ES2698850T3 - Procedimiento y producto para el tratamiento del percolado de residuos - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el tratamiento del percolado a partir de residuos, en el que dicho procedimiento comprende la etapa de añadir a dicho residuo un polímero del hidrogel de tipo macromolecular polielectrolítico superabsorbente en el estado seco para absorber y retener el percolado procedente de los residuos para la gelificación del percolado en el que el polímero del hidrogel de tipo macromolecular polielectrolítico superabsorbente está en combinación con un segundo componente, que es adecuado para absorber la fase gaseosa producida por el residuo, caracterizado por que dicho segundo componente se selecciona de entre el grupo que consiste en α-ciclodextrinas, ß-ciclodextrinas y la cantidad de α-ciclodextrinas o ß-ciclodextrinas, es variable entre el 0 y el 20% en peso con respecto al peso del polímero superabsorbente.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento y producto para el tratamiento del percolado de residuos
Campo técnico
La presente invención se refiere a un procedimiento nuevo y ventajoso para el tratamiento de residuos, particularmente residuos que comprenden una fase líquida, conocida como "percolado de residuos".
El percolado es un líquido que se forma por infiltración de agua en el interior de la masa sólida de residuo o por descomposición del propio residuo o por compactación progresiva del residuo. La formación de percolado en un vertedero es un problema técnico y económico considerable. De hecho, el percolado es un residuo líquido caracterizado por un contenido más o menos alto de contaminantes que deben ser eliminados.
Técnica antecedente
El procedimiento usado comúnmente para tratar el percolado en los vertederos actuales permite cuatro etapas: 1) recogida del percolado; 2) almacenamiento en tanques; 3) bombeo en camiones cisterna y transporte a plantas de depuración; 4) filtrado y vertido del material tratado al mar o en ríos.
Este procedimiento entraña problemas considerables, que están vinculados en su mayoría con los riesgos en la gestión de un producto altamente nocivo y a los costes asociados con el procedimiento. En particular, la etapa de almacenamiento del material tiene problemas de seguridad para los operadores y para las áreas habitadas en las proximidades a los sitios de almacenamiento, debido a los riesgos de inhalación de percolado o, en cualquier caso, de exposición prolongada a emisiones gaseosas tóxicas y malolientes generadas por dicho producto, la alta inflamabilidad del líquido y a los riesgos de contaminación del suelo y de los niveles freáticos como una consecuencia de las infiltraciones y las fugas de producto durante el almacenamiento, la transferencia y el transporte.
Además, la etapa de transporte tiene costes muy altos, relacionados con el transporte de líquidos tóxicos.
Además, la etapa de purificación tiene problemas de alto impacto ambiental, relacionados con el control de la estabilidad en el tiempo de los filtros, con la eficacia del procedimiento de purificación y con el vertido de residuos tóxicos al mar o en cursos de agua.
El documento EP 0839539 A1 describe el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 11 y muestra un compuesto gelificante para su uso por personal médico para solidificar la sangre en el interior de bolsas de residuos con el fin de prevenir fugas y contaminación accidentales. Los derrames de orina o de sangre, derramados accidentalmente en suelos de hospitales, pueden ser recuperados y eliminados también, con el fin de no comprometer la integridad higiénica del hospital. El compuesto gelificante comprende un polímero superabsorbente, particularmente poliacrilato de sodio; un desinfectante químico, particularmente peroximonosulfato de potasio; un desodorante orgánico, particularmente de extractos de hierbas; y un agente quelante, particularmente ácido málico.
Descripción de la invención
El objetivo de la presente invención es proporcionar un nuevo procedimiento para el tratamiento de residuos que comprenden una fase líquida, conocida también como "percolado de residuos", que no requiere la separación previa del percolado desde la masa sólida de residuos y, por lo tanto, permite superar los inconvenientes técnicos y las desventajas económicas de los procedimientos convencionales descritos anteriormente.
Este objetivo se consigue mediante un procedimiento según la reivindicación 1, adecuado para absorber y retener el percolado de residuos, consiguiendo de esta manera la gelificación del percolado.
Las reivindicaciones dependientes ilustran detalles adicionales de la provisión del procedimiento según la invención y son parte integral de la presente descripción.
En la presente descripción, el término "hidrogel" se usa para hacer referencia a un polímero reticulado que está adaptado para asumir un estado hinchado cuando es colocado en contacto con un medio líquido acuoso que representa el disolvente, en el que dicho polímero reticulado es capaz de absorber el disolvente y retenerlo en el interior de las redes moleculares. Por lo tanto, el hidrogel puede considerarse como un tipo particular de solución polimérica, que tiene las propiedades cohesivas de un sólido y las propiedades de transporte difusivo de un líquido.
El procedimiento de formación de un gel a partir de una solución más diluida se denomina generalmente transformación "sol-gel". Algunos ejemplos de esta transformación son la formación de geles de agarosa, metilcelulosa y nitrocelulosa a partir de soluciones acuosas. Si un sistema polimérico reticulado se coloca en contacto con un disolvente, se observa un hinchamiento considerable de la estructura. Las interacciones que ocurren entre el disolvente y los segmentos poliméricos
son las típicas del procedimiento de solvatación. Sin embargo, se previene una solubilización completa mediante la presencia de nodos moleculares que aseguran la integridad estructural del sistema. La consiguiente fase gelatinosa puede compararse con una solución polimérica en el estado sólido. El material seco inicial se denomina generalmente "xerogel" y el procedimiento correspondiente se denomina "transformación xerogel-gel".
Los geles se caracterizan por factores cinéticos y de equilibrio. Los factores que más influyen sobre la calidad del estado del gel son la temperatura, la presión osmótica, la composición del disolvente y el grado de hinchamiento. Los geles se caracterizan también por la densidad y por el tipo de enlaces de reticulación y, por lo tanto, por su resistencia. De hecho, hay geles químicos en los que los enlaces entre los segmentos de cadena polimérica son del tipo covalente, y geles físicos, en los que la reticulación se produce con enlaces secundarios, tales como interacciones de van der Waals, interacciones hidrófobas o interacciones iónicas.
Los hidrogeles son una subclase particular de los geles, en los que la fase fluida dispersada está constituida por agua.
Los geles de polielectrolitos pueden ser de naturaleza aniónica o catiónica, dependiendo de si tienen o no grupos carboxílicos o grupos de amina terciaria en la estructura polimérica. Los geles de polielectrolitos están particularmente adaptados para aplicaciones que requieren un comportamiento que sea sensible a las condiciones exteriores, tales como la temperatura, el pH, la composición y la fuerza iónica de la solución con la que el gel está en equilibrio químico. En la práctica, no es posible hacer una distinción clara entre los hidrogeles y los geles de polielectrolitos, ya que estos últimos conservan su capacidad, mejorada además por la presencia de las cargas fijas, para absorber cantidades considerables de agua disolvente. De hecho, se hace referencia muy frecuentemente a hidrogeles que contienen grupos ionizables.
Este fenómeno, que aparece como una transición de volumen, ha sido estudiado por varios autores, quienes han señalado que puede ser inducido también por los otros factores, distintos del pH, que influyen generalmente sobre el grado de hinchamiento de un gel de polielectrolitos.
En la presente descripción, las expresiones "gel de polielectrolitos" o "hidrogel de polielectrolitos" se usan para hacer referencia a un gel o hidrogel "químico", en el que la estabilización de la red polimérica se consigue mediante la presencia de enlaces covalentes. Esta estabilización se consigue mediante reticulación de cadenas poliméricas, como en el caso de los geles basados en derivados de celulosa, o mediante polimerización de monómeros, tal como ocurre frecuentemente en el caso de los poliacrilatos.
Los polímeros superabsorbentes son una clase de polímeros caracterizados por una alta capacidad de absorción con respecto al agua o a soluciones acuosas. A modo de ejemplo no limitativo, 1 gramo de polímero superabsorbente es capaz de absorber más de 1 litro de agua sin liberarlo bajo alta compresión.
Los polímeros con estas características se usan en productos que ya están disponibles comercialmente. Se hace mención, a modo de ejemplo, del núcleo absorbente de pañales y de productos absorbentes para la higiene personal. Estos son productos de base predominantemente acrílica, en los que primero se polimeriza la acrilamida y, a continuación, se reticula para obtener enlaces covalentes estables entre las cadenas poliméricas, que previenen una disolución completa en agua o en soluciones acuosas. Además de los polímeros superabsorbentes de base acrílica, se conocen y comercializan polímeros superabsorbentes basados en polímeros naturales biodegradables.
Los polímeros superabsorbentes de mayor interés comercial son polímeros que son reticulados a partir de ácido acrílico parcialmente neutralizado. Formalmente, estos son terpolímeros de ácido acrílico, acrilato de sodio y un agente de reticulación. En algunos casos, estos son terpolímeros injertados en almidón o alcohol polivinílico, que actúan como sustrato. La capacidad de hinchamiento y la elasticidad de estos polímeros dependen de las características estructurales de la red polimérica y principalmente de la densidad de reticulación. Las técnicas de síntesis de poliacrilato tienen como objetivo, todas ellas, conseguir un equilibrio adecuado de las propiedades del superabsorbente, mediante el control de la estructura de la red polimérica.
Maneras de llevar a cabo la invención
Con referencia a los procedimientos más extendidos, estos superabsorbentes se preparan mediante polimerización, iniciada por radicales libres, de ácido acrílico y sus sales, con un agente de reticulación, en una solución acuosa (según el procedimiento conocido como "polimerización en solución a granel") o en una suspensión de gotas de solución acuosa en hidrocarburos (según el procedimiento conocido como "polimerización en suspensión"). Estos dos procedimientos tienen algunos aspectos comunes. De hecho, las concentraciones de monómero y agente de reticulación, el tipo de iniciador y su concentración, las reactividades relativas de los monómeros, la cinética de polimerización y las temperaturas de reacción son factores clave en ambos procedimientos.
La concentración de monómero en la solución de reacción influye sobre las propiedades del polímero resultante, la cinética de reacción y la economía del procedimiento. Las concentraciones altas de monómero causan un aumento en la rigidez del gel polimérico a medida que progresa la polimerización.
Las reacciones de polimerización se inician mediante radicales libres en una fase acuosa, usando iniciadores que pueden descomponerse térmicamente, iniciadores redox o combinaciones de los mismos. Las combinaciones de estos iniciadores se usan cuando la reacción ocurre en un amplio intervalo de temperaturas. En este caso, se desea mantener la velocidad de reacción constante a pesar de las variaciones de temperatura.
Pueden usarse agentes de transferencia de cadena para controlar las propiedades de la red mediante el control de la masa molecular de la estructura polimérica. En general, el uso de los agentes de transferencia de cadena aumenta la capacidad de hinchamiento del polímero. Además, estas sustancias pueden ser usadas para minimizar las reacciones de ramificación y de auto-reticulación, que ocurren durante la polimerización realizada con altas concentraciones de monómero.
Cantidades relativamente pequeñas de agente de reticulación desempeñan un papel fundamental en la modificación de las propiedades de los superabsorbentes. Los agentes de reticulación usados típicamente en este tipo de material son ésteres de di- y tri-acrilato. Además de modificar las propiedades mecánicas y de hinchamiento, los agentes de reticulación influyen sobre la cantidad de polímero soluble que se forma durante la polimerización. La tendencia del agente de reticulación a ser consumido temprano durante la polimerización afecta a su reactividad con ácido acrílico o acrilato de sodio, y el agotamiento prematuro del agente de reticulación causa un aumento en la fracción soluble en el producto final.
La eficacia del agente de reticulación depende también del impedimento estérico y de la movilidad reducida en el lado del doble enlace colgante, de la tendencia de un agente de reticulación determinado a favorecer la adición intermolecular (ciclopolimerización) y de la estabilidad del propio agente de reticulación. Como consecuencia de esta combinación de factores, diferentes agentes de reticulación inducen propiedades completamente diferentes en el producto final.
Además, hay diversos procedimientos específicos para la preparación de superabsorbentes. En la denominada copolimerización de "injerto", polímeros solubles en agua, tales como almidón o alcohol polivinílico, se unen ("injertan") al superabsorbente para modificar sus propiedades. Algunos procedimientos se benefician del aumento de la viscosidad de la solución de monómero y, de hecho, los sustratos solubles en agua injertados tienen este propósito. Históricamente, los primeros superabsorbentes, conocidos como "super sorbentes", se formaron mediante acrilonitrilo injertado en almidón. Los iniciadores especiales pueden ser útiles para aumentar la eficacia de anclaje de estas sustancias a polímeros que contienen sitios hidroxilo.
En el procedimiento de polimerización en suspensión, se dispersan gotas de solución agua-monómero en otra fase, generalmente hidrocarburos aromáticos o alifáticos, antes de la polimerización. En general, el grado de neutralización es más alto en este tipo de procedimiento debido a la solubilidad del ácido acrílico en la fase de hidrocarburo, lo que dificulta la reacción y la manipulación.
El tamaño de las partículas de hidrogel puede ser controlado usando, en cantidades adecuadas, dispersantes tales como suspensiones de monoestearato de sorbitán o monolaurato de sorbitán, ésteres de ácidos grasos, etilcelulosa, etc. La forma de las partículas producidas en el procedimiento en suspensión puede verse influida por la viscosidad de la fase monomérica. Pueden obtenerse partículas de superabsorbente que son alargadas, con una distribución de tamaños estrecha, manteniendo la viscosidad de la fase acuosa a aproximadamente 5.000 cP y con la adición de espesantes solubles en agua.
Una etapa esencial de cada procedimiento de preparación de superabsorbentes es la etapa de secado de gel. Frecuentemente, se usan los secadores de aire caliente continuos, tales como los secadores con transporte de calor por conducción, por radiación o con aire caliente. La popularidad de este procedimiento de secado se debe principalmente a la velocidad del procedimiento. Sin embargo, algunas veces, este procedimiento no detiene el problema de la eliminación de los monómeros residuales sin reaccionar, aunque el agua contenida en el polímero se elimina de manera eficiente. Otros procedimientos de secado son aquellos que usan los denominados secadores de tambor y, más recientemente, los denominados secadores de tornillo continuo.
Los materiales y los procedimientos de producción descritos anteriormente se refieren a polímeros que tienen una base esencialmente acrílica y no son biodegradables. En vista de la mayor sensibilidad de las autoridades y de la opinión pública a los problemas de protección ambiental, en años recientes, los investigadores han dirigido su atención hacia el estudio de superabsorbentes basados en polímeros biodegradables. Uno de los problemas fundamentales es su mayor coste, que es debido en parte al procedimiento de producción, que frecuentemente es más laborioso, y en parte al mayor coste de algunas de las materias primas a ser usadas.
Para sistemas extremadamente hidrófilos, tales como geles de polielectrolitos derivados a partir de polímeros naturales (almidón, celulosa y polisacáridos en general), existe una extensa literatura que proporciona, para estas estructuras superabsorbentes, órdenes de magnitud de capacidad de absorción de agua, iguales a 1.000 expresados en gramos de H2O/gramos de polímero seco. Uno de los primeros estudios realizados sobre estructuras superabsorbentes basadas en derivados de celulosa es el estudio realizado por Lepoutre et al., que sintetizó un copolímero de celulosa-acrilonitrilo
usando pulpa de madera como materia prima. El copolímero de poliacrilonitrilo-celulosa se hidroliza posteriormente en un entorno alcalino para crear una estructura de polielectrolitos, un grupo poliacrílico neutralizado con sodio, que representa el grupo iónico que pertenece al polímero. La capacidad absorbente exhibida por este material es del orden de 50 g de agua por gramo de polímero seco.
Un resultado similar en términos de capacidad absorbente ha sido conseguido por Vitta et al., quienes copolimerizaron mediante injerto en celulosa, obtenida de pulpa de madera, directamente grupos acrílicos y metacrílicos, seguido por hidrólisis para crear las sales (y, por lo tanto, los grupos iónicos) de los ácidos. El porcentaje de grupos iónicos injertados en la estructura polisacárida, así como el grado de hidrólisis de los grupos ácidos, influye considerablemente sobre la capacidad absorbente del material.
En años recientes, Sannino et al. han desarrollado una amplia clase de superabsorbentes biodegradables basados en derivados de celulosa, que se describen en las solicitudes de patente internacional WO2006/070337 y WO2009/022358.
Las propiedades clave de los polímeros superabsorbentes son la capacidad de hinchamiento y el módulo de elasticidad del gel hinchado reticulado. Estas dos propiedades están relacionadas con la densidad de reticulación de la red: en general, el módulo aumenta y la capacidad de hinchamiento disminuye a medida que aumenta la densidad de reticulación. La densidad de reticulación en un superabsorbente es baja: es suficiente considerar que en los materiales usados para productos absorbentes para la higiene personal es de aproximadamente 0,03 moles de agente de reticulación por litro de polímero seco.
Una medida muy común para la determinación de la capacidad absorbente usada en la industria de los polímeros superabsorbentes es la capacidad en centrífuga, que consiste en determinar la capacidad de retener agua o solución absorbida por una muestra de gel colocada en una centrifugadora en el interior de bolsas porosas repelentes al agua.
Las especificaciones del ensayo son estándar y bastante similares entre las diversas industrias del sector, que es principalmente el sector de productos absorbentes para la higiene personal.
Algunos ensayos de absorción se realizan en condiciones que simulan las condiciones de uso real del material, y las más comunes son una vez más las relacionadas con productos absorbentes para la higiene personal. A continuación, esta información se correlaciona con la compresibilidad osmótica de la red, que es un valor que, a su vez, se correlaciona con la variación de la presión de hinchamiento con respecto a la variación de la concentración de polímero en el gel. En otras palabras, la compresibilidad osmótica puede considerarse una medida de la facilidad con la que un gel determinado puede desorber como consecuencia de la presión aplicada desde el exterior.
Un parámetro al que se está prestando mayor atención en años recientes es la cinética de absorción del material, que está relacionada también con el problema de la distribución del fluido. Los geles más porosos generalmente exhiben tasas de hinchamiento más altas.
La capacidad de absorción de un superabsorbente debe ser evaluada siempre en diversas condiciones, lo que frecuentemente limita su campo de aplicabilidad. Por ejemplo, los superabsorbentes de base acrílica no pueden ser usados en aplicaciones en las que el material está expuesto al agua de mar, ya que su capacidad de absorción disminuye considerablemente debido a la baja estabilidad del ácido acrílico en presencia de cationes polivalentes. De hecho, un gel hidrolizado puede variar su volumen a medida que varía la composición del disolvente en el que está sumergido. Los grupos cargados anclados a la estructura polimérica desempeñan un papel esencial en este fenómeno. De hecho, debido al denominado "efecto Donnan", la contribución a la absorción de agua en la matriz polimérica depende de la cantidad de cargas ancladas a la estructura y de la concentración de iones disueltos en la solución en contacto con el gel. En particular, si el número de cargas que están fijadas en el polímero aumenta, también aumenta la tendencia del agua a penetrar en la matriz por efecto osmótico. Por la misma razón, si la concentración de iones disueltos en la solución aumenta, la cantidad de agua que penetra en el gel disminuye.
Además, un polímero reticulado con grupos cargados anclados a la estructura absorbe una cantidad de líquido que varía como una función del pH de la solución con la que es puesto en contacto. En lo que respecta a la anchura del intervalo de pH en el que se observa una transición desde valores de capacidad de absorción de gel bajos a altos, observamos que hay diversas maneras en las que puede producirse esta transición. Tal como confirma la literatura, la extensión del intervalo aumenta a medida que aumenta la longitud de las cadenas laterales del polímero y se desplaza progresivamente a valores de pH más bajos para los ésteres de metilo, etilo y propilo.
En vista de la descripción anterior, los ejemplos de polímeros del tipo de hidrogeles macromoleculares polielectrolíticos superabsorbentes adaptados para su uso en el procedimiento según la invención son: superabsorbentes basados en poliacrilamida, ácido acrílico, polietilenglicol, alcohol polivinílico, poliacrilato de sodio; derivados de celulosa, tales como carboximetilcelulosa, hidroxietilcelulosa, hidroxipropilcelulosa; almidón.
Entre estos, se da preferencia a aquellos basados en poliacrilamida, ácido acrílico, poliacrilato de sodio, derivados de
celulosa.
En el procedimiento según la invención, el polímero del tipo hidrogel macromolecular polielectrolítico superabsorbente en estado seco se usa en una mezcla con un segundo componente, que es adecuado para absorber la fase gaseosa producida por el residuo, eliminando los malos olores y los humos nocivos. Las sustancias adecuadas para este propósito son a-, p-ciclodextrina y las realizaciones preferidas se refieren a Y-ciclodextrinas, zeolitas, carbonos activados, derivados de celulosa, cerámicas porosas. Estas sustancias se usan en combinación con el polímero superabsorbente, individualmente o en mezclas de dos o más sustancias, según la supresión que se desee obtener.
El porcentaje de ciclodextrinas, carbonos activados y/o zeolitas que se usan generalmente varía en el intervalo del 0-20% en peso con respecto al peso del polímero superabsorbente, como una función del tipo de supresión que se desea obtener. Un intervalo preferido está comprendido entre el 0,01 y el 5%. Los porcentajes de derivados de celulosa y/o cerámicas porosas que se usan generalmente varían en un intervalo del 0-60% en peso con respecto al peso del polímero superabsorbente, en el que un intervalo preferido está comprendido entre el 0,1 y el 30% en peso.
La absorción de percolato se produce ya simplemente mediante la adición de polímero superabsorbente al líquido, opcionalmente en una mezcla con una o más de una de las sustancias indicadas anteriormente; sin embargo, se consiguen una cinética y una eficacia de gelificación del líquido mejores mediante una adición lenta del polímero o de la combinación descrita anteriormente a la masa líquida, que se mantiene bajo mezclado lento.
Una vez gelificado, el percolado reduce la emisión de sustancias volátiles y malos olores en más del 90% con respecto al mismo percolado en la fase líquida, tal como se indica en la parte experimental siguiente.
Además, en este estado, el gel no es inflamable, tal como se indica a continuación.
Esto permite reducir en más del 90% los problemas de seguridad relacionados con el almacenamiento y el transporte de percolado.
Una vez gelificado, el percolado, en lugar de ser transportado en la fase líquida a las plantas de purificación, se transfiere, por ejemplo, en la forma de residuos sólidos al propio vertedero o a instalaciones vecinas, a un quemador, donde puede ser eliminado junto con el residuo sólido. Además, es posible concebir que el propio vertedero pueda estar equipado con su propio quemador dedicado conectado a una turbina, que recoge los gases de escape producidos por la combustión del gel para convertir el residuo en energía, la cual es demandada por el propio vertedero o es transferida a la red.
En ambos casos, se eliminan ventajosamente las operaciones para transportar el líquido tóxico, para la purificación y el vertido a vías fluviales o al mar.
Como una alternativa a la aplicación para el tratamiento de percolado en vertederos, el procedimiento según la invención se usa además para la recalificación de combustible derivado de residuos (RDF, Refuse Derived Fuel), conocido también como balas o fardos de residuos, por medio de inyecciones de material de tratamiento con el fin de evitar el vertido al nivel freático; para la formación de nuevas balas de residuos, en el tratamiento del subsuelo de los vertederos, con el fin de prevenir o reducir la percolación y evitar la contaminación de las capas freáticas y del subsuelo; en sistemas para secar residuos recién recogidos en camiones de compactación y en sistemas de recogida en contenedores municipales en bordes de aceras, para evitar la filtración durante el transporte; en la recogida de lodos de curtiduría con supresión de malos olores; en la recogida y el bloqueo de humos debidos a la contaminación ambiental.
Las balas de residuos actuales, es decir, las masas de residuos compactadas y almacenadas en sitios específicos, son un problema importante con alto impacto ambiental, tanto debido a la emisión de sustancias volátiles malolientes que son perjudiciales para la salud humana como al vertido continuo del percolado que se genera durante un almacenamiento prolongado y se libera al medio ambiente con los consiguientes problemas de contaminación.
El procedimiento según la invención se presta tanto al tratamiento de balas de residuos ya formadas como a la producción de nuevas balas de residuos.
a) Tratamiento de balas de residuos ya formadas: el polímero del tipo hidrogel macromolecular polielectrolítico superabsorbente, en combinación con ciclodextrina y opcionalmente con carbonos activados, zeolitas, derivados de celulosa y/o cerámicas porosas, en las formas y cantidades descritas anteriormente (al que se hace referencia a continuación como "el producto"), se inyecta en varios puntos de la bala de residuos, proporcionando orificios en varios puntos mutuamente distantes para garantizar la uniformidad de la distribución. La inyección puede realizarse con el producto en forma de polvo seco transportado por aire comprimido. La cantidad de producto a añadir varía en un intervalo comprendido entre 0,2 g y 100 g de producto por kilogramo de residuo comprimido en forma de bala de residuo, con una eficacia óptima comprendida en un intervalo de 2-30 g de producto por kilogramo de bala de residuos. Los porcentajes pueden variar como una función del tipo de residuos que se almacena, del porcentaje de residuo húmedo y del procedimiento de almacenamiento. Por ejemplo, en entornos húmedos o en entornos expuestos a lluvias frecuentes, los
porcentajes de producto requeridos pueden ser más altos. Los modos de absorción del percolado por el producto y la capacidad de suprimir la emisión de gases malolientes y/o nocivos, combinados con la capacidad de convertir el percolado líquido que se genera en un sólido gelatinoso que no se vierte al medio ambiente, son similares a los descritas para el caso anterior relacionado con el tratamiento del percolado líquido.
B) Tratamiento de nuevas balas de residuos: este tratamiento proporciona el mismo resultado descrito con relación a las balas de residuos ya formadas, pero difiere en el procedimiento de adición del producto, que en este caso puede mezclarse con el residuo durante la formación de la bala de residuos
El tratamiento de las balas de residuos reduce en más del 90% el vertido de percolado al medio ambiente durante la vida útil de la propia bala de residuos. Pueden proporcionar recalificaciones anuales para los ciclos de almacenamiento que excedan los 10 años.
C) Tratamiento del subsuelo de los vertederos: uno de los principales problemas de los vertederos actuales consiste en la protección del subsuelo contra el vertido de percolado durante el almacenamiento del mismo o de los residuos. El procedimiento según la invención permite tratar este problema. Para este propósito, se usa una membrana porosa o, más comúnmente, un tejido impermeable al agua, poroso, con poros más pequeños que el tamaño de partícula de los productos en polvo. Una pelusa de celulosa que contiene el producto descrito anteriormente se inserta en la membrana. El porcentaje de producto con respecto a la pelusa de celulosa está comprendido entre el 5 y el 100% en peso, con una solución óptima en un intervalo comprendido entre el 45 y el 75%. La pelusa de celulosa tiene la doble función de asegurar una absorción y una distribución rápidas de cualquier infiltración de líquido en el interior de toda la estructura absorbente. El sistema descrito, dispuesto debajo de la base del vertedero mediante procedimientos que varían según la estructura, la ubicación y la disponibilidad, tiene la función de retener, sin liberarlo, cualquier percolado que pueda haberse filtrado a través de los sistemas de contención del vertedero, garantizando de esta manera una ausencia total de vertido de productos tóxicos o nocivos al nivel freático.
D) Secado de residuos recién recogidos: el sistema para secar los residuos durante el transporte puede ser gestionado proporcionando sistemas de distribución de productos adecuados a los vehículos de recogida de residuos. En particular, durante la recogida y la primera trituración de los residuos en el vehículo, es posible distribuir una cantidad de producto, en forma de polvo, sobre la masa de residuos que están siendo volteados. La distribución puede realizarse, por ejemplo, pero sin limitación, por medio de una válvula de apertura/cierre, que se activa cada vez que se activa/desactiva el sistema de trituración, y un sistema de dosificación, que distribuye las cantidades de producto según los porcentajes ya indicados. Este sistema tiene dos ventajas: la primera es evitar el fenómeno del flujo del percolado durante el transporte de los residuos, que contamina las calles y genera malos olores, y la segunda es la posibilidad de obtener aguas arriba un producto que tiene un mayor porcentaje de fase seca, que tiene un valor térmico más alto y no vierte percolado durante las etapas de almacenamiento que ocurren directamente después de la recogida.
En lo que respecta a hacer que los depósitos municipales en bordes de aceras sean compatibles con las regulaciones, se usa el mismo sistema para la recogida de la fase líquida descrita anteriormente, con dimensiones y una geometría que son adecuados para la forma de dicho depósito, con el fin de evitar el flujo de fase líquida en las proximidades inmediatas del área de recogida y de limitar los malos olores durante el almacenamiento.
E) Recogida de lodo de curtiduría: el lodo de curtiduría generalmente contiene tanto una fase acuosa como una fase oleosa líquida, además de las fases sólidas que generalmente están presentes en forma de una suspensión. El procedimiento de tratamiento según la presente invención puede usarse para recoger la fase líquida acuosa, con la consiguiente reducción de humos malolientes y nocivos. Esta recogida se realiza mezclando el producto con toda la masa a ser tratada, en cantidades tales que permitan la absorción de toda la masa líquida acuosa, estimada en base a las evaluaciones realizadas en cada caso con los gestores de las curtidurías de referencia.
Debido a que la fase acuosa es aquella con la menor viscosidad, la gelificación de esta fase usando el producto permite un doble beneficio: aumenta considerablemente la viscosidad del producto, facilitando su recogida y eliminación en la fase sólida, y se reduce considerablemente la emisión de malos olores y sustancias volátiles nocivas a la atmósfera, que en su mayoría están presentes en la fase líquida.
F) Recogida y bloqueo de humos debidos a la contaminación ambiental: en todos los casos de contaminación ambiental del suelo y del subsuelo en los que es necesario bloquear los humos que se originan a partir de fases líquidas parcial o totalmente acuosas, es posible usar el producto, en las composiciones y en porcentajes de los componentes que son similares a los descritos para los casos anteriores y adaptados en cada caso al caso específico. Esto permite limitar la emisión de humos malolientes y/o tóxicos a la atmósfera hasta la etapa de la recuperación final del área contaminada.
G) Fuga de percolado: un problema en zonas públicas y privadas que tienen instalaciones de almacenamiento de residuos para contener residuos o tuberías para el flujo de residuos, es la potencial fuga de percolado desde las instalaciones de almacenamiento o las tuberías. En situaciones graves, la fuga puede resultar en inundaciones, tal como
en zonas confinadas. El percolado fugado puede causar contaminación y genera malos olores. En las fábricas de producción, dichas fugas pueden resultar incluso en la liberación de tóxicos al medio ambiente.
El procedimiento de tratamiento según la presente invención puede usarse para recoger el percolado fugado o para prevenir la propagación de dichas fugas. El producto puede distribuirse sobre las zonas afectadas de manera que el percolado fugado pueda ser absorbido, secuestrando de esta manera el percolado en fase líquida en un estado gelificado y, por consiguiente, facilitando su recogida y eliminación en la fase sólida. El producto puede usarse también para contener la propagación de la fuga, por ejemplo, en situaciones de fuga continua para permitir el tiempo suficiente para poner remedio a la fuga, o cuando hay una inundación causada por la fuga.
El producto puede ser colocado también en áreas de potenciales fugas como medida preventiva. La propagación del producto en estas áreas puede permitir que la fuga de percolado sea secuestrada antes de cualquier propagación, previniendo de esta manera la contaminación y la generación de malos olores.
H) Percolado de residuos a partir de la acumulación de agua: puede ocurrir un problema debido a la acumulación excesiva de agua en áreas en las que el agua tiende a estancarse y, de esta manera, puede causar la formación de residuos en una fase líquida. El producto puede usarse también para absorber los residuos en la fase líquida, facilitando su recogida y eliminación en la fase sólida.
La parte experimental siguiente se proporciona meramente a modo de ejemplo no limitativo del alcance de la invención, según se define en las reivindicaciones adjuntas.
Parte experimental
1. Ensayos de absorción.
Se realizaron ensayos de absorción mezclando el producto, en varias combinaciones de hidrogel superabsorbente y ciclodextrinas, con percolado líquido a partir de varias fuentes (es decir, vertederos). Los ensayos se realizaron usando vasos de precipitación graduados, una balanza con una precisión de hasta el segundo dígito decimal, una campana y una unidad de dosificación.
En particular, una cantidad conocida de producto en términos de peso y de composición se vertió en el vaso debajo de la campana. El percolado se añadió lentamente al vaso de precipitados en una cantidad mínima para permitir la absorción total del mismo en aproximadamente 1 minuto (es decir, el vaso de precipitación con el percolado gelificado se volcó y el producto no fluyó). Se añadió más percolado, en cantidades crecientes hasta que se observó el primer fenómeno de flujo del gel a lo largo de las paredes del vaso de precipitados. En este punto, se supuso que se estaba en presencia de la primera gota de percolado que quedaba en la fase líquida y se interrumpió el ensayo. El peso del percolado añadido a esta etapa se estimó como la cantidad máxima absorbible por el producto teniendo en cuenta la composición usada. Los resultados obtenidos se proporcionan en la Tabla 1. El índice de hinchamiento, indicado como SR, es el parámetro usado para medir la capacidad de absorción del producto y se define de la manera siguiente:
SR = peso del percolado/peso del producto seco
Los términos P1 y P2 en la tabla se refieren a dos tipos diferentes de percolado, tomados de dos vertederos diferentes. El gel superabsorbente usado para este ensayo es un hidrogel comercial basado en poliacrilamida. Las letras de referencia A, B y C indican, respectivamente, a, p, y ciclodextrinas. Los valores proporcionados para el índice SR de hinchamiento son el promedio de cinco mediciones independientes.
Tabla 1. Resultados de las pruebas de absorción.
Composición del producto SR en P1 SR en P2
1. 0,3 g de gel 100 180
2. 0,3 g de gel 0,1 g de A 82 151
3. 0,3 g de gel 0,2 g de A 64 104
4. 0,3 g de gel 0,3 g de A 53 98
5. 0,3 g de gel 0,1 g de B 102 186
6. 0,3 g de gel 0,2 g de B 86 154
7. 0,3 g de gel 0,3 g de B 67 109
8. 0,3 g de gel 0,1 g de C 98 147
9. 0,3 g de gel 0,2 g de C 79 146
10. 0,3 g de gel 0,3 g de C 50 102
Puede observarse que, a medida que aumenta la cantidad de ciclodextrina, la capacidad de absorción del producto disminuye, ya que dicha capacidad está estrechamente relacionada con el efecto realizado por el gel superabsorbente. La diferencia en la capacidad de absorción entre los dos tipos de percolado se ha atribuido a una concentración diferente de iones presentes en la solución. Debido a que el hidrogel superabsorbente bajo consideración es un polielectrolito, a medida que aumenta la fuerza iónica de la solución externa, su capacidad de absorción disminuye, debido a la reducción de la presión osmótica, que se correlaciona con el efecto Donnan, lo que facilita la entrada de la fase líquida en el gel hinchado.
Es apropiado especificar que ambas muestras de filtración consideradas representan situaciones estándar que están presentes en los vertederos actuales en diferentes etapas de maduración.
2. Ensayos de supresión de sustancias volátiles.
Los ensayos para la supresión de malos olores y sustancias potencialmente tóxicas emitidas a la atmósfera se realizaron usando metilmercaptano como trazador, debido a que esta sustancia se caracteriza por:
- una presencia significativa en los percolados de los vertederos;
- un olor altamente desagradable;
- una solubilidad extremadamente baja en agua;
- una gravedad específica más baja que el agua (0,869 g/ml);
- una presión de vapor a 26,1 °C equivalente a 2 kg/cm2;
- una tensión superficial a 33°C equivalente a 22,42 din/cm2;
- un coeficiente de partición superior a 0,5.
Los ensayos se realizaron midiendo la concentración de la sustancia en la fase de vapor en las proximidades inmediatas del percolado. El análisis se realizó comparando los resultados obtenidos en el percolado líquido tal como está y los resultados obtenidos en el percolado absorbido por el producto en diferentes porcentajes, tal como se indica en la Tabla 2. En este caso también, A, B y C se refieren respectivamente a a, p, y ciclodextrinas. El percolado usado en este estudio es del mismo tipo que el percolado P1 usado para los ensayos de absorción. El hidrogel es el mismo usado para los ensayos de absorción.
Tabla 2: Composición de las muestras en los viales
Percolado como está
Percolado 0,3 g de gel
Percolado 0,3 g de gel 0,1 g de A
Percolado 0,3 g de gel 0,2 g de A
Percolado 0,3 g de gel 0,3 g de A
Percolado 0,3 g de gel 0,1 g de B
Percolado 0,3 g de gel 0,2 g de B
Percolado 0,3 g de gel 0,3 g de B
Percolado 0,3 g de gel 0,1 g de C
Percolado 0,3 g de gel 0,2 g de C
Percolado 0,3 g de gel 0,3 g de C
Para realizar el ensayo, tanto el líquido percolado como el percolado con la adición del producto se confinaron en viales, en los que se insertó una sonda para el análisis de la fase gaseosa. Las mediciones se realizaron en el tiempo t = 0, es decir, cuando el percolado se añadió al vial y 120 minutos después de la inserción del percolado. Los resultados se proporcionan en la Tabla 3.
Tabla 3. Resultados del ensayo de supresión de fase gaseosa
Análisis químico
Análisis de viales
Se observa que, con respecto al percolado tal como está, una vez añadido el producto, se obtiene una supresión casi total del metil mercaptano, en cantidades que varían como una función de la composición del producto. Con respecto a este tipo de sustancia volátil, el gel tal como está y el gel con pequeñas adiciones de a y p ciclodextrina proporcionan los mejores resultados. Por supuesto, la distribución de las ciclodextrinas en el producto debe ser modulada en cada caso como una función del tipo y de la concentración de sustancias volátiles emitidas por el líquido.
Claims (13)
1. Procedimiento para el tratamiento del percolado a partir de residuos, en el que dicho procedimiento comprende la etapa de añadir a dicho residuo un polímero del hidrogel de tipo macromolecular polielectrolítico superabsorbente en el estado seco para absorber y retener el percolado procedente de los residuos para la gelificación del percolado en el que el polímero del hidrogel de tipo macromolecular polielectrolítico superabsorbente está en combinación con un segundo componente, que es adecuado para absorber la fase gaseosa producida por el residuo, caracterizado por que dicho segundo componente se selecciona de entre el grupo que consiste en a-ciclodextrinas, p-ciclodextrinas y la cantidad de a-ciclodextrinas o p-ciclodextrinas, es variable entre el 0 y el 20% en peso con respecto al peso del polímero superabsorbente.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el polímero del hidrogel de tipo macromolecular polielectrolítico superabsorbente se selecciona de entre el grupo que consiste en superabsorbentes basados en poliacrilamida, ácido acrílico, polietilenglicol, alcohol polivinílico, poliacrilato de sodio; derivados de celulosa; almidón.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que el polímero del hidrogel de tipo macromolecular polielectrolítico superabsorbente es un superabsorbente basado en poliacrilamida reticulada con metilenobisacrilamida.
4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el tratamiento se realiza sobre residuos sólidos municipales en un vertedero.
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el tratamiento se realiza con combustible derivado de residuos, en forma de balas de residuos, mediante inyección de aire comprimido del polímero del hidrogel de tipo macromolecular poliactrolítico superabsorbente en estado seco, opcionalmente en combinación con un componente, que es adecuado para absorber la fase gaseosa producida por los residuos, en el que dicho componente se selecciona de entre el grupo que consiste en Y-ciclodextrinas, zeolitas, carbonos activados, derivados de celulosa, cerámicas porosas y cualquier combinación de los mismos, dentro del combustible derivado de residuos.
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el tratamiento se usa para producir combustible derivado de residuos en forma de balas de residuos que comprenden percolado en estado gelificado.
7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el polímero del hidrogel de tipo macromolecular polielectrolítico superabsorbente se coloca debajo de la capa de residuos de un vertedero, para absorber in situ el percolado del vertedero.
8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el tratamiento se realiza sobre lodos de curtiduría.
9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además la etapa de quemar el percolado gelificado para producir gas de síntesis para la producción de energía.
10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el tratamiento se realiza sobre una fuga de percolado desde una instalación de almacenamiento o desde un sistema de tuberías.
11. Producto para el tratamiento del percolado a partir de residuos, que comprende un polímero del hidrogel de tipo macromolecular polielectrolítico superabsorbente en estado seco, adecuado para absorber y retener el percolato procedente de los residuos, y un segundo componente, que es adecuado para absorber la fase gaseosa producida. por los residuos, caracterizado por que dicho segundo componente se selecciona de entre el grupo que consiste en a-ciclodextrinas, p-ciclodextrinas, en el que la cantidad de a-ciclodextrinas o p-ciclodextrinas es variable entre el 0 y el 20% en peso con respecto al peso del polímero superabsorbente.
12. Producto según la reivindicación 11, en el que el polímero del hidrogel de tipo macromolecular polielectrolítico superabsorbente se selecciona de entre el grupo que consiste en superabsorbentes basados en poliacrilamida, ácido acrílico, polietilenglicol, alcohol polivinílico, poliacrilato de sodio, derivados de celulosa, almidón.
13. Producto según la reivindicación 12, en el que el polímero del hidrogel de tipo macromolecular polielectrolítico superabsorbente es un superabsorbente basado en poliacrilamida reticulada con metilen-bisacrilamida.
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