ES2624756T3 - Proceso y dispositivo de floculacion - Google Patents
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Abstract
Un proceso para la purificación continua de agua de lavado desde una cámara utilizando un dispositivo secuencial que comprende: a un primer punto de dosificación (6), en comunicación fluida con b un primer punto de mezcla (7), en comunicación fluida con c un segundo punto de dosificación (8), en comunicación fluida con d un segundo punto de mezcla (11), en comunicación fluida con e una unidad separadora sólido/líquido (12), en comunicación fluida con f la cámara (a) donde el proceso comprende las etapas de: a bombear el agua desde la cámara (1) al dispositivo secuencial; b dosificación continua, por etapas o por impulso de una composición de electrolitos seleccionados de sal de aluminio y sales férricas al agua de lavado en el primer punto de dosificación; c dosificación continua de una composición de polímeros que comprende polímeros de poliacrilamida neutral o aniónicamente modificada (MW >100 kD) al agua de lavado en un segundo punto de dosificación (8); caracterizado porque la dosificación del electrolito y el polímero es controlado por el pH del agua entre el primer punto de mezcla (7) y el segundo punto de dosificación (8), donde el electrolito es dosificado hasta que el pH cae a entre 6,8 y 8,2; y donde la dosificación del electrolito sigue el perfil de dosificación de acuerdo a la fórmula: Ct Electrolito >= C0 Electrolito -v 0 t/V donde Ct Electrolito significa la concentración de electrolitos en cualquier tiempo t, Ct Electrolito significa la concentración de electrolitos en tiempo t >= 0, v 0 significa la velocidad de flujo volumétrica en tiempo >= t en el cual la solución de lavado es extraída del lavado y V significa el volumen total de la solución de lavado a ser tratado.
Description
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DESCRIPCION
Proceso y dispositivo de floculacion Campo de la invencion
La presente invencion esta en el campo de procesos y dispositivos de lavanderia. En particular la invencion tiene relacion con el ahorro de agua.
Antecedentes de la Invencion
Los procesos de lavado, incluyendo lavanderia, lavavajillas mecanico y otros procesos de limpieza del hogar, requieren grandes cantidades de agua en todo el mundo.
Por ejemplo, maquinas lavadoras de carga frontal disponibles comercialmente utilizan aproximadamente 60 litros (de agua para un ciclo completo de lavado normal, maquinas de carga superior y procesos de lavado a mano requieren aproximadamente 180 - 240 litros para el mismo ciclo, dependiendo del numero de etapas de enjuague (2 o 3). Dependiendo de la cantidad de etapas de enjuague, un cuarto o un tercio de este volumen se requiere para el lavado principal, mientras que tres cuartos o dos tercios son utilizados para las dos o tres etapas consecutivas de enjuague.
El agua desechada es una carga para las instalaciones de tratamiento de aguas residuales, o para el suministro de agua de la superficie en paises en desarrollo.
JP2002119794A revela una maquina lavadora capaz de purificar rapidamente el agua de lavado despues del uso promoviendo la floculacion de contaminantes conteniendo solucion surfactante. Ademas revela una maquina lavadora para la purificacion de agua de lavado utilizando floculacion de contaminantes. El agua de lavado puede ser bombeada a un dispositivo de floculacion primario comprendiendo cloruro de polialuminio. Adicionalmente una valvula de control puede permitir acceso del agua de lavado a un dispositivo de floculacion secundario donde una solucion poliacrilamida puede ser agregada como un floculante secundario. Una unidad de separacion puede eliminar la masa floculada y permitir que el agua de lavado retorne a la cuba de lavado.
JP 2002119794A sugiere ademas un filtro para la separacion solida-liquida seleccionado de una tela no tejida, una tela metalica y un papel filtro. Los presentes inventores han encontrado que la reutilizacion de material no tejido es un problema, mientras que la tela metalica no retiene los floculos, y papel filtro no mantiene la presion. Se ha encontrado que los floculos que se forman bajo las condiciones de JP2002119794A hacen que el filtro se obstruya despues de uno o unos pocos ciclos. Se mantiene el deseo de aclarar el agua en una maquina lavadora, sin necesidad de reemplazar el filtro.
De manera similar, JP2001054700A, JP2001300191A y JP2001286697A revelan un metodo para la floculacion de suciedad en licor de lavado. Sin embargo, esto se hace recogiendo el agua de lavado despues del uso y floculando y separando los floculos en tanques separados de almacenamiento. El tiempo requerido para tales procesos es considerado muy largo si se necesita hacer por pequenas partes diferenciadas de la solucion de lavado, durante el proceso, o puede requerir un segundo tanque de almacenamiento de 60L lo cual tampoco es apreciado por el consumidor.
Por lo tanto, aun se desea la separacion efectiva de los floculos como obtenidos en la tecnica, en particular en un proceso continuo.
En consecuencia es un objetivo de la presente invencion reducir el consumo de agua en metodos convencionales de lavado, especialmente metodos para maquinas lavadoras.
Es un objeto adicional proporcionar un proceso de lavado que produce aguas residuales que aporta una menor carga al medio ambiente, especialmente el agua de la superficie.
Es aun otro objetivo proporcionar un proceso que permita la separacion por separado de los residuos solidos procedentes del proceso de lavado.
Es aun otro objetivo proporcionar un proceso que elimina surfactante para la solucion de lavado.
Es un objeto adicional de la invencion aclarar y/o purificar continuamente el agua de lavado, especialmente durante el ciclo de lavado.
Sorprendentemente se ha encontrado que la dosificacion secuencial controlada de pH continuo de un electrolito, seguido por la dosificacion de un polimero y una etapa de separacion solida-liquida durante un ciclo completo de lavado de una maquina lavadora, donde la dosis de electrolitos es controlada por el pH despues de la dosificacion
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del electrolito, proporciona clarificacion continua de la solucion de lavado y permite la reutilizacion continua del agua durante dicho ciclo de lavado, con floculos que son mas faciles de separar del licor.
Resumen de la Invencion
En consecuencia, la presente invencion proporciona un proceso para la purificacion continua de agua de lavado a partir de una camara utilizando un dispositivo secuencial comprendiendo un primer punto de dosificacion, en comunicacion fluida con un primer punto de mezcla; en comunicacion fluida con un segundo punto de dosificacion; en comunicacion fluida con un segundo punto de mezcla; en comunicacion fluida con una unidad separadora solido/liquido, en comunicacion fluida con la camara donde el proceso comprende las etapas de: bombear el agua desde la camara en un dispositivo secuencial; dosificacion continua, en etapas o de impulso de una composicion de electrolitos seleccionados de sal de aluminio y sales ferricas al agua de lavado en el primer punto de dosificacion; dosificacion continua de una composicion de polimeros comprendiendo un polimero poliacrilamida neutral o modificado anionicamente (MW > 100 kD) al agua de lavado en el segundo punto de dosificacion caracterizado en que la dosificacion del electrolito y el polimero es controlado por el pH del agua entre el primer punto de mezcla y el segundo punto de dosificacion, donde el electrolito es dosificado hasta que el pH caiga entre 6,8 y 8,2.
En un segundo aspecto la invencion proporciona un dispositivo para aclarar y purificar agua comprendiendo un conjunto para la purificacion continua de agua de lavado a partir de una camara, utilizando un dispositivo secuencial comprendiendo: un primer punto de dosificacion, en comunicacion fluida con un primer punto de mezcla; en comunicacion fluida con un segundo punto de dosificacion, en comunicacion fluida con un segundo punto de mezcla; en comunicacion fluida con una unidad separadora solido/liquido, en comunicacion fluida con la camara.
En un tercer aspecto la invencion proporciona una maquina lavadora comprendiendo el dispositivo para purificar y aclarar agua de acuerdo con la invencion, donde la camara es la cuba de la maquina lavadora o un tanque separado de almacenamiento de agua de lavado.
Estos y otros aspectos, caracteristicas y ventajas seran aparentes para aquellos expertos en la tecnica a partir de la lectura de la siguiente descripcion detallada y las reivindicaciones adjuntas. Para evitar dudas, cualquier caracteristica de un aspecto de la presente invencion puede ser utilizada en cualquier otro aspecto de la invencion. La palabra “comprendiendo” se pretende que signifique “incluyendo” pero no necesariamente “consistente de” o “compuesto de”. En otras palabras, las etapas u opciones enumeradas no necesitan ser exhaustivas. Se observa que los ejemplos dados en la descripcion a continuacion estan destinados a aclarar la invencion y no estan destinados a limitar la invencion a aquellos ejemplos per se. De manera similar, todos los porcentajes son porcentajes peso/peso a menos que se indique lo contrario. Salvo en los ejemplos operativos y comparativos, o donde se indique explicitamente, todos los numeros en esta descripcion indicando cantidades de material o condiciones de reaccion, propiedades fisicas de materiales y/o uso se deben entender como modificados por la palabra “aproximadamente”. Los rangos numericos expresados en el formato “desde x a y” se entiende que incluyen x e y. Cuando se describen multiples rangos preferidos para una caracteristica especifica en el formato “desde x a y”, se entiende que tambien se contemplan todos los rangos combinando los diferentes criterios de valoracion.
Descripcion detallada de la Invencion
La invencion se refiere a la aclaracion y/o purificacion del agua de lavado. Esto permite al consumidor utilizar menos agua reutilizando la misma agua para diferentes etapas en un proceso de lavado o aun para diferentes procesos de lavado. El proceso de lavado puede ser un proceso de limpieza de lavanderia, un proceso de lavavajillas o cualquier otro tipo de procesos de lavado domestico.
En consecuencia, la invencion proporciona un proceso para purificacion de agua de lavado continuo utilizando un dispositivo y un proceso de acuerdo a la invencion.
El dispositivo
De acuerdo a la invencion se transfiere agua desde la camara (por ej. bombeada) al dispositivo secuencial.
El dispositivo secuencial comprende un primer punto de dosificacion, en comunicacion fluida con un primer punto de mezcla; en comunicacion fluida con un segundo punto de dosificacion, en comunicacion fluida con un segundo punto de mezcla; en comunicacion fluida con una unidad separadora solido/liquido, en comunicacion fluida con la camara comprendiendo el agua de lavado restante.
En una realizacion preferida, la invencion proporciona una maquina lavadora comprendiendo un conjunto para purificacion continua de agua de lavado a partir de una camara, utilizando un dispositivo secuencial comprendiendo un primer punto de dosificacion, en comunicacion fluida con un primer punto de mezcla; en comunicacion fluida con un segundo punto de dosificacion, en comunicacion fluida con un segundo punto de mezcla; en comunicacion fluida con una unidad separadora solido/liquido, en comunicacion fluida con la camara, donde la camara es la cuba de la maquina lavadora, o un tanque separado de almacenamiento de agua de lavado.
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Camara comprendiendo el aqua de lavado
La camara comprendiendo el agua de lavado es preferentemente la propia cuba de la maquina lavadora, pero tambien puede ser una camara intermedia de almacenamiento.
Para electrodomesticos, la camara preferentemente soporta entre 1 y 100 litros de aqua. Cuando el dispositivo es utilizado en una maquina lavadora de carqa superior estandar el volumen es normalmente entre 40 y 80 litros. Cuando el dispositivo es utilizado en una maquina lavadora de carqa frontal estandar o una maquina lavavajillas automatica, el volumen es normalmente entre 10 y 20 litros. Dispositivos para maquinas lavadoras basicas a pequena escala, para desarrollar mercados para lavado entre 1 y 5 kilos de lavado, preferentemente entre 1 y 3 kilos de lavado tambien estan previstos. Para aquellos dispositivos el volumen es normalmente entre 10 y 20 litros de aqua. Las maquinas lavadoras a escala industrial, soportan normalmente desde 50 a 250 litros de aqua y tambien se contemplan en el contexto de la presente invencion.
Puntos de mezcla
El dispositivo comprende al menos dos puntos de mezcla, cada uno posicionado en el flujo de aqua despues de los respectivos puntos de dosificacion como se discute a continuacion.
Primer punto de dosificacion
El primer punto de dosificacion comprende normalmente un mecanismo de dosificacion para dosificar una composicion de electrolito seleccionada de sal de aluminio y sales ferricas al aqua de lavado.
La composicion de electrolito puede ser una composicion solida, una composicion liquida, o cualquier otra cosa, incluyendo pastas y qeles.
El electrolito puede ser cualquier sal de Al y/o Fe. Pueden estar en forma pre-hidrolizada de basicidad (B = Al/OH). Se prefiere que la basicidad (B) sea desde 10 a 90, mas preferentemente la basicidad esta en el ranqo de 40 - 80.
Para sales de Al la solubilidad minima de hidroxido de Al es normalmente en el ranqo pH de 6,8 - 7,5 mientras que la solubilidad minima de hidroxido de Fe normalmente varia desde pH 4 - 8. Ademas, la cantidad de precipitado solido qenerado en caso del sistema tratado con sales de Fe es alta como la solubilidad de hidroxido de Fe es menor que hidroxido de Al en los respectivos ranqos de pH anteriormente indicados. Esto puede ser utilizado para ajustar la cinetica de precipitacion, por ejemplo por medio de utilizar combinaciones de las sales de electrolitos de Al y Fe. Por lo tanto el sistema tratado con sales de Fe tambien requeriria que el pH sea controlado menos minuciosamente y por lo tanto es mas robusto. Sin embarqo las sales de Fe residuales disueltas imparten color al aqua la cual puede tener un impacto neqativo en telas de lavanderia y por lo tanto menos preferida. Tambien se contemplan combinaciones de sales de Hierro y Aluminio.
La dosificacion se realiza continuamente, cuando el dispositivo esta en operacion, como se describe a continuacion. La dosificacion es controlada por el pH del aqua entre el primer punto de mezcla y el sequndo punto de dosificacion, donde el electrolito es dosificado para mantener el pH dentro de un ranqo de 6,8 a 8,2, mas preferentemente desde 7 a 7,5.
Cuando se dosifica hasta que el pH ha lleqado dentro del ranqo de pH indicado, los floculos se separan mas facilmente desde la solucion de lavado tratado que en otros pHs. Sin desear estar liqado por una teoria, se cree que la cinetica de floculacion que resulta del proceso cuando es operado hasta que el pH esta dentro del ranqo indicado, produce floculos mas fuertes y menos peqajosos que son mas faciles de separar.
La cantidad requerida de electrolitos depende en la alcalinidad reservada de la solucion de lavado y la cantidad de surfactante que esta presente en la solucion de lavado. Normalmente la cantidad de electrolitos es entre 0,1 a 5 qramos de electrolito por litro de solucion de lavado, preferentemente mas de 0,2 qramos, mas preferentemente mas de 0.4 qramos, o aun mas de 0.5 qramos por litro de solucion de lavado, pero normalmente menos de 3 qramos, mas preferentemente menos de 2 qramos, o aun menos de 1 qramo de electrolito por litro de solucion de lavado.
Sequndo punto de dosificacion
El sequndo punto de dosificacion comprende normalmente un mecanismo de dosificacion para dosificar composiciones polimericas comprendiendo preferentemente un polimero neutral o anionicamente modificado, teniendo un alto PM (>100 kD) al aqua de lavado.
El peso molecular (PM) es normalmente menos de 5.000 kD, mas preferentemente menos de 2.000 kD, aun mas preferentemente menos de 1.000 kD. El polimero es preferentemente soluble en aqua.
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Para evitar dudas, D (Dalton) significa unidad de masa atomica (uma, la unidad SI menos usada comunmente).
La composicion polimerica puede ser una composicion solida, una composicion liquida, o cualquier otra cosa, incluyendo pastas y geles. Las pastas y geles requieren normalmente mas tiempo para disolucion y son por lo tanto menos preferidas en el sistema de acuerdo a la invencion.
La composicion polimerica comprende preferentemente polimero poliacrilamida neutral o anionicamente modificado teniendo un peso molecular de >100kD.
La dosificacion se hace continuamente, cuando el dispositivo esta en operacion.
La cantidad requerida de polimero depende en la cantidad de solidos generados por floculacion y la cantidad de solidos no disueltos en la solucion de lavado. Normalmente la cantidad de polimero es entre 1 a 50 microgramos de polimero por litro de solucion de lavado, preferentemente entre 2 y 20 microgramos de polimero por litro de solucion de lavado.
En una realizacion preferida, la dosificacion es controlada por la cantidad de solidos generados por floculacion y la cantidad de solidos no disueltos en la solucion de lavado para ademas reducir el uso y minimizar la deposicion de los floculos en el sistema entre el punto de dosificacion del polimero y el filtro.
Mezcla
Despues de cada punto de dosificacion la solucion de lavado es mezclada con el material dosificado (electrolito y polimero y/o tampon de pH). La mezcla se puede hacer de cualquier manera convencional. Es preferido que la mezcla de agua de lavado con los floculantes se haga en un tubo o sistema de reactor de tanque agitado continuo (CSTR). El tubo se encuentra para proporcionar un proceso mas rapido y mas eficiente. Cuando un tubo es utilizado, la longitud y diametro de los tubos puede ser utilizado para sintonizar el tiempo de residencia de mezcla para una tasa de flujo dada, la cual determinara la eficiencia del proceso de floculacion. Se encuentra que la longitud y diametro del tubo tienen un efecto en el tamano y fuerza del floculo. Mientras mas fuerte y grande sea el floculo, mas facil es la separacion solida liquida en el sistema continuo. Se encuentra que aun un filtro de gasa de nylon puede ser utilizado, cuando la longitud del tubo esta en el rango de 5 - 50 metros, mas preferentemente 5 - 20 metros, la tasa de flujo es entre 1 - 10 L/min, mas preferentemente 1 - 5 L/min y el diametro interior del tubo es entre 4 - 15 mm, mas preferentemente 5 - 11 mm.
Unidad separadora solido/liquido
Despues de la dosificacion sucesiva de la composicion de electrolitos y la composicion polimerica a la solucion de lavado, se forman los floculos.
Los floculos son eliminados de la solucion de lavado por medio de una unidad separadora solido/liquido.
La unidad separadora solido/liquido puede ser un filtro. El filtro puede ser un filtro desechable de uso limitado, un filtro desechable de uso de largo tiempo o un filtro multiuso lavable. Un filtro multiuso lavable es preferido para reducir al minimo los residuos solidos. El filtro puede ser hecho de polipropileno no tejido, acrilico, polimeros basados en celulosa (incluyendo rayon y algodon), nylon, fluoropolimeros o poliester; o una malla de alambre, preferentemente una malla de nylon, mas preferentemente malla de nylon con tamano de poro de < 130 micrometros. Cuando esta en operacion, los floculos son retenidos en el filtro, mientras que el liquido aclarado es recirculado de nuevo hacia la camara.
Normalmente el area de filtro esta relacionada con la velocidad de flujo en manera tal que la velocidad de flujo permeado es entre 500 y 5.000 LMH (litro/m2/hr), preferentemente al menos 800 LMH, mas preferentemente al menos 1.000 LMH, o aun mas de 1.200 LMH, mientras normalmente menos de 4.000 LMH, mas preferentemente menos de 3.000 LMH, o aun menos de 200 LMH.
Normalmente un filtro dara una contrapresion de entre 0,1 a 2 bar, preferentemente menos de 1,5 bar, o aun menos de 1 bar; dependiendo de la tasa de flujo y el area de superficie y tamano del poro del filtro.
De manera alternativa, la unidad separadora solido/liquido puede ser un tanque de sedimentacion. Sin embargo, debido a que un tanque de sedimentacion implica intrinsecamente un gran volumen muerto, no es la opcion mas preferida.
La unidad separadora solido/liquido tambien pueden ser separadores centrifugos como hidrociclones, donde los floculos solidos son recogidos en un sumidero conectable desmontable, mientras el liquido aclarado es regresado a la camara.
Para evitar dudas, las tecnicas de separacion solido/liquido basadas en gravedad (por ej. tanques de sedimentacion)
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pueden producir un deposito de floculos en el fondo del tanque, cuando los floculos tienen una densidad que es mayor a la densidad de la solucion, mientras los floculos pueden flotar en la parte superior cuando la densidad de los floculos es inferior que la densidad de la solucion. Condiciones similares aplican a otras tecnicas de separacion basadas en gravedad, como centrifugacion.
Los floculos que se forman normalmente tienen un diametro de entre 0,5mm - 3 cms. Se entiende que los floculos no son perfectamente esfericos y generalmente tienen una forma irregular; para el proposito de esta invencion, el diametro es definido como la distancia mas larga desde un lado a otro en el floculo, tambien conocido como el eje mayor del floculo.
Los floculos normalmente tienen una densidad entre 0,5 y 2,5 g/mL, mas preferentemente entre 0,8 y 1,5 g/mL.
El dispositivo de acuerdo a la invencion se caracteriza por un sistema de control para la dosificacion del electrolito, donde el electrolito es dosificado hasta que el pH del agua de lavado entre el primer punto de mezcla y el segundo punto de dosificacion cae a entre 6,8 y 8,2. El sistema de control puede ser cualquiera convencional para dosificar el electrolito hasta que el pH de lectura en el agua de lavado entre el primer punto de mezcla y el segundo punto de dosificacion esta dentro del rango indicado. Preferentemente la dosificacion del polimero en el segundo punto de dosificacion tambien se conecta al mismo sistema de control, aunque se considera en el contexto de la invencion que la dosificacion del polimero se continua por al menos algun tiempo despues que la dosificacion del electrolito se ha detenido, donde algun tiempo es definido como cualquier tiempo entre el final de la dosificacion del electrolito y el tiempo que se requiere para re-circular el agua de lavado a traves del dispositivo una vez; en otras palabras hasta que el volumen total de agua en el sistema es pasado por el segundo punto de dosificacion una vez mas.
Opcionalmente el dispositivo comprende un punto adicional de dosificacion para dosificar el detergente para lavado. La dosificacion de detergente se hace preferentemente en la cuba de la maquina. El detergente puede ser un liquido convencional, o polvo. De manera alternativa, el detergente puede ser en forma de tableta, donde la tableta puede ser una unica dosis unitaria, o donde en dos o mas tabletas pueden ser dosificadas dependiendo en el grado de suciedad o el deseo del consumidor. Tambien se contemplan otros formatos, como pastillas detergentes, cristales, perlas, u otros formatos.
Proceso
El proceso para la clarificacion y/o purificacion del agua de lavado es preferentemente operado continuamente en un proceso de lavado. De manera alternativa, el proceso puede ser operado mediante el retiro de una fraccion de la solucion de lavado y tratando los lotes de fraccion con el agua clarificada vertida nuevamente en la cuba de lavado principal mientras continua el lavado. Sin embargo, este proceso puede aumentar el tiempo total requerido para limpiar la solucion de lavado de lavanderia y un contenedor extra de almacenamiento, y por lo tanto es menos preferido.
En el proceso el agua de lavado sucia es transferida al dispositivo secuencial de acuerdo a la invencion. Esto se realiza preferentemente por medio de una bomba.
Dosificacion de la composicion de electrolito
La dosificacion continua de una composicion de electrolito seleccionada de sal de aluminio y sales ferricas al agua de lavado se hace en el primer punto de dosificacion. El primer punto de dosificacion puede ser un punto de dosificacion liquido en el dispositivo secuencial, o un punto de dosificacion solido. En caso de utilizar un punto de dosificacion liquido, la dosificacion puede por ejemplo ser lograda por una bomba de medicion o dosificando a partir de un recipiente de dosificacion presurizado. Las valvulas para dosificacion exacta tambien son consideradas. En caso de utilizar un punto de dosificacion solido, la dosificacion puede por ejemplo lograrse utilizando un tornillo de dosificacion o dosificando tabletas pre-hechas de la composicion de electrolito, por lo que el tamano de la tableta es tal que la cantidad de electrolito por tableta es entre un decimo a un mil de la cantidad total de electrolito, preferentemente entre una vigesima y un quinientos, mas preferentemente entre una cincuentava y un doscientos, para obtener la dosificacion diferencial.
Sin desear estar ligado por una teoria, se ha encontrado que aunque en la agregacion basada en cargas regulares, los agregados se forman por particulas que se pegan entre si, esto no funcionaria en la presencia de surfactantes, comunmente presentes en la solucion de limpieza/lavado, debido a la adsorcion superficial de surfactantes, causando la estabilizacion esterica de las particulas. En el sistema de la presente invencion, los floculos son formados por la precipitacion de hidroxidos de metal, que forman una red porosa y barren fisicamente las particulas. Este proceso se refiere tipicamente en la literatura como “floculacion de barrido”. Se ha encontrado que en el caso de floculacion de barrido el Al(OH)3 o Fe(OH)3 generado in situ puede agotar el surfactante de la solucion de lavado o de enjuague. Se entiende que el surfactante se agota adsorbiendo en la superficie particulas de Al(OH)3 o Fe(OH)3 cargadas positivamente. Por lo tanto, la floculacion de barrido es la ruta preferida para la agregacion de particulas, para solucion de lavado conteniendo tanto surfactantes como alcalinidad.
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Despues de la dosificacion del material el agua de lavado continua a traves del dispositivo y se mezcla en el primer punto de mezcla, antes de fluir al segundo dispositivo de dosificacion.
La dosificacion de electrolito tiene que seguir un cierto perfil el cual es exponencial por naturaleza de acuerdo a la siguiente relacion (formula 1):
CtElectrolito = C0Electrolito eV/V (formula 1)
Donde:
CtElectrolito significa la concentracion de electrolito en cualquier tiempo t
C0Electrolito significa la concentracion de electrolito en tiempo t = 0
vo significa la tasa de flujo volumetrico en tiempo = t en la cual la solucion de lavado es extraida del
lavado.
V significa que es volumen total de la solucion de lavado a ser tratado.
La dosificacion de electrolito sigue preferentemente el perfil antes establecido como una funcion continua, en etapa o de impulso. C0 depende en la concentracion de electrolito requerido para flocular el agua de lavado en un proceso por lotes.
Aplicando este perfil de dosificacion preferido el pH del agua entre el primer punto de mezcla y el segundo punto de dosificacion permanecera cerca de constante. Para ademas mejorar la eficiencia de floculacion, tambien se contempla co-dosificar una pequena cantidad de tampon de pH separadamente o junto con el electrolito.
Los tampones preferidos pueden incluir cualquier tampon conocido, teniendo un valor pKa en el rango de pH indicado de 6,8 - 8,2 como se describe en la seccion de electrolito anterior. Tampones preferidos incluyen tampones de carbonato, tampones de fosfato.
Dosificacion de la composicion de polimeros
La dosificacion continua de una composicion de polimero, comprendiendo un polimero poliacrilamida neutral o anionicamente modificado (MW >100 kD) al agua de lavado se hace en el segundo punto de dosificacion.
En el segundo punto de dosificacion el polimero es dosificado a la solucion de lavado. Despues de la dosificacion, la concentracion de polimero en la linea esta preferentemente en el rango de 2 - 20ppm. La cantidad real dosificada depende en el solido total generado en el proceso; mientras mas solidos en la solucion, mas polimero es preferido, como se indica en la seccion de polimero anterior. Por ejemplo, la concentracion de polimeros para solucion principal de lavado sucio es normalmente entre 10 y 20 ppm, mientras que la dosificacion de polimero para el enjuague final es normalmente en el rango de 2 y 10 ppm. Se entiende que ppm significa microgramo por litro.
Es sabido que los polimeros de cadena larga pueden absorber en superficies de particulas y asi unirlas para formar agregados mas grandes y fuertes (floculos) lo que facilita la filtracion, sedimentacion o separacion por cualquier otro proceso de separacion solido liquido. En otras palabras, se cree que el polimero esta pensado para reducir los diversos nucleos de precipitacion para formar un sistema de agregado mas grande.
Despues del punto de dosificacion para la composicion de polimeros, el agua fluye al segundo punto de mezcla.
La dosificacion de polimeros se hace continuamente siguiendo un perfil de dosificacion predeterminado.
En una realizacion preferida, la dosificacion es controlada por la cantidad de solidos generados por floculacion y la cantidad de solidos no disueltos en la solucion de lavado para reducir ademas el uso y minimizar la deposicion de los floculos en el sistema entre el punto de dosificacion de polimeros y el filtro.
Se cree que la eficiencia de adsorcion del polimero es regulada por las caracteristicas/naturaleza de la superficie de los floculos en presencia de surfactante. Para favorecer la adsorcion de polimeros, se prefiere que las caracteristicas adecuadas de la superficie de floculacion en terminos de propiedad de superficie se puedan lograr por la dosificacion de electrolitos antes indicada, y de este modo controlando el pH del agua.
Dosificando el electrolito hasta alcanzar el pH deseado, se ha encontrado que esto proporciona clarificacion mejorada del agua de lavado, eficiente adsorcion de polimeros sobre los floculos y mantiene una concentracion minima de metal disuelto en el agua tratada (licor de lavado).
Dibujos
Un dibujo esquematico de un sistema de acuerdo a la invencion se muestra en Figura 1.
En Figura 1, el agua de lavado esta en la cuba de Lavado (1). La cuba esta conectada a una valvula opcional (2) y
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una bomba principal (3), seguido por el primer punto de dosificacion (6), la cual ademas esta conectada a una bomba dosificadora para electrolito (4), la cual a su vez esta conectada a una camara dosificadora de Electrolitos (5). El liquido entonces fluye al primer punto de mezcla (7), seguido por el segundo punto de dosificacion (8), el cual es conectado ademas a una bomba para polimeros (9), el cual a su vez esta conectado a una camara de dosificacion de polimeros (10). El liquido fluye entonces al segundo punto de mezcla (11), y a traves de un filtro (12), para retornar a la cuba.
Ejemplos
La invencion ahora sera ilustrada por medio de los siguientes ejemplos no limitantes.
Ejemplo 1: Dosificacion de electrolito controlado por pH vs. dosificacion constante.
Este ejemplo demuestra el efecto de dosificacion de electrolito controlado por pH en comparacion con la dosificacion constante.
En ejemplo 1 se utiliza un dispositivo de acuerdo a la invencion, teniendo una cuba con un volumen de solucion de lavado de 20L, un primer punto de dosificacion para electrolitos, una bobina de mezcla, un segundo punto de dosificacion para polimeros, otra bobina de mezcla y un filtro de malla de nylon (corte de 130 micrometros) de 0,075 m2 y retornado a la cuba de lavado principal.
Se prefabrico una solucion de lavado modelo de 20L. La solucion de lavado modelo contenia 2 g/L de detergente Modelo.
Solucion de lavado
- Ingrediente
- Concentracion
- Detergente Modelo
- 2 g/L
- Caolin
- 0,25 g/L
El detergente modelo tuvo la siguiente composicion:
Detergente Modelo
- Ingredientes
- Concentracion (% como es)
- Sulfonato de alquilbenceno lineal de sodio (ex Quimicos Reliance, India)
- 16
- Soda (ex Quimicos Tata, India)
- 30
- Tripolifosfato de sodio (ex Rhodia)
- 2
- Calcita, (Forcal U, ex Saurashtra Solid Industry Pvt Ltd, India)
- 10
- Carboximetilcelulosa de sodio (ex Merck)
- 1,5
- Cloruro de sodio (ex Nirma Chemicals Limited, India)
- 36
- Humedad
- 4,5
La solucion de lavado (20L) fue prefabricado y extraido de la cuba a una velocidad de flujo de 2,5 L/min, el electrolito (PAC, cloruro de polialuminio (B=60)) fue dosificado en el primer punto de dosificacion en una primera concentracion (c0) de 0,7 g/L y luego seguido por el perfil de acuerdo a la ecuacion de formula 1 anterior y puesto a traves del primer punto de mezcla (una bobina de PVC de 10 m de largo, diametro interno de 8,5 mm); luego el polimero fue dosificado en un segundo punto de dosificacion a una concentracion de 3 microgramos/L y puesto a traves del segundo punto de mezcla (una bobina de PVC de 10 m de largo, diametro interno de 8,5mm); luego el liquido es pasado a traves de un filtro (filtro de gasa de nylon de 0,075 itt teniendo un tamano de poro de 130 micrometros) para eliminar los floculos y pasado nuevamente a la cuba.
En el ejemplo comparativo A se utilizo el mismo dispositivo y configuracion, pero ahora, el electrolito es dosificado continuamente a una velocidad constante a 0,2 g/L en la solucion de lavado en la linea despues del punto de dosificacion.
La cantidad total de electrolito dosificado en el ejemplo y el ejemplo comparativo es identica.
Resultados
Las tablas a continuacion muestran como la turbiedad y el pH estan cambiando en el tiempo tanto para el filtrado como para la cuba.
Durante el procesamiento se hizo inmediatamente claro en el ejemplo floculos grandes, mientras que particulas mas pequenas se encontraron en el ejemplo comparativo.
- Despues 1a. Bobina Despues 2a. bobina
- Tamano del floculo (micrometro) Tamano del floculo (mm)
- Ejemplo 1
- 3 - 90 0,5 - 10
- Comp A
- 0,2 - 1 0,0005 - 0,002
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Tambien se encontro que el agua filtrada en el ejemplo fue clara inmediatamente, y tambien el agua en la cuba se volvio rapidamente clara, mientras el agua filtrada en el ejemplo comparativo todavia era turbia, resultando por consiguiente en agua de lavado turbia en la cuba. Los datos de turbiedad se entregan en las tablas a continuacion.
Resultados Ejemplo 1
- Cuba Filtrado
- Tiempo (minutos)
- Turbiedad (NTU) pH Turbiedad (NTU) pH
- 0
- 508 10,88
- 2
- 4,28 7,54
- 5
- 238 10,2 1,2 7,31
- 10
- 90 9,61 1,01 7,33
- 15
- 57 7,96 0,75 7,24
- 20
- 34 7,46 1,2 7,2
- 25
- 16,2 7,42 0,65 7,05
- 30
- 8,02 7,16 0,81 6,94
- 35
- 5,11 7,03 1,04 6,8
- 45
- 2,61 6,72 4,2 6,62
Resultados Ejemplo Comparativo A
- Cuba Filtrado
- Tiempo (minutos)
- Turbiedad (NTU) pH Turbiedad (NTU) pH
- 0
- 515 10,77
- 2
- 556 10,05
- 5
- 580 10,4 570 9,68
- 10
- 555 10,06 390 9,42
- 15
- 496 9,65 262 9,19
- 25
- 174 9,11 6,93 8,05
- 30
- 103 8,81 4,02 7,48
- 35
- 51,3 8,12 1,32 6,94
- 45
- 32,7 7,06 58,9 6,35
- 47
- 47,2 6,91 75,3 6,27
10 Las tablas anteriores muestran que el pH en el ejemplo disminuye rapidamente al valor requerido y permanece constante en ese valor, mientras que el pH en el ejemplo comparativo cae siguiendo un perfil casi lineal. Tambien muestran que la turbiedad del filtrado en el ejemplo cae a un nivel muy bajo desde el inicio y permanece bajo a lo largo del proceso, mientras que turbiedad en el ejemplo comparativo es mas alta a lo largo del proceso, resultando en un agua de cuba de baja turbiedad en el ejemplo, contra una turbiedad comparativamente alta en la cuba en el 15 ejemplo comparativo.
Claims (2)
- 5101520253035404550556065REIVINDICACIONESUn proceso para la purificacion continua de agua de lavado desde una camara utilizando un dispositivo secuencial que comprende:a un primer punto de dosificacion (6), en comunicacion fluida con b un primer punto de mezcla (7), en comunicacion fluida con c un segundo punto de dosificacion (8), en comunicacion fluida con d un segundo punto de mezcla (11), en comunicacion fluida con e una unidad separadora solido/liquido (12), en comunicacion fluida con f la camara (a)donde el proceso comprende las etapas de:a bombear el agua desde la camara (1) al dispositivo secuencial;b dosificacion continua, por etapas o por impulso de una composicion de electrolitos seleccionados de sal de aluminio y sales ferricas al agua de lavado en el primer punto de dosificacion;c dosificacion continua de una composicion de polimeros que comprende polimeros de poliacrilamida neutral o anionicamente modificada (MW >100 kD) al agua de lavado en un segundo punto de dosificacion (8);caracterizado porque la dosificacion del electrolito y el polimero es controlado por el pH del agua entre el primer punto de mezcla (7) y el segundo punto de dosificacion (8), donde el electrolito es dosificado hasta que el pH cae a entre 6,8 y 8,2; y donde la dosificacion del electrolito sigue el perfil de dosificacion de acuerdo a la formula:C Electrolito ^ Electrolito -v t/V t = C0 e 0donde QtElectrolito significa la concentracion de electrolitos en cualquier tiempo t, QtElectrolito significa la concentracion de electrolitos en tiempo t = 0, v0 significa la velocidad de flujo volumetrica en tiempo = t en el cual la solucion de lavado es extraida del lavado y V significa el volumen total de la solucion de lavado a ser tratado.Un proceso de acuerdo a la reivindicacion 1, donde una composicion tampon es agregada junto con el electrolito o el polimero en sus respectivos puntos de dosificacion.Un proceso de acuerdo a las reivindicaciones 1 o 2, en el que la unidad separadora solido/liquido (12) comprende un:a filtro de particulas; ob un hidrociclon; oc una camara de sedimentacion;o combinaciones de los mismos.Un dispositivo para clarificacion y purificacion de agua para operar el proceso de acuerdo a cualquier de las reivindicaciones anteriores, que comprende un conjunto para purificacion continua de agua de lavado desde una camara (1), utilizando un dispositivo secuencial, en comunicacion fluida con la camara (1) comprendiendo:a un primer punto de dosificacion (6), conectado a una fuente de electrolitos, en comunicacion fluida con b un primer punto de mezcla (7); en comunicacion fluida conc un segundo punto de dosificacion (8), conectado a una fuente de poliacrilamida neutral o anionicamente modificada, en comunicacion fluida con1015
- 5.20d un segundo punto de mezcla (11), en comunicacion fluida con e una unidad separadora solido/liquido (12), en comunicacion fluida con f la camara (a)caracterizado porque un sistema de control adaptado para la dosificacion de electrolitos siguiendo el perfil de dosificacion de acuerdo a la formula:CElectrolito ^ Electrolito - v t/V t = Co © 0donde QtElectrolito significa la concentracion de electrolitos en cualquier tiempo t, QtElectrolito significa la concentracion de electrolitos en tiempo t = 0, vo significa la velocidad de flujo volumetrica en tiempo = t en el cual la solucion de lavado es extraida del lavado y V significa el volumen total de la solucion de lavado a ser tratada; y donde el electrolito es dosificado hasta que el pH del agua de lavado entre el primer punto de mezcla (7) y el segundo punto de dosificacion (8) cae a entre 6,8 y 8,2.Una maquina lavadora que comprende el dispositivo para clarificacion y la purificacion de agua de acuerdo a la reivindicacion 4, en la que la camara es la cuba de la maquina lavadora o un tanque de almacenamiento separado para agua de lavado
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