Proceso para el tratamiento de aguas procedentes de lodos bentoníticos.

Proceso para el tratamiento de aguas procedentes de lodos bentoníticos.

Proceso para el tratamiento de agua procedente de lodos bentoníticos que comprende las etapas de burbujeo en una columna de CO2 y sedimentación tal y como se define en la descripción

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Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201430558.

Solicitante: FUNDACION IMDEA AGUA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: GARCIA CALVO,ELOY, DE MIGUEL GARCÍA,Ángel, DE BUSTAMANTE GUTIÉRREZ,Irene, LADO GARRIDO,Julio.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > C02F11/00 (Tratamiento de los fangos; Dispositivos a este efecto)

PDF original: ES-2548426_A1.pdf

 

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Ilustración 1 de Proceso para el tratamiento de aguas procedentes de lodos bentoníticos.
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Proceso para el tratamiento de aguas procedentes de lodos bentoníticos.

Fragmento de la descripción:

La presente invención se refiere a un proceso para el tratamiento de agua procedente de lodos bentoníticos.

ESTADO DE LA TÉCNICA

La bentonita es una arcilla compuesta por minerales de la familia de las smectitas, las cuales, a su vez, se pueden subdividir en siete grandes grupos.

Generalmente la bentonita está compuesta por un 80% de montmorillonita, nombre que recibe uno de los grandes grupos de smectitas. Todas se caracterizan por tener una unidad estructural básica de tres capas, con disposición 2:1, lo que consiste en dos capas de tetraedros por cada capa de octaedros.

La bentonita tiene un elevado límite líquido, lo que implica que la mezcla no pierde estabilidad o consistencia cuando se le añade distintos volúmenes de agua. La principal característica de estos lodos es que al ser amasados pierden resistencia, comportándose como un fluido, sin embargo al quedar en reposo, vuelven a adquirir dicha resistencia. En el caso de la industria constructiva, la bentonita es muy utilizada en procesos de excavación: construcción de sondeos, pantallas de hormigón, túneles, etc. En estos casos, la bentonita y

gracias a sus propiedades tixotrópicas y de viscosidad es utilizada para soportar las presiones del terreno sobre el hueco escavado, para refrigerar la cabeza cortante e impermeabilizar las paredes de la excavación impidiendo las filtraciones de agua procedentes de la formación geológica durante el proceso constructivo. Para ello, es necesario que el lodo (suspensión de bentonitas en agua) mantenga unas propiedades reológicas determinadas, que permitan sostener las paredes durante el proceso de excavación.

Algunos laclores pueden hacer que la benlonila pierda su efeclividad: -Ataques bacterianos

-Altas temperaturas -Degradación mecánica

-Presencia de iones que elevan la dureza de las aguas

Tanto en aguas superliciales como en agua con altos niveles de salinidad, la atracción entre partículas y la repulsión operan de forma simultánea:

-Las fuerzas de atracción de Van der Waals son independientes de la concentración salina

-La repulsión electrostática decrece con el aumento de la salinidad.

Por lo tanto, en aguas con baja salinidad, la repulsión predomina, es decir, la suspensión se encuentra ampliamente defloculada ya que muy pocas partículas interactúan. Por otra lado, en aguas con elevada salinidad, la repulsión se reduce comenzando a predominar las fuerzas de atracción, y dando como resultado, la floculación de la suspensión.

Cuando una suspensión de bentonita de sodio es convertida en una suspensión de bentonita de calcio, según Van Olphen ("Forces between suspended bentonite particles, in Clays and Clay Minerals", Nat!. Acad. Sci. --Natl. Res. Caun. pub. 456, pp. 204-224, 1956) , se dan una serie de diferencias:

-La suspensión de bentonita de calcio es menos transparente y sedimenta más rápidamente que la suspensión de bentonita de sodio. Esta diferencia podría indicar un mayor tamaño de partícula media en la suspensión de bentonitas de calcio.

-La presencia de iones divalentes de calcio en el plano de la doble capa causa un mayor

grado de asociaciones paralelas (o floculación) de las capas unidas que los iones sodios monovalentes. Esta asociación es lo que cabe esperarse a partir de la teoría de la doble capa eléctrica.

Stawinski et al. " ("Influence of calcium and sodium concentration on the microstructure of

bentonite and kaolin". Clays and Clay Minera/s, Vol. 38, No. 6, 617-622, 1990) analizaron las estructuras de los agregados que forman la bentonita y la caolinita cuando se les añaden diferentes cantidades de Na y de Ca. Con sus ensayos concluyeron que los flóculos formados cuando se añade calcio son de mayor tamaño que los formados por la adición de sodio en la misma concentración.

Así pues, un factor esencial que determinará la estabilidad de los lodos de bentonitas es la salinidad del agua utilizada en su generación. De forma que aguas con elevada salinidad producirán lodos inestables, que tenderán a flocular y perderán por tanto sus propiedades reológicas. Por tanto, todo tratamiento cuyo objetivo sea el reciclaje de las aguas procedentes de lodos bentónicos debería estar enfocado en reducir la concentración de las sales disueltas.

Es imprescindible definir los límites de calidad hasta los que se necesita llegar, antes de proponer que tipo de tratamiento es más acorde para nuestras aguas. Para ello, se han realizado diversas experiencias en laboratorio, definiendo los límites en la concentración de los principales iones disueltos (Na+ y Ca2+) y que según la bibliografía, podrían dar problemas de f1ºculación.

Identificados los responsables de los procesos de f1ºculación, es importante 15 establecer el punto en la línea de proceso en el que las aguas se contaminan con dichos iones.

La presencia de estos iones, Na+ y Ca2+ puede provenir de diversas fuentes, como la concentración de las aguas de partida, aportes por aguas subterráneas, aportes por el 20 terreno o incluso aportes por el cemento en los procesos de entibación. Pero la fuente que se ha identificado como más importante, es la adicción de cal (CaO) aliado, antes del proceso de filtrado. Es la cal la responsable de los elevados pH y de las altas concentraciones de los iones Ca 2+. El problema es que la adicción de cal se hace necesario para el proceso de filtrado de lodos, por lo que el problema no se puede corregir en origen, y se hace inevitable la aplicación de un tratamiento corrector al final de proceso.

Los lodos de bentonitas son utilizados en las obras de construcción durante el proceso de entibación, gracias a sus propiedades para sujetar las paredes, antes del fraguado 30 del hormigón. Para ello, es necesario que el lodo (suspensión de bentonitas en agua) mantenga unas propiedades reológicas determinadas, que permitan sostener las paredes durante el proceso de excavación. También cumplen funciones de refrigeración en la cabeza de corte de la perforadora. Estos lodos, son utilizados varias veces (por lo general tres vueltas) en función de los materiales atravesados.

Cuando las pruebas de viscosidad y la propia experiencia del "ladero" lo hacen necesario, se separa el agua de la torta bentonítica.

El problema aparece, cuando una vez utilizado el lodo, y sometido al proceso de separación (bentonita yagua) mediante la aplicación de un filtro prensa, se trata de reutilizar el agua para generar nuevos lodos. Es en este momento, el agua, y debido a a la variación de calidad que sufre durante el proceso constructivo, interliere en el buen funcionamiento de la bentonita, formando un lodo inestable, que tiende a flocular, y pierde por tanto las propiedades necesarias para su aplicación.

Así pues, no es útil ningún tratamiento basado en la eliminación de sales mediante tecnologías de membrana o mediante intercambio iónico. En el primer caso debido a la rápida saturación y ensuciamiento de los filtros y la membrana por la precipitación de CaC03, y en el segundo, debido a las altas conductividades de nuestras aguas de partida. Además, en el caso del intercambio iónico se produciría también una rápida colmatación de las resinas.

Por tanto, sería deseable disponer de un procedimiento de reciclaje de las aguas procedentes de lodos bentoníticos para reducir los consumos de agua que, a la vez, permita dotar al agua reciclada de la calidad suficiente para ser vertida en cumplimiento con los parámetros establecidos por la legislación.

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

Así pues, un primer aspecto de la presente invención se refiere a un proceso para el tratamiento de agua procedente de lodos... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Proceso para el tratamiento de agua procedente de lodos bentoníticos que comprende las etapas de:

i) introducción del agua procedente de lodos bentoníticos en una columna de burbujeo con CO2 caracterizado por: -burbujear COz en continuo, -de forma homogénea, -con una relación altura/diámetro de entre 8 y 12,

-a un pH entre 8 y 10, 5, -en una relación Oagua!OC02 de entre 1, 8 Y 2, 2, Y -durante un tiempo de residencia de entre 1, 5 Y 3 minutos; y ii) sedimentación en un tiempo de retención hidráulico de entre 25 y 40 minutos y una carga hidráulica de entre 0, 5 y 0, 85 m3/mzh.

2. El proceso según la reivindicación 1, que además comprende una etapa de filtración posterior a la etapa (ii) caracterizada porque se utiliza un filtro de arena.

3. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones ó 2, donde la relación 20 altura/diámetro de la columna de burbujeo con CO2 es de 10.

4. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el pH de la etapa (i) es de 8, 27.

5. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el tiempo de residencia en la columna de burbujeo con CO2 es de 2 minutos.

6. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el tiempo de retención hidráulico en la etapa (ii) es de 30 minutos.

7. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde la sedimentación se selecciona de sedimentación zonal.

8. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde la carga hidráulica es de 35 0, 70 m3/m' h.

9. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde el sedimentador es rectangular.

10. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el sedimentador además comprende un deflector.

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