WO2009104945A1 - Resina de poliamida saponificada biodegradable obtenida por síntesis en emulsión para el tratamiento de aguas residuales (industriales y domésticas) - Google Patents
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- WO2009104945A1 WO2009104945A1 PCT/MX2008/000021 MX2008000021W WO2009104945A1 WO 2009104945 A1 WO2009104945 A1 WO 2009104945A1 MX 2008000021 W MX2008000021 W MX 2008000021W WO 2009104945 A1 WO2009104945 A1 WO 2009104945A1
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- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
- C02F1/54—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using organic material
- C02F1/56—Macromolecular compounds
Definitions
- the present invention relates to an oligomeric polyamide resin from amino acids derived from peptides and saponified with natural lyophilic agents by the emulsion process and forming small particles of high reactivity; Said technology is based on the micellar theory of active particles that when interacting with waste water will generate clot formation in the treatment of wastewater from industry, agribusiness and domestic in which separates suspended solids from water for its subsequent reuse in applications of the same industry, crops or domestic.
- Said resin is biodegradable, so that its interaction with sludge has no problems for its reuse in the conformation of compost, fertilizer or fertilizer, which increases its validity to be used in the simple process of crops.
- the invention consists in treating the waters for recycling by means of the use of polyamide resins in a colloidal state, reason for the invention, the application of which is continuously and rapidly of the suspended solids in the wastewater while maintaining their conditions of industrial and domestic use.
- the resin is produced from melamine and urea in a polycondensation process, while the present invention is based on the amino acid base stabilized with oxacids in an emulsion process.
- the average conductivity was of the order of 250 - 650 s (microsiemens).
- Figure 1 It is a graph showing an active comparison of the synthetic flocculant vs. natural coagulant.
- Figure 2 It is a graph showing the NTU turbidity vs agitation speed.
- Figure 3 It is a graph showing reaction temperatures, jacket and pH vs. time.
- Figure 4 It is a graph showing the influence of the stirring speed conversion, pH vs. time.
- the present invention consists in the development of biodegradable oligomeric saponified polyamide resins in emulsion for wastewater treatment and which is mainly applied for continuous flows due to the design of reactivity of the prepolymer and where its operation is consistent to the theories of the double layer (Guy Chapman) and the electrochemical and magnetic states of the suspended residues in the water, forming a micellar system that causes the separation by difference of the chemical and electrochemical potential of the suspended solids and thus obtain the residual waters separated for the reuse of them.
- the novelty of the invention is that the resin is of the cationic type of high reactivity that separates the waters with the aid of anionic flocculants quickly and its efficiency is due to the reactivity of the micelles formed during the synthesis.
- the resin of the invention is developed in emulsion from biodegradable peptides and lipids forming a low molecular weight polyamide, which we call an oligomer and the emulsion particle is stabilized with lyophilic agents that maintain the activity of the particle formed during The reaction and that allows us to have an activity energy for a rapid reaction towards its development in the treatment of water.
- Biodegradable saponified cationic polyamide coagulating agent specifically designed for the treatment of domestic and industrial wastewater for continuous system application (centrifugation, press filter) or sedimentary with high micelle micelle uptake in a high degree of separation of suspended solids in Water.
- Amino acids in oligomeric form polymerized in emulsion. - These are made from 60% from gliadin, 20% of a mixture of phenylalanine, tirsin and pyroline, with 10% of aspartic acid and glutamic acid, 5% of a mixture of histidine, lysine and arginine and 5% of minor amino acids that work with lyophilic agents such as glycine, alanite, cysteine and leucine. That gives its biodegradable characteristics of the coagulant base.
- the resin is produced in acidic medium proposed by monobasic sodium phosphoric acid where it assimilates the polycondensation reaction, however, it is regulated by radical promoters from ammonium persulfate or in a basic system regulated with hydrogen peroxide that is initiated cold using ferrous sulfates dodecahydrate or heptahydrate according to the molecular weight of the resin in proportions of 0.1, 0.5 and 1% by weight depending on the case of the balance of the emulsion or the molecular weight of the resin.
- the diffusion of mass, energy and momentum is controlled at temperatures of 50, 60, 70 0 C, with stirring speeds of 50, 70, 90 rpm according to the characteristics of the resin and its activity factor towards Ia mycelization
- the agitation system was a turbine with a flat surface and variations in the structure of the propeller in the form of a blade to obtain greater diffusion and polymerization sites of the system.
- the separation systems are made in a moderate pH of 6 - 8 Io, which means that the sludge and treated wastewater can be recycled for both compost and fertilizers. Cultivated fields and treated waters can be used again for both industrial and domestic use complying with 001 standards.
- EWART-SMITH-GARDON-FITH for the conformation of the colloidal state and which are related to the lyophilic agents that we use to maintain the stability of the emulsion; Likewise, it is based on the physical - chemical phenomena that are consistent with the FLORY-HUGGINS interaction parameters and the GUY-CHAPMAN-STERN - COULOMB models, mainly to support the chemical activity of the particles formed during the synthesis and that we It allows treating the waters by means of the CHEMICAL POTENTIAL difference between the particles of
- a fundamental part of the invention is the control of the reaction rate constants that were obtained and that the heat transfer is a fundamental part so that there is a control of the molecular weights and stability of the colloidal states obtained from the polyamide resin, a reason for the invention and which allows the degree of activity of the emulsion resin to be treated based on the type and quality of the water based on its molecular weight. ( Figure 3)
- the agitation system is produced through the use of turbine type propellers and extended finger propeller type that favors the phenomena of diffusion of, mass, energy and momentum, a filtering system is also used to separate the solids formed by crosslinking, the dosing is done by gravity in two stainless steel tanks with stirring and the average reaction time is approximately 3 to 3.5 hours, temperatures of the process are 50 - 70 ° C, the esterification is made Cations of Ca 2+ and Na + dosed to increase the activity of the Coagulant, as they are natural organic materials the raw material, its degree of biodegradability is assured, the product is taken out at a temperature of 30 - 35 0 C where plastic silos of 10 cubic meters are pumped.
- the resin synthesis process consists of 5 fundamental stages:
- Preemulsion In this part hot distilled or deionized water is used between 35 - 45 0 C and the oxyacids used as lyophilic agents are dissolved during a period of 30 - 40 minutes with stirring between 60 - 80 rpm, once dissolved the additives are added previously selected amino acids according to the degree of activity and application rate in coagulation, and in dosed form until total dissolution for 40 minutes at a temperature of 35 - 45 0 C and with stirring speed of 60 - 80 rpm and maintaining an inert atmosphere of nitrogen or argon in proportions in parts of 10 / 2-3-6 / 20-40-50 of water / emulsifier / amino acids.
- Propagation The polymerization is followed for 3 hours in which it is controlled, temperature ranges, pressure of the reactor in an inert atmosphere of 1-2 kg / cm2 and the stirring speed, in dosages of the remaining preemulsion.
- Termination begins and at a temperature of 25 - 28 0 C, it is discharged with diaphragm pumps to prevent coagulation by passing the emulsion through a filter press to remove lumps mainly towards the storage tanks.
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Abstract
La invención consiste en el desarrollo de resinas de poliamidas saponificadas biodegradables tipo oligomericas en emulsión para tratamiento de aguas residuales y que se aplica principalmente para flujos continuos debido al diseño de reactividad del prepolimero y en donde su funcionamiento va en función de las teorías de la doble capa (Guy Chapman) y los estados electroquímicos y magnéticos de los residuos suspendibles en el agua, conformando un sistema micelar que provoca la separación por diferencia del potencial químico y electroquímico de los sólidos suspendibles y obtener así las aguas residuales separadas para el reuso de las mismas. La novedad de la invención es de que la resina es del tipo cationica de alta reactividad que separa las aguas con la ayuda de floculantes anionicos en forma rápida y su eficiencia es debido a la reactividad de las micelas formadas durante la síntesis. Así mismo, el que se pueda adaptar a tratamientos de aguas en contenedores sin que con ello pierda su eficiencia y calidad en el proceso del tratamiento de las aguas residuales para su reuso cumpliendo con las normas de calidad.
Description
RESINA DE POLIAMIDA SAPONIFICADA BIODEGRADABLE
OBTENIDA POR SÍNTESIS EN EMULSIÓN PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
(INDUSTRIALES Y DOMÉSTICAS)
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una resina oligomérica de poliamida a partir de aminoácidos derivados de peptidos y saponificada con agentes liofílicos naturales por el proceso de emulsión y que forma partículas pequeñas de alta reactividad; dicha tecnología se basa en las teoría micelar de partículas activas que al interaccionar con el agua de desecho van a generar Ia formación de coágulos en el tratamiento de las aguas residuales de Ia industria, agroindustria y domestica en el cual separa los sólidos suspendibles de las aguas para su posterior reuso en aplicaciones de Ia misma industria, cultivos o domésticos.
Dicha resina es biodegradable, por Io que su interacción con lodos no tiene problemas para su reuso en Ia conformación de composta, abono o fertilizante, Io que incrementa su validez para ser utilizada en el proceso simple de cultivos.
ANTECEDENTES
Una de los problemas principales que se presenta actualmente es Ia escasez del agua dulce y que normalmente Ia industria y las ciudades utilizan normalmente, esto ha ido en incremento Ia escasez del vital líquido y por consiguiente tiende a generar un serio problema para el crecimiento de las empresas que son las que más contaminan y el uso doméstico de Ia misma.
La invención consiste en tratar las aguas para su reciclado mediante el uso de resinas poliamidicas en estado coloidal motivo de Ia invención, cuya aplicación va en forma continua y rápida de los sólidos suspendibles en las aguas residuales manteniendo sus condiciones de uso industrial y doméstico.
La aplicación de resinas catiónicas y amónicas en el tratamiento de aguas residuales que actualmente se aplican van siendo limitadas para todo tipo de aguas debido a dos problemas fundamentales:
• Son resinas sintéticas no biodegradables. • Son aplicadas en sistemas de tratamiento de batch y el semicontinuo.
• De alto precio.
• Requiere de inversiones fuertes para su aplicación.
Además de que para prepararlas, requieren de adaptaciones en las mismas plantas para disolverlos en agua y así poderlos aplicar en el agua obviamente que estos se encuentran limitados en sus tratamientos, sobre todo para las aguas en donde abunda Ia cantidad de material orgánico y que con Ia diversificación de Ia tecnología para su aprovechamiento, se utilizan bacterias para biodegradar el material orgánico y así obtener gases para Ia producción de electricidad o en su defecto utilizarlo como composta o abono natural para el agro; cuando se utilizan los coagulantes sintéticos, el residuo se vuelve difícil de ser tratado por medios bacteriológicos o para el uso de composta, ya que inhibe completamente el aprovechar dichos residuos. Además en Ia mayoría de los procesos de tratamiento, las inversiones para adaptar estas tecnologías son altas, ya que su función es Ia separación de las aguas principalmente en batch o a veces en semicontinuo, Io que hace el proceso caro y de baja eficiencia. Dentro de los procesos que actualmente se conocen en el uso de resinas para el tratamiento de aguas residuales está Ia patente norteamericana número US3948853 y que a continuación se enumeran las siguientes diferencias:
1. La resina es producida a partir de melamina y urea en proceso de policondensación, mientras que Ia presente invención está sustentada en Ia base de aminoácidos estabilizados con oxácidos en un proceso de emulsión.
2. Activan el sistema con cloro en sustitución de un protón de adhesión al átomo de nitrógeno, Io que permite tener el sistema para purificaciones de aguas para albercas como un agente antiséptico, mientras que en Ia presente invención esterificamos con cationes de Ca2+, K+ y Na+ que permite micelizar a Ia resina para el tratamiento de aguas residuales tanto domésticas como industriales y su posterior uso.
3. Las condiciones de proceso de Ia patente presentada a partir de urea - melamina son en base a una policondensación Io que limita su capacidad de formación micelar y solamente tiene funciones desfoliantes y antisépticas en su uso hacia tratamiento de las aguas, en cuanto a nuestra invención, el desarrollo de un sistema oligomérico permite emulsionar y generar coágulos para aguas residuales domésticas e industriales y por consiguiente se puede reciclar tanto el agua como los lodos obtenidos durante el proceso.
4. En Ia patente señalada, su funcionalidad va en proporción hacia cambios de pH para lograr Ia separación mientras que en nuestra invención el pH se mantiene en un rango de 6 - 8. ( Figura 1)
Es por ello que se ha desarrollado una resina que cumpla con los requisitos de:
• Biodegradación.
• Los lodos separados puedan ser utilizados para composta o combustible para obtener electricidad.
• Ser un sistema de aplicación en continuo, semi-continuo baten.
Trate tocios los tipos de aguas residuales, es decir agroindustria, petroquímica, sanitarias y domésticas.
• Ser de alta reactividad sin que varíe las calidades de aguas para volverlas a utilizar.
• Ser una resina que se aplica a cualquier tipo de proceso de tratamiento de aguas.
En Ia presente invención de diseñó una resina con material biodegradable por emulsión en continuo que permite controlar y adaptarse a las condiciones de tratamiento de las diferentes aguas residuales para cualquier tipo de aguas, es decir, domésticas, sanitarias, agroindustriales y petroquímicas, en donde para el industrial es indispensable el mínimo de inversión y costo con alto rendimiento para los ahorros que requiere en el tratamiento de sus aguas residuales.
Normalmente el proceso de aplicación se puede presentar en tres formas, dependiendo de las necesidades del tratamiento:
• Procedimiento híbrido o mixto que comprende: Ozonización, coagulación y floculación. • Procedimiento continuo bifuncional que comprende:
Coagulación o floculación.
• Procedimiento monofuncional que comprende: coagulante. En donde los parámetros principales que controla durante Ia acción del coagulante es: • Controles de pH en rangos de 6 - 8.
• No contaminante hacia el entorno.
• Biodegradable.
• Actividad durante el proceso que repercute en Ia velocidad de formación del coagulo y su floculación. • Dosificación directa que permite esa separación en función del tamaño y distribución del tamaño del floculo.
• Sistema de separación por sedimentación o flotación de acuerdo al proceso que se aplique.
• El control de Ia gravedad específica del floculo formado.
• La conductividad promedio fue del orden de 250 - 650 s (microsiemens).
Las ventajas que presenta dicha invención con respecto a las resinas que se encuentran actualmente en el mercado son:
• Ser una resina biodegradable
• Tener una velocidad mayor en Ia formación de los coágulos con respecto a las que ya se encuentran en el mercado.
• Ser de fácil aplicación
• No es tóxica
• Su interacción con los sedimentos obtenidos es buena, Io que permite reutilizarlos como composta, fertilizante o abono natural Su aplicación es directa en las aguas residuales a tratar, esto nos permite agregar el producto en las descargas de aguas urbanas o industriales y separarlas durante el flujo continuo, manteniendo el rango de pH estable que no dañe el ecosistema. La resina en emulsión o estado coloidal se puede aplicar directamente en las descargas de las aguas residuales o las plantas de tratamiento de aguas y todo el proceso se readapta hacia una reingeniería de bajo costo y rápido amortizamiento, generando costo / beneficio ya que las aguas tratadas pueden volver a reutilizarse o en su defecto descargarlas cumpliendo con Ia normatividad sin que dañe el ecosistema en los ríos o riachuelos.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para una mejor comprensión de las características de Ia invención se pasará a Ia descripción de las figuras que con fines ilustrativos más no limitativos se anexan a Ia presente descripción.
Figura 1. Es una gráfica donde se muestra una comparación activa del floculante sintético vs contra coagulante natural.
Figura 2. Es una gráfica donde se muestra Ia turbidez NTU vs velocidad de agitación.
Figura 3. Es una gráfica donde se muestran las temperaturas de reacción, chaqueta y pH vs tiempo.
Figura 4. Es una gráfica en donde se muestra Ia influencia de Ia velocidad de agitación conversión, pH vs tiempo.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Dentro del contexto Técnico expuesto anteriormente Ia presente invención consiste en el desarrollo de resinas de poliamidas saponificadas biodegradables tipo oligoméricas en emulsión para tratamiento de aguas residuales y que se aplica principalmente para flujos continuos debido al diseño de reactividad del prepolimero y en donde su funcionamiento va acorde a las teorías de Ia doble capa (Guy Chapman) y los estados electroquímicos y magnéticos de los residuos suspendibles en el agua, conformando un sistema micelar que provoca Ia separación por diferencia del potencial químico y electroquímico de los sólidos suspendibles y obtener así las aguas residuales separadas para el reuso de las mismas.
La novedad de Ia invención es que Ia resina es del tipo catiónica de alta reactividad que separa las aguas con Ia ayuda de floculantes aniónicos en forma rápida y su eficiencia es debido a Ia reactividad de las micelas formadas durante Ia síntesis.
Así mismo, el que se pueda adaptar a tratamientos de aguas en contenedores sin que con ello pierda su eficiencia y calidad en el
proceso del tratamiento de las aguas residuales para su reuso cumpliendo con las normas de calidad que exige Ia CNA. La resina motivo de Ia invención es desarrollada en emulsión a partir de péptidos y lípidos biodegradables formando una poliamida de bajo peso molecular a Io que llamamos un oligómero y está estabilizada Ia partícula de Ia emulsión con agentes liofilicos que mantienen Ia actividad de Ia partícula formada durante Ia reacción y que nos permite tener una energía de actividad para una reacción rápida hacia su desarrollo en el tratamiento de las aguas. Agente coagulante de tipo poliamida catiónica saponificada biodegradable, diseñado específicamente para el tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales para aplicación en sistema continuo (centrifugación, filtro prensa) o sedimentario con alta captación de micro micelas en un alto grado de separación de los sólidos suspendibles en el agua.
PROPIEDADES TÍPICAS DEL COAGULANTE NORMA ASTM
Color 8-9 D1544-63T
Concentración material activo 17% +/-1
Emulsificantes aniónicos 14 % +/-1 pH (al 2% en solución liofilica) 5-6 E70-52T
Suspensión acuosa 10% +/-1
Vehículo tixotrópico 6% +/-1
Gravedad específica a 25 0C 0.937 gr/cc +/- 0.02 D1963-61
Viscosidad copa Ford #4 14 seg +/-1 D1200-58
Tensión superficial 50 dinas/cm +1-2 D1331-89
Conductividad 18GS +1-2 E1004-99
En consecuencia se presenta una reseña del procedimiento de Ia resina así como de su aplicación:
1. Aminoácidos en forma oligomérica, polimerizado en emulsión. - Estos son hechos a partir de un 60% a partir de Ia gliadina, 20 % de una mezcla de fenilalanina, tirsina y pirolina, con un 10% de
ácido aspartico y Acido glutámico, 5% de de una mezcla de histidina, lisina y arginina y el 5% de aminoácidos menores que trabajan con agentes liofilicos tales como glicina, alanita, cisteína y leucina. Que Ie da sus características biodegradables de Ia base del coagulante.
2. El uso de agentes liofilicos naturales derivados de los oxácidos en proporciones de 6,4,4 y 2% ; 6, 4,2,2% en peso de Ia emulsión con una mezcla de composición del 40,30,20,10% de ácido láctico, Acido málico, Acido cítrico y Acido tartárico. 3. La esterificación catiónica de los agentes liofilicos de acuerdo a una proporción en Ia formulación del 30% en las condiciones de proporcionalidades de 80,10,10% y 70,25,5 de cationes por esterificación de Ca+, K+ y Na+.
4. La resina se produce en medio acidez propuesta por acido fosfórico monobásico de sodio en donde asimila Ia reacción de policondensación, sin embargo, se regula por promotores de radicales a partir de persulfato de amonio o en sistema básico regulado con agua oxigenada que es iniciado en frío utilizando sulfates ferrosos dodecahidratado o heptaidratado de acuerdo con el peso molecular de Ia resina en proporciones de 0.1, 0.5 y1% en peso según sea el caso del equilibrio de Ia emulsión o del peso molecular de Ia resina.
5. La difusión de masa, energía y momento se controla a temperaturas de 50, 60, 70 0C, con velocidades de agitación del 50, 70, 90 rpm de acuerdo a las características de Ia resina y de su factor de actividad hacia Ia micelización. El sistema de agitación fue tipo turbina con superficie plana y variaciones en Ia estructura de Ia propela en forma de paleta para obtener mayor difusión y sitios de polimerización del sistema. 6. Los sistemas de separación se hacen en pH moderado de 6 - 8 Io que origina que los lodos y las aguas residuales tratadas puedan ser reciclados tanto para composta como para abonos en
campos de cultivo y las aguas tratadas puedan ser utilizadas nuevamente tanto para uso industrial como para uso doméstico cumpliendo con las normas 001.
7. El desarrollo de un prepolimero de poliamida saponificada biodegradable por emulsión del tipo cationico del tipo oligomerico y de alta reactividad que permite el efecto de separación de las aguas y que esta sustentada en Ia formación de micelas que sean más fáciles de separar los sólidos suspendibles en el agua a tratar y aumenta Ia eficiencia de su sedimentación con floculantes del tipo anionico sin manejados dentro de un rango del pH de 6 - 8.
Esto nos permite tener una resina que está diseñada para trabajar a flujos continuos con tiempos de separación de las aguas en un rango de 45 hasta 125 seg., Io que nos permite adaptarla para sistemas continuos en relación tanto para el flujo laminar como flujo continuo para el tratamiento de volúmenes grandes de aguas para su reuso inmediato.
8. El proceso de emulsión para Ia fabricación de Ia resina va en proporción a tres fenómenos fundamentales: • Difusión de masa; esto va relacionado a las teorías de
EWART-SMITH-GARDON-FITH para Ia conformación del estado coloidal y que van relacionados con los agentes liofílicos que utilizamos para mantener Ia estabilidad de Ia emulsión; así mismo, se sustenta con los fenómenos físico - químicos que van acorde a los parámetros de interacción de FLORY-HUGGINS y a los modelos de GUY-CHAPMAN- STERN - COULOMB principalmente para sustentar Ia actividad química de las partículas formadas durante Ia síntesis y que nos permite tratar las aguas mediante Ia diferencia de POTENCIAL QUÍMICO entre las partículas de
Ia resina obtenida contra las partículas formadas en las aguas residuales para separarlas del agua y por
consiguiente obtener el agua lista para su reuso y los lodos puedan ser reutilizados sin problemas ya que Ia sistema es biodegradable. ( Figura 2)
• Difusión de energía: parte fundamental de Ia invención es el control de las constantes de velocidad de reacción que se obtuvieron y que Ia transferencia de calor es parte fundamental para que haya un control de los pesos moléculas y estabilidad de los estados coloidales obtenidos de Ia resina poliamidica motivo de invención y que permite controlar en base al peso molecular de esta el grado de actividad de Ia resina en emulsión hacia el tratamiento de las aguas en función del tipo y calidad de las mismas. ( Figura 3)
• Difusión de momento: Dentro de Ia invención, el diseño de las propelas para desarrollar Ia difusión del monómero hacia los sitios de polimerasión y el de mantener el control de Ia estabilidad de las partículas en estado coloidal, manteniendo Ia relación de Ia difusión de Ia masa y energía que mantienen Ia actividad de Ia resina para su uso en el tratamiento de las aguas residuales. ( Figura 4 )
PROCESO:
Para procesar Ia resina se utilizan reactores de acero inoxidable con chaqueta de calentamiento y enfriamiento de media cana, el sistema de agitación se produce mediante el uso de propelas de tipo turbina y tipo hélice de dedo extendido que favorece los fenómenos de difusión de , masa, energía y momento, así mismo se utiliza un sistema de filtrado para separar los sólidos formados por reticulación, Ia dosificación se hace por gravedad en dos tanques de acero inoxidable con agitación y el tiempo promedio de reacción es de 3 a 3.5 horas aproximado, las temperaturas del proceso son de 50 - 70 ° C, Ia esterificación se hace Cationes de Ca2+ y Na+ dosificados para aumentar Ia actividad del
coagulante, como son materiales orgánicos naturales Ia materia prima, su grado de biodegradabilidad es asegurada, se saca el producto a temperatura de 30 - 35 0C en donde se bombea a silos de plástico de 10 metros cúbicos. El proceso de síntesis de Ia resina consiste en 5 etapas fundamentales:
• Preemulsión: En esta parte se utiliza agua destilada o desionizada caliente entre 35 - 45 0C y se disuelven los oxácidos utilizados como agentes líofílicos durante un periodo de 30 - 40 minutos con agitación entre 60 - 80 rpm, una vez disuelto se agregan los aminoácidos previamente seleccionados de acuerdo con el grado de actividad y velocidad de aplicación en coagulación, y en forma dosificada hasta disolución total durante 40 minutos a temperatura de 35 - 45 0C y con velocidad de agitación de 60 - 80 rpm y manteniendo una atmósfera inerte de nitrógeno o argón en proporciones en partes de 10/2-3-6/20-40-50 de agua/emulsificante/aminoácidos.
• Iniciación: Se separa una proporción de Ia masa de preemulsión entre 10 - 15%, y se aumenta temperatura entre rangos de 70 - 8O0C con agitación dentro de los siguientes rangos de acuerdo a
Ia composición obtenida de 50,70,90 rpm, una vez llegada a Ia temperatura deseada, se añaden los cationes de Ca2+, K+ y Na+ en las proporciones arriba mencionadas y se deja en esterificación por 30 minutos a pH de 5 - 7, se mantiene el pH con una solución al 10% de fosfato ácido de sodio en proporciones de acuerdo al peso molecular y velocidad de reacción deseada, una vez obtenido esto, se agrega el iniciador por radicales de persulfato de amonio o agua oxigenada en las proporciones anteriormente mencionadas y se espera una alza de reacción de 1O0C, hasta que Ia temperatura haga una asíntota en el proceso como tal.
• Propagación: Se sigue Ia polimerización por espacio de 3 horas en el cual se va controlando, rangos de temperatura, presión del
reactor en atmósfera inerte de 1- 2 Kg/cm2 y Ia velocidad de agitación, en dosificaciones de Ia preemulsión restante.
• Estabilización: Una vez terminada Ia reacción se Ie deja 30 minutos en condiciones de proceso y se agrega 1% de acido fosfórico mono ácido para estabilizar el pH y Ia conductividad en rangos de 5 - 6 y una conductividad de 18 +/- 2 us
• Terminación: se inicia el enfriamiento y a una temperatura de 25 - 280C se descarga con bombas de diafragma para evitar coagulaciones pasando Ia emulsión por un filtro prensa para quitar grumos principalmente hacia los tanques de almacenamiento.
En cuanto a Ia aplicación, tiene varias variantes de acuerdo a Ia adaptación del proceso que se pretende tener de acuerdo al tratamiento de aguas residuales y que consiste en tres sistemas de acuerdo a Ia calidad del agua y los problemas ecológicos que representan hacia el entorno:
• Proceso híbrido:
Dicho sistema de aplica principalmente en aguas residuales venidas de Ia industria petroquímica, alimentos, textiles, mecánica entre otros y esto es debido a que las partículas que se forman en el agua residual son de tamaños de partículas muy pequeñas y demasiado estables por el efecto electromagnético que presenta de acuerdo a los modelos mencionados anteriormente. • Proceso bifuncional:
Se aplica principalmente hacia los sistemas de agua doméstica y sanitaria como son las aguas de casa, hoteles y edificios o las aguas del medio rural en donde el uso de biodigestores y Ia ausencia de electricidad beneficia el proceso. • Proceso Monofuncional:
Se utiliza principalmente para aguas de pozo o de efluentes de manantiales en donde controla Ia cantidad de iones y cationes
presentes y limita Ia acción bacteriana sobre todo preservando que no haya erosión en Ia tierra.
Dentro de los aspectos de Ia invención en cuanto a Ia resina como coagulante de una poliamida en base a cinco puntos fundamentales que consideramos sean de interés hacia el uso en el tratamiento de las aguas residuales: • Científico:
1.- En cuanto a Ia síntesis Ia aplicación de las teorías de EWART - SMITH - GARDON - FITH en Ia conformación de las partículas activas para estabilizar Ia emulsión del producto en rangos de su potencial químico traducido en Ia conductividad y el pH principalmente.
2.- La aplicación de las teorías de COULOMB - HUCKEL - POISSONELLI - GIBSS - HELMHOLTZ en Ia conformación de Ia energía requerida en Ia emulsión obtenida y Ia actividad que requiere para su aplicación que se traduce en las propiedades físico - químicas de las partículas que intervendrán en el tratamiento. 3.- La aplicación de los modelos matemáticos sustentados con los parámetros de interacción de FLORY - HUGGINS - GUY -
CHAPMANN - STEREN durante Ia síntesis y Ia aplicación de Ia resina por medio de energías de interacción en Ia formación del oligómero saponificado y su actividad en el tratamiento de las aguas residuales de cualquier tipo. • Tecnológico:
1.- En base al diseño mismo de Ia resina por emulsión, Ia aplicación y Ia adaptación en cualquier tipo de procesos de tratamiento de aguas en sistemas continuos, batch y semi- continuos, en el cual Ia formación del coagulo con mayor densidad dependerá del grado de actividad de Ia misma de acuerdo al tipo de agua a tratar.
2.- Los fenómenos de difusión de masa, energía y momento de acuerdo a las operaciones unitarias que se tengan en el tratamiento de las aguas residuales correspondientes. 3.- La adaptación de Ia tecnología en base a los sistemas híbridos, bifuncionales o monofuncionales de acuerdo a las necesidades que se tengan en el proceso de tratamiento de aguas en donde se aplique.
4.- No requiere de altas inversiones para Ia aplicación de Ia invención ya que depende de las características intrínsecas de Ia resina desarrollada para este fin.
• Económico:
1.- El bajo costo del proceso en base al costo beneficio que representa el tratamiento de las aguas, utilizando Ia invención. 2.- La necesidad de reutilización de las aguas tratadas para el proceso como el uso de los residuos sólidos floculados, Io que representa una alternativa de compensación de los costos del proceso del tratamiento de las aguas residuales para cualquier tipo de empresa o aguas para el riego en Ia agroindustria.
• Social: 1.- La creación de puestos de trabajo en forma directa o indirecta durante a aplicación de Ia invención.
2.- La implantación de una cultura de uso y aprovechamiento racional de los recursos naturales que en este caso sería el agua.
3.- El aprovechamiento de los residuos obtenidos hacia las comunidades que carecen de luz o agua para sus necesidades primarias.
• Ecológico:
1.- El aprovechamiento de las aguas residuales ya tratadas con Ia invención que permite racionalizar este recurso. 2.- El uso de los residuos sólidos sea como combustible o como composta hacia el beneficio del entorno.
3.- Siendo una resina biodegradable, no crea problemas ecológicos, ni microbiológicos hacia el ecosistema. La presente invención se ha descrito suficientemente como para que una persona con conocimientos medios en Ia materia pueda reproducir y obtener los resultados que mencionamos en Ia presente invención. Sin embargo, cualquier persona hábil en el campo de Ia técnica que comprende Ia presente invención puede ser capaz de hacer modificaciones no descritas en Ia misma solicitud, que para Ia aplicación de estas modificaciones, se requiere de Ia materia reclamada en las siguientes reivindicaciones, dichas estructuras deberán ser comprendidas dentro del alcance de Ia invención.
Claims
1. -Resina para el tratamiento de aguas residuales que se caracteriza por ser desarrollada en emulsión a partir de péptidos biodegradables formando una poliamida de bajo peso molecular a Io que llamamos un oligómero y está estabilizada Ia partícula de Ia emulsión con agentes liofilicos que mantienen Ia actividad de Ia partícula formada durante Ia reacción y que nos permite tener una energía de actividad para una reacción rápida hacia su desarrollo en él tratamiento de las aguas.
2.- Resina para el tratamiento de aguas residuales tal y como se reivindica en Ia cláusula 1, que se caracteriza porque los aminoácidos en forma oligomérica, polimerizado en emulsión. Estos son hechos a partir de un 60% a partir de Ia gliadina, 20 % de una mezcla de fenilalanina, tirsina y pirolina, con un 10% de ácido aspartico y Acido glutámico, 5% de de una mezcla de histidina, Usina y arginina y el 5% de aminoácidos menores que trabajan con agentes liofilicos tales como glicina, alanita, cisteína y leucina. Que Ie da sus características biodegradables de Ia base del coagulante.
3.- Resina para el tratamiento de aguas residuales tal y como se reivindica en Ia cláusula 1, que se caracteriza porque el uso de agentes liofilicos naturales derivados de los oxácidos en proporciones de 6, 4, 4 y 2%; 6, 4,2,2% en peso de Ia emulsión con una mezcla de composición del 40,30,20,10% de ácido láctico, Acido málico, Acido cítrico y Acido tartárico
4.- Resina para el tratamiento de aguas residuales tal y como se reivindica en Ia cláusula 1, que se caracteriza porque Ia esterificación catiónica de los agentes liofilicos de acuerdo a una proporción en Ia formulación del 30% en las condiciones de proporcionalidades de 80,10,10% y 70,25,5 de cationes por esterificación de Ca+,K+ y Na+.
5.- Resina para el tratamiento de aguas residuales tal y como se reivindica en Ia cláusula 1, se caracteriza porque se produce en medio acidez propuesta por acido fosfórico monobásico de sodio en donde asimila Ia reacción de policondensación, sin embargo, se regula por promotores de radicales a partir de persulfato de amonio o en sistema básico regulado con agua oxigenada que es iniciado en frío utilizando sulfatos ferrosos dodecahidratado o heptaidratado de acuerdo con el peso molecular de Ia resina en proporciones de 0.1, 0.5 y 1% en peso según sea el caso del equilibrio de Ia emulsión o del peso molecular de Ia resina.
6.- Resina para el tratamiento de aguas residuales tal y como se reivindica en Ia cláusula 1, se caracteriza porque Ia difusión de masa, energía y momento se controló a temperaturas de 50,60,700C, con velocidades de agitación del 50,70,90 rpm de acuerdo a las características de Ia resina y de su factor de actividad hacia Ia micelización. El sistema de agitación fue tipo turbina con superficie plana y variaciones en Ia estructura de Ia propela en forma de paleto para obtener mayor difusión y sitios de polimerización del sistema.
7.- Resina para el tratamiento de aguas residuales tal y como se reivindica en Ia cláusula 1, se caracteriza porque los sistemas de separación se hacen en pH moderado de 6 - 8 Io que origina que los lodos y las aguas residuales tratadas puedan ser reciclados tanto para composta como para abonos en campos de cultivo y las aguas tratadas puedan ser utilizadas nuevamente tanto para uso industrial como para uso doméstico cumpliendo con las normas 001.
8.- Resina para el tratamiento de aguas residuales tal y como se reivindica en Ia cláusula 1, se caracteriza porque el desarrollo de un prepolimero de poliamida saponificada biodegradable por emulsión del tipo cationico del tipo oligomerico y de alta reactividad que permite el efecto de separación de las aguas y que esta sustentada en Ia formación de micelas que sean más fáciles de separar los sólidos
suspendibles en el agua a tratar y aumenta Ia eficiencia de su sedimentación con floculantes del tipo anionico sin manejados dentro de un rango del pH de 6 - 8.
Esto nos permite tener una resina que está diseñada para trabajar a flujos continuos con tiempos de separación de las aguas en un rango de 45 hasta 125 seg., Io que nos permite adaptarla para sistemas continuos en relación tanto para el flujo laminar como flujo continuo para el tratamiento de volúmenes grandes de aguas para su reuso inmediato.
9.- Resina para el tratamiento de aguas residuales tal y como se reivindica en Ia cláusula 1, se caracteriza porque el proceso de emulsión para Ia fabricación de Ia resina va en proporción a tres fenómenos fundamentales:
• Difusión de masa, va relacionado a Ia conformación del estado coloidal y que van relacionados con los agentes liofílicos que utilizamos para mantener Ia estabilidad de Ia emulsión; para sustentar Ia actividad química de las partículas formadas durante Ia síntesis y que nos permite tratar las aguas mediante Ia diferencia de POTENCIAL QUÍMICO entre las partículas de Ia resina obtenida contra las partículas formadas en las aguas residuales para separarlas del agua y por consiguiente obtener el agua lista para su reuso y los lodos puedan ser reutilizados sin problemas ya que el sistema es biodegradable.
• Difusión de energía: parte fundamental de Ia invención es el control de las constantes de velocidad de reacción que se obtuvieron y que Ia transferencia de calor es parte fundamental para que haya un control de los pesos moléculas y estabilidad de los estados coloidales obtenidos de Ia resina poliamidica motivo de invención y que permite controlar en base al peso molecular de esta el grado de actividad de Ia resina en emulsión hacia el tratamiento de las aguas en función del tipo y calidad de las mismas.
• Difusión de momento: Dentro de Ia invención, Ia selección de las propelas del tipo turbina con dedos contraidos a 450C para desarrollar Ia difusión del monómero hacia los sitios de polimerasión y el de mantener el control de Ia estabilidad de las partículas en estado coloidal, manteniendo Ia relación de Ia difusión de Ia masa y energía que mantienen Ia actividad de Ia resina para su uso en el tratamiento de las aguas residuales.
10.- En el proceso de Ia resina se utilizan reactores de acero inoxidable con chaqueta de calentamiento y enfriamiento de media cana, el sistema de agitación se produce mediante el uso de propelas de tipo turbina y tipo hélice de dedo extendido que favorece los fenómenos de difusión de masa, energía y momento, así mismo se utiliza un sistema de filtrado para separar los sólidos formados por reticulación, Ia dosificación se hace por gravedad en dos tanques de acero inoxidable con agitación y el tiempo promedio de reacción es de 3 a 3.5 horas aproximado, las temperaturas del proceso son de 50 - 70 ° C, Ia esterificación se hace Cationes de Ca 2+ y Na + dosificados para aumentar Ia actividad del coagulante, como son materiales orgánicos naturales Ia materia prima, su grado de biodegradabilidad es asegurada, se saca el producto a temperatura de 30 - 35 0C en donde se bombea a silos de plástico de 10 metros cúbicos.
El proceso de síntesis de Ia resina consta de 5 etapas fundamentales:
• Preemulsión: En esta parte se utiliza agua destilada o desionizada caliente entre 35 - 45 0C y se disuelven los oxácidos utilizados como agentes liofílicos durante un periodo de 30 - 40 minutos con agitación entre 60 - 80 rpm, una vez disuelto se agregan los aminoácidos previamente seleccionados de acuerdo con el grado de actividad y velocidad de aplicación en coagulación, y en forma dosificada hasta disolución total durante
40 minutos a temperatura de 35 - 45 0C y con velocidad de agitación de 60 - 80 rpm y manteniendo una atmósfera inerte de
nitrógeno o argón en proporciones en partes de 10/2-3-6/20-40-50 de agua/emulsificante/aminoácidos.
• Iniciación: Se separa una proporción de Ia masa de preemulsión entre 10 - 15%, y se aumenta temperatura entre rangos de 70 - 8O0C con agitación dentro de los siguientes rangos de acuerdo a
Ia composición obtenida de 50,70,90 rpm, una vez llegada a Ia temperatura deseada, se añaden los cationes de Ca2+, K+ y Na+ en las proporciones arriba mencionadas y se deja en esterificación por 30 minutos a pH de 5 - 7, se mantiene el pH con una solución al 10% de fosfato ácido de sodio en proporciones de acuerdo al peso molecular y velocidad de reacción deseada, una vez obtenido esto, se agrega el iniciador por radicales de persulfato de amonio o agua oxigenada en las proporciones anteriormente mencionadas y se espera una alza de reacción de 1O0C, hasta que Ia temperatura haga una asíntota en el proceso como tal.
• Propagación: Se sigue Ia polimerización por espacio de 3 horas en el cual se va controlando, rangos de temperatura, presión del reactor en atmósfera inerte de 1- 2 Kg/cm2 y Ia velocidad de agitación, en dosificaciones de Ia pre emulsión restante. • Estabilización: Una vez terminada Ia reacción se Ie deja 30 minutos en condiciones de proceso y se agrega 1% de acido fosfórico mono ácido para estabilizar el pH y Ia conductividad en rangos de 5 - 6 y una conductividad de 18 +/- 2 us
• Terminación: se inicia el enfriamiento y a una temperatura de 25 - 280C se descarga con bombas de diafragma para evitar coagulaciones pasando Ia emulsión por un filtro prensa para quitar grumos principalmente hacia los tanques de almacenamiento.
11.- La aplicación de Ia resina cuenta con varias variantes de acuerdo a Ia adaptación del proceso que se pretende tener de acuerdo al tratamiento de aguas residuales y consiste en tres sistemas de
acuerdo a Ia calidad del agua y los problemas ecológicos que representan hacia el entorno:
• Proceso híbrido:
Dicho sistema de aplica principalmente en aguas residuales venidas de Ia industria petroquímica, alimentos, textiles, mecánica entre otros y esto es debido a que las partículas que se forman en el agua residual son de tamaños de partículas muy pequeñas y demasiado estables por el efecto electromagnético que presenta de acuerdo a los modelos mencionados anteriormente.
• Proceso bifuncional:
Se aplica principalmente hacia los sistemas de agua doméstica y sanitaria como son las aguas de casa, hoteles y edificios o las aguas del medio rural en donde el uso de biodigestores y Ia ausencia de electricidad beneficia el proceso.
• Proceso Monofuncional:
Se utiliza principalmente para aguas de pozo o de efluentes de manantiales en donde controla Ia cantidad de iones y cationes presentes y limita Ia acción bacteriana sobre todo preservando que no haya erosión en Ia tierra.
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