09 (copolímero de
acrilamida y ácido acrílico del 40% de carga en forma de emulsión),
dkFloc 1598 (copolímero de acrilamida y dimetilaminoetil acrilato
cuaternizado del 10% de carga en forma de emulsión), dkFloc 1596
(copolímero de acrilamida y dimetilaminoetil acrilato cuaternizado
del 60% de carga en forma de emulsión), dkFloc
CP-1400 (copolímero de acrilamida y dimetilaminoetil
acrilato cuaternizado del 80% de carga en forma de microemulsión),
etc.
Estudios realizados por los inventores han puesto
de manifiesto que, sorprendentemente, la combinación de (i)
(co)polímeros solubles o dispersables en agua, en forma de
microemulsión inversa, tales como, por ejemplo, (co)polímeros
en base acrilamida obtenidos por polimerización en microemulsión
inversa con (ii) un tensioactivo, evita la pérdida de eficiencia de
los sistemas convencionales que precisan necesariamente de etapas
en las que la agitación sea moderada para que el
(co)polímero, en particular, en base acrilamida y sus
derivados, no se degrade.
En general, la concentración del floculante
orgánico en la composición de la invención está comprendida entre
aproximadamente 0,01% y aproximadamente 10% en peso respecto al
total de la composición, preferentemente, entre aproximadamente 1% y
aproximadamente 5% en peso, dependiendo del tipo de aplicación en
la que se use la composición de la invención.
El sistema tensioactivo adecuado para su empleo
en la presente invención puede estar constituido por uno o más
tensioactivos aniónicos, tales como alquilsulfatos de
alcoholes grasos, alquilsulfonatos, alquilbencenosulfonatos, por
ejemplo, dodecilbenceno-sulfonato sódico, etc., o
bien por uno o más tensioactivos catiónicos, tales como las
sales de amonio cuaternario, por ejemplo,
bencil-dodecil-dimetil cloruro
amónico, hexadecil-trimetil cloruro amónico, etc.,
o bien, ventajosamente, por uno o más tensioactivos no
iónicos que constituyen un sistema tensioactivo con un HLB
(balance hidrófilo-lipófilo) comprendido entre
aproximadamente 8 y aproximadamente 16, preferentemente entre
aproximadamente 11 y aproximadamente 14. Ejemplos ilustrativos de
dichos tensioactivos no iónicos que pueden ser utilizados en la
elaboración del sistema tensioactivo no fónico con un HLB
determinado a incorporar en la composición de la invención incluyen
alcoholes grasos opcionalmente etoxilados, ésteres de ácidos grasos
opcionalmente etoxilados, ésteres de ácidos grasos opcionalmente
etoxilados y azúcares, etc., preferentemente, alcoholes grasos
etoxilados.
Obviamente, los tensioactivos aniónicos o
catiónicos a utilizar tienen que ser químicamente compatibles con
la composición de la invención, es decir, no se debe producir
separación de fases, ni aparición de precipitados, etc., en general,
no se debe desestabilizar la composición de la invención.
Ventajosamente, el sistema tensioactivo a
incorporar en la composición de la invención es soluble en agua. En
general, la concentración del sistema tensioactivo en la
composición de la invención está comprendida entre aproximadamente
0,1% y aproximadamente 8% en peso respecto al total de la
composición, preferentemente entre 1% y 5% en peso respecto al
total de la composición, típicamente, alrededor del 2% en peso
respecto al total de la composición.
La invención también proporciona un procedimiento
para obtener la composición de la invención que comprende (i) poner
el coagulante metálico soluble en agua en contacto con el sistema
tensioactivo bajo agitación, y (ii) poner la mezcla resultante de la
etapa (i) con el floculante orgánico polimérico soluble o
dispersable en agua manteniendo la agitación hasta su
homogeneización. Alternativamente, la composición de la invención
puede obtenerse mediante un procedimiento que comprende (i') poner
el floculante orgánico polimérico soluble o dispersable en agua en
contacto con el sistema tensioactivo bajo agitación, y (ii') poner
la mezcla resultante de la etapa (i') con el coagulante metálico
soluble en agua manteniendo la agitación hasta su
homogeneización.
En una realización particular, la composición de
la invención se obtiene mediante un procedimiento que
comprende:
- a)
- adicionar sobre el coagulante metálico soluble en agua, con agitación, la cantidad requerida de sistema tensioactivo, y mantener la agitación durante un periodo de tiempo igual o superior a 15 minutos; y
- b)
- añadir a la mezcla obtenida en la etapa a), lentamente, con agitación, el floculante orgánico polimérico soluble o dispersable en agua, y mantener la agitación durante un periodo de tiempo igual o superior a 30 minutos.
La composición de la invención puede ser
utilizada en múltiples aplicaciones.
En una realización particular, la composición de
la invención puede ser utilizada en procesos de separación
sólido-líquido, tales como aquellos procesos que
requieren la adición de agentes coagulantes y/o floculantes. En
general, cuando la composición de la invención se utiliza en este
tipo de procesos de separación sólido-líquido se
produce una disminución en el número de etapas del proceso de
separación sólido-líquido o bien una disminución de
la dosis de floculante utilizada en el proceso de floculación, con
lo que se mejora el rendimiento de tales procesos de una forma
significativa con respecto al uso de agentes coagulantes y/o
floculantes por separado.
En otra realización particular, la composición de
la invención puede utilizarse como agente coagulante y/o floculante
en procesos o sistemas duales de depuración de aguas que comprenden
una etapa de coagulación seguida de una etapa de floculación, por
ejemplo, en procesos de depuración de aguas, tanto aguas potables
como aguas residuales urbanas o industriales. Por tanto, en otro
aspecto, la invención se relaciona con un método para la depuración
de aguas (potables, residuales urbanas o industriales), que
comprende poner en contacto el agua a tratar con una cantidad
efectiva de una composición de la invención.
En otra realización particular, la composición de
la invención puede utilizarse como agente de retención y drenaje en
la industria papelera y afines.
En otra realización particular, la composición de
la invención puede utilizarse como agente de deshidratación de
fangos, preferentemente en sustitución del sistema tradicional de
tratamiento basado en la filtración en un filtro prensa o similar de
los lodos obtenidos mediante el uso de un agente coagulante (sal
metálica) previo acondicionamiento con cal o similares.
Los siguientes ejemplos sirven para ilustrar la
invención y no deben ser considerados limitativos del alcance de la
misma.
Se adicionan, con agitación (150 rpm), 5 g de un
tensioactivo no fónico tipo alcohol graso etoxilado con un HLB de
13,3 (Softanol S-90) a 93 g de policloruro de
aluminio (PAC) [dkFloc 1018, Acideka S.A.], con un contenido en
Al_{2}O_{3} del 16,5% en peso. Seguidamente, en las mismas
condiciones de agitación, se añaden 3 g de floculante orgánico
constituido por una poliacrilamida, en forma de microemulsión
inversa, del 10% de carga aniónica, obtenida según se describe en
el Ejemplo 7 de la solicitud de patente WO 03/048218, en donde la
relación de carga aniónica se ha variado del 40% al 10%. El
concepto de carga aniónica hace referencia a la relación porcentual
en peso de acrilato sódico en la microemulsión referido al
contenido monomérico total, es decir, a la suma de acrilamida y
acrilato sódico.
La mezcla resultante (composición de la
invención) es homogénea y estable (al menos cinco meses a 20ºC), es
decir, no se aprecia separación de fases en dicho periodo de tiempo
cuando se almacena en dichas condiciones de temperatura. Este
concepto de estabilidad, salvo que se indique otra cosa, es que se
aplicará al resto de los ejemplos.
Ejemplo 1
comparativo
Se repitió el Ejemplo 1 pero sin la adición de
sistema tensioactivo. La mezcla resultante se mantuvo a 20ºC
observándose que al cabo de 3 horas aparecían unas natas
superficiales que desestabilizan el producto, lo que es indicativo
de la inestabilidad de la mezcla obtenida.
Se repitió el Ejemplo 1 salvo que en este caso el
floculante orgánico presentaba un 40% de carga aniónica y se obtuvo
según se describe en el Ejemplo 7 de la solicitud de patente WO
03/048218. La mezcla resultante es homogénea y estable.
Se repitió el Ejemplo 1 salvo que en este caso el
floculante orgánico es una poliacrilamida catiónica en forma de
microemulsión inversa, obtenida según se describe en el Ejemplo 1 de
la solicitud de patente WO 03/062289. La mezcla resultante es
homogénea y estable.
Se repitió el Ejemplo 1 salvo que en este caso el
floculante orgánico es una poliacrilamida catiónica con una carga
catiónica del 40% [relación porcentual en peso del contenido de
comonómero catiónico, frente al total de contenido monomérico del
(co)polímero], obtenida por microemulsión inversa de manera
similar a la descrita en el Ejemplo 1 de la solicitud de patente WO
03/062289 en donde se ha variado la carga catiónica. La mezcla
resultante es homogénea y estable.
Se repitió el Ejemplo 1 salvo que en este caso el
coagulante metálico es clorhidrato de aluminio
(Hessidrox-50 WT, Hessa Chemical). La mezcla
resultante es homogénea y estable.
A 90 g de una disolución acuosa de clorhidrato de
aluminio (Hessidrox-50 WT, Hessa Chemical) se
adicionan 7 g del sistema tensioactivo utilizado en el Ejemplo 1
(alcohol graso etoxilado con HLB de 13,3). Posteriormente se
adicionan 5 g de un floculante orgánico constituido por una
poliacrilamida catiónica con una carga catiónica del 80%, obtenida
por microemulsión inversa de manera similar a la descrita en el
Ejemplo 1 de la solicitud de patente WO 03/062289 en donde se ha
variado la carga catiónica. La mezcla resultante es homogénea y
estable.
A 95 g de sal mixta de aluminio (dKFloc WP 310,
Acideka, S.A.), se adiciona 1 g de dodecilbencenosulfonato sódico
y, posteriormente, 4 g de un floculante orgánico constituido por
una poliacrilamida catiónica con una carga catiónica del 40%
[relación pocentual en peso del contenido de comonómero catiónico,
frente al total de contenido monomérico del (co)polímero]
obtenida por microemulsión inversa de manera similar a la descrita
en el Ejemplo 1 de la solicitud de patente WO 03/062289 en donde se
ha variado la carga catiónica. La mezcla resultante es homogénea y
estable.
Se repitió el Ejemplo 1 salvo que en este caso el
floculante orgánico utilizado es un copolímero catiónico (base
acrilamida - dimetilaminoetil acrilato cuaternizado) obtenido por
polimerización en emulsión inversa (dKFloc C-1596,
Acideka, S.A.). La mezcla resultante es homogénea y estable al
menos durante un mes después de su preparación a 25ºC.
Sistema: Filtración de lodo procedente de una
depuradora de agua residual a través de un filtro prensa.
- 4.200 ppm de cloruro férrico (40% de FeCl_{3}).
- Ajuste de pH con lechada de cal.
- 2.800 ppm del producto obtenido en el Ejemplo 4.
- Ajuste de pH con lechada de cal.
Además de la gran reducción de la dosis de agente
coagulante-floculante, se produce más de un 30% de
reducción de la cantidad de lechada de cal utilizada.
- 15.000 ppm de policloruro básico de aluminio del 18% Al_{2}O_{3}.
- 30 ppm de polielectrólito catiónico sólido (base acrilamida - dimetilaminoetil acrilato cuaternizado) [dKFloc CP-436, Acideka S.A.].
- 10.000 ppm del producto obtenido en el Ejemplo 2.
- 3 ppm de polielectrólito catiónico sólido (dKFloc CP-436, Acideka S.A.).
- 25 ppm de policlorosulfato de aluminio.
- 0,03 ppm de polielectrólito aniónico (base acrilamida - acrilato amónico) [dKFloc A-21, Acideka S.A.].
- 20 ppm de producto obtenido en el Ejemplo 1 pero tomando como base policlorosulfato de aluminio.
- 4.000 ppm de policloruro de aluminio (referido a pasta seca).
- 600 ppm de polilelectrólito catiónico en emulsión (base acrilamida - dimetilaminoetil acrilato cuaternizado) [dKFloc C-1598, Acideka S.A.].
\newpage
- 2.000 ppm de producto obtenido en el Ejemplo 2.
- 550 ppm de polielectrólito catiónico (dKFloc C-1598, Acideka S.A.).
Claims (15)
1. Una composición que comprende:
- a)
- un coagulante metálico soluble en agua;
- b)
- un floculante orgánico polimérico soluble o dispersable en agua; y
- c)
- un sistema tensioactivo seleccionado entre un sistema tensioactivo no fónico con un HLB comprendido entre aproximadamente 8 y aproximadamente 16, un sistema tensioactivo aniónico y un sistema tensioactivo catiónico.
2. Composición según la reivindicación 1, en la
que dicho coagulante metálico soluble en agua se selecciona entre
sulfato de hierro; cloruro, de hierro; sulfato de cobre; cloruro de
cobre; cloruro de aluminio; sulfato de aluminio; policlorura de
aluminio, opcionalmente sulfatado, silicatado y/o estabilizado con
sales de boro o zirconio; policloruro de hierro, policloruro de
hierro y aluminio, sales mixtas orgánicas de dichas sales
inorgánicas multivalentes, y sus mezclas.
3. Composición según la reivindicación 1, en la
que dicho floculante orgánico polimérico soluble o dispersable en
agua es un (co)polímero de acrilamida, aniónico, no fónico o
catiónico.
4. Composición según la reivindicación 1, en la
que dicho floculante orgánico es un (co)polímero de
acrilamida, aniónico, no iónico o catiónico, en forma de emulsión
inversa.
5. Composición según la reivindicación 1, en la
que dicho floculante orgánico es un (co)polímero de
acrilamida, aniónico, no fónico o catiónico, en forma de
microemulsión inversa.
6. Composición según la reivindicación 1, en la
que dicho sistema tensioactivo comprende uno o más tensioactivos
aniónicos.
7. Composición según la reivindicación 1, en la
que dicho sistema tensioactivo comprende uno o más tensioactivos
catiónicos.
8. Composición según la reivindicación 1, en la
que dicho sistema tensioactivo comprende uno o más tensioactivos no
iónicos y tiene un HLB comprendido entre 8 y 16, preferentemente
entre 11 y 14.
9. Composición según la reivindicación 8, en la
que dicho sistema tensioactivo comprende uno o más alcoholes grasos
etoxilados.
10. Composición según la reivindicación 1, que
comprende
11. Un procedimiento para la obtención de una
composición según la reivindicación 1, que comprende (i) poner el
coagulante metálico soluble en agua en contacto con el sistema
tensioactivo bajo agitación, y (ii) poner la mezcla resultante de la
etapa (i) en contacto con el floculante orgánico polimérico soluble
o dispersable en agua manteniendo la agitación hasta su
homogeneización.
12. Un procedimiento para la obtención de una
composición según la reivindicación 1, que comprende (i') poner el
floculante orgánico polimérico soluble o dispersable en agua en
contacto con el sistema tensioactivo bajo agitación, y (ii') poner
la mezcla resultante de la etapa (i') con el coagulante metálico
soluble en agua manteniendo la agitación hasta su
homogeneización.
13. Empleo de una composición según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 10, como agente coagulante y/o floculante
en procesos de separación sólido-líquido que
requieren la adición de agentes coagulantes y/o floculantes; como
agente de retención y drenaje en la industria papelera y afines; o
como agente de deshidratación de fangos.
14. Empleo según la reivindicación 13, en el que
dicho proceso de separación sólido-líquido que
requiere la adición de agentes coagulantes y/o floculantes comprende
un proceso dual de depuración de aguas potables, aguas residuales
urbanas o industriales.
15. Un método para la depuración de aguas que
comprende poner en contacto el agua a tratar con una cantidad
efectiva de una composición según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10.
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