ES2343299A1 - Metodo de eliminacion de trihalometanos y/o contaminantes emergentes mediante plasma. - Google Patents
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Abstract
Método de eliminación de trihalometanos y/o contaminantes emergentes mediante plasma. Se describe un método de eliminación de trihalometanos y contaminantes refractarios en medios acuosos mediante la aplicación directa de plasma para conseguir la degradación de los compuestos contaminantes presentes en el agua.
Description
Método de eliminación de trihalometanos y/o
contaminantes emergentes mediante plasma.
El objeto principal de la presente invención es
un método de eliminación de trihalometanos y/o contaminantes
emergentes presentes en agua mediante la aplicación de plasma.
La reutilización de aguas residuales es uno de
los métodos que permiten garantizar un abastecimiento sostenible de
agua para usos no potables, como por ejemplo el riego agrícola y de
campos de golf o la recarga de acuíferos. Para eliminar los
microorganismos patógenos y minimizar el riesgo inherente a las
aguas residuales es imprescindible someter el agua a un proceso de
desinfección adecuado. La cloración y la exposición a la luz
ultravioleta son dos de los métodos de desinfección más utilizados.
Con el fin de minimizar el riesgo que puede comportar la
reutilización planificada de un agua residual, es imprescindible
controlar una gran diversidad de parámetros físicos, químicos y
microbiológicos.
Los trihalometanos constituyen un problema
recurrente en los procesos de potabilización convencionales. Según
datos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), el
amonio presente en las aguas residuales evita que el cloro reaccione
con la materia orgánica, impidiendo la formación de estas
sustancias. Este amonio se encuentra en las aguas residuales en
concentraciones variables, pero es muy escaso en las aguas de
bebida.
En realidad, los niveles de trihalometanos
detectados en las aguas residuales desinfectadas son inferiores a 20
microgramos por litro, por debajo de los límites establecidos por la
legislación europea actual; en realidad, los niveles de
trihalometanos detectados en las aguas residuales desinfectadas son
inferiores a 20 microgramos por litro, por debajo de los límites
establecidos por la legislación europea actual, que a partir de 2009
establece un límite máximo de 100 microgramos de trihalometanos por
litro para el agua potable de consumo público, que a partir de 2009
establece un límite máximo de 100 microgramos de trihalometanos por
litro para el agua potable de consumo público.
Estos datos son muy significativos, puesto que
mientras se van a poder formar estas sustancias en el agua de
bebida, donde son más peligrosas, será menos frecuente en el
tratamiento de las aguas residuales que se van a verter al medio
ambiente. La ausencia inesperada de formación de trihalometanos
durante la cloración de aguas residuales, a pesar de su elevado
contenido en materia orgánica, radica en que el agua residual, a
diferencia del agua potable, contiene concentraciones significativas
de amonio, el cual reacciona con el cloro y promueve la formación de
cloraminas. Las cloraminas inorgánicas tienen un efecto
desinfectante y una menor reactividad con la materia orgánica. Por
lo tanto, la desinfección con cloro de aguas residuales es un método
eficiente desde el punto de vista del riesgo sanitario, pero
conlleva la formación de subproductos peligrosos (trihalometanos) en
los procesos de obtención de agua potable.
Además existe un número creciente de
contaminantes químicos (fármacos y productos de higiene personal,
plaguicidas) con efectos potenciales en la salud humana y todavía no
legislados al no disponer de suficiente información sobre su
presencia en el agua. Algunos de ellos no se eliminan ni durante los
procesos convencionales de regeneración de aguas residuales ni en
los procesos convencionales de potabilización de las aguas
(coagulación-floculación, adsorción en carbón
activo) denominándose como refractarios.
Es por ello que en el proceso de obtención del
agua de boca o agua potable, se hace necesario eliminar tanto los
contaminantes refractarios como los subproductos de desinfección,
como los trihalometanos, para asegurar un nivel de seguridad
suficiente al consumidor. Las técnicas existentes para su
eliminación implican la oxidación avanzada (ozono, fotocatálisis,
Fenton, foto-Fenton), la nanofiltración y la osmosis
inversa. Una de las ventajas que presenta la descontaminación con
plasma frente a las técnicas mencionadas es que no da lugar a la
formación de rechazo (concentrados de contaminantes o salmueras) que
requieren de un tratamiento adicional. Otra ventaja en relación a
las técnicas de oxidación avanzada (ozonolísis, Fenton, etc) es que
el consumo energético es mucho más bajo y la cinética de tratamiento
mucho más rápida (eliminación de trihalometanos del 90% en menos de
1 min). En relación a las técnicas convencionales de tratamiento de
aguas, mediante este procedimiento no se han detectado los
subproductos de desinfección del agua (trihalometanos, haloacéticos,
nitrosaminas) que se forman durante los procesos de desinfección
convencionales (cloración, cloroaminación) o intermedios de
degradación de contaminantes (derivados hidroxilados, ácidos
carboxílicos) que pueden resultar tóxicos.
La invención consiste en el desarrollo de un
procedimiento para la eliminación de contaminantes presentes en una
lámina de agua contaminada realizando la eliminación mediante su
exposición a un plasma continuo a presión atmosférica generado entre
dos electrodos de elevada área superficial sometidos a una
diferencia de potencial. La tecnología del plasma en continuo (glow
discharge) a presión atmosférica permite la eliminación de
contaminantes orgánicos refractarios disueltos en agua dando lugar a
su completa mineralización (CO_{2} + H_{2}O + sales minerales).
Las ventajas respecto a otras tecnologías que utilizan plasma como
la descarga en corona o la descarga continua en el medio acuoso
(electrólisis) es que el método permite tratar de forma uniforme
grandes superficies, comparado con la descarga focalizada en
pequeños volúmenes de tratamiento puntual. Ésta requiere de largos
períodos de tratamiento para eliminar contaminantes disueltos en
agua. Otra ventaja es que no consume reactivos químicos y permite el
tratamiento en continuo de fácil escalado para el tratamiento de
volúmenes de agua considerables ya que opera a presión atmosférica
con un consumo energético bajo.
El plasma está formado por una gran variedad de
especies altamente reactivas (átomos, moléculas excitadas, radicales
libres, radiación UV, ozono, etc.) que interaccionan con las
especies orgánicas presentes en el agua, produciéndose en pocos
segundos una efectiva eliminación de microorganismos mediante
procesos oxidativos.
El procedimiento es especialmente adecuado para
el tratamiento terciario de efluentes acuosos urbanos o
industriales, que contienen típicamente productos tóxicos de
naturaleza orgánica y recalcitrante difícilmente eliminables
mediante procesos convencionales de tratamiento de aguas residuales
(lodos activos) y de potabilización (cloración,
coagulación-floculación, cloración). Permite
regenerar el agua tratada en la misma industria o bien a nivel
doméstico (agua sanitaria) ya que además de la eliminación de
contaminantes químicos, se produce la eliminación de microorganismos
tales como bacterias (desinfección).
Otra posible aplicación de este método es como
tratamiento terciario de aguas residuales urbanas para su
reutilización agrícola, turística, paisajística etc. debido a la
combinación de efectos: depuración química y microbiológica. La
calidad de un efluente terciario tratado con plasma podría ser
suficiente para la recarga de acuíferos.
El agua tratada posee un grado de pureza
variable dependiendo del grado de contaminación del agua de partida
y es función del tiempo de exposición al plasma y de la potencia
aplicada. El agua tratada puede poseer un pH ácido y un cierto
incremento en el nivel de conductividad eléctrica.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como
parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde
con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista general del
procedimiento.
En el siguiente ejemplo de realización se
describe el procedimiento de eliminación de trihalometanos THM en
agua; para ello el plasma se genera a baja temperatura y a presión
atmosférica.
El procedimiento se realiza en un soporte (3),
se utilizaron placas (3) de Petri (10 mL) para incrementar la
relación superficie-volumen puesto que el plasma
actúa en la superficie. El procedimiento consiste en colocar las
muestras (4) a tratar entre los dos electrodos (2), en placas de
Petri (3), purgar el sistema con helio mediante los medios de
gestión de gases (7) y a continuación generar el plasma
incrementando la diferencia de potencial entre electrodos (2)
manteniéndolo durante un tiempo dependiente del contaminante a
eliminar (2 mins. Para THM) (batch). La potencia utilizada para
generar el plasma está comprendida entre 50-110 W
dependiendo del compuesto o familia de compuestos a eliminar, y la
frecuencia de trabajo establecida mediante los medios de control de
frecuencia (6) entre 15-20 KHz. La distancia de
trabajo entre los electrodos (2) fue de aproximadamente
0,5-1,5 cm. Para este procedimiento de eliminación
de contaminantes presentes en una lámina de agua contaminada se
utilizó un plasma continuo a presión atmosférica generado entre dos
electrodos planos (2) de elevada área superficial sometidos a una
diferencia de potencial de 20-40 kV.
La determinación de la cantidad de THMs
posterior, para verificar el grado de eliminación, se realiza
mediante la técnica de microextracción en fase sólida (SPME)
utilizando la variante "headspace", seguida de la determinación
mediante cromatografía de gases con detección por captura
electrónica (GC-ECD). Los porcentajes de eliminación
dependen del compuesto, y varían entre el 80 y el 99%
(trihalometanos: cloroformo, diclorobromo, dibromocloro y
bromoformo) partiendo de concentraciones iniciales de
(microgramos/litro). Por lo que respecta a contaminantes emergentes
(p. ej. ácido clofíbrico, carbamazepina, sulfametoxazol,
diclofenaco) los porcentajes de eliminación varían entre el 75 y el
99% dependiendo del compuesto y partiendo de concentraciones muy
elevadas (10 mg/L). Para la determinación de dichas sustancias se
utiliza la cromatografía de gases acoplada a la espectrometría de
masas
(GC-MS) con o sin derivatización previa, dependiendo de la sustancia.
(GC-MS) con o sin derivatización previa, dependiendo de la sustancia.
Claims (4)
1. Método de eliminación de trihalometanos y/o
contaminantes emergentes mediante plasma que hace uso de un reactor
de plasma (1), caracterizado porque comprende las siguientes
fases:
- -
- se coloca la muestra (4) a tratar sobre un soporte (3) entre dos electrodos (2) del reactor de plasma (1),
- -
- se establece una potencia de trabajo del reactor de plasma (1) mediante unos medios de control de potencia (5),
- -
- se establece una frecuencia de trabajo del reactor de plasma (1) mediante unos medios de control de frecuencia (6),
- -
- se establece una mezcla de gases del reactor de plasma (1) mediante unos medios de gestión de gases (7),
- -
- se genera un plasma aplicando una diferencia de potencial entre los electrodos (2) del reactor de plasma (1),
- -
- el proceso se mantiene hasta la eliminación de trihalometanos y/o contaminantes emergentes.
2. Método de eliminación de trihalometanos y/o
contaminantes emergentes mediante plasma según reivindicación 1
caracterizado porque la frecuencia de trabajo se establece
entre 15-20 KHz.
3. Método de eliminación de trihalometanos y/o
contaminantes emergentes mediante plasma según reivindicación 1
caracterizado porque la potencia de trabajo de establece
entre 20-40 kV.
4. Método de eliminación de trihalometanos y/o
contaminantes emergentes mediante plasma según reivindicación 1
caracterizado porque la distancia entre electrodos (2) se
establece entre 0,5-1,5 cm.
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|---|---|---|---|---|
| US5876663A (en) * | 1995-11-14 | 1999-03-02 | The University Of Tennessee Research Corporation | Sterilization of liquids using plasma glow discharge |
| WO2002058838A1 (en) * | 2001-01-25 | 2002-08-01 | Water Works Global, Inc. | Device for sewage treatment and decontamination in a medium of electric non-self-maintained glow discharge |
| US20030132100A1 (en) * | 1999-12-15 | 2003-07-17 | Plasmasol Corporation | In situ sterilization and decontamination system using a non-thermal plasma discharge |
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2009
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-
2010
- 2010-01-26 WO PCT/ES2010/070041 patent/WO2010084233A1/es active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5876663A (en) * | 1995-11-14 | 1999-03-02 | The University Of Tennessee Research Corporation | Sterilization of liquids using plasma glow discharge |
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| WO2002058838A1 (en) * | 2001-01-25 | 2002-08-01 | Water Works Global, Inc. | Device for sewage treatment and decontamination in a medium of electric non-self-maintained glow discharge |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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