ES2395586B1 - Proceso de desinfección de agua con electrodos de diamante - Google Patents
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Abstract
Proceso de desinfección de agua con electrodos de diamante.#Proceso para la regeneración de agua que comprende la desinfección del agua en al menos una celda electrolítica, donde dicha celda está caracterizada porque comprende un material anódico que está recubierto con diamante dopado y soportado sobre un material conductor de la electricidad.
Description
Proceso de desinfección de agua con electrodos de diamante
La presente invención se refiere a un proceso para la desinfección de aguas residuales depuradas en procesos de regeneración basado en la electrolisis del agua en celdas electroquímicas con ánodos de diamante conductor de la electricidad.
La desinfección de aguas es un proceso importante, ya que ayuda a garantizar el empleo del agua en condiciones seguras evitando el riesgo derivado de la acción de diferentes tipos de microorganismos sobre las personas o los animales. Por este motivo, es una operación importante en el abastecimiento urbano y en la reutilización, donde existe legislación española que obliga a aplicar algún método de desinfección que garantice la eliminación de este potencial peligro antes de su uso.
En este sentido, en el Real Decreto 140/2003, de 7 de febrero, por el que se establecen los criterios sanitarios de la calidad del agua de consumo humano se establece que las aguas de consumo humano distribuidas al consumidor por redes de distribución públicas o privadas, cisternas o depósitos deberán ser desinfectadas. En estos casos, los subproductos derivados de la desinfección deberán tener los niveles más bajos posibles, sin comprometer en ningún momento la eficacia de la desinfección.
Por su parte, en el articulado del Real Decreto 1620/2007, de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas se prevén aquellos aspectos de la reutilización de aguas no contemplados en las especificaciones técnicas y que podrían suponer un riesgo para la salud de los ciudadanos. Con el real decreto, se cumple también con el objetivo general previsto en la Ley General de Sanidad, sobre la necesaria participación de las Administraciones competentes en este ámbito mediante la vigilancia sanitaria, la promoción y la mejora de los sistemas que permiten alcanzar parámetros de calidad de aguas compatibles con la salud de la población.
La cloración, en sus distintas formas (cloro gas / hipoclorito, cloraminas o dióxido de cloro) es el método que más se emplea en la actualidad, ya que garantiza la desinfección persistente de las aguas tratadas. Sin embargo, la enérgica acción de las especies de cloro, puede dar lugar a la formación de subproductos potencialmente peligrosos, lo que ha llevado a la necesidad de seguir buscando nuevos métodos de desinfección. La ozonización y la radiación ultravioleta son métodos eficientes, pero no garantizan la persistencia de su efecto desinfectante aguas abajo del tratamiento, lo que limita mucho su campo de aplicación, especialmente en el caso de España, en el que la legislación obliga a la persistencia.
Una de las formas de conseguir la cloración es mediante la generación electrolítica de cloro, a partir del cloruro existente en el agua a desinfectar. Esta forma ha sido descrita en la bibliografía para diferentes tipos de electrodos, entre ellos los de diamante, para su aplicación a la desinfección de aguas de abastecimiento (no en la regeneración de aguas depuradas) y con densidades de corriente y cargas aplicadas elevadas. En este contexto, también se ha descrito el tratamiento y desinfección simultánea de aguas industriales (WO2007057940). Asimismo se ha descrito el diseño del equipamiento para electro desinfección, es decir, el diseño de un reactor electroquímico para la eliminación de contaminantes en agua, compuesto por una celda en la que una membrana polimérica está en contacto con el ánodo para llevar a cabo la oxidación o con el cátodo para las reacciones de reducción. Incluso se ha descrito la tecnología y equipamiento para la desinfección electroquímica de aguas residuales con contenidos de bacterias que permite la separación y desinfección simultánea de fangos. Y un reactor electroquímico para el tratamiento de agua, utilizando cloruro de aluminio y cloruro de aluminio polimérico simultáneamente al tratamiento. En todos estos casos, se propone el uso de de electrodos convencionales en los que favorecer la oxidación de cloruros a hipoclorito, y asimismo se requiere el uso de grandes densidades de corriente.
En lo que respecta a la utilización de electrodos de diamante, en la solicitud WO2007102444 se describe el método de preparación de electrodos de diamante pero no la aplicación en la regeneración del agua.
Así pues, sería deseable proporcionar un método para desinfectar agua, preferiblemente para desinfectar agua residual depurada en procesos de regeneración de agua sin que sea necesario añadir agentes activadores, como el cloro, y que evite la generación de subproductos.
De esta forma, la presente invención proporciona un método para desinfectar aguas en su regeneración, basado en el empleo de cualquier tipo de diamante conductor a muy bajas densidades de corriente y cargas eléctricas, lo que permite evitar la formación de productos indeseados (subproductos) resultando así un proceso más sencillo y muy económico.
Así pues, operando en las condiciones descritas por el método de la presente invención, no se precisa la adición de agentes activadores y se evita la generación de subproductos.
Por tanto, un aspecto de la presente invención se refiere a un proceso para la regeneración de agua que comprende la desinfección del agua en al menos una celda electrolítica, donde dicha celda está caracterizada porque comprende:
- -
- un material anódico que está recubierto con diamante dopado y soportado sobre un material conductor de la electricidad;
- -
- una densidad de corriente aplicada de entre 0,1 y 10 A m-2; y
- -
- una carga eléctrica aplicada de entre 0,005 y 0,5 KA h m-3.
El término "desinfección de agua" se refiere a la eliminación de microorganismos de agua. Ejemplos de microorganismos incluyen, entre otros Escherichia coli y nematodos intestinales.
El término "regeneración de agua", preferiblemente "regeneración de agua depurada", se refiere a la eliminación de la turbidez del agua junto con la desinfección del agua de microorganismos perjudiciales para la salud, preferiblemente eliminando Escherichia coli y nematodos intestinales. En el RD 1620/2007 se recogen los requisitos que ha de cumplir el agua para considerarla regenerada.
El término "celda electrolítica" se refiere a un reactor en el que el proceso que ocurre en su interior es activado por una fuente de fuerza electromotriz. Dicha fuente está conectada en su polo negativo a uno o varios cátodos y en su polo positivo a uno o varios ánodos. Genéricamente se conoce a los ánodos y a los cátodos como electrodos.
Los términos "separadores porosos", "diafragmas" o "membranas" se refieren a medios físicos que posibilitan la separación de compartimentos anódicos y catódicos en un reactor electroquímico, favoreciendo que los procesos que se desarrollan en cada uno de los electrodos no se vean interferidos por los que se desarrollan en el otro.
El término "cátodo" es el material conductor de la electricidad que se conecta al polo negativo de una fuente de fuerza electromotriz. No existe limitación en el material a utilizar en el proceso que pretendemos patentar. Ejemplos de materiales que componen un cátodo son, entre otros, diamante conductor de electricidad, grafito, zirconio, acero inoxidable y otros metales o materiales conductores de la electricidad.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque la carga eléctrica aplicada es de entre 0,005 y 0,3 KA h m-3.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque la densidad de corriente aplicada de entre 0,1 y 1 A m-2.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque el diamante dopado se dopa con boro, nitrógeno o flúor, preferiblemente caracterizado porque el diamante dopado se dopa con boro.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque el material conductor de la electricidad que sirve como soporte del diamante se selecciona de silicio (Si), molibdeno (Mo), wolframio (W), titanio (Ti), carburo de silicio (SiC), carburo de molibdeno (MoC), carburo de wolframio (WC) y carburo de titanio (TiC), preferiblemente silicio (Si).
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque el pH del agua a desinfectar se mantiene entre 6 y 9.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque la temperatura del proceso es de entre 1 y 99 ºC.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque la temperatura de proceso es de entre 4 y 30 ºC.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque la celda electrolítica además comprende separadores del ánodo y del cátodo.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, donde los separadores son porosos, diafragmas o membranas.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque el voltaje de
celda obtenido es de entre 3,0 y 9,0 V, y preferiblemente de entre 3,0 y 5,0 V.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque el tiempo de
electrolisis esta comprendido entre 5 y 60 minutos, preferiblemente entre 10 y 60 minutos, más preferiblemente entre
20 y 60 minutos, y aún más preferiblemente entre 40 y 60 minutos.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque se puede
llevar a cabo en modo continuo o discontinuo.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque además
comprende un material catódico seleccionado de diamante conductor de electricidad, grafito, zirconio, acero
inoxidable, u otros metales o materiales conductores de la electricidad.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque el agua a
regenerar es agua residual depurada.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la carga eléctrica aplicada de entre 0,005 y 0,3 KA h m-3; y
el diamante dopado se dopa con boro, nitrógeno o flúor, preferiblemente caracterizado porque el diamante dopado
se dopa con boro.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la carga eléctrica aplicada de entre 0,005 y 0,3 KA h m-3; y
el material conductor de la electricidad que sirve como soporte del diamante se selecciona de silicio (Si), molibdeno
(Mo), wolframio (W), titanio (Ti), carburo de silicio (SiC), carburo de molibdeno (MoC), carburo de wolframio (WC) y
carburo de titanio (TiC), preferiblemente silicio (Si).
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la carga eléctrica aplicada de entre 0,005 y 0,3 KA h m-3; y
el diamante dopado se dopa con boro, nitrógeno o flúor, preferiblemente caracterizado porque el diamante dopado
se dopa con boro; y
el material conductor de la electricidad que sirve como soporte del diamante se selecciona de silicio (Si), molibdeno
(Mo), wolframio (W), titanio (Ti), carburo de silicio (SiC), carburo de molibdeno (MoC), carburo de wolframio (WC) y
carburo de titanio (TiC), preferiblemente silicio (Si).
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la carga eléctrica aplicada de entre 0,005 y 0,3 KA h m-3;
el diamante dopado se dopa con boro, nitrógeno o flúor, preferiblemente caracterizado porque el diamante dopado
se dopa con boro; y
caracterizado porque el pH del agua a desinfectar se mantiene entre 6 y 9.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la carga eléctrica aplicada de entre 0,005 y 0,3 KA h m-3;
el material conductor de la electricidad que sirve como soporte del diamante se selecciona de silicio (Si), molibdeno
(Mo), wolframio (W), titanio (Ti), carburo de silicio (SiC), carburo de molibdeno (MoC), carburo de wolframio (WC) y
carburo de titanio (TiC), preferiblemente silicio (Si); y
caracterizado porque el pH del agua a desinfectar se mantiene entre 6 y 9.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la carga eléctrica aplicada de entre 0,005 y 0,3 KA h m-3;
el diamante dopado se dopa con boro, nitrógeno o flúor, preferiblemente caracterizado porque el diamante dopado
se dopa con boro;
el material conductor de la electricidad que sirve como soporte del diamante se selecciona de silicio (Si), molibdeno (Mo), wolframio (W), titanio (Ti), carburo de silicio (SiC), carburo de molibdeno (MoC), carburo de wolframio (WC) y carburo de titanio (TiC), preferiblemente silicio (Si); y
caracterizado porque el pH del agua a desinfectar se mantiene entre 6 y 9.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la densidad de corriente aplicada de entre 0,1 y 1 A m-2.; y
el diamante dopado se dopa con boro, nitrógeno o flúor, preferiblemente caracterizado porque el diamante dopado
se dopa con boro.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la densidad de corriente aplicada de entre 0,1 y 1 A m-2.; y
el material conductor de la electricidad que sirve como soporte del diamante se selecciona de silicio (Si), molibdeno
(Mo), wolframio (W), titanio (Ti), carburo de silicio (SiC), carburo de molibdeno (MoC), carburo de wolframio (WC) y
carburo de titanio (TiC), preferiblemente silicio (Si).
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la densidad de corriente aplicada de entre 0,1 y 1 A m-2.; y
el diamante dopado se dopa con boro, nitrógeno o flúor, preferiblemente caracterizado porque el diamante dopado
se dopa con boro; y
el material conductor de la electricidad que sirve como soporte del diamante se selecciona de silicio (Si), molibdeno (Mo), wolframio (W), titanio (Ti), carburo de silicio (SiC), carburo de molibdeno (MoC), carburo de wolframio (WC) y carburo de titanio (TiC), preferiblemente silicio (Si).
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la densidad de corriente aplicada de entre 0,1 y 1 A m-2.;
el diamante dopado se dopa con boro, nitrógeno o flúor, preferiblemente caracterizado porque el diamante dopado
se dopa con boro; y
caracterizado porque el pH del agua a desinfectar se mantiene entre 6 y 9.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la densidad de corriente aplicada de entre 0,1 y 1 A m-2.;
el material conductor de la electricidad que sirve como soporte del diamante se selecciona de silicio (Si), molibdeno
(Mo), wolframio (W), titanio (Ti), carburo de silicio (SiC), carburo de molibdeno (MoC), carburo de wolframio (WC) y
carburo de titanio (TiC), preferiblemente silicio (Si); y
caracterizado porque el pH del agua a desinfectar se mantiene entre 6 y 9.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la densidad de corriente aplicada de entre 0,1 y 1 A m-2.;
el diamante dopado se dopa con boro, nitrógeno o flúor, preferiblemente caracterizado porque el diamante dopado
se dopa con boro;
el material conductor de la electricidad que sirve como soporte del diamante se selecciona de silicio (Si), molibdeno (Mo), wolframio (W), titanio (Ti), carburo de silicio (SiC), carburo de molibdeno (MoC), carburo de wolframio (WC) y carburo de titanio (TiC), preferiblemente silicio (Si); y
caracterizado porque el pH del agua a desinfectar se mantiene entre 6 y 9.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la carga eléctrica aplicada de entre 0,005 y 0,3 KA h m-3;
la densidad de corriente aplicada de entre 0,1 y 1 A m-2.; y
el diamante dopado se dopa con boro, nitrógeno o flúor, preferiblemente caracterizado porque el diamante dopado
se dopa con boro.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la carga eléctrica aplicada de entre 0,005 y 0,3 KA h m-3;
la densidad de corriente aplicada de entre 0,1 y 1 A m-2.; y
el material conductor de la electricidad que sirve como soporte del diamante se selecciona de silicio (Si), molibdeno
(Mo), wolframio (W), titanio (Ti), carburo de silicio (SiC), carburo de molibdeno (MoC), carburo de wolframio (WC) y
carburo de titanio (TiC), preferiblemente silicio (Si).
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la carga eléctrica aplicada de entre 0,005 y 0,3 KA h m-3;
la densidad de corriente aplicada de entre 0,1 y 1 A m-2.; y
el diamante dopado se dopa con boro, nitrógeno o flúor, preferiblemente caracterizado porque el diamante dopado
se dopa con boro; y
el material conductor de la electricidad que sirve como soporte del diamante se selecciona de silicio (Si), molibdeno
(Mo), wolframio (W), titanio (Ti), carburo de silicio (SiC), carburo de molibdeno (MoC), carburo de wolframio (WC) y
carburo de titanio (TiC), preferiblemente silicio (Si).
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la carga eléctrica aplicada de entre 0,005 y 0,3 KA h m-3;
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el diamante dopado se dopa con boro, nitrógeno o flúor, preferiblemente caracterizado porque el diamante dopado
se dopa con boro; y
caracterizado porque el pH del agua a desinfectar se mantiene entre 6 y 9.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la carga eléctrica aplicada de entre 0,005 y 0,3 KA h m-3;
la densidad de corriente aplicada de entre 0,1 y 1 A m-2.;
el material conductor de la electricidad que sirve como soporte del diamante se selecciona de silicio (Si), molibdeno
(Mo), wolframio (W), titanio (Ti), carburo de silicio (SiC), carburo de molibdeno (MoC), carburo de wolframio (WC) y
carburo de titanio (TiC), preferiblemente silicio (Si); y
caracterizado porque el pH del agua a desinfectar se mantiene entre 6 y 9.
En otra realización la invención se refiere al proceso mencionado anteriormente, caracterizado porque:
la carga eléctrica aplicada de entre 0,005 y 0,3 KA h m-3;
la densidad de corriente aplicada de entre 0,1 y 1 A m-2.;
el diamante dopado se dopa con boro, nitrógeno o flúor, preferiblemente caracterizado porque el diamante dopado
se dopa con boro;
el material conductor de la electricidad que sirve como soporte del diamante se selecciona de silicio (Si), molibdeno
(Mo), wolframio (W), titanio (Ti), carburo de silicio (SiC), carburo de molibdeno (MoC), carburo de wolframio (WC) y
carburo de titanio (TiC), preferiblemente silicio (Si); y
caracterizado porque el pH del agua a desinfectar se mantiene entre 6 y 9.
Los siguientes ejemplos y figuras se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la
presente invención.
FIG. 1.- Muestra un esquema de realización del proceso de la invención.
La presente invención se refiere a un nuevo método para la etapa de desinfección en la regeneración de aguas depuradas, que no presenta la necesidad de añadir agentes activadores, sino simplemente del uso de corriente eléctrica, y a las instalaciones necesarias para llevar a cabo dicho método.
Para su aplicación se requiere de una celda electroquímica (o de un conjunto de celdas) en las que cada unidad está dotada de un ánodo de diamante, dopado adecuadamente para ser conductor de electricidad, y de un cátodo cuya naturaleza no se vea significativamente afectada por los productos de reacción, siendo materiales posibles diamante conductor de electricidad, grafito, zirconio, metales nobles, acero inoxidable, etc. El diamante es conocido por ser un buen aislante eléctrico. Sin embargo, si se dopa convenientemente se puede convertir en un material conductor de electricidad, con características eléctricas de material semiconductor, o incluso de material metálico. En la actualidad existen numerosas técnicas que permiten dopar al diamante durante su formación, con elementos tales como el boro, el nitrógeno o el flúor. En su fabricación, el diamante se deposita sobre un material soporte, cuya función es la de favorecer el flujo de corriente hacia el electrodo depositado y servir de soporte mecánico. Estos materiales deben presentar buena conductividad eléctrica, buena resistencia mecánica y ser electroquímicamente inertes. Estos materiales son conocidos por cualquier experto en la materia, como ejemplo se pueden utilizar como soporte Si, Mo, W, SiC, WC o TiC. No obstante, independientemente de los métodos de síntesis, las propiedades del material obtenido, el diamante conductor de electricidad, son similares, en cuanto a que su ventana electroquímica en medios acuosos es amplia y permite la generación de agentes oxidantes con elevado rendimiento. Por este motivo, no existe limitación en cuanto al uso de distintos tipos de electrodos de diamante en cuanto a la desinfección, siempre que este sea conductor de la electricidad y su ventana electroquímica en la zona de oxidación sea amplia.
La desinfección se basa en las fuertes condiciones oxidativas generadas en la superficie del diamante, que dan lugar a la aparición de numerosos compuestos oxidantes. La ventaja del proceso de la presente invención consiste en el empleo de bajas densidades de corriente y cargas eléctricas aplicadas, con el fin de aprovechar el efecto desinfectante de los oxidantes y radicales generados, sin dar lugar a la generación de cantidades significativas de compuestos que puedan resultar nocivos para la salud, en particular de oxosales de cloro, tales como los cloritos, cloratos y percloratos. Esta tecnología se puede aplicar en la regeneración de aguas, preferiblemente en la regeneración de aguas depuradas.
Para su aplicación se requiere una celda electroquímica (o de un conjunto de celdas). El proceso puede ser realizado en modo de operación continuo o discontinuo, en una única celda o en varias celdas electrolíticas (tantas como se quiera). En cada celda unitaria se pueden utilizar (o no) separadores porosos, diafragmas o membranas para compartimentar la zonas anódica y catódica, aunque no es necesario. Los electrodos pueden ser monopolares
o bipolares, y no existe limitación en cuanto a su geometría ni a su formato (bi o tridimensionales). Un esquema indicativo de la invención, que no pretende ser limitativa de su alcance se muestra en la Figura 1
El agua depurada entra en el tanque de recirculación (1), que posteriormente pasa a la celda electroquímica (3) mediante el uso de al menos una bomba (2). Estas bombas son equipos de impulsión de fluidos para recircular el líquido en tratamiento. El agua a regenerar se introduce en la celda (3) sin necesidad de adicionar reactivos o de modificar el pH. La densidad de corriente empleada para garantizar un proceso de elevada eficiencia debe ser inferior a 10 A m-2 (dependiente del contenido en cloruros y otros iones inorgánicos del agua a desinfectar) y las cargas eléctricas a pasar dependerán de la concentración inicial de microorganismos siendo en todo caso inferiores a 0,5 kAh m-3, más preferiblemente inferiores a 0,3 kAh m-3, también dependiendo del contenido en cloruros y otros iones inorgánicos del agua a tratar.
En la celda electroquímica (3) se producen agentes desinfectantes a partir de la oxidación de especies contenidas en el propio agua por medio de la energía comunicada a los electrodos por una fuente de alimentación o rectificador de corriente alterna (4) de 220 V o 380 V. De celda electroquímica (3) es por donde sale el agua regenerada o se puede volver a recircular dentro del proceso.
La combinación de todas estas tecnologías en un único proceso y su aplicación en la desinfección de aguas resumen el proceso de la presente invención.
Figura 1.- Muestra el esquema de realización de la invención utilizado en los ejemplos. Los elementos del esquema son: tanque de recirculación por donde entra el agua depurada (1), equipo de impulsión de fluidos (bomba) para recircular el líquido en tratamiento (2), celda electroquímica donde se produce el proceso electroquímico de desinfección (3), fuente de alimentación o rectificador de corriente alterna de 220 V o 380 V (4).
A continuación se ilustrará la invención mediante unos ensayos realizados por los inventores.
En los mismos se ha aplicado la tecnología sobre el agua de tres poblaciones reales distintas, denominadas población 1, población 2 y población 3.
Ejemplo 1: Desinfección completa de efluente de EDAR con elevada carga de E. Coli.
Se ha realizado la desinfección un agua residual utilizando una celda electroquímica de cuerpo simple con un volumen de 78 cm3 conectada en recirculación con un tanque que contiene un volumen de 2000 ml de agua residual efluente de una Estación Depuradora de Aguas Residuales, operando el sistema en régimen de funcionamiento discontinuo. Los electrodos utilizados han sido un ánodo de diamante dopado del tipo p-Si –DDB® (suministrado por ADAMANT Suiza) y un cátodo de acero inoxidable. Ambos electrodos tienen una superficie de 78 cm2. En la Tabla 1 se muestra en función del tiempo de electrolisis (ya que cuanto mayor es el tiempo, mayor es la desinfección conseguida) los rendimientos en la eliminación de E.coli y la generación de distintas especies desinfectantes en la desinfección regenerativa de agua residual procedente de los clarificadores de la EDAR de la población 1 (100.000 habitantes equivalentes (h.e.)). La densidad de corriente (j) aplicada ha sido de 6,4 A.m-2 y el voltaje de celda obtenido de 4,1 V.
Tabla 1. Desinfección regenerativa electroquímica de Agua Residual Depurada Población 1
- t
- q E.coli Cl- MCA DCA TCA ClO ClO2 ClO3 ClO4
- 0
- 0
- 18.000 145,90 0,02 0,01 0,02 0,02 0,00 0,00 0,00
- 5
- 0,00107 9.100 144,48 0,04 0,11 0,19 0,05 0,00 0,00 0,00
- 10
- 0,00216 5.400 144,99 0,09 0,03 0,13 0,05 0,00 0,00 0,00
- 20
- 0,00444 250 143,34 0,09 0,04 0,04 0,06 0,00 0,00 0,00
- 40
- 0,009132 20 144,58 0,10 0,07 0,09 0,11 0,00 0,00 0,00
- 60
- 0,014084 0 145,84 0,10 0,13 0,15 0,18 0,00 0,00 0,00
t: tiempo electrolisis (minutos)
- q:
- Carga eléctrica aplicada (kA h m-3)
- E.
- coli: Escherichia Coli (UFC /100 mL) Cl-: cloruro (ppm Cl) MCA: monocloramina (ppm Cl) DCA: dicloramina (ppm Cl) TCA: tricloruro de nitrógeno (ppm Cl) ClO-: hipoclorito (ppm Cl) ClO2-: clorito (ppm Cl) ClO3-: clorato (ppm Cl) ClO4-: perclorato (ppm Cl)
Ejemplo 2: Desinfección de efluente de EDAR con bajo contenido en cloruros.
Igual instalación experimental y condiciones de operación que en el caso anterior. En este caso el potencial de celda ha sido de 3,9 V. Se describe la desinfección regenerativa en condiciones en las que la presencia de cloruros es más limitada que en el caso anterior con el efluente obtenido de los clarificadores secundarios de la EDAR de la población 2 (70.000 h.e.).
Tabla 2. Agua Residual Depurada Población 2
- t
- q E.coli Cl- MCA DCA TCA ClO- ClO2 ClO3 ClO4
- 0
- 0
- 5.400 52,22 0,07 0,70 1,86 0,10 0,00 0,00 0,00
- 5
- 0,00107 2.400 52,26 0,15 0,85 1,55 0,12 0,00 0,00 0,00
- 15
- 0,00327 1.700 52,13 0,14 0,36 2,51 0,14 0,00 0,00 0,00
- 20
- 0,00442 1.400 52,13 0,06 0,47 2,32 0,14 0,00 0,00 0,00
- 40
- 0,00907 1.300 51,89 0,11 0,44 2,77 0,16 0,00 0,00 0,00
- 60
- 0,01399 160 51,58 0,10 0,05 3,57 0,17 0,00 0,00 0,00
- 120
- 0,02920 20 51,34 0,06 0,20 2,24 0,18 0,00 0,00 0,00
Igual instalación experimental y condiciones de operación que en el caso anterior. Se describe el efecto de los
5 intervalos de densidad de corriente en la desinfección regenerativa de un agua residual depurada en tres intervalos de densidad de corriente. Se observa claramente que los intervalos hasta ahora propuestos en la bibliografía dan lugar a la generación de cloratos. El efluente empleado ha sido el de la EDAR de la población 3 (50.000 h.e.). Los potenciales de celda resultantes han sido de 3,3 V, 4,3 V y 8,2 V, respectivamente para las tres densidades de corriente empleadas. Se puede observar como la operación del proceso por encima de 10 A m-2 da lugar a la
10 formación de cantidades significativas de clorato, lo que desaconseja la utilización del tratamiento.
Tabla 3. Agua Residual Depurada Población 3. j= 1,3 A m-2
- t
- q E.coli Cl- MCA DCA TCA ClO- ClO2 ClO3 ClO4
- 0
- 0
- 2.800 315,03 0,01 0,02 0,02 0,02 0,00 0,00 0,00
- 5
- 0,00017 2.200 311,16 0,09 0,02 0,02 0,07 0,00 0,00 0,00
- 20
- 0,00068 1.100 308,91 0,02 0,03 0,01 0,08 0,00 0,00 0,00
- 50
- 0,00172 400 313,77 0,02 0,03 0,02 0,07 0,00 0,00 0,00
- 120
- 0,00421 130 307,79 0,02 0,03 0,03 0,08 0,00 0,00 0,00
Tabla 4. Agua Residual Depurada Población 3. j=13 A m-2
- t
- q E.coli Cl- MCA DCA TCA ClO- ClO2 ClO3 ClO4
- 0
- 0
- 2.800 309,85 0,01 0,02 0,02 0,02 0,00 0,00 0,00
- 5
- 0,00167 0 305,51 0,10 0,16 0,08 0,09 0,00 0,00 0,00
- 20
- 0,03075 0 298,61 0,55 0,06 0,06 0,11 0,00 0,00 0,00
- 50
- 0,07704 0 309,34 0,85 0,88 1,42 0,18 0,00 0,94 0,00
- 120
- 0,17991 0 302,32 1,81 0,42 7,29 0,44 0,00 3,41 0,00
Tabla 5. Agua Residual Depurada Población 3. j=130 A m-2
- t
- q E.coli Cl- MCA DCA TCA ClO- ClO2 ClO3 ClO4
- 0
- 0
- 2.800 313,80 0,01 0,02 0,02 0,02 0,00 0,00 0,00
- 5
- 0,14218 0 306,18 0,49 0,25 1,08 0,12 0,00 3,85 0,00
- 20
- 0,54725 0 306,06 0,95 1,69 0,00 0,17 0,00 12,98 0,00
- 50
- 1,63655 0 292,91 0,25 0,19 0,24 0,42 0,00 17,78 0,00
- 120
- 3,45502 0 267,53 0,16 0,53 0,00 1,19 0,00 34,06 0,00
MCA: monocloramina; DCA: dicloramina; TCA: tricloruro de nitrógeno
Como puede verse, funcionan mejor para cargas (q) inferiores a 0,5 A m-2.
Ejemplo 4: Efecto del tratamiento electroquímico regenerativo sobre otros tipos de microorganismos
Igual instalación experimental y condiciones de operación que en el caso anterior. Se describe el efecto de la tecnología sobre coliformes totales y fecales trabajando a 1,3 A m-2 con agua depurada obtenida de los clarificadores de la EDAR de la población 2.
Tabla 5. Agua Residual Depurada Población 2. j =1,3 A m-2
- t
- q Coliformes totales (UFC /100 ml) Coliformes fecales (UFC /100 ml)
- 0
- 0
- 16.000 9.100
- 10
- 0,00043 1.700 750
- 20
- 0,00088 500 220
- 60
- 0,00280 300 160
- 120
- 0,00584 230 130
- 180
- 0,00889 110 110
Claims (15)
- REIVINDICACIONES1.- Proceso para la regeneración de agua que comprende la desinfección del agua en al menos una celda electrolítica, donde dicha celda está caracterizada porque comprende:
- -
- un material anódico que está recubierto con diamante dopado y soportado sobre un material conductor de la electricidad;
- -
- una densidad de corriente aplicada de entre 0,1 y 10 A m-2; y
- -
- una carga eléctrica aplicada de entre 0,005 y 0,5 KA h m-3.
- 2.- El proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque la carga eléctrica aplicada es de entre 0,005 y 0,3 KA h m-3.
- 3.- El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la densidad de corriente aplicada de entre 0,1 y 1 A m-2.
- 4.- El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el diamante dopado se dopa con boro, nitrógeno o flúor.
- 5.- El proceso según la reivindicación 4, caracterizado porque el diamante dopado se dopa con boro.
- 6.- El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el material conductor de la electricidad que sirve como soporte del diamante se selecciona de silicio (Si), molibdeno (Mo), wolframio (W), titanio (Ti), carburo de silicio (SiC), carburo de molibdeno (MoC), carburo de wolframio (WC) y carburo de titanio (TiC).
- 7.- El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el pH del agua a desinfectar se mantiene entre 6 y 9.
- 8.- El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la temperatura del proceso es de entre 1 y 99 ºC.
- 9.- El proceso según la reivindicación 8, caracterizado porque la temperatura de proceso es de entre 4 y 30 ºC.
- 10.- El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la celda electrolítica además comprende separadores del ánodo y del cátodo.
- 11.- El proceso según la reivindicación 10, donde los separadores son porosos, diafragmas o membranas.
- 12.- El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se puede llevar a cabo en modo continuo o discontinuo.
- 13.- El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque además comprende un material catódico seleccionado de diamante conductor de electricidad, grafito, zirconio, acero inoxidable, u otros metales o materiales conductores de la electricidad.
- 14.- Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el agua a regenerar es agua residual depurada.FIGURA 1OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCASN.º solicitud: 201130933ESPAÑAFecha de presentación de la solicitud: 06.06.2011Fecha de prioridad:INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICADOCUMENTOS RELEVANTES
- Categoria
- @ Documentos citados Reivindicaciones afectadas
- A A A A ES 2247184T T3 (AQUA ROTTER GMBH) 01/03/2006, todo el documento. BERGMANN et al. Product and by-product formation in laboratory studies on disinfectionelectrolysis of water using boron-doped diamond anodes. Catalysis Today, 14/06/2007 VOL: 124 No: 3-4 Pags: 198 – 203 ISSN 0920-5861 ES 2257280T T3 (SUISSE ELECTRONIQUE MICROTECH) 01/08/2006, todo el documento. US 5399247 A (CAREY JAMES J ET AL.) 21/03/1995, todo el documento. 1-14 1-14 1-14 1-14
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
- El presente informe ha sido realizado � para todas las reivindicaciones � para las reivindicaciones nº:
- Fecha de realizaci6n del informe 04.01.2013 Examinador I. Abad Gurumeta Pagina 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICANº de solicitud: 201130933CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUDC02F1/461 (2006.01) C02F1/467 (2006.01) C02F103/02 (2006.01) C02F103/04 (2006.01)Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)C02FBases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados)INVENES, EPODOC, WPI, NPL, INTERNETInforme del Estado de la Técnica Página 2/4OPINION ESCRITANº de solicitud: 201130933Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 04.01.2013Declaraci6n- Novedad (Art. .1 LP 11/198 )
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-14 SI NO
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/198 )
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-14 SI NO
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).Base de la Opini6n.-La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.Informe del Estado de la Técnica Página 3/4OPINION ESCRITANº de solicitud: 2011309331. Documentos considerados.-A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.- Documento
- Numero Publicaci6n o Identificaci6n Fecha Publicaci6n
- D01
- ES 2247184T T3 (AQUA ROTTER GMBH) 01.03.2006
- D02
- BERGMANN et al. Product and by-product formation in laboratory studies on disinfectionelectrolysis of water using boron-doped diamond anodes. Catalysis Today, 14/06/2007 VOL: 124 No: 3-4 Pags: 198 – 203 ISSN 0920-5861 14.06.2007
- D03
- ES 2257280T T3 (SUISSE ELECTRONIQUE MICROTECH) 01.08.2006
- D04
- US 5399247 A (CAREY JAMES J et al.) 21.03.1995
- 2. Declaraci6n motivada segun los articulos 29. y 29.7 del Reglamento de ejecuci6n de la Ley 11/198 , de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraci6nLa invención se refiere a un proceso de regeneración de agua en el que la desinfección del agua se realiza en al menos una celda electrolítica donde el material anódico está recubierto con diamante dopado y soportado sobre un material conductor de la electricidad, la densidad de corriente aplicada está entre 0,1 y 10 A m-2 y la carga eléctrica aplicada está entre 0,005 y 0,5 KA h m-3 (reivindicación 1). En concreto, la carga eléctrica aplicada está entre 0,005 y 0,3 KA h m-3 (reivindicación 2) y la densidad de corriente aplicada está entre 0,1 y 1 A m-2 (reivindicación 3) y el diamante dopado se dopa con boro, nitrógeno o flúor (reivindicación 4), especialmente con boro (reivindicación 5). El material conductor, soporte del diamante es seleccionado entre silicio, molibdeno, wolframio, titanio y sus carburos (reivindicación 6). El pH agua a desinfectar se mantiene entre 6 y 9 (reivindicación 7) y la temperatura del proceso entre 1 y 99ºC (reivindicación 8), en concreto entre 4 y 30ºC (reivindicación 9). La celda electrolítica comprende separadores del ánodo y del cátodo, que pueden ser porosos, diafragmas o membranas (reivindicaciones 10 y 11) y el proceso se puede llevar a cabo en continuo o discontinuo (reivindicación 12). Además comprende un material catódico seleccionado de diamante conductor de electricidad, grafito, zirconio, acero inoxidable, metales u otros materiales conductores de la electricidad (reivindicación 13). El agua a regenerar es agua residual depurada (reivindicación 14).El D01 se refiere a un procedimiento para la desinfección electrolítica de agua potable mediante desinfectantes obtenidos anódicamente, usando como ánodo un electrodo de diamante dopado con boro. (Ver reivindicaciones)El D02 publica un estudio sobre la formación de productos y subproductos para la desinfección electrolítica del agua usando diamante dopado con boro como ánodo. (Ver introducción).El D03 se refiere a una pila electrolítica para depuración de aguas residuales por oxidación de los contaminantes que contiene. Se usa diamante dopado con boro o nitrógeno, entre otros, y el metal de transición es molibdeno, titanio y siliciuros, entre otros. (Ver todo el documento).El D04 se refiere a un método de tratamiento de un soluto den una disolución para descargarla del soluto antes de que pase al medio ambiente, comprende una electrólisis de la disolución usando como ánodo diamante dopado. (Ver resumen y reivindicaciones).1. NOVEDAD (ART. 6.1 Ley 11/1986) Y ACTIVIDAD INVENTIVA (ART. 8.1 Ley 11/1986)Los documentos D01-D04 reflejan el estado de la técnica más cercano. Todos estos documentos, aunque muestran diversos estudios, métodos y procedimientos de electrólisis con ánodo de diamante dopado, en ninguno de ellos se refiere a un proceso de regeneración de agua en las condiciones y con los materiales que se reivindican en la invención.Por lo tanto, el objeto de las reivindicaciones 1-14 cumplen los requisitos de novedad y actividad inventiva de acuerdo con el Artículo 6.1 y 8.1 de la Ley 11/1986.Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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