Proceso para la purificación de agua y/o drenado de lodos y/o sedimentos usando un carbonato de calcio de superficie tratada.

Un proceso para la purificación del agua y/o drenado de lodos y/o sedimentos,

que comprende los pasos siguientes de:

a) proporcionar agua para ser purificada y/o lodo y/o sedimento para ser drenados que comprenden impurezas;

b) proporcionar por lo menos un carbonato de calcio de superficie tratada, en donde por lo menos 1% del área de superficie accesible del carbonato de calcio está cubierta con un recubrimiento que comprende por lo menos un polímero catiónico, y

c) poner en contacto el agua y/o lodo y/o sedimento del paso a) con el por lo menos un carbonato de calcio de superficie tratada del paso b) para obtener un material compuesto de carbonato de calcio de superficie tratada e impurezas,

donde el carbonato de calcio de superficie tratada comprende un carbonato de calcio de superficie modificada que se ha procesado con polímeros catiónicos a través de un paso de tratamiento adicional,

donde el carbonato de calcio de superficie modificada se obtiene haciendo reaccionar un carbonato de calcio natural y/o carbonato de calcio precipitado con un ácido y con dióxido de carbono antes de la preparación del carbonato de calcio de superficie tratada, donde el dióxido de carbono es formado in situ por el tratamiento con ácido y/o es suministrado desde una fuente externa.

Proceso para la purificación de agua y/o drenado de lodos y/o sedimentos usando un carbonato de calcio de superficie tratada.

Descripción de la invención

La invención se refiere a un proceso para la purificación de agua y/o drenado de lodos y/o sedimentos.

La contaminación del agua ha planteado un problema grave a nivel mundial. En este sentido, se sugiere que la contaminación del agua es la causa principal de mortalidad y morbilidad en los países en desarrollo, pero que también los países industrializados continúan luchando con tales problemas de contaminación. En general, se dice que el agua, lodos y sedimentos están contaminados cuando están dañados por contaminantes antropogénicos y, o bien no favorecen el consumo humano, tal como servir como agua potable, y/o tienen impactos negativos en la flora y fauna acuática y terrestre.

Los contaminantes o impurezas específicas causantes de la contaminación en el agua, lodos y sedimentos, incluyen una amplia variedad de sustancias químicas, patógenos o de cambios físicos y sensoriales tales como alzas de temperatura y descoloración. En este sentido, los contaminantes químicos pueden incluir sustancias orgánicas, como también sustancias inorgánicas. En particular, muchos de los componentes inorgánicos se encuentran en estado natural (sales de calcio, sales de sodio, sales de manganeso, etc.) de modo que su concentración es, con frecuencia, clave para determinar cuál es un componente natural del agua, lodo o sedimento y cuál es un contaminante. Las fuentes de contaminación de las aguas, lodos o sedimentos tienen origen, habitualmente, en aguas residuales urbanas, es decir, aguas residuales domésticas o una mezcla de agua residual doméstica y agua residual industrial y evacuación de agua de lluvia, como también aguas residuales industriales, es decir, toda agua residual vertida desde locales utilizados para el comercio o la industria.

En la técnica, se han propuesto diversos planteamientos para la purificación de agua, lodos o sedimentos contaminados. Por ejemplo, un enfoque implica la adición de floculantes para eliminar o, por lo menos, disminuir la cantidad de contaminantes tales como sólidos finos, microorganismos y materiales orgánicos e inorgánicos disueltos. La floculación se refiere a un proceso donde los compuestos disueltos y/o partículas coloidales son retirados de la solución en forma de flóculos o "copos." El término se usa, también, para referirse al proceso por el cual se produce la aglutinación de particulados finos en flóculos. Los flóculos pueden flotar entonces en la superficie del líquido o depositarse en el fondo del líquido, o pueden ser filtrados desde el líquido fácilmente.

Los floculantes, o agentes de floculación son productos químicos que se usan para impulsar la floculación. La floculación es usada en procesos de tratamiento de aguas para mejorar la sedimentación o filtrabilidad de partículas pequeñas. Muchos floculantes son cationes multivalentes tales como aluminio, hierro, calcio o magnesio. Estos iones con carga positiva interactúan con partículas y moléculas con carga negativa para disminuir las barreras a la agregación. Además, muchos de estos productos químicos, con un pH y otras condiciones apropiadas, reaccionan con el agua para formar hidróxidos insolubles que al precipitarse se unen entre sí para formar cadenas largas o mallas, atrapando físicamente a las partículas pequeñas en flóculos mayores.

Floculantes o coagulantes comunes usados son sulfato de aluminio o poli(cloruro de aluminio) (PAC). El sulfato de aluminio reacciona con el agua para formar flóculos de hidróxido de aluminio. La coagulación con compuestos de aluminio puede dejar un residuo de aluminio en el agua tratada que, en altas concentraciones, puede ser tóxico para los seres humanos. En soluciones de poli(cloruro de aluminio) (PAC), los iones aluminio han formado polímeros constituidos por acumulaciones de iones enlazados por átomos de oxígeno. PAC se usa, por ejemplo, para el tratamiento de agua potable de color marrón que comprende materias orgánicas tales como hojas y/o materias inorgánicas tales como compuestos de hierro y manganeso que producen la coloración marrón. Sin embargo, habitualmente PAC no es suficiente para producir el cambio de coloración marrón en el agua.

El cloruro de hierro (III) es otro coagulante común. Los coagulantes de hierro (III) funcionan en una gama de pH más amplia que el sulfato de aluminio pero no son eficaces con aguas de orígenes diversos. La coagulación con compuestos de hierro deja un residuo de hierro en el agua tratada. Esto puede impartir al agua un tenue sabor, y puede producir manchas marrones en los aparatos sanitarios de porcelana. Además, el cloruro de hierro (III) produce riesgos de corrosión al sistema de tratamiento de aguas.

Otros floculantes bien conocidos para el tratamiento de aguas basados en un área de superficie muy específica, tales como carbón activado o bentonita tienen el inconveniente general de que son muy difíciles de separar después de la adsorción de la sustancia que debe ser retirada del medio debido a su estado finamente dividido.

La persona con conocimientos prácticos conoce también el documento US 2006/0273039 A1, que se refiere a un producto y aparato para limpiar agua o aguas residuales industriales o de alcantarillado que incluye una mezcla de

diatomita que es calentada y agitada para impartir una carga eléctrica negativa intensificada a la diatomita. El documento EP 2 0111 766 Á1 se refiere a un proceso para reducir la cantidad de componentes orgánicos en el agua, en donde un carbonato de calcio natural tratado mediante reacción superficial y un adsorbente hidrofóbico, elegido del grupo constituido por talco, carbonato de calcio hidrofobizado, bentonita hidrofobizada, caolinita hidrofobizada, vidrio hidrofobizado o cualquier mezcla de los mismos, son puestos en contacto con el agua que se va a purificar, siendo el carbonato de calcio natural tratado mediante reacción superficial el producto de reacción de un carbonato de calcio natural con un ácido y dióxido de carbono, formado in situ por el tratamiento con ácido y/o suministrado desde una fuente externa, y preparándose el carbonato de calcio natural tratado mediante reacción superficial como una suspensión acuosa con un valor de pH superior a 6,0, medido a 20°C. El documento EP 1 982 759 A1 se refiere a un proceso para la purificación de agua, donde un carbonato de calcio natural tratado mediante reacción superficial es puesto en contacto con el agua que se va a purificar, siendo el carbonato de calcio natural tratado mediante reacción superficial el producto de reacción de un carbonato de calcio natural con un ácido y dióxido de carbono, formado in situ por el tratamiento con ácido y/o suministrado desde una fuente externa. El documento EP 1 974 807 A1 se refiere a la eliminación de compuestos disruptores endocrinos desde un medio acuoso mediante adición de carbonato de calcio natural tratado mediante reacción superficial o de una suspensión acuosa que comprende carbonato de calcio tratado mediante reacción superficial y que tiene un pH superior a 6,0 medido a 20°C, al medio, en donde el carbonato de calcio tratado mediante reacción superficial es un producto de reacción de carbonato de calcio natural con dióxido de carbono y uno o más ácidos. El documento EP 1 974 806 A1 se refiere a un proceso para la purificación de agua mediante la adición de carbonato de calcio natural tratado mediante reacción superficial o de una suspensión acuosa que comprende carbonato de calcio tratado mediante reacción superficial y que tiene un valor de pH superior a 6,0 medido a 20°C, al medio, en donde el carbonato de calcio tratado mediante reacción superficial es un producto de reacción de carbonato de calcio natural con dióxido de carbono y uno o más ácidos. El documento EP 1 493 716 A1 se refiere a un proceso de tratamiento de aguas residuales, en donde el agua residual que contiene ion fluoruro y/o ion fosfato es adicionada con un compuesto que contiene calcio y luego con un agente formador de película y agente formador de complejos.

Un problema con la adición de tales floculantes, sin embargo, es que tienden a enlazar y aglomerar solamente contaminantes orgánicos en tanto las impurezas inorgánicas están todavía dispersas finamente en la muestra de agua. Además, es necesario eliminar el material floculado de la fase acuosa mediante un proceso de drenaje tal como filtración o centrifugación de modo que la torta de filtración obtenida pueda ser eliminada por ejemplo, por combustión. Sin embargo, debido al proceso de floculación global incompleto el contenido de agua de dicha torta de filtración obtenida es comparativamente... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la purificación del agua y/o drenado de lodos y/o sedimentos, que comprende los pasos siguientes de:

a) proporcionar agua para ser purificada y/o lodo y/o sedimento para ser drenados que comprenden impurezas;

b) proporcionar por lo menos un carbonato de calcio de superficie tratada, en donde por lo menos 1% del área de superficie accesible del carbonato de calcio está cubierta con un recubrimiento que comprende por lo menos un polímero catiónico, y

c) poner en contacto el agua y/o lodo y/o sedimento del paso a) con el por lo menos un carbonato de calcio de superficie tratada del paso b) para obtener un material compuesto de carbonato de calcio de superficie tratada e impurezas,

donde el carbonato de calcio de superficie tratada comprende un carbonato de calcio de superficie modificada que se ha procesado con polímeros catiónicos a través de un paso de tratamiento adicional,

donde el carbonato de calcio de superficie modificada se obtiene haciendo reaccionar un carbonato de calcio natural y/o carbonato de calcio precipitado con un ácido y con dióxido de carbono antes de la preparación del carbonato de calcio de superficie tratada, donde el dióxido de carbono es formado in situ por el tratamiento con ácido y/o es suministrado desde una fuente externa.

2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, donde el agua y/o lodo y/o sedimento del paso a) es elegido de agua residual industrial, agua potable, agua residual urbana, lodo tal como lodo de bahía, lodo de río, lodo costero o lodo cloacal digerido, agua residual o agua de procesos desde fábricas de cerveza u otras industrias de bebidas, agua residual o agua de procesos de industrias papeleras, industrias de pigmentos, pinturas, o recubrimientos, agua residual agrícola, agua residual de mataderos, agua residual de industrias de cuero e industrias de curtido de cuero.

3. El proceso de conformidad con las reivindicaciones 1 ó 2, donde el por lo menos un carbonato de calcio de superficie tratada del paso b) comprende además carbonato de calcio molido y/o carbonato de calcio precipitado.

4. El proceso de conformidad con la reivindicación 3, donde la fuente de origen del carbonato de calcio molido (CCM) es elegida de mármol, creta, calcita, dolomía, piedra caliza y mezclas de los mismos y/o el carbonato de calcio precipitado (CCP) es elegido de una o más de las formas mineralógicas cristalinas de aragonita, vaterita y calcita.

5. El proceso de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde las partículas de carbonato de calcio del por lo menos un carbonato de calcio de superficie tratada, tienen un valor dso de diámetro mediano de masa de partículas de entre 0,01 pm y 250 pm, de preferencia entre 0,06 pm y 225 pm, con mayor preferencia, entre 1 pm y 200 pm, con mayor preferencia aún, entre 1 pm y 150 pm y, muy preferentemente, entre 1 pm y 100 pm y/o las partículas de carbonato de calcio del por lo menos un carbonato de calcio de superficie tratada tienen un área superficial específica de entre 1 y 250 m2/g, con mayor preferencia, entre 20 y 200 m2/g, con mayor preferencia aún, entre 30 y 150 m2/g y, muy preferentemente, entre 30 y 100 m2/g.

6. El proceso de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el recubrimiento del por lo menos un carbonato de calcio de superficie tratada comprende por lo menos un polímero catiónico que tiene una densidad de carga positiva que se encuentra entre 1 mEq/g y 15 mEq/g, con mayor preferencia entre 2,5 mEq/g y 12,5 mEq/g y, muy preferentemente, entre 5 mEq/g y 10 mEq/g y/o el recubrimiento del por lo menos un carbonato de calcio de superficie tratada comprende por lo menos un polímero catiónico en el que por lo menos 60% de las unidades monoméricas tienen una carga catiónica, de preferencia por lo menos 70%, con mayor preferencia por lo menos 80%, con mayor preferencia aún por lo menos 90% y muy preferentemente, igual a 100%.

7. El proceso de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde el recubrimiento del por lo menos un carbonato de calcio de superficie tratada comprende por lo menos un polímero catiónico que tiene un peso molecular másico medio PM inferior a 1.000.000 g/mol, con mayor preferencia, entre 50.000 y 750.000 g/mol, con mayor preferencia aún, entre 50.000 y 650.000 g/mol y muy preferentemente, entre 100.000 y 300.000 g/mol.

8. El proceso de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde el recubrimiento del por lo menos un carbonato de calcio de superficie tratada comprende por lo menos un polímero catiónico que es un homopolimero basado en unidades monoméricas elegidas del grupo constituido por sales de dialildialquilamonio; aminas terciarias y cuaternizadas; ¡minas cuaternizadas, de preferencia sales de dialildialquilamonio.

9. El proceso de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde el recubrimiento del por lo menos un carbonato de calcio de superficie tratada comprende por lo menos un polímero catiónico que es un copolímero basado en unidades monoméricas elegidas de sales de dialildialquilamonio y unidades comonoméricas elegidas del grupo constituido por acrilamida; metacrilamida; N,N-dimetilacrilamida; ácido acrílico; ácido metacrílico; ácido vinilsulfónico; vinilpirrolidona; acrilato de hidroxiletilo; estireno; metacrilato de metilo; acetato de vinilo y mezclas de los mismos.

10. El proceso de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde por lo menos 10% del área de superficie accesible del carbonato de calcio está cubierta con un recubrimiento que comprende un polímero catiónico, de preferencia por lo menos 20% del área de superficie accesible, con mayor preferencia, por lo menos 30%, con mayor preferencia aún, por lo menos 40% y muy preferentemente, por lo menos 50% del área de superficie accesible.

11. El proceso de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el por lo menos un carbonato de calcio de superficie tratada tiene forma de polvo y/o forma de gránulos, o forma de una lechada.

12. El proceso de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, donde el proceso comprende además el paso d) de poner en contacto el agua a ser purificada y/o lodo y/o sedimento a ser drenados del paso a) con por lo menos un coadyuvante polimérico de floculación.

13. El proceso de conformidad con la reivindicación 12, donde el coadyuvante polimérico de floculación tiene un peso molecular másico medio PM de entre 100.000 y 10.000.00 g/mol, de preferencia, entre 300.000 y 5.000.000 g/mol, con mayor preferencia, entre 300.000 y 1.000.000 g/mol y muy preferentemente, entre 300.000 y 800.000 g/mol y/o el coadyuvante polimérico de floculación es no iónico o iónico, de preferencia, un polímero catiónico o aniónico elegido de poliacrilamidas, poliacrilatos, poli(cloruro de dialildimetilamonio), polietileniminas, poliaminas, almidones y mezclas de los mismos.

14. El proceso de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 12 ó 13, donde el paso c) y paso d) se realizan simultáneamente o en forma separada, de preferencia en forma simultánea.

15. El proceso de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, donde el paso c) y/o el paso d) se llevan a cabo cubriendo por lo menos parcialmente la superficie del agua y/o lodo y/o sedimento a ser tratado del paso a) con el por lo menos un carbonato de calcio de superficie tratada del paso b) y/o mezclando el agua y/o lodo y/o sedimento a ser tratado del paso a) con el por lo menos un carbonato de calcio de superficie tratada del paso b).

16. El proceso de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, donde el paso c) y/o paso d) son repetidos una o más veces.

17. El proceso de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, donde el material compuesto del por lo menos un carbonato de calcio de superficie tratada e impurezas es retirado desde la fase del agua y/o lodo y/o sedimento por filtración, sedimentación y/o centrifugación.