MX2010014076A - Composicion y proceso para la purificacion de agua contaminada. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a una composición y un proceso para desinfección, y en particular para la desinfección y purificación de agua contaminada. La invención es especialmente útil para la remoción de impurezas suspendidas y contaminantes microbianos dañinos como bacterias, virus y quistes de agua para hacerla saludable y agradable para consumo humano. Un objetivo de la invención es proporcionar una composición para purificar agua contaminada con microorganismos dañinos mientras que se asegura que el agua sea segura y agradable de consumir. De acuerdo con esto, la invención proporciona una composición sólida de desinfección comprendiendo un agente oxidante y un extinguidor de biocida el cual es una matriz sólida.

Description

OMPOSICION Y PROCESO PARA LA PURIFICACION DE CONTAMINADA mpo de la invención La invención se refiere a una composición y un proces sinfección, y en particular para desinfección y purificación ntaminada. La invención es especialmente útil para la r impurezas suspendidas y contaminantes microbianos mo bacterias, virus y quistes de agua para hacerla sal radable para consumo humano. tecedentes y técnica anterior Existen muchas operaciones donde se desea la desi desinfección significa inactivación de gérmenes, los eden ser dañinos para humanos. Las operaciones de desi luyen purificación de agua para muchos fines, por teríales/substratos desinfectados. De esta manera to ocesos de desinfección son de dos pasos para hacer lo igables ai consumidor, involucrando primero la desinfec gundo involucrando la remoción de los desinfectantes resid La purificación de agua para fines potables es uno ocesos de desinfección más importantes. Existen bill rsonas quienes tienen que depender de agua no purific es potables. Estas personas usualmente residen en bdesarrollados y en desarrollo, especialmente en la rales. Los sistemas municipales de tratamiento de agua lo tuban agua purificada a las casas generalmente n ponibles en estas áreas. Las personas en tales áreas tie colectar el agua de fuentes como ríos, pozos, lagos, a ZOS cavados en ollas y las almacenan en sus casas ta einar como para beber. Tal agua frecuentemente es infec croorganismos dañinos como quistes, virus y bacteri dera, los cuales cada vez se están volviendo más es stosos. Sistemas de purificación caseros avanzados c ltra-violeta); RO (osmosis inversa), etc., requieren flujo ntinuo y disponibilidad de electricidad. Ambas cuentemente o disponibles en una base continua en esta esta manera, siempre ha habido la necesidad de proporc todo simple, fácil de usar, no costoso y seguro para c querimiento e agua para beber para estas personas.

Los Departamentos de Salud en muchos países prop sinfectantes basados en halógeno para la inactivación croorganismos en agua. Tales desinfectantes incluye sinas yodadas, compuestos de cloro como hipoclorito d ido dicloro isocianúrico de sodio (NaDCCA), cloroisocianúrico (TCCA), etc. Estos desinfectantes s ctivos para inactivar microorganismos, pero el halógeno el agua frecuentemente deja un sabor u olor desagrad si de manera instantánea.

WO02/00557 (P&G) describe una composición de pur agua comprendiendo esencialmente un coagulante prim culante de puente, o un auxiliar coagulante y opcional sinfectante. Esta solicitud de patente también reclama un ra clarificar y purificar agua, el cual comprende varias leccionadas de coagulación y floculación, desinfección, fi utralización y provisión de nutrimento. Esta publicación uso de un biocida, el cual es provisto en modo de li ardada con respeto al coagulante y floculante. Tarn scribe un método, el cual incluye un paso de neutralizad al el agua para beber es llevado a contacto con un ag utralización de desinfectante subsecuente a la et paración para reducir o remover el exceso de desinfectan usarse. En el caso de desinfectantes basados en cloro, neutralización adecuados listados son carbón activado y ahí, si el extinguidor de biocida es liberado demasiado r agua, la acción biocida adecuada o tiene lugar. Por otra tinción de biocida debería suceder suficiente rápido de ma consumidores no tienen que esperar no ordinariament tes de que puedan consumir el agua. De ahí, es deseabl cida es extinguido en una cantidad de tiempo razon roximadamente 2 hasta 30 minutos, más preferiblemen sta 15 minutos, además de manera más preferible en 2 nutos.

EP1953119 (Unilever) describe una composición de pur agua sólida en la forma de un sistema de dos componen primer componente comprendiendo un biocida y un ad oluble en agua, y un segundo componente comprendi ente coagulante y un agente floculante. Un extinguidor de ede ser incluido en la composición. Sin embargo, no ex ma específica del extinguidor de biocida para un proces rbonatos de metales alcalinos, y estos estarán present ua purificada además y la presencia de éstos no es adec ua para beber. No hay descripción de una forma espec tinguidor de biocida ara extinción eficaz.

JP55106590 (Mitsui Toatsu Chem Inc) describe compu lusión para remover cloro libre de agua, los cuales compre ente removedor de cloro, tal como tiosulfato de sodio oc material poroso. Sin embargo, no hay descripción de m rosos específicos para extinción eficaz.

Es posible proporcionar el biocida y el extinguidor de empaques separados con la instrucción al consumidor de extinguidor de biocida en el agua, una cantidad predetermi mpo después de que el biocida es adicionado al agua gerido en WO02/00557. Esto involucra la intervención m al es incómoda y no gustada por el consumidor. Más a nsumidor no sigue la instrucción apropiadamente y a tinga antes de que el agua sea consumida por el emás, los inventores se han interesado en desarrol mposición que sea fácil y no costosa de fabricar y pu oducida usando materias primas ampliamente disponibles o de químicos como fosfatos y boratos, los cual nsiderados contaminantes. El pH del sistema también est la ventana de agua para beber. Después de intentar mero de aproximaciones posibles, una de las aproximacio dado el control deseado sobre la velocidad de desinfec ntrol deseado sobre la velocidad de extinción de biocida mposición comprendiendo un biocida oxidante y un exting cida, el cual es una matriz sólida de un agente red mpuestos metálicos substancialmente insolubles e lectivos.

De esta manera, un objetivo de la invención es prop a composición para purificar agua contaminad a parte sea efectivo en la inactivación de microorg entras que por otra parte, el biocida es extinguido antes d ua sea consumida.

Todavía oro objetivo de la presente invención es prop a composición para purificar agua usando un biocida, emás de la inactivación deseada de microorganismos dañi inción del biocida antes de que el agua se consumida pararse mediante el proceso simple usando m pliamente disponibles y no costosos.

Todavía otro objetivo de la invención es proporci todo para purificar agua para hacerla microbiológicament í como agradable de consumir.

Aunque la presente invención ha sido desarrolla jetivos de purificar agua, los presentes inventores se da que la composición y proceso son igualmente adecuad chos otros fines de desinfección. róxido, oxo-hidróxido o carbonato de un metal.

El biocida oxidante es de preferencia 5-50% en pe mposición de desinfección sólida.

El biocida reductor es de preferencia 5-50% en pes mposición de desinfección sólida.

El material substancialmente insoluble en agua eferencia 15-90% en peso de la composición de desi lida.

La composición es especialmente útil para la purific ua. scripción detallada de la invención Todas las partes en la presente son en peso a meno pecifique de otra manera.

La invención proporciona una composición para desi pecialmente para purificación de agua usando un biocida o dox menor que 1.4 V, de preferencia menor que icionalmente más preferiblemente menor que 0.5 V con re ectrodo de hidrógeno estándar (ref: Electrochemical serie ctroquímica, CRC Handbook of Chemistry and Physics (M C de química y física), 80a edición, pp. 8-21 a 8-3 eferencia, los agentes reductores son seleccionados del g nsiste de ácidos orgánicos C2-12 y sales de los mismos, s sales inorgánicas seleccionadas de sulfitos, b tabisulfitos y tiosulfatos. De preferencia, las sales ino n de metal alcalino, metal alcalino-térreo o amonio. Las idos orgánicos preferidas son citratos, malatos y ase entes reductores más adecuados para usarse en la com la invención son ascorbato o tiosulfato de metal álcal ente reductor de preferencia está presente en 5-50 eferiblemente en 7-35%, adicionalmente más preferiblem % en peso de la composición de desinfección sólida, biocida, está de preferencia en el rango de 1:1 a 1: eferiblemente en el rango de 1:2 a 1:10.

La matriz sólida comprende un material substanc oluble en agua seleccionado de óxido de metal, hi ohidróxido y carbonato. Oxidos, hidróxidos, oxohidró rbonatos de calcio, cinc, magnesio o aluminio son preferi tos, los compuestos más preferidos son óxido de cinc, hidr c, óxido de magnesio, hidróxido de magnesio, alúmina, h aluminio o carbonato de calcio. Por el término, substanc oluble se quiere decir que el material tiene una solubil ua de menos de 1 gramo por litro (gpl), de preferencia m gpl, más preferiblemente menos de 0.01 gpl a 25°C. El bstancialmente insoluble está presente de preferencia %, más preferiblemente 20 a 80%, adicionalmen feriblemente 25 hasta 70% en peso de la composi sinfección sólida. La proporción en peso del agente red róxidos, oxo-hidróxidos o carbonatos de metales. Much teríales substancialmente insolubles en agua, los cua rosos, y los cuales se cree ampliamente que son teríales para atrapar activos, como arcillas, zeolitas, etc. ados pero encontrados inefectivos para proporció sultados deseados.

El extinguidor de biocida es encapsulado de preferenc límero soluble en agua. Los polímeros solubles e ecuados incluyen óxido de polietileno, hidroxi etil celulos ar o almidón modificado.

El biocida oxidante es un material capaz de inactiv eferencia matar microorganismos. Por el término oxid iere decir un material que tiene un potencial redox de má de preferencia mayor que 0.8 V, adicionalmen eferiblemente mayor que 1.0 V con respecto a Elect rógeno estándar. Los biocidas oxidantes preferid ado en la composición de la invención.

Hipoclorito de calcio es un desinfectante de cloro in \\do comúnmente usado. Generalmente está disponible rmas. La forma más común tiene la fórmula Ca(OCI) múnmente referida como polvo blanqueador estabilizad lvo blanqueador comercialmente disponible generalmen ro disponible en cantidades en el rango de 30 hasta 35% otra forma de hipoclorito de calcio es llamada hipoclorit rza y tiene la fórmula química Ca(OCl)2. Esto pu ocurado comercialmente a cloro disponible en el rango de % en peso. De las dos formas de hipoclorito de c oclorito de alta fuerza es preferido. El biocida está pre eferencia en 5 hasta 50%, más preferiblemente 15 has icionalmente más preferiblemente 20 hasta 45% en pes mposición de desinfección sólida.

De acuerdo con un aspecto preferido de la inven \ agente reductor en la matriz sólida. La proporción en ente reductor a agua está de preferencia en el rango d . Cuando el agente reductor es sensible a oxidación en mplo, cuando el agente reductor es ascorbato de sodio, mezclado es de preferencia realizado en una atmósfera in ósfera inerte puede ser obtenida al formar un mant pacio superior del recipiente de mezclado con un gas in mplo nitrógeno.

De acuerdo con otro aspecto de la presente inven oporciona una composición de purificación de agua compr agente coagulante, el cual es una sal de metal inorgánica agua teniendo catión trivalente, un agente floculante, el polímero soluble en agua de alto peso molecular y la com desinfección sólida del primer aspecto de la invención.

El agente coagulante es un compuesto, el cual es un tal inorgánico soluble en agua teniendo catión trivalent culantes adecuados son polisacáridos (dextano c te í ñas, celulosas modificadas (hidroxiletilhidroxipr rboximetil), y poliacrilamidas de preferencia poliacrilamid SO molecular. Es especialmente preferido que la polia a ya sea modificada aniónica o no iónicament eferiblemente aniónicamente modificada. Los pesos mol ecuados de estas poliacrilamidas están en el rango de 1 7. Una cantidad preferida del agente floculante s desde 0 %, más preferiblemente desde 1 hasta 10% y muy preferi sde 2 hasta 8% en peso de la composición.

La acción de purificación de las composiciones de la i ede ser lograda al pH del agua cruda disponible. C pecto preferido, el pH de la composición puede ser aju go deseado de 6 a 8, al incluir un agente amortiguad mposición. Agentes amortiguadores adecuados son ó lcio, carbonato de sodio o bicarbonato de sodio. El tapu ígita , Mordenita, Caolines y Bentonita. Una arcilla a eferida en cuanto a esta invención es la arcilla de B ando se incluye, los adsorbentes están presentes en una el rango de 5 hasta 75%, más preferiblemente roximadamente 10 hasta 60% en peso de la composición.

La composición de la invención de preferencia t ntenido de humedad de no más de 5%, más preferible s de 3%, y muy preferiblemente no más de 2% en pe mposición.

La composición de desinfección sólida está prese eferencia en 5-40%, más preferiblemente 8-35% en pes mposición de purificación de agua de la invención.

La composición de purificación de agua de la inve pacada de preferencia en dos porciones, las cua pacialmente separadas, en donde la primera porción comp cida oxidante y la segunda porción comprende el exting rciones.

La forma sólida es la forma adecuada de las composic invención. Las formas sólidas adecuadas incluyen fo ivo, gránulos y tabletas, siendo la forma más preferida la f ivo. Cuando son entregadas como dos porciones, la fo eferida es la forma de polvo tanto en la primera porción gunda porción.

La composición de la invención es entregada de prefer ntidades en el rango de 0.5 hasta 10 gramos más preferi el rango de 1 hasta 5 gramos. Estos son usualmente adi 5 hasta 20 litros de agua. Cuando se entregan en dos po peso adecuado de la primera porción es 0.01 a 5 gram eferiblemente 0.1 a 1.5 gramos y pesos adecuados de la rción es 0.5 hasta 10 gramos.

Las composiciones de la invención pueden ser entre nsumidor en cualquier forma de empaque adecuado c rificada de una vez, es decir, la composición entera es ad agua de manera simultánea.

De acuerdo con otro aspecto de la presente inven oporciona un método para purificar agua cont mprendiendo los pasos de (i) contactar agua contaminada mposición de la invención, y (ii) separar la materia insol ua.

De acuerdo con un aspecto preferido, aunque purific ntaminada mediante el método de acuerdo con la ención, el paso de contactar el agua contaminada mposición necesita ser realizado durante un corto tiempo, lo durante uno o dos minutos de preferencia con agitac tería insoluble entonces se permite usualmente que se asi so que toma aproximadamente 5 hasta 30 minutos, de pre sta 20 minutos después de lo cual la materia inso parada del agua, para obtener agua purificada. Cu cantación o al usar una tela de muselina simple. La única la invención es que el extinguidor de biocida es adiciona n el biocida, haciendo por ello muy conveniente nsumidor usar ese producto.

Los presentes inventores han determinado q mposiciones de la invención sean muy efectivas para in parar microorganismos dañinos como bacterias, virus y esta manera, de acuerdo todavía con otro aspecto de la ención, se proporciona el uso de las composicione ención para purificar agua contaminada por al menos rem logarítmica de bacterias, remoción 4 logarítmica de moción 3 logarítmica de quistes.

La invención será ilustrada ahora mediante los si mplos no limitantes. emplos o el hipoclorito de calcio. En el Ejemplo 4, 10 mg/litro de icionaron en lugar del hipoclorito de calcio. emplo 1 La concentración de cloro en el agua de prueba se rtos intervalos de tiempo hasta 15 minutos después de la \ hipoclorito de calcio. emplo 2 Al agua de prueba, 0.22 gramo de tiosulfato de s icionado y se agitó para disolver todo. La concentración el agua fue medida. emplo 3 Se atrapó tiosulfato de sodio en una matriz sólida de h magnesio al usar el procedimiento siguiente: oducto fue 1 :2.

Un espectro de FTIR de la matriz sólida preparada ñera es mostrado en la Figura -1, el cual muestra un pico "1 que confirma la presencia del anión de tiosulfato en ella A los 12 litros de agua de prueba, se adicionó 0.45 g tinguidor de biocida como se preparó antes y se ág ncentración de cloro disponible en el agua de prueba fue rios intervalos sobre 15 minutos. emplo 4 A los 12 litros de agua de prueba, se adicionó 0.5 g tinguidor de biocida como se preparó para el Ejemplo 3 y concentración de yodo en el agua de prueba se midió ervalos sobre 15 minutos.

El procedimiento para medición de contenido de clor agua es dado a continuación: sumen en fa Tabla - 1. bla 1 Los datos en la Tabla 1 indican que la inclusión tin uidor de biocida de la invención E em los 3 4 co % de cloro disponible) se adicionó y agitó para disolver oclorito de calcio. emplo 5 Un extinguidor de biocidá, en el cual el tiosulfato es hidróxido de aluminio se preparó usando un procedimient aquél usado en el Ejemplo 3 para formar una pasta esp sa fue secada a 60-80°C bajo vacío a un contenido de hum nos de 5% en peso. La masa seca fue molida entonc izó a la distribución de tamaño de partícula. El product año de partícula de 300-800 mieras fuer prepara eración controlada de tiosulfato. La proporción en masa d uctor e hidróxido de aluminio en este produ roximadamente 1:2.

Un espectro de FTIR de la matriz sólida así prepa strado en la Figura 2, la cual muestra un pico a -1130 Se disolvió hexahidrato de nitrato de cinc (9 gramo) agua. Se agregó en forma de gotas una solución de hidr dio 1N en la solución anterior, lo cual se mantuvo a nstante. La adición continuó hasta que el H de solución se . La pasta fue agitada durante 2 horas a 25°C y se e rante 24 horas. El hidróxido de cinc precipitado fue tonces y la torta húmeda fue lavada para estar substanc re de sales disueltas usando agua deionizada. El tiosu dio anhidro (1.3 gramos) fue adicionado a la torta húme zcló profundamente. La pasta fue secada a 60-80°C bajo contenido de humedad de menos de 5% en peso. La pr masa de anión de tiosulfato e hidróxido de cinc en este aproximadamente 1:2.

Un espectro de FTIR de la matriz sólida así prepa tenido y esto es mostrado en la Figura 3, la cual muestra u 30 cm"1 que confirma la presencia del anión de tiosulfato ido de cinc (10 gramos) y se mezcló profundamente par a pasta espesa. Se prefiere si este paso es realiza mósfera inerte (por ejemplo, nitrógeno) con el fin de composición de vitamina C. La pasta se secó a 60-8 cío a un contenido de humedad de menos de 5% en p oporción de masa de Vitamina C y óxido de cinc en este aproximadamente 1:3.

Al agua de prueba, se adicionó 0.9 gramo del exting cida como se preparó antes y se agitó. La concentración ponible en el agua de prueba fue medida a varios in rante 15 minutos. emplo 8 Se atrapó tiosulfato en hidróxido de cinc para forr triz sólida. Esta matriz sólida fue encapsulada en hid ulosa al usar el siguiente procedimiento: Los datos sobre la concentración del biocida en el ueba como una función del tiempo para los Ejemplos 5 sumen en la Tabla 2. bla 2 Concentración de biocida en miligramo/lit iempo en Ejemplo 5 Ejemplo 6 Ejemplo 7 Eje minutos 0 10.0 10.7 12.0 1 1 2.7 2 3.5 6.2 5 2.1 3.8 2.0 8 0.7 10 1.6 0 12 0.2 0 15 0 emplo 9 Una composición de purificación de agua como se mué elante fue preparada y se almacenó en un saquito mpartimientos. mpartimiento 1: Hipoclorito de calcio (65% promedio d 18 gramo mpartimiento 2: Sulfato de aluminio: 2.0 gramos; poliacril ica: 0.2 gramo; arcilla de Bentonita: 1.0 gramo; exting cida como se preparó en el Ejemplo 3: 0.45 gramo.

Cuando se desea usar, los contenidos de l mpartimientos fueron adicionados de manera simultánea a ueba, la cual contenía lo siguientes: 104 quistes, 107 ba 5 virus, 150 mg de polvo de prueba.

Los contenidos fueron agitados durante 2 minutos y posar durante 15 minutos. mpartimientos. mpartimiento 1: Hipoclorito de calcio (65% promedio d 36 gramo mpartimiento 2: Sulfato de aluminio: 2.0 gramos; poliacril ica: 0.2 gramo; arcilla de Bentonita: 1.0 gramo: exting ocida como se prepara en el Ejemplo 3: 0.9 gramo.

Cuando se desea usar, los contenidos de l mpartimientos fueron adicionados de manera simultán obar agua, la cual contenía lo siguiente: 104 quistes, 107 105 virus, 150 mg de polvo de prueba.

Los contenidos fueron agitados durante 2 minutos y se posar durante 15 minutos.

El agua contenía 20 ppm en peso de cloro justo despu ición de la composición y nada de cloro después de 15 agua fue microbiológicamente pura pasando la pr moción de 3 logarítmica de quistes, remoción 6 logarít icionó hipoclorito de calcio (teniendo 65% de cloro disponi itó para disolver todo el hipoclorito de calcio para dar el c cloro de aproximadamente 10 ppm.

Una matriz sólida en la cual el tiosulfato es atrapa terial substancialmente insoluble en agua, fue preparad procedimiento similar a aquél usado en el Ejemplo oporción en masa de agente reductor y el material inso ua en el producto fue aproximadamente 1:2.

Al agua de prueba, se adicionó 0.5 gramo del exting ocída como se preparó antes y se agitó. La concentración el agua de prueba fue medida a varios intervalos sobre 5 s resultados de varios materiales insolubles en agua fue ención son resumidos en la Tabla 3. emplo 14: Material substancialmente insoluble en agua n el agente reductor bla 3 jemplo Material Concentración de biocida en miligram insoluble en agua Tiempo = Tiempo = Tiempo = Ti 0 minutos 1 minuto 3 minutos 5 11 Arcilla de 10.5 0 0 bentonita 12 Gel de 10.5 0 0 sílice 13 Zeolita 10.5 0 0 14 Hidróxido 10.5 0 0 de aluminio en forma de polvo La invención proporciona así composiciones de desinf mposiciones de purificación de agua que aseguran que e desinfectante/biocida dejado después de la desinfección extinguido en una manera controlada.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES Una composición sólida de desinfección que comprend (i) un biocida oxidante y (ii) un extinguidor de biocida, el cual es una matri mprendiendo un agente reductor atrapado en un bstancialmente insoluble en agua seleccionado de dróxido, oxo-hidróxido o carbonato de un metal, don aterial substancialmente insoluble en agua tiene solubi ua de menos de 1 gramo por litro a 25°C, y en donde e ductor es seleccionado del grupo que consiste de ácidos o C2-C 2 y sales de los mismos, y una o más sales ino leccionadas de sulfitos, bisulfitos, metabisulfitos y tiosulfit Una composición sólida de desinfección como se recla vindicación 1, que comprende 5-50% de biocida oxidant agente reductor y 15-90% de material substancialmente i idante es un compuesto de halógeno. Una composición de desinfección sólida como se re alquiera de las reivindicaciones precedentes, en d oporción en peso del agente reductor al material substanc oluble en agua está en el rango de 1:0.5 a 1:20. Una composición de desinfección sólida como se re alquiera de las reivindicaciones precedentes, en d tinguidor de biocida es preparado mediante un proc mprende los pasos de (i) mezclar el agente reductor terial substancialmente insoluble en agua en la presencia ra formar una pasta y (ii) secar dicha pasta. Una composición sólida de desinfección como se recla ¡vindicación 7, en donde la proporción en peso del agente gua está en el rango de 1:0.5 a 1:5. Una composición de purificación de agua comprendi ente coagulante, el cual es una sal de metal inorgánico so . Un método para purificar agua contaminada comprendi sos de (i) contactar agua contaminada con una composici reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedent parar la materia insoluble del agua. . El uso de una composición como se recama en cualq s reivindicaciones precedentes 1 a 10 para purific ntaminada a una remoción 6 logarítmica de bacterias, re garítmica de virus y remoción 3 logarítmica de quistes.