PROCEDIMIENTO PARA LA ELIMINACIÓN DE MICROORGANISMOS EN AGUAS POR FILTRACIÓN.

Procedimiento para la eliminación de microorganismos en aguas por filtración.

El objeto de la presente invención es un procedimiento para el tratamiento y purificación de aguas, dirigido a la eliminación de microorganismos, especialmente bacterias, pero de utilidad también para virus o protozoos.

El procedimiento presenta ventajas frente a los métodos actualmente existentes ya que minimiza la aparición de efectos no deseados, tales como la formación de productos carcinógenos, por ejemplo los trihalometanos o ácidos haloacéticos que se generan en los tratamientos mediante cloración o las nitrosaminas en tratamientos por cloraminación.

El procedimiento se basa en la filtración de agua a través de materiales complejos que comprenden polímeros catiónicos sobre láminas de minerales de arcilla.

Procedimiento para la eliminación de microorganismos en aguas por filtración

SECTOR DE LA INVENCIÓN

Esta invención se inscribe en tratamientos de desinfección de aguas. En particular, hace referencia al uso de complejos polímeros-minerales de la arcilla en procesos de filtración con el fin de reducir la concentración de microorganismos presentes en el agua, evitando el uso de procesos de desinfección alternativos que pueden dar lugar a productos secundarios carcinógenos. El uso de estos complejos polímeros-arcilla en medios de filtración será también ventajoso para la reducción de formación de biopelículas en tratamientos de agua basados en tecnologías de membranas, mejorando por tanto su eficiencia y prolongando la vida útil de estas.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Los procesos de desinfección son cruciales en servicios de tratamientos de agua. La desinfección se realiza tradicionalmente en plantas de tratamiento de aguas mediante cloración, que reduce enormemente los patógenos presentes en el agua pero puede poseer un serio riesgo para la salud humana por la formación de bioproductos de desinfección (DBP) . La presencia de una cantidad pequeñísima de materia orgánica natural en aguas cloradas puede inducir la formación de triahalometanos (THMs) y ácidos haloacéticos (HAAs) , que son carcinógenos. Su concentración en aguas está estrictamente regulada (<100 μg L-1 para THMS en la Unión Europea, Drinking Water Directive 98/83/EC; <80 y 60 μg L-1 para THMS y HAAs, respectivamente, por la USEPA, EPA-HQ-OW-2002-0043) . De aquí que el uso de desinfectantes alternativos reducirá la formación de dichos productos. El uso de cloraminación reduce la formación de THM y HAAs pero conduce a la formación de nitrosaminas. La especie más dominante es N-nitrosodimetilamina (NDMA) . La OMS permite un nivel en aguas potables de 0.1 μg L-1 pero debido a su alta genotoxicidad, algunas legislaciones nacionales han establecido niveles inferiores: 10 ng L-1 en California, 40 ng L-1 en Canada. NDMA puede estar presente en aguas brutas a muy bajos niveles, pero su concentración aumenta enormemente tras cloraminación en los efluentes y sistemas de distribución de plantas de tratamiento de aguas (WTPs) (Charrois et al., Occurrence of N-nintrosamines in Alberta public drinking-water distribution systems. J. Environ. Eng. Sci. 6, 103-11; 2007) . Se ha indicado que los precursores de nitrosaminas que deben ser eliminados durante el proceso de purificación de aguas son dimetilamina y otras aminas presentes en aguas naturales, que se oxidan durante el tratamiento del agua (Lee et al., Oxidative degradation of N-nitrosodimethylamine by conventional and the advanced oxidation process ozone/hydrogen peroxide. Water Res. 41, 581-590; 2007) . Otros precursores son polímeros usados como floculantes y resinas de intercambio aniónicas basadas en aminas cuaternarias. Se ha reseñado también la formación de NDMA al usar cloración tras estos intercambios iónicos (Kemper et al., Nitrosamine, dimethylnitramine, and chloropicrin formation during strong base anion-exchange treatment. Environ. Sci. Technol. 43, 466-472; 2009) . En general, se ha observado una correlación positiva entre nitrógeno orgánico disuelto (DON) y formación de nitrosaminas. Sin embargo, se han detectado muchos otros bioproductos nitrogenados (N-DBP) en los efluentes de plantas de tratamiento de aguas. Cerca de 70 DBPs se han detectado en los muestreos en WTP estadounidenses llevados a cabo por Krasner et al. Occurrence of a new generation of disinfection byproducts. Environ. Sci. Technol. 40, 7175-7185; 2006) . Los N-DBPs detectados fueron haloacetonitrilos, halonitrometanos, haloacetamidas y haluros de cianógeno.

El ozono es también un desinfectante muy potente capaz de eliminar un rango amplio de microorganismos incluyendo aquellos resistentes a otros medios oxidativos tales como la cloración. Sin embargo, es una molécula muy inestable que se descompone muy rápidamente. Algunos estudios han mostrado efectos no deseados tras ozonización, como formación de nitrosaminas y haluros de cianógeno. Los procesos de oxidación avanzados (AOPs) basados en el ataque a moléculas dianas de radicales hidroxilos generados por irradiación UV en presencia de oxidantes como ozono, H2O2 o TiO2, son capaces de degradar muy eficientemente numerosos contaminantes (Paspaltsis et al., Photocatalytic degradation of prions using the photo-Fenton reagent. J. Hospital Infection 71, 149-156; 2009) .

Se puede reducir grandemente la formación de DBPs en el curso del tratamiento de agua mediante la eliminación de precursores. Una fuente importante son las múltiples moléculas bioactivas y grupos funcionales presentes en la materia orgánica natural (NOM) : aminoácidos y aldehídos responsables de la formación de haloacetonitrilos y haluros de cianógeno; aminas secundarias y terciarias de nitrosaminas; fenoles de cloro-y bromo-benzoquinonas, etc.. Otros precursores derivan de microcontaminantes orgánicos o los así llamados contaminantes emergentes (ECs) presentes en las fuentes de suministro de agua potable. Estos ECs comprenden una gran variedad de agentes químicos: materiales ignífugos, surfactantes, pesticidas y productos de su transformación, fármacos, productos de limpieza personal, etc.

La eliminación de precursores se realiza habitualmente mediante un paso previo de filtración. Generalmente se usa filtración empleando carbón activado granular (GAC) pero presenta el inconveniente de su baja eficiencia en la eliminación de pequeñas moléculas polares. Zwiener (Occurrence and analysis of pharmaceuticals and their transformation products in drinking water treatment. Anal. Bioanal. Chem. 387, 1159-1162;2007) observó una buena correlación entre el porcentaje de eliminación mediante carbono activado y el coeficiente de partición octanol/agua (Kow) para sustancias químicas con log Kow>3. Como resultado, se hace necesaria su combinación con otros tratamientos para adquirir una buena calidad de agua potable. La filtración por membranas, bien por nanofiltración o bien por ósmosis inversa, ha mostrado ser muy eficiente en la eliminación de ECs, y compuestos cargados negativamente. La retención de microcontaminantes por membranas es altamente dependiente de las propiedades físico-químicas de los contaminantes, que están influenciadas por la química de la solución. Así, por ejemplo, se ha mostrado una mayor retención para fármacos ionizables mientras que la forma neutra se adsorbía considerablemente en la membrana hidrofóbica. Esto tiene el riesgo de que la membrana actúe como un reservorio grande de ECs que pueden ser liberados durante variaciones erráticas de pH en el funcionamiento o limpieza de la misma membrana. Además, las membranas necesitan un alto y costoso servicio de mantenimiento para disminuir el bloqueo permanente de poros y ensuciamiento.

La regeneración de aguas debe hacer frente a altos contenidos de materia orgánica y ECs en la entrada de la planta causando una mayor formación de DBP. Esto explica la gran toxicidad observada en los efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales que ha forzado la adopción de regulaciones más exigentes en numerosos países. Sirva de ejemplo que la OMS ha establecido valores inferiores para el indicador entérico patogénico Escherichia coli de 1000 unidades formadoras de colonias (UFC) /100 mL en riego de cultivos frente a valores de 100 UFC/100 mL en España o ninguna cantidad detectable en EEUU en cultivos alimentarios. Los niveles requeridos para los efluentes son función de la aplicación para un reuso específico: cultivos alimentarios procesados, embalses, recarga de acuíferos, piscifactorías, uso industrial, etc. La mayoría de los tratamientos son a nivel secundario antes de la desinfección (generalmente por cloración) , y en ciertos usos un paso intermedio de filtración. La filtración ayuda a reducir la carga de gérmenes patógenos acuáticos por adsorción física o atrapamiento, además de eliminación de partículas a las que están asociados, y también de precursores. Los procesos de filtración por membrana son únicamente ventajosos para niveles de calidad de agua muy exigentes, lo que no es el caso general en regeneración de aguas, a causa de sus altos costes operacionales. La biofiltración es capaz de reducir grandemente los constituyentes biodegradables que son una fuente de formación de DBP (Kalkan et al., Evaluation of biological activated carbon (BAC) process in wastewater treatment secondar y effluent for reclamation purposes. Desalination 265, 266-273; 2011) .

Los procesos de desinfección mejoran enormemente al combinarlos con otros procesos de tratamiento. Las legislaciones nacionales proveen regulaciones sobre qué tipo de procesos deben ser... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la eliminación de microorganismos en aguas por filtración, mediante el contacto de la solución acuosa conteniendo dichos microorganismos con un material complejo caracterizado porque dicho material complejo comprende un polímero catiónico adsorbido sobre arcilla.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el complejo polímero â?" arcilla se mezcla con un material granular, en proporción complejo/material granular comprendida entre el 2% y el 10%.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el material granular es un material inerte que se selecciona entre arena procedente de cuarzo, antracita y roca basáltica molida con un tamaño de los gránulos comprendido entre 0, 2 y 2 mm.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el polímero catiónico se selecciona entre derivados de almidón, quitosán, compuestos poliméricos de dialilo de amonios, polímeros catiónicos que contengan estructuras heterocíclicas o aromáticas, policationes acrílicos y metacrílicos y policationes conteniendo grupos biguanida, fosfonio y sulfonio.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el polímero catiónico es un almidón catiónico con éteres de amonios cuaternarios.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la arcilla se selecciona entre ilita, mica, silicatos fibrosos y esmectita.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el silicato fibroso es sepiolita.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la esmectita es montmorillonita.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la relación polímero â?" arcilla en el complejo está comprendida 0, 7:1 y 1, 72:1 (p/p) .

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque la relación polímero â?" arcilla en el complejo es 0, 8:1.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el complejo polímero â?" arcilla presenta una configuración plana del polímero sobre la superficie de la arcilla y un potencial superficial positivo.

12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el contacto entre la solución acuosa conteniendo microorganismos con el complejo polímero â?" arcilla se lleva a cabo en al menos un filtro de columna haciendo pasar la solución acuosa en continuo a través del complejo polímero â?" arcilla, lo que permite la eliminación simultánea de microorganismos y sustancias orgánicas presentes en el agua a tratar.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque el filtro se regenera mediante tratamiento con HCl.

14. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque el filtro se regenera mediante tratamiento con hipoclorito sódico.