MXPA06006904A - Material portador de bacterias. - Google Patents

Abstract

La invencion se refiere al material compuesto que consiste de granos de un material inorganico no metalico y particulas de plastico. El material compuesto es particularmente adecuado como un material de soporte para bacterias, para el uso en plantas de purificacion. El material compuesto esta caracterizado porque las bacterias pueden asentarse sobre una superficie grande del mismo, y porque la densidad del mismo lo hace suspendible en el medio presente en la planta de purificacion. Otra ventaja mas del material compuesto de la invencion es que el lodo adhesivo y las bacterias saturadas pueden surgir de la superficie del mismo debido a la estructura superficial especial del mismo, haciendo posible de este modo que el material se regenere.

Description

MATERIAL PORTADOR DE BACTERIAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un material compuesto elaborado de granos inorgánicos no metálicos y partículas de plástico, que es particularmente adecuado como un material portador para bacterias. Un campo preferido de aplicación para tales materiales portadores es en las etapas biológicas de plantas de tratamiento de aguas residuales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En la mayoría de los procesos biológicos utilizados hoy en día para el tratamiento de aguas residuales, es principalmente la habilidad de los microorganismos el oxidar las toxinas orgánicas con oxígeno de las cuales se hace uso. Para la operación de plantas de tratamiento de aguas residuales, por lo tanto, es de gran interés la provisión de un material portador que ofrece condiciones favorables a las bacterias para la vida en tales plantas. A este respecto, es de importancia decisiva, por una parte, que sea proporcionada la superficie más grande posible sobre la cual las bacterias pueden formar colonias mientras que, por otra parte, sea ventajoso si el material portador tiene una densidad específica que correspondía a aquella del líquido que va a ser tratado, de modo que el material portador se llega a Ref . : 173318 suspender en el líquido y puede ser circulado por las corrientes existentes. Un criterio adicional para un portador de bacterias ventajoso es la presencia de una superficie suficientemente lisa que haga posible que el lodo que contiene las bacterias saturadas que se agrupan sobre el material, caigan del portador de cuando en cuando, proporcionando espacio para el nuevo crecimiento bacteriano y de este modo para la regeneración de la unidad de tratamiento . Es conocido el utilizar larvas y/o guijarros como portadores para bacterias en un filtro de lecho fijo. Esta variante, no obstante, es distinguida por la desventaja de que el portador es más denso que el agua y es por lo tanto no capaz de llegar a suspenderse. Una desventaja adicional es que ocurre un alto nivel de pérdida de presión. También desventajoso para el uso de estos materiales como portadores de bacterias en las plantas de tratamiento de aguas residuales es el hecho de que el problema de contaminación no es satisfactoriamente resuelto en este caso, y que los materiales portadores de este tipo tienen un área superficial demasiado pequeña. Además, es conocido el uso de portadores plásticos, particularmente basados en cuerpos moldeados, en las plantas de tratamiento de aguas residuales. Éstos son distinguidos, no obstante, por un área superficial pequeña de hasta un máximo de 600 m2/m3, y su tendencia parcial a flotar. Los portadores basados en cerámicas son también utilizados, aunque éstos son también no satisfactorios, ya que por una parte son capaces de llegar a suspenderse y, por otra parte, son demasiado caros de producir.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Con respecto a la técnica previa anteriormente mencionada, la presente invención está basada en el objetivo de proporcionar un material portador para bacterias para el uso en las plantas de tratamiento de aguas residuales que tienen alta área superficial específica para la colonización por las bacterias, y que es capaz de llegar a suspenderse en el medio acuoso en una planta de tratamiento, y el cual, por medio de una superficie suficientemente lisa, hace posible que el lodo y las bacterias saturadas caigan durante la operación. Este objetivo es cumplido de acuerdo a la invención por el material compuesto de acuerdo a la reivindicación 1. Las modalidades preferidas del material compuesto son descritas en las reivindicaciones dependientes 2 y 3. La presente invención también se refiere al uso del material compuesto de acuerdo a la invención como un material portador para bacterias . Este aspecto de la presente invención es descrito en las reivindicaciones 4 a 6.

La presente invención se refiere además a un método para fabricar el material compuesto de acuerdo a la invención. Este método es descrito en las reivindicaciones 7 y 8.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN 1. Definiciones 1.1 Donde no se establece expresamente, la presente descripción utiliza los términos "poro, "poroso" y "porosidad" en el sentido de la porosidad abierta. Estos términos se refieren por lo tanto a los poros que son accesibles desde la parte externa. 1.2 El área superficial especifica" es determinada por la absorción de nitrógeno utilizando el método BET por DIN 66131. 1.3 La "porosidad" accesible (abierta) es determinada utilizando la porosimetría de mercurio por el método DIN 66133. 1.4 El "tamaño de grano" es determinado por análisis de tamices por el método DIN 53477. 1.5 La "porosidad" es definida por la Fórmula (I), P = V x 100%/ (1/S + V) (I) donde P es la porosidad [%] , S es la densidad verdadera [g/cm3] y V es el volumen de poro específico [cm3/g] . 1.7 El "volumen de poro específico" y el "tamaño de poro" son determinados con la porosimetría de mercurio de acuerdo al método DIN 66133. Cuando se mide el volumen de poro especifico mediante porosimetría de mercurio, la cantidad de mercurio que penetra en la muestra es determinada junto con la presión necesaria. Por medio de estos datos, utilizando las fuerzas capilares conocidas del mercurio, son encontrados el volumen de poro y el tamaño del poro. Con base en el hecho de que el mercurio puede únicamente penetrar en los poros accesibles, únicamente la porosidad abierta es detectada durante la medición. 1.8. La "densidad verdadera" (densidad sólida) es obtenida mediante la medición según el método DIN 66137-2. 2. Material inorgánico no metálico El material inorgánico no metálico utilizado en el material compuesto de acuerdo a la invención tiene la tarea de proporcionar un área superficial suficientemente grande para la colonización por bacterias. De importancia decisiva a la capacidad de adecuación para la colonización por bacterias, aparte del tamaño del área superficial específica, es su estructura. En particular, es preferible para la colonización por bacterias si el material inorgánico no metálico tiene poros que sean accesibles desde afuera y no sean demasiado pequeños, con el fin de que se asegure un buen grado de intercambio de material con el medio circunvecino.

De acuerdo a la invención, los requerimientos establecidos anteriormente son cumplidos por un material inerte que tiene las siguientes características: un área superficial específica en el intervalo de 10,000 m2/m3 a 1,000,000 m2/m3, una porosidad en el intervalo de 101 a 80%, poros de los cuales al menos 50% tienen un tamaño en el intervalo de 0.1 µm a 1000 µm, y granos, más de 50% de los cuales tienen un tamaño en el intervalo de 0.1 mm a 50 mm Los materiales preferidos son aquellos cuya área superficial específica está en el intervalo de 25,000 m2/m3 y 500,000 m2/m3. Particularmente preferidos son los materiales con áreas superficiales específicas en el intervalo de 100,000 m2/m3 a 500,000 m2/m3. Similarmente, son ventajosamente utilizados los materiales en los cuales al menos 80% de los poros caen dentro de intervalo de tamaño de 0.5 µm y 100 µm, y preferentemente entre 5 µm y 50 µm. Es también preferible que 70% del material tenga un tamaño de grano en el intervalo de 0.1 mm a 50 mm, y particularmente de manera preferida entre 1 mm y 20 mm. También preferible es el uso de un material cuya porosidad (abierta) está en el intervalo de 40% a 80% y preferentemente en el intervalo de 50% a 70%. El material inorgánico no metálico (similarmente al material plástico descrito más adelante) también se distingue a sí mismo en que éste es inerte en el medio circunvecino en el cual se utiliza como un material portador para bacterias (por ejemplo típicamente en un medio acuoso) , es decir que no es ni soluble ni tampoco sufre reacciones químicas. La composición química del material inorgánico no metálico no es estipulada con mayor detalle, con la condición de que cumple los requerimientos anteriores . Los siguientes materiales inorgánicos no metálicos pueden, por ejemplo, ser utilizados de acuerdo con la presente invención: zeolitas, carbón mineral activado, granulados de arcilla, materiales de silicato porosos. Un material particularmente preferido es descrito en la Patente Alemana DE 100 22 798. La fabricación de los materiales inorgánicos no metálicos de acuerdo a la invención tiene lugar utilizando técnicas convencionales . Los tamaños de grano adecuados para el material inorgánico no metálico son obtenidos mediante molienda y/o tamizado. 3. Partículas plásticas Las partículas plásticas que van a ser utilizadas de acuerdo a la presente invención tienen el propósito, por una parte, a través de su combinación con el material inorgánico no metálico de hacer posible una densidad específica del material compuesto que corresponde a aquel del medio circunvecino, tal que el material compuesto es capaz de ser suspendido en este medio. Por otra parte, el material plástico con su superficie que es lisa en comparación al material inorgánico no metálico, hace posible el desprendimiento de lodo y bacterias saturadas de la superficie del material compuesto. Con el fin de cumplir este objetivo, es ventajoso si las partículas plásticas tienen una densidad específica en el intervalo de 0.6 g/cm3 a 1.2 g/cm3, preferentemente 0.9 g/cm3 a 1.1 g/cm3, y. un área superficial específica en el intervalo de 50 m2/m3 a 1000 m2/m3, preferentemente 100 m2/m3 a 500 m2/m3, y que, de las partículas plásticas, más del 50% tengan un tamaño de partícula en el intervalo de 5 mm a 100 mm, y preferentemente 8 mm a 60 mm. Esencialmente, cualquier material plástico es adecuado para el uso de acuerdo a la presente invención, con la condición de que las partículas que cumplen los criterios anteriores pueden ser elaboradas a partir de tal material.

Los plásticos típicos que son adecuados para el uso de acuerdo a la presente invención son PE (polietileno) , PP (polipropileno) , PS (poliestireno) , PU (poliuretano) , ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno) y PVC (cloruro de polivinilo) .

La forma de las partículas plásticas no es especificada, y pueden ser utilizadas partículas esféricas, en forma de disco, lenticular o en forma de cubo,_ así como formas mixtas y partículas conformadas de manera completamente irregular. El tamaño y la forma de las partículas son determinados por el proceso de fabricación. 4. Materiales Compuestos Un aspecto esencial del material compuesto es la presencia de granos del material inorgánico no metálico y de las partículas plásticas. La proporción en masa relativa de estos componente cae típicamente en el intervalo (material inorgánico no metálico ipartículas plásticas) de 85:15 a 15:85. La proporción exacta en masa de los componentes es fácilmente determinada a partir de la densidad específica deseada del material compuesto y a partir de la densidad específica de los componentes, y puede ser fácilmente determinada por una persona de experiencia en la técnica. La densidad específica deseada del material compuesto es determinada, cuando se utiliza como un material portador de bacterias en plantas de tratamiento de aguas residuales, por la densidad especifica del medio en la planta de tratamiento. Con respecto a la habilidad de las partículas para que se lleguen a suspender, puede ser ventajoso seleccionar la densidad específica del material compuesto, tal que ésta se desvía por no más de 20% de la densidad específica del medio . Todavía más preferidos son los materiales compuestos cuyas densidades específicas se desvían por no más de 10% de aquella del medio. Son particularmente preferibles los materiales compuestos con una densidad específica que cae en el intervalo de ±5% de la densidad específica del medio. Esto significa, por ejemplo, para medios con una densidad específica de 1 g/cm3, que la densidad específica del material compuesto cae en el intervalo de 0.8 g/cm3 a 1.2 g/cm3, preferentemente 0.9 g/cm3 a 1.1 g/cm3 y particularmente de manera preferida en el intervalo de 0.95 g/cm3 a 1.05 g/cm3. Los componentes del material compuesto son ventajosamente unidos uno al otro tal que en el uso (por ejemplo para la operación de una planta de tratamiento de aguas residuales) , éstos son capaces de resistir las cargas mecánicas que surgen allí. La manera de unión de los componentes no es especificada con mayor detalle, y puede incluir el prensado durante la fundición de las partículas plásticas, y la unión con cemento de los componentes. El arreglo espacial de los componentes dentro del material compuesto tampoco es especificado con mayor detalle. De este modo, en el material compuesto de acuerdo a la invención, aparte de los sitios de contacto entre los granos del material inorgánico no metálico y las partículas plásticas, los sitios de contacto entre los granos inorgánicos no metálicos entre ellos mismos y/o entre las partículas plásticas entre ellas mismas, pueden también existir. Es también posible que los componentes del material compuesto sean seleccionados y combinados uno con el otro, tal que el área superficial específica del material compuesto caiga en el intervalo de 500 m2/m3 a 750,000 m2/m3, y particularmente de manera preferida 10,000 m2/m3 a 700,000 m2/m3. El tamaño y la forma de las partículas del material compuesto es fundamentalmente no especificado. Sin embargo, las partículas en forma de disco con una superficie base circular, un diámetro en el intervalo de 1 cm a 10 cm, preferentemente 2 cm a 6 cm, y un espesor en el intervalo de 2 mm a 20 mm, preferentemente 5 mm a 10 mm, han probado ser ventajosas, con lo cual estas partículas en forma de disco pueden tener relativamente espacios huecos grandes . 5. Uso del Material Compuesto El material compuesto de acuerdo a la invención es particularmente adecuado como un material portador para bacterias para el uso en la etapa de tratamiento biológico de las plantas de tratamiento de aguas residuales . Éste es típicamente utilizado en una cantidad correspondiente a entre 5% y 50% en volumen, y preferentemente entre 10% y 40% del recipiente de reacción. Cuando el material es puesto en uso, el material portador puede ser inoculado con bacterias adecuadas, aunque esto no es necesariamente requerido . El uso del material compuesto de acuerdo a la invención está restringido a las plantas de tratamiento de aguas residuales. Éste es también adecuado como un portador para bacterias para otros usos, tales como biorreactores en la industria química, reactores de fermentación en la industria de los alimentos, etc. Con estos usos, puede ser necesario adaptar a los componentes que van a ser utilizados, a las condiciones y requerimientos prevalentes con respecto a la estabilidad, densidad específica, toxicidad, etc. Esta adaptación puede ser fácilmente llevada a cabo con la ayuda de experimentos rutinarios, y puede tener lugar con base en el conocimiento especializado general de la persona de experiencia relevante en la técnica. 6. Fabricación del material compuesto El material compuesto de acuerdo a la invención puede ser fabricado a partir de componentes mediante: (1) el mezclado del material inorgánico no metálico con las partículas de plástico; (2) el relleno de la mezcla en el molde proporcionado para ésta; (3) la fusión de la superficie de las partículas plásticas; y posiblemente (4) el prensado entre sí de las partículas plásticas fundidas y los granos del material inorgánico no metálico; con esto, el paso (4) puede ser llevado a cabo ya sea simultáneamente con el paso (3) o bien después del paso (3) . La fusión en el paso (3) tiene lugar mediante el calentamiento de las partículas plásticas a una temperatura por arriba del punto de fusión del plástico en un periodo en el intervalo de 5 minutos a 60 minutos. Preferentemente, únicamente las regiones de borde de las partículas deben ser fundidas, tal que la estructura y la forma de las partículas son mantenidas por su núcleo. La ligera deformación de las partículas no es peligrosa. El proceso de fabricación incluye típicamente el mezclado del material inorgánico no metálico con el material plástico, llenándolo dentro de un molde de sinterización adecuado y posiblemente, prensado. Luego sigue la sinterización de la mezcla en el dispositivo de sinterización de acuerdo a un programa predeterminado de sinterización con los parámetros de temperatura y tiempo de residencia. Durante el tiempo de residencia en el dispositivo de sinterización, la sinterización de las partículas plásticas tiene lugar, encerrando el material inorgánico no metálico.

En una modalidad preferida, la conexión entre las partículas plásticas y el material inorgánico no metálico es lograda utilizando un polvo de plástico. El polvo de plástico puede ser agregado a cualquier punto de tiempo deseado antes de la fusión. Los tamaños de grano preferidos para el polvo de plástico están en el intervalo de 0.2 mm a 1.5 mm, y particularmente de manera preferida en el intervalo de 0.2 mm a 1.0 mm. Debido a estos tamaño de grano pequeños, la fusión y por lo tanto la unión de los componentes es facilitada. El polvo de plástico actúa por lo tanto como un mediador. Un material adecuado para el polvo de plástico es el material de las partículas de plástico, aunque pueden ser utilizados materiales similares. Como "materiales similares" en este contexto, se entiende aquellos materiales que tienen una densidad específica en el intervalo de 0.6 g/cm3 a 1.2 g/cm3, preferentemente 0.9 g/cm3 a 1.1 g/cm3. Además, el punto de fusión del polvo de plástico debe ser similar a aquel de las partículas de plástico. Preferentemente, el punto de fusión debe caer no más de 10% por arriba de aquel de las partículas de plástico y no más de 30% por debajo de aquel de las partículas de plástico. La cantidad del polvo de plástico que va a ser favorablemente utilizada depende de los otros materiales utilizados, y puede ser determinada por medio de pruebas preliminares simples. En cualquier caso, la cantidad de polvo de plástico debe ser ventajosamente al menos lo suficientemente alta tal que es prevenido el desprendimiento de los componentes a partir del material compuesto. Por otra parte, no es ventajoso incrementar la cantidad relativa del polvo de plástico tanto que sea excedida la cantidad requerida para la cobertura simple de todas las superficies. 7. Ejemplo Un material compuesto fue fabricado mediante la unión de un material de cerámica que tiene las siguientes propiedades .• Materiales iniciales : Material de silicato Tamaño de poro: 0.1 µm a 100 zµm Densidad de material: 2.2 g/cm3 Porosidad: 60% Área superficial específica: 350,000 m2/m3 Material plástico: HDPE Densidad: 1.035 g/cm3 Polvo de plástico: HDPE Densidad: 0.951 g/cm3 temperatura de suavizamiento: 84 °C (Vicat B50 a ISO 306) temperatura del proceso: 230°C tiempo de residencia: 20 minutos Densidad específica: aproximadamente 1 g/cm3 Tamaño de partícula: 20 mm a 50 mm Área superficial específica: aproximadamente 175,000 El material de unión fue capaz de llegar a suspenderse en un medio de planta de tratamiento de aguas residuales, y fue capaz de soportar la colonización por bacterias. Durante la operación de prueba de una planta de tratamiento, se encontró que los portadores colonizados por bacterias eran fácilmente capaces de realizar la regeneración, ya que las bacterias y el lodo pudieron ser removidos del portador .

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido para llevar a la práctica la citada invención es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (8)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un material compuesto con una densidad específica en el intervalo de 0.8 g/cm3 a 1.2 g/cm3, caracterizado porque comprende los siguientes componentes: (a) uno o más granos de un material inorgánico no metálico con un área superficial específica en el intervalo de 10,000 m2/m3 a 1000,000 m2/m3 que tiene una porosidad en el intervalo de 10% a 80% con poros de los cuales al menos 50% tienen un tamaño de poro en el intervalo de 0.1 µm a 1000 µm, con lo cual, más de 50% de los granos tienen un tamaño de grano en el intervalo de 0.1 mm a 50 mm; y (b) una o más partículas plásticas con una densidad específica en el intervalo de 0.6 g/cm3 a.1.2 g/cm3, y un área superficial específica en el intervalo de 50 m2/m3 a 1000 m2/m3, de las cuales más de 50% tienen un tamaño de partícula en el intervalo de 0.01 mm a 100 mm.

2. El material compuesto de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material inorgánico no metálico tiene un área superficial específica en el intervalo de 25,000 m2/m3 a 500,000 m2/m3.

3. El material compuesto de conformidad con una o más de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la proporción en peso del material inorgánico no metálico a las partículas de plástico cae en el intervalo de 15:85 a 85:15.

4. El uso del material compuesto de conformidad con una o más de las reivindicaciones 1 a 3, como el material portador de bacterias .

5. El uso de conformidad con la reivindicación 4, en plantas para el tratamiento de agua.

6. El uso de conformidad con la reivindicación 4 ó 5, mediante el cual la densidad específica del material compuesto corresponde a la densidad específica del medio circunvecino .

7. El método de fabricación del material compuesto de conformidad con una o más de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende los siguientes pasos : (1) el mezclado del material inorgánico no metálico con las partículas plásticas; (2) el llenado de la mezcla dentro de un molde; (3) la fusión de la superficie de las partículas plásticas; y posiblemente (4) el prensado entre sí de las partículas plásticas fundidas con los granos del material inorgánico no metálico; mediante lo cual el paso (4) puede ser llevado a cabo ya sea simultáneamente con el paso (3) o después del paso (3) .

8. El método de conformidad con la reivindicación 7, -caracterizado porque antes del paso (3) , un polvo de plástico elaborado de un material idéntico a o similar al material de las partículas plásticas, es agregado.