ES2577904B1 - Reactor fotocatalítico para descontaminación de agua - Google Patents
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Abstract
Reactor fotocatalítico para descontaminación de agua. Consta de un cuerpo tubular (1) y una jaula (3) extraíble a través del extremo del cuerpo tubular (1), y que permite una distribución uniforme de unas barras de portadores (4) del catalizador a una distancia predeterminada respecto de la lámpara (5), consiguiendo una iluminación óptima del catalizador, y facilita la sustitución de una lámpara (5) alojada en el cuerpo tubular (1) y de unas barras portadoras (4) de catalizador, también alojadas en el cuerpo tubular (1). La jaula (3) presenta una configuración alargada formada por cuerpos perimetrales interiores (10) e intermedios (11), distribuidos a lo largo de la jaula (3), que definen alojamientos para albergar las barras de portadores (4) de catalizador.
Description
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DESCRIPCION
REACTOR FOTOCATALITICO PARA DESCONTAMINACION DE AGUA OBJETO DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere a un reactor fotocatalltico para descontaminacion de agua, empleado para eliminar los contaminantes presentes en aguas, por la accion combinada de la luz de lamparas UV y un catalizador.
El reactor que se propone en esta invencion se concibe para facilitar una distribucion uniforme y estable de los portadores del catalzador a una distancia predeterm inada, adecuada e invariable respecto de la lampara, de tal modo que permite una iluminacion optima del catalZador, y en especial facilita una sustitucion, tanto de la lampara como del catalizador, de manera sencilla y rapida para labores de mantenimiento.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
La degradacion de contaminantes organicos de diffcil eliminacion presentes en las aguas depuradas a niveles traza es un problem a ambiental de actualidad. A este tipo de contaminantes pertenecen los compuestos farmaceuticos, pesticidas, etc., que no son biodegradables y por tanto no se eliminan con los tratamientos convencionales de tratamiento de aguas residuales. Al verter o reutilzar esta agua, estos contaminantes pueden suponer un problema medioambiental o para la salud humana.
Una de las opciones para eliminar los contaminantes es recurrir al empleo de los llamados procesos de oxidacion avanzada, mediante los cuales se producen especies altamente oxidantes que son capaces de degradar los contaminantes organicos presentes en el agua. Uno de estos procesos de oxidacion avanzada es la fotocatalisis heterogenea que, por accion combinada de la luz de lamparas UV y un catalizador (como puede ser el dioxido de titanio), genera dichas especies oxidantes consiguiendo la degradacion de los contaminantes objetivo. Para la realzacion del proceso fotocatalltico se puede emplear un reactor tubular de flujo piston que se colocarla simplemente despues del tratamiento convencional de fangos activados o tras un tratamiento terciario.
El catalzador se puede utilizar en suspension o soportado, presentando cada una de las opciones diferentes ventajas e inconvenientes. Si bien los catalizadores en suspension presentan un optimo contacto contaminante-catalizador, la utilzacion de estos hace necesaria la introduccion de un nuevo proceso de separacion del catalizador para su reutilizacion. El catalzador soportado ademas supone un menor peligro de contaminacion del agua por parte del catalzador.
Los soportes para catalzadores presentan diferentes configuraciones, siendo las esferas, los monolitos y los tubos las opciones mas comunes. Se valora una alta superficie especlfica, asl como la sencillez y el coste de la operacion de fijacion del catalzador.
Se conocen algunos documentos de patentes que describen fotoreactores, tales como los que se mencionan a continuacion.
El documento DE102010025366A por ejemplo divulga un fotorreactor, para reacciones fotoqufmicas o fotobiologicas, que comprende una camara de reaccion cillndrica metalica dotada de al menos una lampara axialmente dispuesta en su interior (puede haber varias lamparas con otras disposiciones), que emite luz de entre 300-700 nm (es decir, parcialmente
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solapada con el espectro UV) y una pluralidad de portadores cillndricos para soportar un fotocatalizador, donde los portadores estan orientados en paralelo a la lam para, de acuerdo con una distribucion uniforme alrededor de dicha lampara.
Por otro lado el documento US2013323128 describe un fotorreactor para purificar fluidos, de forma cillndrica y con un camino serpenteante, que contiene al menos dos fuentes de iluminacion, donde al menos una de ellas es una lampara UV, para activar catalizadores del tipo TiO2 en forma de nanopartlculas adheridas a unos portadores que presentan una elevada superficie especlfica.
El documento US5501801 describe un fotorreactor tubular de varios tramos, con una lampara axial central de luz UV, y un catalizador soportado que es activo a la luz UV. En este documento se discute sobre diferentes tipos de catalizadores, entre los cuales se menciona TiO2, y tambien se indica que una elevada superficie especlfica de portador es preferida.
El documento US2008179178A1 muestra un fotocatalizador modular con fuentes de luz UV longitudinales y placas de vidrio paralelas a las fuentes de luz para soportar un catalizador de tipo TiO2. Menciona el efecto de seleccionar una distancia adecuada entre el catalizador y la lampara, asl como incorpora una superficie interior reflectante. Permite un tratamiento de aguas que dura entre 1-2 horas.
Cualquiera de las soluciones previstas monta la lampara o catalizadores en disposiciones fijas o de diflcil acceso, por lo que la revision o sustitucion de estos elementos requiere tiempo y supone una complejidad operativa.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
El reactor fotocatalltico para descontaminacion de agua que propone la presente invencion es del tipo de flujo piston, en el que la lampara esta dispuesta de manera axial, asl como el reactor comprende fundamentalmente un cuerpo tubular que incorpora una jaula concebida para facilitar una distribucion uniforme de los portadores de catalizador, de forma ordenada, regular y estable, y a una distancia predeterminada, adecuada e invariable, respecto de la lampara.
Esta distribucion permite una iluminacion optima del catalizador, asl como facilita una sustitucion, tanto de la lampara como del catalizador, de manera sencilla y rapida.
En la jaula se colocan los portadores con los catalizadores, que pueden ser varias barras de espuma de alumina que alojan el catalizador, de tal modo que extrayendo la jaula del reactor se puede realizar el mantenimiento por limpieza, sustitucion o reactivacion del catalizador. La lampara se encuentra situada en el centro del reactor tubular de forma axial, y es tambien de facil extraccion para su limpieza o sustitucion.
La jaula esta alojada en el cuerpo tubular, el cual se cubre en uno de sus lados extremos mediante una tapa, preferiblemente desmontable, en la que se encuentran unos medios de fijacion de la lampara.
La tapa puede incorporar una conduccion de entrada/salida, asl como el extremo del cuerpo tubular, opuesto a la tapa, puede disponer de una o mas conducciones de salida/entrada para facilitar la circulacion del llquido por el interior del cuerpo tubular.
La jaula es extralble a traves del citado extremo del cuerpo tubular y se concibe con una configuracion alargada cillndrica formada por una pluralidad de cuerpos perimetrales interm edios y una pluralidad de cuerpos perimetrales interiores relacionados con los cuerpos
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perimetrales externos segun se explicara seguidamente.
Los cuerpos perimetrales intermedios estan repartidos a lo largo de diferentes secciones de la jaula y definen el contorno exterior de la jaula.
Los cuerpos perimetrales interior estan localizados asimismo a lo largo de diferentes secciones de la jaula, en el interior del volumen definido por los cuerpos perimetrales intermedios. Entre los cuerpos perimetrales intermedios y los cuerpos perimetrales interiores, estan definidos alojamientos para alojar las barras de portadores del catalizador que se extienden longitudinalmente en la jaula. De manera preferente, los cuerpos perimetrales intermedios y/o los cuerpos perimetrales interiores presentan una configuracion filamentosa, por ejemplo, con una forma seleccionable entre: segmento de circunferencia, preferentemente de circunferencia completa (es decir, en forma de aro); y lfnea quebrada o mixta, preferentemente poligonal cerrada, tal que un cuadrado. De esta forma se consigue una distribucion uniforme de los portadores de catalizador a una distancia predeterminada respecto de la lampara, de acuerdo con una solucion de montaje sobre la jaula que permite un facil acceso a los mismos.
De acuerdo con una realzacion preferente, se disponen parejas formadas por un cuerpo perimetral intermedio y un correspondiente cuerpo perimetral interior. De manera aun mas preferente, los cuerpos perimetrales interior e intermedio de una misma pareja estan distribuidos en una misma seccion de la jaula. De manera aun mas preferente, los cuerpos perimetrales intermedio e interior de una misma pareja son concentricos entre si. De acuerdo con una realZacion aun mas preferente, los cuerpos perimetrales interiores e intermedios son coaxiales.
De modo preferente se ha previsto la incorporacion adicional de brazos que conectan un determinado cuerpo perimetral intermedio con un correspondiente cuerpo perimetral interior o viceversa, para definir los alojamientos.
Se contempla asimismo preferiblemente que los cuerpos perimetrales interiores se encuentren vinculados entre si mediante varillas longitudinales interiores, asf como los cuerpos perimetrales intermedios esten vinculados entre si por varillas longitudinales intermedias.
Complementariamente la jaula puede incorporar cuerpos perimetrales exteriores que se vinculan cada uno a un correspondiente cuerpo perimetral intermedio o a las varillas longitudinales exteriores a traves de barras, para facilitar el posicionamiento de la jaula en el interior del cuerpo tubular, puesto que los cuerpos perimetrales exteriores presentan unas dimensiones exteriores que son solo ligeramente inferiores al diametro interior del cuerpo tubular del reactor, para posicionar las barras de acuerdo con unas tolerancias predeterminadas.
Tal como se ha indicado antes para el caso de los cuerpos perimetrales interiores e intermedios, los cuerpos perimetrales exteriores presentan preferentemente forma filamentosa, tal como circunferencia, segmento de circunferencia, lfnea quebrada, lfnea mixta o polfgono, por ejemplo, cuadrado. Asimismo, de manera preferente, los cuerpos perimetrales exteriores estan localzados en la misma seccion que las parejas de cuerpos exteriores interiores e intermedios, preferentemente de manera concentrica y, de manera aun mas preferente, de manera coaxial.
Por otra parte se ha previsto que la pared del cuerpo tubular sea preferentemente de chapa pulida para maximzar la reflexion de la luz incidente y aprovechar asf tambien las zonas de las barras de espuma de alumina que queden menos iluminadas.
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La lampara es soportada por los medios de fijacion de la tapa y la tapa dispone de medios de acoplamiento al cuerpo tubular, de tal modo configurados que la lampara es accesible de forma sencilla actuando simplemente sobre los medios de fijacion de la tapa, permitiendo su extraccion, comprobacion y en su caso sustitucion sin necesidad de desmontar la tapa. Por otro lado para acceder a los portadores se debera actuar sobre los medios de acoplamiento de la tapa y desmontar la tapa, mostrandose accesible la jaula y los portadores que se encuentran posicionados en la misma, de modo que se puede extraer la jaula en su conjunto con sus portadores o de forma independiente cada uno de los portadores de cada alojamiento.
DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripcion que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterlsticas de la invencion, de acuerdo con un ejemplo preferente de realizacion practica de la misma, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, un juego de dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva del reactor fotocatalltico objeto de esta invencion. Figura 2.- Muestra una vista lateral de la jaula del reactor.
Figura 3.- Muestra una vista en planta de la jaula en la que se encuentran alojados los portadores de los catalzadores.
Figura 4.- Muestra una vista en seccion de una posible realizacion de unos medios de fijacion, que forman parte del reactor, y que vinculan la lampara al cuerpo tubular.
REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
A la vista de las figuras se describe a continuacion un modo de realzacion preferente del reactor fotocatalltico para descontaminacion de agua que constituye el objeto de esta invencion.
Concretamente en la figura 1 se aprecia que el reactor fotocatalltico comprende un cuerpo tubular (1), que esta dotado de: al menos una tapa (2); una jaula (3), representada en la figura 2, interior al cuerpo tubular (1), para alojar un portador (4) de catalizador en forma de barras, tal y como se aprecia en la figura 3; una lampara (5) mostrada en la figura 4, que esta soportada por correspondientes medios de fijacion (6) asociados a la tapa (2); as! como unos conductos de paso de fluido (7, 8), mostrados en la figura 1, que facilitan la entrada y/o salida de fluido hacia/desde el cuerpo tubular (1).
La jaula (3) representada en las figuras 2 y 3 presenta una configuracion alargada cillndrica formada por parejas (9) paralelas de cuerpos perimetrales interiores (10) e intermedios (11) concentricos en forma de aros, donde las parejas (9) estan distribuidas en distintas secciones, cada una de las cuales consta de un cuerpo perimetral interior (10) y un cuerpo perimetral intermedio (11).
En la figura 3 se observa que los cuerpos perimetrales interiores (10) de las distintas parejas (9) se encuentran vinculados entre si mediante varillas longitudinales interiores (12), as! como los cuerpos perimetrales intermedios (11) de distintas parejas (9) estan vinculados entre si por varillas longitudinales intermedias (13), asi como entre el cuerpo perimetral interior (10) y el cuerpo perimetral intermedio (11) de cada pareja (9) se encuentran una serie de brazos (23) radiales que delimitan junto con el cuerpo perimetral intermedio (11) y el cuerpo perimetral
interior (10) una serie de alojamientos (14) en cada pareja (9).
En la figura 2 se observa que los alojamientos (14) de cada pareja (9) se encuentran enfrentados a los alojamientos (14) de las otras parejas (9), de tal modo que los alojamientos (14) enfrentados albergan las barras que form an el portador (4) de catalzador, que se 5 extienden longitudinalmente a lo largo de la jaula (3), segun se aprecia en la figura 3.
Adicionalmente la jaula (3) que se muestra en las figuras 2 y 3 dispone de un cuerpo perimetral exterior (15), tambien en forma de aro, que se prolonga desde algunos cuerpos perimetrales intermedios (11) con interim ediacion de unas barras radiales (20) que facilitan el posicionamiento de la jaula (3) en el interior del cuerpo tubular (1).
10 En la figura 4 se muestra una posible realizacion de los medios de fijacion (6) que fijan la lampara (5) a la tapa (2).
Concretamente los medios de fijacion (6), tal y como se representan en la figura 4, comprenden: un casquillo (16) con rosca macho vinculado a la tapa (2); una junta (17) alojada en el interior del casquillo (16), concretamente en este caso en una pared conica definida en el 15 interior del casquillo (16); un anillo (21) que apoya sobre la junta (17); una vaina (18) que aloja la lampara (5); y un soporte cillndrico (22) dotado de una rosca hembra interior que enrosca en el casquillo (16), de modo que ocasiona una presion sobre la junta (17) que a su vez transmite a la vaina (18), que as! sujeta la lampara (5).
Para desmontar la lampara (5) se debera desenroscar el soporte cillndrico (22) respecto del 20 casquillo (16), lo que supondra que la junta (17) deje de presionar la vaina (18) lo que permite la liberacion de la lampara (5) y su extraccion a traves del soporte cillndrico (22).
Claims (10)
- 5101520253035REIVINDICACIONES1. - Reactor fotocatalltico para descontaminacion de agua, que comprende:- un cuerpo tubular (1);- una lampara (5) alojada en el cuerpo tubular (1), para iluminar barras de portadores (4) de catalizador;- al menos una tapa (2) acoplable por uno de los extremos del cuerpo tubular (1);- unos medios de fijacion (6), asociados a la tapa (2), para el montaje de la lampara (5) a la tapa (2); y- unos conductos de paso de fluido (7, 8), que permiten la entrada y/o salida de fluido hacia/desde el cuerpo tubular (1);estando el reactor fotocatalltico caracterizado por que comprende adicionalmente una jaula (3) extralble a traves del extremo del cuerpo tubular (1), donde la jaula (3) presenta una configuracion alargada, as! como la jaula (3) comprende:- una pluralidad de cuerpos perimetrales intermedios (11) repartidos a lo largo de diferentes secciones de la jaula (3), definiendo el contorno exterior de la jaula (3);- una pluralidad de cuerpos perimetrales interiores (10), localzados asimismo a lo largo de diferentes secciones de la jaula (3), en el interior del volumen definido por los cuerpos perimetrales intermedios (11); y- una pluralidad de alojamientos (14) definidos entre los cuerpos perimetrales intermedios (11) y los cuerpos perimetrales interiores (10), para alojar las barras de portadores (4) del catalzador que se extienden longitudinalmente en la jaula (3).
- 2. - Reactor fotocatalltico para descontaminacion de agua, de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que los cuerpos perimetrales intermedios (11) y los cuerpos perimetrales interiores (10) comprenden parejas (9) formadas por un cuerpo perimetral intermedio (11) y un correspondiente cuerpo perimetral interiores (10).
- 3. - Reactor fotocatalltico para descontaminacion de agua, de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizado por que los cuerpos perimetrales interior (10) e intermedio (11) de una misma pareja (9) estan distribuidos en una misma seccion de la jaula (3).
- 4. - Reactor fotocatalltico para descontaminacion de agua, de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado por que los cuerpos perimetrales intermedio (11) e interior (10) de una misma pareja (9) son concentricos entre si.
- 5. - Reactor fotocatalltico para descontaminacion de agua, de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por quela jaula (3) comprende adicionalmente una pluralidad de brazos (23) que conectan un determinado cuerpo perimetral intermedio (11) con un correspondiente cuerpo perimetral interior (10), o viceversa, para definir los alojamientos (14).
- 6. - Reactor fotocatalltico para descontaminacion de agua, de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la jaula (3) comprende adicionalmente:- varillas longitudinales interiores (12), para vincular entre si los cuerpos perimetrales interiores (10); y/o- varillas longitudinales intermedias (13) para vincular entre si los cuerpos perimetrales intermedios (11).
- 7.- Reactor fotocatalltico para descontaminacion de agua, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 6, caracterizado por que la jaula (3) comprende adicionalmente cuerpos 5 perimetrales exteriores (15) vinculados cada uno a un correspondiente cuerpo perimetral intermedio (11) o a las varillas longitudinales intermedias (13) a traves de barras (20), donde los cuerpos perimetrales exteriores (15) presentan unas dimensiones exteriores que son ligeramente inferiores al diametro interior del cuerpo tubular (1) del reactor, para posicionar la jaula (3) en el interior del cuerpo tubular (1).10 8.- Reactor fotocatalltico para descontaminacion de agua, de acuerdo con las reivindicaciones2 y 7, caracterzado por que los cuerpos perimetrales exteriores (15) estan localzados en la misma seccion que las parejas (9) de cuerpos exteriores interiores (10) e intermedios (11).
- 9. - Reactor fotocatalltico para descontaminacion de agua, de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que los cuerpos perimetrales intermedios (11) y/o los cuerpos perimetrales15 interiores (10) y/o los cuerpos perimetrales exteriores (15) presentan una configuracion filamentosa.
- 10. - Reactor fotocatalltico para descontaminacion de agua, de acuerdo con la reivindicacion 9, caracterizado por que los cuerpos perimetrales intermedios (11) y/o los cuerpos perimetrales interiores (10) y/o los cuerpos perimetrales exteriores (15) presentan forma de aro.20 11.- Reactor fotocatalltico para descontaminacion de agua, de acuerdo con una cualquiera delas reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los cuerpos perimetrales intermedios y/o los cuerpos perimetrales interiores y/o los cuerpos perimetrales exteriores son coaxiales.
- 12.- Reactor fotocatalltico para descontaminacion de agua, de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque los medios de fijacion (6) comprenden: un casquillo (16) con rosca macho 25 vinculado a la tapa (2); una junta (17) alojada en el interior del casquillo (16); un anillo (21) que apoya sobre la junta (17); una vaina (18) que aloja la lampara (5); y un soporte cilindrico (22) dotado de una rosca hembra interior que enrosca en el casquillo (16), de modo que ocasiona una presion sobre la junta (17) que a su vez transmite a la vaina (18) para sujetar la lampara (5).30
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