Proceso para la preparación de turba inmovilizada.

Proceso para la obtención de un bioadsorbente consistente en turba o material análogo a la turba inmovilizada en esferas de alginato cálcico,

destinadas al tratamiento de aguas, la utilización de turba (o cualquier otro material vegetal con características similares a la turba) inmovilizada en esferas de alginato cálcico es una alternativa a otros productos más costosos como resinas de intercambio iónico o más difíciles de manejar como el carbón activo para el tratamiento de aguas contaminadas. Destacar que la turba es un producto amigable con el medio ambiente, biodegradable y que tras su inmovilización puede ser fácilmente manejable para su uso en el tratamiento de aguas.

Proceso para la preparación de un bioadsorbente basado en turba o material análogo a la turba inmovilizado

Sector de la técnica El producto que se obtiene es de aplicación inmediata en empresas relacionadas con la obtención de turba o con aquellas empresas dedicadas a la obtención de abonos en forma de materia vegetal biodegradada con unas características similares a la turba, ya que les permitiría obtener una nueva línea de producto, con gran aplicación en el tratamiento de aguas con una elevada carga de compuestos coloreados, como pueden ser aguas procedentes de las industrias vitivinícolas o del sector textil.

Estado de la Técnica Tanto empresas nacionales como grandes conglomerados internacionales compiten en la carrera por desarrollar productos amigables con el medioambiente. Muchas industrias como las pertenecientes al sector textil, sector vitivinícola industrias papeleras, consumen enormes volúmenes de agua y como resultado de ello generan a su gran cantidad de agua contaminada con compuestos coloreados, la mayoría de las veces altamente fitotóxicos, como por ejemplo las vinazas procedentes de las industrias vitivinícolas (Paradelo et al., 2009) . Otros compuestos coloreados además pueden ser altamente carcinogénicos y afectar a ecosistemas acuáticos (O'Neill et al., 1999; Vandevivere et al., 1998) . Además algunos compuestos coloreados son perceptibles a concentraciones menores de 1ppm generando un impacto visual no deseable (Robinson et al., 2001; Banat et al." 1996) . Los compuestos coloreados son altamente hidrofílicos por lo que se encuentran con frecuencia en las aguas residuales (Pearce et al., 2003; Robinson et al., 2001) . Cada vez es más restrictiva la concentración de estos compuestos en los efluentes industriales, por lo que se hace necesaria la búsqueda de nuevos productos amigables con el medio ambiente, de fácil manejo y de bajo coste que permitan la eliminación de este tipo de compuestos. Muchos compuestos coloreados son recalcitrantes, no biodegradables y estables a la luz, al calor así como a agentes oxidantes por lo que hay que buscar distintas alternativas para su eliminación. La adsorción es la operación básica más utilizada para el tratamiento de aguas residuales con elevado contenido en compuestos coloreados. En la mayoría de estos procesos se utiliza carbón activo inmovilizado, el cual aunque ha sido considerado por la Agencia de Protección del Medio Ambiente americana como uno de los mejores productos del mercado para el tratamiento de aguas, este presenta un elevado coste, siendo necesario la búsqueda de adsorbentes alternativos de bajo coste. La utilización de turba inmovilizada en el tratamiento de aguas contaminadas con compuestos coloreados constituye una técnica innovadora amigable con el medio ambiente y que puede sustituir a otros adsorbentes más costosos y más difíciles de manejar, como el carbón activo, en el tratamiento de aguas contaminadas con compuestos coloreados. Además la turba a diferencia del carbón activo no necesita ser sometida a un proceso de activación (Anjaneyulu et al., 2005) . La turba es un compuesto natural de naturaleza lignocelulósica, que contiene lignina, celulosa y ácido húmicos y fúlvicos. Además presenta carácter polar por lo que presenta gran capacidad de adsorción de metales y compuestos polares. La capacidad de adsorción de la turba ha sido demostrada por numerosos investigadores. La turba ha sido probada principalmente como adsorbente de metales y compuesto coloreados en el tratamiento de aguas (Allen 2004; Ho and MacKay, 1998; Ho and Mackay 2003; Sun and Yang, 2003; Ramakrishna and Viraraghavan" 1997; Poots et al., 1976; Paradelo et al., 2009) , aunque su utilización directa tiene varios inconvenientes como el incremento de partículas en el agua y su dificil manejo, por lo que es interesante buscar nuevas formas de presentación de este producto que pueda facilitar su aplicación en el tratamiento de aguas . Sun y Yang (2003) propuso la utilización de resina mezclada con turba, mediante la oxidación de la turba y su mezcla con alcohol de polivinilo y formaldehido con una capacidad de adsorción de 400-350 mg/g en función del colorante utilizado. Jeffers et al., 1991 investigó la inmovilización de la turba, utilizando polisulfone y N, Ndimeilformamida para la eliminación de metales pesados a partir de aguas cotaminadas. En este proceso se plantea la inmovilización de la turba en esferas de alginato cálcico, material biodegradable ampliamente utilizado en el inmovilización de células microbianas, con lo que . se pretende obtener un adsorbente con gran espectro de aplicación en el tratamiento de aguas residuales altamente coloreadas.

Explicación de la invención 1: Breve explicación de la invención Se propone la obtención de un producto consistente en turba (masa esponjosa y ligera en la que aún se aprecian los componentes vegetales que la originaron) o abono orgánico, inmovilizado en esferas de alginato cálcico, para el tratamiento de aguas residuales que contengan compuestos coloreados o metales, como producto alternativo a otros más costosos o de dificil manejo como pueda ser el carbón activo. El procedimiento para la obtención de este producto se concreta en:

1. Secar la turba o el abono orgánico hasta obtener humedad menor del 4 %, para facilitar su molienda. En cualquier caso se tendrá en cuenta la humedad de la turba, a la hora de formular la disolución de alginato sódico.

II. Moler la turba o el abono orgánico hasta un tamaño de partícula menor de 0, 4 mm.

III. Mezclar entre 0, 5-2 % de turba con 1-5 % de alginato sódico.

IV. Añadir la mezcla anterior a una disolución de cloruro cálcico entre 0, 05-0, 9 M, bombeando con un caudal constante que permita la formación de esferas de alginato cálcico más o menos homogéneas, que contendrán la turba o el abono orgánico y formándose a su vez cloruro sódico.

V. Obtener la turba o el abono orgánico inmovilizado tras filtrar la disolución de cloruro sódico del paso anterior y que contiene la turba o el abono orgánico inmovilizado en esferas de alginato cálcico.

VI. Lavar la turba inmovilizada con agua caliente VII. Guardar la turba o el abono orgánico inmovilizado en una disolución de cloruro sódico 0, 051-0, 9 M para su conservación.

2: Explicación detallada de la invención Esta invención se basa en la obtención de turba o abono orgánico inmovilizado en esferas de alginato cálcico para el tratamiento de aguas coloreadas. Para ello es importante utilizar la cantidad adecuada de turba o abono orgánico, alginato sódico y cloruro cálcico que permita la correcta inmovilización de la turba o del abono orgánico y posterior adsorción de los compuestos coloreados sobre el sustrato inmovilizado.

2.1 Acondicionamiento de la turba Antes de inmovilizar la turba o el abono orgánico es importante eliminar la humedad de la misma, secándola al aire hasta obtener un porcentaje de humedad que permita su molienda. Posteriormente es necesario homogenizar la turba o abono orgánico, moliéndola hasta obtener un tamaño de partícula menor de 0, 4 mm.

2.2 Composición de la turba Se ha utilizado turba comercial con la siguiente composición:

jJH (CaCh) 5, 0-6, 5

Contenido en sal (KCl) giL < 3, 0

200-450 mgIL Nitrógeno (N)

Contenido en abono (nutrientes solubles) 200-500 mglL Fosfato (P20 51

300-550 mgIL Oxido de potasio (K2O)

Contenido básico Turba, Perlita, Agrosil, cal y elementos nutrientes

2.3 Inmovilización de la turba Para inmovilizar la turba esta se mezcló con diferentes disoluciones de alginato sódico 15 % Y posteriormente la mezcla se añadió gota a gota utilizando una bomba Masterflex a una disolución de cloruro cálcico entre 0, 051-0, 9 M. El proceso de inmovilización de la turba se llevó a cabo a temperatura ambiente.

2.4 Almacenamiento de la turba inmovilizada Una vez la turba ha sido inmovilizada esta se lava con agua y se almacena en cloruro sódico 0.9 M.

Ejemplo de realización de la invención 20 Para la inmovilización de la turba o abono orgánico se necesitan 3 componentes esenciales:

a. turba o abono orgánico

b. alginato sódico

c. cloruro cálcico 25 Estrategia llevada a cabo para obtener las condiciones optimas de la turba inmovilizada Las condiciones óptimas de la inmovilización de la turba se obtuvieron llevando a cabo un diseño factorial incompleto donde las variables independientes evaluadas fueron la concentración de turba (Xl) ; la concentración de alginato sódico (X2) y la concentración 30 de cloruro cálcico (X3) , mientras que las variables dependientes evaluadas fueron la disminución en la absorbancia a 620 nm (YI) , 520 nm (Y2) , 420 nm (Y3) y 280 nm (Y4) , intensidad... [Seguir leyendo]

1. Proceso para la preparación de un bioadsorbente basado en turba o material análogo a la turba inmovilizado en esferas de alginato cálcico, caracterizado por comprender las siguientes etapas:

a. Determinar la humedad de la turba o material análogo a la turba para calcular la concentración de alginato sódico que debe contener la disolución de turba o material análogo a la turba.

b. Moler la turba o material análogo a la turba hasta un tamaño de partícula menor de 0, 4 mm.

c. Mezclar entre un 0, 5-2 % de turba seca o material análogo a la turba seco con 1-5 % de alginato sódico.

d. Añadir la mezcla anterior a una disolución de cloruro cálcico entre 0, 0510, 9 M, bombeando con un caudal constante que permita la formación de esferas de alginato cálcico, que contendrán la turba o material análogo a la turba y formándose a su vez cloruro sódico.

e. Obtener la turba o material análogo a la turba inmovilizado tras filtrar la disolución de cloruro sódico del paso anterior y que contiene la turba o material análogo a la turba inmovilizado en esferas de alginato cálcico.

f. Lavar la turba o material análogo a la turba con agua caliente.

g. Guardar la turba o material análogo a la turba en una disolución de cloruro cálcico 0, 9 M para su conservación.

2. Proceso para la preparación de un bioadsorbente basado en turba o material análogo a la turba inmovilizado en esferas de alginato cálcico, según reivindicación 1, en el que el material análogo a la turba es un abono orgánico.

3. Proceso para la preparación de un bioadsorbente basado en turba o material análogo a la turba inmovilizado en esferas de alginato cálcico, según reivindicación 1, en el que el material análogo a la turba es cualquier resto vegetal que haya sufrido un proceso de degradación similar a la turba.

4. El uso de un bioadsorbente basado en turba o material análogo a la turba inmovilizado en esferas de alginato cálcico, según reivindicaciones 1-3, como adsorbente para el tratamiento de aguas residuales.

Tabla 1. Variables independientes y dependientes utilizadas en este estudio.

a) Variables independientes

Variable Nomenclatura Unidades Rango de varación

Turba T % 0.5-2

AIginato sódico A % 1-5

Cloruro cálcico C M 0.050-0.900

b) Variables independientes adimensionales codificadas

Variable Nomenclatura Defmición Rango de variación

Turba XI (T -1.25) /0.75 (-1, 1)

AIginato sódico X2 (A-3) /2 (-1, 1)

Cloruro cálcico X3 (C-O.475) /0.2125 (-1, 1)

c) Variables dependientes Variable Nomenclatura Unidades

Disminución en absorbancia a 620 nm YI %

Disminución en absorbancia a 520 nm Y2 %

Disminución en absorbancia a 420 nm Y3 %

Disminución en absorbancia a 280 nm Y4 %

I = ~2º+As20 (Intensidad del color) Ys nm

T = A4201AS20 (Tonalidad) Y6 nm

IC = A620+As20+~20 (Intensidad colorante) Y7 nm

L* (Luminosidad del color) Ys nm

a* (asociada con cambios en rojos-verdes) Y9 nm

b" (asociada con cambios en amarillos-azules) YIO nm

C"ab (Intensidad del color o saturación) YII nm

Hab (Tono del color) YI2 nm

Tabla 2. Condiciones de operación consideradas en este estudio (expresadas en términos de variables independientes codificadas) y los resultados experimentales conseguidos de las variables dependientes de la YI a Y12.

Variables Independientes Variables Dependientes Exp. x¡ X2 X3 Y¡ Y2 Y3 Y4 Ys Y6 Y7 Ys Y9 YIO Yll Y12 -1 -1 0, 06 0, 11 0, 17 2, 50 0, 28 1, 62 0, 34 92, 24 1, 25 7, 82 31, 36 0, 16 2 ° 1 -1 0, 04 0, 10 0, 16 3, 14 0, 26 1, 72 0, 30 93, 34 1, 82 8, 71 39, 59 0, 21 3 ° -1 1 0, 04 0, 08 0, 13 1, 97 0, 21 1, 54 0, 25 94, 07 1, 22 5, 73 17, 16 0, 21 4 ° 1 1 0, 04 0, 09 0, 13 2, 71 0, 22 1, 57 0, 26 94, 07 2, 26 6, 55 24, 01 0, 3.

5. 1 -1 ° 0, 08 0, 15 0, 21 2, 80 0, 37 1, 37 0, 45 88, 99 3, 39 8, 98 46, 07 0, 3.

6. 1 1 ° 0, 12 0, 21 0, 28 3, 31 0, 49 1, 36 0, 61 85, 41 3, 94 10, 57 63, 62 0, 36 7 1 -1 ° 0, 07 0, 10 0, 15 1, 87 0, 25 1, 59 0, 31 92, 79 0, 48 6, 23 19, 52 0, 08 8 1 ° 0, 06 0, 11 0, 17 2, 47 0, 28 1, 57 0, 33 92, 21 1, 66 7, 38 28, 61 0, 2.

9. 1 ° -1 0, 15 0, 25 0, 33 3, 35 0, 58 1, 33 0, 73 82, 46 4, 35 11, 03 70, 29 0, 3.

10. 1 ° 1 0, 04 0, 11 0, 16 2, 64 0, 27 1, 41 0, 31 92, 51 3, 56 7, 43 33, 94 0, 45 11 ° -1 0, 05 0, 10 0, 16 2, 21 0, 26 1, 69 0, 31 93, 00 0, 93 7, 69 30, 00 0, 12 12 1 ° 1 0, 10 0, 15 0, 21 1, 98 0, 36 1, 45 0, 46 89, 04 1, 38 7, 48 28, 93 0, 18 13 ° 0, 07 0, 11 0, 17 2, 27 0, 28 1, 57 0, 36 91, 58 1, 90 7, 41 29, 25 0, 25

° °

° 0, 06 0, 10 0, 18 2, 29 0, 28 1, 70 0, 34 92, 51 1, 88 7, 70 31, 37 0, 24

° °

° 0, 07 0, 13 0, 19 2, 26 0, 32 1, 47 0, 39 90, 65 1, 91 7, 98 33, 66 0, 23

° °

~ 0.93 0.95 0.95 0.99 0.95 0.86 0.95 0.95 0.99 0.96 0.98 0.99

Tabla 3. Coeficientes de regresión y su error estadístico de las variables Yl a Y6.

y¡ Py¡ Y2 Py2 Y3 Py3 Y4 Py4 Y5 Py5 Y6 Py6 bo 0, 07 0, 01 * 0, 11 0, 00* 0, 18 0, 00* 2, 27 0, 00* 0, 29 0, 00* 1, 58 0, 00* b¡ -0, 01 0, 06 -0, 03 0, 02* -0, 04 0, 01* -0, 45 0, 00* -0, 07 0, 01 * 0, 10 0, 13 bll 0, 03 0, 04* 0, 04 0, 03* 0, 05 0, 01 * 0, 15 0, 00* 0, 09 0, 02* -0, 13 0, 17 b2 0, 00 0, 90 0, 01 0, 25 0, 01 0, 07 0, 31 0, 00* 0, 02 0, 13 0, 01 0, 82 b22 -0, 01 0, 13 -0, 02 0, 15 -0, 02 0, 04* 0, 19 0, 00* -0, 04 0, 08 0, 02 0, 77 b3 -0, 01 0, 11 -0, 02 0, 08 -0, 03 0, 01* -0, 24 0, 00* -0, 04 0, 03* -0, 05 0, 35 0, 26 -0, 01 0, 45 -0, 01 0, 17 0, 12 0, 00* -0, 02 0, 29 0, 02 0, 81

b33 -0, 01 bl2 -0, 01 0, 17 -0, 01 0, 25 -0, 01 0, 09 0, 02 0, 08 -0, 02 0, 15 0, 00 0, 96 bl3 0, 04 0, 02* 0, 05 0, 02* 0, 06 0, 01* 0, 12 0, 00* 0, 10 0, 01 * -0, 08 0, 30 b23 0, 00 0, 70 0, 00 0, 66 0, 00 0, 48 0, 02 0, 07 0, 01 0, 58 -0, 02 0, 79

*Coeficiente significativo (p>0.05)

Tabla 4. Coeficientes de regresión y su error estadístico de las variables Y7 a la Y12.

Y7 Py7 Ys PyS Y9 Py9 YIO PylO Yll Pyll YI2 Pyl2

bo 0, 36 0, 00* 91, 58 0, 00* 1, 90 0, 00* 7, 70 0, 00* 31, 43 0, 00* 0, 24 0, 00* bl -0, 09 0, 01* 2, 21 0, 02* -1, 35 0, 00* -1, 15 0, 01* -13, 36 0, 00* -0, 12 0, 00* bll 0, 11 0, 02* -2, 95 0, 03* 0, 69 0, 00* 0, 90 0, 03* 10, 39 0, 01* 0, 03 0, 01* b2 0, 02 0, 21 -0, 38 0, 36 0, 42 0, 00* 0, 56 0, 03* 5, 22 0, 02* 0, 04 0, 01* b22 -0, 05 0, 08 1, 22 0, 13 -0, 22 0, 00* -0, 31 0, 18 -2, 37 0, 18 -0, 02 0, 04* b3 -0, 05 0, 04* 1, 08 0, 08 0, 01 0, 25 -1, 01 0, 01* -8, 40 0, 01* 0, 04 0, 01* b33 0, 25 0, 63 0, 32 -0, 04 0, 05 -0, 19 0, 33 -1, 03 0, 46 0, 01 0, 27

-0, 02 b12 -0, 04 0, 14 0, 75 0, 25 0, 16 0, 00* -0, 11 0, 52 -2, 12 0, 20 0, 04 0, 01* b13 0, 14 0, 01* -3, 50 0, 02* 0, 31 0, 00* 0, 85 0, 03* 8, 82 0, 02* 0, 00 0, 62 b23 0, 01 0, 59 -0, 27 0, 61 0, 12 0, 00 -0, 02 0, 91 -0, 35 0, 78 0, 02 0, 04*

*Coeficiente significativo (p>0.05)

Tabla 5. Valores de las variables dependientes de la vinaza sin tratar y la vinaza tratada obtenidos tras el tratamiento con turba inmovilizada elaborada en las condiciones óptim

Parámetros Abs 620

Abs 520

Abs 420

Abs 280 I T IC

L'

a•

b'

C'ab

Hab

Nomenclatura Y¡ Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 YIO Yll Y12

Vinaza sin tratar

0.42

1.03

1.05

4.49

2.08

1.01

2.50

49.28

29.60

23.95

724.88

0.89 Vinaza tratada 0.04

0.08

0.13

1.97

0.21

1.54

0.25

94.07

1.22

5.73

17.16

0.21