ES2907043T3 - Método de floculación de algas con polímeros que incluyen tanino - Google Patents
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Abstract
Un método para separar algas dispersas de un sistema acuoso, y el método comprende: añadir al sistema acuoso de 50 ppm a 100 ppm de un polímero que incluye tanino para formar agregados floculados, en el que el polímero que incluye tanino comprende un copolímero de tanino y un monómero catiónico, en el que el porcentaje en peso del tanino es del 30 % al 50 % y el porcentaje en peso del monómero catiónico es del 70 % al 50 %; mezclar el sistema acuoso para estimular la formación de complejos entre el polímero que incluye el tanino y las algas dispersas dentro de una pluralidad de células de algas dispersas para formar agregados floculados de mayor tamaño que las células de algas dispersas; y separar los agregados floculados del sistema acuoso.
Description
DESCRIPCIÓN
Método de floculación de algas con polímeros que incluyen tanino
Antecedentes de la invención
Campo de la invención
Las realizaciones de la presente invención se refieren en general al tratamiento del agua y más particularmente a la floculación de algas en sistemas acuosos utilizando polímeros que incluyen tanino.
Descripción de la técnica relacionada
Los suministros de agua para aplicaciones de tratamiento de aguas afluentes suelen estar contaminados con una diversidad de contaminantes, tales como productos químicos tóxicos, aceite disuelto y diversas partículas orgánicas e inorgánicas de diversos tamaños. Otro contaminante común son las algas. Si no se eliminan las algas del suministro de agua pueden producirse problemas en el funcionamiento de los procesos de la planta y de los servicios posteriores. Por ejemplo, si no se eliminan las algas antes de la filtración se obstruyen los filtros, se incrementan los costes de funcionamiento del filtro y se desperdicia el agua necesaria para los frecuentes ciclos de limpieza del filtro.
En las balsas y depósitos de tratamiento de aguas residuales, el hecho de no eliminar las algas de la masa de aguas residuales puede contribuir a los sólidos suspendidos totales (SST), la demanda química de oxígeno (DQO) y las concentraciones de descarga de nutrientes de los efluentes. Como cada uno de estos factores suele estar regulado por un permiso de vertido predeterminado, el hecho de no eliminar las algas de las aguas residuales puede dar lugar a infracciones de los permisos de vertido y a posibles multas.
Además, debido a los elevados y crecientes costes de los combustibles fósiles para el transporte, la enorme demanda mundial de dichos combustibles y el impacto medioambiental negativo del uso generalizado de estos combustibles, se ha producido un cambio significativo impulsado por el mercado hacia el uso de combustibles alternativos que son más limpios y renovables, concretamente los biocombustibles. En la producción de biocombustible de algas, la separación ineficaz de las células de algas de la masa de agua da lugar a una menor concentración de sólidos en los lodos de algas para los procesos posteriores de recolección y extracción de biocombustible. Esta ineficiente separación de las células de las algas afecta negativamente a la eficacia de los procesos de producción de biocombustible.
La separación de las algas del agua se ha realizado anteriormente con métodos tradicionales que emplean sulfato de aluminio. Dado que el sulfato de aluminio es un producto químico tóxico, su adición es perjudicial para conservar la calidad de las algas precipitadas. El documento US5684109A describe un copolímero de un tanino y un monómero catiónico utilizado para eliminar la materia en suspensión natural del agua bruta con dosis de 100 ppm.
Por lo tanto, existe una necesidad continua de un método eficaz para separar las algas dispersas de un suministro de agua.
Breve sumario de la invención
En una realización de la presente invención, se proporciona un método para separar algas dispersas de un sistema acuoso. El método incluye la adición al sistema acuoso de un polímero que incluye tanino para formar agregados floculados, y la separación de los agregados floculados del sistema acuoso.
En otra realización de la presente invención, se proporciona un método para pretratar agua que comprende algas dispersas en un sistema de producción de biocombustible de algas. El método incluye la adición al agua de un polímero que incluye tanino para formar agregados floculados, y la separación de los agregados floculados del agua.
Descripción detallada de la invención
A continuación, se hará referencia en detalle a las diversas realizaciones.
Las formas singulares "un/una» y "el/la" incluyen los referentes en plural, a menos que el contexto dicte claramente lo contrario. Los puntos finales de todos los intervalos que enumeran la misma característica son independientemente combinables e incluyen el punto final enumerado. Todas las referencias se incorporan al presente documento como referencia.
El modificador "aproximadamente" utilizado en relación con una cantidad incluye el valor declarado y tiene el significado dictado por el contexto (por ejemplo, incluye los intervalos de tolerancia asociados con la medición de la cantidad particular).
"Opcional" u "opcionalmente" significa que el acontecimiento o la circunstancia descrito posteriormente puede o no ocurrir, o que el material identificado posteriormente puede o no estar presente, y que la descripción incluye casos en
los que el acontecimiento o la circunstancia ocurre o en los que el material está presente, y casos en los que el acontecimiento o la circunstancia no ocurre o el material no está presente.
"Soluble en agua" significa que el compuesto, tal como el polímero, copolímero en bloque o monómero, que se describe como soluble en agua puede disolverse en agua o en una disolución acuosa. En una realización, la expresión "soluble en agua" significa que el compuesto, copolímero en bloque o monómero que se describe es totalmente miscible en agua o en una disolución acuosa.
"Insoluble en agua" significa que el compuesto, tal como el polímero o monómero, que se describe como insoluble en agua no puede disolverse o se disuelve mal en agua o en una disolución acuosa.
El tanino, también llamado ácido tánico, se encuentra en las hojas, las ramas, la corteza y el fruto de muchas plantas. Según lo divulgado por A. Pizzi en "Condensed Tannin for Adhesives", Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 1982, 21, pp.
359-369, los taninos naturales pueden ser taninos "hidrolizables" y taninos "condensados". La composición y la estructura del tanino varían según la fuente y el método de extracción, pero la estructura empírica se indica como C76H52O46 con muchos grupos OH unidos a los anillos aromáticos. El tanino utilizado en las realizaciones de la presente invención es un tipo de tanino condensado que incluye, pero no se limita a los derivados del quebracho, la mimosa y el zumaque. Sin embargo, los taninos hidrolizables también se contemplan dentro del alcance de las realizaciones de la presente invención.
Las realizaciones de la presente invención se refieren a la floculación de algas en sistemas acuosos utilizando polímeros que incluyen tanino. En particular, los polímeros que incluyen tanino se refieren a un polímero soluble o dispersable en agua que incluye una composición de tanino que comprende un copolímero de un tanino y un monómero catiónico. En otra realización de la presente invención, el polímero soluble o dispersable en agua que incluye la composición de tanino comprende un polímero de tanino; un monómero catiónico y al menos un monómero seleccionado del grupo que consiste en un monómero aniónico y un monómero no iónico.
El monómero catiónico puede seleccionarse de un grupo que contiene iones de amonio cuaternario, fosfonio o sulfonio etilénicamente insaturados. Los monómeros catiónicos típicos son las sales de amonio cuaternario de dialquilaminoalquil(met)acrilamidas, dialquilaminoalquil(met)acrilatos y el cloruro de dialildialquilamonio.
En una realización, el monómero catiónico se selecciona del grupo que incluye pero no se limita a la sal cuaternaria de cloruro de metilo de acrilato de dietilaminoetilo, sal de sulfato de dimetilo de acrilato de dietilaminoetilo, acrilato de dimetilaminoetilo, metacrilato de dimetilaminoetilo, metacrilato de dietilaminoetilo, dimetilaminopropilmetacrilamida, dimetilaminopropilacrilamida, cloruro de dialildimetilamonio y cloruro de dialildietilamonio. En otra realización, el monómero catiónico es la sal cuaternaria de cloruro de metilo del acrilato de dietilaminoetilo.
En una realización, el monómero aniónico se selecciona del grupo que contiene grupos funcionales ácido carboxílico o ácido sulfónico etilénicamente insaturados. Estos monómeros incluyen, entre otros, el ácido acrílico, el ácido metacrílico, el ácido vinilacético, el ácido itacónico, el ácido maleico, el ácido alilacético, el ácido estirensulfónico, el ácido 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico (AMPS®) y los ácidos 3-aliloxi-2-hidroxipropansulfónico y sus sales. En otra realización, el monómero aniónico es ácido acrílico.
En una realización, el monómero no iónico se selecciona del grupo de monómeros no iónicos etilénicamente insaturados que comprenden, pero no se limitan a acrilamida, metacrilamida, N-metilolacrilamida, N,N-dimetilacrilamida; ésteres de alquilo inferior (C-i-Ca) que incluyen acetato de vinilo, acrilato de metilo, acrilato de etilo y metacrilato de metilo; ésteres de alquilo inferior (Ci-Ca) hidroxilados, que incluyen acrilato de hidroxietilo, acrilato de hidroxipropilo y metacrilato de hidroxietilo; alil gilicidil éter; y éteres alílicos etoxilados de polietilenglicol, polipropilenglicol y acrilatos propoxilados. En otra realización, los monómeros no iónicos son alil glicidil éter y acrilamida.
El polímero que incluye el tanino puede contener del 0 al 30 % en peso de monómero no iónico y del 0 al 20 % en peso de monómero aniónico, siempre que el polímero resultante que incluye el tanino siga siendo soluble o dispersable en agua y que el porcentaje en peso total de monómeros catiónicos, no iónicos y aniónicos y el tanino sume el 100 %. En las realizaciones en las que el monómero catiónico y el monómero aniónico están presentes juntos en el polímero que incluye el tanino, el monómero catiónico comprende un porcentaje en peso mayor que el monómero aniónico.
El copolímero contiene del 30 al 50 % en peso del tanino, siempre que el peso total del tanino y del monómero catiónico sume el 100 % en peso. En otra realización, los copolímeros tienen un porcentaje en peso del 30 % de tanino y del 70 % de monómero catiónico y del 50 % de tanino y del 50 % de monómero catiónico. En una realización, los copolímeros incluyen un tanino de tipo mimosa y el monómero catiónico es una sal cuaternaria de cloruro de metilo de acrilato de dimetilaminoetilo.
En una realización de la presente invención, se proporciona un método para separar algas dispersas de un sistema acuoso. El método comprende añadir al sistema acuoso un polímero que incluye tanino para formar agregados floculados, y separar los agregados floculados del sistema acuoso.
El método también puede comprender el mezclado del sistema acuoso para estimular el contacto entre el polímero que incluye el tanino y las algas dispersas. El mezclado puede seguir durante un período de tiempo predeterminado, o durante un período de tiempo suficiente para permitir que las algas dispersas y el polímero que incluye el tanino formen agregados floculados de mayor tamaño que las células de las algas dispersas.
Se ha reconocido que el polímero que incluye el tanino contiene numerosos grupos funcionales catiónicos cuando está en una disolución acuosa. Las células de las algas dispersas, que tienen una carga negativa, forman un fuerte complejo con el polímero que incluye el tanino. El resultado es un agregado floculado grande. Dado que el agregado floculado es lo suficientemente grande, la separación del agregado floculado del sistema acuoso puede comprender la realización de una filtración. Además, dado que el agregado floculado es bastante pesado, la separación del agregado floculado del sistema acuoso puede comprender la realización de una sedimentación por gravedad.
Según una realización de la presente invención, un polímero que incluye tanino puede incluirse en un sistema acuoso a una concentración de aproximadamente 0 partes por millón (ppm) en relación con el sistema acuoso a aproximadamente 100 ppm en relación con el sistema acuoso, con un intervalo alternativo de aproximadamente 50 ppm en relación con el sistema acuoso a aproximadamente 100 ppm en relación con el sistema acuoso.
Los sistemas que pueden ser tratados por el método y las formulaciones divulgadas en el presente documento son amplios y diversos, y pueden ser cualquier sistema conocido que implique un tratamiento químico para la eliminación de algas, particularmente en sistemas de base acuosa. En una realización, el sistema acuoso puede ser un sistema de tratamiento de aguas residuales. En otra realización, el sistema acuoso puede ser un sistema de producción de biocombustible de algas.
Las realizaciones de la presente invención se describirán a continuación con respecto a ciertos ejemplos que son meramente representativos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación y no pretende ser una limitación. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de una realización pueden utilizarse en otras realizaciones o junto con otras realizaciones para producir otras realizaciones. Se pretende que la presente descripción incluya tales modificaciones y variaciones
Ejemplos
Se llevaron a cabo estudios de ensayos de tarros de laboratorio para evaluar los polímeros que incluyen el tanino en cuanto a su capacidad para eliminar las algas por floculación y sedimentación. Los ensayos se llevaron a cabo con un cultivo puro de Chlorella pyrenoidosa, un alga verde azulada común. Para preparar el sustrato de ensayo de algas, se obtuvo una muestra de 60 ml de algas (Chlorella pyrenoidosa) de la empresa Carolina Biological Supply Co. en Burlington, NC. Esta muestra se diluyó hasta 1 litro en una disolución de NaCl al 0,85 % para obtener una cantidad suficiente para su uso en las evaluaciones de los ensayos de los tarros. El sustrato de ensayo, tal como se diluyó, tenía las siguientes propiedades:
pH = 9,32
Absorbancia a 430 nm = 0,530 (medida en el espectrofotómetro Hach DR-2000)
Turbidez = 25 ntu (medida en el turbidímetro Hach modelo 18900 Ratio)
Recuento de células = 4.875.000 células/ml (medido por D. Duvall del Grupo de Desarrollo de Biocidas) Se utilizó el siguiente procedimiento para determinar el efecto de diversos tratamientos químicos en la eliminación de algas por floculación y sedimentación:
1) Para cada tratamiento químico evaluado, se colocaron 80 ml de cultivo de algas diluido en un vaso de precipitado de 100 ml;
2) El cultivo de algas se mezcló a 30 rpm utilizando un agitador de banda de 6 posiciones Phipps and Bird equipado con palas rectangulares de 3,81 cm (1,5 pulgadas) de ancho x 1,90 cm (0,75 pulgadas) de alto;
3) Mientras se mezclaba a 30 rpm, se añadieron al cultivo de algas los tratamientos químicos indicados en la tabla 1; 4) Cada muestra tratada se mezcló durante 30 minutos a 30 rpm;
5) Tras el periodo de mezclado de 30 minutos, se detuvo el mezclado, se retiraron las palas de los vasos de precipitado y se mantuvieron las condiciones de reposo durante 20 minutos para permitir que las algas floculadas se separaran de la masa de la disolución mediante sedimentación por gravedad.
6) Se obtuvo una muestra de sobrenadante de cada vaso de precipitado de ensayo decantando la parte superior del vaso de precipitado;
7) Cada muestra de sobrenadante se analizó para determinar la turbidez y la absorbancia a 430 nm utilizando los instrumentos analíticos descritos anteriormente.
Los productos ensayados fueron:
Polímero A: un polímero que incluye tanino y que comprende 50 % de tanino/50 % de cloruro de acriloiloxietMtrimetilamonio (AETAC)
Polímero B: un polímero con tanino que comprende 30 % de tanino/70 % de AETAC
Tabla 1
Los resultados demuestran que los polímeros que incluyen tanino, el polímero A y el polímero B, fueron ambos eficaces para lograr excelentes reducciones de la absorbancia y la turbidez. Dado que la absorbancia es directamente proporcional a la concentración de células de algas, cuanto menor sea la absorbancia, menor será la concentración de algas. Por lo tanto, los resultados demuestran que los polímeros que incluyen tanino redujeron eficazmente la concentración de algas. Por ejemplo, en un ensayo, el polímero A redujo las algas en aproximadamente un 95 %. Esta descripción escrita utiliza ejemplos, incluyendo el mejor modo, para permitir a cualquier experto en la técnica hacer y utilizar la materia descrita. Si bien en lo anterior se han divulgado diversas realizaciones específicas, los expertos en la técnica reconocerán que las reivindicaciones permiten modificaciones igualmente eficaces. Especialmente, las características no mutuamente excluyentes de las realizaciones descritas anteriormente pueden combinarse entre sí. El ámbito de aplicación patentable está definido por las reivindicaciones.
Claims (10)
1. - Un método para separar algas dispersas de un sistema acuoso, y el método comprende:
añadir al sistema acuoso de 50 ppm a 100 ppm de un polímero que incluye tanino para formar agregados floculados, en el que el polímero que incluye tanino comprende un copolímero de tanino y un monómero catiónico, en el que el porcentaje en peso del tanino es del 30 % al 50 % y el porcentaje en peso del monómero catiónico es del 70 % al 50 %;
mezclar el sistema acuoso para estimular la formación de complejos entre el polímero que incluye el tanino y las algas dispersas dentro de una pluralidad de células de algas dispersas para formar agregados floculados de mayor tamaño que las células de algas dispersas; y
separar los agregados floculados del sistema acuoso.
2. - El método de la reivindicación 1, en el que el sistema acuoso es un sistema de tratamiento de aguas residuales.
3. - Un método según la reivindicación 1 para pretratar el agua que comprende algas dispersas en un sistema de producción de biocombustible de algas, y el método comprende:
añadir al agua de 50 ppm a 100 ppm de un polímero que incluye tanino para formar agregados floculados en los que el polímero que incluye tanino comprende un copolímero de tanino y un monómero catiónico, en los que el porcentaje en peso del tanino es del 30 % al 50 % y el porcentaje en peso del monómero catiónico es del 70 % al 50 %;
mezclar el sistema acuoso para estimular la formación de complejos entre el polímero que incluye el tanino y las algas dispersas dentro de una pluralidad de células de algas dispersas para formar agregados floculados de mayor tamaño que las células de algas dispersas; y
separar los agregados floculados del sistema acuoso.
4. - El método de la reivindicación 1, en el que el monómero catiónico se selecciona del grupo que consiste en sal cuaternaria de cloruro de metilo o sal de sulfato de dimetilo de acrilato de dietilaminoetilo, acrilato de dimetilaminoetilo, metacrilato de dimetilaminoetilo, metacrilato de dietilaminoetilo, dimetilaminopropilmetacrilamida, dimetilaminopropilacrilamida, cloruro de dialildimetilamonio y cloruro de dialidietilamonio, y sus mezclas.
5. - El método de la reivindicación 1, en el que el polímero que incluye tanino comprende además al menos un monómero seleccionado del grupo que consiste en un monómero aniónico y un monómero no iónico, y sus mezclas.
6. - El método de la reivindicación 5, en el que el monómero no iónico se selecciona del grupo que consiste en acrilamida, metacrilamida, N-metilolacrilamida, N,N-dimetilacrilamida, acetato de vinilo, acrilato de metilo, acrilato de etilo, metacrilato de metilo, acrilato de hidroxietilo, acrilato de hidroxipropilo y metacrilato de hidroxietilo; alil glicidil éter, éter alílico etoxilado de polietilenglicol y polipropilenglicol, y sus mezclas.
7. - El método de la reivindicación 5, en el que el monómero aniónico se selecciona del grupo que consiste en ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido vinilacético, ácido itacónico, ácido maleico, ácido alilacético, ácido estirensulfónico, ácido 2-acrilamido-2 -metilpropansulfónico y ácido 3- aliloxi-2-hidroxipropansulfónico, y sus mezclas.
8. - El método de la reivindicación 1 o de la reivindicación 3, en el que la separación de los agregados floculados del agua comprende realizar una filtración, o realizar una sedimentación por gravedad.
9. - El método de la reivindicación 1, en el que el polímero que incluye el tanino comprende un 30 % de tanino y un 70 % de cloruro de acriloiloxietiltrimetilamonio (AETAc ).
10. - El método de la reivindicación 1, en el que el polímero que incluye el tanino comprende un 50 % de tanino y un 50 % de cloruro de acriloiloxietiltrimetilamonio (AETAC).
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