ES1310873U - COMPOSITION FOR WATER PURIFICATION (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
COMPOSICIÓN PARA LA PURIFICACIÓN DE AGUASCOMPOSITION FOR WATER PURIFICATION
La presente invención pertenece al campo de la purificación de aguas, concretamente a una composición para purificar aguas que comprende un complejo fotoactivo de hierro y ácido hipocloroso (o su sal), y la invención se refiere tanto a la propia composición, como al método de purificación de aguas con dicha composición, como al dispositivo para realizar la purificación del agua con el uso de dicha composición mediante el método de purificación de aguas de la invención. The present invention belongs to the field of water purification, specifically to a composition for purifying water comprising a photoactive complex of iron and hypochlorous acid (or its salt), and the invention relates both to the composition itself, as well as to the method of purifying water with said composition, and to the device for purifying water with the use of said composition by means of the water purification method of the invention.
Estado de la técnicaState of the art
La grave crisis del agua ha puesto de manifiesto la inminente necesidad de desarrollar soluciones para afrontar dicha preocupante situación. Particularmente España, como país ubicado en la cuenca mediterránea, zona más afectada por la escasez hídrica en Europa, ha de establecer medidas urgentemente para paliar esta situación. En este contexto, la reutilización de aguas residuales destinadas a riego agrícola juega un papel fundamental en la reducción de la sobreexplotación de los recursos hídricos. El nuevo Reglamento Europeo sobre los requisitos mínimos para la reutilización del agua (UE) 2020/741 [Comisión Europea, “Reglamento (UE) 2020/741 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 25 de mayo de 2020, relativo a los requisitos mínimos para la reutilización del agua,” D. Of. la Unión Eur., 2019, 2 32, 2020] exige mayores restricciones sobre los valores máximos permisibles de determinados parámetros del agua con respecto a la normativa española vigente RD 1620/2007 [BOE MARM, “Real Decreto 1620/2007, de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas,” boe 7 DICIEMBRE, 50639-50661, 2007]. Sobre todo, con respecto a la calidad microbiológica del agua regenerada. Se han incluido como microorganismos indicadores de dicha calidad del agua no sóloEschenchia coli (E.coli)para las bacterias patógenas, sino también otros más resistentes como colífagos F-específicos, colífagos somáticos o colífagos para los virus patógenos, y esporas deClostndium perfringenso bacterias formadoras de esporas reductoras de sulfato para los protozoos, con objetivos de desinfección > 5 unidades logarítmicas en la presencia de dichos microorganismos, o su ausencia cuando en las aguas residuales un indicador biológico no se encuentra en cantidad suficiente para conseguir la reducción logarítmica requerida. Este reglamento también establece cuatro clases de calidad del agua recuperada para el riego de cultivos (A, B, C y D). The serious water crisis has highlighted the imminent need to develop solutions to address this worrying situation. Spain in particular, as a country located in the Mediterranean basin, the area most affected by water scarcity in Europe, must urgently establish measures to alleviate this situation. In this context, the reuse of wastewater intended for agricultural irrigation plays a fundamental role in reducing the overexploitation of water resources. The new European Regulation on minimum requirements for the reuse of water (EU) 2020/741 [European Commission, “Regulation (EU) 2020/741 of the European Parliament and of the Council of 25 May 2020 on minimum requirements for the reuse of water,” D. Of. [Eur. Union, 2019, 2 32, 2020] requires greater restrictions on the maximum permissible values of certain water parameters with respect to the current Spanish regulations RD 1620/2007 [BOE MARM, “Royal Decree 1620/2007, of December 7, establishing the legal regime for the reuse of treated water,” BOE 7 DECEMBER, 50639-50661, 2007]. Above all, with respect to the microbiological quality of the regenerated water. Not only Eschenchia coli (E. coli) for pathogenic bacteria but also more resistant microorganisms such as F-specific coliphages, somatic coliphages or coliphages for pathogenic viruses and spores of Clostodium perfringens or sulphate-reducing spore-forming bacteria for protozoa have been included as indicator microorganisms of said water quality, with disinfection objectives of > 5 logarithmic units in the presence of said microorganisms, or their absence when a biological indicator is not present in sufficient quantity in the wastewater to achieve the required logarithmic reduction. This regulation also establishes four classes of quality of water recovered for crop irrigation (A, B, C and D).
Además, la regeneración de aguas residuales debe considerar los contaminantes de preocupación emergente, compuestos que tienen efectos nocivos para la salud pública y el medioambiente [Helmecke, M., Fries, E., Schulte, C., 2020. Regulating water reuse for agricultural irrigation: risks related to organic micro-contaminants. Environ. Sci. Europe, 32, 4]. Por esta razón, también se contemplan en el plan de gestión del riesgo de la nueva normativa. Teniendo en cuenta que ésta se aplicará a partir de junio de 2023 en todos los países de la Unión Europea, las instalaciones de regeneración actuales, en servicio desde hace años, deben mejorar sus sistemas de tratamiento o incorporar nuevos tratamientos para cumplir con los nuevos requisitos de calidad. Furthermore, wastewater regeneration must consider contaminants of emerging concern, compounds that have harmful effects on public health and the environment [Helmecke, M., Fries, E., Schulte, C., 2020. Regulating water reuse for agricultural irrigation: risks related to organic micro-contaminants. Environ. Sci. Europe, 32, 4]. For this reason, they are also contemplated in the risk management plan of the new regulation. Considering that it will apply from June 2023 in all countries of the European Union, current regeneration facilities, in service for years, must improve their treatment systems or incorporate new treatments to meet the new quality requirements.
Bajo estas circunstancias, es necesario el desarrollo de nuevos tratamientos sostenibles de purificación del agua que permitan al agua purificada cumplir con estas estrictas normativas de calidad del agua, es decir de nuevos tratamientos que eliminen tanto microorganismos como microcontaminantes. También hay una necesidad de nuevos tratamientos que no sean costosos en cuanto a recursos como materiales y energía, y a su vez no generen subproductos tóxicos. Todo ello no es posible con los tratamientos de purificación de agua convencionales actualmente implantados, como por ejemplo la cloración (que además genera subproductos tóxicos y no es capaz de eliminar microcontaminantes) y la ozonización (que además supone un coste energético muy elevado). Under these circumstances, it is necessary to develop new sustainable water purification treatments that allow the purified water to comply with these strict water quality regulations, that is, new treatments that eliminate both microorganisms and micropollutants. There is also a need for new treatments that are not expensive in terms of resources such as materials and energy, and that do not generate toxic by-products. All of this is not possible with the conventional water purification treatments currently in use, such as chlorination (which also generates toxic by-products and is not capable of eliminating micropollutants) and ozonation (which also entails a very high energy cost).
La presente invención tiene como objetivo presentar una composición y procedimiento para purificación de agua que supera las limitaciones de los procesos de purificación del agua del estado de la técnica, y presenta ventajas adicionales. The present invention aims to present a composition and process for water purification that overcomes the limitations of the water purification processes of the state of the art, and presents additional advantages.
Descripción de la invenciónDescription of the invention
La presente invención describe una composición basada en la combinación de al menos 2 compuestos a) un complejo fotoactivo de hierro orgánico que comprende un complejo de hierro III (Fe+3) y un quelante alquilenaminocarboxílico; y b) ácido hipocloroso o una sal derivada de este ácido. The present invention describes a composition based on the combination of at least 2 compounds a) a photoactive organic iron complex comprising an iron III complex (Fe+3) and an alkylene aminocarboxylic chelator; and b) hypochlorous acid or a salt derived from this acid.
Esta composición es útil para la purificación de aguas, particularmente de aguas que proceden de un tratamiento secundario de una estación EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales). La invención también se refiere al método de purificación mediante el uso de esa composición, así como a un dispositivo en el que se utiliza dicha composición para purificar un agua. This composition is useful for the purification of water, particularly water coming from a secondary treatment of a WWTP (Wastewater Treatment Plant). The invention also relates to the purification method using this composition, as well as to a device in which this composition is used to purify water.
Más particularmente, esta invención describe un proceso para la desinfección y/o descontaminación de cualquier tipo de aguas, aún más particularmente para efluentes secundarios de EDAR. More particularly, this invention describes a process for the disinfection and/or decontamination of any type of water, even more particularly for secondary effluents from WWTPs.
La composición se caracteriza por la combinación de los compuestos a) y b), si bien resulta aún más ventajosa una composición que comprende además de los compuestos a) y b), también un compuesto c) que comprende al menos un oxidante seleccionado de entre peroxoácido, o su sal, y/o H2O2. The composition is characterized by the combination of compounds a) and b), although a composition which comprises, in addition to compounds a) and b), also a compound c) comprising at least one oxidant selected from peroxoacid, or its salt, and/or H2O2, is even more advantageous.
El método de purificación con la composición de la invención comprende la posibilidad de dosificar cada uno de los componentes de la composición de forma independiente al agua a purificar, y además opcionalmente hacerlo de forma continua a tiempo real adaptándose a las propiedades físico-químicas del agua a tratar, que puede ser tanto agua estancada como agua en flujo continuo. The purification method with the composition of the invention comprises the possibility of dosing each of the components of the composition independently to the water to be purified, and also optionally doing so continuously in real time, adapting to the physical-chemical properties of the water to be treated, which can be both stagnant water and water in continuous flow.
También se contempla en la presente un dispositivo capaz de purificar el agua según la composición de la invención y el método de purificación del agua de la invención. Dicho dispositivo y sus elementos comprenderán ciertas especificaciones que aseguren el mantenimiento de los parámetros o condiciones específicas característicos de cada etapa del método de purificación del agua según la presente invención. Also contemplated herein is a device capable of purifying water according to the composition of the invention and the water purification method of the invention. Such a device and its elements will comprise certain specifications that ensure the maintenance of the specific parameters or conditions characteristic of each stage of the water purification method according to the present invention.
Como resultado del uso de la composición de la presente invención, según el método de la presente invención, opcionalmente realizado en el dispositivo según la invención, se consigue purificar un agua, concretamente desinfectarla y/o descontaminarla, pudiéndose mejorar su calidad hasta niveles que cumplan con la estricta normativa de calidad del agua según el Reglamento europeo (UE) 2020/741. As a result of the use of the composition of the present invention, according to the method of the present invention, optionally carried out in the device according to the invention, it is possible to purify water, specifically to disinfect and/or decontaminate it, and to improve its quality to levels that comply with the strict water quality regulations according to European Regulation (EU) 2020/741.
Además, la composición de la presente invención también es capaz de evitar la generación de subproductos tóxicos característicos de otros procedimientos convencionales de purificación del agua, y con un menor uso de recursos tales como materiales y energía, comparado con otros procedimientos convencionales tales como la cloración o la ozonización, superando por tanto las limitaciones de los procedimientos convencionales de purificación del agua del estado de la técnica. Furthermore, the composition of the present invention is also capable of avoiding the generation of toxic by-products characteristic of other conventional water purification processes, and with less use of resources such as materials and energy, compared to other conventional processes such as chlorination or ozonation, thus overcoming the limitations of conventional water purification processes of the state of the art.
En resumen, en una primera realización de la invención se provee una composición fotoactivable para la purificación de aguas que comprende al menos: In summary, in a first embodiment of the invention a photoactivatable composition for water purification is provided comprising at least:
a) un complejo de hierro (III) y un quelante alquilenaminocarboxílico; y a) an iron (III) complex and an alkylene aminocarboxylic chelator; and
b) ácido hipocloroso o una sal del ácido hipocloroso. b) hypochlorous acid or a salt of hypochlorous acid.
Se ha observado que el uso únicamente de a) complejo fotoactivo de hierro orgánico que comprende un complejo de hierro (III) y un quelante alquilenaminocarboxílico, no es capaz de purificar el agua (ni de desinfectarla ni de descontaminarla). Por el contrario, la adición del compuesto b) al compuesto a) según la presente invención consigue purificar dicha agua (desinfectarla y/o descontaminarla). It has been observed that the use of a) a photoactive organic iron complex comprising an iron (III) complex and an alkylene aminocarboxylic chelator alone is not capable of purifying water (or disinfecting or decontaminating it). On the contrary, the addition of compound b) to compound a) according to the present invention succeeds in purifying said water (disinfecting and/or decontaminating it).
El compuesto a) es un complejo fotoactivo de hierro que puede ser cualquiera que comprenda un complejo de hierro (III) y un quelante alquilenaminocarboxílico. Dicho complejo fotoactivo de hierro, tras su fotoactivación mediante cualquier tipo de radiación (preferiblemente radiación solar o ultravioleta), reacciona con el compuesto b) y/o el compuesto c) generando radicales capaces de eliminar o reducir microorganismos y/o microcontaminantes, si bien preferiblemente según la invención se utilizaran complejos fotoactivos de hierro policarboxílicos de hierro. La invención puede utilizar un único complejo fotoactivo de hierro orgánico o sus combinaciones. Compound a) is a photoactive iron complex which may be any one comprising an iron (III) complex and an alkylene aminocarboxylic chelator. Said photoactive iron complex, after its photoactivation by any type of radiation (preferably solar or ultraviolet radiation), reacts with compound b) and/or compound c) generating radicals capable of eliminating or reducing microorganisms and/or micropollutants, although preferably according to the invention polycarboxylic iron photoactive complexes are used. The invention may use a single organic iron photoactive complex or combinations thereof.
Una segunda realización de la invención contempla como ejemplos del quelante alquilenaminocarboxílico del complejo fotoactivo de hierro (III) el NTA (ácido nitrilotriacético), EDDS (Ácido etilendiamina-N,N'-disuccínico), EDDHA (ácido N,N-etilendiamino-bis[2-hidroxifenil]acético), EDTA (ácido etilendiaminotetraacético), DTPA (pentaacetato de dietilentriamina) y BOPTA (un derivado del DTPA en el que uno de los grupos carboxi terminales -C(O)OH se reemplaza por C-O-CH2C6H5; concretamente el ácido [9R,S]-2,5,8-Tris[carboximetil]-12-fenil-11-oxa-2,5,8-triazadodecano-1,9-dicarboxílico), o sus combinaciones; preferiblemente NTA. Si bien la invención no se limita a estos quelantes. A second embodiment of the invention contemplates as examples of the alkyleneaminocarboxylic chelator of the photoactive iron (III) complex NTA (nitrilotriacetic acid), EDDS (ethylenediamine-N,N'-disuccinic acid), EDDHA (N,N-ethylenediamino-bis[2-hydroxyphenyl]acetic acid), EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), DTPA (diethylenetriamine pentaacetate) and BOPTA (a DTPA derivative in which one of the terminal carboxy groups -C(O)OH is replaced by C-O-CH2C6H5; specifically [9R,S]-2,5,8-Tris[carboxymethyl]-12-phenyl-11-oxa-2,5,8-triazadodecane-1,9-dicarboxylic acid), or combinations thereof; preferably NTA. Although the invention is not limited to these chelators.
También se contempla que el compuesto a) comprenda una combinación de complejos fotoactivos de hierro (III) con uno o más quelantes. It is also contemplated that compound a) comprises a combination of photoactive iron (III) complexes with one or more chelators.
Ejemplos no limitativos de dichos complejos orgánicos policarboxílicos son Fe3+-EDDS (ácido etilendiaminodisuccínico), Fe3+-EDDHA (ácido etilendiamino-N, N'-bis (2-hidroxifenil)acético), o Fe3+-NTA (nitrilotriacetato férrico), o sus combinaciones; siendo Fe3+-NTA el complejo fotoactivo preferido según la invención. Non-limiting examples of said polycarboxylic organic complexes are Fe3+-EDDS (ethylenediaminodisuccinic acid), Fe3+-EDDHA (ethylenediamino-N,N'-bis(2-hydroxyphenyl)acetic acid), or Fe3+-NTA (ferric nitrilotriacetate), or combinations thereof; Fe3+-NTA being the preferred photoactive complex according to the invention.
El compuesto b) es ácido hipocloroso o sus sales (o compuestos químicamente relacionados). La sal del ácido hipocloroso (HClO) puede ser cualquiera, si bien preferiblemente según la invención se utilizará su sal de sodio (NaClO) o de calcio (Ca(ClO)2). Compound b) is hypochlorous acid or its salts (or chemically related compounds). The salt of hypochlorous acid (HClO) can be any salt, although preferably according to the invention its sodium salt (NaClO) or calcium salt (Ca(ClO)2) will be used.
Se ha observado que esta composición que comprende al menos los compuestos a) y b), cuando al menos al compuesto a) se le aplica radiación, preferiblemente radiación solar o ultravioleta, y cuando al menos los compuestos a) y b) se añaden a un agua a purificar, dicha composición es capaz de purificar el agua (es decir es capaz de eliminar tanto microorganismos como microcontaminantes presentes en dicha agua a purificar). A modo de ejemplo no limitativo, se ha observado que una combinación de compuesto a (por ejemplo Fe3+-NTA en concentración 0.10 mM) y b (por ejemplo NaClO en concentración 0.13 mM), añadido a un agua a purificar procedente de un tratamiento secundario de una estación EDAR, en presencia de radiación solar, además de desinfectarla, también consigue en tan sólo una hora, por ejemplo para un agua que inicialmente contiene una concentración 103- 104 UFC/mL del patógenoE.Coli,y 50^g/L del antibiótico sulfametoxazol (SMX), reducir la concentración deE.Colihasta al menos 102 UFC/mL y eliminar hasta el 40% de dicho antibiótico contaminante, de forma que tras dicho tratamiento el agua tratada ya cumple con el estándar de calidad B alcanzando el límite RD 1620/2007. It has been observed that this composition comprising at least compounds a) and b), when radiation, preferably solar or ultraviolet radiation, is applied to at least compound a), and when at least compounds a) and b) are added to water to be purified, said composition is capable of purifying the water (i.e. it is capable of eliminating both microorganisms and micropollutants present in said water to be purified). As a non-limiting example, it has been observed that a combination of compound a (for example Fe3+-NTA at a concentration of 0.10 mM) and b (for example NaClO at a concentration of 0.13 mM), added to water to be purified from a secondary treatment of a WWTP plant, in the presence of solar radiation, in addition to disinfecting it, also manages in just one hour, for example for water that initially contains a concentration of 103- 104 CFU/mL of the pathogen E. Coli, and 50^g/L of the antibiotic sulfamethoxazole (SMX), to reduce the concentration of E. Coli to at least 102 CFU/mL and eliminate up to 40% of said contaminating antibiotic, so that after said treatment the treated water already complies with the quality standard B, reaching the limit RD 1620/2007.
De hecho, esto es una ventaja importante dado que en los tratamientos conocidos para la purificación del agua en el estado de la técnica, por ejemplo para purificar efluentes secundarios procedentes de estaciones de depuración de aguas residuales (EDAR), la etapa limitante es la desinfección ya que requiere de largos tiempos de tratamiento, lo cual no es operativo desde el punto de vista de la aplicación industrial. Con el tratamiento del agua con la composición acorde con cualquiera de las realizaciones de la presente invención, se consigue reducir los tiempos de tratamiento asociados a la etapa limitante de desinfección, lo cual facilita su implantación a escala industrial. In fact, this is an important advantage given that in the known treatments for water purification in the state of the art, for example to purify secondary effluents from wastewater treatment plants (WWTP), the limiting stage is disinfection since it requires long treatment times, which is not operational from the point of view of industrial application. By treating water with the composition according to any of the embodiments of the present invention, it is possible to reduce the treatment times associated with the limiting stage of disinfection, which facilitates its implementation on an industrial scale.
Respecto a los microorganismos que pueden eliminarse del agua a purificar con la composición que comprende al menos los compuestos a) y b), estos incluyen bacterias, virus, protozoos, etc. Regarding the microorganisms that can be eliminated from the water to be purified with the composition comprising at least compounds a) and b), these include bacteria, viruses, protozoa, etc.
Respecto a los microcontaminantes que pueden eliminarse del agua a purificar con la composición que comprende al menos los compuestos a) y b), estos incluyen antibióticos, fármacos, plaguicidas, etc. Regarding the micropollutants that can be removed from the water to be purified with the composition comprising at least compounds a) and b), these include antibiotics, drugs, pesticides, etc.
Además, con el uso de esta composición que comprende al menos a) y b) para purificar el agua se reduce o elimina la generación de subproductos tóxicos en el agua, tales como trihalometanos, ácidos haloacéticos, etc. que sí se forman en otros tratamientos convencionales de purificación del agua tales como la cloración y ozonización. Furthermore, with the use of this composition comprising at least a) and b) to purify water, the generation of toxic by-products in the water is reduced or eliminated, such as trihalomethanes, haloacetic acids, etc. that are formed in other conventional water purification treatments such as chlorination and ozonation.
Ejemplos no limitativos de trihalometanos según la invención son el cloroformo, el bromodiclorometano, el dibromoclorometano, el bromoformo, o sus combinaciones. Non-limiting examples of trihalomethanes according to the invention are chloroform, bromodichloromethane, dibromochloromethane, bromoform, or combinations thereof.
Ejemplos no limitativos de ácidos haloacéticos según la invención son ácido dicloroacético (DCAA), ácido tricloroacético (TCAA), ácido tribromoacético (TBAA), ácido bromocloroacético (BCAA), ácido dibromoacético (DBAA), ácido dicloroacético (DCAA), ácido diclorobromoacético (DCBAA), ácido dibromocloroacético (DBCAA), ácido monocloroacético (MCAA), ácido monobromoacético (MBAA), o sus combinaciones. Non-limiting examples of haloacetic acids according to the invention are dichloroacetic acid (DCAA), trichloroacetic acid (TCAA), tribromoacetic acid (TBAA), bromochloroacetic acid (BCAA), dibromoacetic acid (DBAA), dichloroacetic acid (DCAA), dichlorobromoacetic acid (DCBAA). ), dibromochloroacetic acid (DBCAA), monochloroacetic acid (MCAA), monobromoacetic acid (MBAA), or their combinations.
Cabe remarcar que la combinación de al menos a) y b) consigue también la eliminación de compuestos clorados (tales como los haloacetonitrilos, halo-aldehídos y halocetonas) que son subproductos tóxicos que sí se generan en tratamientos convencionales como la cloración o la ozonización. Cabe resaltar que purificar el agua reduciendo o eliminando la generación de subproductos tóxicos no es posible con ningún tratamiento convencional de purificación del agua actualmente. It should be noted that the combination of at least a) and b) also achieves the elimination of chlorinated compounds (such as haloacetonitriles, halo-aldehydes and haloketones) which are toxic by-products that are generated in conventional treatments such as chlorination or ozonation. It should be noted that purifying water by reducing or eliminating the generation of toxic by-products is not possible with any conventional water purification treatment currently.
Ejemplos no limitativos de haloacetonitrilos según la invención son el cloroacetonitrilo, dicloroacetonitrilo, tricloroacetonitrilo, bromoacetonitrilo, bromocloroacetonitrilo, dibromoacetonitrilo, o sus combinaciones. Non-limiting examples of haloacetonitriles according to the invention are chloroacetonitrile, dichloroacetonitrile, trichloroacetonitrile, bromoacetonitrile, bromochloroacetonitrile, dibromoacetonitrile, or combinations thereof.
Ejemplos no limitativos de haloaldehídos según la invención son el formaldehído, el acetaldehído, o sus combinaciones. Non-limiting examples of haloaldehydes according to the invention are formaldehyde, acetaldehyde, or combinations thereof.
Ejemplos no limitativos de halocetonas según la invención son la clorociclohexanona, la propanona, o sus combinaciones. Non-limiting examples of haloketones according to the invention are chlorocyclohexanone, propanone, or combinations thereof.
En una tercera realización de la invención, la composición además de a) y b), adicionalmente también comprende un compuesto c) que es un oxidante seleccionado de entre un peroxoácido, una sal de peroxoácido, o H2O2, o cualquiera de sus combinaciones. Un ejemplo no limitativo de peroxoácido es el ácido peroxodisulfúrico (H2S2O8), y un ejemplo no limitativo de una sal de un peroxoácido es el persufato de sodio (Na2S2O8). In a third embodiment of the invention, the composition in addition to a) and b), additionally also comprises a compound c) which is an oxidant selected from a peroxoacid, a peroxoacid salt, or H2O2, or any combination thereof. A non-limiting example of a peroxoacid is peroxodisulfuric acid (H2S2O8), and a non-limiting example of a peroxoacid salt is sodium persulfate (Na2S2O8).
Los peroxoácidos son compuestos ternarios formados por la combinación de algunos no metales, el oxígeno (de número de oxidación - 2) y el hidrógeno (+1), que resultan de la sustitución de uno de los oxígenos (grupo oxo O2-) por un grupo peroxo O22". Su fórmula general es HxXyOz, donde X es un no metal. En disolución acuosa los peroxoácidos liberan protones. La presente invención contempla utilizar como compuesto a) uno o más peroxoácidos, así como su combinación con H2O2. Peroxoacids are ternary compounds formed by the combination of some non-metals, oxygen (oxidation number - 2) and hydrogen (+1), which result from the substitution of one of the oxygens (oxo group O2-) by a peroxo group O22". Its general formula is HxXyOz, where X is a non-metal. In aqueous solution, peroxoacids release protons. The present invention contemplates using as compound a) one or more peroxoacids, as well as their combination with H2O2.
Ejemplos no limitativos de peroxoácidos a utilizar como el compuesto c) de la presente invención incluyen el ácido peroxonítrico (HNO4) el ácido peroxoclórico (HClO5), el ácido peroxosulfúrico (H2S2O5), etc. Por peroxoácidos según la invención también se entiende peroxodiácidos (por ejemplo ácido peroxodisulfúrico H2S2O8). Non-limiting examples of peroxoacids to be used as compound c) of the present invention include peroxonitric acid (HNO4), peroxochloric acid (HClO5), peroxosulfuric acid (H2S2O5), etc. Peroxoacids according to the invention are also understood to mean peroxodiacids (for example peroxodisulfuric acid H2S2O8).
El compuesto c) a utilizar según la invención también puede ser una o más sales derivadas de dichos peroxoácidos. El compuesto b) a utilizar preferiblemente es el ácido peroxodisulfúrico H2S2O8o su sal de sodio Na2S2O8(persulfato de sodio). The compound c) to be used according to the invention may also be one or more salts derived from said peroxoacids. The compound b) to be used preferably is peroxodisulfuric acid H2S2O8 or its sodium salt Na2S2O8 (sodium persulfate).
En caso de utilizar peróxido de hidrógeno (H2O2) como el compuesto c), este puede incluirse en la composición tanto de forma pura, como en disolución acuosa. La presente invención también contempla como compuesto c) la combinación de un peroxoácido (o su sal) y H2O2. If hydrogen peroxide (H2O2) is used as compound c), it can be included in the composition either in pure form or in aqueous solution. The present invention also contemplates as compound c) the combination of a peroxoacid (or its salt) and H2O2.
También se pueden utilizar como compuesto b) y/o c) según la presente invención cualquier oxidante que mediante la reacción con el hierro del complejo de hierro fotoactivable orgánico a), genere radicales capaces de degradar o eliminar los contaminantes del agua. Any oxidant that, through reaction with the iron of the organic photoactivatable iron complex a), generates radicals capable of degrading or eliminating contaminants from the water, can also be used as compound b) and/or c) according to the present invention.
Además, el uso de la composición que comprende al menos los 3 compuestos a), b), y c), que es la realización preferida de la invención, presenta el mayor número de ventajas: Furthermore, the use of the composition comprising at least the 3 compounds a), b), and c), which is the preferred embodiment of the invention, presents the greatest number of advantages:
consigue purificar el agua, descontaminándola y desinfectándola en mayor grado que la combinación de sólo a) y b), y además sin la generación de ningún subproducto tóxico, subproductos tóxicos como por ejemplo trihalometanos y/o ácidos haloacéticos y/o otros compuestos cloroderivados como los haloacetonitrilos, haloaldehídos y las halocetonas, que se suelen generar con otros tratamientos convencionales tales como la cloración, y todo ello en tiempos de tratamiento más cortos que los necesarios mediante tratamientos convencionales. De hecho, con tiempos de tratamiento del agua tan bajos como 1 h con la combinación preferente de los 3 compuestos a), b), y c), se pueden alcanzar los estándares de calidad más rigurosos (B, e incluso A) marcados por el nuevo Reglamento Europeo sobre los requisitos mínimos para la reutilización del agua (UE) 2020/741. It manages to purify water, decontaminating and disinfecting it to a greater degree than the combination of only a) and b), and also without the generation of any toxic by-products, toxic by-products such as trihalomethanes and/or haloacetic acids and/or other chloroderivative compounds such as haloacetonitriles, haloaldehydes and haloketones, which are usually generated with other conventional treatments such as chlorination, and all this in shorter treatment times than those required by conventional treatments. In fact, with water treatment times as low as 1 h with the preferred combination of the 3 compounds a), b), and c), the most rigorous quality standards (B, and even A) set by the new European Regulation on the minimum requirements for the reuse of water (EU) 2020/741 can be achieved.
A modo de ejemplo no limitativo de un tratamiento específico de un agua con la composición que comprende a), b) y c) según la presente invención, un agua proveniente de un tratamiento secundario de una estación EDAR se trató con a) 0,1 mM de Fe+3-NTA; b) 0,13 de NaClO y c) 0,73 mM de H2O2, durante 60 minutos de tiempo de resilencia hidráulico y 10 cm de profundidad del líquido, en presencia de radiación solar, consiguiéndose alcanzar la clase de calidad del agua B (si bien ajustándose dichas condiciones de operación o tratamiento del agua se puede también obtener la calidad del agua más restrictiva A). As a non-limiting example of a specific treatment of water with the composition comprising a), b) and c) according to the present invention, water from a secondary treatment of a WWTP was treated with a) 0.1 mM of Fe+3-NTA; b) 0.13 of NaClO and c) 0.73 mM of H2O2, for 60 minutes of hydraulic resilience time and 10 cm of liquid depth, in the presence of solar radiation, achieving water quality class B (although by adjusting said operating or water treatment conditions, the more restrictive water quality A can also be obtained).
Una cuarta realización de la invención se refiere al uso de la composición según cualquiera de las realizaciones anteriores para la purificación de aguas. A fourth embodiment of the invention relates to the use of the composition according to any of the previous embodiments for water purification.
Una quinta realización de la invención se refiere a un método para la purificación de aguas que comprende añadir la composición de cualquiera de las realizaciones anteriores a un agua a purificar, mediante la dosificación de cada uno de los componentes de los que consta la composición, a dicha agua a purificar. La composición se fotoactiva mediante radiación, preferiblemente mediante radiación solar o ultravioleta a una longitud de onda de entre 100 y 400 nm. A fifth embodiment of the invention relates to a method for purifying water comprising adding the composition of any of the preceding embodiments to water to be purified, by dosing each of the components comprising the composition to said water to be purified. The composition is photoactivated by radiation, preferably by solar or ultraviolet radiation at a wavelength of between 100 and 400 nm.
De hecho, la composición según cualquiera de las realizaciones anteriores puede añadirse al agua a tratar con sus componentes ya previamente mezclados, o bien añadirse cada componente por separado simultánemente o de forma independiente al agua. La composición también comprende la posibilidad de que al menos uno de los componentes, o 2 de los componentes, o los 3 componentes a), b) y c), se aporten en estado líquido o en forma de disolución acuosa. El añadir cualquiera de los componentes en estado líquido ayuda a la homogeneización de la composición del agua a purificar, y a una mayor efectividad del tratamiento dada la mayor dispersión de los componentes a), b) y/o c) en el agua a purificar. In fact, the composition according to any of the above embodiments can be added to the water to be treated with its components already previously mixed, or each component can be added separately simultaneously or independently to the water. The composition also includes the possibility that at least one of the components, or 2 of the components, or the 3 components a), b) and c), are provided in a liquid state or in the form of an aqueous solution. Adding any of the components in a liquid state helps to homogenize the composition of the water to be purified, and to a greater effectiveness of the treatment given the greater dispersion of the components a), b) and/or c) in the water to be purified.
Tras añadir la composición según cualquiera de las realizaciones de la invención al agua a purificar, dicha composición se puede fotoactivar mediante cualquier tipo de radiación que permita fotoactivar el compuesto a), preferiblemente mediante radiación solar o ultravioleta a una longitud de onda de entre 100 y 400 nm. After adding the composition according to any of the embodiments of the invention to the water to be purified, said composition can be photoactivated by any type of radiation that allows the compound a) to be photoactivated, preferably by solar or ultraviolet radiation at a wavelength between 100 and 400 nm.
En una sexta realización de la invención, el agua a la que se añade la composición según cualquiera de las realizaciones anteriores, es un agua que proviene de un tratamiento de una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR), preferiblemente de un tratamiento secundario de una EDAR. In a sixth embodiment of the invention, the water to which the composition according to any of the previous embodiments is added is water that comes from a treatment of a Wastewater Treatment Plant (WWTP), preferably from a secondary treatment of a WWTP.
La ventaja de purificar mediante la composición de la presente invención un agua procedente de una EDAR (preferiblemente de un tratamiento secundario), o de un agua de similares características, es que a dichas aguas se le han eliminado tanto componentes en suspensión como disueltos previamente, y puesto que cabe la posibilidad de que dichos componentes previamente eliminados pudieran interferir tanto física como químicamente con los componentes a), b) y c) y sus reacciones químicas, la eficacia de la purificación del agua según la invención es mayor para este tipo de aguas donde dichos compuestos presentes en el agua, que pudieran interferir con el proceso de purificación según la invención, se encuentran ausentes o en menor cantidad. The advantage of purifying water from a WWTP (preferably from secondary treatment), or water with similar characteristics, by means of the composition of the present invention is that both suspended and previously dissolved components have been removed from said water, and since it is possible that said previously removed components could interfere both physically and chemically with components a), b) and c) and their chemical reactions, the effectiveness of the water purification according to the invention is greater for this type of water where said compounds present in the water, which could interfere with the purification process according to the invention, are absent or in smaller quantities.
Es por ello que la composición de la presente invención se puede utilizar para realizar tratamientos terciarios de EDAR, pudiéndose obtener con ello un agua que cumple con las normas de vertido (evitándose la acumulación de microorganismos y microcontaminantes en el medio ambiente), y al mismo tiempo apta para ser reutilizada en una gran variedad de usos, por ejemplo el riego agrícola, de acuerdo con la nueva y restrictiva normativa europea 2020/741 de obligado cumplimiento a partir del 25 de junio de 2023 en la Unión Europea. Dicha normativa europea, que difícilmente se puede cumplir con los tratamientos convencionales conocidos hasta ahora dadas sus desventajas, y que se pueden superar mediante el uso de la composición de la presente invención para el tratamiento de aguas. For this reason, the composition of the present invention can be used to carry out tertiary treatments of WWTPs, thereby obtaining water that complies with the discharge regulations (avoiding the accumulation of microorganisms and micropollutants in the environment), and at the same time suitable for reuse in a wide variety of uses, for example agricultural irrigation, in accordance with the new and restrictive European regulation 2020/741, which is mandatory as of June 25, 2023 in the European Union. Said European regulation, which can hardly be complied with with the conventional treatments known until now given their disadvantages, and which can be overcome by using the composition of the present invention for water treatment.
Por tratamiento secundario en una estación EDAR según la invención se entiende tratamientos del agua que incluyan al menos tratamientos biológicos, donde se eliminan o degradan microorganismos (por ejemplo bacterias) y/o al menos algún tipo de materia y/o al menos algún nutriente (por ejemplo nitrógeno y/o fósforo). Secondary treatment in a WWTP according to the invention is understood as water treatments that include at least biological treatments, where microorganisms (for example bacteria) and/or at least some type of matter and/or at least some nutrient (for example nitrogen and/or phosphorus) are eliminated or degraded.
De hecho, se ha observado que si se purifican aguas procedentes de un tratamiento secundario EDAR con la composición de cualquiera de las realizaciones de la presente invención, preferiblemente con la composición que incluye al menos los 3 compuestos a), b) y c) según la presente invención, se consigue eliminar la totalidad o prácticamente la totalidad de los microorganismos (eliminándose más de 5 unidades logarítmicas de dichos microorganismos tales como bacterias, patógenos, virus, esporas; tales comoE. coli,colífagos,Enterecocos faecalis, C. perfringens,etc.) y los microcontaminantes (tales como fármacos, antibióticos, plaguicidas, productos de higiene personal y doméstica, edulcorantes artificiales, entre otros.) presentes en el agua. In fact, it has been observed that if water from a secondary treatment (WWTP) is purified with the composition of any of the embodiments of the present invention, preferably with the composition that includes at least the 3 compounds a), b) and c) according to the present invention, it is possible to eliminate all or practically all of the microorganisms (eliminating more than 5 logarithmic units of said microorganisms such as bacteria, pathogens, viruses, spores; such as E. coli, coliphages, Enterococcus faecalis, C. perfringens, etc.) and micropollutants (such as drugs, antibiotics, pesticides, personal and household hygiene products, artificial sweeteners, among others) present in the water.
Otra ventaja del uso de la composición según la presente invención, tanto de la combinación de los compuestos a) complejo de hierro y b) ácido hipocloroso, como de la composición que adicionalmente y opcionalmente incorpora el compuesto c) oxidante seleccionado de entre peroxoácido o su sal, y/o H2O2, es que esta composición tiene efectos desinfectantes, por lo que se pueden tratar también aguas que presenten microorganismos tales como bacterias sin necesidad de realizar tratamientos antibacterianos previos a dicha agua. Another advantage of using the composition according to the present invention, both of the combination of the compounds a) iron complex and b) hypochlorous acid, and of the composition that additionally and optionally incorporates the compound c) oxidizing agent selected from peroxoacid or its salt, and/or H2O2, is that this composition has disinfectant effects, so that waters containing microorganisms such as bacteria can also be treated without the need to carry out prior antibacterial treatments on said water.
En una séptima realización de la invención, la concentración del compuesto a) complejo de hierro fotoactivable, en el agua a tratar es baja, y más particularmente es de entre 0,1 mM y 0,2 mM. In a seventh embodiment of the invention, the concentration of the compound a) photoactivatable iron complex, in the water to be treated is low, and more particularly is between 0.1 mM and 0.2 mM.
Sorprendentemente, se ha observado que una concentración baja del compuesto a), preferiblemente entre 0,1 mM y 0,2 mM, tanto para la realización que comprende a) y b), como para la realización que comprende a), b) y c), resulta en una mayor purificación del agua (mayor desinfección y mayor descontaminación), comparado con concentraciones superiores a 0,2 mM del compuesto a) que resultan en una purificación menos eficiente (menor desinfección y menor descontaminación). Esto es sorprendente dado que cabría esperar a priori que mayores concentraciones del reactivo de purificación a) resultaran en una mayor purificación del agua (al contrario de lo que ocurre). Además, cabe decir que el proceso de purificación también funciona para concentraciones más elevadas de a). Surprisingly, it has been observed that a low concentration of compound a), preferably between 0.1 mM and 0.2 mM, both for the embodiment comprising a) and b), and for the embodiment comprising a), b) and c), results in a greater purification of the water (greater disinfection and greater decontamination), compared to concentrations higher than 0.2 mM of compound a) which result in a less efficient purification (less disinfection and less decontamination). This is surprising given that one would expect a priori that higher concentrations of the purification reagent a) would result in a greater purification of the water (contrary to what occurs). In addition, it should be said that the purification process also works for higher concentrations of a).
En una octava realización de la invención, la concentración del compuesto b) ácido hipocloroso o una sal del ácido hipocloroso, o sus combinaciones, en el agua a tratar, es baja, y preferiblemente es de entre 0,13 mM (es decir 10 mg/L) y 0,39 mM (es decir 30 mg/L). In an eighth embodiment of the invention, the concentration of compound b) hypochlorous acid or a salt of hypochlorous acid, or combinations thereof, in the water to be treated, is low, and preferably is between 0.13 mM (i.e. 10 mg/L) and 0.39 mM (i.e. 30 mg/L).
Se ha observado que añadir una concentración baja del compuesto b), preferiblemente entre 0,13 mM y 0,39 mM, tanto para la realización que comprende a) y b), como para la realización que comprende a), b) y c), resulta en la generación de un menor número de subproductos tóxicos tales como trihalometanos y/o ácidos haloacéticos o subproductos clorados; subproductos tóxicos que por el contrario se forman habitualmente de los tratamientos de purificación del agua conocidos en el estado de la técnica tales como cloración o/y ozonización. Todo ello a la vez que dicha baja concentración del compuesto b) en la composición según la invención consigue purificar el agua de una forma muy significativa (ver ejemplo de realización descritos en la presente memoria, tanto para la combinación a) b) indicado anteriormente, como para la combinación a) b) c) descrito más adelante al final de la presente memoria), cuando dicha composición se añade al agua a purificar. Esto es sorprendente porque a priori no cabría esperar que concentraciones bajas del reactivo de purificación b) (por ejemplo de 10 mg/L para el NaClO) resultaran en una desinfección tan significativa (de hasta 5 reducciones logarítmicas paraE.coli,colífagos yEnterococos faecalis).Además, cabe decir que el proceso de purificación también funciona para concentraciones más elevadas de b). It has been observed that adding a low concentration of compound b), preferably between 0.13 mM and 0.39 mM, both for the embodiment comprising a) and b), and for the embodiment comprising a), b) and c), results in the generation of a lower number of toxic by-products such as trihalomethanes and/or haloacetic acids or chlorinated by-products; toxic by-products that on the contrary are usually formed from the water purification treatments known in the state of the art such as chlorination and/or ozonation. All this while said low concentration of compound b) in the composition according to the invention manages to purify the water in a very significant way (see embodiment example described herein, both for the combination a) b) indicated above, and for the combination a) b) c) described later at the end of this specification), when said composition is added to the water to be purified. This is surprising because a priori one would not expect that low concentrations of the purification reagent b) (for example 10 mg/L for NaClO) would result in such significant disinfection (up to 5 log reductions for E. coli, coliphages and Enterococus faecalis). Furthermore, it should be noted that the purification process also works for higher concentrations of b).
En una novena realización de la invención, la concentración del compuesto c) peroxoácido, y/o su sal, y/o H2O2, o sus combinaciones, en el agua a purificar, es baja, y es de entre 0,73 mM (25 mg/L) - 1,47 mM (50 mg/L). In a ninth embodiment of the invention, the concentration of compound c) peroxoacid, and/or its salt, and/or H2O2, or combinations thereof, in the water to be purified, is low, and is between 0.73 mM (25 mg/L) - 1.47 mM (50 mg/L).
Sorprendentemente, se ha observado que una concentración baja del compuesto c), es decir del oxidante seleccionado de entre un peroxoácido o su sal, y/o H2O2, concretamente una concentración baja entre 0,73 mM y 1,47 mM, para la realización que comprende a), b) y c), consigue purificar el agua de una forma muy significativa (ver ejemplo de realización al final de la memoria, en la que con concentraciones de 0,73 mM de H2O2se consigue una desinfección donde se reducen hasta 5 reducciones logarítmicas paraE.coli,colífagos yEnterococos faecalis;y una descontaminación del 50-78% de los microcontaminantes presentes en el agua). Este descubrimiento es especialmente útil para cuando el compuesto c) es H2O2, dado que en este rango de concentraciones de oxidante, no se aporta toxicidad al agua y se evita el recrecimiento microbiológico, por lo que es ventajoso conocer que aún a concentraciones bajas se consigue incluso una purificación del agua mayor. Además, cabe decir que el proceso de purificación también funciona para concentraciones más elevadas de c). Surprisingly, it has been observed that a low concentration of compound c), that is to say of the oxidant selected from a peroxoacid or its salt, and/or H2O2, specifically a low concentration between 0.73 mM and 1.47 mM, for the embodiment comprising a), b) and c), manages to purify the water in a very significant way (see example of embodiment at the end of the specification, in which with concentrations of 0.73 mM of H2O2 a disinfection is achieved where up to 5 logarithmic reductions are reduced for E. coli, coliphages and Enterococus faecalis; and a decontamination of 50-78% of the micropollutants present in the water). This discovery is especially useful when compound c) is H2O2, given that in this range of oxidant concentrations, no toxicity is added to the water and microbiological regrowth is avoided, so it is advantageous to know that even at low concentrations an even greater purification of the water is achieved. Furthermore, it should be noted that the purification process also works for higher concentrations of c).
En una décima realización de la invención, la adición de al menos uno de los compuestos a), b) y c) al agua a purificar se realiza y regula de forma continua. Particularmente, se regula la cantidad y/o concentración y/o tiempo en que se añade cada uno de los compuestos a), b), y c) en función de las propiedades físico-químicas de dicha agua a purificar. In a tenth embodiment of the invention, the addition of at least one of the compounds a), b) and c) to the water to be purified is carried out and regulated continuously. In particular, the quantity and/or concentration and/or time in which each of the compounds a), b), and c) is added is regulated based on the physical-chemical properties of said water to be purified.
Dichas propiedades físico-químicas del agua a purificar pueden haber sido medidos previamente o in-situ mediante métodos convencionales del estado de la técnica para caracterizar dichas propiedades físico-químicas del agua. Ejemplos no limitativos de dichas propiedades físico-químicas del agua a purificar son por ejemplo el flujo de agua, la composición, los aniones y cationes, el pH, la turbidez, la conductividad, los sólidos en suspensión, etc. These physical-chemical properties of the water to be purified may have been measured previously or in-situ by means of conventional methods of the state of the art to characterize said physical-chemical properties of the water. Non-limiting examples of said physical-chemical properties of the water to be purified are, for example, the water flow, the composition, the anions and cations, the pH, the turbidity, the conductivity, the suspended solids, etc.
El hecho de poder controlar la cantidad y momento en el que se suministran cada uno de los compuestos a), b) u opcionalmente c), tanto de forma conjunta como de forma separada, permite adaptar la cantidad, la concentración y el tiempo de adición de la composición a las propiedades físico-químicas de dicha agua, lo cuál permite además de optimizar el uso de reactivos y energía, también optimizar tanto la desinfección como la descontaminación de dicha agua en tiempo real, tanto para agua a purificar estancada como para agua a purificar en constante flujo. The fact of being able to control the quantity and moment in which each of the compounds a), b) or optionally c) are supplied, both jointly or separately, allows the quantity, concentration and time of addition of the composition to be adapted to the physical-chemical properties of said water, which allows, in addition to optimizing the use of reagents and energy, also optimizing both the disinfection and decontamination of said water in real time, both for stagnant water to be purified and for water to be purified in constant flow.
La fotoactivación de la composición según cualquiera de las realizaciones anteriores se puede realizar tras añadir sus componentes al agua a purificar, al menos tras añadir el compuesto a) al agua a purificar, o bien tras añadir al menos sus componentes a) y b), o bien tras añadir al menos sus componentes a), b) y c). The photoactivation of the composition according to any of the previous embodiments can be carried out after adding its components to the water to be purified, at least after adding the compound a) to the water to be purified, or after adding at least its components a) and b), or after adding at least its components a), b) and c).
De hecho, la fotoactivación de la composición o el complejo de hierro fotoactivable a) puede realizarse tanto antes como después de añadir la composición al agua a purificar. No obstante, se ha observado que este complejo de hierro se fotodegrada con la fotoactivación, y por ello si la composición fotoactivable o el compuesto a) se fotoactiva antes de ser añadida del agua, la purificación del agua pierde eficacia. Es por ello que preferiblemente, la fotoactivación de la composición se realiza después de añadir la composición al agua a purificar, al menos tras añadir el compuesto a) complejo fotoactivo de hierro orgánico al agua a purificar. In fact, the photoactivation of the composition or the photoactivatable iron complex a) can be carried out both before and after adding the composition to the water to be purified. However, it has been observed that this iron complex is photodegraded by photoactivation, and therefore if the photoactivatable composition or the compound a) is photoactivated before being added to the water, the purification of the water loses its effectiveness. That is why preferably, the photoactivation of the composition is carried out after adding the composition to the water to be purified, at least after adding the compound a) photoactive organic iron complex to the water to be purified.
En una décimo primera realización de la invención, la fotoactivación de la composición fotoactivable se realiza mediante radiación solar o radiación ultravioleta, preferiblemente mediante radiación ultravioleta-C (UV-C) a una longitud de onda de entre 100-280 nm. In an eleventh embodiment of the invention, the photoactivation of the photoactivatable composition is carried out by solar radiation or ultraviolet radiation, preferably by ultraviolet-C (UV-C) radiation at a wavelength between 100-280 nm.
De hecho, se ha observado que longitudes de onda bajas, concretamente radiación solar y radiación ultravioleta (100-400 nm), y aún más particularmente radiación UV-C (100-280 nm), para cualquiera de las realizaciones según la invención, tanto para composiciones que comprenden a) y b), como para composiciones que comprenden a), b) y c), resultan en una mayor purificación del agua, comparado con el uso de otras radiaciones de diferente longitud de onda. In fact, it has been observed that low wavelengths, specifically solar radiation and ultraviolet radiation (100-400 nm), and even more particularly UV-C radiation (100-280 nm), for any of the embodiments according to the invention, both for compositions comprising a) and b), and for compositions comprising a), b) and c), result in greater purification of water, compared to the use of other radiations of different wavelengths.
En el caso de la radiación solar, preferiblemente se utilizará una radiación entre 10 W/m2 y 40 W/m2, que opcional y preferiblemente será de 320 - 400 nm. En el caso de radiación UV-C/LED preferiblemente se utilizará una radiación por encima de 8 W/m2, que opcional y preferiblemente será de 276 nm. In the case of solar radiation, preferably a radiation between 10 W/m2 and 40 W/m2 will be used, which optionally and preferably will be 320 - 400 nm. In the case of UV-C/LED radiation, preferably a radiation above 8 W/m2 will be used, which optionally and preferably will be 276 nm.
La cantidad de radiación que está siendo aplicada según cualquier realización de la presente invención se puede medir con cualquier aparato capaz de detectar dicha radiación, por ejemplo un radiómetro. En el caso de utilizarse radiación solar, se puede utilizar un radiómetro solar. The amount of radiation being applied according to any embodiment of the present invention may be measured by any apparatus capable of detecting such radiation, for example a radiometer. In the case of solar radiation being used, a solar radiometer may be used.
En una duodécima realización de la invención, se provee un dispositivo para realizar el método de purificación de aguas con la composición de la invenicón, donde el dispositivo comprende: In a twelfth embodiment of the invention, a device is provided for carrying out the water purification method with the composition of the invention, where the device comprises:
i. Medios (1) de pretratamiento del agua, i. Means (1) of water pretreatment,
ii. Medios (2) de purificación del agua, preferentemente un reactor tipo "raceway”. ii. Means (2) for purifying the water, preferably a "raceway" type reactor.
iii. donde opcionalmente, los medios (2) comprenden medios de agitación (2a). iii. where optionally, the means (2) comprise stirring means (2a).
iv. donde opcionalmente, los medios (2) comprenden una fuente de radiación (2b). iv. where optionally, the means (2) comprise a radiation source (2b).
v. Medios (3a) de almacenamiento y dosificado del componente a) , v. Means (3a) for storing and dosing component a),
vi. Medios (3b) de almacenamiento y dosificado del componente b) , vi. Means (3b) for storing and dosing component b),
vii. Opcionalmente, medios (3c) de almacenamiento y dosificado del componente c), vii. Optionally, means (3c) for storing and dosing component c),
viii. Medios (4) de control del dispositivo. viii. Means (4) of device control.
ix. Medios (5) de filtrado del agua purificada de salida. ix. Means (5) for filtering the purified output water.
Un ejemplo no limitativo de un dispositivo según la presente invención se muestra en la Figura 1. Los medios (1) de pretratamiento del agua pueden ser un tanque de pretratamiento de agua, que puede pretatar el agua mediante cualquier método de pretratamiento conocido en el estado de la técnica. Los medios (2) de reacción pueden ser cualquier tipo de reactor, por ejemplo, un reactor de tipo "raceway” . Las paredes de dicho reactor (2) pueden ser transparentes a la luz solar, en cuyo caso se utilizará la luz solar como fuente de radiación para fotoactivar la composición. Alternativamente, el dispositivo puede comprender medios de agitación (2a) para homogeneizar tanto el agua como la presencia de los componentes a), b) y opcionalmente c) en dicha agua. El dispositivo también puede incluir opcionalmente uno o más emisores de radiación (2b), preferiblemente de radiación UV y más preferiblemente UV-C, para poder fotoactivar la composición de la presente invención. Además, el dispositivo puede comprender medios de almacenamiento y dosificado (3a, 3b, 3c) de los componentes a), b), y c) de la composición respectivamente, si bien el dispositivo puede comprender medios adicionales de almacenamiento y dosificación de componentes adicionales. Un ejemplo no limitativo de dichos medios son tanques de almacenamiento (3) que dosifican cada componente de forma independiente mediante una válvula. Tras la dosificación de al menos los componentes a), b) y opcionalmente c) al reactor (2), y la homogeneización de la mezcla mediante el agitador (2a), ocurre la reacción de purificación del agua en dicho reactor (2). Finalmente, el agua purificada se filtra mediante medios de filtrado (5) del agua purificada de salida, para así filtrar impurezas de dicha agua tales como el hierro precipitado consecuencia de la reacción de purificación del agua con la composición de la invención en el reactor (2). A su vez, el dispositivo puede comprender medios de control del dispositivo (4) para controlar a tiempo real los parámetros del proceso. A non-limiting example of a device according to the present invention is shown in Figure 1. The water pretreatment means (1) may be a water pretreatment tank, which can pretreat the water by any pretreatment method known in the state of the art. The reaction means (2) may be any type of reactor, for example, a "raceway" type reactor. The walls of said reactor (2) may be transparent to sunlight, in which case sunlight will be used as a source of radiation to photoactivate the composition. Alternatively, the device may comprise stirring means (2a) to homogenize both the water and the presence of components a), b) and optionally c) in said water. The device may also optionally include one or more radiation emitters (2b), preferably UV radiation and more preferably UV-C, in order to photoactivate the composition of the present invention. Furthermore, the device may comprise storage and dosing means (3a, 3b, 3c) of components a), b), and c) of the composition respectively, although the device may comprise additional storage and dosing means for additional components. A non-limiting example of said means are storage tanks (3) that dose each component independently by means of a valve. After dosing at least components a), b) and optionally c) into the reactor (2) and homogenizing the mixture by means of the stirrer (2a), the water purification reaction occurs in said reactor (2). Finally, the purified water is filtered by means of filtering means (5) of the purified output water, in order to filter impurities from said water such as the precipitated iron resulting from the water purification reaction with the composition of the invention in the reactor (2). In turn, the device may comprise device control means (4) to control the process parameters in real time.
Se entiende por purificación del agua según la invención, a la desinfección y/o descontaminación de dicha agua. Purification of water according to the invention is understood as the disinfection and/or decontamination of said water.
Se entiende por desinfección la eliminación o reducción en la concentración en el agua de microorganismos tales como bacterias, virus, protozoos, esporas, etc. Disinfection is understood as the elimination or reduction in the concentration of microorganisms such as bacteria, viruses, protozoa, spores, etc. in water.
Se entiende por descontaminación la eliminación o reducción en la concentración de contaminantes en el agua, es decir de compuestos que se consideran nocivos para la salud pública y/o el medioambiente, al menos de aquellos contaminantes presentes en el agua a descontaminar identificados como contaminantes de preocupación emergente (Helmecke, M., Fries, E., Schulte, C., 2020. Regulating water reuse for agricultural irrigation: risks related to organic micro-contaminants. Environ. Sci. Europe, 32, 4.), y/o la conversión de dichos compuestos contaminantes en otros que no se consideren contaminantes. Ejemplos no limitativos de estos compuestos contaminantes incluyen compuestos orgánicos contaminantes tales como fármacos, antibióticos, plaguicidas, productos de higiene corporal y edulcorantes artificiales. Cargas iniciales típicas de dichos microcontaminantes en el agua a purificar según la presente invención son por ejemplo cargas en torno a 20 -200 |jg/L. Decontamination is understood as the elimination or reduction in the concentration of contaminants in water, i.e. of compounds that are considered harmful to public health and/or the environment, at least of those contaminants present in the water to be decontaminated that have been identified as contaminants of emerging concern (Helmecke, M., Fries, E., Schulte, C., 2020. Regulating water reuse for agricultural irrigation: risks related to organic micro-contaminants. Environ. Sci. Europe, 32, 4.), and/or the conversion of said contaminating compounds into others that are not considered contaminants. Non-limiting examples of these contaminating compounds include organic contaminating compounds such as drugs, antibiotics, pesticides, body hygiene products and artificial sweeteners. Typical initial loads of said microcontaminants in the water to be purified according to the present invention are, for example, loads around 20 -200 |jg/L.
Según la realización más preferida de la presente invención, se añade simultáneamente a un agua a purificar a) el complejo fotoactivo de hierro Fe3+-NTA; b) NaClO; y c) peróxido de hidrógeno (H2O2) como oxidante, en bajas concentraciones. bajo radiación solar o LED UVA, en un dispositivo adecuado según la undécima realización de la invención. Más particularmente, los compuestos a), b) y c) se añaden en bajas concentraciones entorno a 0,1 mM - 0,2 mM para Fe3+-NTA (relación molar 1:1), 0,73 mM (25 mg/L) - 1,47 mM (50 mg/L) para H2O2, y 0,13 mM (10 mg/L) - 0,39 mM (30 mg/L) para NaClO. According to the most preferred embodiment of the present invention, a) the photoactive iron complex Fe3+-NTA; b) NaClO; and c) hydrogen peroxide (H2O2) as an oxidant, are simultaneously added to a water to be purified in low concentrations. under solar radiation or UVA LED, in a suitable device according to the eleventh embodiment of the invention. More particularly, compounds a), b) and c) are added in low concentrations around 0.1 mM - 0.2 mM for Fe3+-NTA (molar ratio 1:1), 0.73 mM (25 mg/L) - 1.47 mM (50 mg/L) for H2O2, and 0.13 mM (10 mg/L) - 0.39 mM (30 mg/L) for NaClO.
El uso de la composición de la presente invención para la purificación de aguas, mediante el ajuste de las concentraciones de a) y b), y opcionalmente c), resulta en una desinfección y eliminación de microcontaminantes orgánicos simultáneas suficientes como para cumplir con clase de calidad del agua más estricta (clase B e incluso clase A) según el reglamento Europeo UE 2020/741, cumpliendo por lo tanto con el resto de clases de calidad del agua menos estrictas (B, C y D). The use of the composition of the present invention for water purification, by adjusting the concentrations of a) and b), and optionally c), results in simultaneous disinfection and elimination of organic micropollutants sufficient to comply with the strictest water quality class (class B and even class A) according to European regulation EU 2020/741, thus complying with the rest of the less strict water quality classes (B, C and D).
El agua obtenida según cualquiera de las realizaciones de la presente invención puede utilizarse para infinidad de usos, siendo estos usos muy variados. The water obtained according to any of the embodiments of the present invention can be used for a multitude of uses, these uses being very varied.
Ejemplos no limitativos de dichos posibles usos del agua purificada con la composición de la presente invención incluyen el riego agrícola y de zonas verdes, los procesos industriales, la refrigeración de depósitos y tanques, la alimentación de calderas, el apagado de incendios, el lavado de vehículos, la limpieza de calles, el campo de la construcción, etc. Non-limiting examples of such possible uses of water purified with the composition of the present invention include agricultural and green area irrigation, industrial processes, cooling of reservoirs and tanks, feeding boilers, extinguishing fires, washing vehicles, street cleaning, the construction field, etc.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y figuras se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Throughout the description and claims the word "comprises" and its variants are not intended to exclude other technical features, additives, components or steps. For those skilled in the art, other objects, advantages and features of the invention will become apparent partly from the description and partly from the practice of the invention. The following examples and figures are provided by way of illustration, and are not intended to be limiting of the present invention.
Cabe también remarcar que este documento solo describe algunas de las realizaciones de la presente invención, y el experto en la materia entiende que también se pueden llevar a cabo otras realizaciones equivalentes o alternativas dentro del alcance de la invención, así como modificaciones que sean equivalentes u obvias. Por lo tanto, el alcance de la presente invención no se limitará a las realizaciones específicas descritas en el presente documento. It should also be noted that this document only describes some of the embodiments of the present invention, and the person skilled in the art understands that other equivalent or alternative embodiments can also be carried out within the scope of the invention, as well as modifications that are equivalent or obvious. Therefore, the scope of the present invention will not be limited to the specific embodiments described herein.
Descripción de las FigurasDescription of Figures
La Figura 1 muestra un diagrama general de un dispositivo en el que se realiza un método para purificar agua mediante el uso de la composición de la presente invención. Figure 1 shows a general diagram of a device in which a method for purifying water by using the composition of the present invention is performed.
Ejemplo de realización de la invenciónEmbodiment of the invention
A continuación, se presenta un ejemplo de realización de la invención para purificar agua con una composición según la invención, y mediante el dispositivo de la Figura 1. Below is an exemplary embodiment of the invention for purifying water with a composition according to the invention, and by means of the device in Figure 1.
En el ejemplo no limitativo particular de la Figura 1 de dispositivo para realizar la invención, los medios (1) de pretratamiento del agua pueden ser un tanque de pretratamiento de agua, que puede pretatar el agua mediante cualquier método de pretratamiento conocido en el estado de la técnica. Los medios (2) de reacción pueden ser cualquier tipo de reactor, por ejemplo, un reactor de tipo “raceway”. Las paredes de dicho reactor (2) pueden ser transparentes a la luz solar, en cuyo caso se utilizará la luz solar como fuente de radiación para fotoactivar la composición. Alternativamente, el dispositivo puede comprender medios de agitación (2a) para homogeneizar tanto el agua como la presencia de los componentes a), b) y opcionalmente c) en dicha agua. El dispositivo también puede incluir opcionalmente uno o más emisores de radiación (2b), preferiblemente de radiación UV y más preferiblemente UV-C, para poder fotoactivar la composición de la presente invención. En la figura 1 también se muestran los medios de almacenamiento de dosificado de los componentes a), b), y c) de la composición, si bien el dispositivo puede comprender medios adicionales de almacenamiento y dosificación de componentes adicionales. Un ejemplo no limitativo de dichos medios son tanques de almacenamiento (3) que dosifican cada componente de forma independiente mediante una válvula. Tras la dosificación de al menos los componentes a), b) y opcionalmente c) al reactor (2), y la homogeneización de la mezcla mediante el agitador (2a), ocurre la reacción de purificación del agua en dicho reactor (2). Finalmente, el agua purificada se hace filtra mediante medios de filtrado (5) del agua purificada de salida, para así filtrar impurezas de dicha agua tales como el hierro precipitado consecuencia de la reacción de purificación del agua con la composición de la invención en el reactor (2). A su vez, el dispositivo puede comprender medios de control del dispositivo (4) para controlar a tiempo real los parámetros del proceso. El agua a tratar, procedente del tratamiento secundario de una estación EDAR, es dirigida al tanque de pretratamiento (1) en el cual se adecúa para que cumpla con las condiciones requeridas para el correcto funcionamiento del proceso. Este acondicionamiento realizado en el tanque de pretratamiento (1) consiste en la adición de la correspondiente cantidad estequiométrica de ácido sulfúrico con el propósito de reducir el carbono inorgánico y evitar el efecto scavenger observado de los bicarbonatos sobre los radicales hidroxilo. In the particular non-limiting example of Figure 1 of a device for carrying out the invention, the water pretreatment means (1) may be a water pretreatment tank, which can pretreat the water by any pretreatment method known in the state of the art. The reaction means (2) may be any type of reactor, for example, a “raceway” type reactor. The walls of said reactor (2) may be transparent to sunlight, in which case sunlight will be used as a source of radiation to photoactivate the composition. Alternatively, the device may comprise stirring means (2a) to homogenize both the water and the presence of components a), b) and optionally c) in said water. The device may also optionally include one or more radiation emitters (2b), preferably UV radiation and more preferably UV-C, to be able to photoactivate the composition of the present invention. Figure 1 also shows the storage and dosing means for components a), b), and c) of the composition, although the device may comprise additional storage and dosing means for additional components. A non-limiting example of said means are storage tanks (3) that dose each component independently by means of a valve. After dosing at least components a), b) and optionally c) to the reactor (2), and homogenizing the mixture by means of the stirrer (2a), the water purification reaction occurs in said reactor (2). Finally, the purified water is filtered by means of filtering the purified water output (5), in order to filter impurities from said water such as the precipitated iron resulting from the purification reaction of the water with the composition of the invention in the reactor (2). In turn, the device may comprise device control means (4) to control the process parameters in real time. The water to be treated, coming from the secondary treatment of a WWTP, is directed to the pretreatment tank (1) where it is adapted to meet the conditions required for the correct operation of the process. This conditioning carried out in the pretreatment tank (1) consists of the addition of the corresponding stoichiometric quantity of sulfuric acid with the purpose of reducing inorganic carbon and avoiding the observed scavenger effect of bicarbonates on hydroxyl radicals.
Por otra parte, en la Figura 1 los tanques (3) de adición de los reactivos 3a, 3b y 3c contienen respectivamente los compuestos a) complejo de hierro fotoactivable Fe+3-NTA, b) NaClO y c) H2O2); todos ellos en forma líquida. El dispositivo donde se realiza el proceso de purificación del agua también comprende una unidad de control (4) de los parámetros del dispositivo que permiten controlar el proceso en contínuo y en tiempo real, y un reactor tipo“raceway”(2) operado en modo continuo, bajo radiación solar. Las paredes del reactor son transparentes a la radiación solar externa que puede irradiar el agua a tratar mientras esta fluye desde el agitador 2a hasta su salida (5), para así fotoactivar la composición cuyos componentes están inicialmente almacenados en los tanques (3). Estos reactores están equipados con un sistema de monitorización y control. El agua de salida del reactor es dirigida a un filtro de arena (5) para retirar del agua el hierro precipitado durante el tratamiento. On the other hand, in Figure 1 the tanks (3) for adding reagents 3a, 3b and 3c contain respectively the compounds a) photoactivatable iron complex Fe+3-NTA, b) NaClO and c) H2O2); all of them in liquid form. The device where the water purification process is carried out also comprises a control unit (4) of the device parameters that allow the process to be controlled continuously and in real time, and a "raceway" type reactor (2) operated in continuous mode, under solar radiation. The walls of the reactor are transparent to external solar radiation that can irradiate the water to be treated while it flows from the agitator 2a to its outlet (5), in order to photoactivate the composition whose components are initially stored in the tanks (3). These reactors are equipped with a monitoring and control system. The water leaving the reactor is directed to a sand filter (5) to remove the iron precipitated during the treatment from the water.
Según el proceso de purificación de agua del presente ejemplo, se introdujo el agua pretratada (1) así como los reactivos de los tanques 3a, 3b y 3c, en el reactorraceway(2) en flujo continuo con un tiempo de residencia hidráulico de 60 min. y a temperatura ambiente, bajo una radiación solar media UVA de 35 ± 1 W/m2. El agua que se trató correspondía a agua procedente de un tratamiento secundario EDAR con la siguiente concentración inicial de microorganismos: 102-103 UFC (unidades formadas de colonias) /100 mL deE. coli; coliformes totales (104 UFC/100 mL),Enterococcus faecalis(101-102 CFU/100 mL),Clostridium perfringens(102 CFU/100 mL), y colífagos (107-1010 UFC/100 mL). According to the water purification process of the present example, pretreated water (1) as well as reagents from tanks 3a, 3b and 3c were introduced into the raceway reactor (2) in continuous flow with a hydraulic residence time of 60 min. and at room temperature, under an average UVA solar radiation of 35 ± 1 W/m2. The water that was treated corresponded to water from a secondary treatment WWTP with the following initial concentration of microorganisms: 102-103 CFU (colony forming units)/100 mL of E. coli; total coliforms (104 CFU/100 mL), Enterococcus faecalis (101-102 CFU/100 mL), Clostridium perfringens (102 CFU/100 mL), and coliphages (107-1010 CFU/100 mL).
Las concentraciones de reactivos utilizadas para la purificación del agua fueron de 0,1 mM de a) complejo de hierro; de 10 mg/L de b) NaClO; y de 0,73 mM de H2O2.El tratamiento de dicha agua en el reactor (2) se realizó en modo flujo continuo con un tiempo de residencia hidráulico de 60 min. The reagent concentrations used for water purification were 0.1 mM of a) iron complex; 10 mg/L of b) NaClO; and 0.73 mM of H2O2. The treatment of said water in the reactor (2) was carried out in continuous flow mode with a hydraulic residence time of 60 min.
Tras el tratamiento de purificación de dicha agua se consiguió una reducción de > 5 unidades logarítmicas paraE.coli,colífagos yEnterococos faecalis;y una reducción de 3 unidades logarítmicas de coliformes totales y deC.perfringens.Cabe mencionar que, ajustando las condiciones de purificación del agua según la composición y proceso de la presente invención, tales como la concentración y cantidad por unidad de tiempo de los componentes a) b) y c) que se proveen a la composición, en función de las características físico-químicas de dicha agua a tratar, podría conseguirse una mayor reducción de unidades logarítmicas de microorganismos en el agua tras su purificación. After the purification treatment of said water, a reduction of > 5 logarithmic units was achieved for E. coli, coliphages and Enterococus faecalis; and a reduction of 3 logarithmic units of total coliforms and C. perfringens. It should be mentioned that, by adjusting the water purification conditions according to the composition and process of the present invention, such as the concentration and quantity per unit of time of components a) b) and c) that are provided to the composition, based on the physical-chemical characteristics of said water to be treated, a greater reduction of logarithmic units of microorganisms in the water could be achieved after its purification.
Tras el tratamiento de purificación también se consiguió eliminar al menos más del 50% de la carga total de los microcontaminantes iniciales presentes en el agua antes de purificarla con la composición, procedimiento y dispositivo del presente ejemplo. After the purification treatment, it was also possible to eliminate at least more than 50% of the total load of initial micropollutants present in the water before purifying it with the composition, procedure and device of this example.
A continuación, presentamos la Tabla 1 en la que se muestran algunos de los microcontaminantes inicialmente presentes en dicha agua, y su porcentaje de eliminación tras el proceso de purificación del presente ejemplo: Below we present Table 1, which shows some of the micropollutants initially present in this water, and their percentage of removal after the purification process in this example:
Tabla 1. Concentraciones de microcontaminantes en el efluente a tratar según el ejemplo de realización de la invención, tanto concentración inicial de contaminantes en el efluente, como el porcentaje de eliminación de dichos microcontaminantes tras el tratamiento de purificación según el ejemplo de realización Table 1. Concentrations of micropollutants in the effluent to be treated according to the embodiment of the invention, both the initial concentration of pollutants in the effluent and the percentage of elimination of said micropollutants after the purification treatment according to the embodiment
Como se puede observar el agua en cuestión en este caso procede de una EDAR próxima a un hospital, con lo cual los microcontaminantes predominantes son los fármacos y antibióticos. Estos son sólo algunos ejemplos de microcontaminantes, ya que la composición según la invención permite degradar muchos más fármacos, antibióticos y plaguicidas. Además, se eliminan productos de higiene personal como el triclosán y edulcorantes como acesulfamo K, ciclamato de sodio, aspartamo, sacarina, etc. As can be seen, the water in question in this case comes from a WWTP close to a hospital, so the predominant micropollutants are drugs and antibiotics. These are just some examples of micropollutants, since the composition according to the invention allows the degradation of many more drugs, antibiotics and pesticides. In addition, personal hygiene products such as triclosan and sweeteners such as acesulfame K, sodium cyclamate, aspartame, saccharin, etc. are eliminated.
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