ES1310873U - Composicion para la purificacion de aguas - Google Patents

Abstract

Composición fotoactivable para la purificación de aguas de forma continua que comprende: a. un complejo de hierro (III) y un quelante alquilenaminocarboxílico; y b. ácido hipocloroso o una sal del ácido hipocloroso.

Description

DESCRIPCIÓN

COMPOSICIÓN PARA LA PURIFICACIÓN DE AGUAS

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.

Estado de la técnica

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).

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.

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).

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.

Descripción de la invención

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

En resumen, en una primera realización de la invención se provee una composición fotoactivable para la purificación de aguas que comprende al menos:

a) un complejo de hierro (III) y un quelante alquilenaminocarboxílico; y

b) ácido hipocloroso o una sal del ácido hipocloroso.

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).

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.

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.

También se contempla que el compuesto a) comprenda una combinación de complejos fotoactivos de hierro (III) con uno o más quelantes.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

Ejemplos no limitativos de trihalometanos según la invención son el cloroformo, el bromodiclorometano, el dibromoclorometano, el bromoformo, o sus combinaciones.

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.

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.

Ejemplos no limitativos de haloacetonitrilos según la invención son el cloroacetonitrilo, dicloroacetonitrilo, tricloroacetonitrilo, bromoacetonitrilo, bromocloroacetonitrilo, dibromoacetonitrilo, o sus combinaciones.

Ejemplos no limitativos de haloaldehídos según la invención son el formaldehído, el acetaldehído, o sus combinaciones.

Ejemplos no limitativos de halocetonas según la invención son la clorociclohexanona, la propanona, o sus combinaciones.

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).

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.

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).

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).

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.

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.

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:

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.

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).

Una cuarta realización de la invención se refiere al uso de la composición según cualquiera de las realizaciones anteriores para la purificación de aguas.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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).

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).

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).

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).

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).

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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:

i. Medios (1) de pretratamiento del agua,

ii. Medios (2) de purificación del agua, preferentemente un reactor tipo "raceway”.

iii. donde opcionalmente, los medios (2) comprenden medios de agitación (2a).

iv. donde opcionalmente, los medios (2) comprenden una fuente de radiación (2b).

v. Medios (3a) de almacenamiento y dosificado del componente a) ,

vi. Medios (3b) de almacenamiento y dosificado del componente b) ,

vii. Opcionalmente, medios (3c) de almacenamiento y dosificado del componente c),

viii. Medios (4) de control del dispositivo.

ix. Medios (5) de filtrado del agua purificada de salida.

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.

Se entiende por purificación del agua según la invención, a la desinfección y/o descontaminación de dicha agua.

Se entiende por desinfección la eliminación o reducción en la concentración en el agua de microorganismos tales como bacterias, virus, protozoos, esporas, etc.

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.

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.

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).

El agua obtenida según cualquiera de las realizaciones de la presente invención puede utilizarse para infinidad de usos, siendo estos usos muy variados.

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.

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.

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.

Descripción de las Figuras

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.

Ejemplo de realización de la invención

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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:

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

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.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. Composición fotoactivable para la purificación de aguas de forma continua que comprende:

a. un complejo de hierro (III) y un quelante alquilenaminocarboxílico; y b. ácido hipocloroso o una sal del ácido hipocloroso.

2. Composición según la reivindicación 1, donde el quelante alquilenaminocarboxílico se selecciona de entre NTA, EDDS, EDDHA, EDTA, DTPA, BOPTA, preferiblemente NTA.

3. Composición según cualquier de las reivindicaciones 1 o 2, que adicionalmente comprende:

c) un oxidante seleccionado de entre peroxoácido, sus sales, H2O2, o cualquiera de sus combinaciones.

4. Dispositivo para la purificación de aguas con la composición de las reivindicaciones 1 a 3, donde el dispositivo comprende:

i. Medios (1) de pretratamiento del agua,

ii. Medios (2) de purificación del agua, preferentemente un reactor tipo "raceway”.

iii. donde opcionalmente, los medios (2) comprenden medios de agitación (2a).

iv. donde opcionalmente, los medios (2) comprenden una fuente de radiación (2b).

v. Medios (3a) de almacenamiento y dosificado del componente a) ,

vi. Medios (3b) de almacenamiento y dosificado del componente b) ,

vii. Opcionalmente, medios (3c) de almacenamiento y dosificado del componente c),

viii. Medios (4) de control del dispositivo,

ix. Medios (5) de filtrado del agua purificada de salida.