ES2281391T3 - Sistema y procedimiento para la purificacion de agua. - Google Patents

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ES2281391T3 ES01126980T ES01126980T ES2281391T3 ES 2281391 T3 ES2281391 T3 ES 2281391T3 ES 01126980 T ES01126980 T ES 01126980T ES 01126980 T ES01126980 T ES 01126980T ES 2281391 T3 ES2281391 T3 ES 2281391T3
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Thomas J. Smith
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Abstract

Un sistema (10) para purificar agua, que comprende: un alojamiento (30); una entrada (11) de agua para recibir agua que ha de purificarse en el alojamiento (30); medios (12, 14) de filtración conectados a la entrada (11) de agua para filtrar el sedimento y la materia particulada del agua; una bomba (13) de entrada conectada a dichos medios (12, 14) de filtración dentro del alojamiento (30), estando dicha bomba (13) adaptada para mantener el agua fluyendo a través del alojamiento a una presión predeterminada; una unidad (15) multiagente de lecho mixto conectada al medio (12, 14) de filtración dentro del alojamiento (30) para eliminar los contaminantes y controlar el crecimiento orgánico del agua, comprendiendo dicha unidad (15) multiagente de lecho mixto carbón activado granular, cuarzo de alta calidad y un material granular que contiene cobre y zinc; medios (16) de tratamiento ultravioleta conectados a la unidad (15) de varios usos de lecho mixto dentro del alojamiento (30) para someter elagua en el sistema a radiación ultravioleta; un sistema (17) de tratamiento con ozono conectado a los medios (16) de tratamiento ultravioleta para eliminar las bacterias y virus en el agua; medios (19) de filtración de bloque de carbón dispuestos dentro del alojamiento (30) para filtrar el agua de material orgánico; medios (20) dispensadores conectados a los medios (19) de bloque de carbón dentro del alojamiento para dispensar agua purificada al recipiente lavado; y al menos un medio (23) de lavado conectado al tratamiento (17) con ozono dentro del alojamiento (30) para lavar un recipiente (31) de agua con agua ozonizada.

Description

Sistema y procedimiento para la purificación de agua.
Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención
Esta invención se refiere a un sistema de purificación de agua y un procedimiento para purificar agua apta para beber. En particular, esta invención se refiere a un sistema y a un procedimiento de purificación de agua en los que se purifica una gran cantidad de agua para baño para dar agua potable para su uso por comunidades enteras.
2. Técnica anterior
El agua potable contaminada es un gran problema en los países en vías de desarrollo y conduce a la propagación de infecciones y enfermedades. En naciones en las que el agua es escasa, el agua potable purificada es a menudo demasiado cara para que la pueda comprar el ciudadano medio. Además, las cantidades de agua potable purificada disponibles son limitadas. Esta situación también existe temporalmente en zonas que se han visto afectadas por desastres naturales tales como huracanes, terremotos, inundaciones, etc.
En zonas de desastre, a menudo se lleva el agua al lugar del desastre en grandes recipientes. Este procedimiento es extremadamente caro y con un manejo muy complicado.
Ha habido muchos intentos para desarrollar sistemas de purificación de agua que puedan tratar grandes cantidades de agua apta para beber. Algunos procedimientos anteriores implican la purificación del agua por medio de filtración y desinfectantes químicos tales como cloro. Sin embargo, los desinfectantes químicos pueden tener también efectos secundarios dañinos, y algunos, tal como el cloro, pueden conducir a la formación de carcinógenos.
Un intento de solución a este problema se describe en la patente de los EE.UU. nº 5.741.416, concedida a Tempest, Jr. Esta patente describe un sistema de purificación de agua que tiene un filtro, un medio para oxidar sustancias orgánicas en el agua, un medio de desinfección y un medio antiviral, un mecanismo para coagular partículas coloidales, y un desinfectante químico. Otros sistemas de purificación de agua se describen en la patente de los EE.UU. nº 5.728.305 concedida a Hawkinson y en la patente de los EE.UU. nº 5.512.178 concedida a Dempo.
Aunque hay muchos sistemas que pueden convertir agua contaminada en agua potable, muchos de estos sistemas usan productos químicos dañinos o no se transportan fácilmente a los lugares de desastre. Además, ninguno de los sistemas de la técnica anterior proporciona un procedimiento para que la gente que necesita agua capte el agua de una manera higiénica del sistema de tratamiento.
En la solicitud de patente francesa nº 2 780 718 A1 se describe un sistema para la purificación de agua no potable para dar agua potable sin la adición de productos químicos. Se usa un filtro de partículas en conexión con una lámpara de UV y una unidad de filtro de carbono con el fin de conseguir la pureza deseada.
La patente de los EE.UU. nº 5.112.477 concedida a Hamlin y la patente de los EE.UU. nº 5.911.884 concedida a Boulter describen ambas máquinas expendedoras accionadas con monedas para agua purificada usando ósmosis inversa (OI) para purificar el agua. Por tanto, los sistemas de purificación que usan unidades de ósmosis inversa no son ideales, cuando el suministro de agua es limitado. Por eso la solicitud de patente internacional nº WO 00/12435 describe un sistema de purificación de agua transportable que usa una serie de filtros evitando el proceso de ósmosis inversa.
La solicitud de patente internacional nº WO 01/05484 A1 describe un aparato para lavar y esterilizar recipientes de agua potable desde el exterior así como desde el interior y suministrar agua purificada al interior de los recipientes. Este aparato está concebido para su uso con agua que ya se ha tratado por el sistema de agua municipal. Se consigue una pureza suficiente de los recipientes lavados y esterilizados usando varias aguas de lavado, siendo el agua de lavado general agua de lavado que contiene cloro, agua de lavado obtenida mediante ósmosis inversa y agua de lavado de ósmosis inversa que contiene ozono.
Sumario de la invención
Es por tanto un objeto de la presente invención proporcionar un sistema de purificación de agua que convierte agua contaminada en agua potable de una manera barata y simple.
Es otro objeto de la invención proporcionar un sistema de purificación de agua que no añade ningún producto químico potencialmente dañino al agua.
Es otro objeto de la invención proporcionar un sistema de purificación de agua tiene medios para permitir que la gente que necesita agua pueda llevarse el agua de una manera higiénica.
Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar un sistema de purificación de agua que pueda transportarse fácilmente a una zona donde sea necesaria.
Estos y otros objetos de la invención se llevan a cabo mediante un sistema de purificación de agua tal como se define en la reivindicación 1.
El medio de filtración está compuesto preferiblemente de una unidad de macrofiltración y una unidad de microfiltración. La unidad de macrofiltración está conectada en la entrada del conducto de agua, antes de que se bombee agua a través de la bomba de entrada. La unidad de macrofiltración es esencialmente un colador para eliminar el sedimento y la materia particulada mayor de 80 micrómetros. Preferiblemente, esta unidad es visible desde el exterior del alojamiento de modo que el filtro puede observarse para su mantenimiento. Una unidad de macrofiltración es necesaria para proteger las bombas, válvulas y otros componentes de daños, funcionamientos incorrectos y una vida reducida.
La unidad de microfiltración es un filtro de cartucho y elimina materia particulada y sedimento tan pequeño como 10 micrómetros y posiblemente tan pequeño como 0,35 micrómetros. Puede usarse un microfiltro, o pueden colocarse varios en serie. La bomba de entrada es necesaria para mantener el agua de entrada fluyendo a 414 kPa (60 psi). La bomba de entrada se dispone preferiblemente entre la unidad de macrofiltración y la unidad de microfiltración.
El filtro de multiagente de lecho mixto sigue a la unidad de microfiltración y es un cartucho que contiene carbón activado granulado, cuarzo y un material de cobre-zinc granulado. El cuarzo actúa como medio de distribución y el carbón elimina los compuestos orgánicos, el sabor, los olores y los materiales particulados solubles del agua. El material de cobre-zinc se usa por su acción galvánica para eliminar el cloro, los metales pesados, las algas y los hongos. Un material de cobre-zinc adecuado para la unidad de multiagente de lecho mixto se vende por KDF, bajo el nombre de KDF55. Tanto la unidad de microfiltración y la unidad multiagente de lecho mixto deben sustituirse cuando la caída de presión a lo largo del filtro alcanza un nivel predeterminado.
La unidad de tratamiento ultravioleta sigue a la unidad de varios usos de lecho mixto y comprende una bombilla UV que emite luz ultravioleta intensa. La radiación ultravioleta destruye cualquier microorganismo y bacteria que pueda estar presente en el agua.
El tratamiento con ozono sigue al tratamiento UV y se genera por medio de un arco de corona a través de una corriente de aire. El aire cargado de ozono se inyecta entonces por medio de una boquilla de pulverización en el agua. El ozono elimina los compuestos orgánicos y los microorganismos en el agua. Es un oxidante potente que confiere un tratamiento desinfectante al agua. El ozono destruye las bacterias y los virus, oxida los metales pesados y elimina los olores desagradables. El ozono se convierte de nuevo en oxígeno tras unas pocas horas. Si el agua va a consumirse inmediatamente tras el tratamiento con ozono, debe eliminarse el ozono del agua ya que produce nauseas en algunas personas.
El agua se dispensa desde el alojamiento con la ayuda de una bomba de dispensadora para garantizar la presión constante en los cabezales de descarga de la dispensadora. Preferiblemente hay varios cabezales para dispensar el agua dentro de cada alojamiento.
La unidad de filtración de bloque de carbón comprende un cartucho de filtro de bloque de carbón que retiene de manera forzada cualquier material particulado y compuesto orgánico disuelto restante como purificación final. Esta etapa también elimina cualquier ozono residual. Esta unidad de filtración se dispone preferiblemente después de la bomba dispensadora justo antes de los cabezales dispensadores.
También está conectado a la bomba dispensadora un circuito de tuberías en paralelo que conduce a una o más estaciones de lavado de botellas. Las estaciones de lavado de botellas están preparadas para lavar botellas con aberturas con un diámetro de 2,54 cm (1'') a 6,35 cm (2,5''). Hay una boquilla de pulverización de líquido de limpieza que pulveriza un detergente hacia arriba al interior de una botella invertida. El detergente se evacua entonces fuera de la botella a un drenaje en el alojamiento. Entonces se enjuaga la botella con agua purificada, o bien manualmente, o bien igualmente con una boquilla invertida automática. Esta acción de lavado puede iniciarse automáticamente colocando una botella sobre la boquilla, o puede comenzarse con un botón pulsador. El ciclo de lavado incluye un ciclo de lavado, de drenaje y de enjuagado que se lleva a cabo en de 10 a 30 segundos, momento en el que se retira la botella de la estación de lavado y está lista para rellenarse con agua en la estación dispensadora. El drenaje se envía a una alcantarilla para un tratamiento posterior para cumplir con las normativas locales.
Preferiblemente hay un generador de energía de emergencia dentro del alojamiento y conectado a la bomba de entrada, a la bomba dispensadora, al tratamiento UV, al tratamiento con ozono y a la mezcladora de detergente para suministrar energía durante un fallo de energía.
El sistema según la presente invención toma agua de baño y la purifica para dar agua potable de una manera simple y económica. El sistema según la presente invención puede suministrar agua potable segura a todo un pueblo a un coste bajo y con un mantenimiento bajo. El sistema se transporta fácilmente por medio de un remolque o helicóptero hasta la ubicación deseada. Preferiblemente hay dos estaciones de lavado de botellas y cuatro cabezales dispensadores, de modo que varias personas pueden recibir agua al mismo tiempo. El sistema está equipado para suministrar aproximadamente 19.000 l - 75.000 l, (5.000-20.000 galones) de agua potable por día, pudiendo suministrar la versión de 15.000 l por día (5.000 gpd) las necesidades de agua potable diaria de aproximadamente 2.000-3.000 personas. Pueden alojarse diferentes composiciones de agua de entrada cambiando las capacidades del diseño de componentes individuales para conseguir la cantidades óptimas de agua purificada.
Breve descripción de los dibujos
Otros objetos y características de la presente invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada considerada junto con los dibujos adjuntos. Debe entenderse, sin embargo, que los dibujos están diseñados sólo a modo de ilustración y no como definición de los límites de la invención.
En los dibujos, en los que caracteres de referencia similares denotan elementos similares en todas las diversas vistas:
la figura 1 muestra un diagrama en bloques de los componentes del sistema de purificación de agua según la invención;
la figura 2 muestra una vista frontal del sistema de purificación de agua según la invención; y
la figura 3 muestra una vista transversal desde arriba del sistema de purificación de agua según la invención.
Descripción detallada de la realización preferida
Con referencia ahora en detalle a los dibujos y, en particular, la figura 1 muestra a diagrama de bloques de todos los componentes del sistema 10 según la invención. Se conduce por tuberías agua desde una fuente local tal como un pozo al sistema 10 a través de la entrada 11 y entonces a través del macrofiltro 12 para filtrar el sedimento y las partículas grandes. Un macrofiltro adecuado es la unidad R30BB Ametek 30u. Entonces el agua se desplaza a través de una bomba 13 de entrada, que mantiene el agua en el sistema a 414 kPa (60 psi), que es la presión óptima para el sistema de purificación de agua según la invención. La bomba 13 de entrada es preferiblemente una bomba de 2 caballos de vapor de 517 kPa (75 psi). Tras la bomba 13, el agua se desplaza entonces a través de un microfiltro 14 para filtrar las partículas más pequeñas. Un microfiltro adecuado para este fin es el filtro CPSBB Ametek. El agua se desplaza entonces desde el microfiltro 14 hasta el filtro 15 de varios usos de lecho mixto, que es una mezcla de carbón, cuarzo y material de cobre-zinc granulado, tal como el KDF55. Tras el filtro 15 de varios usos de lecho mixto, se somete el agua a radiación ultravioleta mediante tratamiento 16 UV, constituido por una bombilla ultravioleta tal como la fabricada por Pur Guard. Entonces se somete el agua a tratamiento 17 con ozono para purificar adicionalmente el agua. El agua se desplaza entonces a través de la bomba 18 dispensadora, que es preferiblemente una bomba de 1 caballo de vapor de 345 kPa (50 psi). El macrofiltro 12, la bomba 13 de entrada, el microfiltro 14, el filtro 15 de varios usos de lecho mixto, el tratamiento 16 UV, el tratamiento 17 con ozono y la bomba 18 dispensadora están todos disponibles comercialmente y se conocen en la técnica y no se describen en detalle en este
caso.
Tras la bomba 18 dispensadora, el agua se desplaza a través de un filtro 19 de bloque de carbón final y después hacia fuera hasta una o más estaciones 20 dispensadoras. También tras la bomba 18, hay un conducto de agua paralelo que conduce a una mezcladora 21, que recibe un detergente bombeado a través de una bomba 22 de detergente para lavar las botellas en una estación 23 de lavado de botellas antes de recibir agua purificada de las estaciones 20 dispensadoras.
La disposición física del sistema 10 se muestra en las figuras 2 y 3. El sistema 10 está encerrado en un alojamiento 30 al que se aproximan los usuarios cuando desean agua purificada. Los cabezales 32 dispensadores dispensan agua purificada en botellas 31 en la estación 20 dispensadora presionando un botón 34. Hay un drenaje 35 de plataforma por debajo de cada cabezal dispensador para recoger los goteos y derrames. Hay dos estaciones 23 de lavado de botellas situadas en el alojamiento 30. Tal como se muestra, la botella 31 está invertida por encima de la bomba 25 de detergente, que pulveriza una cantidad predeterminada de mezcla detergente en la botella 31 para limpiarla. La mezcla detergente se evacua entonces de la botella 31. Entonces, la botella 31 se coloca por encima de la bomba 26 de agua, que pulveriza agua ozonizada al interior de la botella 31 de la misma manera para enjuagar la botella 31 de detergente. Una vez lavada, las botellas están listas para recibir agua purificada de los cabezales 32 dispensadores.
Los componentes del sistema 10 se muestran en la figura 3, excepto el tratamiento 16 UV y el filtro 19 de bloque de carbón, que se sitúan directamente por debajo del tratamiento con ozono. En general, el sistema 10 está impulsado por el suministro de energía local. Sin embargo, tal como se muestra en la figura 3, hay un generador 40 de emergencia, que puede suministrar energía al sistema 10 en el caso de que la energía local regular falle. El generador 40 está disponible comercialmente y puede ser cualquier generador adecuado. Un ejemplo de un generador aceptable es un generador impulsado por gasolina de 220 voltios y 5 kilovatios John Deere.

Claims (11)

1. Un sistema (10) para purificar agua, que comprende:
un alojamiento (30);
una entrada (11) de agua para recibir agua que ha de purificarse en el alojamiento (30);
medios (12, 14) de filtración conectados a la entrada (11) de agua para filtrar el sedimento y la materia particulada del agua;
una bomba (13) de entrada conectada a dichos medios (12, 14) de filtración dentro del alojamiento (30), estando dicha bomba (13) adaptada para mantener el agua fluyendo a través del alojamiento a una presión predeterminada;
una unidad (15) multiagente de lecho mixto conectada al medio (12, 14) de filtración dentro del alojamiento (30) para eliminar los contaminantes y controlar el crecimiento orgánico del agua, comprendiendo dicha unidad (15) multiagente de lecho mixto carbón activado granular, cuarzo de alta calidad y un material granular que contiene cobre y zinc;
medios (16) de tratamiento ultravioleta conectados a la unidad (15) de varios usos de lecho mixto dentro del alojamiento (30) para someter el agua en el sistema a radiación ultravioleta;
un sistema (17) de tratamiento con ozono conectado a los medios (16) de tratamiento ultravioleta para eliminar las bacterias y virus en el agua;
medios (19) de filtración de bloque de carbón dispuestos dentro del alojamiento (30) para filtrar el agua de material orgánico;
medios (20) dispensadores conectados a los medios (19) de bloque de carbón dentro del alojamiento para dispensar agua purificada al recipiente lavado; y
al menos un medio (23) de lavado conectado al tratamiento (17) con ozono dentro del alojamiento (30) para lavar un recipiente (31) de agua con agua ozonizada.
2. Sistema según la reivindicación 1, en el que el medio (23) para lavar una botella (31) de agua comprende:
un aparato (25) de pulverización de detergente que pulveriza una cantidad predeterminada de detergente hacia arriba al interior de una botella invertida;
y
un aparato (26) de pulverización de enjuagado que pulveriza una cantidad predeterminada de agua de enjuagado al interior de una botella (31) invertida para enjuagar la botella de cualquier detergente.
3. Sistema según la reivindicación 2, en el que el agua pulverizada es agua ozonizada.
4. Sistema según la reivindicación 1, que comprende además un generador (40) de energía de emergencia dentro del alojamiento (30) y para suministrar energía al sistema durante un fallo de energía.
5. Sistema según la reivindicación 1, en el que el medio (20) dispensador comprende una bomba (18) dispensadora y al menos un cabezal (32) dispensador.
6. Sistema según la reivindicación 5, en el que dicho medio (20) dispensador comprende cuatro cabezales (32) dispensadores.
7. Sistema según la reivindicación 1, en el que el medio de filtración comprende un macrofiltro (12) dispuesto entre la entrada (11) y la bomba (13) de entrada para filtrar el sedimento y las partículas grandes, y un microfiltro (14) dispuesto entre la bomba (13) de entrada y la unidad (15) multiagente de lecho mixto para filtrar la materia particulada disuelta.
8. Sistema según la reivindicación 1, en el que la bomba (13) de entrada mantiene el agua fluyendo a 414 kPa.
9. Sistema según la reivindicación 7, en el que el macrofiltro (12) es un colador que elimina el sedimento y los materiales particulados mayores de 80 micrómetros.
10. Un procedimiento de purificación y dispensación de agua potable usando el sistema de la reivindicación 1, que comprende:
bombear agua a través de un macrofiltro para eliminar el sedimento y la materia particulada;
bombear el agua a través de un microfiltro para filtrar la materia particulada disuelta;
bombear el agua a través de una unidad multiagente de lecho mixto que comprende carbón activado granular, cuarzo de alta calidad y un material granular que contiene cobre y zinc para eliminar el cloro, los compuestos orgánicos, el sabor, los olores, los metales pesados, los contaminantes, las bacterias, las algas y los hongos;
someter el agua a radiación ultravioleta para destruir los microorganismos y bacterias;
bombear aire ozonizado a través del agua para destruir adicionalmente los microorganismos;
bombear el agua a través de un filtro de carbón para eliminar adicionalmente cualquier compuesto orgánico disuelto y materia particulada; y
dispensar el agua en botellas cuando sea necesario tras lavarlas previamente por medio de la estación (23) de lavado.
11. Procedimiento según la reivindicación 10, que comprende adicionalmente lavar las botellas con un lavador de botellas automático antes de la etapa de dispensar el agua.
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