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 PDFInfo
- Publication number
- ES2270107T3 ES2270107T3 ES03762726T ES03762726T ES2270107T3 ES 2270107 T3 ES2270107 T3 ES 2270107T3 ES 03762726 T ES03762726 T ES 03762726T ES 03762726 T ES03762726 T ES 03762726T ES 2270107 T3 ES2270107 T3 ES 2270107T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- electric field
- pulsed electric
- solid
- filtration
- liquid separation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/02—Aerobic processes
- C02F3/12—Activated sludge processes
- C02F3/1236—Particular type of activated sludge installations
- C02F3/1268—Membrane bioreactor systems
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
- B01D21/0009—Settling tanks making use of electricity or magnetism
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
- B01D61/025—Reverse osmosis; Hyperfiltration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
- B01D61/027—Nanofiltration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
- B01D61/04—Feed pretreatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
- B01D61/145—Ultrafiltration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
- B01D61/147—Microfiltration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
- B01D61/16—Feed pretreatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
- B01D65/08—Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
- C02F1/441—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by reverse osmosis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
- C02F1/444—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by ultrafiltration or microfiltration
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/463—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrocoagulation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
- B01D2311/04—Specific process operations in the feed stream; Feed pretreatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
- B01D2311/16—Flow or flux control
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
- B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
- B01D2311/2603—Application of an electric field, different from the potential difference across the membrane
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
- B01D2321/20—By influencing the flow
- B01D2321/2033—By influencing the flow dynamically
- B01D2321/2058—By influencing the flow dynamically by vibration of the membrane, e.g. with an actuator
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
- B01D2321/22—Electrical effects
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
- C02F2201/461—Electrolysis apparatus
- C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
- C02F2201/4616—Power supply
- C02F2201/46175—Electrical pulses
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2303/00—Specific treatment goals
- C02F2303/04—Disinfection
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2303/00—Specific treatment goals
- C02F2303/24—Separation of coarse particles, e.g. by using sieves or screens
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/02—Aerobic processes
- C02F3/12—Activated sludge processes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
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.
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".
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.
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.
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.
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.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0208455A FR2841796B1 (fr) | 2002-07-05 | 2002-07-05 | Traitement d'effluents associant separation solide/liquide et champs electriques pulses |
FR0208455 | 2002-07-05 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
ES2270107T3 true ES2270107T3 (es) | 2007-04-01 |
Family
ID=29725198
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ES03762726T Expired - Lifetime ES2270107T3 (es) | 2002-07-05 | 2003-07-02 | Tratamiento de efluentes que asocia la separacion solido/liquido y campos electricos pulsados. |
Country Status (12)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US7381328B2 (es) |
EP (1) | EP1519900B1 (es) |
JP (2) | JP4791036B2 (es) |
AT (1) | ATE338732T1 (es) |
AU (1) | AU2003260649A1 (es) |
CA (1) | CA2491454C (es) |
DE (1) | DE60308189T2 (es) |
DK (1) | DK1519900T3 (es) |
ES (1) | ES2270107T3 (es) |
FR (1) | FR2841796B1 (es) |
PT (1) | PT1519900E (es) |
WO (1) | WO2004005197A2 (es) |
Families Citing this family (27)
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)
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 |
-
2002
- 2002-07-05 FR FR0208455A patent/FR2841796B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-07-02 US US10/517,775 patent/US7381328B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-07-02 DE DE2003608189 patent/DE60308189T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-07-02 WO PCT/FR2003/002055 patent/WO2004005197A2/fr active IP Right Grant
- 2003-07-02 DK DK03762726T patent/DK1519900T3/da active
- 2003-07-02 EP EP20030762726 patent/EP1519900B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 2003-07-02 CA CA 2491454 patent/CA2491454C/fr not_active Expired - Fee Related
- 2003-07-02 JP JP2004518863A patent/JP4791036B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2003-07-02 AT AT03762726T patent/ATE338732T1/de not_active IP Right Cessation
- 2003-07-02 AU AU2003260649A patent/AU2003260649A1/en not_active Abandoned
- 2003-07-02 ES ES03762726T patent/ES2270107T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2003-07-02 PT PT03762726T patent/PT1519900E/pt unknown
-
2008
- 2008-04-14 US US12/102,337 patent/US7854851B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2011
- 2011-05-18 JP JP2011111475A patent/JP2011177713A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1519900B1 (fr) | 2006-09-06 |
JP2011177713A (ja) | 2011-09-15 |
CA2491454A1 (fr) | 2004-01-15 |
US20050211638A1 (en) | 2005-09-29 |
US7381328B2 (en) | 2008-06-03 |
DK1519900T3 (da) | 2007-01-15 |
US7854851B2 (en) | 2010-12-21 |
FR2841796A1 (fr) | 2004-01-09 |
WO2004005197A3 (fr) | 2004-04-08 |
CA2491454C (fr) | 2012-05-15 |
ATE338732T1 (de) | 2006-09-15 |
AU2003260649A1 (en) | 2004-01-23 |
PT1519900E (pt) | 2006-12-29 |
DE60308189D1 (de) | 2006-10-19 |
JP4791036B2 (ja) | 2011-10-12 |
DE60308189T2 (de) | 2007-08-23 |
FR2841796B1 (fr) | 2005-03-04 |
US20080190863A1 (en) | 2008-08-14 |
WO2004005197A2 (fr) | 2004-01-15 |
AU2003260649A8 (en) | 2004-01-23 |
JP2006511321A (ja) | 2006-04-06 |
EP1519900A2 (fr) | 2005-04-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ES2270107T3 (es) | Tratamiento de efluentes que asocia la separacion solido/liquido y campos electricos pulsados. | |
CN102010038B (zh) | 一种纳米催化电解絮凝装置 | |
Phull et al. | The development and evaluation of ultrasound in the biocidal treatment of water | |
Ghernaout et al. | Electrocoagulation Process Intensification for Disinfecting Water—A Review | |
CN102145967B (zh) | 一种处理餐饮废水的装置及方法 | |
ES2327808B1 (es) | Procedimiento para tratar aguas o residuos liquidos y conjunto de reactores electroquimicos para tratar dichas aguas o residuos segun dicho procedimiento. | |
Herraiz-Carboné et al. | A review on disinfection technologies for controlling the antibiotic resistance spread | |
KR102315904B1 (ko) | 스크린 및 소독 산화장치를 구비한 병원폐수 처리 시스템 | |
Pal et al. | Removal of antibiotics and pharmaceutically active compounds from water Environment: Experiments towards industrial scale up | |
Pulicharla et al. | Removal processes of antibiotics in waters and wastewaters: crucial link to physical-chemical properties and degradation | |
Bennett | Drinking water: Pathogen removal from water–technologies and techniques | |
Lisle et al. | Gene exchange in drinking water and biofilms by natural transformation | |
CN109626494A (zh) | 一种紫外强氧深度水处理方法及装置 | |
KR100481699B1 (ko) | 수처리용 전기장 반응장치 | |
CN201990524U (zh) | 纳米催化电解絮凝装置 | |
CN106746035A (zh) | 一种饮用水除藻工艺 | |
Priyadarshini et al. | Hybrid Treatment Solutions for Removal of Micropollutant from Wastewaters | |
Aidan et al. | Particulates and bacteria removal by ceramic microfiltration, UV photolysis, and their combination | |
CN201318037Y (zh) | 一种婴儿游泳馆 | |
CN202116407U (zh) | 一种处理餐饮废水的装置 | |
KR200326013Y1 (ko) | 수처리용 전기장 반응장치 | |
RU2293708C2 (ru) | Способ очистки и обеззараживания сточных вод | |
Ndjomgoue-Yossa et al. | Effect of pH on Escherichia coli removal by electrocoagulation and elimination kinetics after treatment | |
CN111362449B (zh) | 银氨溶液活化过硫酸盐去除抗生素抗性基因的方法 | |
Wadhwa | Using electrochemical separation and degradation methods, water contamination caused by pharmaceutical residues may be remedied |