ES2284240T3 - Utilizacion de anhidrido carbonico en un procedimiento de tratamiento de efluentes acuosos. - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES MAS O MENOS CONCENTRADOS, DEL TIPO AGUAS DE PROCESOS, AGUAS RESIDUALES, INDUSTRIALES O URBANAS Y LODOS, PARTICULARMENTE PROCEDENTES DE ESTAS AGUAS RESIDUALES. DICHO PROCEDIMIENTO COMPRENDE AL MENOS UNA ETAPA DE SEPARACION FISICA DE UNA FASE LIQUIDA Y DE UNA FASE SOLIDA DISPERSAS EN EL SENO DE DICHA FASE LIQUIDA Y AL MENOS UNA ADICION DE REACTIVOS DE ACONDICIONAMIENTO QUIMICO Y OPCIONALMENTE DE AGENTES ANTIESPUMA. COMPRENDE ADEMAS LA INYECCION DE ANHIDRIDO CARBONICO (CO 2 ) EN DICHOS EFLUENTES ACUOSOS TRATADOS, EN UNA CANTIDAD SUFICIENTE PARA CONFERIRLE UN PH INFERIOR A 7,8.
Description
Utilización de anhídrido carbónico en un
procedimiento de tratamiento de efluentes acuosos.
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La presente invención se refiere al tratamiento
de efluentes acuosos. Más concretamente, tiene como objeto un
perfeccionamiento de los procedimientos de tratamiento, según la
técnica anterior, de dichos efluentes acuosos. Dicho
perfeccionamiento facilita la eliminación de las materias en
suspensión y/o las materias coloidales presentes en el seno de los
efluentes tratados. Esos efluentes, suspensiones más o menos
concentradas, pueden consistir principalmente en aguas de proceso,
de la industria papelera entre otras, en aguas residuales,
industriales o urbanas, o en aguas de río o incluso en lodos,
principalmente procedentes de dichas aguas residuales.
El objetivo de los procedimientos de tratamiento
de dichos efluentes consiste en producir, según el contexto,
efluentes más concentrados, lodos líquidos o lodos espesados.
También puede consistir en depositar cargas en un sustrato y, de
manera más general, en liberar a los efluentes industriales en
cuestión de al menos una parte de su carga. Dichos procedimientos
suelen comprender varias etapas y requieren la intervención de
grandes cantidades de reactivos de tratamiento: reactivos de
acondicionamiento químico, y dado el caso, agentes antiespumantes.
Estos reactivos de acondicionamiento químico, como las sales
minerales o los polímeros orgánicos de síntesis, conocidos por el
experto en la materia, intervienen en calidad de coagulantes y/o
floculantes. Facilitan la aglomeración de las partículas sólidas en
suspensión (partículas de pequeño tamaño y partículas coloidales)
y, por consiguiente, la posterior separación de las fases sólida y
líquida por medio de tratamientos que ejercen acciones
esencialmente físicas (decantación, centrifugación, filtración...).
En la industria papelera, en el seno de las aguas de proceso,
mejoran la aglomeración y la fijación de las cargas (de tipo talco,
caolín, etc.) o de los pigmentos (orgánicos o minerales) en el
sustrato celulósico.
Los costes en reactivos químicos de este tipo
pueden representar más del 50% de los gastos de explotación de una
instalación de tratamiento de efluentes acuosos, como es el caso de
las estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas.
El interés del perfeccionamiento propuesto según
la presente invención y detallado más adelante en este texto,
reside principalmente en que su realización permite una reducción
sustancial de las cantidades de reactivos de tratamiento necesarias
y, por lo tanto, un ahorro equivalente de los gastos de explotación
del procedimiento.
En las solicitudes de patente
JP-A-51124042 y
JP-A-59010388, se describen
procedimientos de tratamiento de efluentes acuosos que consisten en
añadir un ácido mineral a dichos efluentes con el fin de generar
gas carbónico en su seno. Por reacción química, dicho ácido mineral
consume carbonatos, presentes en el efluente o añadidos a éste,
para generar in situ dicho gas carbónico. El documento
JP-A-59010388 describe el
tratamiento de efluentes muy básicos. En el seno de estos, el ácido
se añade en una cantidad que permite reducir su pH a un valor
comprendido entre 4 y 5.
El gas carbónico así generado in situ,
por acción de un ácido fuerte sobre un material alcalino, ejerce,
con respeto al fenómeno físico de la flotación, una acción
beneficiosa, puramente mecánica. Esta acción beneficiosa reside en
la acción de las burbujas de gas que suben a la superficie: acción
denominada de flotación. No puede residir en una verdadera acción
química de dicho gas que, en las condiciones indicadas, sólo se
puede disolver en el efluente en pequeñísimas cantidades.
Por otro lado, se piensa que la acción
beneficiosa de dicho gas está contrarrestada por los inconvenientes
que supone, por una parte, hacer intervenir en el procedimiento un
ácido fuerte, y, por otra parte, introducir aniones tipo sulfato y
cloruro en el efluente pretratado mediante la adición de dicho
ácido.
El perfeccionamiento según la invención no se
basa en la acción de un ácido mineral, ni en la acción mecánica de
un gas en el seno de los efluentes tratados. Se basa en la acción
química del anhídrido carbónico, en otras palabras, en un dopaje
del efluente tratado con bicarbonatos y carbonatos. El experto en
la materia entenderá perfectamente esto después de leer lo que
sigue.
La solicitante propone, pues, la utilización de
CO_{2} en un procedimiento original de tratamiento de efluentes
acuosos más o menos concentrados, como las aguas de proceso, las
aguas residuales, industriales o urbanas, y los lodos,
principalmente procedentes de dichas aguas residuales. De forma
convencional, dicho procedimiento comprende al menos una etapa de
separación física de una fase líquida y de una fase sólida dispersa
en el seno de dicha fase líquida (mediante procedimientos como la
decantación, la flotación, la filtración, etc.) (este tipo de etapa
se realiza con el efluente a tratar, que contiene dicha fase sólida
dispersa en el seno de una fase líquida y si el procedimiento
incluye varias etapas de este tipo, dichas etapas de este tipo,
diferentes a la primera, se llevan a cabo con una parte del
efluente que ha sido sometida a las anteriores) y, con objeto de
optimizar la realización y el rendimiento de esta etapa de
separación, la adición en el seno de los efluentes tratados (al
menos una adición) de reactivos químicos de coagulación y/o
floculación, y dado el caso, de agentes antiespumantes. De manera
característica, dicho procedimiento también comprende la inyección
de anhídrido carbónico (CO_{2}) en el seno de los efluentes
tratados, en cantidad suficiente para conferirles un pH inferior a
7,8.
Esta inyección de anhídrido carbónico constituye
el perfeccionamiento en el sentido de la invención, ya que la
solicitante ha demostrado su efecto beneficioso sobre la
eliminación de las materias en suspensión y/o de las materias
coloidales presentes en el efluente tratado, y más generalmente,
sobre la separación de las fases líquida y sólida de dicho
efluente.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Según la invención, dicho anhídrido carbónico no
se genera in situ. Tampoco se inyecta para ejercer un simple
burbujeo. Se inyecta en condiciones en las que ejerce una
verdadera acción química, traduciéndose principalmente dicha acción
química por una reducción del pH del efluente. Para ejercer una
acción química de este tipo, se disuelve en el efluente, en el seno
del cual genera (bi)carbonatos (bicarbonatos y
carbonatos).
La solicitante explica, al menos parcialmente,
los sorprendentes resultados que ha observado durante la
realización de la invención por la presencia de esos
(bi)carbonatos. Dichos (bi)carbonatos, al potenciar la
acción de los agentes químicos de coagulación y/o floculación y de
los agentes antiespumantes, permiten un ahorro sustancial de estos
últimos. Los resultados son sorprendentes porque con la adición de
sulfatos no se obtienen los mismos efectos beneficiosos.
Cabe señalar aquí que, aparte del ahorro de
reactivos químicos, la inyección de CO_{2} recomendada en el
marco de la presente invención permite impedir la formación de
estruvita (Mg(NH_{4}) (PO_{4}) 8H_{2}O), producto que
genera problemas de obstrucción a nivel de las redes. Según la
técnica anterior, para alcanzar este objetivo, hay que hacer
intervenir FeCl_{3}. La inyección de CO_{2}, según la invención,
también influye positivamente en una etapa de desfosfatación,
susceptible de llevarse a cabo.
Aunque se habla de una inyección de CO_{2}, de
manera general se deberá entender al menos una inyección de
CO_{2}.
Ventajosamente, dicha inyección de CO_{2} se
lleva a cabo antes o al mismo tiempo que la adición de los
reactivos químicos de coagulación y/o floculación, y/o de los
agentes antiespumantes. Según modos de realización preferentes del
procedimiento de la invención, la adición de agentes antiespumantes
va precedida de una inyección de CO_{2} y/o al menos una adición
de reactivos químicos de coagulación y/o floculación va precedida
de una inyección de CO_{2}.
A continuación se propone situar más
concretamente la invención en su contexto. Dicho contexto es el del
tratamiento de efluentes:
- efluentes acuosos diluidos, que simplemente se
quieren concentrar;
- efluentes acuosos diluidos, que se tratan para
obtener lodos líquidos;
- lodos líquidos, que se tratan para obtener
lodos espesados;
- efluentes acuosos diluidos, que se tratan para
obtener lodos espesados (por medio de lodos líquidos);
- efluentes acuosos cargados, que se tratan para
liberarlos de al menos una parte de su carga, para, por ejemplo,
fijar dichas cargas en un sustrato.
Dependiendo de cada caso, se puede considerar
que la intervención del CO_{2} según la invención, facilita la
eliminación de las materias en suspensión y/o de las materias
coloidales (que dado el caso pueden ser cargas) presentes en el
efluente para su posterior recuperación o para fijarlas en un
sustrato.
En cualquier caso, el tratamiento de los
efluentes acuosos se puede declinar en varias variantes que
comprenden un número mayor o menor de etapas. Se puede resumir a un
tratamiento de aguas o a un tratamiento de lodos, o declinarse, de
la primera a la última etapa, para la obtención de lodos espesados
a partir de agua. Comprende la adición, en el seno de los efluentes,
antes de la sumisión de estos últimos a etapas cuyo objetivo
consiste en separar una fase sólida y una fase líquida (filtrado),
de reactivos químicos de floculación y/o coagulación como las sales
minerales y/o los polímeros orgánicos de síntesis. Estos reactivos
son familiares para el experto en la materia y pueden consistir
principalmente en sales de aluminio, como el sulfato de alúmina
(Al_{2}(SO_{4})_{3}.18H_{2}O) y el cloruro de
aluminio (AlCl_{3}.6H_{2}O); polímeros de aluminio,
principalmente poliacrilatos de aluminio (PAC); sales de hierro,
como el cloruro férrico (FeCl_{3}.6H_{2}O), el sulfato férrico
(Fe_{2}(SO_{4})_{3}.9H_{2}O); polielectrolitos
aniónicos, como los copolímeros acrilamida-acrilato
de alta masa molecular; polímeros no iónicos, como las
poliacrilamidas y en polielectrolitos catiónicos, principalmente
aquellos cuyos grupos catiónicos son amonios cuaternarios o sales
de amina.
Dicho tratamiento también comprende, dado el
caso, la adición de agentes antiespumantes en efluentes
diluidos.
Estos efluentes diluidos se pueden neutralizar
previamente (para situar su pH entre 8 y 8,5) y luego, si es
necesario, se pueden tratar primero con agentes antiespumantes y
luego con reactivos químicos de coagulación y/o floculación antes
de decantarlos y filtrarlos. De este modo se obtiene, por una
parte, un filtrado, y por otra parte, bien efluentes más
concentrados, o bien lodos líquidos. Estos lodos u otros lodos,
obtenidos de distinto modo, después de ser sometidos a una posible
fermentación natural o a una digestión bacteriana, se pueden
espesar en una o varias etapas durante las cuales se vuelven a
tratar con reactivos químicos de coagulación y/o floculación.
Según la invención, en esta sucesión de etapas
se realiza al menos una inyección de CO_{2}.
Dicha inyección se puede realizar en la primera
parte del procedimiento, principalmente a nivel de la
neutralización de los efluentes, en caso de que se realice dicha
neutralización.
En efecto, no se excluye del marco de la
invención que el CO_{2} se inyecte en una cantidad que permita
que este último garantice a la vez dicha neutralización (reducción
del pH a un valor de aproximadamente 8-8,5) y su
función de agente químico en el sentido de la invención (que reduce
dicho pH a un valor inferior a 7,8). Sin embargo, se suele
preferir que la neutralización de los efluentes, en caso de ser
necesaria, se realice de manera convencional, principalmente por
intervención de un ácido, y que el anhídrido carbónico intervenga
después de dicha neutralización (después de dicho ácido).
De este modo, en el marco de una variante
ventajosa de la utilización de la invención, dicha inyección de
CO_{2} se realiza al principio del procedimiento, antes o durante
la adición de reactivos químicos de coagulación y/o floculación, y
antes o durante la posible adición de agentes antiespumantes,
después de una posible etapa de neutralización. Dicho CO_{2} se
inyecta de este modo en efluentes líquidos cuyo pH suele estar
comprendido entre 8 y 8,5 a fin de reducir dicho pH a un valor
inferior a 7,8.
En caso de que intervengan agentes
antiespumantes, dicha inyección de CO_{2} se realiza
ventajosamente antes de la adición de dichos agentes
antiespumantes. Entonces se observa, como ya se indicó
anteriormente, un ahorro sustancial de la cantidad de agentes
antiespumantes necesaria para conseguir el resultado previsto. En
esta hipótesis, no se excluye realizar al menos otra inyección de
CO_{2} después del procedimiento, antes o durante la adición de
reactivos químicos de coagulación y/o floculación.
En caso de que no intervengan agentes
antiespumantes, también se prevé, ventajosamente, al menos una
inyección de CO_{2}, antes de la adición de reactivos químicos de
coagulación y/o floculación.
Se entiende, pues, que la adición de agentes
antiespumantes vaya ventajosamente precedida de una inyección de
CO_{2} y que en caso de que no intervengan agentes
antiespumantes, al menos una adición de reactivos químicos de
coagulación y/o floculación vaya ventajosamente precedida de una
inyección de CO_{2}. De hecho, en el marco del procedimiento de
la invención se prevé ventajosamente al menos una inyección de
CO_{2} antes de la intervención de agentes antiespumantes y/o de
la de reactivos químicos de coagulación y/o floculación.
Tanto se puede prever una única inyección de
CO_{2}, preferentemente antes de la intervención de cualquier
reactivo químico de tipo agente antiespumante y reactivo químico de
coagulación y/o floculación, como varias inyecciones de
CO_{2}.
Dicho CO_{2} se inyecta tanto en efluentes
líquidos diluidos como en efluentes líquidos concentrados o en
lodos, más o menos espesos. Como ya se ha dicho, el CO_{2} puede
intervenir tanto en el marco de procedimientos de purificación de
efluentes acuosos como en otro más general: el de procedimientos
industriales en los que se desea separar una fase sólida dispersa
de la fase líquida que la contiene.
Dicho CO_{2} se puede inyectar en forma
líquida o gaseosa. Preferentemente se inyecta en forma gaseosa.
Dicho CO_{2} se puede inyectar en
canalizaciones, tanques o reactores. Se puede inyectar a través de
paredes porosas. Preferentemente se inyecta por medio de
orificio(s) (de al menos un orificio).
Se ha indicado que dicho CO_{2} se inyecta en
cantidad suficiente para llevar el pH del efluente en el que se
inyecta a un valor inferior a 7,8. Ventajosamente, se inyecta en
cantidad suficiente para llevar dicho pH a un valor comprendido
entre 6,4 y 7,5, y todavía más ventajosamente, entre 6,6 y 7,3.
Normalmente se recomienda llevar el valor del pH en torno a
6,8.
Se vuelve a precisar aquí que:
- durante el tratamiento de suspensiones
diluidas (para obtener suspensiones más concentradas y
principalmente lodos líquidos, a fin de obtener más generalmente
una fase sólida separada de una fase líquida), se recomienda
vivamente inyectar el CO_{2} antes de que intervengan reactivos
químicos de floculación y/o coagulación como las sales minerales
y/o los polímeros orgánicos de síntesis (o incluso antes de que
intervengan agentes antiespumantes);
- durante el tratamiento de lodos líquidos (que
dado el caso se pueden obtener directamente a partir de dichas
suspensiones diluidas) para generar lodos con un mayor índice de
materias secas, se recomienda vivamente inyectar el CO_{2} antes
de que intervengan reactivos químicos de floculación y/o
coagulación como las sales minerales y/o los polímeros orgánicos de
síntesis; intervención(es) destinada(s) a espesar y/o
acondicionar dichos lodos líquidos para aumentar su capacidad de
deshidratación. Durante el tratamiento de dichos lodos, se suelen
prever dos etapas: una primera etapa denominada de espesamiento y
una segunda etapa llamada de deshidratación mecánica. Por lo tanto,
el CO_{2} interviene al menos en una de esas dos etapas.
Como habrá podido constatar el experto en la
materia, la utilización de la invención se puede llevar a cabo, sin
ningún tipo de dificultad, en instalaciones existentes. Su interés
económico es evidente para el usuario: la sustitución parcial de
los reactivos de tratamiento de los procedimientos de la técnica
anterior por anhídrido carbónico (CO_{2}), permite una reducción
sustancial del coste de dichos procedimientos, ya que el coste de
dicho anhídrido carbónico (añadido según la invención) representa
aproximadamente un tercio del coste de los reactivos
sustituidos.
\global\parskip0.930000\baselineskip
La invención se describe ahora tomando como
referencia la única figura adjunta. Dicha figura única ilustra de
manera esquemática una variante de realización del procedimiento
empleado en la invención. En realidad, se trata de un
"flow-sheet", un procedimiento de
tratamiento de efluentes acuosos (tipo aguas residuales) que
incorpora el perfeccionamiento de la invención.
En primer lugar, se neutralizan los efluentes
acuosos diluidos tratados. Después, en un tanque llamado de
coagulación, se mezclan con agentes antiespumantes (A) y con
polímeros (P), reactivos químicos de coagulación y/o floculación.
En el tanque denominado de coagulación, también intervienen
polímeros (P). Los efluentes así acondicionados se decantan y luego
se filtran. Se hacen intervenir polímeros (P) a nivel de la
filtración. Al término de dicha filtración, se obtiene, por una
parte, un filtrado, y por otra parte, lodos líquidos. Estos últimos
se someten a la acción de bacterias en un digestor. A la salida
del digestor, dichos lodos se espesan al pasar por un tornillo sin
fin. En la entrada de dicho tornillo sin fin se añaden polímeros
(P) de acondicionamiento químico. Los lodos así espesados se
vuelven a acondicionar utilizando polímeros (P) antes de ser
sometidos a una última etapa de deshidratación mecánica. De este
modo se obtienen lodos espesados.
Se puede considerar que dicho procedimiento
comprende dos etapas:
- una etapa, I, de tratamiento de efluentes
diluidos,
- una etapa, II, de tratamiento de lodos
líquidos.
Cabe precisar que los polímeros (P) que
intervienen a lo largo de dicho procedimiento no son
obligatoriamente del mismo tipo.
De manera característica, según la invención,
después de la etapa de neutralización y antes de la intervención de
los agentes antiespumantes y de la primera intervención de los
polímeros (P), se inyecta CO_{2} en el efluente tratado.
Aguas abajo de dicha inyección, el pH del
efluente es inferior a 7,8.
Por último, se ilustra la utilización de la
invención por medio del ejemplo que figura a continuación.
La solicitante realizó el perfeccionamiento
actualmente reivindicado en el marco del tratamiento de efluentes
acuosos de una industria papelera y evaluó cuantitativamente las
ventajas de dicho perfeccionamiento a nivel de las primeras etapas
del procedimiento.
Los efluentes tratados (suspensiones acuosas
diluidas, principalmente cargadas de fibras de madera, a razón de
aproximadamente 10 g/l) son transferidas de la fábrica a un primer
tanque en el que se someten a un tratamiento antiespumante.
Posteriormente se transfieren a un segundo tanque, de coagulación.
Allí se termina su preacondicionamiento, añadiéndoles floculantes
en línea. Una vez así preacondicionados, se decantan y se filtran
para generar lodos líquidos. Posteriormente, dichos lodos se
someten a una digestión y luego se acondicionan, antes de ser
sometidos a una deshidratación mecánica.
La inyección de CO_{2} se realiza en la
canalización que transporta los efluentes de la fábrica hacia el
tanque de tratamiento antiespumante. En el seno de dicha
canalización, de 200 mm de diámetro, el efluente circula a una
presión de 2,5 bares, a un caudal de 400 m^{3}/h y su pH está
comprendido entre 7,2 y 7,8. El orificio en dicha canalización,
para la inyección de CO_{2}, se realiza 25 m antes del tanque. El
CO_{2} se inyecta en forma gaseosa a una presión de 4 bares. La
cantidad de CO_{2} inyectada es de 30 kg/h.
Dicha inyección de CO_{2} se determina
mediante una medición del pH del efluente a la salida del tanque de
tratamiento antiespumante; pH que se estabiliza en torno al valor
de 6,9.
En estas condiciones se pudo reducir, gracias a
la intervención del CO_{2}, la cantidad de agentes antiespumantes
necesaria en aproximadamente un 30% (en peso).
Del mismo modo:
- la cantidad de coagulantes (poliacrilatos de
aluminio) que interviene en la entrada del tanque de coagulación,
después del tanque del tratamiento antiespumante, se pudo reducir
de 100 l/h a 50 l/h;
- la cantidad de floculantes (polímeros
orgánicos de síntesis catiónicos) que interviene, en línea, después
del tanque de coagulación, también se pudo reducir en
aproximadamente un 30% (en peso).
Tras la inyección de floculantes, el pH del
efluente se estabilizó en 7.
El experto en la materia habrá entendido la
importancia de los ahorros que se pueden efectuar gracias a la
realización del perfeccionamiento de la invención.
Por otra parte, cabe señalar que,
posteriormente, se observó, a nivel de los lodos, un aumento del
rendimiento de las prensas de fricción ("tassters").
Claims (9)
1. Utilización de anhídrido carbónico (CO_{2})
en un procedimiento de tratamiento de efluentes acuosos más o
menos concentrados, como las aguas de proceso, las aguas
residuales, industriales o urbanas, las aguas de río y los lodos,
principalmente procedentes de dichas aguas residuales,
comprendiendo dicho procedimiento:
- al menos la adición de reactivos químicos de
coagulación y/o floculación y, dado el caso, agentes
antiespumantes,
- al menos una etapa de separación física de una
fase líquida y de una fase sólida dispersa en el seno de dicha
fase líquida,
para potenciar la acción de los agentes químicos
de coagulación y/o floculación y de los agentes antiespumantes,
inyectándose el anhídrido carbónico (CO_{2}) en dichos efluentes
acuosos en cantidad suficiente para conferirles un pH inferior a
7,8.
2. Utilización según la reivindicación 1,
caracterizada porque la inyección de anhídrido carbónico
(CO_{2}) se realiza antes de la adición de reactivos químicos de
coagulación y/o floculación, y/o de los agentes antiespumantes.
3. Utilización según la reivindicación 1,
caracterizada porque la inyección de anhídrido carbónico se
realiza al mismo tiempo que la adición de los reactivos químicos de
coagulación y/o floculación, y/o de los agentes antiespumantes.
4. Utilización según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque la inyección de anhídrido
carbónico se realiza después de una etapa de neutralización.
5. Utilización según la reivindicación 4,
caracterizada porque la neutralización se realiza por
intervención de un ácido.
6. Utilización según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicho
CO_{2} se inyecta en forma líquida o gaseosa.
7. Utilización según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicho
CO_{2} se inyecta a través de al menos un orificio.
8. Utilización según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicho
CO_{2} se inyecta en una cantidad que permite reducir el pH del
efluente tratado a un valor comprendido entre 6,4 y 7,5 y
preferentemente entre 6,6 y 7,3.
9. Utilización según la reivindicación 1,
caracterizada porque, durante el tratamiento de las
suspensiones diluidas, dicho CO_{2} se inyecta antes de que
intervengan agentes químicos de floculación y/o coagulación como
las sales minerales y/o los polímeros orgánicos de síntesis.
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