ES2332651T3 - Composicion ecologica para el tratamiento y purificacion de aguas residuales. - Google Patents
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Abstract
Composición para el tratamiento y purificación de aguas residuales, consistente en gránulos porosos con un tamaño de grano inferior a 5 mm de una mezcla natural de dolomita y arcillas, caracterizada porque dichas arcillas son una mezcla de esmectitas, illita y sepiolita en los porcentajes siguientes: % (p/p) - esmectitas 5-40 - illita: 0-30 - sepiolita: 5-70 respecto al peso total de la composición, y caracterizada porque dicha composición es sometida a un tratamiento térmico a una temperatura entre 20 y 1.200ºC durante un periodo de tiempo de 10 segundos a 24 horas y/o a un tratamiento químico con un ácido orgánico y/o inorgánico o una sal de los mismos.
Description
Composición ecológica para el tratamiento y
purificación de aguas residuales.
La presente invención entra dentro del campo del
tratamiento y purificación de aguas residuales contaminadas por la
presencia de contaminantes orgánicos y/o inorgánicos. Se refiere
más concretamente, a una composición que contiene una mezcla
natural de dolomita y arcillas, especialmente útil en los
mencionados procesos.
La purificación de aguas residuales constituye
uno de los campos que han experimentado un mayor desarrollo en los
últimos años. La imposición de legislaciones cada vez más estrictas
por parte de los distintos gobiernos, junto con una mayor
conciencia por parte de la sociedad han desembocado en un
incremento de los esfuerzos por buscar sistemas de purificación y
tratamiento que resulten adecuados.
Existen numerosos ejemplos de procesos
industriales que producen efluentes considerados contaminantes,
bien por la presencia de contaminantes inorgánicos (metales,
amoniaco, fósforo), por la presencia de contaminantes orgánicos
(grasas, alcoholes, compuestos aromáticos, etc.), o por la
combinación de estos dos tipos de contaminantes. De entre todos los
sectores contaminantes cabe destacar los siguientes: industria del
hierro y el acero, tratamientos superficiales, cerámica,
curtiduría, industria papelera, transformación alimentaria y
ganadería intensiva.
Se ha propuesto el uso de arcillas en los
tratamientos fisicoquímicos de purificación de aguas. Ello se debe
a algunas de las propiedades que estos materiales presentan, como
son su gran porosidad, su elevada superficie específica y la
elevada capacidad de intercambio catiónico que poseen y que
resultan en una elevada capacidad de absorción. Las arcillas
utilizadas lo han sido en sistemas de filtración consistentes en el
paso del efluente a depurar a través de un lecho de arcilla fijo,
así como de un lecho de contacto, donde la arcilla en forma de
polvo es añadida al agua contaminada a tratar, con posibilidad de
agitación posterior.
Las arcillas estudiadas se han analizado en su
forma natural y en formas modificadas. Las modificaciones
realizadas tenían como fin variar algunas de las propiedades de la
arcilla para obtener productos específicos para determinados
problemas. Así pues, el tratamiento de las arcillas con ácidos
inorgánicos produce la limpieza del material y un aumento de la
porosidad y de la superficie específica. También se consigue un
aumento de la porosidad mediante el tratamiento térmico de las
arcillas. Si se trata la arcilla con reactivos orgánicos
específicos pueden conferírsele propiedades hidrófobas, lo que puede
ser ventajoso para la eliminación selectiva de contaminantes
orgánicos.
orgánicos.
Algunos ejemplos ilustran el uso de arcillas en
procesos para el tratamiento y purificación de aguas residuales
mediante propiedades fisicoquímicas.
- La patente US 4116828 describe la eliminación
de pesticidas, toxinas, hormonas, metales pesados, cationes y virus
por adsorción sobre attapulgita o sepiolita.
- La patente US 5454955 describe el uso de
hectorita junto con un coagulante catiónico soluble en agua para
decolorar aguas residuales procedentes de la eliminación de la
tinta presente en el papel usado.
- La solicitud de patente WO 96/10540 describe
la purificación de líquidos polares residuales mediante la adición
de una suspensión de bentonita al propio líquido polar que se va a
depurar.
- La patente US 5632899 describe la eliminación
de alquiltioalquilaminas con la consiguiente reducción de los
efectos tóxicos de las mismas en el agua, mediante la adición de
arcillas hinchables, naturales o sintéticas.
- La patente RU 2125022 describe una composición
para el tratamiento de aguas residuales obtenida mediante la mezcla
de cal viva con arcillas (mica, montmorillonita, paligorskita)
además de aditivos tales como caolín, bentonita, beidelita, etc.
Las arcillas son secadas y tratadas con amoniaco. Este tratamiento
hace que los metales precipiten y que la materia en suspensión
coagule y flocule en presencia de agentes tensoactivos.
- La patente US 5880060 describe una mezcla para
la eliminación de metales pesados e isótopos radioactivos. La
mezcla está formada principalmente por bentonita, illita, sulfato
de aluminio e hidróxido de calcio.
- La patente EP 0901805/A1 describe la
eliminación de contaminantes orgánicos oleosos utilizando arcillas
modificadas, con tratamiento ácido, como las arcillas
organofílicas.
- La solicitud de patente WO 01/79120 A1
describe un precipitante químico formado principalmente por
bentonita, polifosfato de sodio y lignito.
\newpage
- La solicitud de patente WO 01/90000 A1
describe el uso de arcillas naturales o modificadas orgánicamente
para la eliminación de toxinas en el agua. Las arcillas pueden ser
esmectitas, attapulgita, sepiolita, caolinita y mezclas de las
mismas.
- La solicitud de patente WO 02/10075 describe
una composición para neutralizar ácidos orgánicos o inorgánicos
fuertes. La composición se obtiene mezclando carbonatos, hidróxidos
y un adsorbente (bentonita, caolín).
- La solicitud de patente WO 02/36497 A1
describe el tratamiento de composiciones acuosas añadiendo
esmectita e hidrotalcita o una mezcla capaz de formar un material
tipo hidrotalcita.
- La patente US 2003/0015473 A1 describe la
obtención de arcillas modificadas orgánicamente por contacto con
attapulgita, sepiolita, zeolita o mezclas de las mismas con una
alquilamina. También describe el uso de dicha composición en la
purificación de líquidos contaminados.
Resulta patente que la arcilla más utilizada es
la montmorillonita (bentonita). También puede observarse cómo la
acción de las arcillas tiende a ir acompañada de una serie de
aditivos utilizados normalmente en la purificación de las aguas,
como son los agentes neutralizantes, precipitantes, coagulantes,
floculantes y decolorantes. También se aprecia cómo los sistemas
propuestos generalmente son para uso en procesos de purificación
específicos. Los sistemas cuya utilización se propone para una
amplia gama de aguas residuales contaminadas son escasos.
Igualmente, las arcillas han sido propuestas
para su utilización en tratamientos de purificación biológicos,
tanto aerobios como anaerobios, como soporte poroso que permite el
crecimiento y la fijación de las bacterias que actúan en el proceso
de purificación. En comparación con otros materiales que pueden
actuar de soporte (carbón activo, materiales cerámicos, plásticos)
se ha planteado que las trazas de elementos como el cobre, el cinc,
el magnesio y otros que se fijan electrostáticamente a las
arcillas, pueden ser empleadas como nutrientes por las
bacterias.
Algunos ejemplos ilustran el uso de arcillas en
procesos para el tratamiento y purificación de aguas residuales
mediante tratamientos biológicos:
- La patente US 3935067 describe el uso de
bentonitas sódicas como soporte de un cultivo bacteriano que
utiliza un promotor del crecimiento bacteriano.
- La patente FR 2551048 Al describe el uso de
attapulgita y sepiolita en la purificación de efluentes en tanques
de fermentación alcohólica que contienen bacterias
fototrópicas.
- La patente ES 2005754 describe el tratamiento
de aguas residuales en presencia de un material de carga arcilloso
en digestores anaerobios de lecho expandido o fluidificado.
Dicho material de carga puede ser sepiolita,
esmectita, vermiculita, caolinita, haloisita, illita o
paligorskita.
- La solicitud de patente WO 94/20425 describe
el uso de talco, caolín o mica en un proceso de purificación
mediante lodo activado.
- La patente EP 0834473 describe un activador
biológico para fosas sépticas compuesto por arcillas y cationes
preparado de un modo tal que potencia la fijación y la actividad de
las enzimas naturales del proceso.
- La patente US 6503740 describe el uso de
arcillas modificadas orgánicamente como soporte bacteriano en la
descomposición de contaminantes químicos. Las arcillas propuestas
son esmectitas, sepiolita, attapulgita y caolinita, entre otras.
El objeto de la presente invención se refiere a
una composición para tratar aguas residuales contaminadas por la
presencia de contaminantes orgánicos y/o inorgánicos, conteniendo
dicha composición una mezcla natural de dolomita y arcillas. A
continuación se citan algunos ejemplos representativos de sistemas
que contienen dolomita en su composición y que se utilizan para el
tratamiento y/o purificación de aguas residuales:
- La patente DE 3440619 preconiza el uso de
carbonato cálcico, carbonato de magnesio, caliza o dolomita como
soporte bacteriano sólido.
- La patente DE 3501563 describe el uso de
caliza o dolomita para controlar el pH en un valor adecuado para el
tratamiento biológico de aguas residuales, en un proceso combinado
de purificación mecánica, química y biológica.
La adición de caliza o dolomita tiene lugar en
el proceso químico.
- La patente GB 2200350 describe el proceso de
obtención de un producto granular para filtración. Dicho proceso
implica la adición de entre un 20 y un 25% de un producto mineral
dolomítico (mezcla en proporciones adecuadas de carbonato de calcio
y carbonato de magnesio) a una suspensión de caolín. El proceso se
completa con el granulado y calcinación de la mezcla total
resultante, a una temperatura entre 900 y 950ºC.
- La patente DE 4132679 describe la eliminación
de cromo, vanadio y titanio mediante la adición de dolomita natural
e hidróxido de calcio y/o sodio. Los hidróxidos formados son
separados con la ayuda de un coagulante.
- En AT-2396101B se describe un
proceso para el tratamiento de aguas residuales contaminadas. Como
fuente de MgO se usa dolomita en su forma natural, semicalcinada o
calcinada.
- En WO99/36365 se describe un floculante
formado por hasta siete componentes. Como agente clarificador
aparece la dolomita o la zeolita en porcentajes entre el 10 y el
70% de la composición.
- En WO00/05178 se describe la dolomita tratada
a 720ºC como componente activo de una composición para la
eliminación e inertización de metales pesados y/o fosfatos en
líquidos y/o sólidos contaminados. Pueden utilizarse arcillas como
portadores de la composición.
En WO02/20152 se describe la obtención de un
adsorbente/floculante mediante tratamiento térmico de dolomita a
800ºC.
Se observa también que las dolomitas naturales o
sintéticas sometidas a procesos de calcinación o de semicalcinación
antes o después de añadirlas a los otros componentes constituyentes
de las composiciones son las más utilizadas.
El uso de dolomita natural ha merecido hasta la
fecha muy poca atención, a pesar de ser un material abundante en la
naturaleza. La dolomita natural tiene una serie de propiedades,
como su porosidad, su capacidad decolorante, su reactividad en
medios ácidos actuando como fuente de magnesio y ajustando el pH,
su reactividad con los metales pesados y similares, que hacen
atractivo su estudio en el ámbito del tratamiento y purificación de
aguas industriales.
Del análisis de todos los estudios citados
anteriormente se deduce que la tendencia seguida en cuanto a las
arcillas y dolomitas en el tratamiento y purificación de aguas
residuales es la modificación (generalmente por calcinación y/o
tratamiento químico) de los correspondientes productos naturales.
Este proceso generalmente dificulta su producción industrial y/o su
eficiencia comercial. Aparte, estos productos modificados tienden a
no ser útiles a nivel general, siendo empleados para unos métodos y
problemas muy concretos. También son habituales las propuestas de
mezclas sintéticas de distintos componentes, cada una de ellas
reclamando sólo una de las propiedades de las mismas, sin evaluar
los efectos que el grupo de posibilidades que ofrecen los
materiales tiene sobre el uso del producto y/o el método. Así, se
han propuesto mezclas de arcillas refiriéndose sólo a su uso como
aglutinantes o portadores sin tener en cuenta su capacidad de
absorción/adsorción o su utilización como soporte sólido que
favorece la interacción entre los contaminantes a tratar y los
productos necesarios como especies activas en el proceso de
purificación y/o tratamiento.
DE3728812 menciona una composición mineral y un
proceso de producción de la misma. De acuerdo con este proceso, se
mezcla una esmectita sin sepiolita con dolomita, siendo necesarios
pasos adicionales para preparar los precomponentes de modo que
puedan ser mezclados homogéneamente. A continuación, la mezcla se
somete a tratamiento térmico a temperaturas superiores a 650ºC.
US20010025945 trata del uso de una composición
de uno o más silicatos naturales, una o más cenizas volantes y/o
humo de sílice, cemento y cal, para purificar aguas residuales.
Estos silicatos naturales pueden ser una arcilla natural.
US20010025945 especifica que la arcilla natural se selecciona a
partir de bentonita, zeolitas y rocas fosfóricas naturales. Además,
la composición preconizada en US20010025945 es una mezcla sintética
que se obtiene añadiendo todos los ingredientes, uno por uno, y
mezclando antes de cada nueva adición. No se aplica tratamiento
térmico. El resultado es un sólido suelto que se añade directamente
a las aguas residuales para formar lodos.
GB2200350A describe un proceso para mezclar
Caolín con Dolomita en polvo y aplicar posteriormente un
tratamiento térmico. En GB2200350A se explica que debe aplicarse
solo una gama de temperaturas entre 900ºC y 950ºC y emplear solo un
20% - 25% de Dolomita, indicando que cantidades por encima de estos
valores no funcionarán correctamente.
US20020179534 expone la producción de agregados
de arcilla marina expandida ligera (LECA) sinterizados para la
eliminación del fósforo. En US20020179534 se indica que el proceso
de producción implica la adición de carbonato de calcio y dolomita
a la arcilla. Además, US20020179534 describe el proceso de
expansión y cocción del material a base de arcilla marina, por el
que la arcilla es alimentada a un horno rotativo donde es cocida y
finalmente es expandida a una temperatura superior a 1200ºC para
obtener un material sinterizado.
El artículo "Origin of Magnesium Clays from
the Amargosa Desert, Nevada, Hani N. Hhoury et al., Clays
and Minerals, Vol. 30, No. 5, 327-336, 1982",
presenta un estudio de campo en el que se investiga el origen de
las arcillas de magnesio del desierto de Amargosa, Nevada. En este
estudio, se presenta una composición natural formada por dolomita y
arcilla con esmectitas y sepiolitas. El informe analiza distintas
probetas procedentes de diferentes zonas.
El solicitante ha descubierto ahora una
composición natural formada por dolomita y arcilla que constituye
el objeto de la presente invención y que, por lo que ha revelado la
investigación llevada a cabo, se trata de una composición que no ha
sido utilizada todavía para el fin que aquí se describe.
Tal como su título indica, la presente invención
hace referencia a una composición ecológica para el tratamiento y
purificación de aguas residuales según la reivindicación 1, un
método para la producción de dicha composición según la
reivindicación 4 y el empleo de dicha composición según la
reivindicación 5.
La dolomita, al igual que las arcillas presentes
en la composición objeto de la invención, son una parte activa en
el uso de la composición para el tratamiento y purificación de aguas
residuales contaminadas.
\vskip1.000000\baselineskip
La composición objeto de la presente invención
se caracteriza porque es una mezcla natural de dolomita y arcillas
en las proporciones siguientes:
- % (p/p)
- - dolomita:
- 5-40
- - arcilla:
- 45-95
con respecto al peso total de la
composición.
\vskip1.000000\baselineskip
Las arcillas son, a su vez, una mezcla de
esmectitas, illita y sepiolita en las siguientes proporciones:
- % (p/p)
- - esmectitas
- 5-40
- - illita:
- 0-30
- - sepiolita:
- 5-70
con respecto al peso total de la
composición.
\vskip1.000000\baselineskip
Las esmectitas se han seleccionado a partir del
grupo formado por: montmorillonita, beidellita, hectorita,
nontronita, saponita, estevensita y mezclas de las mismas.
La dolomita es un mineral presente en la
naturaleza, procedente normalmente de una fuente sedimentaria, cuya
fórmula ideal es MgCa(CO_{3})_{2}, aunque la
composición específica de la misma depende de cada depósito
concreto.
Mineralógicamente, un grupo específico de
filosilicatos recibe el nombre de arcilla. La estructura de estos
filosilicatos se basa en el apilamiento de planos de iones oxígeno
e hidroxilo. Los grupos tetraédricos de SiO^{4-}_{4} se unen
compartiendo tres de sus cuatro átomos de oxígeno con otros grupos
vecinos, formando capas de una extensión infinita y fórmula
Si_{2}O_{5}^{2-}, que constituyen la unidad básica de los
filosilicatos. El silicio tetraédrico puede estar parcialmente
sustituido por Al^{3+} o Fe^{3+}. Estas capas tetraédricas están
unidas a otras capas octaédricas de gibbsita o brucita. El plano de
unión entre ambas capas está formado por átomos de oxígeno apicales
no compartidos por los tetraedros de SiO_{4}^{4-} y por grupos
OH^{-} de la capa octaédrica.
Una unión similar puede darse en la superficie
opuesta de la capa octaédrica. Así pues, los filosilocatos pueden
estar formados por dos capas, la capa tetraédrica más la
octaédrica, y reciben el nombre de filosilicatos 1:1, o bien por
tres capas, una capa octaédrica y dos tetraédricas, y en ese caso
se denominan filosilicatos 2:1. La unidad formada por la unión de
estas dos o tres capas se llama lámina. Si todos los huecos
octaédricos están llenos, la lámina se denomina trioctaédrica. Si
solo están ocupados dos tercios de dichas posiciones y el resto
están vacías se denomina dioctaédrica.
El grupo de las
serpentinas-canditas son filosilicatos 1:1. Los
filosilicatos 2:1 incluyen el talco pirofilita, la esmectita, la
vermiculita, la illita, la mica y los grupos de las cloritas.
Los minerales del grupo de las hormitas, formado
por minerales de la familia de la
paligorskita-sepiolita se incluyen también en el
término arcillas. A diferencia del resto de filosilicatos, que son
laminares, tienen un comportamiento fibroso, puesto que la capa
basal de los átomos de oxígeno es continua, pero los átomos de
oxígeno apicales sufren una inversión periódica cada seis tetraedros
(sepiolita) o cada cuatro tetraedros (paligorskita). Esta inversión
causa la formación de canales en los que pueden alojarse moléculas
de gran tamaño.
Para obtener la composición objeto de la
invención se procede a extraer de un depósito roca arcillosa
conteniendo entre un 5 y un 40% de dolomita y entre un 45 y un 95%
de arcilla. La arcilla es una mezcla de esmectitas (entre un 5 y un
40%), illita (entre un 0 y un 30%) y sepiolita (entre un 5 y un
70%). Los porcentajes se refieren siempre al total de la
composición. La mencionada roca arcillosa es extraída del depósito
con una humedad superior al 30%. A continuación, la roca se somete
a recolección, molturación, secado y granulación, pudiéndose
utilizar en estos procesos cualquiera de los sistemas normalmente
utilizados en la industria.
La composición objeto de la invención es un
producto granular, poroso, con un tamaño de grano inferior a 0,6
mm, preferiblemente inferior a 150 \mum, preferiblemente inferior
a 10 \mum.
Se han comentado anteriormente distintos
procesos para la modificación de arcillas, como son la calcinación,
la activación mediante ácidos o la adición de reactivos
orgánicos.
De acuerdo con lo anterior, la presente
invención es una composición como la definida arriba, modificada
mediante un tratamiento térmico. Dicho tratamiento térmico se lleva
a cabo a una temperatura de entre 20 y 1.200ºC durante un periodo
de tiempo entre 10 segundos y 24 horas. Tras el tratamiento
térmico, la composición puede someterse a un proceso de granulado
hasta que se obtiene el tamaño de grano deseado citado
anteriormente.
Igualmente, la presente invención es también una
composición formada por una mezcla de dolomita y arcilla como la
definida arriba, modificada mediante un tratamiento con productos
químicos orgánicos y/o inorgánicos. Concretamente, dicha
modificación se realiza mediante el tratamiento de la composición
con ácidos orgánicos y/o inorgánicos y sales de los mismos.
Otro objeto de la invención es el uso de las
composiciones descritas en el tratamiento y purificación de aguas
residuales mediante tratamientos fisicoquímicos, en procesos
específicos de procesos de neutralización, precipitación,
floculación, coagulación y decoloración. La cantidad de composición
objeto de la invención a utilizar está entre un 0,02% y un 50%,
preferiblemente entre un 0,05% y un 20%, preferiblemente entre un
0.1% y un 10%, siempre de materia seca referida a un litro del agua
residual a tratar. La dosis adecuada dependerá de la naturaleza de
las aguas residuales que han de tratarse.
Un aspecto específico de la invención preconiza
el uso de la composición descrita como coagulante en combinación
con agentes floculantes. Existen numerosos productos comerciales
utilizados como floculantes. El uso de la composición junto con
floculantes de la familia de las poliacrilamidas ha demostrado ser
particularmente útil. Ventajosamente, la naturaleza de la
composición descrita posibilita que su uso no incremente los
valores de conductividad del agua a tratar, efecto que si se
produce a causa de los polielectrolitos que se usan normalmente
como
coagulantes.
coagulantes.
Otro objeto de la invención es el uso como
aditivo de las composiciones descritas. En otras palabras, su uso
en el tratamiento y purificación de aguas residuales mediante
tratamientos fisicoquímicos, en procesos específicos o procesos
mixtos de neutralización, precipitación, floculación, coagulación y
decoloración junto con otros agentes neutralizantes, correctores de
pH, precipitantes, floculantes, coagulantes y agentes decolorantes.
La cantidad de composición objeto de la invención a utilizar está
entre un 0,02% y un 50%, preferiblemente entre un 0,05% y un 20%,
preferiblemente entre un 0,1% y un 10%, siempre de materia seca
referida a un litro de agua residual a tratar. La dosis adecuada
depende de la naturaleza del agua residual que se va a tratar. La
presencia de las composiciones descritas en la presente invención
puede provocar los siguientes efectos, bien individualmente o en
forma
combinada:
combinada:
- mayor reducción de la concentración de los
contaminantes orgánicos y/o inorgánicos presentes en el agua
residual a tratar
- menor volumen de lodo decantado. Esta
reducción de volumen alcanza un 30% como valor típico. Se han
observado reducciones en el volumen de lodo de hasta un 70%.
Además, este lodo tiene una mayor concentración de masa seca
- mejora en la turbidez de la muestra, indicada
por los valores más bajos de sólidos suspendidos.
- mejor decoloración de los residuos.
Además, otro objeto de la invención es el uso de
las composiciones descritas en el tratamiento y purificación de
aguas residuales mediante tratamientos biológicos aerobios.
Del mismo modo, el uso de las composiciones
descritas en las operaciones de purificación biológica aerobia en
combinación con agentes correctores del pH, floculantes,
coagulantes, agentes decolorantes y mezclas de los mismos se
considera también objeto de la invención. La composición puede
estar presente en cualquiera de las posibles fases que constituyen
el proceso biológico aerobio, donde están presentes las bacterias
responsables de la actividad depuradora del proceso. La composición
puede utilizarse tanto en sistemas de lecho fijo como en sistemas
de lecho fluido.
Para su uso en sistemas de lecho fluido, la
composición puede añadirse tanto en su forma sólida como en
suspensión. Dicha suspensión puede obtenerse mezclando la
composición objeto de la presente invención con agua o con el
residuo a tratar. La cantidad de composición a utilizar está entre
un 0,001% y un 50%, preferiblemente entre un 0,001% y un 20%,
preferiblemente entre un 0,001% y un 10%, y aún más preferiblemente
entre un 0,001% y un 1%, siempre de materia seca referida a un
litro del agua residual a tratar. La adición de la composición
objeto de la invención resulta en un aumento del número de
microorganismos responsables de la purificación, presentes en el
reactor biológico. Además, no se observa una producción mayor de
lodo biológico. Más bien al contrario, se han observado reducciones
en el volumen de lodos y una mejor decantabilidad de los
mismos.
Estas observaciones describen la composición
objeto de la invención como un activador biológico eficaz en
procesos de purificación aerobios, incrementando la capacidad
depuradora de los reactores biológicos existentes. El uso de la
misma permite también diseñar reactores biológicos aerobios de
menor volumen. Estos reactores mantienen su capacidad depuradora y
no originan un volumen mayor de lodos excedentes que hayan de
tratarse posteriormente.
\vskip1.000000\baselineskip
La evaluación de la utilidad de la composición
objeto de la invención para purificar aguas residuales contaminadas
por la presencia de contaminantes orgánicos y/o inorgánicos se
realizó mediante análisis comparativo de parámetros bien conocidos
en la industria y que caracterizan la calidad de la purificación de
las aguas residuales:
- \text{*}
- pH
- \text{*}
- Demanda química de oxígeno (DQO; mg/l)
- \text{*}
- Demanda biológica de oxígeno (DBO; mg/l)
- \text{*}
- Nitrógeno total Kjeldahl (TKN; mg/l)
- \text{*}
- Conductividad (PS/cm)
- \text{*}
- Turbidez (NTU)
- \text{*}
- Sólidos en suspensión (SS; mg/l)
- \text{*}
- Aceites y grasas (mg/l)
- \text{*}
- V30
\vskip1.000000\baselineskip
Además, en los casos de purificación biológica
se tuvieron en cuenta los parámetros que caracterizan dichos
procesos:
- \text{*}
- Sólidos suspendidos en el reactor biológico (SSLM; mg/l)
- \text{*}
- Sólidos suspendidos volátiles en el reactor biológico (SSVLM; mg/l). Determinan la concentración de microorganismos en el interior del reactor biológico.
- \text{*}
- Carga másica (Cm; kg DQO/kg SSVLM x día). Es la razón existente entre lo que entra en el reactor biológico y los microorganismos existentes en el mismo y viene dada por la siguiente fórmula:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- donde DQOe es la DQO a la entrada del reactor, Qe es el caudal de entrada y Vr es el volumen del reactor biológico.
La presente invención se ilustra mediante los
siguientes ejemplos, que no deben considerarse en modo alguno
limitativos del ámbito de la misma.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
1
El ejemplo 1 ilustra el uso de la composición
objeto de la invención como aditivo en un tratamiento fisicoquímico
para la purificación de aguas residuales procedentes de la
industria de fabricación de cartón. La muestra de agua residual fue
sometida a dos tratamientos escogidos siguiendo el método
Jar-Test. El primero corresponde al tratamiento con
coagulantes y floculantes estándar. El segundo incluye la adición
de la composición objeto de la invención (CD) como aditivo a este
mismo tratamiento. La Tabla 1 muestra las cantidades de productos
empleadas, así como una comparación entre la muestra no tratada y
los dos tratamientos llevados a cabo. La cantidad de agua utilizada
en cada tratamiento fue de 200 ml.
Este ejemplo muestra que el uso de la
composición objeto de la invención posibilita la obtención de un
volumen del 30% de lodos, poniendo de manifiesto su eficacia como
aditivo, sin detrimento de los valores analíticos.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
2
El ejemplo 2 ilustra el uso de la composición
objeto de la invención como coagulante en un tratamiento
fisicoquímico para la purificación de aguas residuales procedentes
de la industria textil. La muestra de agua residual fue sometida a
dos tratamientos escogidos siguiendo el método
Jar-Test. El primero corresponde al tratamiento con
coagulantes y floculantes estándar. El segundo incluye la adición
de la composición objeto de la invención (CD) como coagulante a este
mismo tratamiento y utilización del mismo floculante. La Tabla 2
muestra las cantidades de productos empleadas, así como una
comparación entre la muestra no tratada y los dos tratamientos
llevados a cabo. La cantidad de agua utilizada en cada tratamiento
fue de 200 ml.
Este ejemplo ilustra que es posible obtener un
grado de depuración idéntico al obtenido con los productos
estándar.
La composición objeto de la invención sustituye
a dos reactivos (sulfato ferroso y cal) y además, precisa de una
menor cantidad de floculante (poliacrilamida). Como dato más
diferenciador, puede apreciarse cómo el tratamiento 2 produce un
volumen de lodo un 64% inferior.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
3
El ejemplo 3 ilustra el uso de la composición
objeto de la invención como aditivo en un tratamiento fisicoquímico
para la purificación de aguas residuales procedentes de la
industria textil. La muestra de agua residual fue sometida a dos
tratamientos escogidos siguiendo el método
Jar-Test. El primero corresponde al tratamiento con
coagulantes y floculantes estándar. El segundo incluye la adición
de la composición objeto de la invención (CD) como aditivo a este
mismo tratamiento. La Tabla 3 muestra las cantidades de productos
empleadas, así como una comparación entre la muestra no tratada y
los dos tratamientos llevados a cabo. La cantidad de agua utilizada
en cada tratamiento fue de 300 ml.
Este ejemplo muestra que la adición de la
composición objeto de la invención como aditivo en una dosis de un
0,4% hace posible incrementar la eliminación del DQO de un 51% a un
67%. Además, también es posible que el lodo obtenido en el proceso
sea más fácilmente decantable en comparación con el lodo flotante
que se obtienen cuando la composición objeto de la invención no se
incluye en el tratamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
4
El ejemplo 4 ilustra el uso de la composición
objeto de la invención como aditivo en un tratamiento fisicoquímico
para la purificación de aguas residuales procedentes de la
industria láctea. La muestra de agua residual fue sometida a dos
tratamientos escogidos siguiendo el método
Jar-Test. El primero corresponde al tratamiento con
coagulantes y floculantes estándar. El segundo incluye la adición
de la composición objeto de la invención (CD) como aditivo en este
mismo tratamiento. La Tabla 4 muestra las cantidades de productos
empleadas, así como una comparación entre la muestra no tratada y
los dos tratamientos llevados a cabo. La cantidad de agua utilizada
en cada tratamiento fue de 200 ml.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Con esta muestra queda demostrada también la
utilidad como aditivo de la composición objeto de la invención. El
tratamiento 2 mantiene los parámetros de purificación obtenidos,
pero permite reducir el volumen de lodos al 59%.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
5
El ejemplo 5 ilustra el uso de la composición
objeto de la invención en un proceso de purificación biológica
aerobia de aguas residuales procedentes de la industria del
envasado de carnes.
Se llevó a cabo un ensayo piloto utilizando
tecnología SBR (reactor de alimentación discontinua). Se escogió
esta tecnología considerando que los resultados que se obtuvieran
del ensayo piloto serían más fácilmente extrapolables a una planta
industrial.
De igual modo, todos los resultados obtenidos
con esta tecnología pueden ser extrapolados a los tratamientos
convencionales con clarificación por decantación.
Se prepararon dos reactores piloto. El primero
de ellos (Reactor 1) se utilizó para un ensayo estándar. El segundo
reactor (Reactor 2) se utilizó para añadir diariamente una
composición según la invención. Ambos reactores trabajan con un
lecho de homogeneización aireado, con un tiempo de retención
hidráulico de un día.
El agua residual estudiada procedía de un
matadero. Las muestras fueron obtenidas de la planta tres veces por
semana. Los valores de DQO del agua residual variaron bastante
debido a la distinta naturaleza de los animales sacrificados. El
rango de variación de dicho valor fue de 1800 a 20000 mg/l.
Para poner en funcionamiento los reactores se
les inoculó biomasa procedente de una depuradora de aguas
residuales urbanas. Se escogió este tipo de biomasa atendiendo a
criterios biológicos y de proximidad. Estos lodos presentaban unos
valores de SSLM y SSLVM de 2400 mg/l y 2040 mg/l, respectivamente.
La carga másica inicial de ambos reactores era de 0,25 kg DQO/kg
SSVLM.
Transcurrido un mes, los valores de SSLM (3500
mg/l) y SSVLM (2800 mg/l) de ambos reactores indicaban que los
lodos biológicos urbanos se habían adaptado a los residuos a
tratar. A partir de este momento se comenzó a añadir una
composición de acuerdo con la invención, directamente al Reactor 2,
en una dosis de 2 g/l.
Los resultados analíticos de los residuos
purificados por ambos reactores apenas arrojan diferencias. La
adición de la composición objeto de la invención no afecta a los
valdres de pH (que se mantienen en un rango óptimo) así como
tampoco a la conductividad. La eliminación de DQO en ambos
reactores está cercana al 96%, con valores en muchos momentos
inferiores a 100 mg/l. Lo mismo puede decirse de la concentración
de aceites y grasas y del TKN. Ambos reactores alcanzan grados de
depuración de efluentes que cumplen de sobra con las estrictas
legislaciones existentes a este respecto.
La diferencia más significativa entre los dos
reactores se produce en los valores de SSLM, SSVLM y Cm. La Tabla 5
ilustra los rangos de estos parámetros en los dos reactores,
durante un ensayo piloto.
La gran diferencia en los valores de SSLM se
debe a la naturaleza inorgánica de la composición objeto de la
invención que se añade al Reactor 2 en una dosis de 2 g/l. La
comparación entre los valores de SSVLM marca la diferencia entre
las concentraciones de sólidos que realmente intervienen en el
proceso de purificación del residuo tratado. La concentración en el
Reactor 2, al que se añade la composición objeto de la invención,
es 1,6 a 1,8 veces más alta que la del Reactor 1.
Tal como se ha comentado, el Reactor 1 es capaz
de realizar una purificación perfecta del residuo tratado,
indicando que el valor de Cm de 0,20 kg DQO/kg SSVLM x día es
adecuado. Lógicamente, el Reactor 2, al que se añade la composición
objeto de la invención, podría purificar el residuo tratado si se
utilizara el mismo valor de Cm, y considerando el valor de SSVLM
obtenido en el Reactor 2, se demuestra que la adición del objeto de
la invención a un reactor biológico aerobio posibilita, bien
purificar mayores cargas de contaminantes o bien diseñar nuevos
reactores de menor volumen. Concretamente, si fuésemos a diseñar el
Reactor 2 de modo que trabajase con una carga másica de 0,2 kg
DQO/kg SSVLM, el volumen que obtendríamos para dicho Reactor 2
sería un 40% inferior al volumen del Reactor 1.
Además, el diseño estaría soportado por el
distinto comportamiento observado en ambos reactores en la
decantación del lodo producido. El volumen alcanzado por el lodo
mencionado en el Reactor 2 es aproximadamente un 40% menor que el
lodo producido en el Reactor 1. El uso de una composición según la
invención permitiría diseñar un reactor de menor volumen sin que
ello produjera una cantidad mayor de lodo biológico excedente. Se
mantendría la misma capacidad de purificación del residuo
tratado.
Claims (17)
1. Composición para el tratamiento y
purificación de aguas residuales, consistente en gránulos porosos
con un tamaño de grano inferior a 5 mm de una mezcla natural de
dolomita y arcillas, caracterizada porque dichas arcillas
son una mezcla de esmectitas, illita y sepiolita en los porcentajes
siguientes:
- % (p/p)
- - esmectitas
- 5-40
- - illita:
- 0-30
- - sepiolita:
- 5-70
respecto al peso total de la composición, y
caracterizada porque dicha composición es sometida a un
tratamiento térmico a una temperatura entre 20 y 1.200ºC durante un
periodo de tiempo de 10 segundos a 24 horas y/o a un tratamiento
químico con un ácido orgánico y/o inorgánico o una sal de los
mismos.
2. Composición según la reivindicación 1,
caracterizada porque la fórmula de dicha mezcla natural es
la siguiente:
- % (p/p)
- - dolomita:
- 5-40
- - arcilla:
- 45-95
respecto al peso total de la composición.
3. Composición, según la reivindicación 1,
caracterizada porque la mencionada esmectita se selecciona
de entre el grupo formado por montmorillonita, beidellita,
hectorita, nontronita, saponita, sauconita, estevensita y mezclas
de las mismas.
4. Método para producir la composición de la
reivindicación 1, que comprende los pasos siguientes:
extracción de una mezcla arcillosa natural de un
depósito, siendo dicha mezcla arcillosa natural una mezcla de
dolomita y arcillas, caracterizada porque dichas arcillas
consisten en una mezcla de esmectitas, illita y sepiolita, en los
porcentajes siguientes:
- % (p/p)
- - esmectitas
- 5-40
- - illita:
- 0-30
- - sepiolita:
- 5-70
respecto al peso total de la composición,
molturación, secado y granulado de dicha mezcla, y
caracterizado porque, en un paso adicional, la composición
es sometida a tratamiento térmico a una temperatura entre 20 y
1.200ºC durante un periodo de tiempo entre 10 segundos y 24 horas,
o es sometida a un tratamiento químico con un ácido orgánico y/o
inorgánico o a una sal de los mismos.
5. Uso de una composición según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3 para el tratamiento y purificación de
aguas residuales contaminadas por la presencia de contaminantes
orgánicos y/o inorgánicos mediante métodos fisicoquímicos en
procesos específicos o mixtos de neutralización, precipitación,
floculación, coagulación y decoloración.
6. Uso de una composición, según la
reivindicación 5, caracterizado porque es un proceso de
coagulación-floculación.
7. Uso de una composición, según la
reivindicación 5, caracterizado porque se utiliza un agente
químico que actúa como floculante.
8. Uso de una composición, según la
reivindicación 6, caracterizado porque dicho floculante es
una poliacrilamida.
9. Uso de una composición, según la
reivindicación 5, en procesos específicos o mixtos de
neutralización, precipitación, floculación, coagulación y
decoloración, además de otros agentes neutralizantes,
precipitantes, floculantes, coagulantes y agentes decolorantes.
10. Uso de una composición, según la
reivindicación 9, caracterizada porque la composición actúa
como aditivo para la coagulación.
11. Uso de una composición, según cualquiera de
las reivindicaciones precedentes 5 a 10, caracterizado
porque la cantidad de composición a utilizar está entre el 0,02 y
el 50% de materia seca con respecto a un litro de agua residual a
tratar.
12. Uso de una composición, según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, para el tratamiento y purificación de
aguas residuales mediante tratamientos biológicos en sistemas de
lecho fijo.
13. Uso de una composición, según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, para el tratamiento y purificación de
aguas residuales mediante tratamientos biológicos en sistemas de
lecho fluido.
14. Uso de una composición, según la
reivindicación 13, caracterizado porque el tratamiento y
purificación de aguas residuales es realizado mediante un
tratamiento biológico anaerobio.
15. Uso de una composición, según la
reivindicación 13, caracterizado porque el tratamiento y
purificación de aguas residuales es realizado mediante un
tratamiento biológico aerobio.
16. Uso de una composición, según la
reivindicación 15, caracterizado porque dicho tratamiento
biológico aerobio es del tipo SBR (reactor de alimentación
discontinua).
17. Uso de una composición, según cualquiera de
las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado porque la
cantidad de composición a utilizar está entre el 0,001 y el 50% de
materia seca con respecto a un litro de agua residual a tratar.
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| ES200302716A ES2233199B2 (es) | 2003-11-20 | 2003-11-20 | Composicion ecologica para el tratamiento y depuracion de aguas residuales. |
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