ES2270107T3 - Tratamiento de efluentes que asocia la separacion solido/liquido y campos electricos pulsados. - Google Patents

Tratamiento de efluentes que asocia la separacion solido/liquido y campos electricos pulsados. Download PDF

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Abstract

Procedimiento de tratamiento de efluentes en el que un flujo de dichos efluentes es sometido a un campo eléctrico pulsado cuyo efecto es la modificación de las características físico-químicas y biológicas aprovechadas durante una operación de separación de sólido/líquido, siendo la separación de sólido/líquido y el sometimiento a un campo eléctrico pulsado unas operaciones efectuadas en sitios diferentes del flujo de efluentes, caracterizado porque el campo eléctrico pulsado se utiliza según un modo de descarga, es decir, de efecto simple, siendo obtenido el modo de descarga mediante descarga impulsional de un condensador alimentado por una alimentación continua, y presenta características regulables de valor de tensión, de valor de corriente, de frecuencia de repetición de los impulsos y de forma del frente de tensión.

Description

Tratamiento de efluentes que asocia la separación sólido/líquido y campos eléctricos pulsados.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un procedimiento y a una instalación de tratamiento de efluentes que utiliza campos eléctricos pulsados cuyo efecto es la modificación físico-química y biológica de un medio acuoso, aprovechado en la filtración por membranas.
Las necesidades de agua en Francia (agua para consumo humano, aguas industriales, aguas agrícolas) representan 700 m^{3}/año por habitante. El consumo humano es del orden de 300 l/día y por habitante. Las necesidades de agua de una ciudad necesitan un tratamiento aguas arriba y aguas abajo.
Por esto, la gestión del agua figura entre las grandes apuestas actuales, y ello a tres niveles diferentes:
- el recurso aguas arriba;
- el tratamiento del agua antes de su utilización, de la que una gran parte se refiere al consumo humano (para simplificar se puede utilizar el término "potabilización");
- el tratamiento de las tierras en el medio ambiente. Se trata habitualmente de las tierras acuosas de las estaciones de tratamiento, así como de los lodos residuales. De una forma más amplia, este último punto incluye los tratamientos de agua antes de su reutilización (o tratamientos terciarios), a menudo para usos agrícolas o industriales.
Siendo el agua el disolvente universal, los organismos naturales proliferan en ella. Entre estos, un cierto número son patógenos (bacterias, levaduras, parásitos), o van a abrigar organismos patógenos (amebas) o bien van a permitir a los virus desarrollarse en células huésped.
En ciertos casos, son los compuestos metabólicos de los microorganismos los que pueden ser patógenos (toxinas de cianobacterias).
O incluso, son compuestos químicos, naturales (derivados del nitrógeno) o antrópicos (arsénico, mercurio, residuos de insecticidas, residuos de antibióticos) que pueden ser la fuente de problemas de salud.
Estos compuestos son de tamaños y de composiciones diferentes. Los tamaños pueden ser de algunos milímetros para ciertos parásitos (ascaris lumbricoides, anguillula intestinalis), del orden de algunas decenas de micrómetros para sus huevos o las amebas (50 \mum), algunos micrómetros para las bacterias y los hongos (0,3 \mum para el tamaño más pequeño de pseudomona diminuta), algunos nanómetros para los virus (25 nm para el virus de la poliomielitis), y del orden del nm para los compuestos disueltos más pequeños. Los microorganismos pueden encontrarse en forma de esporas, fuertemente resistente a las agresiones externas. La patogenidad debida a los organismos biológicos (por oposición a los compuestos químicos) tiene un lugar importante particularmente a causa del aspecto reviviscente de la mayoría de las bacterias. Este aspecto es particularmente importante cuando se refiere a sujetos inmunodeprimidos, con especies tales como los quistes de protozoos como Cryptosporidium parvum.
Con el fin de favorecer la comprensión de este documento, se advierte al lector del riesgo de confusión entre la membrana biológica de un microorganismo y la membrana separadora del procedimiento de filtración. El primer término hace referencia explícitamente a la membrana plásmica constituida por una doble capa lipídica. El segundo término será calificado como membrana "de procedimiento", o membrana de filtración, o membrana filtrante, o bien sin precisión suplementaria en el término "acoplamiento de membranas/CEP".
Estado de la técnica anterior
Los tratamientos convencionales del agua cubren la totalidad de los flujos de agua potable, de agua de las tierras, o de lodos procedentes de los tratamientos convencionales con el fin de respetar las normas decretadas.
Cronológicamente, se trata de eliminar la fracción particular (compuestos cuyo tamaño es superior al micrómetro), los coloidales (algunas decenas de nanómetros) y después la fracción soluble. Estas etapas corresponden respectivamente a los:
- pretratamientos (desbaste de sólidos, desarenado, desengrasado, tamizado),
- tratamientos de clarificación (coagulación, floculación, flotación),
- desinfección (química o física),
- tratamientos de acabado (eliminación de microcontaminantes por oxidación, adsorción en carbón activo, nanofiltración, etc).
En lo que se refiere a la potabilización, el tratamiento habitual está constituido por tratamientos físicos (desbaste de sólidos, filtración en arena, etc.), físico-químicos (coagulación, floculación), completados con una etapa de acabado cuyo fin es evitar la reviviscencia de microorganismos o la eliminación de las moléculas orgánicas solubles: cloración, ozonación, oxidación por peróxido de hidrógeno, radiación ultravioleta, nanofiltración, adsorción en carbón activo.
Una tendencia emergente favorece un tratamiento separativo total (por ósmosis inversa) para obtener un agua perfectamente purificada, después al final un agua de calidad alimentaria mediante la adjunción de sales y oligoelementos. Es el caso de las técnicas "de agua embotellada" cuya demanda está en fuerte crecimiento tanto en los países desarrollados (por razones de "comodidad" gustativa) como en los países emergentes (por razones sanitarias de orden microbiológico).
En el campo de las aguas de tierras, el fin esencial de las técnicas puestas en juego es obtener una concentración de compuestos patógenos, de materias en suspensión y de compuestos solubles compatible con el medio receptor. Prácticamente, se ponen en funcionamiento unas técnicas que permiten una reducción de la demanda química de oxígeno (DQO) de manera que la DQO residual sea inferior a 80 ó 100 mgL^{-1} o una reducción de la demanda biológica de oxígeno (DBO) tal que la DBO_{5} sea inferior a 20 mgL^{-1}.
Las técnicas más clásicas son los tratamientos biológicos aerobios (oxidación última de los compuestos disueltos, por ejemplo de tipo glucídico en forma de CO_{2} y H_{2}O) y anaerobios (fermentación en ausencia de oxígeno cuyo último estadio es una emanación de metano). En los dos casos, se trata del proceso de degradación de la materia orgánica por una biomasa bacteriana que pone en funcionamiento reacciones de oxidorreducción catalizadas por encimas específicas.
En lo que se refiere a las aguas residuales que sufren un tratamiento terciario, la calidad bacteriológica es habitualmente menos drástica que la que se refiere al agua potable, por el hecho de que este agua no será directamente ingerida. No obstante, en la perspectiva de una reutilización del agua, las reglas se vuelven drásticas a ejemplo del "título 22" en California (en las aguas reutilizables para la agricultura, se toleran 22 coliformes por litro) y los procedimientos implicados son cada vez más similares a los procedimientos de potabilización.
En el campo de los lodos, se producen anualmente 22 kilogramos de materia seca por equivalente habitante (es decir, más de un millón de toneladas por año en Francia) que provienen del tratamiento de las aguas residuales urbanas o industriales. Al principio, los lodos son una suspensión extremadamente líquida cuya proporción de materia seca es de 0,5 a 5%. Estos lodos pueden ser hidrófilos (lo son la mayoría) o hidrófobos, de origen físico o biológico según el tratamiento del que procedan.
Globalmente, los lodos contienen materia mineral, materia orgánica que proviene del catabolismo celular, y de los organismos patógenos parásitos (bacterias, huevos de helmintos). La dificultad está en producir lodos estabilizados, (sequedad: de 15 a 30%, no fermentescibles) e higienizados (la concentración de organismos patógenos se reduce a niveles muy bajos, respetando las normas del Ministerio de Sanidad, particularmente en salmonela, huevos de helmintos, enterovirus).
Cuando el efluente inicial contiene pocos coloides y materias en suspensión, se utiliza un tratamiento físico de coagulación. Al final, la carga en lodos se aumenta (con respecto a la materia entrante), por el hecho de añadir aditivos de coagulación: polímeros específicos, metales trivalentes (Al, Fe) en forma de hidróxidos o de cloruros.
Cuando la materia disuelta es mayoritaria, se prefiere el tratamiento biológico. Los lodos tratados contienen entonces residuos biológicos pero una gran parte de la carga entrante se oxida en forma de agua y de gas. La cantidad de lodo es habitualmente inferior a la carga entrante. De media (carga entrante media o fuerte, para una DBO residual de 25 a 40 mgL^{-1}), la producción de lodos es 1/2 o 1/3 de la masa de la DBO entrante expresada en kg DBO_{5}/m^{3}j. Pero esto depende fuertemente de los rendimientos globales del tratamiento, particularmente del avance de las reacciones de hidrólisis encimáticas exocelulares que permiten la asimilación lo más completa posible de los compuestos disueltos por las reacciones encimáticas endocelulares.
Para evaluar las ventajas y los inconvenientes de las diferentes tecnologías, los parámetros de consumo energético, de consumo de aditivos (tratamientos físico-químicos) son esenciales. Igualmente, la eficacia de las diferentes técnicas está por comparar (por ejemplo: reducción microbiana) con respecto a los riesgos incidentales relacionados con la utilización de tal o tal técnica (por ejemplo: avería de un clorómetro o ruptura de una membrana de filtración), o también con respecto a los subproductos indeseados eventuales (derivados clorados durante la utilización del cloro, bromados resultado de un tratamiento de ozonación en presencia de bromo; estos productos están habitualmente agrupados bajo el nombre de DBP: "Disinfection By-Products").
La cloración final es la técnica menos cara pero ciertos microorganismos resisten a este tratamiento, tales como los Cryptosporidium. Por otro lado, este tratamiento no está aconsejado más que al final del tratamiento para que no se formen "DBP".
La ozonación plantea el problema de la eliminación residual de este oxidante. Su acción permanece limitada con respecto a los quistes de Cryptosporidium. Ciertos DBP pueden formarse también.
Las tecnologías por UV son eficaces por el hecho de la eficacia de la radiación en el ADN de los microorganismos, así como en el ARN de los virus. La dificultad es asegurarse de que todo el flujo de líquido está efectivamente sometido a una dosis de radiación mínima. Este problema se resuelve si el reactor UV no contiene cortocircuito. La dosis se calcula entonces mediante la utilización de modelos complejos teniendo en cuenta la geometría del reactor, el tipo de lámparas, su envejecimiento, el flujo de líquido a tratar, las características de éste, particularmente la transmitancia a la radiación. Estos tratamientos son a menudo la última etapa después de la eliminación de los materiales en suspensión (MES) y de la turbidez.
En lo que se refiere a las membranas de filtración, su ventaja es reunir varias funciones según el umbral de corte utilizado: eliminación de las materias en suspensión, de los microorganismos, de la turbidez, de los compuestos disueltos. Si se refiere a la reducción de organismos patógenos, las membranas presentan mejores rendimientos desde que el umbral de corte no llega a la microfiltración. No obstante, los riesgos de escape de microorganismos no están rigurosamente dominados, de ahí la ausencia de permiso por parte del Ministerio de Sanidad. Las pruebas de integridad de membranas de filtración son obligatorias para prevenir tal falta de permiso.
Desgraciadamente, el inconveniente esencial de las membranas de filtración es su sensibilidad a la colmatación, lo que implica habitualmente pretratamientos iniciales, incluso varias etapas de filtración en serie con poros cada vez más pequeños.
Los sistemas puestos en funcionamiento de los campos eléctricos pulsados o CEP han sido desarrollados a gran escala mediante la puesta a punto de sistemas electrónicos que conmutan potencias instantáneas considerables, y cuya fiabilidad es elevada. Los nuevos sistemas electrónicos puestos a punto en Francia por la Comisaría para la Energía Atómica en el marco del programa de enriquecimiento del uranio mediante láser (tarjetas de MOS) permiten impulsos inferiores al microsegundo, casi sin limitación de frecuencia.
El primer campo de utilización es la esterilización fría de alimentos. Esta técnica evita la termodegradación de productos alimentarios. No se aplica más que a productos bombeables: concentrados de zumos de fruta, claras de huevo, líquidos diversos, etc.
En el plan de tratamiento "de masa" de aguas industriales, la utilización de esta técnica se cita como prevención de la colmatación biológica (incrustación de moluscos en las tuberías) en los intercambiadores de las centrales nucleares. Las centrales nucleares están interesadas en el tratamiento de los flujos de los circuitos refrigerantes como resultado del descubrimiento de amebas (Naeglaria fowleri, Nf) en la central de Nogent-sur-Seine en Francia.
Estos sistemas industriales se oponen a los microsistemas de laboratorios especializados en las manipulaciones genéticas, que existen desde hace varios decenios y que tratan solamente algunos mililitros.
Los efectos mencionados clásicamente son los efectos de poración y muerte de la célula por un efecto "condensador" debido a la existencia de una doble capa lipídica aislante a nivel de la membrana plásmica. Los efectos probables de la resonancia molecular se mencionan igualmente, con efecto directo sobre el ADN del núcleo. Igualmente, ciertas funciones biológicas (síntesis del trifosfato de adenosina o ATP, bomba de sodio) pueden ser perturbadas.
Para paliar el inconveniente la colmatación de las membranas de filtración, se ha pensado durante mucho tiempo en asociar otra fuerza motriz que la que proviene de la energía mecánica. Es el caso de la energía eléctrica. Los ejemplos de efectos eléctricos asociados en la filtración son numerosos. En general, la tensión es continua, de poco valor (inferior a 100 V), inspirándose los procedimientos en la electrólisis o en la electrólisis membranaria. Puede tratarse de una electrocoagulación en la que el metal de los electrodos (aluminio, hierro) está solubilizado y se asocia iónicamente a unos coloides para favorecer la coagulación antes de la filtración.
La electrofiltración en presencia de un surfactante se describe como la superposición de un campo eléctrico en una presión transmembranaria. La polarización de concentración se reduce, decuplicando los rendimientos en términos de flujo.
Los efectos químicos basados en la producción de peróxido de hidrógeno a partir del oxígeno atmosférico disuelto se observan con un ánodo de titanio recubierto de RuO_{2}. Este sistema, llamado electroperoxidación permitiría oxidar los compuestos químicos, las partículas coloides e incluso los microorganismos. Estos efectos permitirían reducir la resistencia en el traspaso en la interfaz de membrana de filtración/solución.
La bibliografía técnica cita el caso de acoplamiento de campos eléctricos pulsados/biorreactor de membranas (BRM) en un procedimiento bifásico. En la primera fase (campos pulsados) el fin es la destrucción de compuestos clorados (mineralización del cloro) o fenólicos contenidos en un flujo de aerosol, es decir, mayoritariamente gaseoso, pero no líquido.
Los compuestos fenólicos pasan por una etapa intermedia de agregación por polimerización del núcleo fenólico. Este pretratamiento acelera la velocidad de biodegradación y, por lo tanto, la eficacia ulterior del BRM. Puede referirse a este tema en el artículo "Pulsed power for advanced waste water remediation" de V.M Bystritskii et al., 11^{th} International Pulsed Power Conference, 1997, pág. 79-84.
Un acoplamiento de campos pulsados/filtración se describe para el tratamiento de lodos de estación de depuración. La patente norteamericana nº 6030538 menciona la posibilidad de disminuir la proporción de agua de un valor inicial de 50% a un valor final de 10 a 15%. El sistema combina un calentamiento por inducción, una filtración en línea (bajo una presión del orden de 70 a 105 bares) y una extrusión de los lodos secados a través de orificios calibrados. El fenómeno descrito es un escape del líquido intracelular, lo que contribuye a la bajada de la proporción de agua. Uno de los parámetros clave es la concentración de floculante, la energía de los campos pulsados y la hidratación de los lodos. En definitiva, el procedimiento permite verter lodos más secos y biológicamente inertes.
Los procedimientos que acoplan los campos eléctricos pulsados y la filtración membranaria se revelan particularmente interesantes por las siguientes razones.
Los efectos de los campos pulsados en un efluente son de naturaleza: biológica (destrucción de célula), física (crecimiento del tamaño de compuestos de solución) y química (mineralización del cloro).
En definitiva, un campo eléctrico pulsado será beneficioso en una filtración ulterior, por su efecto en:
- las pequeñas moléculas iniciando reacciones de los radicales que permiten degradar microcontaminantes, y bajar la DQO soluble,
- la fracción coloidal de una solución, caracterizada por cargas superficiales y formada por agregados más o menos organizados de moléculas, de macromoléculas, de restos celulares,
- la ruptura de macromoléculas, que favorece reacciones de hidrólisis encimáticas exocelulares con el fin de disminuir la producción de lodos de origen biológico,
- la liberación de moléculas endoplásmicas que tienen un efecto coagulante (polisacáridos),
- la destrucción o la desactivación de los microorganismos por fragmentación del citoplasma o por acción directa en el núcleo celular.
La patente US-A-4169029 divulga un procedimiento y un aparato eléctrico de purificación y de descontaminación de líquidos que contienen materias disueltas y en suspensión, por medio de una corriente eléctrica pulsada.
El documento DE-A-4100799 divulga el empleo de un campo eléctrico pulsado para aglomerar partículas (minerales, metálicas o de microorganismos).
La patente US-A-3933606 divulga un procedimiento y un aparato de tratamiento del agua. El agua contaminada que hay que purificar se introduce en una columna en la que ésta está expuesta a un campo eléctrico pulsado. Este campo eléctrico pulsado destruye las bacterias y el cianuro presentes. Provoca la formación del floculantes. El agua tratada pasa por una cubeta de floculación y después se filtra.
El documento DE-A-10050489 se refiere a la descontaminación y a la esterilización del agua por medio de un campo eléctrico pulsado. La aplicación del campo eléctrico pulsado se hace en un recipiente. Uno o varios filtros se emplean antes o después del paso del agua por el recipiente.
La patente US-A-3192142 divulga un procedimiento y un dispositivo de preparación de agua potable a partir de agua bruta insalubre. El agua que hay que purificar circula en contacto con electrodos alimentados por una tensión continua, tensión baja, pulsada con el fin de iniciar la coagulación de las impurezas. Igualmente está previsto filtrar el agua después de que haya circulado en contacto con los electrodos.
El documento DE-A-19752371 divulga un procedimiento de deshidratación de lodos. Se utiliza alta tensión pulsada para perforar la membrana de células biológicas.
Exposición de la invención
La invención se ha concebido para ofrecer un nuevo procedimiento y una nueva instalación de tratamiento de efluentes que asocian separación de sólido/líquido y campos eléctricos pulsados, siendo este nuevo procedimiento y esta nueva instalación más sencillos de poner en funcionamiento y de una eficacia mayor que las técnicas de la técnica anterior.
El procedimiento de la invención se basa en el acoplamiento de la separación de sólido/líquido con los campos eléctricos pulsados.
La asociación de efectos biológico, físico y químico introducidos por los campos eléctricos pulsados permite reducir la población celular, salir las substancias presentes en el citoplasma e hidrolizar las macromoléculas. En estas condiciones, y de forma inesperada, los microorganismos no destruidos ven su actividad biológica aumentar. Las reacciones de asimilación biológica son entonces aceleradas, lo que se traduce en un aumento de la tasa de consumo de substancias contaminantes disueltas. Por otro lado, este aumento de la actividad biológica se acompaña de un canibalismo entre microorganismos, lo que conlleva una disminución global de la biomasa. Finalmente, la liberación de ciertos compuestos endocelulares contribuye a agregar las materias en suspensión y facilita una separación de líquido/sólido ulterior.
La invención tiene, por lo tanto, por objeto un procedimiento de tratamiento de efluentes en el que un flujo de dichos efluentes está sometido a un campo eléctrico pulsado cuyo efecto es la modificación de las características físico-químicas y biológicas aprovechadas durante una operación de separación de sólido/líquido, siendo la separación de sólido/líquido y el sometimiento a un campo eléctrico pulsado operaciones efectuadas en sitios diferentes del flujo de efluentes, caracterizado porque el campo eléctrico pulsado se utiliza según un modo de descarga, es decir, de efecto simple, siendo obtenido el modo de descarga por descarga impulsional de un condensador alimentado por una alimentación continua, y presenta características regulables de valor de tensión, de valor de corriente, de frecuencia de repetición de impulsos y de forma del frente de tensión.
El campo eléctrico pulsado puede ser utilizado también según un modo de carga y de descarga, es decir, de efecto doble, siendo obtenido el modo de descarga por carga impulsional de un condensador alimentado por una alimentación continua.
La operación de separación de sólido/líquido puede ser una operación de filtración membranaria (filtración tangencial, frontal o semifrontal) o una operación de decantación.
Ventajosamente, dicha modificación de las características físico-químicas y biológicas permite la hidrólisis de substancias disueltas, la agregación de coloides, la destrucción completa o parcial de microorganismos y la activación simultánea de los microorganismos restantes.
El procedimiento según la invención puede aplicarse al tratamiento de efluentes y de lodos de estación de depuración, ya sea de reactor de lodos activados, ya sea de biorreactor de membranas.
La invención tiene también por objeto una instalación de tratamientos de efluentes que comprende medios para someter un flujo de dichos efluentes a una separación de sólido/líquido y medios para someter el flujo de dichos efluentes a un campo eléctrico pulsado cuyo efecto es la modificación de las características físico-químicas y biológicas aprovechadas durante la separación de sólido/líquido, estando dispuestos los medios de separación de sólido/líquido y los medios de sometimiento de un campo eléctrico pulsado en sitios diferentes del flujo de efluentes, caracterizada porque los medios de sometimiento a un campo eléctrico pulsado son medios que funcionan según un modo de descarga, es decir, de efecto simple, siendo obtenido el modo de descarga por descarga impulsional de un condensador alimentado por una alimentación continua, y presentan características regulables de valor de tensión, de valor de corriente, de frecuencia de repetición de los impulsos y de forma de frente de tensión.
Los medios de sometimiento a un campo eléctrico pulsado pueden ser medios que funcionan también según un modo de descarga y de carga, es decir, de efecto doble, siendo obtenido el modo de carga por carga impulsional de un condensador alimentado por una alimentación continua.
Los medios para someter el flujo de efluentes a una separación de sólido/líquido pueden ser medios de filtración membranaria (filtración tangencial, frontal o semifrontal) o medios de decantación.
Ventajosamente, la modificación de las características físico-químicas y biológicas permite la hidrólisis de substancias disueltas, la agregación de coloides, la destrucción completa o parcial de microorganismos y la activación simultánea de los microorganismos restantes.
Breve descripción de los dibujos
La invención se comprenderá mejor y otras ventajas y particularidades aparecerán en la lectura de la descripción que sigue, dada a título de ejemplo no limitativo, acompañada de los dibujos adjuntos entre los que:
- la figura 1 es un esquema eléctrico de un circuito destinado a un cabezal de tratamiento de efecto simple y utilizable por la presente invención,
- la figura 2 es un esquema eléctrico de un circuito destinado a un cabezal de tratamiento de efecto doble y utilizable por la presente invención,
- la figura 3 es un esquema de una instalación de tratamiento de efluentes según una primera variante de la presente invención,
- la figura 4 es un esquema de una instalación de tratamiento de efluentes según una segunda variante de la presente invención,
- la figura 5 es un esquema de una instalación de tratamiento de efluentes según una tercera variante de la presente invención,
- la figura 6 es un diagrama que muestra la evolución de la respiración, con el paso del tiempo, de una biomasa en fase endógena en función del aumento del número de impulsos sufrido.
Descripción detallada de modos de realización de la invención
A título de ejemplo, los modos de realización descritos antes se apoyarán en una separación de sólido/líquido obtenida por membrana.
Contrariamente a los diferentes procedimientos de electrofiltración (o electromembranarios) de la técnica anterior, el electrodo de "alto potencial" en la puesta en funcionamiento de la presente invención no está en el interior de la membrana filtrante o no está constituido por la membrana separadora misma. Este aspecto simplifica la puesta en funcionamiento del procedimiento. Las membranas estándar del comercio pueden estar montadas en módulos sin añadir una hoja conductora en frente (membrana plana o espiral) y sin núcleo conductor interno (membrana cilíndrica).
Esto se debe al hecho de que los campos eléctricos en el campo en el que se utilizan producen efectos físico-químicos y biológicos cuya duración es suficientemente larga para ser provechosos durante algunos segundos o algunos minutos.
Las amplitudes del campo eléctrico son igualmente mucho más elevadas. En la práctica, los efectos descritos en los antiguos procedimientos de electrofiltración son bastante similares a los fenómenos de electrólisis en los que el parámetro importante es la generación de una fuerte corriente eléctrica bajo una pequeña tensión. Es el número de electrones intercambiados en el cátodo lo que es preponderante y no la tensión que permanece limitada con valores de algunas decenas o centenas de voltios. En el nuevo procedimiento de membrana/CEP propuesto, es importante disponer de una tensión importante (de 5 a 30 kV) con el fin de producir un campo eléctrico intenso (5 a 100 kV/cm, preferiblemente de 10 a 50 kV/cm) con el fin de fragmentar la membrana plásmica de los microorganismos.
Finalmente, la frecuencia de repetición de los impulsos es igualmente un parámetro preponderante: según la naturaleza de las moléculas implicadas en la colmatación, es posible regular la frecuencia de los impulsos con los valores para los que un fenómeno de resonancia va a desactivar el compuesto (o la familia de compuestos) con el fin de facilitar su paso por la membrana de "procedimiento" y reducir los fenómenos de colmatación interna, particularmente los debidos a la adsorción por efectos de carga electroestática.
Finalmente, otro parámetro importante es la forma del frente de tensión: es preferible disponer de sistemas en los que la subida de tensión se efectúe de forma casi instantánea, por oposición a los sistemas sinusoidales o cuando los efectos de inductancia son demasiado marcados.
El efecto de los frentes de onda es asimilable a una onda de choque, susceptible de desactivar definitivamente el núcleo de una bacteria sin fragmentación y salir de compuestos endocelulares.
El acoplamiento acertado de los efectos modulables de los CEP (tensión, corriente, frecuencia, frente de onda), y de la separación membranaria permite obtener el tratamiento deseado de los efluentes.
Se puede favorecer a elegir el valor de la tensión eléctrica, de la corriente, la forma del frente de onda y la frecuencia de repetición de los impulsos.
Una fuerte tensión permite hacer fragmentar las células y separar o valorizar ulteriormente los compuestos internos salidos. Permite también asegurarse de la destrucción completa de los microorganismos y evitar su proliferación en forma de biofilm en la superficie membranaria.
El paso de una fuerte corriente (es decir, de un gran número de electrones) permite transferir cargas a unos coloides o a unos compuestos cargados con el fin de neutralizarlos después de agregarlos y finalmente poder separarlos fácilmente mediante una segregación estérica con ayuda de membranas de filtración tangenciales.
El frente de onda es importante cuando se quiere desactivar definitivamente bacterias u otros organismos biológicos patógenos por acción directa en su núcleo y poder retenerlos en las membranas de filtración sin proliferación posible y sin escape de compuestos metabólicos.
La frecuencia de repetición de los impulsos interviene por los efectos electrocinéticos relacionados con el momento dipolar de la membrana plásmica. Cuando las fuerzas electrocinéticas son superiores a las fuerzas de cohesión de la doble capa lipídica, ésta se rompe y puede conducir a la fragmentación y después a la muerte de los microorganismos.
En todos los procedimientos mediante campos eléctricos pulsados divulgados en la técnica anterior, aparece que los usuarios no se preocupan más que de un efecto de "descarga simple" a través del cabezal de tratamiento, más precisamente a través de la vena del líquido a tratar. Esto proviene del hecho de que los efectos más conocidos consisten en buscar la fragmentación celular. Las potencias instantáneas necesarias son muy elevadas: del orden de varias centenas de MW durante 1 \mus.
Habitualmente, el paso de la corriente de carga en el cabezal de tratamiento se limita insertando en paralelo en el cabezal de tratamiento un elemento eléctrico cuya impedancia será nula en régimen continuo y elevada en régimen transitorio, como una inductancia pura. La figura 1 es el esquema eléctrico de un circuito destinado a un cabezal de tratamiento de efecto simple. El circuito comprende una alimentación continua 1 de 1 a 20 kV y que puede suministrar una corriente de 2 a 50 A, un conmutador impulsional 2 que puede bascular de una posición a a una posición b, un condensador 3 y una inductancia 4 en serie. El cabezal de tratamiento de los efluentes está referenciado con el 5. Comprende una inductancia 6 conectada en paralelo. Para obtener la carga, el conmutador 2 está en la posición a y la resistencia 5 que representa el cabezal de tratamiento está en derivación por la presencia de la inductancia pura 6. Para obtener la descarga, el conmutador 2 está en la posición b y el sistema de conmutación de alta potencia constituido por el condensador 3 y la inductancia 4 produce una descarga cuyas características son una tensión de 5 a 50 kV y una corriente de 500 a 2000 A durante 1 \mus.
En la perspectiva de una separación membranaria acoplada a los CEP, se puede igualmente aprovechar el efecto eléctrico durante la carga. Esto puede ser realizado, por ejemplo, eligiendo hacer pasar la corriente de carga por el cabezal de tratamiento. En este caso, el cabezal de tratamiento se monta solo como lo muestra la figura 2 que es el esquema eléctrico de un circuito destinado a un cabezal de tratamiento de efecto doble. El tiempo de carga es, en general, del orden de varias decenas de \mus, lo que permite respetar los tiempos necesarios en el traspaso de cargas y en el traspaso de materias que fluyen (agregación coloidal). Este tiempo es en efecto más elevado que el traspaso de electrones ya que hay que renovar las especies (moléculas, coloides) en la interfaz de los electrodos. Las características de la carga para el cabezal de tratamiento son una tensión de 1 a 20 kV y una corriente de 2 a 50 A. Durante la descarga, estas características son una tensión de 5 a 50 kV y una corriente de 500 a 2000 A.
Las ventajas del paso de una corriente por el cabezal durante la carga son evitar la polarización de los electrodos, y así alargar su tiempo de vida, y permitir transferir electrones susceptibles de agregar coloides que favorecen el flujo transmembranario durante la etapa de filtración.
Por el contrario, poner en derivación el cabezal de tratamiento durante la carga va a favorecer las condiciones de funcionamiento con frecuencia elevada (el tiempo entre dos impulsos se reduce), permitiendo por este hecho la puesta en funcionamiento de frentes de tensión muy inflexibles.
En conclusión, el procedimiento de la invención permite doblar los efectos clásicamente considerados durante la puesta en funcionamiento de los CEP, siendo aprovechados estos efectos en la etapa de separación membranaria.
El paso de una fuerte corriente a través de un medio conductor se acompaña de un campo magnético más o menos intenso y más o menos localizado susceptible de perturbar señales eléctricas. Este fenómeno es aprovechado de forma inesperada en el nivel biológico o molecular. Conduce a la desactivación de compuestos biológicos específicos responsables de la adhesión de las moléculas biológicas entre ellas o responsable de la adhesión intercelular y por lo tanto del biofilm en la membrana de filtración. Además, otros valores de frecuencia favorecen el paso de ciertas moléculas o iones a través de la membrana de filtración, limitando su actividad química y su propensión a formar moléculas complejas susceptibles de fijarse por adsorción en profundidad en la pared del poro.
Las aplicaciones potenciales de campos eléctricos pulsados acoplados en la separación membranaria favorecida por la modificación de las características físico-químicas y biológicas de un medio acuoso se sitúan en todos los campos de la separación de sólido/líquido y de la utilización de membranas de filtración:
- tratamiento del agua: reducción del biofilm, disminución de la colmatación interna, descontaminación biológica;
- tratamiento de los efluentes: reducción de la colmatación externa, oxidación de microcontaminantes;
- reactores en lodos activados, aguas arriba de la decantación, gracias a la activación de los microorganismos y a la disminución de la cantidad de biomasa;
- biorreactores en membranas: etapa de prehidrólisis por ruptura de las macromoléculas antes de la filtración;
- higienización de los lodos biológicos: destrucción/fragmentación de microorganismos y concentración por membranas de filtración;
- producción de zumo de frutas: fragmentación de las membranas celulósicas (equivalentes para los vegetales a la membrana plásmica) y separación por filtración de las fibras y fragmentos de células vegetales;
- desestabilización de suspensiones o de emulsiones de agua/aceite por crecimiento de gotitas de la fase dispersada y separación facilitada de las dos fases;
- tratamiento de fases orgánicas poco conductoras de la electricidad (con respecto a las fases acuosas; por ejemplo aceites vegetales, minerales, de síntesis, o disolventes orgánicos apolares).
La diferencia de las características eléctricas de los compuestos en suspensión o en solución es aprovechada para agregar los compuestos más conductores, y favorecer una filtración acoplada.
Según la invención, la filtración puede cubrir diferentes gamas: la microfiltración (partículas de tamaño comprendido entre 0,1 \mum y 10 \mum), la ultrafiltración (moléculas de tamaño comprendido entre 0,005 \mum y 0,1 \mum), la nanofiltración (moléculas de tamaño comprendido entre 0,001 \mum y 0,005 \mum), la ósmosis inversa (moléculas de tamaño inferior a 0,001 \mum). Para estos tipos de filtración, la fuerza motriz es la presión de traspaso, contrariamente a los procedimientos electromembranarios.
Los campos eléctricos pulsados cubren la gama de frecuencias del orden de 1 Hz a 100000 Hz, preferentemente de 1 Hz a 10000 Hz. El campo eléctrico puede variar de 1 kV/cm a 100 kV/cm, preferentemente de 3 kV/cm a 50 kV/cm. El efecto eléctrico puede estar repetido entre 1 y 1000 veces por segundo, preferentemente entre 1 y 100 veces. Igualmente, solo una parte del flujo puede estar sometida a los CEP antes del tratamiento por filtración.
Dado que las transformaciones de las características físico-químicas y biológicas son duraderas, el acoplamiento de membrana(s)/CEP se efectúa de forma ligeramente escalonada en el tiempo. Los CEP pueden ser aplicados entre 0,1 y 1000 segundos antes de la filtración, por ejemplo entre 1 y 100 segundos. El tiempo que transcurre entre el tratamiento por CEP y la filtración proviene del tiempo t de permanencia de los efluentes en las tuberías que los vehiculan, calculado a partir del informe del volumen V de la instalación entre los CEP y las membranas y el caudal Q de alimentación de los módulos membranarios:
t=V/Q
La figura 3 es un esquema que representa la inserción de un sistema de CEP aguas arriba de la filtración en el circuito de alimentación de efluentes. Los efluentes provienen de un depósito 10 y se producen a través de una tubería en la instalación de tratamiento. En la salida del depósito 10, una bomba 11 asegura la presurización y la circulación de los efluentes con un caudal Q. Los efluentes son primero sometidos a campos eléctricos pulsados emitidos por un dispositivo 12 de CEP antes de llegar a unos sistemas de membrana 13, 14 y 15. El sistema 13 de membrana produce un primer permeado P_{1} y un retenido R_{1} en el sistema 14 de membrana. El sistema 14 de membrana produce un segundo permeado P_{2} y un retenido R_{2} en el sistema 15 de membrana. El sistema 15 de membrana produce un tercer permeado P_{3} y un concentrado C_{1}.
El acoplamiento puede también efectuarse en sentido inverso. La primera etapa del procedimiento es entonces la filtración, consistiendo la segunda etapa en un tratamiento por CEP. Es lo que ilustra la figura 4 en la que un sistema de CEP está insertado aguas abajo de la filtración en el permeado final (desinfección final) y en el concentrado (higienización de lodos biológicos). Los efluentes provienen de un depósito 20 y son producidos, por medio de una bomba 21 de presurización y de una bomba 22 de circulación dispuestas en serie, en un sistema 23 de membrana. El sistema 23 de membrana produce un permeado P_{4} después del paso en un dispositivo 24 de CEP y un retenido que está parcialmente puesto en circulación entre las bombas 21 y 22. El sistema 23 de membrana produce igualmente un concentrado C_{2} después del paso en un dispositivo 25 de CEP. En este caso, se busca esencialmente un efecto desinfectante final después de la etapa de filtración, lo que permite utilizar membranas de filtración no admitidas en términos de desinfección (membranas cilíndricas, espirales, planas). Las membranas de fibras huecas pueden igualmente ser acopladas a dispositivos de CEP. En este caso, es indiferentemente el concentrado o el permeado lo que se alude para el tratamiento de CEP con fines de higienización.
Los tratamientos de CEP y de separación pueden igualmente ser alternados, particularmente en un bucle de filtración tangencial en el que el retenido circula clásicamente varias veces (es decir, en bucle) a través de la membrana "de procedimiento". Es lo que ilustra la figura 5. Los efluentes provienen de un depósito 30 y se producen por medio de una bomba 31 de presurización y de una bomba 32 de circulación dispuestas en serie, en un sistema 33 de membrana. El sistema 33 de membrana produce un permeado P_{5} y un retenido que se vuelve a poner parcialmente en circulación entre las bombas 31 y 32 después del paso en un dispositivo 34 de CEP. El sistema 33 de membrana produce igualmente un concentrado C_{3}.
Los electrodos del dispositivo de CEP pueden presentar las geometrías habituales: planas, concéntricas, etc. El efecto buscado es que el campo eléctrico posea valores suficientes para desactivar las diferentes especies presentes y que las pérdidas de carga hidráulica permanezcan en valores aceptables en relación al coste energético total.
Un nuevo procedimiento de tratamiento del agua y de los efluentes que se acopla a las tecnologías por membranas de filtración y los campos eléctricos pulsados (CEP) se divulga aquí. Los fenómenos puestos en funcionamiento por los CEP concurren en la modificación de las características físico-químicas y biológicas aprovechadas particularmente en la reducción de la colmatación membranaria en toda la gama de modos de puesta en funcionamiento del procedimiento en que la presión es la fuerza motriz: microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa. Debido a los parámetros regulables de los CEP (intensidad, tensión, frecuencia, frente de onda, etc.), estos fenómenos son potencialmente:
- la reducción del biofilm (fragmentación y lisis o desactivación temporal de microorganismos),
- la destrucción parcial de los microorganismos y la activación simultánea de los microorganismos restantes,
- la agregación de coloides (traspaso de cargas eléctricas que limitan la repulsión electroestática),
- una prehidrólisis de macromoléculas (por ruptura de macromoléculas),
- una oxidación de los microcontaminantes (por formación de radicales libres),
- el mantenimiento en suspensión de moléculas "incrustantes".
Los tratamientos de alimentos líquidos, del agua como bebida, de aguas termales, de aguas usadas o bien de lodos de estaciones son campos de aplicación potenciales de este nuevo procedimiento.
Entre las ventajas procuradas por la invención, se puede mencionar la ausencia de efectos electrolíticos mayores probados por la ausencia de deterioro de los electrodos. El estado superficial de los electrodos, después de alrededor de 200 horas de funcionamiento, ha sido estudiado con ayuda de un aparato Nanofocus AG. En particular, el valor de la rugosidad superficial permite afirmar que no se ha producido ninguna modificación a lo largo de esas 200 horas de funcionamiento. Este resultado indica que no ha habido ataque químico o electroquímico de la superficie.
Otra ventaja procurada por la invención reside en la activación instantánea y duradera de una población de microorganismos en fase endógena y la desactivación de una población en presencia de substrato. En los dos casos, la mortalidad celular se debe a la no reviviscencia celular, lo que significa que los microorganismos poseen una capacidad de metabolización durante toda la duración de su vida individual. Cuando los microorganismos permanecen vivos, van a continuar actuando según dos vías diferentes. Estos actúan por excreción de metabolitos que facilitan la separación de sólido-líquido. Actúan también por asimilación de compuestos exógenos disueltos, que conducen a una bajada del nivel de polución del efluente.
Los ensayos se han realizado en circuito abierto, a 78 Hz (10 impulsos por paso) o a 780 Hz (100 impulsos por paso). La tasa de destrucción celular ha estado caracterizada por el método de numeración en gelosa. Está comprendida entre 97,2 y 99,2% para el ensayo a 78 Hz e igual a 99,97% para el ensayo a 780 Hz. Una desactivación cercana a 4 Log es posible para valores de energía del orden de 10 kWh/m^{3}.
La caracterización de la actividad celular ha sido realizada por el método de respirometría.
Concerniente al efecto de los CEP en una suspensión de levaduras en fase endógena, un ensayo (a 78 Hz correspondiente a 10 impulsos por paso) ha sido efectuado en modo de reciclaje con el fin de aumentar el número de tratamientos a lo largo del tiempo.
La figura 6 es un diagrama que muestra la evolución de la respiración R a lo largo del tiempo en función del número de tratamientos sufridos N. La respiración R se da en miligramos de oxígeno por litro y por minuto. La recta 41, en trazos discontinuos, da el valor de la respiración antes del tratamiento, es decir, el valor de la velocidad de consumo de oxígeno en fase endógena. La curva 42 muestra la evolución de la respiración a lo largo del tiempo.
Se resalta que la respiración aumenta brutalmente desde los primeros tratamientos. El aumento de la respiración es del orden de 4 a lo largo de las 90 primeras pulsaciones. Como consecuencia, disminuye notablemente sin alcanzar sin embargo el valor inicial. La explicación más plausible es que el choque eléctrico sufrido por las levaduras tiene como consecuencia un escape de los compuestos endoplásmicos en el medio (como lo prueba el aumento de la DQO (demanda química de oxígeno) del medio que pasa de 55 mg/l a 70 mg/l). En un primer momento, las levaduras no dañadas reabsorben estos compuestos con el efecto de aumentar la respiración. En un segundo momento, el número de células dañadas o destruidas aumenta provocando una bajada de la actividad total de la biomasa.
El efecto más remarcable es por lo tanto la activación instantánea y brutal de la biomasa en fase endógena cuando ésta es sometida a un choque eléctrico. A la inversa, una población en presencia de substratos se choca momentáneamente pero encuentra capacidades de metabolización durante todo el tiempo de vida. No obstante, en los dos casos la capacidad reproductora de la biomasa proviene únicamente de la fracción no chocada. La fracción chocada (y lisada) es no reviviscente: es lo que aparece durante las pruebas de numeración en gelosa.

Claims (13)

1. Procedimiento de tratamiento de efluentes en el que un flujo de dichos efluentes es sometido a un campo eléctrico pulsado cuyo efecto es la modificación de las características físico-químicas y biológicas aprovechadas durante una operación de separación de sólido/líquido, siendo la separación de sólido/líquido y el sometimiento a un campo eléctrico pulsado unas operaciones efectuadas en sitios diferentes del flujo de efluentes, caracterizado porque el campo eléctrico pulsado se utiliza según un modo de descarga, es decir, de efecto simple, siendo obtenido el modo de descarga mediante descarga impulsional de un condensador alimentado por una alimentación continua, y presenta características regulables de valor de tensión, de valor de corriente, de frecuencia de repetición de los impulsos y de forma del frente de tensión.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizada porque el campo eléctrico pulsado se utiliza según un modo de carga y de descarga, es decir, de efecto doble, siendo obtenido el modo de carga por carga impulsional de un condensador alimentado por una alimentación continua.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la operación de separación de sólido/líquido es una operación de filtración membranaria.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque la filtración es de un tipo elegido entre la filtración tangencial, la filtración frontal y la filtración semifrontal.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la operación de separación de sólido/líquido es una operación de decantación.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el campo eléctrico pulsado presenta características reguladas para: que dicha modificación de las características físico-químicas y biológicas permita la hidrólisis de substancias disueltas, la agregación de coloides, la destrucción completa o parcial de microorganismos y la activación simultánea de los microorganismos restantes.
7. Aplicación del procedimiento según la reivindicación 1 en el tratamiento de efluentes y de lodos de estación de depuración, ya sea de reactor de lodos activados, ya sea de biorreactor de membranas.
8. Instalación de tratamientos de efluentes que comprende medios para someter un flujo de dichos efluentes a una separación de sólido/líquido y medios para someter el flujo de dichos efluentes a un campo eléctrico pulsado cuyo efecto es la modificación de las características físico-químicas y biológicas aprovechadas durante la separación de sólido/líquido, estando dispuestos los medios de separación de sólido/líquido (13, 14, 15; 23; 33) y los medios de sometimiento a un campo eléctrico pulsado (12; 24, 25; 34) en sitios diferentes del flujo de efluentes, caracterizada porque los medios de sometimiento a un campo eléctrico pulsado son medios que funcionan según un modo de descarga, es decir, de efecto simple, siendo obtenido el modo de descarga por descarga impulsional de una condensador alimentado por una alimentación continua, y presentan características regulables de valor de tensión, de valor de corriente, de frecuencia de repetición de impulsos y de forma de frente de tensión.
9. Instalación según la reivindicación 8, caracterizada porque los medios de sometimiento a un campo eléctrico pulsado (12; 24, 25; 34) son medios que funcionan según un modo de carga y de descarga, es decir, de doble efecto, siendo obtenido el modo de carga por carga impulsional de un condensador alimentado por una alimentación continua.
10. Instalación según la reivindicación 8, caracterizada porque los medios para someter el flujo de dichos efluentes a una separación de sólido/líquido son medios de filtración membranaria.
11. Instalación según la reivindicación 10, caracterizada porque los medios (13, 14, 15; 23; 33) de filtración son de un tipo elegido entre medios de filtración tangencial, medios de filtración frontal y medios de filtración semifrontal.
12. Instalación según la reivindicación 8, caracterizada porque los medios para someter el flujo de dichos efluentes a una separación de sólido/líquido son medios de decantación.
13. Instalación según la reivindicación 8, caracterizada porque el campo eléctrico pulsado presenta características reguladas para que dicha modificación de las características físico-químicas y biológicas permita la hidrólisis de substancias disueltas, la agregación de coloides, la destrucción completa o parcial de microorganismos y la activación simultánea de los microorganismos restantes.
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7682492B2 (en) * 2003-04-02 2010-03-23 New Earth Systems, Inc. Electrocoagulation system
US20070144911A1 (en) * 2005-06-09 2007-06-28 Pulis Vincent J Apparatus and process for the sanitization of water
ATE466537T1 (de) * 2006-01-03 2010-05-15 Alcon Inc System zur spaltung und entfernung von proteinösem gewebe
NL1032346C2 (nl) * 2006-08-18 2008-02-19 Vitens N V Werkwijze voor het scheiden van bestanddelen uit een vloeistof.
US20090107915A1 (en) * 2007-03-12 2009-04-30 Its Engineered Systems, Inc. Treatment process and system for wastewater, process waters, and produced waters applications
WO2008119749A1 (en) * 2007-03-29 2008-10-09 Novozymes A/S Process for treating vegetable material with an enzyme
US8273251B2 (en) * 2007-09-07 2012-09-25 Clearwater Systems Corporation Use of electromagnetic pulses in cross-flow filtration systems
EP2195667A4 (en) * 2007-09-14 2017-01-25 Inphaze Australia Pty Ltd In situ membrane monitoring
US7931813B2 (en) * 2007-12-14 2011-04-26 General Electric Company Process for the reduction of biofouling using electric fields
US8268136B2 (en) 2007-12-20 2012-09-18 McCutchen, Co. Electrohydraulic and shear cavitation radial counterflow liquid processor
US20090200176A1 (en) 2008-02-07 2009-08-13 Mccutchen Co. Radial counterflow shear electrolysis
US20110118729A1 (en) * 2009-11-13 2011-05-19 Alcon Research, Ltd High-intensity pulsed electric field vitrectomy apparatus with load detection
US20110135626A1 (en) * 2009-12-08 2011-06-09 Alcon Research, Ltd. Localized Chemical Lysis of Ocular Tissue
US20110144562A1 (en) * 2009-12-14 2011-06-16 Alcon Research, Ltd. Localized Pharmacological Treatment of Ocular Tissue Using High-Intensity Pulsed Electrical Fields
WO2011081897A1 (en) * 2009-12-15 2011-07-07 Alcon Research, Ltd. High-intensity pulsed electric field vitrectomy apparatus
US8347960B2 (en) * 2010-01-25 2013-01-08 Water Tectonics, Inc. Method for using electrocoagulation in hydraulic fracturing
US8546979B2 (en) 2010-08-11 2013-10-01 Alcon Research, Ltd. Self-matching pulse generator with adjustable pulse width and pulse frequency
JP5749852B2 (ja) * 2011-03-24 2015-07-15 エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー 水を処理するために流れ発生器を使用する流体処理方法およびシステム
KR101222695B1 (ko) * 2012-08-28 2013-01-16 (주)대진환경개발 전기장 및 막분리를 이용한 수처리 장치
US20160289096A1 (en) * 2013-11-06 2016-10-06 Arc Aroma Pure Ab Method comprising separation and high voltage pulse treatment before digestion or further purification
FI127834B (en) * 2015-06-04 2019-03-29 Upm Kymmene Corp Process for the production of nanofibril cellulose hydrogel
CN106315916A (zh) * 2016-09-22 2017-01-11 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种深度处理抗生素废水的方法
US10537840B2 (en) 2017-07-31 2020-01-21 Vorsana Inc. Radial counterflow separation filter with focused exhaust
CN107758969A (zh) * 2017-11-22 2018-03-06 广州市澳万生物科技有限公司 一种带发光提醒的杀菌沐浴净化器
JP2020018297A (ja) * 2018-07-23 2020-02-06 国立大学法人 熊本大学 プランクトン駆除方法及びプランクトン駆除装置並びに養殖方法及び養殖システム
CN114591757B (zh) * 2020-12-04 2023-10-27 中国石油天然气股份有限公司 一种石油炼制电脱盐废液中废油的回收方法及其应用
WO2023170507A1 (en) 2022-03-07 2023-09-14 Francis Alborough Howard Electrokinetic disruption generation

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1230728A (fr) * 1959-06-16 1960-09-19 Procédé et dispositif pour la préparation d'eau potable à partir d'eau brute insalubre
US3480529A (en) * 1965-10-18 1969-11-25 Owen R Waltrip Electro-chemical method for selected dissociation
US3933606A (en) * 1973-12-03 1976-01-20 Saul Gesler Water treatment process and apparatus
US4169029A (en) * 1974-10-08 1979-09-25 Leningradsky Inzhenerno-Stroitelny Institut Method for electrical purification and decontamination of liquids and apparatus for effecting same
JPS60105495A (ja) * 1983-11-11 1985-06-10 Shinryo Air Conditioning Co Ltd 微生物の生反応促進方法
DE4100799A1 (de) * 1991-01-12 1992-07-16 Intek Handelsgesellschaft Mbh Verfahren zur aufbereitung von fluessigkeiten
US5447733A (en) * 1994-01-06 1995-09-05 Purepulse Technologies, Inc. Prevention of electrochemical and electrophoretic effects in high-strength-electric-field pumpable-food-product treatment systems
US5464513A (en) * 1994-01-11 1995-11-07 Scientific Utilization, Inc. Method and apparatus for water decontamination using electrical discharge
US6030538A (en) * 1995-11-02 2000-02-29 Held; Jeffery S. Method and apparatus for dewatering previously-dewatered municipal waste-water sludges using high electrical voltages
US6395176B1 (en) * 1995-11-02 2002-05-28 D-H2O L.L.C. Method for treating waste-activated sludge using electroporation
FI955333A0 (fi) * 1995-11-06 1995-11-06 Juhani Ilves Anordning foer rening av vatten
DE19752371C2 (de) * 1996-11-27 2000-05-31 Kern Martin Verfahren zur Behandlung von Kommunalschlämmen (biologischen Schlämmen) durch gepulste elektrische Felder (Stoßspannungsentladungen)
JPH10323682A (ja) * 1997-05-23 1998-12-08 Kurita Water Ind Ltd 生物濾過方法
JPH10323674A (ja) * 1997-05-23 1998-12-08 Kurita Water Ind Ltd 有機物含有水の処理装置
FR2784979B1 (fr) * 1998-10-26 2001-09-28 Cie Ind Pour Le Traitement De Procede electrochimique de desinfection des eaux par electroperoxydation et dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procede
JP2000166523A (ja) * 1998-12-04 2000-06-20 Nissin Electric Co Ltd 液状物の殺菌装置
US6521134B1 (en) * 1999-05-14 2003-02-18 Institute Of Paper Science And Technology, Inc. System and method for altering the tack of materials using an electrohydraulic discharge
CN1379697A (zh) * 1999-10-12 2002-11-13 M·迈克尔·皮茨 用于膜分离系统的静电增强设备
DE10050489A1 (de) * 2000-01-24 2001-07-26 Ludwig Bartl Vorrichtung zum Behandeln von Wasser
JP2003112188A (ja) * 2001-10-02 2003-04-15 Mitsubishi Corp 物質処理方法および物質処理装置

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