ES2289580T3 - Material de soporte para bacterias. - Google Patents
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Abstract
Material compuesto con una densidad específica de 0, 8 a 1, 2 g/cm3, que comprende los siguientes componentes: (a) uno o varios granos de un material inorgánico no metálico con una superficie específica de 10.000 a 1.000.000 m2/m3, con una porosidad de 10 a 80%, con poros de los que al menos un 50% presentan un tamaño de poro entre 0, 1 y 1.000 µm, en el que más de un 50% de los granos muestran un tamaño de grano de 0, 1 a 50 mm; y (b) una o varias partículas plásticas con una densidad específica de 0, 6 a 1, 2 g/cm3, y una superficie específica de 50 a 1.000 m2/m3, de las que más de un 50% presentan un tamaño de partícula de 0, 01 a 100 mm.
Description
Material de soporte para bacterias.
La presente invención se refiere a un material
compuesto de granos inorgánicos no metálicos y partículas plásticas,
que es particularmente adecuado como material de soporte para
bacterias. Un campo de aplicación preferido de dichos materiales de
soporte es el uso en las etapas biológicas de instalaciones de
depuración.
Actualmente en los procedimientos biológicos
utilizados para la purificación de aguas residuales se explota
principalmente en la mayoría de las ocasiones la capacidad de los
microorganismos de oxidar contaminantes orgánicos con consumo de
oxígeno. Para la operación de instalaciones de depuración, es por
tanto de gran interés proporcionar un material de soporte que
ofrezca un medio de vida conveniente a bacterias en instalaciones
de depuración. A este respecto, es decisivo por una parte
proporcionar una superficie lo mayor posible sobre la que las
bacterias puedan fijarse, mientras que por otra parte es ventajoso
si el material de soporte muestra una densidad específica que
corresponda con el líquido a depurar, de modo que el material de
soporte flote en el líquido y pueda circular mediante las
corrientes presentes. Otro criterio para un soporte para bacterias
ventajoso es la presencia de una superficie suficientemente lisa que
posibilite que el cieno formado sobre el material de soporte que
incluye las bacterias saturadas pueda desprenderse de vez en cuando
del soporte, y por tanto dar espacio para un nuevo crecimiento
bacteriano y por tanto para la regeneración de la unidad de
depuración.
Como material de soporte para bacterias es
conocido el uso de lava y/o guijarros en filtros de lecho fijo. Sin
embargo, esta variante se caracteriza por la desventaja de que el
soporte es más pesado que el agua, y por tanto no es capaz de
flotar. Es otra desventaja que aparezcan altas pérdidas de presión.
Es igualmente desventajoso para el uso de estos materiales como
soportes de bacterias en instalaciones de depuración que el
problema de contaminación no esté resuelto satisfactoriamente en
este caso, y que dichos materiales de soporte presenten una
superficie demasiado baja.
Además, es conocido el uso de soportes plásticos
en instalaciones de depuración, particularmente basados en cuerpos
de moldeo. Estos se caracterizan sin embargo por una baja superficie
de como máximo 600 m^{2}/m^{3}, así como por su parcial
tendencia a la flotación.
Se utilizan además también soportes basados en
cerámica, que sin embargo no pueden igualmente ser satisfactorios,
ya que por un lado no pueden flotar y por otro lado son demasiado
caros de adquirir.
Respecto al estado de la técnica anterior, la
presente invención se basa en el objetivo de proporcionar un
material de soporte para bacterias para uso en instalaciones de
depuración que presente una alta superficie específica para la
fijación de bacterias, que sea capaz de flotar en el medio acuoso de
la instalación de depuración y que posibilite el desprendimiento de
cieno y bacterias saturadas durante la operación mediante una
superficie suficientemente lisa.
Este objetivo se consigue según la invención
mediante el material compuesto según la reivindicación 1. Las
formas de realización preferidas de este material compuesto se
describen en las reivindicaciones subordinadas 2 y 3.
La presente invención se refiere además al uso
del material compuesto según la invención como material de soporte
para bacterias. Este aspecto de la presente invención se describe en
las reivindicaciones 4 a 6.
Además, la presente invención se refiere también
a un procedimiento para la fabricación del material compuesto según
la invención. Este procedimiento se describe en las reivindicaciones
7 y 8.
1.1 A menos que se observe expresamente otra
cosa, la presente invención usa los términos "poro",
"poroso" y "porosidad" en el sentido de porosidad
abierta. Estos términos se refieren por tanto a poros que son
accesibles desde el exterior.
1.2 La "superficie específica" se determina
mediante adsorción de nitrógeno según el procedimiento BET según la
norma DIN 66.131.
1.3 La "porosidad" accesible (abierta) se
determina mediante porosimetría con mercurio según la norma DIN
66.133.
1.4 El "tamaño de grano" se determina
mediante análisis de tamizado según la norma DIN 53.477.
1.5 La "porosidad" se define por la fórmula
(I)
(I)P = V x
100%/(1/S +
V)
en la que P designa la porosidad
(%), S la densidad real (g/cm^{3}) y V el volumen de poro
específico
(cm^{3}/g).
1.6 El "volumen de poro específico" y el
"tamaño de poro" se determinan mediante porosimetría con
mercurio según la norma DIN 66.133. En la medida del volumen de
poro específico según la porosimetría con mercurio, se determina la
cantidad de mercurio infiltrada en la muestra y la presión necesaria
para ello. Mediante estos datos, se determina el volumen de poro y
tamaño de poro mediante la fuerza capilar conocida del mercurio.
Debido a que el mercurio sólo puede infiltrarse en poros accesibles,
también puede hacerse la medida sólo de la porosidad
abierta.
abierta.
1.7 La "densidad real" (densidad de sólido)
se obtiene mediante medida según la norma DIN
66137-2.
El material inorgánico no metálico utilizado en
el material compuesto según la invención tiene el objetivo de
proporcionar una superficie suficientemente grande para la fijación
de bacterias. Para la aptitud para la fijación de bacterias es
decisivo, además del tamaño de la superficie específica, también su
estructura. Es particularmente preferido para la fijación de
bacterias si el material inorgánico no metálico presenta poros
accesibles desde fuera que no sean demasiado pequeños, para
garantizar un buen intercambio de materia con el medio
circundante.
Según la invención, se consiguen los requisitos
anteriores mediante un material inerte que presenta las siguientes
características:
- -
- una superficie específica de 10.000 a 1.000.000 m^{2}/m^{3},
- -
- una porosidad de 10 a 80%,
- -
- poros de los que al menos un 50% presentan un tamaño de poro entre 0,1 y 1.000 \mum, y
- -
- granos de los que más de un 50% muestran un tamaño de grano de 0,1 a 50 mm.
A este respecto se prefieren materiales cuya
superficie específica ascienda a 25.000 a 500.000 m^{2}/m^{3}.
Se prefieren especialmente materiales con superficies específicas de
100.000 a 500.000 m^{2}/m^{3}. Se utilizan ventajosamente
igualmente materiales en los que al menos un 80% de los poros se
encuentren en un intervalo de tamaño de 0,5 a 100 \mum,
preferiblemente 5 a 50 \mum. Es igualmente preferible si un 70%
del material presenta un tamaño de grano de 0,1 a 50 mm, con
especial preferencia 1 a 20 mm. Se prefiere además el uso de un
material cuya porosidad (abierta) ascienda a 40 a 80%, con especial
preferencia a 50 a 70%.
Además, el material inorgánico no metálico (como
también el plástico descrito a continuación) se caracteriza porque
es inerte en el medio circundante en el que se utiliza como material
de soporte para bacterias (por tanto típicamente en un medio
acuoso), y por tanto se supone que no es soluble ni participa en
reacciones químicas.
La composición química del material inorgánico
no metálico no está determinada con mayor detalle, a condición de
que satisfaga los requisitos citados anteriormente. Los siguientes
materiales inorgánicos no metálicos pueden utilizarse, por ejemplo,
según la presente invención: zeolitas, carbono activo, gránulos de
arcilla, materiales silíceos porosos.
Se da a conocer un material especialmente
preferido en el documento DE 10022798.
La fabricación de los materiales inorgánicos no
metálicos utilizables según la presente invención se realiza
mediante técnicas convencionales.
Los tamaños de grano adecuados del material
inorgánico no metálico se obtienen mediante molido y/o tamizado.
Las partículas plásticas utilizables según la
presente invención tienen por un lado el objetivo de posibilitar
una densidad específica del material compuesto mediante su unión con
el material inorgánico no metálico que corresponda con el medio
circundante, de modo que el material compuesto pueda flotar en ese
medio.
Por otro lado, el material plástico posibilita,
por su superficie plana en comparación con el material inorgánico
no metálico, un desprendimiento de cieno y bacterias saturadas de la
superficie del material compuesto.
\newpage
Para satisfacer estos objetivos, es ventajoso si
la partícula plástica presenta una densidad específica de 0,6 a 1,2
g/cm^{3}, preferiblemente 0,9 a 1,1 g/cm^{3}, y una superficie
específica de 50 a 1.000 m^{2}/m^{3}, preferiblemente 100 a 500
m^{2}/m^{3}, y si más de un 50% de las partículas plásticas
presentan un tamaño de partícula de 5 a 100 mm, preferiblemente 8 a
60 mm.
Básicamente, cualquier material plástico es
adecuado para uso según la presente invención, a condición de que
puedan fabricarse partículas a partir de este material que
satisfagan las propiedades anteriores. Son plásticos adecuados
típicos para uso según la presente invención PE (polietileno), PP
(polipropileno), PS (poliestireno), PU (poliuretano), ABS
(acrilonitrilo-butadieno-estireno) y
PVC (poli(cloruro de vinilo)).
La forma de la partícula plástica no está
establecida, y pueden utilizarse partículas con forma de bola, de
disco, de lente y de cubo, al igual que formas mixtas y partículas
totalmente irregulares.
El tamaño y la forma de la partícula se
determinan mediante el proceso de fabricación.
Es un aspecto esencial del material compuesto la
presencia tanto de granos de material inorgánico no metálico como
de partículas plásticas. La relación en peso relativa de estos
componentes se encuentra típicamente en el intervalo de (material
inorgánico no metálico:partícula plástica)= 85:15 a 15:85. La
relación en peso exacta de los componentes se predetermina mediante
la densidad específica deseada del material compuesto, así como por
las densidades específicas de los componentes, y puede determinarse
fácilmente por un experto.
La densidad específica deseada del material
compuesto surge en el uso como material de soporte de bacterias en
instalaciones de depuración de la densidad específica del medio en
la instalación de depuración. Con respecto a la capacidad de
flotación de las partículas, puede ser ventajoso elegir la densidad
específica del material de soporte de modo que no se aparte más de
un 20% de la densidad específica del medio. Se prefieren mejor
materiales compuestos cuyas densidades específicas no se aparten más
de un 10% de la del medio. Se prefieren especialmente materiales
compuestos con una densidad específica que se encuentre en el
intervalo de \pm 5% de la densidad específica del medio. Esto
significa, por ejemplo para medios con una densidad específica de 1
g/cm^{3}, que la densidad específica del material de soporte
debería encontrarse a 0,8 a 1,2 g/cm^{3}, preferiblemente a 0,9 a
1,1 g/cm^{3} y con especial preferencia a 0,95 a 1,05
g/cm^{3}.
Los componentes del material compuesto se unen
ventajosamente entre sí de modo que soporten las cargas mecánicas
que aparecen en su uso (por ejemplo, en la operación de una
instalación de depuración). El tipo de unión de los componentes no
está establecido con detalle, y puede comprender tanto una
compresión con fusión de las partículas plásticas como un pegado de
los componentes.
La disposición espacial de los componentes
dentro del material compuesto igualmente no está establecida con
detalle. Por tanto, pueden presentarse en el material compuesto
según la invención, además de puntos de contacto entre granos de
material inorgánico no metálico y partículas plásticas, también
puntos de contacto entre granos inorgánicos no metálicos y/o entre
partículas plásticas.
Además, se prefiere que los componentes del
material compuesto se seleccionen y unan entre sí de modo que la
superficie específica del material compuesto se encuentre en el
intervalo de 500 a 750.000 m^{2}/m^{3}, con especial
preferencia a 10.000 a 700.000 m^{2}/m^{3}. La forma y el tamaño
de las partículas del material básicamente no están establecidos.
Pero se han mostrado como ventajosas partículas con forma de disco
con una base en forma circular, un diámetro de 1 a 10 cm,
preferiblemente 2 a 6 cm, y un grosor de 2 a 20 mm, preferiblemente
5 a 10 mm, pudiendo presentar estas partículas con forma de disco
mayores cavidades.
El material compuesto según la invención es
particularmente adecuado como material de soporte para bacterias
para uso en etapas de depuración biológica de instalaciones de
depuración. Se utiliza típicamente en una cantidad que corresponde
a 5 a 50% en vol., preferiblemente a 10 a 40%, del recipiente de
reacción.
En la puesta en marcha del material, puede
inocularse el material de soporte con las correspondientes
bacterias, pero esto no es necesariamente obligatorio.
El uso del material compuesto según la invención
no está limitado sin embargo a instalaciones de depuración. De
hecho, el material compuesto es adecuado como soporte para bacterias
para otras aplicaciones como, por ejemplo, biorreactores en la
industria química, reactores de fermentación en la industria
alimentaria, etc. En dichas aplicaciones, puede ser necesario
adaptar los componentes utilizables a las condiciones y requisitos
presentes respecto a resistencia, densidad específica, toxicidad,
etc. La adaptación puede realizarse fácilmente con ayuda de ensayos
rutinarios y al alcance de los conocimientos generales del experto
pertinente.
El material compuesto según la invención puede
fabricarse a partir de los componentes mediante
- (1)
- mezclado del material inorgánico no metálico con las partículas plásticas;
- (2)
- relleno de la mezcla en el molde previsto para ella;
- (3)
- fusión de la superficie de las partículas plásticas, y dado el caso
- (4)
- compresión de las partículas plásticas fundidas con los granos del material inorgánico no metálico;
pudiéndose efectuar la etapa (4) simultáneamente
a la etapa (3) o a continuación de la etapa (3).
La fusión en la etapa (3) se realiza mediante
calentamiento de las partículas plásticas a una temperatura
superior al punto de fusión del plástico durante un periodo de 5 a
60 min. Preferiblemente, debería fundirse sólo la zona del borde de
la partícula, de modo que la estructura y forma de la partícula se
mantuvieran en su núcleo. Sin embargo, no son dañinas deformaciones
marginales de la partícula.
El procedimiento de fabricación comprende
típicamente el mezclado del material inorgánico no metálico con el
material plástico, el relleno en un molde sinterizado adecuado, y
dado el caso compresión. A continuación, se realiza el sinterizado
de la mezcla en la instalación de sinterización según un programa de
sinterización preestablecido con los parámetros temperatura y
tiempo de residencia (VWZ). Durante el tiempo de residencia en la
instalación de sinterización, se realiza una sinterización conjunta
de las partículas plásticas con inclusión del material inorgánico
no metálico.
En una forma de realización preferida, se
consiguió la unión entre las partículas plásticas y el material
inorgánico no metálico usando un polvo plástico. El polvo plástico
puede añadirse en cualquier momento antes de la fusión. Los tamaños
de grano preferidos del polvo plástico están en el intervalo de 0,2
a 1,5 mm, con especial preferencia en el intervalo de 0,2 a 1,0 mm.
Debido a estos tamaños de grano reducidos, se facilita la fusión y
por tanto la unión de los componentes. El polvo plástico funciona
por tanto como intermedio.
Como material para el polvo plástico es adecuado
el material de las partículas plásticas, pero pueden utilizarse
también otros materiales similares. Por "materiales similares"
se entienden a este respecto materiales que presenten una densidad
específica de 0,6 a 1,2 g/cm^{3}, preferiblemente 0,9 a 1,1
g/cm^{3}. Además, el punto de fusión del polvo plástico debería
ser similar al de las partículas plásticas. Preferiblemente, el
punto de fusión no debería encontrarse a más de un 10% por encima
del de las partículas plásticas, y a no más de un 30% por debajo
del de las partículas plásticas.
La cantidad utilizable adecuadamente de polvo
plástico depende de los materiales usados restantes, y puede
determinarse mediante sencillos ensayos preliminares. En cualquier
caso, la cantidad de polvo plástico debería ser ventajosamente al
menos tan alta que redujera la separación de los componentes del
material compuesto. Por otro lado, no es ventajoso elevar la
cantidad de polvo plástico tanto que se supere la cantidad necesaria
para recubrir fácilmente todas las superficies.
Se ha fabricado un material compuesto mediante
la combinación de un material cerámico con las siguientes
propiedades.
Material silíceo:
| Tamaño de poro: | 0,1 a 100 \mum |
| Densidad del material: | 2,2 g/cm^{3} |
| Porosidad: | 60% |
| Superficie: | 350.000 m^{2}/m^{3} |
Material plástico:
| PEAD | |
| Densidad: | 1,035 g/cm^{3} |
Polvo plástico:
| PEAD | |
| Densidad: | 0,951 g/cm^{3} |
| Temperatura de reblandecimiento: | 84ºC (Vicat B50 según norma ISO 306) |
| Temperatura de proceso: | 230ºC |
| VWZ: | 20 min |
| Densidad específica: | aprox. 1 g/cm^{3} |
| Tamaño de partícula: | 20 a 50 mm |
| Superficie específica: | aprox. 175.000 |
El material compuesto era capaz de flotar en
medio de instalación de depuración, y posibilitaba la fijación de
bacterias. En una operación de ensayo, una instalación de depuración
mostró que el soporte colonizado con bacterias era bien capaz de
regeneración, ya que las bacterias y cieno pudieron separarse del
soporte.
\bullet DE 10022798
Claims (8)
1. Material compuesto con una densidad
específica de 0,8 a 1,2 g/cm^{3}, que comprende los siguientes
componentes:
(a) uno o varios granos de un material
inorgánico no metálico con una superficie específica de 10.000 a
1.000.000 m^{2}/m^{3}, con una porosidad de 10 a 80%, con poros
de los que al menos un 50% presentan un tamaño de poro entre 0,1 y
1.000 \mum, en el que más de un 50% de los granos muestran un
tamaño de grano de 0,1 a 50 mm; y
(b) una o varias partículas plásticas con una
densidad específica de 0,6 a 1,2 g/cm^{3}, y una superficie
específica de 50 a 1.000 m^{2}/m^{3}, de las que más de un 50%
presentan un tamaño de partícula de 0,01 a 100 mm.
2. Material compuesto según la reivindicación 1,
en el que el material inorgánico no metálico presenta una
superficie específica de 25.000 a 500.000 m^{2}/m^{3}.
3. Material compuesto según una o varias de las
reivindicaciones 1 ó 2, en el que la relación en peso del material
inorgánico no metálico a partículas plásticas se encuentra de 15:85
a 85:15.
4. Uso del material compuesto según una o varias
de las reivindicaciones 1 a 3 como material de soporte para
bacterias.
5. Uso según la reivindicación 4 en
instalaciones para el tratamiento de aguas.
6. Uso según la reivindicación 4 ó 5, en el que
la densidad específica del material compuesto de densidad
específica corresponde a la del medio circundante.
7. Procedimiento para la fabricación del
material compuesto según una o varias de las reivindicaciones 1 a
3, que comprende las etapas de:
- (1)
- mezclado del material inorgánico no metálico con las partículas plásticas;
- (2)
- relleno de la mezcla en un molde;
- (3)
- fusión de la superficie de las partículas plásticas, y dado el caso
- (4)
- compresión conjunta de las partículas fundidas con los granos de material inorgánico no metálico,
pudiéndose efectuar la etapa (4) simultáneamente
a la etapa (3) o a continuación de la etapa (3).
8. Procedimiento según la reivindicación 7, en
el que antes de la etapa (3) se añade un polvo plástico de un
material idéntico o similar al material de las partículas
plásticas.
Applications Claiming Priority (2)
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| DE2003160465 DE10360465B4 (de) | 2003-12-22 | 2003-12-22 | Bakterienträgermaterial |
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