ES2401448A2 - Dispositivo para el tratamiento electroquímico del agua o disoluciones acuosas - Google Patents

Abstract

Dispositivo para el tratamiento electroquímico del agua o disoluciones acuosas, empleado con el propósito de cambiar sus propiedades oxidantes, reductoras y estructurales. El dispositivo comprende un electrodo interno 1 en forma de varilla de configuración cilíndrica con canales axiales frontales (2, 3). Un electrodo externo (4) cilindro hueco (tubular) está montado coaxialmente con respecto al electrodo interno (1). Un diafragma (5) semipermeable está montado entre dos electrodos coaxialmente con respecto a los mismos, dicho diafragma (5) divide la cavidad anular en una cámara interna (6) y una cámara exterior (7). La cámara externa (7) tiene unos racores de entrada (8) y salida (9) que se fijan radialmente sobre el electrodo externo (4) y comunican con la cámara exterior (7) a través de la salida de dicho electrodo. La cámara interna (6) tiene racores de conexión axiales de entrada (10) y salida (11) (tuberías de conexión) con respectivas aberturas axiales internas (12, 13). Los canales axiales frontales internas (2, 3) comunican con la cámara interna (6) con la ayuda de canales (15), los ejes de los cuales están orientados según planos radiales. El dispositivo está cerrado en ambos extremos por tapas de protección (16, 17) que son idénticas entre sí.

Description

DISPOSITIVO PARA EL TRATAMIENTO ELECTROQUÍMICO DEL AGUA

O DISOLUCIONES ACUOSAS Sector de la técnica

Esta

invención técnica está asociada al campo del

tratamiento

electroquimico del agua y/o las

disoluciones

acuosas salinas con el propósito de

cambiar

sus propiedades oxidantes, reductoras y

estructurales. Este invento puede ser utilizado para la depuración, desinfección, estructuración y acondicionamiento del agua, para su ablandamiento catódico, asi como para la obtención de disoluciones acuosas desinfectantes, lavadoras, esterilizadoras, conservativas, blanqueadoras, profilácticas o medicinales o de disoluciones acuosas eliminadoras del olor.

Estado de la técnica

Es conocida la pila de membrana polimérica o elemento electroquimico modular de fluidos PEM-4 para el tratamiento de liquidos [patente de la Federación Rusa 2145940, publicada el 27.02.2000], compuesta por un electrodo interior de varilla, un electrodo exterior, una membrana que separa la cavidad en una cámara interior y otra exterior, cada una de las cuales dispone de unos racores o empaquetaduras, una de entrada y otra de salida, fijadas un casquillo o manguito dieléctrico de tope, de idéntica estructura en ambos colectores. El montaje o ensamblado del dispositivo se realiza con ayuda de tornillos, enroscados en los extremos del electrodo interior. La admisión y evacuación del liquido tratado se realiza por medio de unos racores o empaquetaduras laterales fijados radialmente, lo que implica la necesidad de una acometida adicional con el empleo de tubos acodados

(codos de evacuación) para la instalación del dispositivo en una tubería lineal. Y es precisamente en este factor donde reside el defecto principal del dispositivo.

En calidad de prototipo se ha elegido un dispositivo para el tratamiento electrolítico del agua (patente de la Federación Rusa 2132821, publicada el

10. 07.1999). Este electrolizador de flujo vertical se compone de un electrodo interior hueco (tubular), un electrodo exterior y una membrana, que divide la cavidad anular en una cámara interior y otra exterior. En ambos extremos del dispositivo hay un casquillo o manguito dieléctrico que se cierra con una caja o regleta también dieléctrica, con una estructura análoga a una tuerca de junta. La admisión y evacuación del

líquido tratado en la cámara interna se realiza mediante racores o empaquetaduras axiales que se atornillan a los cabezales del electrodo interior. Al mismo tiempo, estos tubos axiales funcionan como elementos de fijación, ya que entre ellos se aprietan o enroscan mediante casquillos dieléctricos todos los elementos interiores. La estructura o diseño constructivo de este prototipo permite ensamblar el electrolizador en la tubería lineal del líquido tratado sin necesidad de utilizar empalmes acodados. Sin embargo, una de las deficiencias de este diseño radica en la corta vida útil del electrodo interior, debido a que en la delgada pared del electrodo tubular interior existen unos orificios de paso, a través de los cuales la cavidad del electrodo interior se comunica con la cámara electrolítica interna. Por lo general, en los electrolizadores se emplean electrodos de dos tipos:

bien de grafito, o bien electrodos metálicos recubiertos con algún metal del grupo platino-iridio. Cuando el electrodo es metálico la existencia de orificios de paso rompe la integridad del recubrimiento protector en el electrodo interno, lo que conlleva la corrosión electroquimica de la carcasa del electrodo cuando contacta con un medio agresivo. Cuando el electrodo es de grafito, la existencia de orificios en la pared del tubo aumenta la fragilidad del electrodo. Tanto en uno como en otro caso, la vida útil del

electrodo interior se reduce significativamente en comparación con los electrodos de varilla. Además, en el prototipo, los racores de entrada y salida del electrodo interno están unidos directamente por un canal axial. Esto reduce la eficacia del trabajo y funcionamiento del dispositivo, ya que no todo el liquido termina pasando por la cámara de trabajo.

Por lo tanto, existe una contradicción técnica:

unos

aparatos o dispositivos son sólidos y robustos,

pero

cuentan con una cantidad excesiva de elementos

estructurales:

elementos diferenciados de sujeción,

como

tornillos de cabeza hueca, y elementos

diferenciados para la admisión y evacuación, para la

entrada y salida del liquido. En cambio, otros dispositivos, por ejemplo nuestro prototipo, son

comparativamente más sencillos, ya que emplean elementos que compaginan funciones de sujeción y de admisión / evacuación del liquido pero, por contra,

gozan

de una vida útil bastante limitada y exigen una

sustitución

constante de los electrodos internos.

Además,

no resultan ser todo lo eficaces que se

desearia.

Objeto de la invención

En la base del proceso de descubrimiento de esta invención técnica yacía una tarea, un objetivo: resolver esa contradicción que acabamos de formular e inventar un dispositivo eficaz en el tratamiento electroquímico del agua o las disoluciones acuosas.

El resultado técnico obtenido consiste en aumentar la solidez y fiabilidad del dispositivo (un largo período de explotación sin tener que sustituir el electrodo interno), manteniendo al mismo tiempo la posibilidad de una conexión o acoplamiento coaxial a la tubería del líquido que queremos tratar sin utilizar derivaciones acodadas (esto es, un acoplamiento directo) .

El dispositivo que aquí se declara para el tratamiento electroquímico del agua o las disoluciones acuosas incluye en su diseño estructural unas tapas de protección y un electrodo tubular exterior, dentro del cual se ha emplazado de manera coaxial el electrodo interior. La cavidad anular entre los electrodos está dividida o separada en una cámara interna y otra externa por un diafragma (membrana) coaxial semipermeable. Cada cámara cuenta con un racor de entrada y otro de salida, al mismo tiempo que los racores de entrada y salida de la cámara interna están diseñados axialmente y unidos al electrodo interior con la ayuda de unas juntas de rosca, que fijan la posición de las tapas de protección. El hermetismo de las cámaras se garantiza con la ayuda de unas juntas o empaquetaduras anulares compresoras. Este dispositivo se diferencia del prototipo en que el electrodo interno está ejecutado en forma de varilla por el hecho de que, en sus extremos, cuenta con unos canales axiales para la entrada y/o salida del líquido. Estos canales están

abiertos del lado frontal del electrodo y se comunican con los colectores de la cámara interna, mientras que, por el lado opuesto, se comunican con la cámara interna por medio de unos canales, cuyos ej es se emplazan en planos radiales.

El dispositivo puede contar con una junta de extremo con forma de disco con collarín, que penetra o se hunde en la cámara de trabajo interna.

Descripción de las figuras

La figura 1 muestra una sección longitudinal del dispositivo de tratamiento electroquímico del agua de acuerdo con la invención.

Descripción detallada de la invención

La esencia y el contenido de esta invención técnica se explican con más detalle en el modelo de ejecución que se describe más abajo y en la Figura 1, donde se representa la sección longitudinal del dispositivo. En el modelo descrito, la catalogación de los racores o empaquetaduras, tubos de empalme y demás elementos como de entrada o salida (admisión o evacuación de líquido) es convencional, ya que el sistema es reversible. Como convencional o condicional es también la catalogación de los electrodos como cátodo o ánodo del electrolizador.

El dispositivo contiene un electrodo interno (1) de tipo varilla de forma cilíndrica con canales axiales frontales (2, 3). De manera coaxial al electrodo interno (1), se halla instalado un electrodo externo

(4), cilíndrico (tubular) y hueco. Entre los

electrodos, y de manera coaxial a ellos, se encuentra un diafragma (membrana) semipermeable (5), que divide la cavidad anular en una cámara interna (6) Y una cámara externa (7). La cámara externa (7) dispone de un racor o empaquetadura de entrada (8) Y otro racor o empaquetadura de salida (9), que están fijadas de forma

radial

al electrodo externo (4) y se comunican con la

cámara

externa (7) a través de las aberturas que

existen

en este electrodo.

La cámara interna ( 6) dispone de un racor

(tubería) de entrada (10) Y otro de salida (11) con unas aberturas axiales internas (12 y 13, correspondientemente). Las tuberías o racores (10, 11) poseen una rosca o entalladura interior y se atornillan a los elementos terminales del electrodo interno (1), que tienen un diámetro menor que el electrodo y disponen de un fileteado (14) en su superficie exterior. Los canales axiales frontales (2 y 3) se comunican con la cámara interna (6) mediante unos canales (15), cuyos ejes están orientados en planos radiales. Los ej es de los canales (15) pueden estar perpendicularmente dispuestos en relación con el eje del dispositivo, o pueden disponerse respecto a él de forma biselada u oblicua.

El dispositivo se cierra en ambos cabezales con unas tapas de protección (16 y 17), idénticas la una a la otra. La fijación de las tapas de protección (16 y 17) se realiza con el enroscamiento de los racores o tuberías (10 y 11) en los cabezales del electrodo interno (1). Entre la tubería o racor de entrada (10) y la superficie exterior de la tapa de protección (16) se aprieta un primer electrodo de alimentación (18). Un segundo electrodo de alimentación (19) está fijado al

electrodo exterior (4). La hermeticidad del dispositivo en su conjunto se consigue mediante unas abrazaderas compresoras (2 O), que se instalan baj o las tapas de protección (16 y 17) Y también sobre ellas. También se pueden instalar abrazaderas compresoras para eliminar la posibilidad de que el líquido pueda fluir directamente entre las cámaras (6 Y 7). Sin embargo, mucho más efectivo resulta cuando esa estanqueidad hermética se asegura mediante j untas de extremo (21), cada una de las cuales tienen un diseño en forma de disco con un collarín que se hunde o penetra en la cámara externa (7), es decir, entrando con huelgo entre el electrodo externo (4) y el diafragma (membrana) semipermeable (5).

El trabajo y funcionamiento del dispositivo se ilustra con los ej emplos siguientes, en los cuales el

suministro

de corriente se produce de tal manera, que

el

electrodo interno (1) actúa como ánodo y

el

electrodo externo

(4) como cátodo.

En el racor de entrada (10) se suministra el liquido que se va a tratar y del racor de salida (11) se evacúa el líquido ya tratado, con propiedades ácidas

o alcalinas, dependiendo de la polaridad de conexión de los electrodos. De acuerdo con las propiedades de la disolución que se desee obtener, al dispositivo se le suministra agua y/o distintas disoluciones salinas. El racor de entrada (8) se emplea para el suministro del líquido transformador, por ej emplo, una solución salina, mientras que el racor de salida (9) se destina a la evacuación de la disolución salina con propiedades alcalinas o ácidas, dependiendo de la polaridad de la conexión de los electrodos. Los racores o empaquetaduras (8 y 9) pueden estar unidos en un

circuito cerrado exterior y único (con una alimentación adicional de sustancia activa) .

Ejemplo 1

En la cámara anódica, o sólo en la catódica, del dispositivo electroquímico de diafragma se produce el tratamiento del agua o de las soluciones salinas.

A fin de obtener una solución electroactivada con propiedades ácidas o alcalinas, se suministra por racor de entrada (10) una solución de cloruro de sodio o

cualquier

otra solución salina. A través del canal

axial

frontal (2) Y de los canales (15), la solución

llega

a la cámara electrolítica interna ( 6) Se

suministra corriente a los electrodos. Sometida a la tensión eléctrica, la solución (los iones) pasa a la cámara electrolítica externa (7) a través del diafragma

(membrana) semipermeable (5). Durante el proceso de funcionamiento del dispositivo, se forman dos corrientes de iones con cargas opuestas en las caras interior y exterior del diafragma (5) • Entre las corrientes se produce una diferencia de potencial, lo que provoca un incremento de la tensión del campo eléctrico en el diafragma (5) y, como consecuencia, se incrementa la movilidad de los iones en los poros del diafragma (5) y se reduce la resistencia eléctrica del dispositivo. Como resultado de todo ello, se forma una solución electroactivada con propiedades ácidas o alcalinas -dependiendo de la polaridad de la conexión de los electrodos-, que se evacúa a través de los canales (15 y 3) y del racor de salida (11). A través del racor de entrada (8) puede suministrarse también una solución al 1% de cloruro de sodio.

Ejemplo 2

A fin de obtener una solución desinfectante, por el racor de entrada (10) se suministra agua, la cual llega hasta la cámara electrolítica interna (6), de la forma que se ha descrito más arriba. Al mismo tiempo, por el racor de entrada (8) se suministra una solución concentrada de cloruro de sodio, la cual circula por el circuito cerrado exterior, pasando a través de la cámara electrolítica externa (7). El agua que llega a la cámara interna (anódica), sometida a la acción de los procesos de oxidación-reducción que tienen lugar en ambas cámaras electrolíticas, se satura de iones de ácido hipocloroso, de radicales de oxígeno de vida corta y de una pequeña cantidad de ozono y bióxido de cloro a cuenta de la migración de iones desde la cámara

electrolítica exterior (catódica),

evacuándose a través

del

racor de salida (11) en forma de solución

desinfectante.

Ejemplo 3

A fin de obtener una solución desinfectante, se suministra una solución del 1-33% de cloruro de sodio por el racor de entrada o empaquetadura (8) que, tras pasar a la cámara catódica externa, saliendo luego por el racor de salida o empaquetadura (9) Y entrando a continuación por el racor de entrada (10), termina llegando a la cámara electrolítica interna. Esta solución que ingresa en la cámara electrolítica interna, bajo la acción de los procesos de oxidación-reducción que tienen lugar en las dos cámaras, se satura de iones de ácido hipocloroso, radicales de oxígeno de vida corta y una pequeña cantidad de ozono y bióxido de cloro a consecuencia de la migración de

iones que se produce desde la cámara electrolítica

exterior

(anódica), termina evacuándose en forma de

solución

desinfectante a través del racor de salida

(11) .

Ejemplo 4

A fin de obtener y tratar agua potable, se suministra agua de la cañería a través del racor de entrada (8), la cual, tras llegar a la cámara exterior catódica, de salir por el racor de salida (9) y recorrer el tubo de empalme (10), termina llegando a la cámara electrolítica interior. Esta agua que llega a la cámara electrolítica interna (anódica), y bajo la acción de los procesos de oxidación-reducción que se producen en ambas cámaras, se descontamina y, tras cambiar su potencial de oxidación-reducción, se evacúa a través del tubo de empalme (11) en forma de agua limpia y potable.

Los ejemplos que acabamos de mostrar no agotan el campo de aplicación de la invención que aquí se declara, ya que, dependiendo de las soluciones utilizadas y de la polaridad de los electrodos, se pueden obtener otras muchas soluciones electroactivadas con propiedades ácidas o alcalinas, según la polaridad con que se conecten los electrodos. Este dispositivo que aquí se declara también se puede utilizar para desinfectar el agua, modificar su potencial de oxidación-reducción o ablandarla por intercambio iónico, entre otras muchas utilidades y procedimientos.

Este dispositivo técnico, fabricado de acuerdo con el procedimiento y el mecanismo técnico inventado, ha sido experimentado siguiendo métodos bien conocidos. En

la tabla que sigue se exponen los indicadores y

resultados obtenidos durante estos trabajos.

Tabla

Denominación del indicador Valor Velocidad volumétrica de flujo, en 12 -140

cm3/s Velocidad lineal de flujo, en cm/s 25 -64 Tiempo de tratamiento del agua, en s 0,3 -2 Intensidad de corriente, en A 0,5 -550 Tensión, en V 12 -120 Mineralización del agua, en gil Cantidad específica de electricidad, 15,5 -150 en C/l Reserva de trabajo continuo, en h 20.000 Valor del indicador de iones de 2 -11 hidrógeno (pH) Valor del potencial de oxidación-Desde (+ 990) reducción, en mV hasta (-600) Periodicidad de limpieza del Cada 480 -960 dispositivo de sedimentos catódicos horas de trabajo

Como se observa en la Figura 1 y se desprende de

la descripción expuesta anteriormente, el dispositivo

10 dispone de unos racores o empaquetaduras axiales para

la admisión I evacuación (entrada I salida) del líquido

tratado, lo que permite instalarlo y conectarlo directamente en la tubería general, sin emplear para

ello adaptadores o empalmes adicionales ni derivaciones

15 acodadas. Estos racores (tubos de empalme) axiales funcionan al mismo tiempo como elementos de fij ación, en cuanto se enroscan como tornillos a los cabezales de los electrodos interiores, ajustando los electrodos entre las tapas de protección. Las tapas se realizan de

20 manera idéntica a sus topes frontales. La ejecución material del electrodo interno, en forma de varilla y no tubular, incrementa la robustez del dispositivo al

mismo tiempo que su eficiencia, ya que permite que el líquido fluya directamente a través del electrodo y, consecuentemente, todo el volumen de fluido se ve sometido al tratamiento de forma completa.

Con este diseño y la construcción de canales en bisel o en oblicuo respecto al eje del dispositivo, no se general zonas estancadas ni remolinos turbulentos en las zonas de entrada / salida de la cámara

10 electrolítica.

La utilización de juntas de tope frontales incrementa el hermetismo y simplifica el montaje del dispositivo.

Claims (2)

1. REIVINDICACIONES

   
   l.-.Dispositivo para el tratamiento electroquímico

   del agua o disoluciones acuosas, que contiene en su

   diseño estructural los siguientes elementos: unas tapas
   
   
   
   de protección (17,

   
   ;

   un electrodo externo (4) tubular en cuyo interior se emplaza de manera coaxial un electrodo interno (1); una cavidad anular o circular dividida en una cámara interna (6) y una cámara externa

   (7)

   por un diafragma (5) coaxial semipermeable, estando ambas cámaras (6, 7) provistas de un racor de entrada

   (10)

   y un racor de salida (11), estando además los racores de entrada y salida (10, 11) de la cámaras (6, 7) diseñados axialmente y unidos al electrodo interno

   (1)

   mediante unas j untas de rosca, que fijan la posición de las tapas de protección (17, 20); y la hermeticidad de las cámaras (6, 7) se consigue con la aplicación de abrazaderas (20) anulares comprimidas y compactas; caracterizado porque el electrodo interno

   (1 ) está ejecutado en forma de varilla y en sus extremos dispone de canales axiales frontales (2,3) para la salida y/o entrada del líquido, estando estos canales axiales frontales (2,3) abiertos del lado del cabezal del electrodo interno (1) Y comunicados con la cámara interna (6) a través de unos canales (15), cuyos ejes están dispuestos en planos radiales.
2. 2.-.Dispositivo para el tratamiento electroquímico del agua o disoluciones acuosas, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque introducida o hundida en la cámara externa (7) se dispone una junta de extremo (21) en forma de disco con collarín.