ES2260663T3 - Producto para el tratamiento de agua y aguas residuales y un procedimiento para producir dicho producto. - Google Patents
Producto para el tratamiento de agua y aguas residuales y un procedimiento para producir dicho producto.Info
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Abstract
Producto para el tratamiento de agua y de aguas residuales, caracterizado porque dicho producto comprende polvo de almidón elevadamente catiónico disuelto en una solución de salmuera que comprende agua marina y/o sales que comprenden iones de dos valencias, en el que las cadenas de polímero de almidón disuelto están cortadas en unidades más cortas.
Description
Producto para el tratamiento de agua y aguas
residuales y un procedimiento para producir dicho producto.
La presente invención se refiere a un producto
para el tratamiento de agua y de aguas residuales y a un
procedimiento para la producción de dicho producto.
El tratamiento químico de aguas residuales
comprende la coagulación y la floculación. En la fase de
coagulación, las partículas se pueden desestabilizar mediante la
neutralización electrostática de la superficie de la partícula y
unas pocas partículas se ensamblan en microflóculos. Mediante la
floculación, agregados más grandes de microflóculos a partir de
macroflóculos, que rápidamente se pueden separar de la fase acuosa
mediante por ejemplo sedimentación o flotación instantánea.
En las plantas de tratamiento municipal e
industrial, la mayoría del tratamiento químico se lleva a cabo con
sales de metales inorgánicos (cloruro de hierro, sulfato de hierro,
cloruro de aluminio, cloruro de aluminio polimerizado previamente,
etc.). Además, los polímeros catiónicos sintéticos como la poliamina
y el cloruro de polidialildimetilamonio
(poli-DADMAC) se utilizan como coagulantes solos o
en combinación con sales de metal. Además, algunos biopolímeros
catiónicos, como por ejemplo el chitosan se utilizan como
coagulantes. Se utilizan asimismo el ajuste de pH y la adición de
partículas inorgánicas para obtener coagulación y floculación. Las
variantes de poliacrilamidas catiónicas, aniónicas y no iónicas se
utilizan como auxiliares de floculación.
Las sales de metal adolecen del inconveniente de
que los iones de metal reaccionan con agua y forman el hidróxido
del metal. Por ejemplo, Fe^{3+} formará
Fe(OH)_{3}, lo que causará un incremento
significativo en la producción de fango, tanto en volumen como en
sólidos secos. Una producción de fango incrementada lleva a costes
incrementados relacionados con el tratamiento de fango, la
manipulación y eventualmente la deposición. El fango formado con
sales de metal es menos adecuado como agente de mejora del suelo en
agricultura, debido a los posibles residuos de metal pesado y al
enlace covalente del fosfato con los iones de metal. Las sales de
metal pueden además no proporcionar el efecto deseado en algunas
calidades de agua o de aguas residuales a causa de por ejemplo, pH,
alcalinidad, contenido en grasa/aceite y características de sólidos
suspendidos. En algunas situaciones se requiere una dosis elevada
no razonable de sales de metal para conseguir el efecto deseado.
Los cloruros de metal son corrosivos y llevan a
costes incrementados relacionados con la corrosión en las plantas y
en el sistema principal. Los sulfatos de metal pueden llevar a
problemas relacionados con la formación de sulfuro de hidrógeno
biológico en condiciones anaeróbicas. En algunas situaciones existen
asimismo regulaciones sobre la descarga de iones sulfato e iones
cloruro. Los iones cloruro son nocivos en concentraciones demasiado
elevadas.
Existen cuestiones relacionadas con la
utilización de polímeros sintéticos debido a los efectos
ecotoxicológicos en el medio ambiente además de la salud y la
seguridad relacionadas con la manipulación de estos productos. Los
polímeros sintéticos tales como la poliamina y el
poli-DADMAC no podrían descomponerse suficientemente
y las concentraciones elevadas en el fango podrían poseer un efecto
negativo sobre la estructura del suelo y en la absorción por las
plantas cuando el fango se utiliza como un agente de mejora del
suelo. Además, los productos son relativamente caros.
La poliacrilamida posee por lo general una
resistencia elevada a la degradación biológica y los productos
comerciales se deben marcar como carcinogénicos, debido a los
residuos de acrilamida en los productos.
El tratamiento de agua y de aguas residuales con
almidón es conocido en la técnica, y sería de interés utilizar
almidón catiónico modificado. El almidón modificado está compuesto
de almidón nativo, que es un producto natural puro y renovable.
Mediante la cationización, los grupos cargados se unen al almidón
nativo, lo que lo hace adecuado como coagulante/floculante, y
además es posible descomponer biológicamente el almidón catiónico.
Esto lo hace más adecuado que los polímeros sintéticos y las sales
de metal cuando el fango se utiliza como un agente de mejora del
suelo y proporciona asimismo mejores condiciones para la descarga de
agua tratada al recipiente. La modificación de almidón catiónico
proporciona al almidón mejor eficacia y es una solución eficaz en
coste comparada con los polímeros sintéticos debido a una dosis
inferior y comparada además con las sales de metal debido a una
producción reducida de fango. El almidón modificado presenta
asimismo un mejor funcionamiento en conjunto que los polímeros
sintéticos y las sales de metal sobre algunas calidades de agua y
de aguas residuales. Parece operar tanto como coagulante como
floculante.
Cuando el polvo de almidón se dispersa en la
fase acuosa, las partículas de almidón se hinchan inicialmente
mediante la humectación y la absorción de agua. Esto es un
procedimiento lento que se incrementa mediante la temperatura.
Normalmente, el almidón se disuelve por lo tanto mediante la cocción
a 95ºC durante entre 30 y 60 minutos. Cuando las partículas de
almidón están bien hinchadas, las cadenas de polímero individuales
empiezan a desenredarse y la solución aparecerá más o menos clara.
Cuando la solución se enfría a temperatura ambiente, este
procedimiento se puede invertir parcialmente llevando a un aspecto
opaco de la solución. Ya que existen grandes costes relacionados
con el calentamiento y la cocción de la solución además del tiempo
y de los volúmenes requeridos, sería de interés encontrar un
procedimiento para modificar el almidón sin tener que
calentar/cocer la solución de almidón, ya que esto haría la
utilización de almidón catiónico como coagulante una solución más
fácil y más económica.
El documento EP 0 737 210 B1 se refiere a un
procedimiento para la producción de derivados de almidón catiónico
en forma de solución acuosa, en la que la estructura de la molécula
de almidón se modifica mediante la oxidación antes de la etapa de
cationización. Los sólidos de la mezcla de reacción durante la
reacción de cationización se mantienen superiores al 50%,
ventajosamente superiores al 55%. El almidón se añade a la mezcla de
reacción en forma pulverizada o de lodo antes de la etapa de
cationización y la escisión del almidón se lleva a cabo con la
ayuda de un oxidante (peróxido). El producto químico cationizante es
preferentemente cloruro de
2,3-epoxipropiltrimetilamonio. El procedimiento
descrito en esta patente proporciona costes relativamente elevados y
no es muy ecológico debido a la utilización de productos químicos
para oxidar las moléculas del almidón. El NaOH se añade durante la
cationización y esto proporcionará un producto final con un pH
elevado que se debe manipular con cuidado.
El documento WO 99/61377 se refiere a un
procedimiento para el tratamiento de corrientes acuosas que
comprenden biosólidos. Se proporciona un procedimiento que se puede
utilizar para clarificar sustancialmente las corrientes acuosas y
separar los biosólidos opcionalmente, especialmente proteínas, a
partir de operaciones de procesamiento de alimentos, que comprende
poner en contacto una corriente acuosa que comprende biosólidos con
un coloide aniónico y un polímero orgánico, para flocular los
biosólidos. El almidón catiónico se puede utilizar en combinación
con las sales de metal y/o sílice activada, pero el almidón no se
modifica antes de su utilización.
Remmer, J. y Eklund, D., Wochenbl.
Papierfabr.,119, nº 21; 855-859 (15 de nov. de 1991)
describe la absorción de almidón en el encolado de la superficie.
El principal parámetro que influencia la absorción dinámica del
tamaño del almidón durante el encolado de superficie es la
viscosidad de la solución de almidón, sin reparar en el
procedimiento del ajuste de la viscosidad utilizado (secado o
modificación de la longitud de la cadena macromolecular). La
viscosidad es asimismo la variable dependiente de la temperatura
dominante.
El principal objetivo de la presente invención
fue llegar a un producto para el tratamiento de agua y de aguas
residuales, que proporcionaría una mejora en el tratamiento de agua
y de aguas residuales y de este modo una calidad mejorada del
agua.
Otro objetivo fue que el producto debería
basarse en un producto natural, ecológico y biodegradable.
Un objetivo adicional fue que el producto
debería ser seguro para su manipulación, debería tener un pH neutro
y no contener componentes tóxicos en si mismo o por degradación.
Un objetivo adicional fue obtener un producto,
que proporcionaría costes de tratamiento bajos.
Fue asimismo un objetivo de la presente
invención obtener un procedimiento de producción de un producto para
el tratamiento de agua y de aguas residuales, que proporcionaría
costes de producción bajos.
Estos y otros objetivos de la presente invención
se alcanzaron mediante el producto y el procedimiento según se
describen a continuación. La presente invención se caracteriza
además por las reivindicaciones de la patente.
El producto consiste en un polvo de almidón
elevadamente catiónico con > 10% de densidad de carga (grado de
sustitución) disuelto en una solución de salmuera. En principio, se
puede utilizar cualquier almidón nativo. Se encontró que el polvo
de almidón podría ser preferentemente de almidón de patata y la
concentración más preferida se encontró que estaba comprendido
entre 15 y 25% en peso. Se encontró sorprendentemente que cuando se
utilizaron sales que poseen iones de dos valencias, fue posible
obtener la solución de almidón deseada. La solución de salmuera
puede ser agua marina, CaCl_{2}, Ca(NO_{3})_{2},
MgCl_{2}, etc., o mezclas de las mismas. La viscosidad debería
ser <10.000 cP (mPa s) a temperaturas > 15ºC. Cuanto más
elevada es la concentración de la solución de salmuera, más
fácilmente se disolverá el polvo de almidón.
La solución de almidón elevadamente concentrada
debería comprender preferentemente > 10 g/l de sales minerales
de agua marina, CaCl_{2}, Ca(NO_{3})_{2},
MgCl_{2}, etc., o mezclas de las mismas y > 5% en peso de
polvo de almidón con densidad de carga (grado de sustitución) >
10%. Las soluciones de almidón tuvieron un pH en el intervalo de 4
a 8.
La calidad del producto se controló mediante la
viscosidad final y la funcionalidad como coagulante y floculante
mediante la eliminación de partícula en el tratamiento de aguas
residuales. Los ensayos de funcionalidad se llevaron a cabo
mediante ensayos de jarra estándar en los que se añadieron
cantidades específicas de solución de almidón a una muestra de
aguas residuales de 1 litro y la turbidez o el contenido de sólidos
suspendidos de la fase acuosa clara se midió después de la
floculación y de la sedimentación. Las condiciones de ensayo de
jarra fueron 30 seg mezclando a una velocidad elevada (500 rpm), 10
min mezclando a velocidad baja (50 rpm) y 15 min de
sedimentación.
Se encontró que se podía utilizar un mezclador
de cizalladura elevada para mezclar el polvo de almidón y una
solución de salmuera para producir una solución de almidón
elevadamente concentrada con propiedades excelentes como
coagulante/floculante para el tratamiento de agua. El polvo de
almidón se alimentó gradualmente en la solución de salmuera
utilizando el mezclador de cizalladura elevada.
El tratamiento con un mezclador de cizalladura
elevada se utilizó inicialmente para cortar las cadenas de polímero
en unidades más cortas, ya que esto demostró ser más favorable para
los coagulantes sintéticos en estudios anteriores. El efecto del
mezclador de cizalladura elevada se observa debido a la viscosidad
reducida en la solución de polímero y se asume que esto está
causado por la degradación de las macromoléculas. El mezclador de
cizalladura elevada puede tener asimismo otros efectos y uno puede
ser que promueva el procedimiento de disolución. Si es así, puede
no ser necesario cocer la solución de almidón y entonces la
utilización del almidón catiónico como coagulante será una solución
más fácil y más económica.
La función del mezclador de cizalladura elevada
fue generar un coagulante eficaz para cortar la cadena de la
macromolécula del almidón para reducir la viscosidad de la solución
a un nivel útil para la aplicación (<10.000 cP (mPa s)).
La función de la solución de salmuera fue
preparar la disolución del almidón de forma más fácil, ser capaz de
producir la solución de concentración elevada, tener un efecto
positivo en la estabilidad del producto y tener un efecto positivo
en la función del producto como coagulante.
La función de la alimentación gradual del polvo
fue optimizar la función de la máquina de cizalladura elevada
manteniendo la viscosidad dentro de un nivel que resultó en un corte
de almidón eficaz y ser capaz de producir una solución de
concentración elevada.
La presente invención comprenderá en su más
amplio alcance un producto para el tratamiento de agua y de aguas
residuales, en el que dicho producto comprende un polvo de almidón
elevadamente catiónico y una solución de salmuera que comprende
agua marina y/o sales que comprenden iones de dos valencias. La sal
puede ser CaCl_{2} y/o Ca(NO_{3})_{2} y/o
MgCl_{2}. La concentración de la solución de salmuera es
5-50 g/l, preferentemente de 10 a 40 g/l. El polvo
de almidón catiónico posee >10% de densidad de carga (grado de
sustitución). El polvo de almidón es preferentemente almidón de
patata y la concentración de almidón es de 5 a 25% en peso,
preferentemente de 15 a 25% en peso. La viscosidad está comprendida
entre 300 y 10.000 cP (mPa s), preferentemente entre 1.000 y 5.000
cP
(mPa s).
(mPa s).
La presente invención comprende además un
procedimiento para producir un producto para el tratamiento de agua
y de aguas residuales, en el que se mezclan un polvo de almidón
elevadamente catiónico y una solución de salmuera que comprende
agua marina y/o sales que comprenden iones de dos valencias en un
mezclador de cizalladura elevada para mantener la viscosidad <
10000 cP (mPa s) a temperaturas > 15ºC. La viscosidad se mantiene
preferentemente a 1000-5000 cP (mPa s). La
velocidad de alimentación de polvo a líquido es > 100
kg/m^{3}h. La temperatura de producción es de 50 a 100ºC,
preferentemente de 60 a 80ºC.
La presente invención se describe y se explica
además en las figuras y ejemplos siguientes.
La Fig. 1 muestra un sistema para la producción
de una solución de almidón elevadamente concentrada.
La Fig. 2 muestra la relación entre la
concentración de almidón y la viscosidad a temperaturas
diferentes.
La Fig. 3 muestra la comparación de la
funcionalidad de diversas soluciones de almidón
(5-20% en peso) en agua marina y CaCl_{2},
respectivamente.
La Fig. 4 muestra la comparación de la
funcionalidad de una solución de almidón al 18% en peso a escala
industrial con un mezclador en línea y una solución al 0,5% en peso
producida a escala de laboratorio en un vaso de precipitados de 1
litro.
La Fig. 5 muestra la relación entre el tiempo de
tratamiento, la temperatura y la viscosidad para una producción a
escala industrial de una solución de almidón al 15% en peso.
La Fig. 1 muestra una planta de producción para
la producción de soluciones de almidón elevadamente concentradas.
El polvo de almidón se lleva desde un sistema mayor de
almacenamiento de polvo 1 a un mezclador de cizalladura 2 elevada
en el que gradualmente se alimenta una solución de salmuera, que se
lleva a un mezclador de cizalladura elevada 2 desde un tanque de
mezcla/reserva 3 equipado con un mezclador 4 y un dispositivo de
refrigeración 5. La parte central de la planta de producción es el
mezclador de cizalladura elevada 2. El mezclador de cizalladura
elevada 2 debería ser preferentemente un mezclador turbo en línea
con fuerzas de cizalladura altas en el que el líquido y el polvo se
mezclan inmediata y eficazmente. Las fuerzas de cizalladura deben
ser suficientes para mantener la viscosidad < 10.000 cP (mPa s)
a temperaturas > 15ºC con una velocidad de alimentación de
polvo a líquido de >100 kg/m^{3} h. Esto requiere un mezclador
de cizalladura elevada con una potencia > 15 kW. La temperatura
de la solución de almidón aumenta con el incremento de la
concentración en la producción. El dispositivo de producción que
incluye un mezclador de cizalladura elevada 2 debería ser capaz de
trabajar a temperaturas de hasta 70-100ºC. La
temperatura elevada es positiva para la eficacia de la disolución y
la estabilidad de producto. La temperatura de producción debería
ser > 50ºC, preferentemente 60-80ºC.
La solución de almidón se recircula en el
mezclador de cizalladura elevada 2 vía el tanque de mezcla/reserva
3. La recirculación se puede facilitar mediante el mezclador de
cizalladura elevada 2 o mediante una bomba extra 6. En el tanque de
mezcla/reserva 3 el líquido se debe mezclar vigorosamente para
conseguir una solución homogénea y asegurar que el volumen de
líquido entero se trata suficientemente mediante el mezclador de
cizalladura elevada 2. El flujo de recirculación debe ser
suficientemente grande para bombear el volumen entero a través de
una bomba de cizalladura elevada 6 más de 50 veces. La producción
puede ser de manera discontinua o continua. La solución de almidón
fabricada se lleva desde el tanque de mezcla/reserva 3 a un tanque
de reserva mayor 7.
El tiempo de tratamiento con el mezclador de
cizalladura elevada 2 debería ser por lo general 5 minutos o más
para una concentración de almidón de 5% en peso, y por lo general
una hora o más para la concentración de almidón de 25% en peso. El
tiempo de modificación necesario será ligeramente más largo para un
procedimiento continuo que para un procedimiento en
discontinuo.
Se llevó a cabo un ensayo a escala de
laboratorio en el que las soluciones de almidón se prepararon ambas
estáticas, en el que el polvo de almidón catiónico se añadió
gradualmente a un vaso de precipitados con un mezclador de
cizalladura elevada y en línea, en el que el polvo de almidón
catiónico se añadió gradualmente a una solución bombeada a través
de un mezclador de cizalladura elevada. En el modo estático, el
volumen de líquido total se mezcló de forma continua. En el modo en
línea, uno tuvo que asegurar suficiente pase a través del mezclador
de cizalladura elevada para conseguir los efectos deseados. Se
llevó a cabo el ensayo para evaluar la diferencia entre los
sistemas estáticos y en línea con respecto al tiempo de modificación
necesario y a la eficacia de la modificación.
El polvo de almidón de patata catiónico se
mezcló con agua marina. Se variaron las concentraciones de almidón
y se midieron los cambios en la viscosidad como una función del
tiempo. La temperatura de producción fue aproximadamente de 60 a
80ºC y después de la mezcla, las soluciones se enfriaron a 20ºC. Se
ensayaron los productos como coagulantes/floculantes sobre aguas
residuales de pulpa y de papel utilizando los ensayos de jarra. Las
condiciones del ensayo de jarra fueron 30 seg mezclando a velocidad
elevada (500 rpm), 10 min mezclando a velocidad baja (50 rpm) y 15
min de sedimentación. Las condiciones de modificación del almidón y
los resultados se presentan en la Tabla 1.
La Tabla 1 presenta las condiciones de ensayo y
los resultados a partir de un ensayo a escala de laboratorio
(sistema estático y en línea) con relaciones entre la concentración
de almidón, tiempos de modificación diversos, viscosidad final a
20ºC, y los resultados de los ensayos de la calidad de producto de
almidón como coagulante floculante en aguas residuales de pulpa y
de papel.
| Mezclador de laboratorio de | Potencia 0,25 kW | Estática | Estática | Estática | En línea | En línea |
| cizalladura elevada (Silverson) | ||||||
| Concentración | % de almidón en | 4,8 | 9,1 | 18,7 | 9,7 | 18 |
| peso | ||||||
| Volumen | Litro | 0,8 | 0,7 | 1 | 1 | 1 |
| Tiempo de mod. | Minutos | 25 | 25 | 55 | 38 | 113 |
| Viscosidad final | cP (mPa s) | 76 | 535 | 6500 | 455 | 3900 |
| \begin{minipage}[t]{45mm}Calidad del producto de almidón como coagulante/floculante en aguas residuales de pulpa y de papel\end{minipage} | \begin{minipage}[t]{23mm} Efecto de la eliminación de la turbidez\end{minipage} | Excelente | Buena | Moderada | Buena | Excelente |
Según se puede ver en la Tabla, el tiempo de
modificación requerido aumentó con el incremento de la concentración
del polvo de almidón. El tiempo de modificación necesario fue
ligeramente más largo en un mezclador en línea en el que la
solución de almidón fue recirculada a través del mezclador de
cizalladura elevada que en un sistema mezclador de cizalladura
elevada estático. La Tabla muestra que el tiempo de modificación
insuficiente, según se midió por la calidad de producto como
coagulante/floculante, resulta en una viscosidad más elevada. El
tiempo de modificación deseado en una planta de producción a escala
industrial se regulará mediante el sistema de producción, la
funcionalidad de producto y la manipulación de producto.
Los ensayos de modificación de almidón se
llevaron a cabo en un vaso de precipitados de 1 litro con un
mezclador estático con un tiempo de tratamiento suficiente para
alcanzar la calidad de almidón deseada con respecto al efecto como
coagulante/floculante referido como "Excelente" en el Ejemplo
1. El polvo de almidón de patata catiónico se añadió gradualmente a
agua marina hasta que se alcanzaron concentraciones de
aproximadamente 5% en peso, 10% en peso y de entre 17 y 20% en
peso. La temperatura de producción fue aproximadamente
60-80ºC. Las soluciones se enfriaron hasta 40, 30 y
20ºC, y a cada temperatura se midió la viscosidad para soluciones
diferentes.
La Fig. 2 muestra la relación entre la
concentración de almidón y la viscosidad a 20, 30 y 40ºC con agua
marina utilizada como la solución de salmuera. Según se puede ver
en la Figura, una concentración de almidón de aproximadamente 10%
en peso proporciona viscosidades en el intervalo comprendido entre
300 y 600 cP (mPa s). Las concentraciones de almidón de
aproximadamente 17 a 20% en peso proporcionan viscosidades en el
intervalo comprendido entre 2.000 y 7.000 cP (mPa s). Dentro del
mismo intervalo de concentración del almidón, la viscosidad es más
elevada cuando la temperatura es 20ºC y los valores de viscosidad
inferiores se obtienen a 40ºC. Por lo general, la viscosidad
incrementa con temperaturas decrecientes.
Se prepararon tres concentraciones diferentes de
soluciones de almidón mezclando polvo de almidón de patata
catiónico con agua marina. Las concentraciones de las soluciones de
almidón fueron 10% en peso, 15% en peso y 20% en peso. Se
prepararon dos soluciones de almidón diferentes mezclando el polvo
de almidón de patata catiónico con una solución de CaCl_{2} de 20
g/l. Las concentraciones de la solución de almidón fueron 15% en
peso y 20% en peso. La funcionalidad de estas cinco soluciones de
almidón se comparó mediante los ensayos de jarra en aguas
residuales de molino de pulpa y de papel. Se llevaron a cabo ensayos
de jarra en vasos de precipitados de 1 litro mezclando durante 30
seg (500 rpm), 10 min de floculación (50 rpm) y 15 min de
sedimentación. La dosificación de las soluciones de almidón
correspondió a entre 20 y 120 ppm como almidón (no como ppm de
las solucio-
nes).
nes).
Se procesaron las soluciones de almidón durante
un periodo de entre 20 y 40 minutos en vasos de precipitados de 1
litro con un mezclador de cizalladura elevada. La temperatura
durante la mezcla fue aproximadamente de 60 a 80ºC. Cuanto más
largo el tiempo de procesamiento, más eficaz es el producto de
almidón a causa de la modificación más completa de las
macromoléculas de almidón. No se consiguieron mejoras por encima de
cierto tiempo de modificación. Con el tiempo de modificación
suficiente, que depende de la concentración y del sistema de
producción, no debería haber diferencia por lo general entre los
productos de almidón producidos con soluciones de salmuera
diferentes. Después de la modificación, se enfriaron las soluciones
a temperatura ambiente (20ºC) y se ensayaron los productos como
coagulantes/floculantes sobre aguas residuales de pulpa y de papel
utilizando un ensayo de ja-
rra.
rra.
La Fig. 3 muestra los resultados de los ensayos
de jarra sobre aguas residuales de pulpa y de papel en los que las
soluciones de almidón al 10% en peso, 15% en peso y 20% en peso se
produjeron con agua marina y las soluciones de almidón al 15% en
peso y al 20% en peso con CaCl_{2} (20 g/l) respectivamente. La
turbidez después de la coagulación/floculación y sedimentación
(FAU) se muestra como función de una dosis de almidón (ppm).
Los resultados muestran que la turbidez se
reduce eficazmente ya a 20 ppm y que la eficacia de tratamiento
óptima se consigue a una dosis de entre 40 y 60 ppm de almidón, que
es relativamente bastante favorable a la utilización de sales de
metal. No existe diferencia significativa en la calidad de producto
como coagulante/floculante cuando se utiliza agua marina o
CaCl_{2} como solución de salmuera. La variación en la turbidez
entre los productos diferentes es probablemente un resultado de una
modificación insuficiente del almidón catiónico.
Se llevó a cabo un ensayo para comparar la
funcionalidad de las soluciones de almidón producidas en un vaso de
precipitados de 1 litro con un mezclador estático versus una
solución de almidón producida a escala industrial con un mezclador
en línea. Además, las concentraciones de almidón fueron
significativamente diferentes para estudiar como afecta esto a la
funcionalidad del producto de almidón como coagulante/floculante. Se
produjo una solución de almidón al 0,5% en peso con un mezclador
estático en un vaso de precipitados de 1 litro y una solución de
almidón al 18% en peso con uno en línea en una planta a escala
industrial según se ilustra en la Fig. 1. Se ensayó una solución de
almidón al 0,5% en peso incluso aunque tal concentración baja no
será de utilidad práctica. En ambas soluciones, el polvo de almidón
de patata catiónico se mezcló con agua marina y el tiempo de
modificación fue suficiente para conseguir la funcionalidad óptima
del producto como coagulante/floculante, aproximadamente 2 minutos
para la solución al 0,5% en peso a escala de laboratorio y
aproximadamente una hora para la solución al 18% en peso en planta
a escala industrial. La temperatura durante el mezclado estuvo
comprendida entre 60 y 80ºC y después de mezclar las soluciones se
enfriaron a temperatura ambiente (20ºC) y se ensayaron como
coagulantes/floculantes sobre aguas residuales de pulpa y de papel
con ensayos de jarra.
La Fig. 4 muestra los resultados de los ensayos
de jarra con las aguas residuales de molino de pulpa y de papel con
la solución de almidón al 18% en peso producida con un mezclador en
línea a escala industrial (en línea) y con la solución de almidón
al 0,5% en peso producida en un vaso de precipitados de 1 litro con
un mezclador estático (escala de laboratorio, discontinuo). La
turbidez después de la floculación y sedimentación (FAU) se muestra
como una función de la dosis de almidón (ppm). Según se puede ver en
la Figura, los productos de almidón producidos a escala de
laboratorio y a escala industrial con concentraciones
significativamente diferentes están en buena concordancia. Esto
significa que la funcionalidad de producto no es sensible al
procedimiento de producción ni a la concentración de la solución de
almidón.
Se llevó a cabo un ensayo en una planta a escala
industrial (según se muestra en la Fig. 1) para estudiar el efecto
de la alimentación del polvo de almidón catiónico y el tiempo de
tratamiento sobre la viscosidad y la temperatura. Se produjo una
solución de almidón al 15% en peso a partir de polvo catiónico de
almidón de patata y agua marina. El polvo de almidón de patata
catiónico se añadió en discontinuo a la solución. La solución se
enfrió entre cada adición de polvo de almidón.
La Fig. 5 muestra la relación entre el tiempo de
tratamiento (minutos), temperatura (ºC) y viscosidad (cP (mPa s))
en la producción de una solución de almidón al 15% en peso en agua
marina. En la Fig. 5 se ve que la viscosidad aumenta a cada adición
del polvo de almidón y que disminuye bastante más rápidamente como
resultado del mezclado de cizalladura elevada. La temperatura
aumenta gradualmente con el tiempo de tratamiento, pero aumenta por
lo general más a viscosidad elevada en una adición de polvo de
almidón. En una planta a escala industrial será importante
encontrar el equilibrio correcto entre la velocidad de alimentación
del polvo de almidón, la viscosidad y el aumento de
temperatura.
El producto según la presente invención es
excelente como coagulante/floculante para el tratamiento de agua y
de aguas residuales solo o en combinación con otros productos
químicos. Para el tratamiento de aguas residuales municipales, se
puede combinar el producto típicamente con una dosis mínima de sal
de metal (férrica o de aluminio) para conseguir buenos resultados
con una producción de fango inferior. Para los efluentes de pulpa y
de papel, funciona bien solo o se puede combinar con un floculante,
por ejemplo poliacrilamida o sílice activada, para aumentar la
separación del fango. Para efluentes lácteos y para agua que
contenga aceite, muestra un funcionamiento excelente junto con la
sílice activada.
Los beneficios del producto y del procedimiento
de producción son costes de tratamiento inferiores relativos a
otros productos disponibles basados en almidón. El producto
proporciona un tratamiento mejorado del agua y de las aguas
residuales. El producto es asimismo ecológico, biodegradable y
seguro para su manipulación, su pH es neutro y no comprende
componentes tóxicos.
Claims (11)
1. Producto para el tratamiento de agua y de
aguas residuales, caracterizado porque dicho producto
comprende polvo de almidón elevadamente catiónico disuelto en una
solución de salmuera que comprende agua marina y/o sales que
comprenden iones de dos valencias, en el que las cadenas de polímero
de almidón disuelto están cortadas en unidades más cortas.
2. Producto según la reivindicación 1,
caracterizado porque las sales son CaCl_{2} y/o
Ca(NO_{3})_{2} y/o MgCl_{2}.
3. Producto según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la concentración de la solución de
salmuera es de 5 a 50 g/l, preferentemente de 10 a 40 g/l.
4. Producto según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el polvo de
almidón catiónico presenta > 10% de densidad de carga (grado de
sustitución).
5. Producto según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el polvo de
almidón es almidón de patata.
6. Producto según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
concentración de almidón es de 5 a 25% en peso, preferentemente de
15 a 25% en peso.
7. Producto según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
viscosidad es de 300 a 10.000 cP (mPa s), preferentemente de 1.000
a 5.000 cP (mPa s).
8. Procedimiento de producción de un producto
para el tratamiento de agua y de aguas residuales,
caracterizado porque se mezclan un polvo de almidón
elevadamente catiónico y una solución de salmuera que comprende agua
marina y/o sales que comprenden iones de dos valencias en un
mezclador de cizalladura elevada en el que las cadenas de polímero
de almidón disueltas se cortan en unidades más cortas para mantener
la viscosidad < 10000 cP (mPa s) a temperaturas > 15ºC.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque la viscosidad se mantiene a entre 1.000
y 5.000 cP (mPa s).
10. Procedimiento según la reivindicación 8 ó
9, caracterizado porque la velocidad de alimentación de polvo
a líquido es > 100 kg/m^{3}h.
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque la temperatura
de producción es de 50 a 100ºC, preferentemente de 60 a 80ºC.
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