MXPA00009532A - Formulacion de sal mejorada para ablandar el agua. - Google Patents

Abstract

Los citratos monosodico y monopotasico mejoran a los agentes que se agregan el hierro, en las composiciones de sal, para regenerar a las resinas gastadas de intercambio de cationes que sirven para ablandar el agua. Las composiciones en seco comprenden un agente tensoactivo, un cloruro de un metal alcalino, seleccionado del grupo que consta del cloruro de sodio y el cloruro de potasio, y un agente que segrega el hierro, seleccionado del grupo que consta del citrato monosodico y el citrato monopotascio. Esta composicion es prevista, preferiblemente, en la forma de pellas o bloques compactados. El metodo para regenerar el lecho gastado de la resina de intercambio de cationes, comprende la etapa de poner en contacto este lecho de la resina con una solucion acuosa de salmuera, que contiene el citrato y un agente tensoactivo, el cual tiene un pH de aproximadamente 3.5 hasta 4.5.

Description

FORMULACIÓN DE SAL MEJORADA PARA ABLANDAR EL AGUA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una composició de sal mejorada para regenerar los lechos de las resinas de intercambio de cationes en ablandadores del agua y que inhiben- la contaminación de la resina con el hierro, encontrado comúnmente en los suministros del agua.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se usan los sistemas ablandadores del agua en el hogar y en la industria, para reemplazar los cationes de dureza, tal como de calcio y de magnesio, con iones de sodio, pasando un suministro del agua que entra a través de un lecho de perlitas o partículas de resina de intercambio catiónico. Cuando el lecho de la resina de intercambio de iones llega a saturarse periódicamente con los iones removidos del agua entrante y se agota de los iones de sodio, éste se recarga pasando una solución de salmuera, que consiste esencialmente de cloruro de sodio, a través del lecho de resina. Esto rellena el lecho con iones de sodio y remueve el calcio, magnesio u otros iones, previamente removidos del agua entrante .

El problema del hierro es bien conocido en la técnica del ablandamiento del agua, y se han hecho intentos para remover el hierro en todas sus formas de los lechos de resinas que ablandan el agua. La capacidad de intercambio de un lecho de resina intercambiadora de iones se deteriora conforme el hierro, en el agua entrante, se recoge en el lecho de la resina y no se remueve por el proceso de recarga. Pronto o más tarde, dependiendo del nivel de mantenimiento del lecho de resina y de las características del suministro del agua que se ablanda, la resina llega a ser "contaminada", lo cual significa que la capacidad del lecho de la resina para ablandar el agua ha disminuido tanto que esta resina debe ser tratada especialmente para restaurar su capacidad de ablandamiento o ser reemplazada. El hierro puede existir en el suministro del agua, como hierro de agua claro, hierro de agua rojo, hierro bacterial, hierro coloidal o hierro de tanato. El hierro de agua claro es hierro en el estado soluble divalente (ferroso) . Este hierro de agua claro no es visible, cuando se retira el agua, pero cuando se permite reposar al agua por un período prolongado, los iones ferrosos se oxidan por el aire para llegar a ser iones férricos o trivalentes, los cuales se sedimentan como un precipitado de hidróxido férrico. " El hierro puede también oxidarse después que se ha intercambiado en un lecho de resina, lo cual puede impedirle se remueva para la regeneración. El hierro de agua rojo está ya oxidado al estado férrico, cuando llega al ablandador del agua. El agua gue contiene hierro de agua rojo es turbia y de color naranja cuando se retira. Esta forma de hierro puede ser filtrada por el lecho de resina o puede ser pasada y estar presente en el agua ablandada. El hierro bacterial puede ser filtrado por el lecho de resina o puede ser pasado y estar presente en el agua ablandada. Este hierro bacterial es una tercera forma problemática del hierro, y es causado por las bacterias denticuladas que se alimentan del hierro en el agua de suministro. Estas bacterias prosperan en los lechos de resinas ablandadoras del agua, suministradas con hierro abundante y la biomasa resultante enturbia el sistema del agua, crea un mal sabor y olor en el agua ablandada, y ocasionalmente libera grandes masas desagradables de un material de color rojizo de óxido. El hierro coloidal es similar al" hierro de agua rojizo, pero se compone de partículas demasiado pequeñas para sedimentar. El hierro coloidal normalmente pasará en forma directa a través del ablandador del agua. Finalmente, el hierro de tanato, que es muy similar en apariencia al hierro 'coloidal, es hierro férrico que forma complejos y se mantiene en solución po los tanatos u otros ingredientes del suelo, que ocurre naturalmente. Esta forma final del hierro usualmente pasa a través de un lecho de resina ablandadora del agua. El hierro presente en cualquiera de las formas previamente discutidas puede contaminar el lecho de resina. La oxidación del hierro ferroso, capturado por las perlitas de resina, puede partirlas, degradando así físicamente también el lecho de la resina. Los compuestos de quelación para segregar el hierro, que incluyen el ácido cítrico, se enseñan en la patente de E.U.A., No. 3,454,503. Un método para regenera las resinas de intercambio de cationes contaminadas por el hierro, agregando al medio de regeneración de salmuera cualquiera de una variedad de ácidos orgánicos, particularmente el ácido cítrico, se enseña en la patente de E.U.A:, No. 2,769,787. El ácido cítrico se usa comercialmente en las composiciones de sales que ablandan el agua, para remover el hierro del sistema. Las composiciones para regenerar los lechos de resina, que comprenden una proporción principal de un cloruro de un metal alcalino, un carbonato de un metal alcalino y un agente de quelación de un carboxilato de un metal alcalino, tal como el citrato de sodio y de potasio, se describen en las patentes de E.U.A., Nos. 4,071,446; 4,083,782 y 4,116,860. Estas composiciones tienen concentraciones extremadamente altas del citrato de sodio (del 5 al 15 por ciento) y valores del pH de 7 a 9.5, y no se diseñan para regenerar resinas convencionales a base de sulfonato. La patente de E.U.A., No. 4,540,715, enseña el uso regular de una combinación sinergística de citrato de sodio, como un agente de segregación, y un agente tensoactivo, identificado como un disulfonato de óxido de difenilo alquilado, puede proteger los lechos de intercambio catiónicos contra el deterioro causado por la acumulación del hierro, otras substancias insolubles, depósitos de aceite y grasa, y otras impurezas encontradas en varios suministros de agua. El citrato de sodio, nombre común para el dihidrato del citrato trisódico, imparte un pH de alrededor de 8 a una salmuera que lo contiene. El ion de citrato, la parte activa del agente de segregación, constituye sólo un 64% de su peso, debido al alto contenido de sodio y agua.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Por lo tanto, es un objeto de esta invención suministrar un agente de segregación que sea más efectivo en la remoción de una resina de intercambio del hierro que el citrato de sodio. Es un objeto relacionado de esta invención suministrar un novedoso agente de segregación que opere a un pH tan bajo como de aproximadamente 3.5. Es otro objeto relacionado de esta invención suministrar un método para regenerar una resina de intercambio de cationes contaminada con hierro, y remover alrededor del 90% o más del hierro. Es aún otro objeto relacionado de esta invención suministrar una composición para el uso en este método. Éstos y otros objetos de la invención, que llegarán a ser evidentes de la siguiente descripción, se logran por una composición que comprende un cloruro de un metal alcalino, que tiene un 'peso molecular de aproximadamente 58 a 75, y aproximadamente de 400 a 6000 partes, venta osamente de alrededor de 1000 a 1800 partes, de citrato monosódico y/o citrato monopotásico por millón de partes en peso de la composición (aquí, ppm) . El cloruro de metal alcalino se refiere aquí como la sal de regeneración del ablandador del agua o, simplemente, la sal de regeneración. El -citrato monosódico y/o citrato monopotásico, aquí nombrados como el agente de segregación del hierro, se agregan adecuadamente a la sal de regeneración como una solución acuosa concentrada. Para los fines de esta descripción, SC significa el dihidrato del citrato trisódico, MSC significa el citrato monosódico, y MPC significa el citrato monopotásico. En la técnica de ablandar el agua, una resina se agota cuando la dureza del efluente del agua es igual a la dureza del influente. Sin embargo, en la práctica, la regeneración debe ser iniciada antes de que se agote totalmente la resina.

DESCRIPCIÓN DE UNA MODALIDAD PREFERIDA DE LA INVENCIÓN Un cloruro de un metal alcalino, granular, usado convencionalmente como un material de carga de un compactador y otros componentes de la composición se mezclan juntos homogéneamente y se pasan a través de un equipo convencional de compactación, para obtener pellas o bloques para su uso como los productos de ablandamiento del agua en esta invención. En una modalidad de la invención, la solución acuosa del agente de segregado se obtiene mezclando soluciones, altamente concentradas, de cantidades equimolares de ácido cítrico y el hidróxido de sodio o de potasio, o una mezcla de estos hidróxidos. Como una cosa práctica, la base se agrega al ácido cítrico hasta que el pH de la solución sea de alrededor de 3. La concentración puede ser tan alta como la solubilidad de cada componente lo permita y es altamente conveniente agregar tan poco agua a la sal de regeneración como sea posible. Debido a las dificultades asociadas con las cantidades grandes de disolución de los sólidos en volúmenes de agua relativamente pequeños, las concentraciones del ácido y la base pueden ser tan grandes como de un 50% en peso. Así, de aproximadamente 900 hasta 13000 ppm de la solución concentrada de MSC o MPC se agregan a la al de regeneración. La cantidad de la solución puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 2200 hasta 3900 ppm de la sal de regeneración, en peso. La solución concentrada del agente de segregado del hierro puede ser mezclada con la sal de regeneración en cualquier etapa conveniente, antes que la sal se alimente en el aparato compacto, rociada sobre la sal compactada, o agregada a la sal conforme se transporta al aparato de compactación por un transportador de tornillo. El pH de la salmuera obtenida de la al de regeneración, así tratada, puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 3.8, o desde alrededor de 3.5 a 4.5. Los óxidos de hierro y otra materia particulada están a menudo unidos a las perlas de resina por una materia aceitosa hidrofóbica, que desafía la remoción cuando el lecho de resina es retrolavado o tratado de otra manera con soluciones acuosas. Los agentes tensoactivos se han recomendado en la literatura del ablandamiento del agua, para restaurar los lechos de resina que se están tan contaminados que la regeneración sería inútil sin el tratamiento previo. Así, la composición de esta invención puede incluir una cantidad de agente tensoactivo, adecuada para su uso rutinario para la remoción del hierro, mientras regenera los lechos de la resina de intercambio de cationes. Adecuadamente, por lo tanto, la composición de esta invención contiene de aproximadamente 10 a 400 ppm de un agente tensoactivo, ventajosamente de alrededor de 20 a 300 ppm. Agentes tensoactivos adecuados para esta invención son los aniónicss, con consumo seguro para un humano a bajos niveles en el agua de bebida, baja formación de espuma en niveles de uso normales, solubles en salmuera saturada, compatibles con el agua dura y estables a las altas temperaturas encontradas cuando se compacta la sal granulada para formar productos, tal como las pellas. Los agentes tensoactivos adecuados para esta invención, tienen la siguiente fórmula: R1 R¿ O S03~X+ S03"Y+ donde X es un ion de hidrógeno o un ion de un metal alcalino, que tiene un peso atómico de aproximadamente 23 a 40, Y es un ion de un metal alcalino, que tiene un peso atómico de alrededor de 23 a 40, R1 es una parte alifática que tiene de 6 a 16 átomos de carbono, por ejemplo, una parte de n-decilo, y R2 se selecciona del hidrógeno y R1. Estos agentes tensoactivos están disponibles comercialmente bajo la marca comercial de DOWFAX de Dow Chemical Company, Midland, Mich. DOWFAX 3B2, por ejemplo, es una mezcla de la sal de sodio de un ácido de óxido de difenilo disulfónico, alquilado, donde R1 en la fórmula anterior es un n-decilo y R2 es hidrógeno y la sal de sodio del otro, en que ambos R1 y R2 son n-decilo, y está disponible como un 45% en peso de la solución en agua. El método APRA regenerar el lecho de la resina gastada de intercambio de cationes de un ablandador del agua, comprende la etapa del contacto del lecho de la resina con una solución acuosa que contiene aproximadamente de 50, 000 "hasta 150,000 ppm de una sal de regeneración, que tiene un peso molecular de alrededor de 58 a 75, de aproximadamente 400 a 6000 ppm del agente de segregado de hierro y, opcionalmente, alrededor de 20 a 300 ppm de un agente tensoactivo. El pH dé la salmuera que hace contacto con la resina de intercambio contaminada con hierro, puede ser de alrededor de 3.8 o de alrededor de 3.5 hasta 4.5. El empleo de la rutina de este método evitará la necesidad de tomar medidas más extremas, después que el lecho de resina se llegaba contaminar.

La invención no excluye otros ingredientes que no alteren apreciablemente la utilidad de las composiciones aquí descritas. Así, los siguientes ejemplos se suministran únicamente con el fin de ilustrar más bien que limitar la invención. Ejemplo 1 Muestras de veinticinco (25) gramos de una resina de intercambio de cationes contaminada, que tiene cierto contenido de hierro, se pesó en cada uno de 4 tarros y se agregaron a estos tarros 50 ml de una solución de cloruro de sodio al 10% en peso en agua desionizada, con o sin aditivos, como se muestra en la Tabla 1. Los tarros se taparon y se sacudieron durante una hora y las soluciones se filtraron a través de papel Whatman #42. Los filtrados se diluyeron a cierto volumen y se analizaron en el hierro solubilizado. Los resultados de la Tabla I muestran que, con pesos iguales, el citrato monosódico removió 68% más del hierro que el citrato de sodio y el 69% de la cantidad removida por el ácido cítrico.

Tabla 1 Aditivo (0.35% en peso de mg de iones Se empleó el siguiente procedimiento de laboratorio para medir el efecto de la composición mejorada de sal en la capacidad de intercambio de las resinas contaminadas con hierro, en comparación con el cloruro de sodio más el citrato de sodio y el cloruro de sodio solo. Simuladores del ablandador del agua, aproximadamente 1/45 del tamaño dé una unidad a escala completa, se modelaron después de un ablandador de agua residencial. Estos simuladores consisten de cilindros erectos de -100 ml , altura de 429 mm, que tienen un diámetro de 60 mm, tapados en la parte superior por un obturador de hule penetrado por dos tubos. Un tubo central se extiende al fondo del cilindro y se equipó con una pantalla de malla fina, para impedir que la resina se deslave. El extremo inferior de un tubo lateral se colocó a ras con el fondo del obturador. El agua de influente puede ser dirigida abajo del tubo central para el retrolavado de la resina (flujo ascendente) o a través del tubo lateral para simular la salmuera y enjuagado, sifón y ciclos de ablandamiento de un ablandador. Aproximadamente 200 ml de perlitas de vidrio se colocaron en el fondo de los cilindros, antes de agregar exactamente 500 ml de perlitas de resina empacadas hacia abajo, recogidas de los ablandadores de agua residenciales . EL volumen de las perlitas se midió, colocando un cilindro graduado que contiene las perlitas de resina y agua sobre una mesa vibradora, hasta completar la sedimentación, luego las perlitas de resina se agregaron o removieron papra suministrar exactamente 500 ml y el obturador se aseguró firmemente para cerrar el sistema. La resina se retrolavó con 2150 ml de agua sin tratar, a un régimen de flujo de 1080 ml/min para obtener el 50% de expansión del lecho de la resina. El agua de retrolavado se filtró y los cojines de filtro se guardaron para el análisis. El nivel del agua luego se pasó por sifón abajo a un nivel de operación de aproximadamente 7.6 cm, arriba de la resina, antes de comenzar la etapa de poner en salmuera (regeneración) .

La resina se regeneró con 481 g de una solución al 10% de cloruro de sodio (2.7 kg de NaCl por 28 litros) sin aditivos (Control) y con aditivos de prueba. El régimen del flujo de la colocación en salmuera fue de 22 ml/min. Después de colocar en salmuera, la resina se enjuagó lentamente con 660" ml de agua desionizada a 33 ml/min, durante 20 minutos, seguido por un enjuague rápido que consta de 840 ml de agua desionizada a 84 ml/min durante 10 minutos. Los efluentes de la salmuera y ciclos de enjuague se recogieron en un matraz volumétrico de 2 litros, para el análisis subsiguiente. Agua de pozo, obtenida por una bomba sumergible colocada 49 metros debajo de la cabeza del pozo, se filtró a través de un cartucho de filtro de 20 mieras, para remover partículas y el hierro precipitado. El hierro restante, en forma del hierro de agua claro, sumó 2 ppm. Tan poco como 0.3 ppm de hierro es suficiente para causar los problemas de contaminación del hierro. La dureza, expresada como el carbonato de calcio, fue de 375 ppm. En una base en peso, el calcio representa aproximadamente^ el 62% de la dureza mientras el magnesio representa el 38%. Aproximadamente cincuenta (50) litros del agua de pozo luego se pasaron a través _de la resina, a un régimen de flujo de 300 ml/min.

Así, aproximadamente 100 mg de hierro se ±ntercambiaron en la resina en cada operación del procedimiento de prueba. En cada operación, las etapas de la regeneración, enjuague y ablandado se repitieron. Se usó un sistema de detención automático para la etapa de ablandado cuando la resina necesita ser regenerada. Un electrodo de ion de sodio, insertado en la corriente del agua efluente vigila la concentración del ion de sodio. Este electrodo detecta una baja en la caída en la concentración del ion de sodio, conforme se reemplaza con la dureza, cuando comienza la penetración. En conjunto con el controlador del potencial de oxidación / reducción (ORP) , y la válvula de solenoide, el agua dura es interrumpida cuando la dureza llega a un valor arbitrario en la vecindad de 115 ppm. El simulador es luego colocado en el modo de retrolavado y el agua es pasada arriba a través del lecho para remover el aire atrapado . El volumen final (o capacidad de ablandamiento) del agua ablandada luego es registrado desde un totalizador de flujo conectado al medidor del flujo. Además, la capacidad es corregida analizando la dureza del agua en la interrupción y un factor aplicado en la hoja de cálculo EXCEL, para calcular el volumen del agua tratada en una dureza de 115.0 ppm exactamente. El factor se deriva de la inclinación de las curvas de escape para las resinas tratadas en forma variada en cada simulador. Las composiciones de las soluciones de la sal de regeneración usadas como el Control y como los ejemplos de esta invención y como un Ejemplo Comparativo, se dan en la Tabla II. Los resultados de prueba se dan en las Tablas III-V. La Tabla III muestra la cantidad del hierro removido por ciclo de regeneración por las formulaciones de prueba. La Tabla V muestra las capacidades y las pérdidas de estas capacidades. La Tabla VI muestra análisis de las muestras del agua ablandada compuesta, tomadas durante la porción de 5 a 35 litros de un ciclo de ablandamiento.

Tabla II * mezcla de sales de sodio de ácidos difenilóxido-sulfónicos alquilados Tabla III Tabla IV Tabla V (Calidad del Agua Ablandada) * gramos de CaC03 por litro

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES 1. Una composición para regenerar una resina de intercambio de cationes, contaminada con hierro, y remover aproximadamente el 90% o más del hierro, esta composición comprende : (a) un agente de segregado del hierro, seleccionado del grupo que consta del citrato monosódico y el citrato monopotásico; (b) un cloruro de un metal alcalino, que tiene un peso molecular de aproximadamente 58 a 75; y, opcionalmente , (c) un agente tensoactivo.
2. 2. La composición de la reivindicación 1, en que el agente tensoactivo es una al de un metal alcalino de un ácido disulfónico de óxido de difenilo, alquilado.
3. 3. La composición de la reivindicación 1, que comprende aproximadamente de 400 a 6000 ppm del agente de segregado .
4. 4. La composición de la reivindicación 1, que comprende aproximadamente 1000 hasta 1800 ppm del agente de segregado .
5. 5. La composición de la reivindicación 1, en que el agente de segregado es el citrato monosódico.
6. 6. La composición de la reivindicación 1, en que la cantidad del agente tensoactivo es aproximadamente de 10 a 400 ppm.
7. 7. Un método para remover aproximadamente el 90% o más de hierro de un lecho de resina de intercambio de cationes, contaminado con hierro, de un ablandador del agua, este método comprende la etapa de poner en contacto el lecho de resina con una solución acuosa de salmuera, que contiene aproximadamente de 400 a 6000 ppm de un agente de segregado de hierro, seleccionado del grupo que consta del citrato monosódico y el citrato monopotásico, y, opcionalmente, alrededor de 10 a 400 ppm de un agente tensoactivo.
8. 8. El método de la reivindicación 7, en que el agente tensoactivo es una sal de un metal alcalino de un ácido difenilsulfónico de óxido de difenilo, alquilado.
9. 9. El método de la reivindicación 8, en que la salmuera contiene aproximadamente de 20 a 300 ppm del agente tensoactivo.
10. 10. El método de la reivindicación 7, en que la salmuera contiene aproximadamente 1000 a 1800. ppm del agente de segregado.
11. 11. El método de la reivindicación 7, en que el agente de segregado es el citrato monosódico.
12. 12. Una composición para regenerar resinas de intercambio de cationes de dureza," contaminadas con hierro, y remover alrededor del 90% o más de esta resina contaminada con hierro, la composición comprende: (a) una solución acuosa de un agente de segregado del hierro, que incluye un ion de citrato y que tiene un pH de aproximadamente 3.5 hasta 4.5, y (b) un cloruro de un metal alcalino, que tiene un peso molecular de aproximadamente 58 a 75.
13. 13. La composición de la reivindicación 12, en que el pH es aproximadamente de 3.5 hasta 3.8.