ES2616506T3 - Dispositivo y proceso para la recuperación mejorada de agua desionizada - Google Patents

Dispositivo y proceso para la recuperación mejorada de agua desionizada Download PDF

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Abstract

Dispositivo para la recuperación mejorada de agua desionizada a partir de una corriente de agua de alimentación, que comprende: (i) medios para introducir una corriente de agua de alimentación en una celda de desionización capacitiva; (ii) un suministro de energía que puede aplicar ciclos cronometrados preprogramados de potenciales positivos, potenciales negativos y cortocircuito a la celda; (iii) un medidor para medir la concentración de sal del agua que sale de la celda; (iv) una válvula de solenoide aguas abajo del medidor; (v) un procesador electrónico; caracterizado porque la válvula es una válvula de cuatro vías y el procesador electrónico está programado para recibir el valor de concentración de sal del agua que sale de la celda desde dicho medidor y accionar la válvula para separar el agua hacia una de tres corrientes, en donde la primera corriente es para la recogida de agua purificada cuando la concentración de sal está por debajo de un punto de ajuste inferior predeterminado, una segunda corriente para el rechazo del agua cuando la concentración de sal está por encima de un punto de ajuste superior predeterminado y una tercera corriente para la recirculación del agua de nuevo hacia la corriente de agua de alimentación de entada cuando la concentración de sal está entre dicho punto de ajuste inferior y dicho punto de ajuste superior.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo y proceso para la recuperacion mejorada de agua desionizada Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un proceso y a un dispositivo para la reouperaoion mejorada de agua desionizada que se purifica usando el metodo de desionizacion capacitiva para la eliminacion de sales disueltas a partir de agua.
Antecedentes de la invencion
Una gran poblacion de personas en el mundo viven en paises en donde existe una grave escasez de agua potable higienica. Un alto porcentaje de estas personas viven en zonas rurales y remotas en donde existen pocas, si acaso alguna, plantas municipales de tratamiento de agua potable. Las personas tienden a depender directamente de fuentes de agua subterraneas, como pozos, estanques y rios.
El agua a partir de estas fuentes puede contener altos niveles de sales disueltas del orden de 500 a 3000 ppm, lo cual hace que el agua no sea adecuada para fines para beber. El agua con niveles de sales del orden de 500 a 1500 ppm tiene un sabor desagradable y el agua con niveles de sales mas alla de 1500 ppm se denomina generalmente “agua salobre” y agua es relativamente imbebible. Niveles de sales de 50 hasta 300 ppm proporcionan un buen sabor y generalmente se aceptan por todos como agua potable buena.
La desionizacion capacitiva es una tecnologia que es util en la eliminacion de sales. En esta tecnologia, se permite que el agua que contiene sales fluya a traves de un par de electrodos cargados de manera opuesta y los iones experimentan electrosorcion sobre la superficie de los electrodos eliminando de ese modo la sal en el agua tratada. Se ha mostrado que esta tecnologia elimina eficazmente la sal del agua con un consumo de energia significativamente inferior y con una recuperacion significativamente superior.
Los documentos US 6127474 A (Andelman, 2000), US 7110242 B (C and T Company, 2006), US 6022436 A (Koslow Technologies Corporation, 2000), US 2005/0042513 A1 (Curran et al) y uS 2006/0114643 A1 (Maxwell Technologies Inc) dan a conocer composiciones para uso en la tecnologia de desionizacion capacitiva y dan a conocer composiciones con carbono activado junto con un aglutinante, por ejemplo, un polimero fibrilado y negro de carbono conductor en diversas proporciones y con varios tamanos de particula.
El documento WO 09077276 A1 (Unilever, 2009) da a conocer una composicion de electrodo para desionizacion capacitiva para la eliminacion de sales disueltas a partir de agua y a un proceso para preparar la misma y al uso de tales sistemas en dispositivos de purificacion de agua. Da a conocer un electrodo para desionizacion capacitiva de agua que comprende carbono activado, aglutinante polimerico termoplastico y negro de carbono conductor.
Durante el proceso de desionizacion capacitiva, parte del agua de alimentacion se recoge como agua pura adecuada para beber con bajos niveles de las sales disueltas totales y otra parte del agua se desecha como desperdicio ya que los niveles de sal son superiores al nivel mencionado anteriormente. De ese modo la recuperacion de agua pura en el proceso es baja.
Se han hecho intentos para mejorar la velocidad de recuperacion de desionizador capacitivo.
Se hizo un intento de este tipo en el documento US 202167782 A1 (Andelman, 2002), que describe un capacitor de flujo pasante para desionizar o descontaminar un fluido. La solicitud da a conocer el uso de barrera de carga; que es una capa de material permeable o semipermeable, y que puede mantener una carga electrica, colocada adyacente a un electrodo de manera que esta barrera de carga compensa las perdidas de volumen de poro provocadas por adsorcion y expulsion de iones de volumen de poro. Esto proporciona un capacitor con eficiencia de energia e ionica mejorada. Sin embargo, en esta solicitud, no se da a conocer un sistema para recuperar o recircular la corriente de agua de desecho.
El documento US 207/0284313 A1 (Lee et al.) da a conocer un sistema de purificacion de agua usando electrosorcion. Esta solicitud ensena un aparato y metodo de purificacion de agua basado en electrosorcion, de tipo sumergido, que puede potenciar la eficiencia de desalinizacion y velocidad de recuperacion y minimiza el consumo de energia mediante la eliminacion eficaz del aire o gas que se adhiere a los electrodos. La solicitud da a conocer un aparato con uno o mas de los reactores basados en electrosorcion dispuestos en disposicion en paralelo o en tandem y sumergidos en el bano de agua de almacenamiento/purificacion de agua de flujo de entrada. La solicitud ensena la recirculacion de una porcion de la disolucion de regeneracion hacia el agua de flujo de entrada durante el ciclo de regeneracion. Como este sistema solo recircula la disolucion de regeneracion, no mejorara realmente la eficiencia del electrodo de ningun modo.
Sumario de la invencion
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De manera sorprendente, se ha enoontrado ahora que un proceso mediante el cual el agua de desecho produclda durante la purificacion de agua mediante desionizacion capacitiva puede recircularse mejora la recuperacion total y potencia la vida de los electrodos de la celda de desionizacion capacitiva.
Por tanto, un objeto de la presente invencion es proporcionar un proceso para mejorar la recuperacion de agua desionizada a partir de la corriente de agua de alimentacion.
Otro objeto de la presente invencion es proporcionar un dispositivo para la recuperacion mejorada de agua desionizada a partir de la corriente de agua de alimentacion.
Aun otro objeto de la presente invencion es potenciar la vida de los electrodos de una celda de desionizacion capacitiva.
Un objeto adicional de la presente invencion es reducir el desperdicio de agua.
Por consiguiente, en un primer aspecto, se da a conocer un proceso para la recuperacion mejorada de agua desionizada a partir de una corriente de agua de alimentacion, que comprende las etapas de:
(i) suministrar la corriente de agua de alimentacion a una celda de desionizacion capacitiva;
(ii) medir la concentracion de sal del agua que sale de la celda de desionizacion capacitiva;
(iii) recoger el agua que sale de la celda, cuando la concentracion de sal es menor que un punto de ajuste inferior predeterminado, para preparar agua purificada o rechazar el agua que sale de la celda cuando la concentracion de sal es mayor que un punto de ajuste superior predeterminado;
en el que el agua que sale de la celda se recircula con la corriente de agua de alimentacion cuando la concentracion de sal del agua que sale de la celda esta entre el punto de ajuste inferior y el punto de ajuste superior.
Segun un segundo aspecto, se da a conocer un dispositivo para la recuperacion mejorada de agua desionizada a partir de agua de alimentacion, que comprende:
(i) medios para introducir agua de alimentacion en una celda de desionizacion capacitiva;
(ii) un suministro de energia que puede aplicar ciclos cronometrados preprogramados de potenciales positivos, potenciales negativos y cortocircuito a la celda;
(iii) un medidor para medir la concentracion de sal del agua que sale de la celda;
(iv) una valvula de solenoide aguas abajo del medidor;
(v) un procesador electronico;
caracterizado porque la valvula es una valvula de cuatro vias y el procesador electronico esta programado para recibir el valor de concentracion de sal del agua que sale de la celda desde dicho medidor, y accionar la valvula para separar el agua hacia una de tres corrientes, en donde la primera corriente es para la recogida de agua purificada cuando la concentracion de sal esta por debajo de un punto de ajuste inferior predeterminado, una segunda corriente para el rechazo del agua cuando la concentracion de sal esta por encima de un punto de ajuste superior predeterminado y una tercera corriente para la recirculacion del agua de nuevo hacia la corriente de agua de alimentacion de entrada cuando la concentracion de sal esta entre dicho punto de ajuste inferior y dicho punto de ajuste superior.
Estos y otros aspectos, caracteristicas y ventajas resultaran evidentes para los expertos habituales en la tecnica a partir de una lectura de la siguiente descripcion detallada y las reivindicaciones adjuntas. La expresion “que comprende” pretende significar “que incluye” pero no necesariamente “que consiste en” o “compuesto por”. En otras palabras, no es necesario que las opciones o etapas enumeradas sean exhaustivas. Se indica que los ejemplos/figuras proporcionados en la descripcion a continuacion pretenden aclarar la invencion y no pretenden limitar la invencion a esos ejemplos per se.
Breve descripcion de las figuras
La figura 1 es un diagrama de bloques esquematico de un sistema de desionizacion de agua basado en celda de desionizacion capacitiva de recirculacion segun la presente invencion.
La figura 2 es una representacion esquematica de la valvula de solenoide de cuatro vias segun la presente invencion.
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Descripcion detallada de la invencion
Metodo de desionizacion de aqua
La invencion proporciona un proceso para desionizar una corriente de aqua de alimentacion que comprende la etapa de suministrar la corriente de aqua de alimentacion a una celda de desionizacion capacitiva; medir la concentracion de sal del aqua que sale de la celda de desionizacion capacitiva y o bien preparar aqua purificada o bien rechazar el aqua o recircular el aqua que sale de la celda de desionizacion capacitiva.
Dispositivo de desionizacion de aqua
Se da a conocer un dispositivo para la recuperacion mejorada de aqua desionizada a partir de aqua de alimentacion, que comprende:
(i) medios para introducir aqua de alimentacion en una celda de desionizacion capacitiva;
(ii) un suministro de enerqia que puede aplicar ciclos cronometrados preproqramados de potenciales positivos, potenciales neqativos y cortocircuito a la celda;
(iii) un medidor para medir la concentracion de sal del aqua que sale de la celda;
(iv) una valvula de solenoide aquas abajo del medidor;
(v) un procesador electronico;
caracterizado porque la valvula es una valvula de cuatro vias y el procesador electronico esta proqramado para recibir el valor de concentracion de sal del aqua que sale de la celda desde dicho medidor, y accionar la valvula para separar el aqua hacia una de las tres corrientes en donde la primera corriente es para la recoqida de aqua purificada cuando la concentracion de sal esta por debajo de un punto de ajuste inferior predeterminado, una sequnda corriente para el rechazo del aqua cuando al concentracion de sal esta por encima de un punto de ajuste superior predeterminado y una tercera corriente para la recirculacion del aqua de nuevo a la corriente de aqua de alimentacion de entrada cuando la concentracion de sal esta entre dicho punto de ajuste inferior y dicho punto de ajuste superior.
Medios para introducir aqua de alimentacion
El dispositivo sequn la invencion incluye un medio para introducir aqua de alimentacion en una celda de desionizacion capacitiva. El medio para introducir aqua de alimentacion incluye preferiblemente un deposito o una fuente en linea de aqua de alimentacion y una bomba.
El aqua de alimentacion almacenada en un deposito puede alimentarse a la celda de desionizacion capacitiva o la celda de desionizacion capacitiva puede conectarse a una fuente en linea. La bomba suministra preferiblemente el aqua de alimentacion desde el deposito o fuente en linea a la celda de desionizacion capacitiva.
La bomba suministra el aqua de alimentacion a una velocidad de flujo de preferiblemente 1 a 1500 ml/minuto y mas preferiblemente a una velocidad de flujo de 10 a 300 ml/minuto.
Celda de desionizacion capacitiva
El dispositivo incluye una celda de desionizacion capacitiva. La celda de desionizacion capacitiva incluye preferiblemente un par de electrodos, con los electrodos en un par colocados en paralelo y conectados a un potencial positivo y uno neqativo. Un recinto rodea preferiblemente la celda de desionizacion capacitiva y proporciona que fluya aqua dentro y fuera de la celda. El recinto preferiblemente tambien proporciona y realiza conexiones externamente a los electrodos en la celda.
Electrodo
El electrodo incluye preferiblemente una mezcla de carbono activado, aqlutinante termoplastico y neqro de carbono conductor que se moldea sobre un substrato de lamina de qrafito a traves de un proceso de tratamiento termico. Preferiblemente, un electrodo del par de electrodos se conecta al potencial positivo y el otro del par de electrodos se conecta a un potencial neqativo de un suministro de enerqia. Preferiblemente, puede disponerse una pluralidad de par de electrodos dentro de una celda.
Carbono activado
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El carbono aotivado se seleooiona preferiblemente de uno o mas de carbon bituminoso, cascara de coco, madera y alquitran de petroleo. El area de superficie del carbono aotivado excede preferiblemente 500 m2/g, mas preferiblemente excede 1000 m2/g. Preferiblemente, el carbono aotivado tiene un coeficiente de uniformidad de tamano de menos de 2, mas preferiblemente menos de 1,5; preferiblemente un numero de tetracloruro de carbono que excede del 50%, mas preferiblemente que excede del 60%.
El carbono aotivado tiene preferiblemente un indice de yodo mayor de 800, mas preferiblemente mayor de 1000. El carbono aotivado tiene un tamano de particula en el intervalo de 75 a 300 micrometros, preferiblemente desde 100 hasta 250 micrometros.
Aglutinante termoplastico
El termino aglutinante termoplastico usado en el electrodo es preferiblemente un aglutinante que tiene una velocidad de flujo del fundido (MFR) menor de 5 g/10 minutos, mas preferiblemente menor de 2 g/10 minutos, de manera adicional mas preferiblemente menor de 1 g/10 minutos. La densidad aparente del aglutinante es preferiblemente menor o igual a 0,6 g/cm3, mas preferiblemente menor o igual a 0,5 g/cm3 y de manera adicional mas preferiblemente menor o igual a 0,25 g/cm3. La velocidad de flujo del fundido (MFR) se mide usando la prueba ASTM D 1238 (ISO 1133). La prueba mide el flujo de un polimero fundido a traves de un plastometro de extrusion en condiciones de temperatura y carga especificas.
El plastometro de extrusion consiste en un cilindro vertical con una pequena boquilla de 2 mm en el fondo y un piston retirable en la parte superior. Se coloca una carga de material en el cilindro y se precalienta durante varios minutos. Se coloca el piston sobre la parte superior del polimero fundido y su peso fuerza al polimero a traves de la boquilla y sobre una placa de recogida. El intervalo de tiempo para la prueba oscila entre 15 segundos y 15 minutos con el fin de acomodar las diferentes viscosidades de los plasticos. Las temperaturas usadas son de 190, 220, 250 y 300sC (428, 482 y 5722F). Las cargas usadas son de 1,2, 5, 10 y 15 kg. Preferiblemente las pruebas se realizan a 1902C a 15 kg de carga. La cantidad de polimero recogida despues de un intervalo especifico se pesa y se normaliza al numero de gramos que se habrian extruido en 10 minutos. La velocidad de flujo del fundido se expresa en gramos por tiempo de referenda.
El aglutinante es preferiblemente un polimero termoplastico que tiene los valores de MFR bajos descritos anteriormente. Los ejemplos adecuados incluyen polimero de peso molecular ultra alto preferiblemente polietileno, polipropileno y combinaciones de los mismos, que tienen estos valores de MFR bajos.
El peso molecular esta preferiblemente en el intervalo de 106 a 109 g/mol. Aglutinantes de esta clase estan comercialmente disponibles con los nombres comerciales HOSTALEN de Tycona GMBH, GUR, Sunfine (de Asahi, Japon), Hizex (de Mitsubishi) y de Brasken Corp (Brasil). Otros aglutinantes adecuados incluyen LDPE comercializado como Lupolen (de Basel Polyolefins) y LLDPe de Qunos (Australia).
El aglutinante termoplastico preferiblemente no es un polimero fibrilado, por ejemplo, politetrafluoroetileno (PtFE).
El tamano de particula del aglutinante termoplastico esta preferiblemente en el intervalo de 20 a 60 micrometros, preferiblemente mayor de 40 micrometros. El aglutinante termoplastico esta presente preferiblemente en del 8 al 30%, mas preferiblemente en del 10 al 30%, de manera adicional mas preferiblemente del 12 al 28% en peso del electrodo.
La razon de carbono aotivado con respecto a aglutinante esta preferiblemente en el intervalo de 1:1 a 20:1, mas preferiblemente en el intervalo de 1:1 a 10:1 partes en peso.
Negro de carbono conductor (CCB)
El negro de carbono es una forma de carbono elemental. La mayor parte del negro de carbono se produce por el proceso de horno de aceite a partir de hidrocarburos aromaticos, liquidos. Al seleccionar el negro de carbono para el electrodo, los factores claves a considerar son: area de superficie total y area de superficie de mesoporo, estructura y oxidacion de superficie.
El negro de carbono conductor usado en el electrodo de la invencion tiene preferiblemente un area de superficie total mayor de 500 m2/g.
El negro de carbono conductor tiene area de mesoporo mayor de 100 m2/g y mas preferiblemente en el intervalo de 100 a 1000 m2/g.
La estructura del negro de carbono se caracteriza por un numero de absorcion de aceite (OAN). El negro de carbono comercialmente disponible tiene un OAN en el intervalo de desde 45 hasta 400 cc/100 gramos de negro. El negro de carbono conductor tiene preferiblemente un numero de absorcion de aceite (OAN) mayor de 100 cc/100 g, preferiblemente en el intervalo de 100 a 400 cc/10 g, mas preferiblemente en el intervalo de 250 a 400 cc/100 g. El
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negro de carbono conductor tiene un bajo oontenido en oxigeno quimiosorbido sobre sus superficies.
Pueden procurarse grados adecuados de negro de carbono de TIMCAL Graphite 5 Carbon (grados: Ensaco 250G, Ensaco 350) o de Cabot Corporation (grados: Regal, Black Pearl 2000, Vulcan) o de EVONOVIK (Grado: PRINTEX XE-2), o de AKZO NOBEL (Ketjen Black).
Suministro de energia
El suministro de energia es preferiblemente un sistema de suministro de energia de CC programable para suministrar voltaje de CC con intervalo de voltaje de 0 V a 5V, 100 W y para aplicar ciclos cronometrados preprogramados de potenciales positivos, potenciales negativos y cortocircuito a la celda.
Se aplica un potencial positivo a traves de los electrodos de la celda de desionizacion capacitiva durante el ciclo de purificacion y se aplica un potencial negativo durante el ciclo de regeneracion. Se aplican dos estados de cortocircuito (S1) y (S2) uno antes (S1) y uno despues (S2) de aplicar el potencial negativo en el ciclo de regeneracion. El voltaje aplicado a traves de los electrodos de la celda de desionizacion capacitiva durante el ciclo de purificacion es preferiblemente de desde 0,1 hasta 5 V, mas preferiblemente desde 0,8 hasta 3,5 V y todavia mas preferiblemente desde 1,0 hasta 2,5 V. El voltaje negativo aplicado a traves de los electrodos durante el ciclo de regeneracion es preferiblemente de desde -0,1 hasta -5 V, mas preferiblemente desde -0,8 hasta -3,5 V y todavia mas preferiblemente desde -1,0 hasta -2,5 V.
La duracion del potencial positivo es preferiblemente de desde 60 hasta 1200 segundos. La duracion del potencial negativo es preferiblemente de desde 10 hasta 300 segundos. La duracion del estado de cortocircuito (S1) antes del ciclo de regeneracion es preferiblemente de desde 2 hasta 60 segundos y para el estado de cortocircuito (S2) despues del ciclo de regeneracion es preferiblemente de desde 5 hasta 1500 segundos.
Medidor
El dispositivo segun la invencion incluye un medidor para medir la concentracion de sal del agua que sale de la celda. La concentracion de sal se mide preferiblemente usando un medidor de conductividad. Se situa preferiblemente un primer medidor de conductividad antes de la celda de desionizacion capacitiva y mide la concentracion de sal de la corriente de agua de alimentacion. Se situa preferiblemente un segundo medidor de conductividad despues de la celda de desionizacion capacitiva y mide la concentracion de sal de la corriente de agua de salida de la celda de desionizacion capacitiva.
El medidor de conductividad esta conectado preferiblemente a un procesador electronico. El procesador electronico recibe la senal electrica del medidor de conductividad.
El procesador electronico convierte la senal electrica del medidor de conductividad en un valor de concentracion de solidos disueltos totales (TDS).
La conductividad se mide preferiblemente a intervalos regulares de 1 segundo controlados por el procesador electronico.
Valvula de solenoide
El dispositivo segun la invencion incluye una valvula de solenoide aguas abajo del medidor; la valvula de solenoide es una valvula de cuatro vias. La valvula de solenoide separa el agua hacia una de tres corrientes, en donde la primera corriente es para la recogida de agua purificada cuando la concentracion de sal esta por debajo de un punto de ajuste inferior predeterminado, una segunda corriente para el rechazo del agua cuando la concentracion de sal esta por encima de un punto de ajuste superior predeterminado y una tercera corriente para la recirculacion del agua de nuevo hacia la corriente de agua de alimentacion de entrada cuando la concentracion de sal esta entre dicho punto de ajuste inferior y dicho punto de ajuste superior.
La valvula de solenoide tiene preferiblemente un puerto de entrada para recibir agua desde el segundo medidor de conductividad, un puerto de agua de reflujo de salida para recircular la tercera corriente hacia la corriente de agua de alimentacion, un puerto de agua de desecho de salida para rechazar la segunda corriente y un puerto de agua pura de salida para recoger la primera para preparar el agua purificada.
La apertura y el cierre de los puertos relevantes de la valvula de solenoide se controlan mediante el procesador electronico.
El procesador electronico abre el puerto de agua de reflujo de salida de la valvula de solenoide cuando la corriente de agua de alimentacion de salida desde la celda de desionizacion capacitiva tiene un valor de concentracion de TDS entre el punto de ajuste superior y el punto de ajuste inferior. El procesador electronico abre el puerto de agua de desecho de salida cuando la corriente de agua de alimentacion de salida de la celda de desionizacion capacitiva
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tiene una oonoentraoion de TDS superior al punto de ajuste superior. El procesador electronico abre el puesto de agua pura de salida ouando la oorriente de agua de alimentacion de salida de la oelda de desionizacion capacitiva tiene una oonoentraoion de TDS por debajo del punto de ajuste inferior. Las valvulas de salida anteriores se abren mientras se mantienen las otras dos valvulas de salida oerradas.
Procesador eleotronioo
El dispositivo segun la invencion incluye un procesador eleotronioo. El procesador eleotronioo aooiona la valvula de solenoide para separar el agua en una de las tres oorrientes. El procesador eleotronioo esta ooneotado preferiblemente con el primer medidor de conductividad, el segundo medidor de conductividad, la valvula de solenoide y el suministro de energia.
El procesador eleotronioo esta preprogramado con un punto de ajuste superior y un punto de ajuste inferior para el valor de oonoentraoion de solidos disueltos totales.
El punto de ajuste superior es preferiblemente mayor de 500 ppm y preferiblemente menor de 1500 ppm. El punto de ajuste superior preferiblemente no es mayor que la oonoentraoion de sal de la oorriente de agua de alimentacion.
El punto de ajuste inferior es preferiblemente menor de 300 ppm. Mas preferiblemente, menor de 200 ppm. El punto de ajuste inferior es preferiblemente mayor de 100 ppm.
El procesador eleotronioo oontrola la apertura del puerto especifico de la valvula de solenoide basandose en el valor de oonoentraoion de TDS de entrada y salida medido y los puntos de ajuste superior e inferior predeterminados de la oonoentraoion de solidos disueltos totales (TDS).
La invencion se ejemplificara ahora con las siguientes figuras no limitativas.
Descripcion detallada de las figuras
La figura 1 es un diagrama de bloques esquematico de un sistema de desionizacion de agua basado en oelda de desionizacion capacitiva de recirculacion segun la presente invencion. El agua (1) de alimentacion de oonoentraoion de iones oonooida determinada por un primer medidor (3) de conductividad situado antes de una oelda (4) de desionizacion capacitiva se bombea mediante una bomba (2) desde el deposito/fuente en linea de agua de alimentacion a traves de una oelda (4) de desionizacion capacitiva que tiene un eleotrodo negativo para absorber oationes y un eleotrodo positivo para absorber aniones (no mostrado en esta figura). La oonoentraoion de iones del agua de salida que sale de la oelda de desionizacion capacitiva se determina mediante un segundo medidor (5) de conductividad situado entre la oelda (4) de desionizacion capacitiva y una valvula (6) de solenoide de ouatro vias. Un procesador (7) eleotronioo reoibe la senal electrica desde el medidor de conductividad primero (3) y segundo (5) y oonvierta esta senal en un valor de oonoentraoion de TDS. El procesador (7) eleotronioo esta preprogramado con el punto de ajuste superior y punto de ajuste inferior predeterminados del valor de oonoentraoion de TDS. El procesador eleotronioo oompara las oonoentraoiones de TDS medidas del agua que sale del segundo medidor (5) de conductividad con los niveles preprogramados y oontrola la apertura y oierre de los puertos de la valvula (6) de solenoide de ouatro vias.
La figura 2 es una representacion esquematica de la valvula de solenoide de ouatro vias segun la presente invenoion. La oorriente de agua de alimentaoion de salida de la oelda de desionizaoion oapaoitiva oon un valor de oonoentraoion de iones medido entra en la valvula de ouatro vias a traves del puerto (8) de entrada. Cuando el valor de oonoentraoion de TDS del agua que entra en el puerto (8) de entrada es mayor que el punto de ajuste superior predeterminado, el procesador (7) eleotronioo abre el puerto (10) de agua de deseoho de salida de la valvula de solenoide. Cuando la oonoentraoion de TDS del agua que entra en el puerto (8) de entrada esta por debajo del punto de ajuste inferior predeterminado, el procesador (7) eleotronioo envia una senal para abrir el puerto (11) de agua pura de salida de la valvula de solenoide.
Cuando la oonoentraoion de iones del agua que entra en el puerto (8) de entrada esta entre el punto de ajuste inferior predeterminado y el punto de ajuste superior predeterminado, el procesador (7) eleotronioo envia una senal para abrir el puerto (9) de agua de reflujo de salida de la valvula de solenoide.
Ejemplos
Ejemplo 1
Se fabrico un dispositivo para la recuperacion mejorada de agua desionizada segun la presente invencion tal oomo se muestra en la figura 1, y se uso para determinar la recuperacion de agua. Se preparo el eleotrodo de la oelda de desionizacion capacitiva mezolando oarbono aotivado en polvo, polietileno de alta densidad y un negro de oarbono conductor (Ensaoo 350G de TIMCAL) en una razon de 7.2:1 y se moldeo sobre un substrato de grafito a traves de un prooeso de tratamiento termico. Se oolooo un par de eleotrodos oiroulares (15 cm de diametro) dentro de un
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reointo con una provision para que se alimentara agua a traves de Ios eleotrodos y se aplicara potenoial al mismo a partir del suministro de energia. Esto formo la oelda de desionizacion.
Se conecto la oelda de desionizacion al sistema de suministro de energia de CC para suministrar voltaje de CC a traves del eleotrodo positivo y negativo. Se aplico un potenoial positivo de 3,2 voltios durante 10 minutos a traves de los eleotrodos durante el oiolo de purificacion, se administraron dos oiolos de cortocircuito durante 5 minutos y un potenoial negativo de 3,2 voltios durante 2 minutos durante el oiolo de regeneracion. Se alimento la oorriente de agua de alimentacion desde el deposito hacia la oelda de desionizacion oapaoitiva mediante una bomba peristaltioa a una velooidad de flujo de 10 ml/min. Se midio la concentracion de sal de la oorriente de agua de alimentacion mediante el primer medidor de oonduotividad. El valor de concentracion de solidos disueltos totales (TDS) de la oorriente de agua de alimentacion fue de 600 ppm. La oorriente de agua de alimentacion entro en la oelda de desionizacion oapaoitiva radialmente y salio de la oelda de desionizacion desde el oentro del eleotrodo superior.
Se programo el prooesador electronico a un punto de ajuste inferior predeterminado para el valor de concentracion de TDS a 200 ppm y un punto de ajuste superior de valor de concentracion de TDS a 600 ppm.
En el ejemplo A durante el oiolo de purificacion, se preprogramo el prooesador electronico para abrir el puerto de agua de deseoho de salida ouando el valor de concentracion de TDS del agua que sale de la oelda de desionizacion oapaoitiva estuviera por enoima de 200 ppm y para abrir el puerto de agua pura de salida oando el valor de concentracion de TDS del agua que deja la oelda de desionizacion oapaoitiva estuviera por debajo de 200 ppm. El puerto de agua de reflujo de salida estaba oerrado durante el oiolo oompleto.
El ejemplo B fue similar al ejemplo A, excepto porque durante el oiolo de purificacion, se preprogramo el prooesador electronico para abrir el puerto de agua de reflujo de salida ouando el valor de concentracion de TDS del agua que sale de la oelda de desionizacion oapaoitiva estuviera entre 200 ppm y 600 ppm. Se abrio el puerto de agua pura de salida ouando el valor de concentracion de TDS del agua que sale de la oelda de desionizacion oapaoitiva estaba por debajo de 200 ppm y se abrio el puerto de agua de deseoho de salida ouando el valor de concentracion de TDS estaba por enoima de 600 ppm.
Se calculo la recuperacion al final de un oiolo oompleto usando la siguiente eouaoion:
% de recuperacion = (volumen de agua purifioada/volumen de agua de alimentacion) x 100 Los datos de % de recuperacion se proporoionan en la tabla 1.
Tabla 1
Ejemplo
% de recuperacion de 1s oiolo % de recuperacion de 20s oiolo % de recuperacion de 30s oiolo % de recuperacion de 37s oiolo % de recuperacion promedio para 37 oiolos
A
39,3 30 0 0 18,6
B
40,6 45 35 37 39,5
Este oonjunto de ejemplos muestra olaramente que el agua de desionizacion usando la oelda de desionizacion oapaoitiva segun la presente invencion (ejemplo B) proporoiona una mejor recuperacion en comparacion con el ejemplo oomparativo A.
Tabla 2
Ejemplo
Numero de oiolos durante los ouales la recuperacion >0% Duracion total de los oiolos con recuperacion > 0% (en horas)
A
31 oiolos 8,8 horas
B
>37 oiolos >10,5 horas
La tabla 2 muestra que el agua de desionizacion que usa la oelda de desionizacion oapaoitiva segun la presente invencion (ejemplo B) proporoiona una vida mas larga a los eleotrodos ouando se oompara con el ejemplo oomparativo A.

Claims (7)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo para la reouperaoion mejorada de agua desionizada a partir de una oorriente de agua de alimentaoion, que oomprende:
    (i) medios para introduoir una oorriente de agua de alimentaoion en una oelda de desionizaoion oapaoitiva;
    (ii) un suministro de energia que puede aplioar oiolos oronometrados preprogramados de potenoiales positivos, potenoiales negativos y oortooirouito a la oelda;
    (iii) un medidor para medir la oonoentraoion de sal del agua que sale de la oelda;
    (iv) una valvula de solenoide aguas abajo del medidor;
    (v) un prooesador eleotronioo;
    oaraoterizado porque la valvula es una valvula de ouatro vias y el prooesador eleotronioo esta programado para reoibir el valor de oonoentraoion de sal del agua que sale de la oelda desde dioho medidor y aooionar la valvula para separar el agua haoia una de tres oorrientes, en donde la primera oorriente es para la reoogida de agua purifioada ouando la oonoentraoion de sal esta por debajo de un punto de ajuste inferior predeterminado, una segunda oorriente para el reohazo del agua ouando la oonoentraoion de sal esta por enoima de un punto de ajuste superior predeterminado y una teroera oorriente para la reoiroulaoion del agua de nuevo haoia la oorriente de agua de alimentaoion de entada ouando la oonoentraoion de sal esta entre dioho punto de ajuste inferior y dioho punto de ajuste superior.
  2. 2. Dispositivo segun la reivindioaoion 1, en el que dioho punto de ajuste superior no es mayor que la oonoentraoion de sal de la oorriente de agua de alimentaoion.
  3. 3. Dispositivo segun la reivindioaoion 1 o 2, en el que el punto de ajuste superior es mayor de 500 ppm.
  4. 4. Dispositivo segun una oualquiera de las reivindioaoiones anteriores, en el que el punto de ajuste superior es menor de 1500 ppm.
  5. 5. Dispositivo segun una oualquiera de las reivindioaoiones anteriores, en el que el punto de ajuste inferior es menor de 300 ppm.
  6. 6. Dispositivo segun una oualquiera de las reivindioaoiones anteriores, en el que el punto de ajuste inferior es mayor de 100 ppm.
  7. 7. Dispositivo segun una oualquiera de las reivindioaoiones anteriores, en el que dioho medidor es un medidor de oonduotividad.
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