CARBONATO DE CALCIO CON SUPERFICIE SOMETIDA A REACCIÓN Y SU USO EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.

Proceso para la purificación de agua, en el que un carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción se hace entrar en contacto con el agua a purificar,

de manera que el carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción es el producto de reacción de un carbonato de calcio natural con un ácido y dióxido de carbono, el cual se forma in situ mediante el tratamiento con ácido y/o se suministra externamente, y el carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción se prepara en forma de una suspensión acuosa que tiene un pH mayor que 6,0, medido a 20ºC, y se adiciona un floculante polimérico al agua a purificar después de la adición del carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción.

Carbonato de calcio con superficie sometida a reacción y su uso en el tratamiento de aguas residuales La presente invención se refiere a un proceso para la purificación de agua usando un carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción, y a un material compuesto floculado que presenta una compacidad mejorada.

Existe una amplia variedad de técnicas de purificación de agua que pueden utilizarse para eliminar sólidos finos, microorganismos y materiales inorgánicos y orgánicos disueltos. La elección del método dependerá de la calidad del agua que se está tratando, del coste del proceso de tratamiento y de los patrones de calidad esperados del agua procesada.

La floculación se utiliza ampliamente en la purificación de agua tal como aguas residuales industriales o agua potable. Floculación se refiere a un proceso en el que compuestos disueltos y/o partículas coloidales se eliminan de la solución en forma de flóculos o “copos”. El término también se utiliza para hacer referencia al proceso mediante el cual se hace que particulados finos se aglomeren en flóculos. A continuación, los flóculos pueden flotar hasta la parte superior del líquido, asentarse en el fondo del líquido, o pueden filtrarse fácilmente con respecto al líquido.

Los floculantes, o agentes de floculación, son productos químicos que se usan para promover la floculación. Los floculantes se usan en procesos de tratamiento del agua para mejorar la sedimentación o filtrabilidad de partículas pequeñas. Muchos floculantes son cationes multivalentes tales como aluminio, hierro, calcio o magnesio. Estas moléculas cargadas positivamente interaccionan con partículas y moléculas cargadas negativamente para reducir las barreras para la agregación. Además, muchos de estos productos químicos, bajo un pH apropiado y otras condiciones, reaccionan con agua para formar hidróxidos insolubles, los cuales, al precipitarse, se unen entre sí para formar cadenas o mallas largas, atrapando físicamente partículas pequeñas dentro de un flóculo más grande.

Un floculante o coagulante común utilizado es el sulfato de aluminio el cual reacciona con agua para formar flóculos de hidróxido de aluminio. La coagulación con compuestos de aluminio puede dejar un residuo de aluminio en el agua final. El aluminio puede ser tóxico para los humanos en concentraciones elevadas.

Otro coagulante basado en aluminio es el poli cloruro de aluminio (PAC) . En soluciones de poli cloruro de aluminio (PAC) , los iones de aluminio se han constituido en polímeros que constan de agrupaciones de iones puenteados por átomos de oxígeno. El PAC se utiliza, por ejemplo, para el tratamiento del agua potable marrón que comprende materiales orgánicos tales como hojas y/o materiales inorgánicos tales como compuestos de hierro y manganeso los cuales provocan la decoloración marrón. Sin embargo, el PAC generalmente no es suficiente para eliminar de manera eficaz la decoloración marrón del agua.

El cloruro de hierro (III) es otro coagulante común. Los coagulantes de hierro (III) funcionan sobre un intervalo de pH mayor que el sulfato de aluminio, aunque no son eficaces con muchas aguas corrientes. La coagulación con compuestos de hierro típicamente deja un residuo de hierro en el agua final. Esto puede comunicar un ligero sabor al agua, y puede provocar manchas amarronadas en accesorios de porcelana. Además, el cloruro de hierro (III) presenta riesgos de corrosión en el sistema de tratamiento del agua.

Pueden usarse también polímeros como floculantes. A los mismos se les denomina con frecuencia medios auxiliares de coagulación usados conjuntamente con otros coagulantes inorgánicos. Sin embargo, cuando se usan en combinación con uno de los coagulantes inorgánicos anteriormente mencionados tales como cloruro de hierro (III) , es necesario que el polímero sea catiónico, es decir, es necesario que tenga una carga total positiva, para actuar eficazmente como medio auxiliar de floculación. Las cadenas largas de polímeros cargados positivamente pueden ayudar a reforzar el flóculo haciéndolo más grande, de sedimentación más rápida y más fácil de filtrar. Debido a la restricción a polímeros catiónicos, se reduce la flexibilidad del proceso.

Un floculante polimérico conocido es la poliacrilamida. Mediante el uso de comonómeros específicos, se puede proporcionar poliacrilamida aniónica, así como catiónica. Sin embargo, tal como ya se ha indicado anteriormente, cuando se usan en combinación con coagulantes inorgánicos, tales como cloruro de hierro (III) , solamente es eficaz la poliacrilamida catiónica.

Después del proceso de purificación del agua, es necesario que el material floculado sea extraído del agua, por ejemplo, por filtración, y que el mismo sea eliminado. Sin embargo, cuanto más elevado sea el volumen del material precipitado, por ejemplo, en forma de una torta de filtro, más elevados serán los costes de eliminación.

Otra característica del proceso que es necesario tener en cuenta es la velocidad de floculación y sedimentación, respectivamente. Naturalmente, para acelerar el proceso de purificación, es deseable una velocidad elevada de floculación. Sin embargo, no debería lograrse cualquier mejora de la velocidad de floculación a expensas de la eficacia de purificación. Además, la velocidad de floculación mejorada no debería tener un impacto perjudicial sobre el volumen del material precipitado.

En referencia al dominio del tratamiento de aguas residuales, los expertos conocen el documento GB1518357, que se refiere a un proceso para purificar aguas residuales industriales y/o agrícolas altamente contaminadas con sustancias orgánicas, que comprende mezclar el agua residual con suficiente agente alcalinizante que contiene calcio para elevar el pH por encima de 9, saturar a continuación el agua con dióxido de carbono, coagular el precipitado resultante mediante mezcla del agua tratada con un agente coagulante y separar el precipitado coagulado del agua.

Los expertos conocen también el documento EP0410877, que se refiere a una composición para la purificación química y biológica de aguas contaminadas, estando destinada dicha composición a esparcirse en el agua que debe ser purificada y caracterizándose porque comprende por lo menos dos de los materiales siguientes en forma granular: - un carbonato de calcio poroso rico en oligoelementos, - un hidrato de silicato de alúmina que contiene metales alcalino térreos. Estos dos materiales contienen en estado adsorbido, bacterias específicas, para la degradación biológica de materiales orgánicos que contienen una cadena de carbonos.

Asimismo en este dominio, el resumen del documento JP63229111 da a conocer un polvo de micropartículas de carbonato de calcio o carbón vegetal triturado con un tamaño de grano de entre 0, 05 y 0, 001 mm usado como floculante para la purificación de agua.

El documento FR2666080 da a conocer una composición inorgánica basada en sal de aluminio para un tratamiento de purificación de agua, caracterizada porque está en forma de un polvo que consiste en una mezcla de sal de aluminio y de carbonato de calcio.

El resumen del documento JP4131198 da a conocer un proceso de purificación de aguas residuales en el cual el agua residual se expone a un aire dispersado en forma de partículas con un tamaño de entre 0, 5 y 10 micras. El aire dispersado en forma de partículas agita el agua residual suficientemente para promover la floculación. Un líquido que contiene minerales extraídos de granitos erosionados y similares, se inyecta en un lado de pH ácido para obtener entre 100 y 3.000 ppm de un agua de tratamiento primario. Un agua de tratamiento secundario, neutralizada, se hace flotar bajo presión y se agita para eliminar un lodo y un agua de tratamiento terciario se filtra con medios de filtración que comprenden un granulado de minerales tales como carbonato de calcio y un carbón activo granular.

El resumen del documento JP9038414 da a conocer un precipitante de floculación que contiene partículas gruesas de carbonato de calcio que tienen un diámetro de partícula medio de entre 50 y 500 micras y partículas finas de carbonato de calcio que tienen un diámetro de partícula medio de entre 1 y 30 micras.

El documento WO 95/26932 da a conocer un método para tratar agua contaminada con algas, sólidos suspendidos o compuestos de metales pesados tóxicos, comprendiendo dicho método las etapas de: (a) adicionar al agua un floculante de sal metálica soluble... [Seguir leyendo]

1. Proceso para la purificación de agua, en el que un carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción se hace entrar en contacto con el agua a purificar, de manera que el carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción es el producto de reacción de un carbonato de calcio natural con un ácido y dióxido de carbono, el cual se forma in situ mediante el tratamiento con ácido y/o se suministra externamente, y el carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción se prepara en forma de una suspensión acuosa que tiene un pH mayor que 6, 0, medido a 20º C, y se adiciona un floculante polimérico al agua a purificar después de la adición del carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción.

2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción se prepara como una suspensión acuosa que tiene un pH mayor que 6, 5, preferentemente mayor que 7, 0 y de la forma más preferente 7, 5, medido a 20º C.

3. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, en el que el carbonato de calcio natural se selecciona de un mármol, una calcita, una creta, una dolomita, una piedra caliza, o mezclas de los mismos.

4. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el ácido tiene un pKa a 25º C, de 2, 5 ó menor.

5. Proceso de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el ácido tiene un pKa a 25º C, de 0 ó menor.

6. Proceso de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el ácido es ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, o mezclas de los mismos.

7. Proceso de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el ácido tiene un pKa a 25º C, de entre 0 y 2, 5.

8. Proceso de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el ácido es H2SO3, HSO4¯, H3PO4, ácido oxálico, o mezclas de los mismos.

9. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el carbonato de calcio natural se hace reaccionar con el ácido y/o el dióxido de carbono en presencia de por lo menos un compuesto seleccionado del grupo consistente en silicato, sílice, hidróxido de aluminio, aluminato de metal alcalino térreo, óxido de magnesio, o mezclas de los mismos.

10. Proceso de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el por lo menos un silicato se selecciona de un silicato de aluminio, un silicato de calcio o un silicato de metal alcalino térreo.

11. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción tiene un área superficial específica de entre 5 m2/g y 200 m2/g, medida usando nitrógeno y el método BET según la ISO 9277.

12. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción tiene un diámetro medio del grano de entre 0, 1 y 50 !m, medido de acuerdo con el método de sedimentación.

13. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción tiene una porosidad intra-partícula dentro del intervalo de entre un 20% en volumen y un 40% en volumen, medida mediante porosimetría de mercurio.

14. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción se adiciona al agua a purificar en forma de una suspensión acuosa, opcionalmente estabilizado con un dispersante.

15. Proceso de acuerdo con la reivindicación 14, en el que el carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción se estabiliza con un dispersante catiónico, y en el que el carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción se ha preparado a partir de mármol en presencia de por lo menos un silicato.

16. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción se suspende en el agua a purificar en forma de polvo y/o en forma de gránulos.

17. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el agua que se va a purificar se hace entrar en contacto con el carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción mediante filtración en superficie, filtración en profundidad y/o filtración por aluvión.

18. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el floculante polimérico es aniónico.

19. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el floculante polimérico es catiónico.

20. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el floculante polimérico es poliacrilamida.

21. Proceso de acuerdo con la reivindicación 20, en el que la poliacrilamida tiene un peso molecular medio en peso Mw en el intervalo de entre 100.000 g/mol y 10.000.000 g/mol.

22. Proceso de acuerdo con la reivindicación 20 ó 21, en el que la poliacrilamida tiene una carga total negativa y comprende unidades comonoméricas derivadas de ácido (met) acrílico.

23. Proceso de acuerdo con la reivindicación 20 ó 21, en el que la poliacrilamida tiene una carga total positiva y comprende unidades comonoméricas derivadas de (met) acrilatos de aminoalquilo.

24. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el pH del agua a purificar se ajusta a un valor mayor que 6, 5 antes de hacerla entrar en contacto con el carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción.

25. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el agua que se va a purificar se selecciona de aguas residuales industriales, agua potable, aguas residuales urbanas, aguas residuales de fábricas de cerveza u otras industrias de bebidas, o agua en la industria papelera.

26. Proceso de acuerdo con la reivindicación 25, en el que el agua que se va a purificar contiene impurezas de metales pesados y/o impurezas orgánicas.

27. Proceso de acuerdo con la reivindicación 25 ó 26, en el que el agua que se va a purificar contiene microorganismos.

28. Proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones 25 a 27, en el que el agua que se va a purificar contiene por lo menos un compuesto seleccionado de compuestos policíclicos, colesterol, y/o compuestos disruptores endocrinos.

29. Proceso de acuerdo con la reivindicación 28, en el que el carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción se usa en combinación con carbón activado.

30. Uso del carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción, en combinación con un floculante polimérico según se ha definido en una de las reivindicaciones 1 a 23, para la purificación de agua.

31. Material compuesto obtenido mediante el proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 29, que comprende el carbonato de calcio natural cuya superficie se ha sometido a reacción y un floculante polimérico según lo definido en una de las reivindicaciones 1 a 23 y por lo menos una de las impurezas seleccionadas de impurezas de metales pesados, microorganismos, compuestos policíclicos, colesterol y compuestos disruptores endocrinos.

32. Material compuesto, de acuerdo con la reivindicación 31, que comprende además carbón activado.