ES2392598T3 - Proceso para el tratamiento de agua utilizando un dispositivo de alta velocidad de cizallamiento - Google Patents

Abstract

Un método para extraer contaminantes del agua de alimentación, el métodocomprendiendo:el proceso de someter una mezcla de fluidos comprendiendo un gas detratamiento y el agua de alimentación a una velocidad de cizallamiento mayor a20.000 s-1 en un dispositivo de alta velocidad de cizallamiento para produciruna dispersión del gas de tratamiento en una fase continua del agua dealimentación, en la que el gas de tratamiento es cloruro.

Description

Proceso para el tratamiento de agua utilizando un dispositivo de alta velocidad de cizallamiento

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Campo tecnico [0001] La presente invenci6n hace referencia en general al tratamiento de aguas. Mas en particular, la presente invenci6n hace referencia al proceso de alta velocidad de cizallamiento para el tratamiento de aguas. El metodo publicado puede utilizarse para tratar aguas residuales o sin tratar que contienen contaminantes mediante el cual se pueden desinfectar, estabilizar y/o separar los contaminantes del agua. Antecedentes de la Invenci6n [0002] Los procesos para reciclar aguas residuales de las actividades industriales presentan desafiantes problemas medioambientales y el gobierno regula estos procesos. El impacto sobre el medio ambiente de las aguas residuales utilizadas en actividades industriales ha llevado a la creaci6n de regulaciones tanto a nivel local como federal. Estas regulaciones exigen la limpieza de las aguas residuales antes de su expulsi6n al medio ambiente y/o su introducci6n en los sistemas publicos de alcantarillado. [0003] Se presentan varios problemas al limpiar las aguas residuales industriales y residenciales. Por ejemplo, las aguas residuales comprenden a menudo cantidades significativas de s6lidos en suspensi6n, minerales disueltos no deseables, y gases nocivos. Las aguas residuales tambien pueden comprender cantidades significativas de materias organicas, incluyendo hidrocarburos (por ejemplo, aceites) y bacterias. [0004] Ademas, el agua sin tratar de las fuentes superficiales (por ejemplo manantiales) o de las fuentes de agua subterranea requiere frecuentemente tratamiento para eliminar los contaminantes antes de su uso, por ejemplo antes de utilizarla como agua potable. [0005] Existen numerosas estrategias para el tratamiento de aguas. Por ejemplo, los procesos de oxidaci6n quimica se utilizan rutinariamente para eliminar contaminantes organicos de las aguas residuales. Los sistemas fisicos de tratamiento de aguas residuales, incluyendo la floculaci6n/flotaci6n de particulas s6lidas, tambien son comunes. Sin embargo, todavia existe una necesidad de procesos mejorados en la industria para el tratamiento de aguas residuales con los que se permita un aumento de rendimiento, aumento de la eliminaci6n de contaminantes, y/o el uso de cantidades reducidas de asistente de tratamiento (por ejemplo gases como el cloruro y el aire o liquidos como floculantes).

RESUMEN [0006] Se publica un proceso de alta velocidad de cizallamiento para el tratamiento de aguas. El proceso de alta velocidad de cizallamiento puede reducir las limitaciones de transferencia de masa relativas a los procesos convencionales de tratamiento de aguas, aumentando asi la velocidad del tratamiento de aguas y permitiendo potencialmente una reducci6n en el tiempo de contacto, una eliminaci6n/neutralizaci6n mayor de los contaminantes no deseados, y/o una reducci6n en el asistente de tratamiento. El proceso emplea un dispositivo mecanico externo de alta velocidad de cizallamiento para proporcionar un contacto mejorado entre los reactivos. En algunos modos de realizaci6n, este contacto mejorado provoca reacciones quimicas aceleradas entre los reactivos multifase. En un modo de realizaci6n, el proceso comprende el uso de un dispositivo presurizado externo de alta velocidad de

cizallamiento para el tratamiento de aguas sin la necesidad de recipientes de gran volumen en los que el agua tiene altos tiempos de permanencia. [0007] Se publica aqui un metodo para eliminar contaminantes del agua de

alimentaci6n, el metodo comprendiendo la sujeci6n de una mezcla de fluidos comprendiendo un gas de tratamiento y el agua de alimentaci6n a una velocidad de cizallamiento mayor que ��. s�� en un dispositivo de alta velocidad de cizallamiento para producir una dispersi6n del gas de tratamiento en una fase continua del agua de alimentaci6n, en el que el gas de tratamiento es cloruro. El metodo tambien comprendiendo la introducci6n de la dispersi6n en un recipiente desde el que se extrae un producto acuoso; y la separaci6n de particulas del producto acuoso. Los contaminantes pueden comprender materia organica disuelta, el gas de tratamiento puede comprender aire u oxigeno, el recipiente puede ser una cuba de aireaci6n comprendiendo microorganismos que consumen materia organica, y las particulas separadas del producto acuoso pueden comprender microorganismos. Al menos una parte de las particulas puede reciclarse en la cuba de aireaci6n. La dispersi6n puede ser estable durante al menos � minutos con la presi6n atmosferica. [0008] Ciertos modos de realizaci6n del metodo arriba descrito, proporcionan potencialmente unas condiciones de tiempo, temperatura y presi6n mas optimas que las posibles con otros metodos, y aumentan potencialmente la velocidad del proceso del tratamiento de aguas. Ciertos modos de realizaci6n de los metodos arriba descritos proporcionan potencialmente una reducci6n del coste total funcionando con tiempos de permanencia reducidos, proporcionando un aumento de producto por unidad de asistente de tratamiento consumido, y/o reducido capital y/o costes de funcionamiento. Estos y otros modos de realizaci6n y ventajas potenciales seran apreciables en la siguiente descripci6n detallada y los dibujos.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS [0009] Para una descripci6n mas detallada del modo de realizaci6n preferido de la presente invenci6n, se hara referencia ahora a los dibujos adjuntos, en los que: [0010] La Figura es un diagrama de flujo de proceso del sistema de tratamiento de agua de acuerdo con un modo de realizaci6n de la presente publicaci6n. [0011] La Figura es un vista longitudinal de secci6n transversal de un dispositivo multi�etapa de alta velocidad de cizallamiento, como el empleado en un modo de realizaci6n del sistema.

ANOTACION Y NOMENCLATURA [0011] Segun se utiliza aqui, el termino "dispersi6n" se refiere a una mezcla licuada que contiene al menos dos sustancias distinguibles (o "fases") que no se mezclaran o disolveran juntas facilmente. Segun se utiliza aqui, una "dispersi6n" comprende una fase "continua" (o "matriz"), que sostiene en si misma gotas, burbujas, y/o particulas discontinuas de la otra fase o sustancia. El termino dispersi6n puede referirse por lo tanto a espumas comprendiendo burbujas de gas suspendidas en una fase liquida continua, emulsiones en las que las gotas de un primer liquido se dispersan por toda una fase continua comprendiendo un segundo liquido con el que el primer liquido es insoluble, y las fases liquidas continuas a traves de las cuales las particulas s6lidas se distribuyen. Segun se utiliza aqui, el termino "dispersi6n" engloba fases liquidas continuas a traves de las cuales las burbujas de gas se distribuyen, fases liquidas continuas a traves de las cuales las particulas s6lidas (por ejemplo un catalizador o contaminante s6lidos) se distribuyen, las fases liquidas continuas a traves de las cuales gotas de un segundo liquido que es sustancialmente insoluble en la fase continua se distribuyen, y fases liquidas a traves de las que cualquier combinaci6n de particulas s6lidas, gotas de liquido insoluble, y burbujas de gas se distribuyen. Por lo tanto, una dispersi6n puede existir como una mezcla homogenea en algunos casos (por ejemplo un liquido/fase liquida), como una mezcla heterogenea (por ejemplo gas/liquido, s6lido/liquido, o gas/s6lido/liquido), dependiendo de la naturaleza de las materias seleccionadas para combinar. El termino emulsi6n sera utilizado aqui de manera mas especifica para referirse a dispersiones liquido/liquido o liquido/liquido/s6lido. [0013] El termino "asistente de tratamiento" se utilizara para referirse a cualquier componente anadido a una corriente de agua contaminada. Por ejemplo, en modos de realizaci6n, un "asistente de tratamiento" puede comprender un gas de tratamiento como el aire, el oxigeno, o el gas cloruro. En otros modos de realizaci6n, el "asistente de tratamiento" puede comprender un liquido como un agente liquido floculante.

DESCRIPCION DETALLADA [0014] Vision general La velocidad de las reacciones quimicas que comprenden liquidos, gases y s6lidos dependen del tiempo de contacto, la temperatura y la presi6n. En los casos en los que se desea reaccionar dos o mas materias primas de diferentes fases (por ejemplo s6lido y liquido; liquido y gas; s6lido, liquido y gas), uno de los factores de limitaci6n controlando la velocidad de la reacci6n comprende el tiempo de contacto de los reactivos. En el caso de reacciones catalizadas de manera heterogenea existe un factor de limitaci6n adicional de velocidad para eliminar los productos reactivos de la superficie del catalizador para permitir que el catalizador catalice otros reactivos. El tiempo de contacto para los reactivos y/o el catalizador se controla frecuentemente al mezclarlos, lo que proporciona un contacto con uno o mas reactivos envueltos en una reacci6n quimica. En el caso de reacciones homogeneas, por ejemplo reacciones liquido/liquido, una mezcla mejorada puede aumentar la velocidad o extensi6n de la interacci6n y tambien homogeneizar la temperatura dentro de la(s) zona(s) de reacci6n. [0015] Un sistema y un proceso para el tratamiento de agua comprende un dispositivo mecanico externo de alta velocidad de cizallamiento que proporciona un rapido contacto y mezcla de ingredientes quimicos en un ambiente controlado en el dispositivo reactor/mezclador. El sistema y metodo de alta velocidad de cizallamiento publicado pueden incorporarse a procesos de tratamiento de agua convencionales, mejorando asi la eliminaci6n o neutralizaci6n del contaminante (por ejemplo hidrocarburo, bacterias, gas nocivo etc.) y/o la velocidad de aireaci6n. El dispositivo de alta velocidad de cizallamiento puede utilizarse en varios procesos de tratamiento de agua, como los procesos de tratamiento biol6gico que eliminan materia organica disuelta en el agua, los procesos de separaci6n fisica, y los procesos de tratamiento quimicos. El uso de la alta velocidad de cizallamiento puede reducir las limitaciones de transferencia de masa en las reacciones/interacciones deseadas y asi reducir el tiempo requerido para el tratamiento del agua, aumentando de ese modo el rendimiento obtenible. El producto expulsado puede aumentar como resultado del sistema y proceso de alta velocidad de cizallamiento. El uso del alta velocidad de cizallamiento contactando el asistente de tratamiento con agua a tratar puede permitir el uso de menores cantidades de gas (por ejemplo de aire, cloruro) y/o asistentes de tratamiento liquidos (por ejemplo agentes liquidos floculantes) que en los procesos de tratamiento de agua convencionales. [0016] El sistema de alta velocidad de cizallamiento puede utilizarse para formar una dispersi6n de un gas de tratamiento en un liquido, por ejemplo, una dispersi6n de oxigeno, aire, o cloruro en el agua a tratar. Dicha dispersi6n puede aumentar la cantidad de gas disuelto debido al diametro reducido de las burbujas en la dispersi6n, que tipicamente tienen un promedio de diametro de burbuja menor que aproximadamente �m. Pese a que no se ha tratado en detalle aqui, el sistema de alta velocidad de cizallamiento tambien puede utilizarse para mezclar intimamente dos corrientes de liquido, por ejemplo, una corriente de agua a tratar y un agente liquido floculante. En estos modos de realizaci6n, el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento puede aumentar la floculaci6n de los contaminantes por el efecto inmediato de la mezcla intima dentro de la(s) zona(s) de interacci6n. [0017] Otros usos del sistema y metodo publicados seran perceptibles tras la lectura de la publicaci6n y tras observar los dibujos adjuntos. Mientras que la siguiente descripci6n se proporcionara con respecto a los procesos de tratamiento de aguas residuales comprendiendo la cloraci6n y la aireaci6n, los modos de realizaci6n aqui descritos sirven unicamente como ejemplo, y no como limitaci6n. Por ejemplo, el sistema y proceso de alta velocidad de cizallamiento puede utilizarse para el tratamiento de aguas residuales o aguas sin tratar y puede utilizarse para aumentar la cloraci6n y la aireaci6n particularmente, o cualquier combinaci6n de inyecci6n de liquido y/o gas conocida por aquellos expertos de la tecnica para utilizarse en el tratamiento de corrientes de agua. [0018] Sistema de tratamiento de agua. Un sistema de tratamiento de agua de alta velocidad de cizallamiento sera descrito ahora en relaci6n con la Figura �, que es un diagrama de flujo de proceso de un modo de realizaci6n de un sistema de tratamiento de agua de alta velocidad de cizallamiento �, para el tratamiento de agua comprendiendo al menos un contaminante que debe ser al menos parcialmente eliminado, estabilizado y/o neutralizado. Dicho sistema puede utilizarse para la aireaci6n en un sistema de tratamiento de aguas residuales biol6gico o bioquimico de acuerdo con el sistema de lodo activado o de aireaci6n en un estanque/laguna aer6bico/a de aireaci6n. El proceso de alta velocidad de cizallamiento se utiliza para el tratamiento bactericida del agua con gas cloruro. [0019] Es ampliamente conocido que el cloruro puede utilizarse efectivamente para matar bacterias contenidas en el agua. El cloruro se utiliza comunmente para el tratamiento de agua potable, y tambien para el tratamiento de agua utilizada en los sistemas de piscina, y ha sido extensamente utilizado para tratar aguas residuales durante los procesos de tratamiento de aguas residuales. Pese a que la adici6n de cloruro al agua ha demostrado ser un metodo efectivo de matar bacterias contenidas en el agua, tambien tiene algunas desventajas. En primer lugar, el cloruro, que es un gas relativamente volatil en su estado natural, se disipa facilmente desde el agua cuando se deja expuesto a la atm6sfera, particularmente cuando el agua tiene una temperatura mayor a unos ��° C ( °F). Por lo tanto, es generalmente necesario realizar frecuentes adiciones de cloruro al agua bajo estas condiciones con tal de mantener los niveles de bacterias en el agua dentro de unos intervalos seguros. Esto puede resultar econ6micamente indeseable. Tal y como se tratara mas abajo, el sistema y proceso de alta velocidad de cizallamiento puede permitir una reducci6n de la cantidad de cloruro necesaria para el tratamiento de agua y/o aumentar la velocidad del tratamiento de aguas minimizando la resistencia a la transferencia de masa a traves del mezclado de alta velocidad de cizallamiento y la creaci6n de una dispersi6n de gas desinfectante en una fase acuosa continua. [0020] Los componentes basicos de un sistema representativo de alta velocidad de cizallamiento incluyen un dispositivo mezclador externo de alta velocidad de cizallamiento (HSD), un recipiente, y una bomba. Cada uno de estos componentes se describe con mas detalle abajo. Como se muestra en la Figura �, el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento 4� se localiza externo al recipiente/reactor . La linea esta conectada a la bomba para introducir agua a tratar. La linea 3 conecta la bomba al HSD 4�, y la linea conecta el HSD 4� al recipiente�� . La linea puede estar conectada a la linea �3 para introducir un gas de tratamiento (por ejemplo aire, oxigeno, o cloruro) o un liquido asistente de tratamiento. De manera alternativa, la linea puede estar conectada a una entrada del HSD 4�. La linea puede estar conectada a un recipiente para la eliminaci6n de un gas de tratamiento no reaccionado, sulfuro de hidr6geno u otro gas eliminado del agua mediante su tratamiento. Componentes o pasos adicionales del proceso pueden incorporarse entre el recipiente y el HSD 4� o delante de la bomba o el HSD 4�, si se desea, como sera apreciable tras la lectura de la descripci6n del proceso de tratamiento de agua de alta velocidad de cizallamiento descrito aqui abajo. [0021] El sistema de alta velocidad de cizallamiento puede comprender ademas un aparato de tratamiento preliminar, como la unidad que puede utilizarse para eliminar grandes s6lidos y grasas del agua a tratar en la linea . La unidad de pretratamiento puede estar conectada a la bomba a traves de la linea ��. El sistema de alta velocidad de cizallamiento tambien puede comprender un separador 3� posterior al HSD 4� para separar los productos s6lidos pesados y los s6lidos reducidos. El separador 3� puede estar conectado a un recipiente a traves de la linea ��. La linea 33 o la linea 3� del separador 3 pueden estar conectadas a la linea

o la linea �3 para proporcionar un funcionamiento multi�pase, si asi se desea. Las lineas de entrada pueden incorporarse al sistema de alta velocidad de cizallamiento para introducir materia en el sistema. Por ejemplo, la linea �4 puede estar conectada a un recipiente para la introducci6n de materia, como un asistente de ajuste del pH, en el recipiente ��; y la linea 3 puede conectarse a la linea o a cualquier otra en un sistema de alta velocidad de cizallamiento para introducir materia, como un floculante en el sistema de alta velocidad de cizallamiento �. Deberia tenerse en cuenta que la Figura es un diagrama de proceso simplificado y que las piezas potenciales del equipo del proceso, como los separadores, valvulas y compresores, se han omitido para proporcionar claridad. [0022] Unidad{es) de pretratamiento. El sistema de alta velocidad de cizallamiento puede comprender unidad(es) de pretratamiento para la separaci6n fisica de los componentes del agua a tratar. La unidad de pretratamiento puede estar configurada para separar grandes objetos s6lidos y/o grasa de la corriente de agua en la linea � . Sin limitar, los ejemplos de un aparato de pretratamiento adecuado son tamices de barras, tanques de arena y tanques de sedimentaci6n. [0023] Dispositivo de mezclado de alta velocidad de cizallamiento. El dispositivo externo de mezclado de alta velocidad de cizallamiento (HSD) 4�, algunas veces tambien denominado dispositivo de alta velocidad de cizallamiento o dispositivo de mezclado de alta velocidad de cizallamiento, se configura para recibir una corriente de entrada, a traves de la linea �3, comprendiendo el agua a tratar y el asistente de tratamiento. De manera alternativa, el HSD 4� puede estar configurado para recibir agua y el asistente de tratamiento a traves de lineas de entrada separadas (no mostradas). Pese a que en la Figura se muestra un sistema de alta velocidad de cizallamiento 4�, deberia entenderse que algunos modos de realizaci6n del sistema pueden tener uno o mas de dos dispositivos de mezclado de alta velocidad de cizallamiento configurados en series o en flujo paralelo. El HSD 4� es un dispositivo mecanico que utiliza uno o mas generadores comprendiendo una combinaci6n de rotor/estator, cada uno de los cuales tiene un espacio entre el estator y el rotor. El espacio entre el rotor y el estator en cada serie de generador puede ser fijo o ajustable. El HSD 4� esta configurado de tal manera que es capaz de producir submicrones y burbujas o gotas de tamano micrometrico del asistente de tratamiento en una mezcla acuosa fluyendo a traves del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento. El dispositivo de alta velocidad de cizallamiento comprende una estructura o carcasa para que la presi6n y la temperatura de la mezcla acuosa puedan controlarse. [0024] Los dispositivos de mezclado de alta velocidad de cizallamiento se dividen generalmente en tres clases generales, basadas en su habilidad para mezclar fluidos. Mezclar es el proceso de reducir el tamano de las particulas o las especies carentes de homogeneidad dentro del fluido. Una forma de medir el grado de rigurosidad del mezclado es el volumen de densidad de energia por unidad que genera el dispositivo de mezclado para alterar las particulas de fluido. Las clases se distinguen basandose en las densidades de energia obtenidas. Tres clases de mezcladores industriales con suficiente densidad de energia para producir consistentemente mezclas o emulsiones

con tamanos de particulas en el intervalo de submicrones al de x m ( �micrones) incluyendo los sistemas de valvula de homogeneizaci6n, molinos coloidales y mezcladores de alta velocidad. En la primera clase de dispositivos de alta velocidad de cizallamiento, denominados sistemas de valvula de homogeneizaci6n, el fluido a procesar se bombea con una presi6n muy alta a traves de una valvula con abertura estrecha hacia un entorno de menor presi6n. La presi6n se gradua a traves de la valvula y la turbulencia y cavitaci6n resultantes actuan para romper cualquier particula en el fluido. Estos sistemas de valvula se utilizan comunmente en la homogeneizaci6n de leche y puede alterar los tamanos de las particulas en submicrones a un intervalo

de �x m (� micr6n) aproximadamente. [0025] En el extremo opuesto del espectro de densidad de energia se encuentra la tercera clase de dispositivos denominada dispositivos de baja energia. Estos sistemas comunmente tienen palas o rotores de fluido que giran a gran velocidad en una reserva del fluido a procesar, el cual es en muchas de las aplicaciones comunes un producto alimenticio. Estos sistemas de baja energia se utilizan habitualmente cuando

el tamano medio de las particulas mayor que �x m (� micrones) es aceptable en el fluido procesado. [0026] Entre los dispositivos de baja energia y los sistemas de valvula de homogeneizaci6n, en terminos de la densidad de energia de mezclado transmitida al fluido, se encuentran los molinos coloidales y otros dispositivos de rotor� estator de alta velocidad, que se clasifican como dispositivos de energia intermedia. Una configuraci6n tipica de molino coloidal incluye un rotor c6nico o de disco separado de un estator complementario, enfriado con liquido, mediante un espacio de rotor estator cuidadosamente controlado, que suele ser de entre . mm y mm ( �. ��.4� pulgadas). Los rotores suelen activarse con un motor electrico a traves de un

mecanismo de activaci6n directa o de correa. A medida que el rotor rota a alta velocidad, bombea el fluido entre el rotor y el estator, y las fuerzas de cizallamiento generadas en el espacio procesan el fluido. La mayoria de los molinos coloidales con un ajuste adecuado consiguen una media de tamano de particula de �x m a �. x m (�. micrones) en el fluido procesado. Estas capacidades proporcionan molinos coloidales adecuados para una variedad de aplicaciones incluyendo el procesamiento de la emulsi6n basada en coloide y aceite/agua como la requerida para

la formaci6n de cosmeticos, mayonesa, o de la amalgama de silicona/plata, para la mezcla de alquitran de los techos. [0027] La velocidad periferica es la distancia circunferencial recorrida por la punta del

rotor por unidad de tiempo. La velocidad periferica es por lo tanto una funci6n del diametro de rotor y la frecuencia rotacional. La velocidad periferica (en metros por minuto, por ejemplo) puede calcularse multiplicando la distancia circunferencial transcrita por la punta del rotor, �RR, donde R es el radio del rotor (metros, por ejemplo) por la frecuencia de revoluci6n (por ejemplo revoluciones por minuto, rpm). Un molino coloidal, por ejemplo, puede tener una velocidad periferica excediendo los

��, m/s (4 �� pies/min) y puede exceder los 4� m/s (���� pies/min). Para el objetivo de esta publicaci6n, el termino 'alta velocidad de cizallamiento' se refiere a los dispositivos mecanicos de rotor estator (por ejemplo molinos coloidales o dispersores rotor�estator) que consiguen velocidades perifericas que exceden los , m/s (���� pies/min) y requieren un dispositivo de potencia externo activado de manera mecanica para transportar la energia a la corriente de productos a reaccionar. Por ejemplo, en el HSD 4�, una velocidad periferica mayor que , m/s (4 ��pies/min) es alcanzable, y puede exceder los 4 m/s (���� pies/min). En algunos modos de realizaci6n, el HSD 4� es capaz de procesar al menos 3�� l/h a una velocidad periferica de al menos ��, m/s (4 �� pies/min). El consumo de energia puede ser de aproximadamente �, kW. El HSD 4� combina una alta velocidad periferica con un espacio de cizallamiento muy pequeno para producir un cizallamiento significativo en la materia a procesar. El volumen de cizallamiento dependera de la viscosidad del fluido. Por lo tanto, una regi6n local de elevada presi6n y temperatura se crea en la punta del rotor durante el funcionamiento del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento. En algunos casos la presi6n elevada local es de aproximadamente ��34, MPa (� �. psi). En algunos casos la temperatura elevada local es de aproximadamente ��°. En algunos casos, estas elevadas presiones y temperaturas pueden persistir durante nanosegundos o picosegundos. [0028] Una aproximaci6n de entrada de energia en el fluido (kW/L/min) puede estimarse midiendo la energia del motor (kW) y la salida de fluido (L/min). Como se menciona arriba, la velocidad periferica es la velocidad (pies/min o m/s) asociada al extremo de uno o mas elementos giratorios que crean la fuerza mecanica aplicada al fluido. En modos de realizaci6n, el gasto de energia del HSD 4� es mayor que

W/m3. En modos de realizaci6n, el gasto de energia del HSD 4� esta en el intervalo entre 3��� W/m3 y W/m3 aproximadamente. [0029] La velocidad de cizallamiento es la velocidad periferica dividida por el ancho de

espacio de cizallamiento (minima holgura entre el rotor y el estator). La velocidad de cizallamiento generada en el HSD 4� es mayor a ��. s� �. En algunos modos de realizaci6n la velocidad de cizallamiento es de al menos 4�. s�� . En algunos modos de realizaci6n la velocidad de cizallamiento es de al menos ���. s�� . En algunos modos de realizaci6n la velocidad de cizallamiento es de al menos ��. s� �. En algunos modos de realizaci6n la velocidad de cizallamiento es de al menos

�. ���. s�� . En algunos modos de realizaci6n la velocidad de cizallamiento es de al menos . ���.��� s��. En modos de realizaci6n, la velocidad de cizallamiento generada por el HSD 4� esta en el intervalo entre ��. s y ���. ���s� . Por ejemplo, en una aplicaci6n la velocidad periferica del rotor es de unos 4� m/s (��� pies/min) y el ancho de espacio de cizallamiento es de �, mm (�, pulgadas) produciendo una velocidad de cizallamiento de �. ���. s�� . En otra aplicaci6n la velocidad periferica del rotor es de unos , m/s (4 ��pies/min) y el ancho de espacio de cizallamiento es de �,�� 4 mm ( �, pulgadas) produciendo una velocidad de cizallamiento de . s �. [0030] El HSD 4� es capaz de dispersar o transportar rapidamente el asistente de tratamiento en una fase liquida principal (fase continua) comprendiendo agua, con la que normalmente seria insoluble, en las condiciones en las que al menos una parte del asistente de tratamiento reacciona/interacciona con el contaminante en el agua. En algunos modos de realizaci6n, el HSD 4� comprende un molino coloidal. Molinos coloidales adecuados son fabricados por IKA® Works, Inc. Wilmington, NC y APV North America, Inc. Wilmington, MA, por ejemplo. En algunos casos, el HSD 4� comprende el reactor Dispax Reactor® de IKA® Works, Inc. [0031] El dispositivo de alta velocidad de cizallamiento comprende al menos un elemento giratorio que crea una fuerza mecanica aplicada sobre la mezcla acuosa. El dispositivo de alta velocidad de cizallamiento comprende al menos un estator y al menos un rotor separados por un espacio. Por ejemplo, los rotores pueden tener forma c6nica o de disco y pueden estar separados de un estator con forma complementaria. En modos de realizaci6n, tanto el rotor como el estator comprenden una pluralidad de dientes espaciados de manera circunferencial. En algunos modos de realizaci6n, el estator o estatores son ajustables para obtener el espacio de cizallamiento deseado entre el rotor y el estator de cada generador (serie de rotor/estator). Las ranuras entre los dientes del rotor y/o el estator pueden alternar la direcci6n en fases alternas para el incremento de turbulencia. Cada generador puede activarse con cualquier sistema de activaci6n adecuado configurado para proporcionar la rotaci6n necesaria. [0032] En algunos modos de realizaci6n, el espacio minimo (ancho de espacio de cizallamiento) entre el estator y el rotor esta en el intervalo entre aproximadamente

�,�� 4 mm ( �, pulgadas) y 3. mm ( . pulgadas). En ciertos modos de realizaci6n, el minimo espacio (ancho de espacio de cizallamiento) entre el estator y el rotor es de aproximadamente , mm ( , pulgadas). En ciertas configuraciones, el espacio minimo (espacio de cizallamiento) entre el rotor y el estator es de al menos

�, mm (�, pulgadas). La velocidad de cizallamiento producida por el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento puede variar con la posici6n longitudinal a lo largo del circuito del flujo. En algunos modos de realizaci6n, el rotor se establece para rotar a una velocidad acorde con el diametro del rotor y la velocidad periferica deseada. En algunos modos de realizaci6n, el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento tiene un espacio fijo (ancho de espacio de cizallamiento) entre el estator y el rotor. De manera alternativa, el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento tiene un espacio (ancho de espacio de cizallamiento) ajustable. [0033] En algunos modos de realizaci6n, el HSD 4� comprende una camara de fase unica de dispersi6n (por ejemplo, una combinaci6n de un s6lo rotor/estator, un unico generador). En algunos modos de realizaci6n, el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento 4� es un dispersor de fase multiple en linea y comprende una pluralidad de generadores. En ciertos modos de realizaci6n, el HSD 4� comprende al menos dos generadores. En otros modos de realizaci6n, el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento 4� comprende al menos 3 generadores de alta velocidad de cizallamiento. En algunos modos de realizaci6n, el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento 4� es un mezclador multi fase en el que la velocidad de cizallamiento (que, como se menciona arriba, varia de manera proporcional con la velocidad periferica y de manera inversa con el ancho de espacio del rotor/estator) varia con la posici6n longitudinal a lo largo del recorrido del flujo como se describe en detalle aqui abajo. [0034] En algunos modos de realizaci6n, cada fase del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento tiene herramientas de mezclado intercambiables, ofreciendo flexibilidad. Por ejemplo, el reactor DR 200014 Dispax 20 Reactor® de IKA® Works, Inc.

Wilmington, NC y APV North America, Inc. Wilmington, MA, comprende un m6dulo de dispersi6n de tres fases. Este m6dulo puede comprender hasta tres combinaciones (generadores) de rotor/estator, eligiendo entre fino, medio, grueso, y super fino para cada fase. Esto permite la creaci6n de dispersiones con una distribuci6n estrecha de la burbuja deseada (por ejemplo las burbujas de gas de tratamiento). En algunos modos de realizaci6n, cada una de las fases se activa con un generador super fino. En algunos modos de realizaci6n, al menos una de las series del generador tiene un espacio minimo de rotor/estator (ancho de espacio de cizallamiento) mayor que aproximadamente mm (�, pulgadas). En modos de realizaci6n alternativos, al menos una de las series de generador tiene un espacio minimo de rotor/estator mayor que aproximadamente ,� mm (�, pulgadas). [0035] En referencia ahora a la Figura �, se presenta una secci6n transversal longitudinal de un dispositivo de alta velocidad de cizallamiento adecuado. El dispositivo de alta velocidad de cizallamiento de la Figura es un dispositivo de dispersi6n comprendiendo tres fases o combinaciones de rotor�estator. El dispositivo de alta velocidad de cizallamiento es un dispositivo de dispersi6n comprendiendo tres fases o combinaciones rotor�estator, �, �3� y �4�. Las combinaciones rotor estator se conocen como generadores ���, �3� , �4� o fases sin limitaci6n. Tres series rotor/estator o generadores ���, 3 y �4� se alinean en series a lo largo del eje de activaci6n �. [0036] El primer generador comprende un rotor y un estator ���. El segundo generador �3� comprende un rotor ��3 y un estator ���. El tercer generador �4� comprende un rotor ��4 y un estator ���. Para cada generador el rotor se activa de manera giratoria mediante entrada y rota sobre el eje como se indica con la flecha . La direcci6n de rotaci6n puede ser opuesta a la mostrada por la flecha (por ejemplo en direcci6n de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj sobre el eje de rotaci6n ). Los estatores , , y pueden estar acoplados de manera fija al muro del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento

���. [0037] Como se ha mencionado aqui anteriormente, cada generador tiene un ancho de espacio de cizallamiento que es la distancia minima entre el rotor y estator. En el modo de realizaci6n de la figura , el primer generador comprende un primer espacio de cizallamiento �� ; el segundo generador �3� comprende un segundo espacio de cizallamiento �3 ; y el tercer generador �4� comprende un tercer espacio de cizallamiento �4 . En modos de realizaci6n, los espacios de cizallamiento � , �3 ,

�4 tienen un ancho en el intervalo de entre , mm a mm. Alternativamente, el proceso comprende el uso de un dispositivo de alta velocidad de cizallamiento en el que los espacios � , �3 , �4 tienen un ancho en el intervalo entre , mm y �, mm aproximadamente. En algunos casos el ancho del espacio de cizallamiento se mantiene aproximadamente a , mm. De manera alternativa, los anchos de espacio de cizallamiento � , 3 , �4 son diferentes para los generadores ���, �3�, �4�. En algunos casos, el ancho del espacio de cizallamiento del primer generador es mayor al ancho del espacio de cizallamiento �3 del segundo generador 3�, que es a su vez mayor que el ancho de espacio de cizallamiento �4 del tercer generador �4� . Segun se ha mencionado arriba, los generadores de cada fase pueden ser intercambiables, ofreciendo flexibilidad. El dispositivo de alta velocidad de cizallamiento puede configurarse para que la velocidad de cizallamiento aumente de forma gradual longitudinalmente a lo largo de la direcci6n del flujo . [0038] Los generadores ���, 3�, y �4� pueden comprender una caracterizaci6n gruesa, media, fina, y super fina. Los rotores ���, ��3 y ��4 y los estatores ���,��� y

pueden tener un diseno dentado. Cada generador puede comprender dos o mas series de dientes de rotor�estator. En modos de realizaci6n, los rotores ��, ��3 y ��4 comprenden mas de dientes de rotor espaciados de manera circunferencial de la circunferencia de cada rotor. En modos de realizaci6n, los estatores , y comprenden mas de dientes de estator espaciados de manera circunferencial de la circunferencia de cada rotor. En modos de realizaci6n, el diametro interior del rotor es de unos cm. En modos de realizaci6n, el diametro del rotor es de unos cm. En modos de realizaci6n, el diametro exterior del estator es de unos cm. En modos de realizaci6n, el diametro del estator es de unos ,4 cm. En algunos modos de realizaci6n los rotores tienen un diametro de mm y los estatores de �4 mm, proporcionado un espacio de unos 4 mm. En ciertos modos de realizaci6n, cada una de las tres fases funciona con un generador super fino, comprendiendo un espacio de cizallamiento de entre aproximadamente , mm y aproximadamente 4mm. Para las aplicaciones en las que se envian particulas s6lidas a traves del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento 4�, el ancho del espacio de cizallamiento apropiado (minimo espacio entre el rotor y el estator) puede seleccionarse para una reducci6n apropiada del tamano de la particula y aumentar el area de superficie de la particula. En modos de realizaci6n, esto puede ser beneficioso para aumentar la floraci6n de particulas s6lidas. [0039] Un dispositivo de alta velocidad de cizallamiento se configura para recibir desde la linea �3 una mezcla en la entrada�� . La mezcla comprende el asistente de tratamiento como la fase dispersable y el agua a tratar como la fase continua. El flujo de alimentaci6n comprendera tambien tipicamente un componente de particula s6lida (por ejemplo un contaminante). El flujo de alimentaci6n accediendo por la entrada se bombea en serie a traves de los generadores ���, �3� , y despues el �4�, para que se forme la dispersi6n producto. La dispersi6n producto sale del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento a traves de la salida (y de la linea de la figura

�). Los rotores ���, ��3, ��4 de cada generador rotan a una velocidad alta relativa a los estatores fijos , ��, , proporcionando una alta velocidad de cizallamiento. La rotaci6n de los rotores bombea el fluido, con lo que el flujo de alimentaci6n accediendo por la entrada �� , hacia el exterior a traves de los espacios de cizallamiento (y, si existen, a traves de los espacios entre los dientes de rotor y los espacios entre los dientes de estator), creando una condici6n localizada de alta velocidad de cizallamiento. Las fuerzas de alta velocidad de cizallamiento ejercidas sobre el fluido en los espacios de cizallamiento � , �3 y �4 (y, si existen, en los espacios entre los dientes de rotor y los dientes de estator) a traves de los que el fluido fluye procesan el fluido y crean una dispersi6n producto. La dispersi6n producto sale del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento a traves de la salida (y de la linea de la figura ). [0040] La dispersi6n producto tiene una burbuja de gas, gota, o tamano de particula medio de menos de m aproximadamente. En modos de realizaci6n, el HSD 4�, produce una dispersi6n con un promedio de tamano de burbuja, gota y/o particula de menos de �, m aproximadamente. En modos de realizaci6n, el HSD 4� produce una dispersi6n con un promedio de tamano de burbuja, gota y/o particula de menos de

m; preferiblemente las burbujas, gotas o particulas del asistente de tratamiento tienen un diametro de submicrones. En ciertos casos, el tamano medio de la burbuja, gota o particula es de entre , m y �, m aproximadamente. En modos de realizaci6n, el HSD 4� produce una dispersi6n con un tamano medio de burbuja, gota, o particula de menos de 4�� m aproximadamente. En modos de realizaci6n, el HSD 4�, produce una dispersi6n con un promedio de tamano de burbuja, gota y/o particula de menos de

m. El dispositivo de alta velocidad de cizallamiento 4� produce una dispersi6n comprendiendo gotas, particulas y/o burbujas de gas capaces de permanecer dispersas bajo presi6n atmosferica durante al menos minutos aproximadamente. [0041] Para no limitarse por la teoria, se conoce en quimica de emulsi6n que las particulas o burbujas submicr6nicas dispersas en un liquido sufren movimiento fundamentalmente a traves de efectos de movimiento de Brown. Las burbujas en la dispersi6n producto creadas mediante el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento

pueden tener una mayor movilidad a traves de las capas limite de las particulas contaminantes s6lidas, facilitando y acelerando asi la reacci6n/interacci6n a traves del transporte mejorado de reactivos. [0042] En algunos casos, el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento comprende un reactor Dispax Reactor® de IKA® Works, Inc. Wilmington, NC y APV North America, Inc. Wilmington, MA. Hay varios modelos disponibles con varias conexiones de entrada/salida, caballos de potencia, velocidades perifericas, revoluciones por minuto de salida, y velocidades de flujo. La selecci6n del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento dependera de los requerimientos del rendimiento y del tamano de particula, gota o burbuja deseados en la linea de dispersi6n (figura

�) emergiendo por la salida del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento . El modelo IKA® DR 200014, por ejemplo, comprende una correa de transmisi6n, un generador 4M, un anillo de sellado de politetrafluoroetileno, una pestana de entrada de abrazadera sanitaria de� ,4 mm ( pulgada), una pestana de salida de abrazadera sanitaria de mm (3/4 pulgadas), caballos de potencia de energia, una velocidad de salida de unas revoluciones por minuto, una capacidad de flujo (de agua) aproximadamente de 3������ l/h (dependiendo del generador), una velocidad periferica de entre �,4 4� m/s (�� � pies/min a pies/min). [0043] Recipiente. El recipiente o reactor es cualquier tipo de recipiente en el que se pueda propagar el tratamiento de agua. Por ejemplo, un tanque reactor con dep6sito de mezcla continua o semicontinua, o uno o mas reactores por lotes pueden utilizarse en series o en paralelo. En algunas aplicaciones el recipiente puede ser un clarificador o cualquier otro tipo de separador. En modos de realizaci6n, el recipiente es un tanque de aireaci6n. Se preve cualquier numero de lineas de entrada del reactor, con dos mostradas en la figura (lineas �4 y ��). La linea de entrada 4 puede ser una linea de entrada alcalina conectada al recipiente para introducir un asistente de ajuste del pH durante el funcionamiento del sistema. El recipiente puede comprender una linea de salida para el gas de evacuaci6n, y una linea de salida del producto para una corriente acuosa. En modos de realizaci6n, el recipiente comprende una pluralidad de lineas de producto del reactor ; por ejemplo, si el recipiente es un separador, el recipiente puede comprender una salida para s6lidos y una salida para agua clarificada. [0044] El tratamiento (por ejemplo la aireaci6n o cloraci6n) se llevara a cabo cuando existan un momento, temperatura y condiciones de presi6n adecuadas. En este sentido la interacci6n del contaminante y el asistente de tratamiento, por ejemplo la oxidaci6n quimica, pueden ocurrir en cualquier punto del diagrama de flujo de la figura

�, si el contacto es adecuado. En modos de realizaci6n, una reacci6n significativa (por ejemplo de cloraci6n) puede ocurrir dentro del HSD 4� y un recipiente separado puede ser innecesario. Es decir, en algunas aplicaciones el recipiente puede omitirse. Por ejemplo, si los multiples dispositivos/reactores de alta velocidad de cizallamiento se utilizan en series o si el HSD 4 se utiliza para airear agua antes de su introducci6n en una laguna de aireaci6n, como se describe con mas detalle abajo, el recipiente puede estar ausente. En dicho casos, el producto del HSD 4� puede introducirse directamente en el separador 3� o en una laguna o un estanque de aireaci6n. El tamano del reactor puede variar considerablemente, dependiendo del equipo y la cantidad de materia residual a procesar en el. [0045] El recipiente puede incluir uno o mas de los siguientes componentes: un sistema de mezclado, capacidades de calentamiento y/o enfriamiento, instrumentaci6n para medir la presi6n, instrumentaci6n para medir la temperatura, uno o mas puntos de inyecci6n, y un regulador de nivel (no mostrado), como se conoce en la tecnica del recipiente de reacci6n. Por ejemplo, un sistema de mezclado puede incluir un mezclador activado por motor. Un aparato de calentamiento y/o enfriamiento puede comprender, por ejemplo, un intercambiador de calor. [0046] Bombas. La bomba esta configurada para un funcionamiento continuo o semicontinuo, y puede ser cualquier dispositivo de bombeo adecuado capaz de proporcionar un flujo controlado a traves del HSD 4� y del sistema de alta velocidad de cizallamiento �. En modos de realizaci6n, el sistema se activa con una presi6n atmosferica o cercana. La bomba puede configurarse para proporcionar una presi6n mayor a ���, kPa (� atm) o mayor a 3�3. kPa (3 atm). Por ejemplo, una bomba de engranajes Roper Type 1, Roper Pump Company (Commerce Georgia) Dayton Pressure Booster Pump Model P3��E, Dayton Electric Co (Niles, IL) es una bomba adecuada. Preferiblemente, todas las partes de contacto de la bomba comprenden acero inoxidable, por ejemplo, acero inoxidable 3��. En algunos modos de realizaci6n del sistema, la bomba llega a presiones mayores de ���, kPa (�� atm) aproximadamente. Ademas de la bomba , una o mas bombas adicionales (no mostradas) pueden incluirse en el sistema ilustrado en la figura �. Por ejemplo, una bomba de carga, que puede ser similar a la bomba , puede incluirse entre el HSD 4� y el recipiente para cargar la presi6n en el recipiente ��, o una bomba de reciclaje puede situarse en la linea para reciclar gas desde el recipiente hacia el HSD 4�. Otro ejemplo puede ser una bomba de alimentaci6n complementaria, que puede ser similar a la bomba , puede incluirse para introducir materia adicional en el recipiente

��. [0047] Separador. El separador 3 es un recipiente adecuado que puede configurarse para separar el agua tratada de un contaminante s6lido. El separador 3 puede ser, por ejemplo, un clarificador. En modos de realizaci6n, el agua tratada se elimina desde debajo de los s6lidos flotados en el separador 3� a traves de la linea 3�, mientras que, en otros modos de realizaci6n, el agua tratada se extrae a traves de la linea 33 por encima de los s6lidos a los que se les ha permitido establecerse en una parte inferior del separador 3�. [0048] Proceso de tratamiento del agua. El funcionamiento del sistema de tratamiento de alta velocidad de cizallamiento sera tratado ahora con referencia a la aireaci6n y la cloraci6n. [0049] Flujo de alimentacion. La linea comprende agua a tratar. El flujo de alimentaci6n en la linea puede ser un material de residuo, como por ejemplo aguas residuales o septicas de una pequena comunidad o de una fabrica. En modos de realizaci6n, el agua de alimentaci6n comprende material residual de otras fuentes, como del sistema de tratamiento municipal, un sistema de descarga de residuos de una planta industrial o una instalaci6n de procesamiento de comida, etc. En modos de realizaci6n, una parte del agua en el sistema de alta velocidad de cizallamiento de la linea de entrada comprende agua reciclada a traves de la linea 4 desde el separador 3 o el recipiente ��. En modos de realizaci6n, el agua a tratar comprende agua sin tratar, por ejemplo agua superficial o subterranea que puede tratarse mediante, por ejemplo, cloraci6n a traves del sistema publicado y el proceso de desinfecci6n del agua antes de su uso como agua potable. Dichas aguas sin tratar superficiales o subterraneas puede comprender gas como ocurre normalmente: sulfuro de hidr6geno, gases producidos a traves de la materia organica viviente como las algas, gases producidos a traves de la degradaci6n de la materia organica, cloruro residual, y etc. El agua puede por lo tanto ser aireada, de acuerdo con modos de realizaci6n de la presente publicaci6n, para facilitar la liberaci6n de estos gases. Dicha eliminaci6n de gases del agua sin tratar puede mitigar los problemas de sabor y/o de olor previo al uso del agua como agua potable. En modos de realizaci6n, el agua se airea e introduce en el recipiente de aireaci6n comprendiendo microorganismos conocidos por consumir oxigeno y materia organica en las aguas residuales. [0050] Pretratamiento. En modos de realizaci6n, las aguas residuales entran en un dispositivo de pretratamiento a traves de la linea de entrada � . Por ejemplo, el dispositivo de pretratamiento puede comprender un tamiz de barras, un tanque de sedimentaci6n, o un subsistema de filtraci6n, conocidos por aquellos expertos en la tecnica. El dispositivo de pretratamiento puede comprender, por ejemplo, un filtro de bolsa. La unidad de pretratamiento puede configurarse para eliminar grasa y/o grandes s6lidos como componentes de metal en el agua en la linea � . La descarga de pretratamiento en la linea comprende materia que no debe incorporarse en el agua de la linea �� que esta procesada en el HSD 4�. [0051] Formacion de la dispersion. La linea introduce agua a tratar en la bomba

. Un asistente de tratamiento gaseoso dispersable comprendiendo aire, oxigeno, o cloruro o un liquido asistente de tratamiento dispersable se introduce en el sistema a traves de la linea ��, y se combina en la linea �3 con el flujo acuoso a tratar. En modos de realizaci6n, el gas dispersable en la linea comprende oxigeno. En modos de realizaci6n, el gas dispersable en la linea comprende cloruro. En modos de realizaci6n, el gas dispersable en la linea comprende aire. En modos de realizaci6n, la linea comprende un liquido dispersable asistente de tratamiento (por ejemplo un floculante). [0052] En modos de realizaci6n, el asistente de tratamiento dispersable se transmite directamente al HSD 4 , en lugar de combinarse con el flujo liquido del agua de alimentaci6n en la linea �3. La bomba puede activarse para bombear el liquido de la fuente de alimentaci6n de agua a traves de la linea ��, puede provocar presi6n y alimentar el HSD 4� , y puede proporcionar un flujo controlado por todo el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento (HSD 4�) y el sistema de alta velocidad de cizallamiento �. En algunos modos de realizaci6n, la bomba aumenta la presi6n del flujo de entrada del HSD a mas de kPa ( atm) o a mas de 3�� kPa (3 atm6sferas). En este sentido, el sistema de alta velocidad de cizallamiento puede combinar la alta velocidad de cizallamiento con la presi6n para mejorar la mezcla intima del agua y el asistente de tratamiento. [0053] Despues del bombeo, el asistente de tratamiento dispersable y el agua de alimentaci6n a tratar se mezclan en el HSD 4�, lo que sirve para crear una dispersi6n fina (que puede ser, por ejemplo, una emulsi6n liquido/liquido o una dispersi6n gas/liquido) del asistente de tratamiento en el agua de alimentaci6n. Dentro del HSD 4�, el asistente de tratamiento y el agua de alimentaci6n estan altamente dispersos para que las nanoburbujas (nanogotas), las burbujas (gotas) de tamano submicr6nico, y/o las microburbujas (microgotas) del asistente de tratamiento se formen para conseguir una disoluci6n superior mejorando la soluci6n y mezcla. Por ejemplo, el dispersor IKA® model DR 200014, un dispositivo de alta velocidad de cizallamiento, con tres fases de dispersi6n configurado con tres rotores en combinaci6n con estatores, alineado en series, puede utilizarse para crear la dispersi6n del asistente de tratamiento en un medio liquido comprendiendo agua de alimentaci6n. Las series de rotor/estator pueden configurarse como se ilustra en la figura , por ejemplo. Los reactivos combinados entran en el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento a traves de la linea �3 y entran en una primera fase de combinaci6n del rotor/estator. Los rotores y estatores de la primera fase pueden tener dientes de rotor y dientes de estator de la primera fase espaciados de manera circunferencial, respectivamente. La dispersi6n gruesa saliendo de la primera fase entra en la segunda fase del rotor/estator. El rotor y estator de la segunda fase pueden comprender tambien dientes de rotor y dientes de estator espaciados de manera circunferencial, respectivamente. La dispersi6n de burbuja o gota de tamano reducido emergiendo de la segunda fase entra en la tercera fase de combinaci6n rotor/estator, que puede comprender un rotor y un estator con dientes de rotor y dientes de estator, respectivamente. La dispersi6n sale del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento a traves de la linea ��. En algunos modos de realizaci6n, la velocidad de cizallamiento aumenta de manera gradual longitudinalmente a lo largo de la direcci6n del flujo . Por ejemplo, en algunos modos de realizaci6n, la velocidad de cizallamiento en la primera fase rotor/estator es mayor a la velocidad de cizallamiento en la(s) fase(s) subsiguiente(s). En otros modos de realizaci6n, la velocidad de cizallamiento es sustancialmente constante a lo largo de la direcci6n del flujo, con la velocidad de cizallamiento en cada fase siendo sustancialmente la misma. [0054] Si el HSD 4� incluye un sello de politetrafluoroetileno (PTFE), el sello puede enfriarse usando cualquier tecnica adecuada reconocida en la tecnica. Por ejemplo, la corriente de agua de alimentaci6n en la linea �3 o en la linea puede utilizarse para enfriar el sello y para hacer esto se precalienta antes de entrar en el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento 4�. [0055] El rotor o rotores del HSD 4� puede establecerse para rotar a una velocidad en proporci6n con el diametro del rotor y la velocidad periferica deseada. Como se ha descrito arriba, el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento (por ejemplo el molino coloidal o el dispersor de filo dentado) tiene un espacio fijo entre el estator y el rotor o tiene un espacio ajustable. El HSD 4� sirve para mezclar intimamente el asistente de tratamiento dispersable y el agua de alimentaci6n. En algunos modos de realizaci6n del proceso, la resistencia al transporte de los reactivos se reduce con la activaci6n del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento para que la velocidad de reacci6n/interacci6n aumente por encima de un % aproximadamente. En algunos modos de realizaci6n del proceso, la resistencia al transporte de los reactivos se reduce mediante el uso del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento para que la velocidad de reacci6n/interacci6n aumente por encima de un factor aproximadamente. En algunos modos de realizaci6n, la velocidad de reacci6n/interacci6n aumenta al menos en un factor de ��. En algunos modos de realizaci6n, la velocidad aumenta por un factor en el intervalo entre y aproximadamente ���. [0056] En algunos modos de realizaci6n, el HSD 4� emite al menos 3 L/h a una velocidad periferica de al menos , m/s (4 �pies/min) y que puede exceder los

pies/min (4� m/s). El consumo de energia puede ser de aproximadamente �, kW. Pese a que es dificil medir la temperatura y presi6n instantanea en la punta de la unidad de rotaci6n de cizallamiento o en el elemento giratorio del HSD 4 , se estima que la temperatura localizada del fluido en el excede los ��°C y las presiones

exceden los ��kg/cm bajo condiciones de cavitaci6n. La mezcla de alta velocidad de cizallamiento tiene como resultado una dispersi6n del asistente de tratamiento dispersable en burbujas o gotas de tamano de micr6nico o submicr6nico. En algunos modos de realizaci6n, la dispersi6n resultante tiene una burbuja o gota media de tamano menor que , m aproximadamente. Por consiguiente, la dispersi6n que sale del HSD 4� a traves de la linea comprende gotas o burbujas de gas de tamano micr6nico y/o submicr6nico. En algunos modos de realizaci6n, el tamano medio de la burbuja o gota esta en el intervalo entre ,4 m y , m. En algunos modos de realizaci6n, la dispersi6n resultante tiene una burbuja o gota de tamano medio menor a

m. En algunos modos de realizaci6n, el tamano medio de la burbuja o gota es menor a 4�� m, y puede ser de aproximadamente m en algunos casos. En muchos modos de realizaci6n, la dispersi6n es capaz de permanecer dispersa con presi6n atmosferica durante al menos� minutos. [0057] Una vez dispersa, la dispersi6n gas/liquido/s6lido o liquido/liquido/s6lido resultante, sale del HSD 4� a traves de la linea y llena el recipiente como se muestra en la figura . [0058] O�idacion �u�mica. El sistema de alta velocidad de cizallamiento puede utilizarse en un metodo de tratamiento de aguas residuales por oxidaci6n de cloruro. La oxidaci6n quimica puede desinfectar o estabilizar particulas s6lidas en el agua y producir lodo parcialmente libre de agua. En estas aplicaciones, el asistente de tratamiento dispersable en la linea comprende gas cloruro para la oxidaci6n quimica de las aguas residuales y la dispersi6n producto en la linea comprende cloruro disperso en una fase acuosa continua. Una parte del gas dispersable en la linea puede comprender gas cloruro reciclado de cualquier parte del sistema, por ejemplo, extraido del gas que sale del recipiente a traves de la linea de gas ��. La dispersi6n puede introducirse en el recipiente ��. Como resultado de la mezcla intima de los reactivos antes de entrar en el recipiente ��, una parte significativa de la oxidaci6n quimica puede producirse en el HSD 4 . [0059] La introducci6n del gas dispersable comprendiendo cloruro en la linea del agua a tratar produce acido hipocloroso, que produce oxigeno naciente e iones hipoclorito. Las particulas organicas s6lidas en el agua se oxidan y se forman minusculas burbujas de gas, incluyendo di6xido de nitr6geno y de carbono, que puede adherirse a las particulas. La reacci6n entre el gas cloruro y las materias de las aguas residuales producen acido clorhidrico y acido hipocloroso. En el intervalo de pH deseado (sustancialmente neutral), puede formarse mas acido hipocloroso con el cloruro gaseoso que acido clorhidrico. Pese a que el acido clorhidrico (HCI) no oxidara las particulas organicas s6lidas, ayudara a la desinfecci6n. El acido hipocloroso (HOCI) asi como el ion hipoclorito, que se forma tambien mediante y con el HOCI, son potentes oxidantes. El pH puede controlarse para que una cantidad suficiente de oxidantes potentes este presente, particularmente el acido hipocloroso, que es el oxidante presente mas potente. [0060] El pH de las aguas residuales puede alterarse con medios conocidos por aquellos expertos en la tecnica. Por ejemplo, un pretratamiento subsiguiente al pretratamiento ��, un tanque contenedor puede utilizarse para ajustar el pH a un nivel que esta cercano a la neutralidad del acido alcalino, que esta en el intervalo de pH entre , hasta , aproximadamente o mas preferiblemente en el intervalo de pH entre , y , aproximadamente. Las aguas residuales estan tipicamente a un nivel pH mas bajo que este, y por lo tanto, la adici6n de hidr6xido s6dico, cal o similares puede utilizarse en el sistema de alta velocidad de cizallamiento para elevar el pH al nivel deseado. De manera inversa, si la materia residual es demasiado alcalina, el pH puede disminuirse anadiendo agua a un pH o acido bajos. En algunos modos de realizaci6n, la materia de ajuste del pH se anade en otra parte del sistema de alta velocidad de cizallamiento , por ejemplo a traves de la entrada del reactor en la linea

�4 o en la linea �3. Un pretratamiento de ajuste del pH de la materia a tratar introducido a traves de la linea puede permitir la formaci6n de mayores cantidades de mas oxidantes efectivos, particularmente de acido hipocloroso. Esto puede ayudar a la estabilizaci6n de los s6lidos residuales. [0061] El uso de un nivel pH sustancialmente neutral en un sistema de alta velocidad de cizallamiento �, puede asi ser deseable para la eliminaci6n de olores desagradables y provoca un mayor grado de desinfecci6n y/o estabilizaci6n del sedimento resultante. El uso del sistema de alta velocidad de cizallamiento 4� puede permitir una oxidaci6n mas completa de las particulas s6lidas residuales al mejorar el contacto de los contaminantes con el oxidante. Cuando el proceso se activa en el intervalo deseado de pH arriba mencionado, suficiente acido hipocloroso puede formarse para desinfectar de manera efectiva las materias s6lidas, es decir, para destruir los pat6genos (por ejemplo las bacterias y los virus, etc.) y para eliminar el crecimiento de otras bacterias. [0062] En un modo de realizaci6n, la materia de aguas residuales comprendiendo particulas de s6lidos organicos suspendidos en el agua es tratada mezclando el agua de alimentaci6n completamente con el gas cloruro en el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento 4�. Las reacciones de oxidaci6n entre el cloruro y el agua estabilizan y/o desinfectan las particulas s6lidas residuales de otras maneras putrescibles e inestables. El gas cloruro puede introducirse en la linea �3 o directamente en el HSD

4�. La cantidad de cloruro introducida en el sistema de alta velocidad de cizallamiento

variara dependiendo de la naturaleza de la materia a tratar, la velocidad del flujo, etc. La dosis de cloruro puede ser de entre ����3��� mg/l. [0063] La dispersi6n en la linea comprendiendo cloruro disperso en una fase continua del agua a tratar puede introducirse en el recipiente ��. Dentro del recipiente

��, las reacciones de oxidaci6n quimica continuan. El recipiente/reactor puede funcionar tanto en un modo de flujo continuo como semicontinuo, o puede funcionar en modo de lotes. Los contenidos del recipiente pueden mantenerse a una temperatura de reacci6n especifica utilizando capacidades de calentamiento y/o enfriamiento (por ejemplo bobinas de refrigeraci6n) e instrumentaci6n para medir la temperatura. La presi6n en el recipiente puede monitorizarse utilizando instrumentaci6n adecuada para medir la presi6n, y el nivel de reactivos en el recipiente puede controlarse utilizando un regulador de nivel (no mostrado), empleando tecnicas conocidas por aquellos expertos en la tecnica. Los contenidos pueden mezclarse de manera continua o semicontinua con un aparato de mezclado mecanico, por ejemplo. El recipiente puede funcionar a temperatura ambiente y presi6n atmosferica. Como se menciona arriba, el hidr6xido s6dico u otro alcali pueden introducirse mediante la entrada de la linea �4 para aumentar el pH cuando el pH del agua de alimentaci6n en la linea esta por debajo del valor deseado. [0064] El gas producto y el gas cloruro no consumido puede salir del recipiente a traves de la linea de gas ��. El gas de tratamiento no reaccionado puede extraerse de la linea y reciclarse en el HSD 4� o en el recipiente ��, si se desea. La temperatura y la presi6n del sistema de alta velocidad de cizallamiento varian dependiendo del flujo de alimentaci6n, el tipo de oxidante empleado, y la mezcla realizada en el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento 4�. El reactor puede utilizarse bajo presi6n. Pueden emplearse condiciones de temperatura, presi6n, velocidad de espacio y proporci6n de gas cloruro similares a aquellas utilizadas en el tratamiento convencional de agua. Como modo de ejemplo, la oxidaci6n quimica puede utilizarse con una presi6n en el intervalo entre kPa (3� psig) y 3�� kPa (4 psig) aproximadamente. En modos de realizaci6n, la oxidaci6n quimica se produce con una presi6n de �4� kPa (3 psig) aproximadamente. En modos de realizaci6n, la oxidaci6n se lleva a cabo a temperatura ambiente o casi. [0065] En el modo de realizaci6n de la figura el producto emerge del recipiente a traves de la linea ��. En modos de realizaci6n, la corriente de producto en la linea comprende agua y s6lidos. El producto en la linea puede introducirse en el separador 3 . El agua tratada se separa de los s6lidos en el separador 3�. En modos de realizaci6n los s6lidos floculan y flotan como una capa de lodo sobre el agua y el agua tratada se extrae de la parte inferior del separador 3�. En dichos modos de realizaci6n, la linea 3 puede introducir un agente floculante en la linea para mejorar la flotaci6n del s6lido sobre el agua tratada y la separaci6n en el separador 3 . En otro modo de realizaci6n, el producto en la linea se introduce en el separador 3�, se permite a los s6lidos establecerse al fondo del separador 3�, y el agua tratada se extrae a traves de la linea 33 desde la parte superior del separador 3 �. En modos de realizaci6n, el agua tratada se procesa aun mas, por ejemplo se puede ajustar el pH del agua tratada. Una parte del agua tratada puede reciclarse en el HSD 4� a traves de, por ejemplo, la linea 4 . Dicho reciclaje del agua tratada puede utilizarse para ajustar el pH del agua en la linea ��. Los s6lidos separados del agua tratada como lodo en el separador 3 pueden extraerse para eliminarse. [0066] La materia residual s6lida tratada resultante separada del agua tratada en el separador 3 puede estar al menos un ��% desinfectada, alternativamente un . %. La producci6n de olores desagradables puede minimizarse y/o el lodo separado del agua tratada puede estar lo suficientemente desinfectado o estabilizado que puede utilizarse como materia fertilizante o puede aplicarse como cubierta vegetal. El sistema y metodo de alta velocidad de cizallamiento para el tratamiento de agua puede producir un sedimento que es equivalente al llamado "proceso para reducir mas los pat6genos" (denominado tambien PFRP) en el que se destruyen sustancialmente todas las bacterias y pat6genos dentro de la materia. [0067] Operacion multi�pase. En el modo de realizaci6n mostrado en la figura �, el sistema se configura para un funcionamiento de pase unico, en el que la salida del recipiente se utiliza directamente para un mayor procesamiento del agua tratada recuperada. En algunos modos de realizaci6n puede ser deseable pasar los contenidos por el recipiente ��, o una fracci6n liquida del mismo, a traves del HSD 4 durante un segundo pase. En este caso, la linea ��, la linea 33, o la linea 3� pueden estar conectadas a la linea por ejemplo a traves de la linea 4 , con lo que al menos una parte de los contenidos de la linea se reciclan del recipiente o del separador 3� y son bombeados mediante la bomba hacia la linea �3 y por lo tanto hacia el HSD

4�. Un gas de tratamiento adicional puede inyectarse a traves de la linea hacia la linea �3 o puede anadirse directamente al dispositivo de alta velocidad de cizallamiento (no mostrado). [0068] M�ltiples dispositivos de mezclado de alta velocidad de cizallamiento. En algunos modos de realizaci6n, dos o mas dispositivos de alta velocidad de cizallamiento como el HSD 4�, o configurados de manera diferente, se alinean en series, y se utilizan para mejorar mas el tratamiento de agua. La utilizaci6n de multiples HSDs puede ser tanto en modo en lotes como continuo. En algunos casos en los que se desea un proceso de unico pase o "una vez cruzado", el uso de multiples dispositivos de alta velocidad de cizallamiento en series puede tambien ser ventajoso. En algunos modos de realizaci6n donde se utilizan multiples dispositivos de alta velocidad de cizallamiento en series, puede omitirse el recipiente ��. Por ejemplo, en modos de realizaci6n, la dispersi6n que emerge de la linea puede introducirse en un segundo dispositivo de alta velocidad de cizallamiento y posteriormente en cualquier numero de dispositivos de alta velocidad de cizallamiento adicionales o en el separador 3� o en un estanque o laguna de aireaci6n. Cuando los multiples dispositivos de alta velocidad de cizallamiento 4� se utilizan en series, un gas de tratamiento adicional puede inyectarse en la entrada del flujo de alimentaci6n de cada dispositivo. En algunos modos de realizaci6n, los multiples dispositivos de alta velocidad de cizallamiento 4� funcionan en paralelo, y las dispersiones emergentes de el se introducen en uno o mas recipientes . En otros modos de realizaci6n, los multiples dispositivos de alta velocidad de cizallamiento 4� funcionan en paralelo, y las dispersiones emergentes de el se introducen en uno o mas separadores 3�, estanques

o lagunas de aireaci6n. [0069] Caracter�sticas. Sin querer limitarse a una teoria en particular, se cree que el nivel o grado de mezclado de alta velocidad de cizallamiento es suficiente para aumentar las velocidades de transferencia de masa y tambien produce unas condiciones localizadas no ideales que permiten que ocurra una reacci6n/interacci6n que no podria esperarse que ocurriera de otra manera basado en las predicciones de energia libre de Gibbs. Se considera que las condiciones localizadas no ideales ocurren dentro del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento resultando en unas temperaturas y presiones aumentadas considerando que el aumento mas significativo es en las presiones localizadas. El aumento de presiones y temperaturas dentro del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento es instantaneo y localizado y vuelve rapidamente a las condiciones medias una vez fuera del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento. En algunos casos, el dispositivo de mezclado de alta velocidad de cizallamiento induce una cavitaci6n con la suficiente intensidad para disociar uno o mas de los reactivos en radicales libres, lo que puede intensificar una reacci6n/interacci6n quimica o permitir que se produzca una reacci6n en condiciones menos estrictas de las que serian requeridas de otra manera. La cavitaci6n tambien puede aumentar la velocidad de los procesos de transporte al producir una turbulencia local y microcirculaci6n liquida (corriente acustica). Una visi6n general de la aplicaci6n del fen6meno de cavitaci6n en las aplicaciones de procesamiento quimico/fisico la proporciona Gogate et al., "Cavitation: A technology on the horizon," Current Science 91 (No.1): 35-46 (2006). El dispositivo de mezclado de alta velocidad de cizallamiento de algunos modos de realizaci6n y metodos del presente sistema inducen la cavitaci6n por la que el asistente de tratamiento y el contaminante se disocian en radicales libres, que entonces interactuan. [0070] Los metodos presentes para el tratamiento de agua incorporan un dispositivo mecanico externo de alta velocidad de cizallamiento para proporcionar un contacto y un mezclado rapidos de los ingredientes quimicos en un ambiente controlado en el reactor/dispositivo de alta velocidad de cizallamiento. El dispositivo de alta velocidad de cizallamiento reduce las limitaciones de transferencia de masa en la reacci6n/interacci6n y por lo tanto aumenta la velocidad de reacci6n/interacci6n total, y puede permitir una reacci6n sustancial bajo las condiciones de funcionamiento globales bajo las que la reacci6n sustancial puede no esperarse que ocurra. [0071] En modos de realizaci6n, el uso del proceso publicado comprendiendo el mezclado a traves del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento 4� permite una mayor producci6n (mayor rendimiento) que la del proceso funcionando sin el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento 4�. En modos de realizaci6n, el consumo de gas cloruro de tratamiento, y/o el liquido floculante se reducen en comparaci6n con el tratamiento de agua sin un dispositivo de alta velocidad de cizallamiento 4�. [0072] En modos de realizaci6n, el metodo de esta publicaci6n permite el diseno de un proceso mas pequeno y/o de menor capital intensivo permitiendo la selecci6n de un reactor (y/o un tanque 3�) con un volumen mas reducido que el anteriormente posible sin la incorporaci6n de un dispositivo externo de alta velocidad de cizallamiento

4�. En modos de realizaci6n, el metodo publicado reduce los costes de funcionamiento/aumenta la producci6n de un proceso existente. De manera alternativa, el metodo publicado puede reducir los costes de capital para el diseno de nuevos procesos. [0073] Los beneficios potenciales del sistema de alta velocidad de cizallamiento

5 incluyen, pero no limitan a, ciclos temporales mas rapidos, mejora del rendimiento, reducci6n de costes de funcionamiento y/o reducci6n del gasto de capital debido a la posibilidad de disenar recipientes mas pequenos. En modos de realizaci6n, el proceso de la presente publicaci6n proporciona un mayor nivel de eliminaci6n de contaminante durante el tratamiento de agua comparado con los procesos convencionales de

10 tratamiento de agua comprendiendo la ausencia de un mezclador externo de alta velocidad de cizallamiento. En modos de realizaci6n, el grado de mezclado en el dispositivo externo de alta velocidad de cizallamiento 4� se varia para conseguir el nivel deseado de eliminaci6n de un contaminante especifico. En modos de realizaci6n, el proceso de alta velocidad de cizallamiento de tratamiento de agua de la presente

15 publicaci6n reduce el uso del gas de tratamiento (por ejemplo, cloruro, oxigeno, aire). En modos de realizaci6n, el uso del presente metodo para el tratamiento de agua hace econ6micamente factible el uso de cantidades reducidas de cloruro, al aumentar la velocidad de la oxidaci6n del contaminante, etc.

Claims (3)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un metodo para extraer contaminantes del agua de alimentaci6n, el metodo comprendiendo: 5 el proceso de someter una mezcla de fluidos comprendiendo un gas de tratamiento y el agua de alimentaci6n a una velocidad de cizallamiento mayor a

   ��. s en un dispositivo de alta velocidad de cizallamiento para producir una dispersi6n del gas de tratamiento en una fase continua del agua de alimentaci6n, en la que el gas de tratamiento es cloruro.

   10 2. El metodo de la reivindicaci6n �, comprendiendo tambien: la introducci6n de la dispersi6n en un recipiente desde el que se extrae un producto acuoso; y la separaci6n de particulas del producto acuoso.
2. 3. El metodo de la reivindicaci6n �, en el que los contaminantes comprenden materia organica disuelta, en el que el gas de tratamiento comprende aire u oxigeno, en el

   15 que el recipiente es una cuba de aireaci6n comprendiendo microorganismos que consumen materia organica, y en el que las particulas separadas del producto acuoso comprenden microorganismos.
3. 4. El metodo de la reivindicaci6n 3 comprendiendo ademas el reciclaje de al menos una parte de las particulas en la cuba de aireaci6n.

   20 5. El metodo de la reivindicaci6n �, en el que el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento comprende un rotor y un estator con forma complementaria separados por un espacio fijo de cizallamiento con un ancho de espacio fijo en el intervalo entre , mm y ��,� mm.