Inventos patentados en España.

Inventos patentados en España.

Inventos patentados en España en los últimos 80 años. Clasificación Internacional de Patentes CIP 2013.

COMPOSICION ECOLOGICA PARA EL TRATAMIENTO Y PURIFICACION DE AGUAS RESIDUALES.

Patente Europea. Resumen:

Composición para el tratamiento y purificación de aguas residuales, consistente en gránulos porosos con un tamaño de grano inferior a 5 mm de una mezcla natural de dolomita y arcillas, caracterizada porque dichas arcillas son una mezcla de esmectitas, illita y sepiolita en los porcentajes siguientes: %

(p/p)

- esmectitas 5-40

- illita: 0-30

- sepiolita: 5-70 respecto al peso total de la composición, y caracterizada porque dicha composición es sometida a un tratamiento térmico a una temperatura entre 20 y 1.200ºC durante un periodo de tiempo de 10 segundos a 24 horas y/o a un tratamiento químico con un ácido orgánico y/o inorgánico o una sal de los mismos.

Solicitante: S.A. MINERA CATALANO ARAGONESA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: CABALLERO LOPEZ,MIGUEL ANGEL, TOLOSA CORTES,JOSE IGNACIO, AGUAVIVA LADRERO,NURIA ISABEL, JIMENEZ LORENZO,MAXIMO.

Fecha de Publicación de la Concesión: 10 de Febrero de 2010.

Fecha Solicitud PCT: 19 de Noviembre de 2004.

Fecha Concesión Europea: 26 de Agosto de 2009.

Clasificación Internacional de Patentes: C02F1/28B, C02F1/52F, C02F3/12E.

Clasificación PCT: C02F1/52 (.por floculación o precipitación de las impurezas en suspensión [3]), C02F3/12 (..Procesos por fangos activados [3]), C02F1/28 (.por absorción o adsorción (utilizando cambiadores de iones 1/42; composiciones absorbentes o adsorbentes B 01 J) [3]).

Clasificación antigua: C02F1/52 (.por floculación o precipitación de las impurezas en suspensión [3]), C02F3/12 (..Procesos por fangos activados [3]), C02F1/28 (.por absorción o adsorción (utilizando cambiadores de iones 1/42; composiciones absorbentes o adsorbentes B 01 J) [3]).

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

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Descripción:

Composición ecológica para el tratamiento y purificación de aguas residuales.

Campo técnico de la invención

La presente invención entra dentro del campo del tratamiento y purificación de aguas residuales contaminadas por la presencia de contaminantes orgánicos y/o inorgánicos. Se refiere más concretamente, a una composición que contiene una mezcla natural de dolomita y arcillas, especialmente útil en los mencionados procesos.

Estado de la técnica previo a la invención

La purificación de aguas residuales constituye uno de los campos que han experimentado un mayor desarrollo en los últimos años. La imposición de legislaciones cada vez más estrictas por parte de los distintos gobiernos, junto con una mayor conciencia por parte de la sociedad han desembocado en un incremento de los esfuerzos por buscar sistemas de purificación y tratamiento que resulten adecuados.

Existen numerosos ejemplos de procesos industriales que producen efluentes considerados contaminantes, bien por la presencia de contaminantes inorgánicos (metales, amoniaco, fósforo), por la presencia de contaminantes orgánicos (grasas, alcoholes, compuestos aromáticos, etc.), o por la combinación de estos dos tipos de contaminantes. De entre todos los sectores contaminantes cabe destacar los siguientes: industria del hierro y el acero, tratamientos superficiales, cerámica, curtiduría, industria papelera, transformación alimentaria y ganadería intensiva.

Se ha propuesto el uso de arcillas en los tratamientos fisicoquímicos de purificación de aguas. Ello se debe a algunas de las propiedades que estos materiales presentan, como son su gran porosidad, su elevada superficie específica y la elevada capacidad de intercambio catiónico que poseen y que resultan en una elevada capacidad de absorción. Las arcillas utilizadas lo han sido en sistemas de filtración consistentes en el paso del efluente a depurar a través de un lecho de arcilla fijo, así como de un lecho de contacto, donde la arcilla en forma de polvo es añadida al agua contaminada a tratar, con posibilidad de agitación posterior.

Las arcillas estudiadas se han analizado en su forma natural y en formas modificadas. Las modificaciones realizadas tenían como fin variar algunas de las propiedades de la arcilla para obtener productos específicos para determinados problemas. Así pues, el tratamiento de las arcillas con ácidos inorgánicos produce la limpieza del material y un aumento de la porosidad y de la superficie específica. También se consigue un aumento de la porosidad mediante el tratamiento térmico de las arcillas. Si se trata la arcilla con reactivos orgánicos específicos pueden conferírsele propiedades hidrófobas, lo que puede ser ventajoso para la eliminación selectiva de contaminantes orgánicos.

Algunos ejemplos ilustran el uso de arcillas en procesos para el tratamiento y purificación de aguas residuales mediante propiedades fisicoquímicas.

- La patente US 4116828 describe la eliminación de pesticidas, toxinas, hormonas, metales pesados, cationes y virus por adsorción sobre attapulgita o sepiolita.

- La patente US 5454955 describe el uso de hectorita junto con un coagulante catiónico soluble en agua para decolorar aguas residuales procedentes de la eliminación de la tinta presente en el papel usado.

- La solicitud de patente WO 96/10540 describe la purificación de líquidos polares residuales mediante la adición de una suspensión de bentonita al propio líquido polar que se va a depurar.

- La patente US 5632899 describe la eliminación de alquiltioalquilaminas con la consiguiente reducción de los efectos tóxicos de las mismas en el agua, mediante la adición de arcillas hinchables, naturales o sintéticas.

- La patente RU 2125022 describe una composición para el tratamiento de aguas residuales obtenida mediante la mezcla de cal viva con arcillas (mica, montmorillonita, paligorskita) además de aditivos tales como caolín, bentonita, beidelita, etc. Las arcillas son secadas y tratadas con amoniaco. Este tratamiento hace que los metales precipiten y que la materia en suspensión coagule y flocule en presencia de agentes tensoactivos.

- La patente US 5880060 describe una mezcla para la eliminación de metales pesados e isótopos radioactivos. La mezcla está formada principalmente por bentonita, illita, sulfato de aluminio e hidróxido de calcio.

- La patente EP 0901805/A1 describe la eliminación de contaminantes orgánicos oleosos utilizando arcillas modificadas, con tratamiento ácido, como las arcillas organofílicas.

- La solicitud de patente WO 01/79120 A1 describe un precipitante químico formado principalmente por bentonita, polifosfato de sodio y lignito.

- La solicitud de patente WO 01/90000 A1 describe el uso de arcillas naturales o modificadas orgánicamente para la eliminación de toxinas en el agua. Las arcillas pueden ser esmectitas, attapulgita, sepiolita, caolinita y mezclas de las mismas.

- La solicitud de patente WO 02/10075 describe una composición para neutralizar ácidos orgánicos o inorgánicos fuertes. La composición se obtiene mezclando carbonatos, hidróxidos y un adsorbente (bentonita, caolín).

- La solicitud de patente WO 02/36497 A1 describe el tratamiento de composiciones acuosas añadiendo esmectita e hidrotalcita o una mezcla capaz de formar un material tipo hidrotalcita.

- La patente US 2003/0015473 A1 describe la obtención de arcillas modificadas orgánicamente por contacto con attapulgita, sepiolita, zeolita o mezclas de las mismas con una alquilamina. También describe el uso de dicha composición en la purificación de líquidos contaminados.

Resulta patente que la arcilla más utilizada es la montmorillonita (bentonita). También puede observarse cómo la acción de las arcillas tiende a ir acompañada de una serie de aditivos utilizados normalmente en la purificación de las aguas, como son los agentes neutralizantes, precipitantes, coagulantes, floculantes y decolorantes. También se aprecia cómo los sistemas propuestos generalmente son para uso en procesos de purificación específicos. Los sistemas cuya utilización se propone para una amplia gama de aguas residuales contaminadas son escasos.

Igualmente, las arcillas han sido propuestas para su utilización en tratamientos de purificación biológicos, tanto aerobios como anaerobios, como soporte poroso que permite el crecimiento y la fijación de las bacterias que actúan en el proceso de purificación. En comparación con otros materiales que pueden actuar de soporte (carbón activo, materiales cerámicos, plásticos) se ha planteado que las trazas de elementos como el cobre, el cinc, el magnesio y otros que se fijan electrostáticamente a las arcillas, pueden ser empleadas como nutrientes por las bacterias.

Algunos ejemplos ilustran el uso de arcillas en procesos para el tratamiento y purificación de aguas residuales mediante tratamientos biológicos:

- La patente US 3935067 describe el uso de bentonitas sódicas como soporte de un cultivo bacteriano que utiliza un promotor del crecimiento bacteriano.

- La patente FR 2551048 Al describe el uso de attapulgita y sepiolita en la purificación de efluentes en tanques de fermentación alcohólica que contienen bacterias fototrópicas.

- La patente ES 2005754 describe el tratamiento de aguas residuales en presencia de un material de carga arcilloso en digestores anaerobios de lecho expandido o fluidificado.

Dicho material de carga puede ser sepiolita, esmectita, vermiculita, caolinita, haloisita, illita o paligorskita.

- La solicitud de patente WO 94/20425 describe el uso de talco, caolín o mica en un proceso de purificación mediante lodo activado.

- La patente EP 0834473 describe un activador biológico para fosas sépticas compuesto por arcillas y cationes preparado de un modo tal que potencia la fijación y la actividad de las enzimas naturales del proceso.

- La patente US 6503740 describe el uso de arcillas modificadas orgánicamente como soporte bacteriano en la descomposición de contaminantes químicos. Las arcillas propuestas son esmectitas, sepiolita, attapulgita y caolinita, entre otras.

El objeto de la presente invención se refiere a una composición para tratar aguas residuales contaminadas por la presencia de contaminantes orgánicos y/o inorgánicos, conteniendo dicha composición una mezcla natural de dolomita y arcillas. A continuación se citan algunos ejemplos representativos de sistemas que contienen dolomita en su composición y que se utilizan para el tratamiento y/o purificación de aguas residuales:

- La patente DE 3440619 preconiza el uso de carbonato cálcico, carbonato de magnesio, caliza o dolomita como soporte bacteriano sólido.

- La patente DE 3501563 describe el uso de caliza o dolomita para controlar el pH en un valor adecuado para el tratamiento biológico de aguas residuales, en un proceso combinado de purificación mecánica, química y biológica.

La adición de caliza o dolomita tiene lugar en el proceso químico.

- La patente GB 2200350 describe el proceso de obtención de un producto granular para filtración. Dicho proceso implica la adición de entre un 20 y un 25% de un producto mineral dolomítico (mezcla en proporciones adecuadas de carbonato de calcio y carbonato de magnesio) a una suspensión de caolín. El proceso se completa con el granulado y calcinación de la mezcla total resultante, a una temperatura entre 900 y 950ºC.

- La patente DE 4132679 describe la eliminación de cromo, vanadio y titanio mediante la adición de dolomita natural e hidróxido de calcio y/o sodio. Los hidróxidos formados son separados con la ayuda de un coagulante.

- En AT-2396101B se describe un proceso para el tratamiento de aguas residuales contaminadas. Como fuente de MgO se usa dolomita en su forma natural, semicalcinada o calcinada.

- En WO99/36365 se describe un floculante formado por hasta siete componentes. Como agente clarificador aparece la dolomita o la zeolita en porcentajes entre el 10 y el 70% de la composición.

- En WO00/05178 se describe la dolomita tratada a 720ºC como componente activo de una composición para la eliminación e inertización de metales pesados y/o fosfatos en líquidos y/o sólidos contaminados. Pueden utilizarse arcillas como portadores de la composición.

En WO02/20152 se describe la obtención de un adsorbente/floculante mediante tratamiento térmico de dolomita a 800ºC.

Se observa también que las dolomitas naturales o sintéticas sometidas a procesos de calcinación o de semicalcinación antes o después de añadirlas a los otros componentes constituyentes de las composiciones son las más utilizadas.

El uso de dolomita natural ha merecido hasta la fecha muy poca atención, a pesar de ser un material abundante en la naturaleza. La dolomita natural tiene una serie de propiedades, como su porosidad, su capacidad decolorante, su reactividad en medios ácidos actuando como fuente de magnesio y ajustando el pH, su reactividad con los metales pesados y similares, que hacen atractivo su estudio en el ámbito del tratamiento y purificación de aguas industriales.

Del análisis de todos los estudios citados anteriormente se deduce que la tendencia seguida en cuanto a las arcillas y dolomitas en el tratamiento y purificación de aguas residuales es la modificación (generalmente por calcinación y/o tratamiento químico) de los correspondientes productos naturales. Este proceso generalmente dificulta su producción industrial y/o su eficiencia comercial. Aparte, estos productos modificados tienden a no ser útiles a nivel general, siendo empleados para unos métodos y problemas muy concretos. También son habituales las propuestas de mezclas sintéticas de distintos componentes, cada una de ellas reclamando sólo una de las propiedades de las mismas, sin evaluar los efectos que el grupo de posibilidades que ofrecen los materiales tiene sobre el uso del producto y/o el método. Así, se han propuesto mezclas de arcillas refiriéndose sólo a su uso como aglutinantes o portadores sin tener en cuenta su capacidad de absorción/adsorción o su utilización como soporte sólido que favorece la interacción entre los contaminantes a tratar y los productos necesarios como especies activas en el proceso de purificación y/o tratamiento.

DE3728812 menciona una composición mineral y un proceso de producción de la misma. De acuerdo con este proceso, se mezcla una esmectita sin sepiolita con dolomita, siendo necesarios pasos adicionales para preparar los precomponentes de modo que puedan ser mezclados homogéneamente. A continuación, la mezcla se somete a tratamiento térmico a temperaturas superiores a 650ºC.

US20010025945 trata del uso de una composición de uno o más silicatos naturales, una o más cenizas volantes y/o humo de sílice, cemento y cal, para purificar aguas residuales. Estos silicatos naturales pueden ser una arcilla natural. US20010025945 especifica que la arcilla natural se selecciona a partir de bentonita, zeolitas y rocas fosfóricas naturales. Además, la composición preconizada en US20010025945 es una mezcla sintética que se obtiene añadiendo todos los ingredientes, uno por uno, y mezclando antes de cada nueva adición. No se aplica tratamiento térmico. El resultado es un sólido suelto que se añade directamente a las aguas residuales para formar lodos.

GB2200350A describe un proceso para mezclar Caolín con Dolomita en polvo y aplicar posteriormente un tratamiento térmico. En GB2200350A se explica que debe aplicarse solo una gama de temperaturas entre 900ºC y 950ºC y emplear solo un 20% - 25% de Dolomita, indicando que cantidades por encima de estos valores no funcionarán correctamente.

US20020179534 expone la producción de agregados de arcilla marina expandida ligera (LECA) sinterizados para la eliminación del fósforo. En US20020179534 se indica que el proceso de producción implica la adición de carbonato de calcio y dolomita a la arcilla. Además, US20020179534 describe el proceso de expansión y cocción del material a base de arcilla marina, por el que la arcilla es alimentada a un horno rotativo donde es cocida y finalmente es expandida a una temperatura superior a 1200ºC para obtener un material sinterizado.

El artículo "Origin of Magnesium Clays from the Amargosa Desert, Nevada, Hani N. Hhoury et al., Clays and Minerals, Vol. 30, No. 5, 327-336, 1982", presenta un estudio de campo en el que se investiga el origen de las arcillas de magnesio del desierto de Amargosa, Nevada. En este estudio, se presenta una composición natural formada por dolomita y arcilla con esmectitas y sepiolitas. El informe analiza distintas probetas procedentes de diferentes zonas.

El solicitante ha descubierto ahora una composición natural formada por dolomita y arcilla que constituye el objeto de la presente invención y que, por lo que ha revelado la investigación llevada a cabo, se trata de una composición que no ha sido utilizada todavía para el fin que aquí se describe.

Descripción detallada de la invención

Tal como su título indica, la presente invención hace referencia a una composición ecológica para el tratamiento y purificación de aguas residuales según la reivindicación 1, un método para la producción de dicha composición según la reivindicación 4 y el empleo de dicha composición según la reivindicación 5.

La dolomita, al igual que las arcillas presentes en la composición objeto de la invención, son una parte activa en el uso de la composición para el tratamiento y purificación de aguas residuales contaminadas.

La composición objeto de la presente invención se caracteriza porque es una mezcla natural de dolomita y arcillas en las proporciones siguientes:

% (p/p)

            - dolomita: 5-40

            - arcilla: 45-95

    con respecto al peso total de la composición.

    Las arcillas son, a su vez, una mezcla de esmectitas, illita y sepiolita en las siguientes proporciones:

    % (p/p)

              - esmectitas 5-40

              - illita: 0-30

              - sepiolita: 5-70

      con respecto al peso total de la composición.

      Las esmectitas se han seleccionado a partir del grupo formado por: montmorillonita, beidellita, hectorita, nontronita, saponita, estevensita y mezclas de las mismas.

      La dolomita es un mineral presente en la naturaleza, procedente normalmente de una fuente sedimentaria, cuya fórmula ideal es MgCa(CO3)2, aunque la composición específica de la misma depende de cada depósito concreto.

      Mineralógicamente, un grupo específico de filosilicatos recibe el nombre de arcilla. La estructura de estos filosilicatos se basa en el apilamiento de planos de iones oxígeno e hidroxilo. Los grupos tetraédricos de SiO4-}4 se unen compartiendo tres de sus cuatro átomos de oxígeno con otros grupos vecinos, formando capas de una extensión infinita y fórmula Si2O52-, que constituyen la unidad básica de los filosilicatos. El silicio tetraédrico puede estar parcialmente sustituido por Al3+ o Fe3+. Estas capas tetraédricas están unidas a otras capas octaédricas de gibbsita o brucita. El plano de unión entre ambas capas está formado por átomos de oxígeno apicales no compartidos por los tetraedros de SiO4^{4- y por grupos OH- de la capa octaédrica.

      Una unión similar puede darse en la superficie opuesta de la capa octaédrica. Así pues, los filosilocatos pueden estar formados por dos capas, la capa tetraédrica más la octaédrica, y reciben el nombre de filosilicatos 1:1, o bien por tres capas, una capa octaédrica y dos tetraédricas, y en ese caso se denominan filosilicatos 2:1. La unidad formada por la unión de estas dos o tres capas se llama lámina. Si todos los huecos octaédricos están llenos, la lámina se denomina trioctaédrica. Si solo están ocupados dos tercios de dichas posiciones y el resto están vacías se denomina dioctaédrica.

      El grupo de las serpentinas-canditas son filosilicatos 1:1. Los filosilicatos 2:1 incluyen el talco pirofilita, la esmectita, la vermiculita, la illita, la mica y los grupos de las cloritas.

      Los minerales del grupo de las hormitas, formado por minerales de la familia de la paligorskita-sepiolita se incluyen también en el término arcillas. A diferencia del resto de filosilicatos, que son laminares, tienen un comportamiento fibroso, puesto que la capa basal de los átomos de oxígeno es continua, pero los átomos de oxígeno apicales sufren una inversión periódica cada seis tetraedros (sepiolita) o cada cuatro tetraedros (paligorskita). Esta inversión causa la formación de canales en los que pueden alojarse moléculas de gran tamaño.

      Para obtener la composición objeto de la invención se procede a extraer de un depósito roca arcillosa conteniendo entre un 5 y un 40% de dolomita y entre un 45 y un 95% de arcilla. La arcilla es una mezcla de esmectitas (entre un 5 y un 40%), illita (entre un 0 y un 30%) y sepiolita (entre un 5 y un 70%). Los porcentajes se refieren siempre al total de la composición. La mencionada roca arcillosa es extraída del depósito con una humedad superior al 30%. A continuación, la roca se somete a recolección, molturación, secado y granulación, pudiéndose utilizar en estos procesos cualquiera de los sistemas normalmente utilizados en la industria.

      La composición objeto de la invención es un producto granular, poroso, con un tamaño de grano inferior a 0,6 mm, preferiblemente inferior a 150 µm, preferiblemente inferior a 10 µm.

      Se han comentado anteriormente distintos procesos para la modificación de arcillas, como son la calcinación, la activación mediante ácidos o la adición de reactivos orgánicos.

      De acuerdo con lo anterior, la presente invención es una composición como la definida arriba, modificada mediante un tratamiento térmico. Dicho tratamiento térmico se lleva a cabo a una temperatura de entre 20 y 1.200ºC durante un periodo de tiempo entre 10 segundos y 24 horas. Tras el tratamiento térmico, la composición puede someterse a un proceso de granulado hasta que se obtiene el tamaño de grano deseado citado anteriormente.

      Igualmente, la presente invención es también una composición formada por una mezcla de dolomita y arcilla como la definida arriba, modificada mediante un tratamiento con productos químicos orgánicos y/o inorgánicos. Concretamente, dicha modificación se realiza mediante el tratamiento de la composición con ácidos orgánicos y/o inorgánicos y sales de los mismos.

      Otro objeto de la invención es el uso de las composiciones descritas en el tratamiento y purificación de aguas residuales mediante tratamientos fisicoquímicos, en procesos específicos de procesos de neutralización, precipitación, floculación, coagulación y decoloración. La cantidad de composición objeto de la invención a utilizar está entre un 0,02% y un 50%, preferiblemente entre un 0,05% y un 20%, preferiblemente entre un 0.1% y un 10%, siempre de materia seca referida a un litro del agua residual a tratar. La dosis adecuada dependerá de la naturaleza de las aguas residuales que han de tratarse.

      Un aspecto específico de la invención preconiza el uso de la composición descrita como coagulante en combinación con agentes floculantes. Existen numerosos productos comerciales utilizados como floculantes. El uso de la composición junto con floculantes de la familia de las poliacrilamidas ha demostrado ser particularmente útil. Ventajosamente, la naturaleza de la composición descrita posibilita que su uso no incremente los valores de conductividad del agua a tratar, efecto que si se produce a causa de los polielectrolitos que se usan normalmente como coagulantes.

      Otro objeto de la invención es el uso como aditivo de las composiciones descritas. En otras palabras, su uso en el tratamiento y purificación de aguas residuales mediante tratamientos fisicoquímicos, en procesos específicos o procesos mixtos de neutralización, precipitación, floculación, coagulación y decoloración junto con otros agentes neutralizantes, correctores de pH, precipitantes, floculantes, coagulantes y agentes decolorantes. La cantidad de composición objeto de la invención a utilizar está entre un 0,02% y un 50%, preferiblemente entre un 0,05% y un 20%, preferiblemente entre un 0,1% y un 10%, siempre de materia seca referida a un litro de agua residual a tratar. La dosis adecuada depende de la naturaleza del agua residual que se va a tratar. La presencia de las composiciones descritas en la presente invención puede provocar los siguientes efectos, bien individualmente o en forma combinada:

      - mayor reducción de la concentración de los contaminantes orgánicos y/o inorgánicos presentes en el agua residual a tratar

      - menor volumen de lodo decantado. Esta reducción de volumen alcanza un 30% como valor típico. Se han observado reducciones en el volumen de lodo de hasta un 70%. Además, este lodo tiene una mayor concentración de masa seca

      - mejora en la turbidez de la muestra, indicada por los valores más bajos de sólidos suspendidos.

      - mejor decoloración de los residuos.

      Además, otro objeto de la invención es el uso de las composiciones descritas en el tratamiento y purificación de aguas residuales mediante tratamientos biológicos aerobios.

      Del mismo modo, el uso de las composiciones descritas en las operaciones de purificación biológica aerobia en combinación con agentes correctores del pH, floculantes, coagulantes, agentes decolorantes y mezclas de los mismos se considera también objeto de la invención. La composición puede estar presente en cualquiera de las posibles fases que constituyen el proceso biológico aerobio, donde están presentes las bacterias responsables de la actividad depuradora del proceso. La composición puede utilizarse tanto en sistemas de lecho fijo como en sistemas de lecho fluido.

      Para su uso en sistemas de lecho fluido, la composición puede añadirse tanto en su forma sólida como en suspensión. Dicha suspensión puede obtenerse mezclando la composición objeto de la presente invención con agua o con el residuo a tratar. La cantidad de composición a utilizar está entre un 0,001% y un 50%, preferiblemente entre un 0,001% y un 20%, preferiblemente entre un 0,001% y un 10%, y aún más preferiblemente entre un 0,001% y un 1%, siempre de materia seca referida a un litro del agua residual a tratar. La adición de la composición objeto de la invención resulta en un aumento del número de microorganismos responsables de la purificación, presentes en el reactor biológico. Además, no se observa una producción mayor de lodo biológico. Más bien al contrario, se han observado reducciones en el volumen de lodos y una mejor decantabilidad de los mismos.

      Estas observaciones describen la composición objeto de la invención como un activador biológico eficaz en procesos de purificación aerobios, incrementando la capacidad depuradora de los reactores biológicos existentes. El uso de la misma permite también diseñar reactores biológicos aerobios de menor volumen. Estos reactores mantienen su capacidad depuradora y no originan un volumen mayor de lodos excedentes que hayan de tratarse posteriormente.

      Realizaciones de la invención

      La evaluación de la utilidad de la composición objeto de la invención para purificar aguas residuales contaminadas por la presencia de contaminantes orgánicos y/o inorgánicos se realizó mediante análisis comparativo de parámetros bien conocidos en la industria y que caracterizan la calidad de la purificación de las aguas residuales:

        * pH
        * Demanda química de oxígeno (DQO; mg/l)
        * Demanda biológica de oxígeno (DBO; mg/l)
        * Nitrógeno total Kjeldahl (TKN; mg/l)
        * Conductividad (PS/cm)
        * Turbidez (NTU)
        * Sólidos en suspensión (SS; mg/l)
        * Aceites y grasas (mg/l)
        * V30

      Además, en los casos de purificación biológica se tuvieron en cuenta los parámetros que caracterizan dichos procesos:

        * Sólidos suspendidos en el reactor biológico (SSLM; mg/l)
        * Sólidos suspendidos volátiles en el reactor biológico (SSVLM; mg/l). Determinan la concentración de microorganismos en el interior del reactor biológico.
        * Carga másica (Cm; kg DQO/kg SSVLM x día). Es la razón existente entre lo que entra en el reactor biológico y los microorganismos existentes en el mismo y viene dada por la siguiente fórmula:

      donde DQOe es la DQO a la entrada del reactor, Qe es el caudal de entrada y Vr es el volumen del reactor biológico.

        La presente invención se ilustra mediante los siguientes ejemplos, que no deben considerarse en modo alguno limitativos del ámbito de la misma.

        Ejemplo 1

        El ejemplo 1 ilustra el uso de la composición objeto de la invención como aditivo en un tratamiento fisicoquímico para la purificación de aguas residuales procedentes de la industria de fabricación de cartón. La muestra de agua residual fue sometida a dos tratamientos escogidos siguiendo el método Jar-Test. El primero corresponde al tratamiento con coagulantes y floculantes estándar. El segundo incluye la adición de la composición objeto de la invención (CD) como aditivo a este mismo tratamiento. La Tabla 1 muestra las cantidades de productos empleadas, así como una comparación entre la muestra no tratada y los dos tratamientos llevados a cabo. La cantidad de agua utilizada en cada tratamiento fue de 200 ml.

        TABLA 1

        Este ejemplo muestra que el uso de la composición objeto de la invención posibilita la obtención de un volumen del 30% de lodos, poniendo de manifiesto su eficacia como aditivo, sin detrimento de los valores analíticos.

        Ejemplo 2

        El ejemplo 2 ilustra el uso de la composición objeto de la invención como coagulante en un tratamiento fisicoquímico para la purificación de aguas residuales procedentes de la industria textil. La muestra de agua residual fue sometida a dos tratamientos escogidos siguiendo el método Jar-Test. El primero corresponde al tratamiento con coagulantes y floculantes estándar. El segundo incluye la adición de la composición objeto de la invención (CD) como coagulante a este mismo tratamiento y utilización del mismo floculante. La Tabla 2 muestra las cantidades de productos empleadas, así como una comparación entre la muestra no tratada y los dos tratamientos llevados a cabo. La cantidad de agua utilizada en cada tratamiento fue de 200 ml.

        TABLA 2


        Este ejemplo ilustra que es posible obtener un grado de depuración idéntico al obtenido con los productos estándar.

        La composición objeto de la invención sustituye a dos reactivos (sulfato ferroso y cal) y además, precisa de una menor cantidad de floculante (poliacrilamida). Como dato más diferenciador, puede apreciarse cómo el tratamiento 2 produce un volumen de lodo un 64% inferior.

        Ejemplo 3

        El ejemplo 3 ilustra el uso de la composición objeto de la invención como aditivo en un tratamiento fisicoquímico para la purificación de aguas residuales procedentes de la industria textil. La muestra de agua residual fue sometida a dos tratamientos escogidos siguiendo el método Jar-Test. El primero corresponde al tratamiento con coagulantes y floculantes estándar. El segundo incluye la adición de la composición objeto de la invención (CD) como aditivo a este mismo tratamiento. La Tabla 3 muestra las cantidades de productos empleadas, así como una comparación entre la muestra no tratada y los dos tratamientos llevados a cabo. La cantidad de agua utilizada en cada tratamiento fue de 300 ml.

        TABLA 3

        Este ejemplo muestra que la adición de la composición objeto de la invención como aditivo en una dosis de un 0,4% hace posible incrementar la eliminación del DQO de un 51% a un 67%. Además, también es posible que el lodo obtenido en el proceso sea más fácilmente decantable en comparación con el lodo flotante que se obtienen cuando la composición objeto de la invención no se incluye en el tratamiento.

        Ejemplo 4

        El ejemplo 4 ilustra el uso de la composición objeto de la invención como aditivo en un tratamiento fisicoquímico para la purificación de aguas residuales procedentes de la industria láctea. La muestra de agua residual fue sometida a dos tratamientos escogidos siguiendo el método Jar-Test. El primero corresponde al tratamiento con coagulantes y floculantes estándar. El segundo incluye la adición de la composición objeto de la invención (CD) como aditivo en este mismo tratamiento. La Tabla 4 muestra las cantidades de productos empleadas, así como una comparación entre la muestra no tratada y los dos tratamientos llevados a cabo. La cantidad de agua utilizada en cada tratamiento fue de 200 ml.

        TABLA 4

        Con esta muestra queda demostrada también la utilidad como aditivo de la composición objeto de la invención. El tratamiento 2 mantiene los parámetros de purificación obtenidos, pero permite reducir el volumen de lodos al 59%.

        Ejemplo 5

        El ejemplo 5 ilustra el uso de la composición objeto de la invención en un proceso de purificación biológica aerobia de aguas residuales procedentes de la industria del envasado de carnes.

        Se llevó a cabo un ensayo piloto utilizando tecnología SBR (reactor de alimentación discontinua). Se escogió esta tecnología considerando que los resultados que se obtuvieran del ensayo piloto serían más fácilmente extrapolables a una planta industrial.

        De igual modo, todos los resultados obtenidos con esta tecnología pueden ser extrapolados a los tratamientos convencionales con clarificación por decantación.

        Se prepararon dos reactores piloto. El primero de ellos (Reactor 1) se utilizó para un ensayo estándar. El segundo reactor (Reactor 2) se utilizó para añadir diariamente una composición según la invención. Ambos reactores trabajan con un lecho de homogeneización aireado, con un tiempo de retención hidráulico de un día.

        El agua residual estudiada procedía de un matadero. Las muestras fueron obtenidas de la planta tres veces por semana. Los valores de DQO del agua residual variaron bastante debido a la distinta naturaleza de los animales sacrificados. El rango de variación de dicho valor fue de 1800 a 20000 mg/l.

        Para poner en funcionamiento los reactores se les inoculó biomasa procedente de una depuradora de aguas residuales urbanas. Se escogió este tipo de biomasa atendiendo a criterios biológicos y de proximidad. Estos lodos presentaban unos valores de SSLM y SSLVM de 2400 mg/l y 2040 mg/l, respectivamente. La carga másica inicial de ambos reactores era de 0,25 kg DQO/kg SSVLM.

        Transcurrido un mes, los valores de SSLM (3500 mg/l) y SSVLM (2800 mg/l) de ambos reactores indicaban que los lodos biológicos urbanos se habían adaptado a los residuos a tratar. A partir de este momento se comenzó a añadir una composición de acuerdo con la invención, directamente al Reactor 2, en una dosis de 2 g/l.

        Los resultados analíticos de los residuos purificados por ambos reactores apenas arrojan diferencias. La adición de la composición objeto de la invención no afecta a los valdres de pH (que se mantienen en un rango óptimo) así como tampoco a la conductividad. La eliminación de DQO en ambos reactores está cercana al 96%, con valores en muchos momentos inferiores a 100 mg/l. Lo mismo puede decirse de la concentración de aceites y grasas y del TKN. Ambos reactores alcanzan grados de depuración de efluentes que cumplen de sobra con las estrictas legislaciones existentes a este respecto.

        La diferencia más significativa entre los dos reactores se produce en los valores de SSLM, SSVLM y Cm. La Tabla 5 ilustra los rangos de estos parámetros en los dos reactores, durante un ensayo piloto.

        TABLA 5

        La gran diferencia en los valores de SSLM se debe a la naturaleza inorgánica de la composición objeto de la invención que se añade al Reactor 2 en una dosis de 2 g/l. La comparación entre los valores de SSVLM marca la diferencia entre las concentraciones de sólidos que realmente intervienen en el proceso de purificación del residuo tratado. La concentración en el Reactor 2, al que se añade la composición objeto de la invención, es 1,6 a 1,8 veces más alta que la del Reactor 1.

        Tal como se ha comentado, el Reactor 1 es capaz de realizar una purificación perfecta del residuo tratado, indicando que el valor de Cm de 0,20 kg DQO/kg SSVLM x día es adecuado. Lógicamente, el Reactor 2, al que se añade la composición objeto de la invención, podría purificar el residuo tratado si se utilizara el mismo valor de Cm, y considerando el valor de SSVLM obtenido en el Reactor 2, se demuestra que la adición del objeto de la invención a un reactor biológico aerobio posibilita, bien purificar mayores cargas de contaminantes o bien diseñar nuevos reactores de menor volumen. Concretamente, si fuésemos a diseñar el Reactor 2 de modo que trabajase con una carga másica de 0,2 kg DQO/kg SSVLM, el volumen que obtendríamos para dicho Reactor 2 sería un 40% inferior al volumen del Reactor 1.

        Además, el diseño estaría soportado por el distinto comportamiento observado en ambos reactores en la decantación del lodo producido. El volumen alcanzado por el lodo mencionado en el Reactor 2 es aproximadamente un 40% menor que el lodo producido en el Reactor 1. El uso de una composición según la invención permitiría diseñar un reactor de menor volumen sin que ello produjera una cantidad mayor de lodo biológico excedente. Se mantendría la misma capacidad de purificación del residuo tratado.




        Reivindicaciones:

        1. Composición para el tratamiento y purificación de aguas residuales, consistente en gránulos porosos con un tamaño de grano inferior a 5 mm de una mezcla natural de dolomita y arcillas, caracterizada porque dichas arcillas son una mezcla de esmectitas, illita y sepiolita en los porcentajes siguientes:

        % (p/p)

                  - esmectitas 5-40

                  - illita: 0-30

                  - sepiolita: 5-70

          respecto al peso total de la composición, y caracterizada porque dicha composición es sometida a un tratamiento térmico a una temperatura entre 20 y 1.200ºC durante un periodo de tiempo de 10 segundos a 24 horas y/o a un tratamiento químico con un ácido orgánico y/o inorgánico o una sal de los mismos.

          2. Composición según la reivindicación 1, caracterizada porque la fórmula de dicha mezcla natural es la siguiente:

          % (p/p)

                    - dolomita: 5-40

                    - arcilla: 45-95

            respecto al peso total de la composición.

            3. Composición, según la reivindicación 1, caracterizada porque la mencionada esmectita se selecciona de entre el grupo formado por montmorillonita, beidellita, hectorita, nontronita, saponita, sauconita, estevensita y mezclas de las mismas.

            4. Método para producir la composición de la reivindicación 1, que comprende los pasos siguientes:

            extracción de una mezcla arcillosa natural de un depósito, siendo dicha mezcla arcillosa natural una mezcla de dolomita y arcillas, caracterizada porque dichas arcillas consisten en una mezcla de esmectitas, illita y sepiolita, en los porcentajes siguientes:

            % (p/p)

                      - esmectitas 5-40

                      - illita: 0-30

                      - sepiolita: 5-70

              respecto al peso total de la composición, molturación, secado y granulado de dicha mezcla, y caracterizado porque, en un paso adicional, la composición es sometida a tratamiento térmico a una temperatura entre 20 y 1.200ºC durante un periodo de tiempo entre 10 segundos y 24 horas, o es sometida a un tratamiento químico con un ácido orgánico y/o inorgánico o a una sal de los mismos.

              5. Uso de una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 para el tratamiento y purificación de aguas residuales contaminadas por la presencia de contaminantes orgánicos y/o inorgánicos mediante métodos fisicoquímicos en procesos específicos o mixtos de neutralización, precipitación, floculación, coagulación y decoloración.

              6. Uso de una composición, según la reivindicación 5, caracterizado porque es un proceso de coagulación-floculación.

              7. Uso de una composición, según la reivindicación 5, caracterizado porque se utiliza un agente químico que actúa como floculante.

              8. Uso de una composición, según la reivindicación 6, caracterizado porque dicho floculante es una poliacrilamida.

              9. Uso de una composición, según la reivindicación 5, en procesos específicos o mixtos de neutralización, precipitación, floculación, coagulación y decoloración, además de otros agentes neutralizantes, precipitantes, floculantes, coagulantes y agentes decolorantes.

              10. Uso de una composición, según la reivindicación 9, caracterizada porque la composición actúa como aditivo para la coagulación.

              11. Uso de una composición, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 5 a 10, caracterizado porque la cantidad de composición a utilizar está entre el 0,02 y el 50% de materia seca con respecto a un litro de agua residual a tratar.

              12. Uso de una composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, para el tratamiento y purificación de aguas residuales mediante tratamientos biológicos en sistemas de lecho fijo.

              13. Uso de una composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, para el tratamiento y purificación de aguas residuales mediante tratamientos biológicos en sistemas de lecho fluido.

              14. Uso de una composición, según la reivindicación 13, caracterizado porque el tratamiento y purificación de aguas residuales es realizado mediante un tratamiento biológico anaerobio.

              15. Uso de una composición, según la reivindicación 13, caracterizado porque el tratamiento y purificación de aguas residuales es realizado mediante un tratamiento biológico aerobio.

              16. Uso de una composición, según la reivindicación 15, caracterizado porque dicho tratamiento biológico aerobio es del tipo SBR (reactor de alimentación discontinua).

              17. Uso de una composición, según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado porque la cantidad de composición a utilizar está entre el 0,001 y el 50% de materia seca con respecto a un litro de agua residual a tratar.


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