ES2928980T3 - Planta de tratamiento de aguas residuales y procedimiento de tratamiento de lodos residuales con descarga eléctrica pulsada - Google Patents

Planta de tratamiento de aguas residuales y procedimiento de tratamiento de lodos residuales con descarga eléctrica pulsada Download PDF

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Abstract

Se describen una planta de aguas residuales y un método para el tratamiento de lodos de aguas residuales u otros fluidos de aguas residuales. La planta de aguas residuales utiliza un sistema de descarga eléctrica configurado para recibir un fluido de aguas residuales y generar un voltaje transitorio y un pulso de corriente eléctrica de arco a través del fluido de aguas residuales recibido para crear una onda de choque electrohidráulica dentro del fluido de aguas residuales acompañada de un campo eléctrico alto, intensivo radiación de calor y luz. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Planta de tratamiento de aguas residuales y procedimiento de tratamiento de lodos residuales con descarga eléctrica pulsada
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una planta de tratamiento de aguas residuales y a un procedimiento de tratamiento de fluidos de aguas residuales en la planta de tratamiento de aguas residuales mediante el uso de descargas eléctricas de alta energía.
Antecedentes de la invención
Los materiales nocivos y los agentes patógenos que se encuentran en los fluidos de las aguas residuales, incluidas las aguas residuales, los lodos de las aguas residuales y los lodos activados residuales, pueden representar un riesgo importante para el medio ambiente y para la salud humana si no se tratan. En consecuencia, los diversos componentes orgánicos, inorgánicos, químicos y microbianos de los fluidos de las aguas residuales deben ser tratados antes de que los productos residuales puedan ser vertidos al medio ambiente. Algunos ejemplos de estos fluidos residuales son los lodos industriales, las aguas residuales municipales, los efluentes de los procesos químicos, los efluentes de las fábricas de papel, los residuos ganaderos, etc. El tratamiento de estos fluidos de aguas residuales se suele llevar a cabo en plantas de tratamiento de aguas residuales (WWTP, del inglés Wastewater Treatment Plant).
Refiriéndonos a la Fig. 1, se ilustra una vista esquemática del tratamiento del fluido de aguas residuales municipales en una planta de tratamiento de aguas residuales (WWTP) 100 de la técnica anterior. El fluido de las aguas residuales puede fluir primero hacia una estación de tratamiento preliminar 102. La estación de tratamiento preliminar 102 puede incluir uno o más tamices (no mostrados), que pueden ser, por ejemplo, grandes rejillas metálicas que impiden que los objetos más grandes (basura, gravilla, arena, etc.) en la corriente de fluido de las aguas residuales pasen aguas abajo.
Después de que la corriente de fluido de aguas residuales pase por la estación de tratamiento preliminar 102, el afluente de aguas residuales entra en un clarificador de sedimentación primaria 103 de la WWTP 100, donde los lodos crudos (también denominados lodos primarios (PS)) se separan de las aguas residuales mediante floculación, sedimentación y otras técnicas de sedimentación primaria.
La fracción de agua residual restante (separada del lodo primario) que se descarga desde el clarificador primario 103 todavía contiene una concentración relativamente alta de sólidos biológicos suspendidos y residuos biológicos disueltos, nitratos, fosfatos, etc. Esta fracción de aguas residuales, que también se denomina efluente primario, se dirige a uno o más tanques de aireación 104, donde los microorganismos aeróbicos tratan las aguas residuales en presencia de aire que se bombea al tanque de aireación 104 para producir un efluente de aguas residuales aireadas.
Cabe señalar que algunas WWTP renuncian a las etapas de tratamiento en la estación de tratamiento preliminar 102, y en el clarificador de sedimentación primaria 103, y la corriente de fluido de aguas residuales en su totalidad se transfiere a uno o más tanques de aireación 104. La acción de las bacterias en el o los tanques de aireación 104 consiste en reducir los fosfatos, los nitratos y los residuos biológicos disueltos o en suspensión.
El efluente de aguas residuales aireadas que sale del tanque de aireación 104 se denomina lodo activado (AS). El AS se transfiere a un clarificador de sedimentación secundario 105, donde puede producirse una sedimentación adicional. El fluido de aguas residuales que sale del clarificador secundario 105 tiene dos fracciones, tal como una fracción que contiene un mayor porcentaje de sólidos biológicos (materia microbiana), y una fracción que contiene un menor porcentaje de sólidos biológicos.
La fracción de fluido de aguas residuales que sale del clarificador secundario 105 y que contiene un mayor porcentaje de sólidos biológicos se denomina lodo activado residual (WAS) o lodo secundario. Una parte del lodo secundario suele devolverse al tanque de aireación 104 para ayudar a perpetuar el proceso de biodegradación aeróbica. Este lodo secundario se denomina lodo activado de retorno (RAS).
El WAS del clarificador secundario 105 y el lodo primario (lodo crudo) del clarificador primario 103 se transportan a un digestor anaeróbico 106.
Cuando se desee, los lodos activados residuales del clarificador secundario 105 y los lodos primarios del clarificador primario 103 pueden pasar a través de los espesadores primario y secundario 107 y 108, de forma correspondiente, donde se puede eliminar el agua de acceso del WAS para aumentar el contenido de sólidos. El agua de acceso puede eliminarse, por ejemplo, añadiendo productos químicos, como polímeros en combinación con hierro trivalente o cal. Asimismo, acciones como el colado, la flotación o la sedimentación por gravedad también pueden utilizarse para eliminar el agua de acceso.
Los lodos primarios espesados y los lodos activados residuales espesados pueden pasar al digestor anaeróbico 106 durante unos 15-21 días. En el digestor anaeróbico 106, los lodos primarios y los lodos activados residuales se exponen a microorganismos en un entorno pobre en oxígeno para la digestión anaeróbica que degradan aún más los lodos biológicamente sometiéndolos a fermentación anaeróbica para producir subproductos gaseosos, como metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), sulfuro de hidrógeno (H2S) y amoníaco (NH3).
Al menos dos corrientes de productos pueden salir del digestor anaeróbico 106. Una primera corriente de producto contiene subproductos gaseosos CH4, CO2 , H2S y NH3, y una segunda corriente contiene lodos digeridos que también se denominan digestato, que contienen sólidos digeridos, procesadores microbiológicos y también fracción líquida. Hay que tener en cuenta que aunque el metano puede representar recursos energéticos y puede ser recogido y utilizado, otros subproductos gaseosos emiten malos olores, causan contaminación y son corrosivos. El digestato se transfiere a un sistema de deshidratación 109 donde el lodo que sale del digestor anaeróbico 106 se somete a presión para deshidratarlo y separar aún más los líquidos de los sólidos biológicos para crear un material sólido "seco", en forma de torta de lodo o de polvo de lodo. El material sólido "seco" puede ser retirado como expelente, mientras que la fracción líquida puede ser recuperada y devuelta al tanque de aireación 104.
El sistema de deshidratación puede incluir un filtro prensa 109a, una prensa de cinta 109b o una centrifugadora 109c. Además, la adición de productos químicos, como polímeros y floculantes, suele utilizarse para facilitar el proceso de deshidratación.
Debido a la naturaleza física del digestato que se compone de células esponjosas y/o cerradas, el contenido de agua en el expelente "seco" después del tratamiento de deshidratación convencional puede seguir siendo de alrededor del 80 por ciento en peso o incluso mayor, lo que resulta en un gran volumen de expelente. El expelente también tiene un alto riesgo de contener patógenos y parásitos dañinos, por lo que debe hacerse inerte hirviéndolo, quemándolo o compostándolo a alta acidez.
El expelente de la WWPT es evacuado y transportado a una planta incineradora o a una granja de compostaje (no mostrada). La incineración suele ser difícil debido al alto contenido de agua. Requiere una gran cantidad de combustible y deja cenizas que aún deben ser eliminadas. Además, la incineración produce altas emisiones de carbono.
En una granja de compostaje, normalmente se necesitan varias semanas para que la torta de lodo se vuelva inerte y segura para su uso como fertilizante o para su eliminación en un vertedero.
Se sabe en la técnica que la mayor parte del agua contenida en los lodos de aguas residuales municipales es agua "ligada" que está contenida dentro y entre las células moleculares. Las células moleculares del lodo pueden presentarse en los lodos de aguas residuales como unidades celulares individuales o como unidades celulares reunidas en flóculos. Las moléculas de agua contenidas dentro de la célula, a efectos de esta aplicación, se denominan moléculas de agua "intracelular", mientras que las moléculas de agua entre las células y unidas a ellas mediante enlaces mecánicos y eléctricos, se denominan moléculas de agua "intercelular". Cuando los lodos que salen del digestor anaeróbico 106 se tratan en una planta de tratamiento municipal mediante prensas de banda de deshidratación convencionales y/o procedimientos de centrifugación, el agua intracelular e intercelular no se libera completamente.
Las técnicas para deshidratar y reducir el volumen y el peso de los lodos WAS se describen en la solicitud US2010/108588 A1 y en las Pat. de EE.UU. Números 6.491.8206,540,9196,709,594 y 7,001,520. Estas referencias describen sistemas y procedimientos para el tratamiento de lodos de aguas residuales biológicamente activos mediante un sistema de campo eléctrico pulsado que aplica altos voltajes no formadores de arco a los lodos. El campo eléctrico pulsado proporciona la electroporación del lodo, causando la disrupción de la estructura celular y rompiendo los enlaces moleculares intracelulares e intercelulares del lodo WAS. Como resultado, el agua intracelular e intercelular se libera del lodo WAS. Tras liberar el agua intracelular e intercelular, el contenido sólido orgánico, suspendido en solución, se reduce en volumen y masa, lo que puede simplificar los procesos de postratamiento de los lodos. Además, los lodos electroporados pueden dirigirse a biorreactores, como los aeróbicos, anóxicos o anaeróbicos, para realizar la digestión biológica, donde los lodos electroporados pueden utilizarse como alimento para los microorganismos que participan en la digestión biológica.
La fracción de fluido de aguas residuales que sale del clarificador secundario 105 y que contiene un menor porcentaje de sólidos biológicos se denomina efluente de aguas residuales secundarias. El efluente de las aguas residuales secundarias puede estar muy contaminado y contener bacterias y virus patógenos. Para su posterior depuración, el efluente secundario se transporta a una estación de tratamiento final 120. La estación de tratamiento final 120 puede, por ejemplo, incluir la desinfección química mediante cloro, peróxido de hidrógeno, ozono, etc. Asimismo, puede incluir el uso de luz ultravioleta (UV) para destruir los patógenos. Estos procesos de desinfección pueden ser concurrentes o consecutivos.
El flujo resultante puede entonces dirigirse a la estación de filtración 121. La estación de filtración 121 es una estación opcional, y puede incluirse u omitirse dependiendo del uso al que se destine el agua tratada resultante. Se pueden utilizar uno o más filtros, como los de arena o carbón triturado, para eliminar las impurezas que quedan en la corriente de agua tratada. Los sólidos biológicos recogidos en los filtros pueden eliminarse, por ejemplo, mediante el retrolavado de los filtros, y dirigirse al digestor anaeróbico 106. El flujo de agua resultante, que se denomina efluente terciario, puede verterse en un río, lago u océano, o destinarse a un uso alternativo, como el riego o los procesos industriales.
La desinfección de los efluentes de aguas residuales se ha realizado históricamente mediante la adición de compuestos de cloro. La manipulación de los compuestos de cloro plantea importantes problemas de salud y seguridad. En los últimos años, ha aumentado la preocupación por el hecho de que el cloro pueda combinarse con la materia orgánica del efluente para producir sustancias orgánicas cloradas, que son tóxicas y potencialmente cancerígenas. Aunque se están realizando algunos esfuerzos para sustituir los compuestos de cloro por otros menos tóxicos, existe una tendencia en toda la industria a eliminar progresivamente el uso del cloro como agente desinfectante.
Otras tecnologías de desinfección empleadas en el tratamiento de aguas residuales, que implican el uso de luz ultravioleta (UV) u ozono, son relativamente costosas. El efecto de estas técnicas es de corta duración, por lo que puede producirse un nuevo crecimiento de los patógenos, en comparación con los cloros de mayor duración. En el caso de un proceso UV, los costes de capital incluyen la construcción del mecanismo de flujo y las múltiples bombillas UV (lámparas) que se necesitan. Los costes operativos incluyen la energía, la sustitución puntual de las bombillas y la limpieza periódica de las mismas. Los principales costes de la desinfección con ozono incluyen el generador de ozono y el oxígeno comercial, que se utiliza como fuente de alimentación. Cuando se utiliza aire como fuente de alimentación, el tamaño del generador de ozono debe ser aproximadamente el doble, duplicando por tanto el coste de capital.
Una técnica conocida en la técnica, generalmente bajo el nombre de "electrohidráulica", utiliza descargas eléctricas de alta energía formadoras de arco en un volumen de líquido o lodos u otro fluido con el fin de desinfectar, cambiar los componentes químicos y recuperar metales y otras sustancias de los fluidos (véase, por ejemplo, EP 2665684 B1 a Livshitz et al.aplicación US2012/0024718 A1 de Foret Pat. de EE.UU. Nos. 3,366,564 a Allen 3.402.120 a Allen et al. 6.030.538 a Heldy 4.957.606 a Juvan).
Según esta técnica, se inicia una onda de choque electrohidráulica dentro del líquido o de los lodos, una radiación luminosa intensiva y reacciones termoquímicas mediante una descarga de arco en un espacio de chispas formado por los electrodos sumergidos en dichos fluidos.
La Fig. 2 muestra un esquema eléctrico de un sistema 10 típico de la técnica anterior para el tratamiento de lodos de aguas residuales u otro fluido contaminado mediante la utilización de descargas eléctricas formadoras de arco de alta energía. El aparato 10 incluye un dispositivo de alimentación de alta tensión 11 que tiene un rectificador (no mostrado) acoplado a una batería de condensadores de alta tensión 12 que comprende uno o más condensadores. El acoplamiento del dispositivo de alimentación de alta tensión 11 a la batería de condensadores 12 puede ser, por ejemplo, una conexión "galvánica" directa.
Alternativamente, como se explica a continuación, la conexión puede ser a través de un elemento resistivo y/o un elemento de conmutación. El dispositivo de alimentación 11 y la batería de condensadores de alta tensión 12 forman juntos un circuito de carga A.
El sistema 10 también incluye un interruptor de alta corriente 13 en serie con la batería de condensadores 12 y un par de electrodos 14a y 14b separados por un hueco en serie con el interruptor de alta corriente 13. En funcionamiento, los electrodos 14a y 14b se sumergen en un líquido 15 para proporcionar una descarga eléctrica en el espacio entre ellos dentro del líquido. La batería de condensadores 12, junto con el interruptor de alta corriente 13, los electrodos 14a y 14b, y todos los cables de interconexión entre ellos forman un circuito de descarga B. Por razones de seguridad, uno de los terminales del dispositivo de alimentación de alta tensión 11 (por ejemplo, el que está conectado al electrodo 14b) está permanentemente conectado a tierra. Si se desea, sólo uno de los electrodos (14a en la Fig.1) se sumerge en el líquido 16 en tratamiento, mientras que el segundo electrodo (14b en la Fig. 1) puede estar acoplado o asociado a un cuerpo conductor del recipiente de tratamiento 16 que contiene el líquido 15.
En funcionamiento, la batería de condensadores 12 es cargada por el dispositivo de suministro de tensión 11. Durante la carga de la batería de condensadores 12, el interruptor de alta corriente 13 está abierto. Después de la carga, la batería de condensadores 12 puede descargarse cerrando el interruptor13, con el fin de suministrar una alta tensión a los electrodos 14a y 14b, y generar así un pulso de corriente eléctrica entre ellos a través del líquido en tratamiento. El cierre del interruptor de alta corriente 13 suele ser activado por un circuito de encendido (no mostrado) que lanza un pulso eléctrico de encendido al interruptor 13.
A pesar de su aparente simplicidad, el sistema 10 adolece de una serie de limitaciones. En particular, la corriente que carga la batería de condensadores 12 tiene la forma de un exponente atenuado. En consecuencia, la corriente de carga es alta sólo al principio del proceso de carga, y luego la corriente de carga disminuye con el tiempo. Como resultado, la eficiencia de la fuente de alimentación es baja.
Otro inconveniente está relacionado con el hecho de que los electrodos sumergidos 14a y 14b están sometidos a daños por la onda de presión y a la erosión eléctrica producida por la corriente formadora de arco. Por lo tanto, los electrodos 14a y 14b deben ser masivos o sustituidos con frecuencia.
Además, una gran parte de la corriente de descarga se pierde en la ionización del líquido antes de que pueda producirse cualquier arco. Así, con electrodos masivos y robustos de gran área superficial, la pérdida en la ionización puede consumir casi toda la energía almacenada en el condensador, dando lugar a la generación de un arco de sólo una semana, o a la ausencia de arco, lo que hace que el choque hidráulico sea insuficiente para el propósito deseado.
Otro inconveniente está asociado al comportamiento de la corriente transitoria en el circuito de descarga B. Dado que el circuito de descarga B representa un circuito RLC en serie, la respuesta transitoria del circuito B depende del factor de amortiguación Zque viene dado por
Figure imgf000005_0001
donde C es la capacitancia (en Faradios) de la batería de condensadores 12, L es la inductancia (en Henrios) y R es la resistencia (en Ohmios) del circuito de descarga B.
El comportamiento de la corriente i(t) durante una respuesta transitoria para diferentes Z se muestra en la Fig.
3. Como se puede ver, este comportamiento depende del valor de ZEn particular, cuando Z < 1 (la respuesta subamortiguada, curvas 21-23), la corriente transitoria decae con la oscilación. Por otro lado, los descensos de corriente transitoria sin oscilaciones se producen cuando la Z^ 1 (la respuesta críticamente amortiguada, mostrada como curva 24, y la respuesta sobreamortiguada, mostrada como curva 25).
Los valores altos de L impiden que la corriente aumente rápidamente, haciendo que una mayor parte de la carga almacenada se pierda antes de que se forme un arco. Por otro lado, los valores grandes de R limitan el valor al que puede subir la corriente y, por tanto, la potencia del arco cuando se forma (una respuesta del sistema sobreamortiguada, con Z > 1, mostrada como curva 25, o una respuesta críticamente amortiguada, mostrada como curva 24). Sin embargo, un valor bajo de R puede dar lugar a una respuesta poco amortiguada, con Z < 1, (curvas 21-23), que produce la inversión de la polaridad en el circuito de descarga B, ya que la corriente transitoria decae con la oscilación.
En el caso de los decaimientos de la corriente oscilante, los componentes inversos negativos ir de la corriente transitoria oscilante i(t) pueden sobreagotar y luego cargar inversamente la batería de condensadores 12 , produciendo así una tensión inversa de gran amplitud a través de la batería de condensadores 12, o dibujar la correspondiente corriente de descarga inversa a través del dispositivo de alimentación de alta tensión 11, dañándolo.
Para disminuir la corriente inversa de la descarga eléctrica a través del dispositivo de suministro de alto voltaje 11, se suele incluir una resistencia limitadora de corriente 17 en esta cadena entre la batería de condensadores 12 y el dispositivo de suministro de voltaje 11 para limitar la corriente de descarga dibujada por la polaridad invertida durante la descarga. Aunque esta disposición permite proteger el dispositivo de suministro de tensión 11 de los daños, da lugar a pérdidas eléctricas en la resistencia 17, a una reducción de la corriente de carga, a una menor eficiencia y a gastos adicionales.
Descripción general
Todavía hay una necesidad en técnica para, y sería útil tener, un sistema y procedimiento novedoso para el tratamiento de fluidos de aguas residuales, tales como lodos activados (WAS) y otros líquidos contaminados. La técnica debe ser lo suficientemente fiable y eficiente para su aplicación en una planta de aguas residuales para el tratamiento de lodos de aguas residuales y otros fluidos de aguas residuales mediante la aplicación de una descarga eléctrica formadora de arco de alta energía a los lodos u otros fluidos de aguas residuales en varias etapas de tratamiento.
Sería ventajoso disponer de un sistema y un procedimiento novedosos que puedan ser suficientemente fiables y eficientes para el tratamiento de lodos primarios con el fin de eliminar los compuestos orgánicos e inorgánicos contaminantes y tóxicos.
Sería muy ventajoso disponer de un sistema y un procedimiento novedosos que puedan ser suficientemente fiables y eficaces para el tratamiento de los lodos activados mediante la destrucción de la mayoría de las unidades celulares individuales y de las unidades celulares reunidas en flóculos en el WAS. En este caso, la descarga eléctrica formadora de arco de alta energía debe tener la potencia suficiente para electroporar (o lisar) los lodos activados residuales para causar la disrupción de la estructura celular y romper los enlaces moleculares intracelulares e intercelulares, y así facilitar la liberación de nutrientes intracelulares así como de agua intracelular e intercelular de los lodos. La destrucción de la membrana celular puede facilitar una digestión más rápida o más eficiente de los WAS en los digestores existentes.
Sería ventajoso disponer de un sistema y un procedimiento novedosos que puedan emplearse para el tratamiento de los lodos digeridos en combinación con otras técnicas convencionales de deshidratación, a fin de proporcionar a la planta de tratamiento de aguas residuales un sistema rentable y eficiente.
Además, sería ventajoso disponer de una técnica que pueda emplearse para la descontaminación del segundo efluente de aguas residuales para destruir o eliminar materiales contaminantes y tóxicos; sustancias que producen color, sabor y olor; bacterias patógenas; y materiales nocivos en suspensión.
Asimismo, sería ventajoso disponer de una técnica que pueda ser empleada para el tratamiento de aguas subterráneas y agua potable para destruir o eliminar bacterias patógenas, y sustancias que producen color, sabor y olor.
El fluido en tratamiento puede ser un fluido quieto o un fluido en movimiento. En otras palabras, el fluido a tratar puede colocarse en el recipiente del reactor, agitarse en el recipiente o bombearse y fluir a través del recipiente. La presente invención elimina parcialmente las desventajas de las técnicas convencionales y proporciona una novedosa Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (WWTP) según la reivindicación 1 anexa y un procedimiento de tratamiento de fluidos de aguas residuales según la reivindicación 8 anexa.
Para el tratamiento de los lodos de las aguas residuales y, opcionalmente, de otros fluidos de aguas residuales, la WWTP utiliza un sistema de descarga eléctrica que proporciona una descarga eléctrica de alta energía a través del fluido para producir varios procesos de desinfección y lisado dentro del fluido tratado. El sistema de descarga eléctrica de la presente invención supera en parte las desventajas de los sistemas de descarga eléctrica de la técnica anterior utilizados para el tratamiento de líquidos contaminados, y puede implementarse además en varios lugares de la WWTP correspondientes a diversas etapas del proceso de tratamiento. La WWTP de la presente invención mantiene la configuración original de las WWTP de la técnica anterior, pero incluye además un sistema de descarga eléctrica configurado para recibir al menos una parte de al menos un fluido de aguas residuales que sea lodo primario y/o lodo activado residual, y opcionalmente uno o más sistemas de descarga eléctrica adicionales dispuestos en cruces clave del proceso de tratamiento. Por lo tanto, la WWTP incluye una estación de tratamiento preliminar, configurada para recibir un fluido de aguas residuales y tamizarlo para evitar que los objetos más grandes pasen aguas abajo. La WWTP también incluye un decantador primario dispuesto aguas abajo de la estación de tratamiento preliminar. El clarificador de sedimentación primario está configurado para recibir el fluido de aguas residuales que sale de la estación de tratamiento preliminar, y separarlo en un lodo primario y un efluente primario. La WWTP también incluye un tanque de aireación configurado para recibir el efluente primario que sale del clarificador de sedimentación primario, y para tratar el efluente primario en presencia de aire bombeado al tanque de aireación, produciendo así un efluente de aguas residuales aireado. La WWTP también incluye un clarificador secundario de decantación dispuesto aguas abajo del tanque de aireación. El clarificador de sedimentación secundario está configurado para recibir el efluente de aguas residuales aireado que sale del tanque de aireación, y para separar el efluente de aguas residuales aireado en lodo activado residual y efluente de aguas residuales secundario.
La WWTP también incluye un sistema de descarga eléctrica y un digestor anaeróbico. El digestor anaeróbico está dispuesto a continuación del sistema de descarga eléctrica. El digestor anaeróbico está configurado para recibir el fluido de aguas residuales tratado por el sistema de descarga eléctrica y degradarlo aún más mediante la digestión anaeróbica, con lo que se obtienen gases subproductos y digestato. Cuando se desee, los lodos primarios también pueden ser recibidos por el mismo o por un digestor anaeróbico separado.
El sistema de descarga eléctrica está configurado (i) para recibir al menos una parte de los lodos primarios y/o de los lodos activados residuales, y (ii) para generar un pulso de corriente eléctrica transitoria de arco incandescente a través del fluido de aguas residuales recibido. El pulso transitorio de corriente eléctrica de arco incandescente a través del fluido de aguas residuales recibido crea una onda de choque electrohidráulica dentro del fluido acompañada de una intensa radiación de calor y luz, sonicación de interferencia de choque, cavitación, descompresión de choque y corrientes inducidas. En consecuencia, en el fluido pueden producirse varios fenómenos impulsados por el campo eléctrico y por el arco, como la ionización local por un fuerte campo eléctrico, la electroporación, el estiramiento molecular, la activación molecular, la hidrólisis, la formación de hidroxilos (OH-), la formación de ozono (O3), la formación de protones de hidrógeno ionizado (H+) y las cascadas de electrones.
El sistema de descarga eléctrica también comprende un dispositivo de suministro de alta tensión que tiene un terminal de potencial y un terminal de tierra, una batería de condensadores general acoplada al dispositivo de suministro de alta tensión, y al menos un interruptor general conectado a la batería de condensadores general. La batería de condensadores general puede acoplarse al dispositivo de alimentación de alta tensión directamente o a través de un enlace de resistencias.
El sistema también comprende uno o más bancos de formación de pulsos (que también se denominan "baterías de condensadores de trabajo"), acoplados a la batería de condensadores general a través del interruptor general, y uno o más interruptores de trabajo, cada uno de ellos dispuesto en serie con el banco de formación de pulsos correspondiente. El sistema comprende, además, uno o más electrodos de potencial sumergidos en el líquido a tratar, que están acoplados a los correspondientes bancos de formación de pulsos a través de los correspondientes interruptores de trabajo. El sistema también comprende al menos otro electrodo seleccionado entre un electrodo de tierra y otro electrodo de tensión, que define, junto con los electrodos de potencial, un hueco de chispa de arco dentro del líquido dispuesto en serie con el interruptor de trabajo, para proporcionar una descarga eléctrica a través de una porción del líquido en el hueco.
El sistema de descarga eléctrica comprende un recipiente de tratamiento que contiene el líquido bajo tratamiento y está equipado con uno o más pares de electrodos potenciales y conectados a tierra colocados para formar una brecha para transferir un pulso de corriente eléctrica de arco incandescente a través del líquido bajo tratamiento. El recipiente de tratamiento incluye un reflector interno que puede ser moldeado y configurado para formar una cámara oscilante o resonante que puede reflejar, dirigir y hacer resonar las ondas de choque hidráulicas para lograr la interferencia de las ondas frontales de choque reflejadas, formando así pulsos de onda escalonados que se cruzan con sus propias reflexiones. Debido a este efecto de resonancia, se puede obtener una descarga de resplandor a través del líquido en tratamiento.
En una alternativa, el reflector interno es un reflector elipsoidal que tiene una forma elipsoidal, en la que dicho espacio de chispa de arco está situado al menos en un nodo focal del reflector elipsoidal.
En otra alternativa, el reflector interno es un reflector esferoidal que tiene una forma esferoidal, en la que dicho espacio de chispa de arco está situado en un círculo que pasa por los nodos focales del reflector esferoidal alrededor de un eje esferoidal. En otra alternativa, el reflector interno es un reflector cilíndrico que tiene una forma tubular cilíndrica, en la que dicho espacio de chispa de arco está situado en un eje longitudinal del tubo del reflector cilíndrico. En otra alternativa, el reflector interno es un reflector cilíndrico que tiene una forma tubular cilíndrica, en la que dicho hueco de chispa de arco está situado en una hélice que gira alrededor de un eje longitudinal del tubo del reflector cilíndrico. En otra alternativa, el reflector interno es un reflector tubular elíptico que tiene una forma tubular elíptica, en la que dicho hueco de chispa de arco está situado a lo largo de un eje formado por los nodos focales del reflector elíptico. Según un ejemplo de la invención, los bancos de formación de pulsos pueden ser un condensador de alta tensión de descarga rápida o un banco que incluya varios condensadores. Según otra realización de la invención, el banco de formación de pulsos puede incluir una red de formación de pulsos que incluye una pluralidad de condensadores, inductores y/o líneas de retardo.
Según un ejemplo de la invención, una capacidad eléctrica de la batería de condensadores general es mayor que la capacidad eléctrica de las baterías de formación de pulsos.
Según un ejemplo de la invención, una carga eléctrica de las baterías de formación de pulsos se realiza por transferencia de carga desde la batería de condensadores general tras el cierre del interruptor general. La capacidad eléctrica de la batería de condensadores general es mayor que la de las baterías de formación de pulsos, lo que garantiza que su tensión siga siendo positiva, incluso después de cargar completamente la batería de formación de pulsos que tiene la polaridad invertida.
Según un ejemplo de la invención, los bancos de formación de pulsos están separados entre sí por un elemento resistivo de corriente. Por ejemplo, el elemento resistivo de corriente puede disponerse en la línea eléctrica de potencial y acoplarse al terminal de potencial del dispositivo de suministro de alta tensión en serie a través del interruptor general. Alternativamente, el elemento resistivo de corriente puede estar dispuesto en la línea eléctrica conectada a tierra.
Asimismo, los bancos de formación de pulsos pueden estar separados entre sí por uno o más elementos inductivos o por una combinación de elementos inductivos resistivos.
Según un ejemplo de la invención, el electrodo conectado a tierra está asociado a un cuerpo conductor conectado a tierra de un recipiente de tratamiento que contiene el líquido.
Según un ejemplo de la invención, el interruptor general y los interruptores de trabajo son interruptores de alta corriente. Por ejemplo, el interruptor general y los interruptores de trabajo pueden ser interruptores de tres electrodos que incluyen dos electrodos de conmutación que forman las vías de conmutación y un electrodo de disparo configurado para permitir el paso de una corriente alta entre los dos electrodos de conmutación.
Según otro ejemplo de la invención, los interruptores de trabajo son interruptores semiconductores de alta corriente. Según otro ejemplo de la invención, los interruptores de trabajo son interruptores mecánicos de leva o de palanca de alta corriente con alta velocidad de cierre.
Según otro ejemplo más de la invención, el sistema de descarga eléctrica comprende además uno o más interruptores generales adicionales conectados a la batería de condensadores general, uno o más bancos adicionales de formación de pulsos, teniendo cada banco un terminal de tierra y un terminal de potencial, estando cada banco acoplado a la batería de condensadores general a través de los correspondientes interruptores generales adicionales. En esta realización, el sistema también tiene uno o más interruptores de trabajo adicionales dispuestos en serie con y entre el terminal de potencial de los correspondientes bancos de formación de pulsos adicionales y los correspondientes electrodos que están sumergidos en el líquido bajo tratamiento.
Según un ejemplo de la invención, los bancos de formación de pulsos adicionales están separados entre sí por una corriente adicional resistiva y/o elementos inductivos dispuestos en la línea de alimentación potencial. Esto sirve para desacoplar los bancos de formación de pulsos durante la descarga momentánea (transitoria) de pulsos, impidiendo la transferencia de corriente o de carga entre los bancos, pero permite una vía de corriente para procesos de más larga duración, como la carga hasta el voltaje, la carga por goteo para mantener el voltaje, la carga superior hasta el voltaje más allá de la carga inicial a través del interruptor de trabajo, o la desenergización después del uso cuando los interruptores generales están abiertos.
Según un ejemplo de la invención, se proporciona una capacidad eléctrica adicional Cadd mediante una batería de condensadores adicional que tiene Cadd mayor que la capacitancia eléctrica Cw de la batería de formación de pulsos, pero menor que la capacitancia Cg de la batería de condensadores general.
Según un ejemplo de la invención, todos los bancos de formación de pulsos tienen el mismo valor de capacitancia eléctrica.
Según otro ejemplo de la invención, los valores de capacitancia eléctrica de los bancos de formación de pulsos tienen valores diferentes, lo que hace que se produzcan descargas diferentes en lugares diferentes.
Según otro ejemplo de la invención, el recipiente de reacción el recipiente de tratamiento del recipiente de reacción incluye un reflector interno que puede ser moldeado para formar una guía acústica para lograr la interferencia de los frentes de choque de los pulsos simultáneos en lugares adecuadamente distanciados que se cruzan entre sí.
Según un ejemplo de la invención, el recipiente de tratamiento comprende al menos un dispositivo óptico interno que incluye un reflector. Según esta realización, el dispositivo óptico interno está configurado para al menos uno de los siguientes: dirigir, dividir y enfocar dichas ondas de choque hidráulicas.
Según un ejemplo de la invención, el recipiente de tratamiento incluye un colector de gas de entrada, un ventilador que proporciona un flujo de aire o una mezcla de gas que contiene oxígeno para pasar a través del colector, y una boquilla dispuesta en un extremo del colector de gas de entrada, y configurada para permitir que una corriente de gas se mezcle con la corriente de aguas residuales.
El sistema de descarga eléctrica según la presente invención puede ser fabricado y comercializado de forma fácil y eficiente.
El sistema de descarga eléctrica según la presente invención es de construcción duradera y fiable.
El sistema de descarga eléctrica según la presente invención puede tener un bajo coste de fabricación.
Según un ejemplo de la invención, la WWTP puede incluir además uno o más sistemas de descarga eléctrica dispuestos en varios cruces diferentes dentro de dicha planta.
Según un ejemplo, la WWTP puede incluir un sistema de descarga eléctrica dispuesto aguas arriba de la estación de tratamiento primario y configurado para recibir y tratar un fluido de aguas residuales y proporcionarlo, después del tratamiento, a la estación de tratamiento preliminar.
Según otro ejemplo, la WWTP puede incluir un sistema de descarga eléctrica configurado para recibir y tratar al menos una parte de los lodos primarios que salen del clarificador de sedimentación primario antes de que entren en el digestor anaeróbico.
Según otro ejemplo, la WWTP puede incluir un sistema de descarga eléctrica configurado para recibir y tratar al menos una parte de la corriente de lodos activados residuales (WAS) que sale del clarificador de sedimentación secundario antes de entrar en el digestor anaeróbico.
Según otro ejemplo, la WWTP puede incluir un sistema de descarga eléctrica configurado para recibir y tratar al menos una parte del flujo de digestato que sale del digestor de camino a la estación de deshidratación.
Según otro ejemplo, la WWTP puede incluir un sistema de descarga eléctrica configurado para recibir y tratar una corriente del efluente de aguas residuales secundarias y/o terciarias.
Según un ejemplo, la generación del pulso de corriente eléctrica transitoria formadora de arco por el sistema de descarga eléctrica comienza colocando el interruptor general y los interruptores de trabajo en la posición de apagado. La generación del pulso de corriente eléctrica transitoria formadora de arco incluye además la carga de la batería de condensadores general mediante la conexión al dispositivo de suministro de tensión, la conexión del interruptor general para suministrar una alta tensión a la(s) batería(s) de formación de pulsos para cargarla(s) mediante la descarga parcial de la batería de condensadores general, la desconexión del interruptor general y la conexión de los interruptores de trabajo, descargando así la(s) batería(s) de formación de pulsos y generando un pulso de corriente eléctrica transitorio entre el(los) electrodo(s) potencial(es) y el(los) electrodo(s) conectado(s) a tierra.
Según un ejemplo de la invención, la generación del pulso de corriente eléctrica transitoria formadora de arco comprende el paso de encender simultáneamente los interruptores de trabajo para proporcionar una descarga eléctrica simultánea de los bancos formadores de pulsos a través del líquido contaminado entre los electrodos potenciales y los electrodos conectados a tierra.
Según un ejemplo de la invención, la generación del pulso de corriente eléctrica transitoria formadora de arco comprende el encendido de los interruptores de trabajo de acuerdo con un algoritmo predeterminado.
Según otro ejemplo de la invención, la generación del pulso de corriente eléctrica transitoria formadora de arco renuncia al paso de desconectar el interruptor general para romper la conexión entre la batería de condensadores general y las baterías de formación de pulsos antes del paso de conectar los interruptores de trabajo, y, en lugar de, o además del interruptor general, utiliza un elemento limitador de corriente en serie desde la batería de condensadores general hasta la batería de formación de pulsos, que impide que la descarga del pulso transitorio afecte al condensador general.
Según otro ejemplo de la invención, la generación del pulso de corriente eléctrica transitoria formadora de arco comprende además el encendido del interruptor general adicional para suministrar una alta tensión a los bancos de formación de pulsos adicionales para cargarlos mediante la descarga parcial adicional de la batería de condensadores general, y el encendido de los interruptores de trabajo adicionales para proporcionar la descarga de los bancos de formación de pulsos adicionales y mantener así la corriente eléctrica transitoria entre el electrodo potencial correspondiente y el electrodo conectado a tierra.
De este modo se han esbozado, a grandes rasgos, las características más importantes de la invención para que la descripción detallada de la misma que sigue a continuación pueda entenderse mejor. En la descripción detallada se expondrán detalles y ventajas adicionales de la invención, y en parte se apreciarán a partir de la descripción, o podrán aprenderse mediante la práctica de la invención.
Breve descripción de los dibujos
Para comprender la invención y ver cómo puede llevarse a cabo en la práctica, se describirán a continuación realizaciones preferentes, a modo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La Fig. 1 es una vista esquemática del tratamiento de lodos de aguas residuales municipales en una planta de aguas residuales (WWTP) del estado de la técnica;
La Fig. 2 es un esquema eléctrico de un sistema ejemplar del estado de la técnica para el tratamiento del líquido contaminado;
La Fig. 3A ilustra el comportamiento de la corriente transitoria de un circuito RLC en serie para diferentes valores del factor de amortiguación;
La Fig. 3B ilustra el comportamiento del voltaje y la corriente de las descargas de arco incandescente;
La Fig. 4A es un esquema eléctrico de un sistema de tratamiento de líquido contaminado, según una realización de la presente invención;
La Fig. 4B es un esquema eléctrico de una realización alternativa del sistema de la presente invención;
La Fig. 5A es un ejemplo de un recipiente de reacción que forma una cámara de resonancia para una única fuente de choque;
La Fig. 5B es una ilustración esquemática de una parte del recipiente de reacción que utiliza una pluralidad de pares de electrodos;
Las Figs. 5C a 5G ilustran diversas formas del reflector del recipiente de tratamiento, según diversas realizaciones de la invención;
Las Figs. 5H y 5I ilustran realizaciones que no forman parte de la presente invención;
La Fig. 6 es un esquema eléctrico de un sistema para producir un pulso eléctrico fuerte, según otra realización de la presente invención;
La Fig. 7 es un esquema eléctrico de un sistema para producir un pulso eléctrico fuerte, según otra realización de la presente invención;
Las Figs. 8 a 10D ilustran vistas esquemáticas del tratamiento de lodos de aguas residuales en plantas de tratamiento de aguas residuales, según diferentes realizaciones de la presente invención; y
Las Figs. 11 y 12 ilustran vistas esquemáticas de plantas de tratamiento de aguas residuales en las que puede utilizarse un sistema de descarga eléctrica de la presente divulgación en posiciones adicionales.
Descripción detallada de las realizaciones
Los principios y el funcionamiento del sistema para el tratamiento de líquidos contaminados según la presente invención pueden entenderse mejor con referencia a los dibujos y a la descripción adjunta, en la que se han utilizado números de referencia similares en todo el sistema para designar elementos idénticos, cuando es conveniente para la descripción. Debe entenderse que estos dibujos, que no están necesariamente a escala, se dan sólo con fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la invención que se define en las reivindicaciones adjuntas.
Se proporcionan ejemplos de construcciones para elementos seleccionados. Los versados en la materia deberían apreciar que muchos de los ejemplos proporcionados tienen alternativas adecuadas que pueden ser utilizadas. El esquema eléctrico del sistema de la técnica anterior 10 mostrado en la Fig. 2 para el tratamiento de un fluido contaminado, como lodos residuales u otro líquido contaminado, y para el comportamiento de la corriente de descarga eléctrica mostrado en la Fig. 3 ya se han descrito en la sección de antecedentes, por lo que se considera innecesaria aquí una discusión más detallada de este esquema eléctrico.
Refiriéndonos a la Fig. 4A, se muestra un esquema eléctrico de un sistema de descarga eléctrica formadora de arco 30 para el tratamiento de un fluido contaminado, según una realización de la invención. El sistema 30 incluye un circuito de carga 31 y un circuito de descarga 32. El circuito de carga 31 incluye un dispositivo de suministro de alto voltaje 311 que tiene un rectificador (no mostrado) que proporciona voltaje de CC, y está conectado a una batería general de condensadores 312. El circuito de carga 31 también incluye un banco de formación de pulsos 314 acoplado a la batería general de condensadores 312 a través de un interruptor general 313. La batería general de condensadores 312 y el banco de formación de pulsos 314 pueden, por ejemplo, ser redes de formación de pulsos de alta tensión que pueden comprender uno o más condensadores, inductores y/o líneas de retardo que permitan una descarga rápida a altas corrientes.
Según una realización de la presente invención, una capacidad eléctrica Cg de la batería de condensadores general 312 es significativamente mayor que la capacidad eléctrica de la batería de formación de pulsos 314.
Por ejemplo, Cg puede ser mayor que 10Cw , y preferiblemente puede ser mayor que 20Cw . Esto permite una caída de tensión mínima en la batería de condensadores general 312 cuando se descarga parcialmente, cuando el interruptor general 313 se cierra para recargar el banco de formación de pulsos 314 por transferencia de carga. Por ejemplo, la recarga de Cw desde la inversión completa de la polaridad hasta el voltaje completo cuando Cg = 10Cw por transferencia de carga solamente, terminará con ambos teniendo el voltaje U=5/6 U0 , donde Uo es el voltaje inicial sobre Cg , a partir de las ecuaciones
Figure imgf000010_0001
U = U0Cg/(Cg+2Cw) =10/12 Uo.
y la caída de voltaje en Cg es sólo 2Cw/(Cg + 2Cw ) = 1/6 de su inicial, minimizando la carga del dispositivo de suministro de alto voltaje 311 por un repentino tirón de corriente desde un banco general que tiene un voltaje más bajo que el dispositivo de suministro. Dicho dispositivo de suministro de alto voltaje 311 sólo necesitará recargar Cg de nuevo a Uo antes de la siguiente transferencia de carga, a una corriente relativamente baja durante un tiempo más largo que la corriente real que se necesita para recargar Cw .
Dependiendo de la construcción real, la resistencia, la inductancia y la direccionalidad (en forma de diodo) de la recarga pueden dar lugar a que Cw se cargue a una U más baja si el tiempo de carga es insuficiente, o a que Cw se cargue a U2>Uo , donde U2 es la tensión de rebasamiento de la oscilación.
El circuito de descarga 32 del sistema 30 incluye un interruptor de trabajo 321 en serie con el banco de formación de pulsos 312 y un par de electrodos 34a y 34b en serie con el interruptor de trabajo 321. Los electrodos 34a y 34b están separados por un espacio (aquí también denominado "hueco de chispa de arco") configurado para proporcionar una descarga eléctrica de chispa entre ellos dentro del espacio en el líquido bajo tratamiento. Como se muestra en la Fig. 4A, el electrodo 34a es un terminal de potencial que está terminado por un extremo de trabajo (indicado por la flecha) sumergido en un líquido 15, mientras que el segundo electrodo 34b está acoplado o asociado a un cuerpo conductor conectado a tierra de un recipiente de tratamiento 16 que contiene el líquido 15. Debe entenderse que, cuando se desee, el electrodo de potencial 34a puede terminarse con una pluralidad de extremos de trabajo distribuidos dentro de un volumen deseado del líquido 15 y conectados mediante cables al electrodo común 34a, ampliando así el área tratada.
El interruptor general 313 y el interruptor de trabajo 321 son interruptores de alta corriente. Preferentemente, dicho conmutador de alta corriente es un conmutador de tres electrodos que incluye dos electrodos de conmutación que forman las vías de conmutación y un tercer electrodo (electrodo de disparo) configurado para proporcionar el paso de alta corriente entre los dos electrodos de conmutación. Los ejemplos de los interruptores de alta corriente incluyen, pero no se limitan a, un interruptor de vacío, un interruptor de chispa lleno de gas (trigatrón), un ignitrón, un tiratrón, un interruptor de chispa giratorio, un interruptor de chispa oscilante, etc. El sistema 30 también incluye las correspondientes unidades de encendido (no mostradas) configuradas para cerrar los interruptores de alta corriente 313 y 321 lanzando pulsos eléctricos de alta tensión de encendido a los electrodos de disparo. Cabe señalar que cuando se desee, el interruptor de alta corriente 321 puede ser un interruptor de alta corriente de semiconductor o un interruptor de vacío. El funcionamiento de los dispositivos de conmutación de chispa, los conmutadores de alta corriente de semiconductores y los conmutadores de vacío es conocido per se y, por lo tanto, no se expondrá a continuación.
Por razones de seguridad, uno de los terminales del dispositivo de alimentación de alta tensión 311 (por ejemplo, el que está conectado al cuerpo conductor del recipiente de tratamiento 16) está permanentemente conectado a tierra. El término "recipiente" se utiliza ampliamente para describir cualquier contenedor, tanque, cámara, cartucho, carcasa circundante, conjunto de bastidor o cualquier otra estructura que tenga un cuerpo conductor que pueda utilizarse para mantener el fluido de aguas residuales durante el tratamiento, de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. El recipiente de tratamiento 16 puede estar construido de un metal adecuado, plástico o material compuesto con un espesor de las paredes adecuado para soportar la tensión en las paredes causada por las aguas residuales y la presión dentro del recipiente de tratamiento 16.
El líquido bajo tratamiento puede, por ejemplo, ser un líquido quieto colocado en el recipiente, un líquido agitado en un recipiente, o un líquido corriente que fluye a través de un recipiente, por ejemplo, corriendo a través de una tubería. Los extremos del electrodo de potencial y del electrodo conectado a tierra pueden estar ambos sumergidos en el líquido.
Para maximizar los efectos del choque hidráulico y la eficacia y eficiencia general del proceso, el recipiente de tratamiento 16 incluye un reflector interno que puede ser moldeado y configurado para formar una cámara oscilante o resonante que puede reflejar, dirigir y hacer resonar las ondas de choque hidráulicas para lograr la interferencia de las ondas frontales de choque reflejadas, formando así pulsos de onda escalonados que se cruzan con sus propias reflexiones. Debido a este efecto de resonancia, se puede obtener una descarga de arco incandescente a través del líquido en tratamiento. Se contemplan varias configuraciones del reflector interno del recipiente de tratamiento 16. Refiriéndonos a la Fig. 5A, se muestra un recipiente de tratamiento 16, según una realización de la invención. El recipiente de tratamiento 16 tiene una carcasa 160, y está equipado con electrodos 422a y 422b colocados para formar un hueco para transferir un pulso de arco incandescente a través del líquido 15 en tratamiento. Debe entenderse que puede proporcionarse una pluralidad de pares de electrodos (no mostrados).
El recipiente 16 tiene un puerto de entrada 530a para alimentar el recipiente 16 con agua residual no tratada (indicado por las flechas 15a), y una salida 530b para liberar el líquido tratado (indicado por las flechas 15b). El recipiente 16 incluye un reflector interno 531 dispuesto en la superficie interior del recipiente 16, y adaptado para reflejar, dirigir y hacer resonar la onda de choque hidráulica 533 generada por un canal de arco eléctrico 532 entre los electrodos 422a y 422b. La onda frontal de choque 533 interactúa y resuena con las ondas frontales de choque reflejadas 533a, 533b y otras (no mostradas) para crear ondas de presión de compresión/descompresión rápidas dentro del líquido 15 bajo tratamiento. Todos los frentes de choque están lo suficientemente espaciados como para desgarrar las partículas y flóculos suspendidos en el líquido 15, por lo que los microorganismos y parásitos presentes en el líquido quedarían expuestos. Tras el tratamiento, los microorganismos y parásitos expuestos son eliminados o inertizados por los efectos combinados del campo eléctrico y el choque hidráulico mencionados anteriormente.
El tratamiento puede incluir la exposición de los microorganismos y parásitos a múltiples pulsos de uno o más pares de electrodos, con el pulso o pulsos iniciales que sirven para destruir las partículas o flóculos en fragmentos y exponer los patógenos, y pulsos adicionales que sirven para destruir completamente los patógenos expuestos, desintegrando así el flóculo y/o los fragmentos de partículas.
Refiriéndonos a la Fig. 5B, se muestra una porción del recipiente de tratamiento 16, según otra realización de la invención. El tratamiento según esta realización difiere del tratamiento mostrado en la Fig. 5A en el hecho de que las ondas de compresión/descompresión rápidas se consiguen por la interferencia de las ondas frontales de choque 533a a 533e que se originan en una pluralidad de canales de arco 532c, 532d y 532e proporcionados por una pluralidad de pares de electrodos (no mostrados) que operan al unísono, en lugar de un único choque hidráulico reflejado que resuena para formar un patrón de interferencia con sus propias reflexiones. El reflector 531 sirve para reflejar, dirigir y hacer resonar las ondas del frente de choque hidráulico para que choquen, o las canaliza para que choquen con una pérdida de presión mínima. Esto conduce a presiones más altas en el punto donde los frentes de choque chocan y puede ser más adecuado para el tratamiento de partículas y patógenos que tienen una construcción más robusta.
Cuando se desee, el recipiente de tratamiento 16 puede incluir un deflector de la corriente de aguas residuales (no mostrado) configurado para proporcionar turbulencia de la corriente de aguas residuales cuando pasa a través del recipiente. Esta disposición puede facilitar los procesos físicos y químicos que se producen durante la descarga eléctrica.
Las Figs. 5C a 5G ilustran esquemáticamente diversas formas del reflector del recipiente de tratamiento 16, según diversas realizaciones de la invención.
Como se muestra en la Fig. 5C, el recipiente de reacción (16 en la Fig. 5A) incluye un reflector elipsoidal 531a. El reflector elipsoidal 531a refleja las ondas generadas por las fuentes de choque hidráulicas 536a en forma de hueco(s) de chispa definidos por un espacio entre dos pares de los electrodos 522a y 522b que están situados en nodos focales del reflector elipsoidal 531a.
Según la realización mostrada en la Fig. 5D, el recipiente de tratamiento (16 en la Fig. 5A) incluye un reflector esferoidal 531b. El reflector esferoide 531b refleja las ondas generadas por dos o más fuentes de choque hidráulicas 536b en forma de espacio(s) de chispa de arco definido(s) por un espacio entre dos pares de electrodos (no mostrado). Las fuentes de choque hidráulicas 536b están situadas en un círculo 523 que pasa por nodos focales alrededor de un eje esferoidal 524.
Según la realización mostrada en las Fig. 5E y 5F, el recipiente de tratamiento (16 en la Fig. 5A) incluye un reflector interno 531c que tiene una forma tubular cilíndrica. El reflector tubular 531c refleja las ondas generadas por al menos dos fuentes de choque hidráulicas 536c en forma de hueco de chispa de arco definido por un espacio entre los dos pares de electrodos 522a y 522b.
Según la realización mostrada en la Fig. 5E, las fuentes de choque hidráulicas 536c están situadas a lo largo de un eje longitudinal del tubo 534. Según la realización mostrada en la Fig. 5F, las fuentes de choque hidráulicas 536c están situadas a lo largo de una hélice 537 que gira alrededor del eje 534.
Según la realización mostrada en la Fig. 5G, el recipiente de tratamiento (16 en la Fig. 5A) incluye un reflector tubular elíptico 531d. El reflector tubular elíptico 531d refleja las ondas generadas por al menos dos fuentes de choque hidráulicas 536d en forma de espacio(s) de chispa de arco definido(s) por un espacio entre dos pares de electrodos (no mostrados). Por ejemplo, las fuentes de choque hidráulicas 536d (huecos de chispas de arco) pueden estar dispuestas en nodos focales en el mismo plano 537d. Alternativamente, (como se muestra en la Fig. 5G) las fuentes de choque hidráulicas 536d pueden estar ubicadas en un nodo focal en otro plano 538d que es paralelo al plano 537d, es decir, las fuentes de choque hidráulicas 536d están escalonadas.
Según la realización que no forma parte de la presente invención y que se muestra en la Fig. 5H, el recipiente de tratamiento (16 en la Fig. 5A) tiene una forma tubular, e incluye uno o más dispositivos ópticos internos 539 dispuestos en el recipiente 16. Los dispositivos ópticos 539 incluyen un reflector cóncavo 537 dispuesto dentro de un volumen del recipiente de tratamiento y un reflector convexo 538 montado en la pared tubular del recipiente de tratamiento 16. El (los) dispositivo(s) óptico(s) 539 está(n) configurado(s) para dirigir, dividir y enfocar dichas ondas de choque hidráulicas que pasan por el agua residual 15 en tratamiento. Para ello, un eje principal 540 del reflector cóncavo 537 está dirigido sustancialmente a lo largo del eje longitudinal (no mostrado) del cuerpo tubular del recipiente de tratamiento 16. El reflector cóncavo 537 refleja las ondas generadas por una primera fuente de choque hidráulica 539a que tiene la forma de un hueco de chispa de arco definido por un espacio entre dos pares de electrodos 522a y 522b. La fuente de choque hidráulica 539a está preferentemente dispuesta en el foco del reflector cóncavo 537. El reflector convexo 538 refleja las ondas generadas por una segunda fuente de choque hidráulica 539b que tiene la forma de un hueco de chispa de arco definido por un espacio entre dos pares de electrodos (no mostrados).
La Fig. 51 ilustra una porción del recipiente de tratamiento (16 en la Fig. 5A), según otra realización que no forma parte de la invención. El recipiente de tratamiento 16 está equipado con electrodos 522a y 522b colocados para formar una brecha para transferir un pulso de arco incandescente a través del agua residual 15 bajo tratamiento. Debe entenderse que, cuando se desee, puede proporcionarse una pluralidad de pares de electrodos (no mostrados). El recipiente de tratamiento 16 incluye un colector de gas de entrada 540, y un ventilador 541 para proporcionar un flujo de aire recogido de la atmósfera o una mezcla de gas que contiene oxígeno para pasar a través del colector 540. Una válvula controlable 542 está situada en el colector 540 para controlar la velocidad del gas que fluye a través de él. En el extremo 543 del colector 540, se proporciona una boquilla 544 para permitir que una corriente de gas (indicada por las flechas 545) se mezcle con la corriente de líquido (indicada por las flechas 546) para formar una pluralidad de burbujas 547. Las burbujas de gas 547 son llevadas al hueco 548 entre los electrodos 522a y 522b por la corriente de líquido. El oxígeno contenido en el gas puede potenciar significativamente los procesos de oxidación que se producen durante la descarga eléctrica.
El funcionamiento del sistema 30 comienza cargando la batería general de condensadores 312 mediante el dispositivo de suministro de tensión 311. El interruptor general 313 y el interruptor de trabajo 321 están ambos en la posición de apagado. En funcionamiento, la batería general de condensadores 312 está permanentemente cargada ya que está permanentemente conectada al dispositivo de suministro de tensión 311.
La batería general de condensadores 312 puede descargarse parcialmente cerrando (encendiendo) el interruptor general 313, para suministrar una alta tensión a la batería de formación de pulsos 314. La disminución de la tensión en la batería general de condensadores 312 debida a esta descarga puede estimarse en hasta 2C,/(Cg + 2Cw) sólo para la transferencia de carga, y en la práctica es incluso menor. Debido a la condición Cg >> Cw, esta pérdida es relativamente pequeña, es decir, 2Cw/(Cg + 2Cw ) <<1. Así, la caída de la tensión en la batería de condensadores general 312 puede compensarse fácilmente cargando la batería de condensadores general desde el dispositivo de suministro de tensión 311. Tan pronto como el proceso de carga de la batería de formación de pulsos 314 se haya completado, el interruptor general 313 debe desconectarse para romper la conexión entre la batería general de condensadores 312 y el electrodo 34a a través de la batería de formación de pulsos 314, y así evitar una descarga adicional de la batería general de condensadores 312 junto con la batería de formación de pulsos 314.
El cierre del interruptor de trabajo 321 provoca la descarga del banco formador de pulsos 314 y la generación de un pulso de corriente eléctrica transitoria a través del lodo u otro fluido en tratamiento en un espacio de chispa entre los electrodos 34a y 34b.
El pulso de corriente eléctrica transitoria proporciona una descarga de arco incandescente a través del fluido.
La Fig. 3B muestra una forma de onda típica de una descarga de pulso de arco incandescente, según una realización de la presente invención. Una función de voltaje creada por la acción de la descarga de pulso de arco incandescente sobre la brecha a través de los electrodos comienza con un alto voltaje que tiene forma trapezoidal. La tensión trapezoidal se caracteriza por una subida rápida (i) y un rebasamiento del pico de tensión (ii) y, a continuación, por una meseta de CC superior inclinada. La meseta incluye una región de ionización (iii), y una región de agotamiento de electrones (iv). A la meseta le sigue una fuerte caída de tensión (v) debida a la ruptura dieléctrica. Además, la función de tensión se caracteriza por un decaimiento oscilante (vi) que termina con un corte (vii). Así, dado que el valor de la resistencia eléctrica R del medio fluido cambia a través de las etapas de ruptura del dieléctrico, la corriente que comienza con un comportamiento CC cambia con un decaimiento RC, y luego es seguida por un comportamiento de oscilación RLC.
Cabe señalar que las etapas (i) a (iv) proporcionan los fenómenos impulsados por el campo eléctrico en el fluido, y deben tener suficiente intensidad y duración del campo eléctrico para la activación molecular, el estiramiento molecular y/o el desenredo de las estructuras orgánicas de tipo celular y de flóculos, y la electroporación. Mientras que la etapa (v) debe proporcionar la suficiente potencia a los fenómenos impulsados por el arco eléctrico enumerados anteriormente, la etapa (iv) puede omitirse en la práctica, o utilizarse para promover una mayor formación de radicales, una mejor cavitación o una mejor interacción de choque.
Se forma un campo eléctrico de alta intensidad y una onda de choque electrohidráulica dentro del fluido tratado, acompañada de una intensa radiación de luz y de reacciones electroquímicas y termoquímicas dentro del fluido tratado.
Cuando los parámetros del circuito de descarga 32 son tales que la corriente y el voltaje transitorios incluyen oscilación, un voltaje inverso Uw(-) correspondiente a los componentes inversos negativos del voltaje transitorio oscilante puede ocurrir a través del banco formador de pulsos 314. Esta tensión de polaridad inversa es siempre menor que la tensión de carga original U. La correspondiente carga eléctrica negativa Qw(-) = CwUw(-) asociada a la tensión transitoria oscilante tiene una magnitud que es significativamente menor que la carga eléctrica positiva Qg(+) = CgUo(+) almacenada en la batería general de condensadores 312. Por lo tanto, la carga eléctrica total a través de la batería general de condensadores 312 tendrá una magnitud positiva, impidiendo así el paso de una componente inversa negativa perjudicial de la tensión transitoria oscilante a través del dispositivo de suministro de tensión 311.
Por ejemplo, la energía requerida para la desinfección de un determinado volumen de líquido está en el rango de hasta 100 J (julios). Para este caso, por ejemplo, una capacitancia de trabajo Cw del banco formador de pulsos 314 puede ser de 0,1 pF (microfaradios), la capacitancia general Cg puede ser de 10 pF, y una tensión de trabajo puede ser de 30 kV. En consecuencia, en la batería de formación de pulsos 314, la energía almacenada es W = CwU2/2= 45 J, y la carga eléctrica es Qw= CwU = 3.10-3 Q (culombios); mientras que, en la batería general de condensadores 312, la energía almacenada es 450 J, y la carga eléctrica es 0,3Q. Como puede entenderse, en este caso, la variación de la tensión se debe a la componente inversa de la tensión transitoria oscilante que puede estimarse como Qw/Cg = 300V. De este modo, la variación de la tensión no supera el 1%.
Refiriéndonos a la Fig. 4B, se muestra un esquema eléctrico de un sistema 40 para el tratamiento de un líquido contaminado, según otra realización de la invención. El sistema 40 incluye un circuito de carga 41 y una pluralidad de módulos de descarga equivalentes 42 acoplados eléctricamente al circuito de carga 41. Para simplificar la ilustración, sólo se muestran tres módulos de descarga 42 en la Fig. 4B, sin embargo, se puede utilizar cualquier número deseado de módulos de descarga 42.
El circuito de carga 41 incluye un dispositivo de alimentación de alta tensión 411 conectado a una batería de condensadores general 412 y una pluralidad de bancos de formación de pulsos 414 acoplados a la batería de condensadores general 412 a través de un interruptor general 413. Los bancos de formación de pulsos 414 están separados entre sí por elementos resistivos de corriente 415.
Como se muestra en la Fig. 4B, los elementos resistivos de corriente 415 están todos dispuestos en la línea eléctrica de potencial que está acoplada a un terminal de potencial del dispositivo de suministro de alto voltaje 411 en serie a través del interruptor general 413. Sin embargo, cuando se desee, los elementos resistivos de corriente correspondientes pueden disponerse en paralelo o en serie entre los bancos formadores de pulsos 414 en la línea de potencial y/o de tierra. En estos casos (no ilustrados en la Fig. 4B), los elementos resistivos pueden ser acoplados a un terminal de tierra 417 del dispositivo de suministro de alto voltaje 411. El propósito de los elementos resistivos de corriente 415 es separar los módulos de descarga 42 entre sí, como se describirá más adelante.
Cada módulo de descarga 42 comprende un interruptor de trabajo 421 en serie con el correspondiente banco de formación de pulsos 414 y un correspondiente electrodo de potencial 422a dispuesto en serie con el interruptor de trabajo 421. El electrodo de potencial 422a está separado por un hueco con un electrodo de tierra 422b. En la operación, los electrodos 422a y 422b deben ser sumergidos en un líquido 15 y distribuidos sobre un volumen deseado bajo tratamiento para proporcionar una descarga eléctrica dentro de sus respectivos espacios independientes. Como se muestra en la Fig. 4B, sólo los electrodos 422a de todos los módulos de descarga 42 están terminados por extremos de trabajo (indicados por flechas) sumergidos y distribuidos en el líquido 15 en tratamiento, mientras que los segundos electrodos 422b de todos los módulos de descarga 42 están todos conectados juntos y acoplados o asociados al cuerpo conductor conectado a tierra del recipiente de tratamiento 16 que contiene el líquido 15.
Por razones de seguridad, uno de los terminales del dispositivo de alimentación de alta tensión 411 (preferentemente, conectado al recipiente de tratamiento 16) está permanentemente conectado a tierra. Según una realización de la presente invención, todos los terminales de tierra de la batería general de condensadores 412 y de los bancos de formación de pulsos 414 pueden conectarse entre sí mediante un bus común de tierra 43 acoplado al terminal de tierra del dispositivo de suministro de alta tensión 411. Preferiblemente, el bus conectado a tierra 43 se implementa sobre la base de una barra conductora o un bus o cables de inductancia mínima. Los ejemplos de materiales adecuados para la barra conductora común incluyen, entre otros, el cobre y el aluminio. Entre los ejemplos de construcciones comunes adecuadas para una inductancia mínima se encuentran el colector bifilar, el coaxial, el biplano de gran anchura a distancia de separación y el triplano, etc.
El funcionamiento del sistema 40 es similar al funcionamiento del sistema 30, mutatis mutandis, y comienza cargando la batería de condensadores general 412 por el dispositivo de suministro de tensión 411 con el interruptor general 413 y los interruptores de trabajo 421 todos en su estado desconectado. En funcionamiento, la batería general de condensadores 412 está permanentemente cargada ya que está permanentemente conectada al dispositivo de suministro de tensión 411. La batería general de condensadores 412 puede descargarse parcialmente conectando el interruptor general 413, para suministrar una alta tensión a las baterías de formación de pulsos 414 mientras se mantienen los interruptores de trabajo 421 en su estado de desconexión. Tan pronto como el proceso de carga de los bancos de formación de pulsos 414 se haya completado, el interruptor general 413 debe desconectarse para romper la conexión entre la batería de condensadores general 412 y las salidas a los electrodos 422a a través de los bancos de formación de pulsos 414, y así evitar una mayor descarga de la batería de condensadores general 412 junto con el banco de formación de pulsos 414. El cierre de uno o más interruptores de trabajo 421 provoca la descarga de los correspondientes bancos de formación de pulsos 414 y la generación de un pulso transitorio de tensión y corriente eléctrica entre los electrodos 422a y 422b a través del líquido 15 en tratamiento.
De acuerdo con una realización, el interruptor general 413 y los interruptores de trabajo 421 son interruptores de tres electrodos que incluyen dos electrodos de conmutación que forman las vías de conmutación y un contacto mecánico móvil que proporciona la creación y la interrupción de la corriente alta entre los dos electrodos de conmutación. Según una realización, el interruptor general 413 y los interruptores de trabajo 421 pueden, por ejemplo, ser interruptores de vacío (ignitrones) que se activan mediante un circuito de encendido común (no mostrado), para proporcionar un encendido sustancialmente simultáneo de los mismos. Sin embargo, se ha comprobado que, en la práctica, los interruptores de trabajo 421 no pueden funcionar simultáneamente. Así, incluso un ligero avance de encendido de uno de los interruptores puede provocar una caída de tensión en el banco formador de pulsos 413, de forma que se impida el encendido del resto de los interruptores.
Para excluir tal posibilidad, la presente realización enseña a acoplar cada uno de los bancos de formación de pulsos 414 a otro banco de formación de pulsos 414 a través de los elementos resistivos de corriente 415. Consideremos un caso en el que uno de los interruptores de trabajo 421 entra en acción antes que los otros interruptores. Las variaciones de la tensión U en el tiempo t a través de los bancos de formación de pulsos 414 en los módulos de descarga 42 en los que los interruptores aún no estaban activados pueden estimarse mediante
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donde Umax es la tensión máxima, R es la resistencia eléctrica de los elementos resistivos 415 y C es la capacitancia de cada banco de formación de pulsos 414.
Según una realización de la presente invención, la magnitud de la resistencia eléctrica R es tal que el retardo de encendido t entre los interruptores de trabajo 421 sería menor o igual que la constante de tiempo de relajación RC del banco formador de pulsos 414, a saber: t <RC. Por ejemplo, en la práctica, el retardo de encendido puede ser del orden de varios microsegundos. Esta disposición puede evitar una disminución de tensión demasiado brusca a través de los bancos de formación de pulsos 414, y permitir así el funcionamiento simultáneo de todos los interruptores de trabajo 421. Una funcionalidad adicional de esta separación es dirigir todas las corrientes de descarga de cada batería de condensadores a través de su respectivo interruptor, evitando así la sobrecarga del mismo.
Por ejemplo, los valores típicos de los componentes del sistema 40 y los parámetros de su funcionamiento son los siguientes El número de los módulos de descarga 42 puede, por ejemplo, estar en el rango de 3 a 15, el voltaje nominal proporcionado por el dispositivo de suministro de alto voltaje es de 30kV, la resistencia eléctrica de los elementos resistivos 415 está en el rango de 1 kOhm a 10 kOhm, la capacitancia Cg de la batería de condensadores general 412 está en el rango de 4 microfaradios a 12 microfaradios, y la capacitancia Cw del banco de formación de pulsos 414 está en el rango de 0,1 microfaradios a 0,5 microfaradios.
Según otra realización, cada interruptor de alta corriente 421 puede ser activado por una pluralidad de circuitos de encendido dedicados (no mostrados), para proporcionar una secuencia deseada de activación de los interruptores de corriente 421, de acuerdo con un algoritmo predeterminado.
Cuando se desee, todos los bancos de formación de pulsos 414 pueden tener el mismo valor de capacitancia eléctrica. Alternativamente, los valores de capacitancia eléctrica Cw(i) de los bancos de formación de pulsos individuales 414 pueden ser diferentes (i = 1, 2, ...N; donde N es el número de los bancos de formación de pulsos 414).
Refiriéndonos a la Fig. 6, se muestra un esquema eléctrico de un sistema 50 para el tratamiento de un líquido contaminado, según otra realización de la invención. El sistema 50 incluye un circuito de carga 51 y una pluralidad de módulos de descarga equivalentes 52 acoplados eléctricamente al circuito de carga 51. El sistema 50 difiere del sistema (40 en la Fig. 4) en el hecho de que incluye además una pluralidad de bancos de formación de pulsos adicionales 514 acoplados en un terminal a la batería de condensadores general 412 a través de un interruptor general adicional 513. Los bancos de formación de pulsos adicionales 514 están separados entre sí por elementos resistivos de corriente adicionales 515 dispuestos en la línea de alimentación potencial. El otro terminal de los bancos de formación de pulsos adicionales 514 está conectado a tierra.
El sistema 50 comprende también un interruptor de trabajo adicional 521 en serie con el terminal de potencial del correspondiente banco de formación de pulsos adicional 514 que está acoplado al correspondiente electrodo 422a sumergido en el líquido 15.
Según una realización de la invención, una capacidad eléctrica adicional Cadd de la batería de condensadores adicional 514 es mayor que una capacitancia eléctrica Cw de la batería de formación de pulsos 414, pero es menor que una capacitancia eléctrica Cg de la batería de condensadores general 412, es decir, Cw<Cadd << Cg. Por ejemplo, la capacitancia Cg de la batería de condensadores general puede estar en el rango de 10 pF a 50 pF (microfaradios), la capacitancia Cw del banco de formación de pulsos 414 puede estar en el rango de 0,01 |jF a 0,5 pF, y la capacitancia Cadd del banco de formación de pulsos adicional 514 puede estar en el rango de 1 pF a 5 pF.
Cabe señalar que el sistema 50 es, en términos prácticos, más útil en los casos en que los electrodos 422a de todos los módulos de descarga 42 están escasamente distribuidos dentro del líquido 15 en tratamiento.
El funcionamiento del sistema 50 comienza cargando la batería general de condensadores 412 mediante el dispositivo de suministro de tensión 411. El interruptor general 413, los interruptores de trabajo 321 y los interruptores de trabajo adicionales 521 pueden mantenerse en el estado desconectado. En funcionamiento, la batería general de condensadores 412 está permanentemente cargada ya que está permanentemente conectada al dispositivo de suministro de tensión 411. La batería general de condensadores 412 puede descargarse parcialmente cerrando (conectando) el interruptor general 413 para suministrar una alta tensión a los bancos de formación de pulsos 414, y cerrando (conectando) el interruptor general adicional 513 para suministrar una alta tensión a los bancos de formación de pulsos 514. La disminución de la tensión en la batería general de condensadores 412 debida a esta descarga es relativamente pequeña, debido a la condición Cg >> Cadd + Cw. Así, la caída de la tensión en la batería de condensadores general 412 puede compensarse fácilmente cargando la batería de condensadores general desde el dispositivo de suministro de tensión 411. Tan pronto como el proceso de carga de los bancos de formación de pulsos 414 se haya completado, el interruptor general 413 debe desconectarse para desconectar la batería de condensadores general 412 de los bancos de formación de pulsos 414, y así evitar una mayor descarga de la batería de condensadores general 412 junto con los bancos de formación de pulsos 414. El cierre de uno o más interruptores de trabajo 421 (pero manteniendo todos los interruptores de trabajo adicionales 521 en el estado desconectado) resulta en la descarga eléctrica de los bancos formadores de pulsos correspondientes 414 y la generación de un voltaje transitorio y un pulso de corriente eléctrica transitoria entre los electrodos de potencial 422a y el electrodo conectado a tierra 422b que está asociado con el cuerpo del recipiente 16 a través del líquido 15 bajo tratamiento. Este pulso preliminar es responsable de las etapas (i) a (iv ) en la FIG. 3B. Una vez que la ionización y el agotamiento de electrones han terminado sin perder la carga en la batería de condensadores adicional 514, uno o más interruptores de trabajo adicionales 521 se cierran (se encienden) para mantener o mejorar la descarga de corriente eléctrica dentro del líquido, lo que resulta en la descarga eléctrica de los correspondientes bancos de formación de pulsos adicionales 514 y la mejora de la corriente eléctrica transitoria y el voltaje entre los correspondientes electrodos de potencial 422a y el electrodo conectado a tierra 422b.
Hay que tener en cuenta que cuando se utiliza un determinado tipo de interruptor de trabajo, por ejemplo, los tiratrones, uno de los electrodos del interruptor tiene que estar permanentemente conectado a tierra.
Refiriéndonos a la Fig. 7, se muestra un esquema eléctrico de un sistema 60 para el tratamiento de un líquido contaminado, según otra realización de la invención. El sistema 60 incluye un circuito de carga 61 y un módulo de descarga 62 acoplado eléctricamente al circuito de carga 61. El circuito de carga 61 incluye un dispositivo de alimentación de alta tensión 611 conectado a una batería general de condensadores 612 y una batería de formación de pulsos 614 acoplada a la batería general de condensadores 612 en un terminal a través de un interruptor general 613 y en otro terminal a través de un elemento resistivo general 616 que conecta los terminales de tierra de la batería general de condensadores 612 y de la batería de formación de pulsos 614.
El módulo de descarga 62 del sistema 60 incluye un interruptor de trabajo 621 que está dispuesto en serie con el banco de formación de pulsos 613 y electrodos 622b y 622a separados por un hueco en serie con el interruptor de trabajo 621 para proporcionar una descarga eléctrica dentro del hueco.
Como se muestra en la Fig. 7, el electrodo 622a está conectado al elemento resistivo general 616 diseñado para proteger el dispositivo de suministro de alto voltaje 611 contra la sobrecarga. En este caso, el electrodo de potencial del dispositivo de suministro de alta tensión 611 se desconecta de su electrodo de tierra, y la carga del banco de formación de pulsos 614 se proporciona a través del elemento resistivo general 616. La corriente de carga y la corriente extraída durante la inversión de la polaridad del banco formador de pulsos 614 también puede limitarse. El electrodo 622a está terminado por una pluralidad de extremos de trabajo sumergidos en el líquido 15 y distribuidos dentro de un volumen deseado del líquido, aunque también se puede utilizar simplemente un extremo de trabajo. Los extremos de trabajo están conectados mediante cables al electrodo de potencial común 622a. El segundo electrodo 622b está acoplado o asociado a un cuerpo conductor conectado a tierra del recipiente de tratamiento 16 que contiene el líquido 15.
Por razones de seguridad, uno de los terminales del dispositivo de suministro de alto voltaje 611 (por ejemplo, el terminal "negativo") está permanentemente conectado a tierra. Además, el cuerpo conductor del recipiente de tratamiento 16 también está permanentemente conectado a tierra.
El funcionamiento del sistema 60 comienza cargando la batería general de condensadores 612 mediante el dispositivo de suministro de tensión 611. En funcionamiento, la batería general de condensadores 612 está permanentemente cargada ya que está permanentemente conectada al dispositivo de suministro de tensión 611. La batería general de condensadores 612 puede descargarse parcialmente cerrando (encendiendo) el interruptor general 613, para suministrar una alta tensión a la batería de formación de pulsos 614. La pérdida de tensión en la batería general de condensadores 612 debida a esta descarga puede estimarse en Cw/(Cg Cw) en promedio y en 2Cw /(Cg 2Cw) en el peor de los casos. Debido a la condición Cg >> Cw, esta pérdida es relativamente pequeña, es decir, 2Cw/(Cg 2Cw) <<1. Así, la caída de la tensión en la batería de condensadores general 612 puede compensarse fácilmente cargando la batería de condensadores general desde el dispositivo de suministro de tensión 611.
El banco de formación de pulsos 614 puede ser descargado abriendo (apagando) el interruptor general 613 y luego cerrando (encendiendo) el interruptor de trabajo 621 para descargar el banco de formación de pulsos 614, generando así un voltaje transitorio y un pulso de corriente eléctrica entre los electrodos 622b y 622a a través del fluido bajo tratamiento.
Cada una de las realizaciones descritas del sistema y procedimiento de la presente invención para el tratamiento de lodos de aguas residuales puede utilizarse adicionalmente en varias etapas de tratamiento de un proceso de tratamiento multietapa en una planta de tratamiento de aguas residuales.
Por ejemplo, para generar una descarga de corriente eléctrica de arco dentro de los lodos activados por residuos, se puede utilizar un campo eléctrico pulsado con una fuerza en el rango de 10 kV/cm a 200 kV/cm. Un pico de corriente pulsada puede, por ejemplo, estar en el rango de 15kA a 50 kA. Una anchura de pulso puede, por ejemplo, estar en el rango de 3 microsegundos a 10 microsegundos, y una tasa de repetición de pulso (frecuencia de pulso) puede, por ejemplo, estar en el rango de 10 pps a 500 pps (pulsos por segundo), Cabe señalar que estos valores dependen de la tasa de flujo y de la cantidad de sólidos de los lodos, para asegurar que una energía/tonelada seca de sólidos especificada se transmita a la materia tratada.
Refiriéndonos a la Fig. 8, se ilustra una vista esquemática del tratamiento de lodos de aguas residuales municipales en una WWTP (planta de tratamiento de aguas residuales) 80, según una realización de la presente invención. La WWTP 80 se diferencia de la WWTP de la técnica anterior (100 en la Fig. 1) en el hecho de que la WWTP 80 está configurada para tratar los lodos activados residuales (WAS) que salen del clarificador secundario 105 sometiéndolos a tratamiento mediante un sistema de descarga eléctrica (indicado por un número de referencia 81) de la presente invención.
Como se muestra en la Fig. 8, el sistema de descarga eléctrica 81 está dispuesto aguas abajo del espesador secundario 108 y aguas arriba del digestor anaeróbico 106. Sin embargo, cuando el espesador secundario es opcional, y no está incluido en la WWTP, el sistema de descarga eléctrica 81 puede disponerse directamente aguas abajo del clarificador secundario 105.
En operación, una porción del WAS que sale del clarificador secundario 105 puede ser devuelta al tanque de aireación 104 como lodo activado de retorno (RAS) para ayudar a perpetuar el proceso de biodegradación aeróbica, mientras que cualquier porción de lodo en exceso es entregada al sistema de descarga eléctrica 81. Si se desea, los lodos activados residuales (WAS) que salen del clarificador secundario 105 pueden espesarse opcionalmente en el espesador secundario 108 para aumentar la concentración de sólidos, y sólo después del espesamiento ser suministrados al sistema de descarga eléctrica 81.
En funcionamiento, el sistema de descarga eléctrica 81 genera un pulso eléctrico transitorio de arco incandescente con la forma de onda de voltaje y corriente apropiada a través del lodo en un espacio de chispa entre los electrodos. En el interior del lodo tratado se forman un campo eléctrico fuerte y cambiante de duración requerida y una onda de choque electrohidráulica de potencia e intensidad requeridas, que van acompañados de radiación luminosa y de los fenómenos electroquímicos y físicos descritos anteriormente.
Como resultado de la descarga de la corriente eléctrica formadora de arco, las estructuras orgánicas celulares y de tipo flóculo en los lodos activados por residuos pueden romperse y destruirse, liberando así líquido intracelular e intercelular rico en nutrientes. Los sólidos orgánicos restantes pueden ser parcialmente hidrolizados, lo que puede mejorar su digestión posterior. Tras liberar el agua intracelular e intercelular, el contenido sólido orgánico suspendido en la solución se reduce en volumen y masa, lo que puede simplificar los procesos de postratamiento de los lodos. De este modo, tras el tratamiento de los WAS por el sistema de descarga eléctrica 81, los contenidos sólidos orgánicos resultantes quedan fácilmente disponibles como alimento para la digestión cuando los WAS tratados se introducen en el digestor anaeróbico 106.
Como se muestra en la Fig. 8, los lodos activados residuales tratados que salen del sistema de descarga eléctrica 81 y los lodos crudos (lodos primarios) que salen del clarificador primario 103 se entregan al digestor anaeróbico 106, donde se exponen a microorganismos para la digestión anaeróbica que degradan aún más los lodos biológicamente. La destrucción de las estructuras de la célula del microorganismo y los flóculos de las células del microorganismo enriquecen el WAS con materia orgánica. Este material se utiliza como alimento para los microorganismos que participan en la digestión biológica en el digestor anaeróbico 106. Como resultado, se puede aumentar la cantidad de metano en los gases de subproducto del rendimiento, mientras que la cantidad de dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno puede disminuir.
La viabilidad y la eficacia de la descarga eléctrica para perturbar la biomasa en los lodos activados residuales (WAS) derivados del tratamiento de aguas residuales municipales se ha demostrado en pruebas de laboratorio y en proyectos piloto in situ. Se han desarrollado plantas piloto para realizar pruebas en plantas de tratamiento de aguas residuales que generan WAS. Se diseñó y construyó un sistema de descarga eléctrica pulsada (PED) que podía manejar hasta 2,5 metros cúbicos por hora de alimentación WAS. Una planta de tratamiento de aguas residuales de este tipo puede ser adecuada para una pequeña WWTP que procese unos 8.500 metros cúbicos/día de aguas residuales municipales. El tratamiento requirió un total de 16 kW (20kVA de alimentación).
El sistema de descarga eléctrica 81 con cuatro pares de electrodos estaba configurado y era capaz de generar 30 kV y manejar una corriente pulsada máxima de 15kA de 3 microsegundos de ancho de pulso, y de 10 pps a 50 pps de frecuencia de pulso. El contenido de sólidos de WAS estaba en el rango de 2% a 5% de los sólidos totales. Los resultados del tratamiento muestran la destrucción de las estructuras celulares de los microorganismos y los flóculos de las células de los microorganismos que enriquecen el WAS con materia orgánica utilizada como alimento en el digestor anaeróbico 106. Así, el tiempo de digestión fue un 20% más corto y un 40% más efectivo en el peso total de sólidos eliminados, en comparación con la planta de la técnica anterior (100 en la Fig. 1) que no incluye un sistema de descarga eléctrica. Asimismo, la prueba realizada demostró que en una planta de tratamiento de aguas residuales que emplea el sistema de descarga eléctrica de la presente invención, la producción de metano puede incrementarse entre un 20% y un 60%, y la cantidad de sólidos "secos" a eliminar puede reducirse en un 40% en peso.
Además, se comprobó que cuando la energía de tratamiento aplicada a los WAS era superior a 800 kilovatios-hora por tonelada seca, el recuento de patógenos en los lodos tratados se reducía drásticamente, transformando los lodos en el material residual biosólido seguro de clase "A" (según la normativa EPA 503) sin necesidad de hervir o compostar. Un lodo de clase "A" puede ser seguro para su uso como fertilizante, lo que hace que los ingresos adicionales por encima, y, además, el ahorro del costo de camiones y las varias semanas necesarias para la etapa de compostaje utilizado en una WWTP de la técnica anterior.
Cabe señalar que hay una diferencia significativa en el funcionamiento y la eficacia del sistema de descarga eléctrica 81 que emplea la descarga eléctrica de arco incandescente sobre el aparato de electroporación descrito en las referencias de la técnica anterior Pat. de EE.UU. Números 6.491.8206,540,9196,709,594 y 7,001,520. Como se ha descrito anteriormente, estas referencias describen sistemas y procedimientos para el tratamiento de lodos de aguas residuales biológicamente activos mediante un sistema de campo eléctrico pulsado que aplica un alto campo eléctrico no forzado a los lodos.
A diferencia del sistema de descarga eléctrica de la presente solicitud, el campo eléctrico generado por el aparato de electroporación de la técnica anterior no proporciona una descarga de arco dentro del material residual tratado. En funcionamiento, el campo eléctrico variable en el tiempo provoca la aceleración de iones y otras micropartículas cargadas, que chocan con las células y los flóculos del lodo provocando microcorrientes a través de las células microbianas, y la atracción electrostática sobre las moléculas de las membranas celulares, alterando así su capacidad de retención de agua y provocando la destrucción de sus estructuras.
Además, cuando las características de la anchura del pulso del campo eléctrico utilizado se acercan al tiempo de relajación de las moléculas de agua "unidas" y/o al tiempo de relajación de otras moléculas orgánicas polares, el campo eléctrico pulsado aplicado puede producir calor principalmente debido a la excitación causada por el campo eléctrico variable en el tiempo que hace que las moléculas polares que tienen momento dipolar eléctrico giren hacia adelante y hacia atrás como resultado del par de torsión que les impone el campo eléctrico variable en el tiempo. Si los parámetros del campo eléctrico variable en el tiempo no se adaptan a las características dieléctricas (por ejemplo, el tiempo de relajación) de las moléculas de lodo, no se generará calor. En consecuencia, el aparato de electroporación de la técnica anterior tiene una eficacia mucho menor que la del sistema de descarga eléctrica de la presente solicitud.
Cabe señalar que aunque los parámetros eléctricos variables en el tiempo utilizados en las referencias del estado de la técnica Pat. de EE.Uu . Números 6.491.820, 6,540,919, 6,709,594 y 7,001,520 son tales que pueden producir una descarga eléctrica formadora de arco entre los electrodos, los sistemas descritos en estas referencias del estado de la técnica se abstienen de utilizar un campo eléctrico de arco en favor de un voltaje y una anchura de pulso sin arco, posiblemente debido a los problemas asociados con las técnicas del estado de la técnica descritas en la sección de antecedentes anterior con referencias a las Figs. 2 y 3.
Refiriéndonos a la Fig. 9, se ilustra una vista esquemática del tratamiento de lodos de aguas residuales municipales en una WWTP 90, según otra realización de la presente invención. La WWTP 90 difiere de la planta de tratamiento de aguas residuales de la técnica anterior (100 en la Fig. 1) en el hecho de que la planta 90 está configurada para tratar los lodos primarios que salen del clarificador primario 103 mediante el uso de un sistema de descarga eléctrica (indicado por un número de referencia 91) de la presente invención. El sistema 90 puede ser útil para descomponer sólidos relativamente grandes y medidores orgánicos en el lodo primario para ayudar a crear una digestión más fácil de los residuos en las etapas posteriores.
Como se muestra en la Fig. 9, el sistema de descarga eléctrica 91 está dispuesto aguas abajo del espesador primario 107 y aguas arriba del digestor anaeróbico 106. Sin embargo, cuando el espesador primario 107 es opcional, y no está incluido en la planta de tratamiento de aguas residuales, el sistema de descarga eléctrica 91 puede disponerse directamente aguas abajo del clarificador primario 103.
En funcionamiento, como se muestra en la Fig. 9, el lodo primario que sale del clarificador primario 103 se espesa en el espesador primario 107 para aumentar la concentración de sólidos y, después de espesarse, se proporciona al sistema de descarga eléctrica 91. Sin embargo, cuando el espesador primario 107 es opcional, el lodo primario que sale del clarificador primario 103 se entrega directamente al sistema de descarga eléctrica 91.
En funcionamiento, el sistema de descarga eléctrica 91 genera un pulso eléctrico transitorio de arco incandescente con una forma de onda de voltaje y corriente apropiados a través del lodo primario en un espacio de chispa entre los electrodos. Un campo eléctrico fuerte y cambiante de duración prescrita y una onda de choque electrohidráulica de potencia e intensidad prescritas que se forman dentro del lodo en tratamiento van acompañados de una radiación luminosa junto con los fenómenos electroquímicos y físicos descritos anteriormente.
Como resultado de la descarga de la corriente eléctrica formadora de arco, el material biológico presente en el lodo primario puede romperse y los patógenos son destruidos. Después del tratamiento por el sistema de descarga eléctrica 91, los lodos primarios esterilizados y los lodos activos residuales que salen del espesador secundario 108 se transportan al digestor anaeróbico 106, donde se exponen a microorganismos para la digestión anaeróbica que degradan aún más los lodos biológicamente.
Cabe señalar que la realización mostrada en la Fig. 9 emplea el sistema de descarga eléctrica de la presente invención principalmente para la esterilización del lodo primario, mientras que el lodo activo residual permanece sin tratar, lo que puede impedir que el expelente alcance el nivel de patógenos residuales de clase "A".
Por lo tanto, una realización de la WWTP de la presente aplicación, que se ilustra en la Fig. 10A, utiliza dos sistemas individuales de descarga eléctrica de la presente invención para el tratamiento por separado de los lodos primarios (PS) y los lodos activados residuales (WAS). En concreto, como se muestra en las Figs. 10A, la WWTP I 0O0A difiere de la WWTP de la técnica anterior (100 en la Fig. 1) en el hecho de que en la WWTP 1000A tanto los lodos primarios (PS) que salen del clarificador primario 103 como los lodos activados residuales (WAS) que salen del clarificador secundario 105 son tratados mediante descarga eléctrica pulsada en dos sistemas individuales de descarga eléctrica de la invención antes de entrar en el digestor anaeróbico 106.
Según la realización mostrada en la Fig. 10A, la WWTP 1000A incluye un primer sistema de descarga eléctrica 1001a y un segundo sistema de descarga eléctrica 1001b. Los PS que salen del clarificador primario 103, es tratado por el espesador primario 107, y luego es alimentado al primer sistema de descarga eléctrica 1001a. Por otro lado, el WAS que sale del clarificador primario 103, es tratado por el espesador primario 107, y luego es alimentado al segundo sistema de descarga eléctrica 1001b. El primer sistema de descarga eléctrica 1001a y el segundo sistema de descarga eléctrica 1001b pueden configurarse para realizar el tratamiento con diferentes parámetros eléctricos, adecuados para el mejor tratamiento del flujo de PS y del flujo WAS, respectivamente.
Refiriéndonos a la Fig. 10B, se ilustra una vista esquemática del tratamiento de lodos de aguas residuales municipales en una WWTP 1000B, según otra realización de la presente invención. Según esta realización, la WWTP 1000B difiere de la planta de tratamiento de aguas residuales (1000A en la Fig. 10A) en el hecho de que la corriente de PS que se descarga desde el espesador primario 107, entra en el primer sistema de descarga eléctrica 1001a donde se pretrata hasta un determinado nivel de potencia. La corriente de PS pretratada que sale del 1001a se mezcla entonces con la corriente de WAS que sale del espesador secundario 108. A continuación, la corriente mezclada se alimenta a un sistema de descarga común 1001b que funciona a un nivel de potencia adecuado para el WAS, que también proporciona el nivel de potencia requerido restante para los PS pretratados. El flujo de PS se trata para descomponer los sólidos relativamente grandes, y las materias orgánicas, para desinfectar los lodos primarios de modo que la digestión posterior pueda ser más rápida, con más biogás y menos cantidades de lodos secos evacuados.
Refiriéndonos a la Fig. 10C, se ilustra una vista esquemática del tratamiento de lodos de aguas residuales municipales en una WWTP 1000C , según otra realización de la presente invención. Según esta realización, la WWTP 1000C difiere de la planta de tratamiento de aguas residuales de la técnica anterior (100 en la Fig. 1) en el hecho de que la corriente de PS descargada desde el espesador primario 107 y la corriente de WAS descargada desde el espesador secundario 108 se mezclan, y luego la corriente mezclada se alimenta a un sistema de descarga común 1001c operado a un nivel de potencia más alto adecuado para el tratamiento de PS o WAS. En comparación con la WWTP 1000B mostrada en la Fig. 10B, dado que esta planta utiliza sólo un sistema de descarga, el mantenimiento de esta planta es más sencillo que el mantenimiento cuando se utilizan dos sistemas de descarga. Refiriéndonos a la Fig. 10D, se ilustra una vista esquemática del tratamiento de lodos de aguas residuales municipales en una WWTP 1000D , según otra realización de la presente invención. Según esta realización, la WWTP 1000D difiere de la planta de tratamiento de aguas residuales de la técnica anterior (100 en la Fig. 1) en el hecho de que los espesadores primarios y secundarios individuales 107 y 108 se sustituyen por un único espesador común 1002.
En funcionamiento, el lodo primario del clarificador primario 103 y el lodo activado residual (lodo secundario) del clarificador secundario 105 se entregan primero a un espesador común 1002 y, a continuación, la mezcla espesada del lodo primario y el lodo activado residual se transporta a un único sistema de descarga eléctrica común 1001d que está dispuesto aguas abajo del espesador común 1002 y aguas arriba del digestor anaeróbico 106. Sin embargo, cuando el espesador común 1002 es opcional, y no está incluido en la planta de tratamiento de aguas residuales, los lodos primarios y los lodos activados residuales se alimentan directamente al sistema de descarga eléctrica 1001d.
En funcionamiento, los sistemas de descarga eléctrica generan un pulso eléctrico transitorio de arco incandescente con una tensión y una forma de onda de corriente adecuadas a través del lodo en un espacio de chispa entre los electrodos. Un campo eléctrico fuerte y cambiante de duración prescrita y una onda de choque electrohidráulica de potencia e intensidad prescritas que se forman dentro del lodo en tratamiento van acompañados de reacciones electroquímicas, radiación de luz y otros fenómenos físicos mencionados anteriormente.
Debido a la descarga de la corriente eléctrica formadora de arco, el material biológico y las estructuras orgánicas de tipo celular y de flóculos que están presentes en la mezcla de lodo pueden ser rotos y destruidos. Como resultado, se libera el agua intracelular e intercelular y se destruyen los patógenos. Tras el tratamiento de la mezcla de lodos mediante el sistema o sistemas de descarga eléctrica, los contenidos sólidos orgánicos resultantes quedan fácilmente disponibles como alimento cuando la mezcla de lodos tratada se introduce en el digestor anaeróbico 106, donde se expone a los microorganismos para la digestión anaeróbica que degradan aún más los lodos biológicamente.
Refiriéndonos a la Fig. 11, se ilustra una vista esquemática del tratamiento de lodos de aguas residuales municipales en una planta de tratamiento de aguas residuales (WWTP) 1100, según una realización que no forma parte de la presente invención. La WWTP 1100 mostrada en la Fig. 11 difiere de la WWTP 80 de la Fig. 8 en el hecho de que un sistema de descarga eléctrica 111 de la presente invención está dispuesto aguas abajo del clarificador secundario 105 para recibir el efluente de aguas residuales secundarias que contiene un porcentaje menor de sólidos biológicos que el WAS. Como se ha descrito anteriormente, el efluente de las aguas residuales secundarias puede estar muy contaminado y contener bacterias y virus patógenos. Para la depuración posterior, el efluente secundario se transporta a la estación de tratamiento final 121. Según la realización mostrada en la Fig.
11, la estación de tratamiento final 121 incluye el sistema de descarga eléctrica 111 configurado para desinfectar el efluente de aguas residuales secundarias para destruir los patógenos. La potencia utilizada por el sistema de descarga eléctrica 111 puede ser, por ejemplo, del orden de 0,02 a 0,4KW por metro cúbico de aguas residuales, dependiendo de la calidad de las mismas.
Debe entenderse que, cuando se desee, la estación de tratamiento final 121 también puede incluir la desinfección con cloro y/o implicar el uso de luz ultravioleta (UV) o tratamiento con ozono. Todos estos procesos de desinfección pueden ser concurrentes o consecutivos.
Cabe señalar que el sistema de descarga eléctrica de la presente divulgación puede utilizarse en uno o simultáneamente en varios otros puntos de unión dentro de una planta de tratamiento de aguas residuales, además de los descritos anteriormente con referencia a las Fig. 8 a 10D.
La Fig. 12 muestra una vista esquemática de una planta de tratamiento de aguas residuales 1200 no conforme a la presente invención en la que se puede utilizar un sistema de descarga eléctrica de la presente divulgación para obtener un beneficio adicional. Las posiciones ejemplares para la integración del sistema de descarga eléctrica en la planta están marcadas con las letras de referencia A a D. El sistema de descarga eléctrica de la presente divulgación puede, en cada una de estas posiciones, manejar una porción del flujo de aguas residuales o todo el flujo.
Por ejemplo, el sistema de descarga eléctrica de la presente divulgación puede estar dispuesto aguas arriba de la corriente de aguas residuales que pasa por la posición A, es decir, después de la estación de tratamiento primario 102 y antes del clarificador primario 103. Como se ha descrito anteriormente, la arena y la gravilla son eliminadas por la estación de tratamiento primario 102. Así, la aplicación del sistema de descarga eléctrica puede liberar el agua ligada de las partículas molidas y de los flóculos, de modo que la eficiencia del clarificador primario 103 mejora.
Alternativamente, el sistema de descarga eléctrica de la presente 2-divulgación puede disponerse aguas abajo de la estación de tratamiento primario 102 para recibir los lodos de aguas residuales que salen del clarificador primario 103 antes de que se combinen con los lodos activados de retorno (posición B), o después de que se combinen con los lodos activados de retorno (posición C). Esta disposición puede ayudar al proceso de aireación y cambiar las proporciones bacterianas en el tanque de aireación 104 eliminando o minimizando las bacterias dañinas que entran en él.
Como alternativa adicional, el sistema de descarga eléctrica de la presente divulgación puede estar dispuesto aguas abajo del digestor anaeróbico 106 (posición D) para recibir el digestato (producto del digestor anaeróbico 106). La aplicación de la descarga eléctrica para moler las partículas y los flóculos puede liberar el agua ligada, de modo que se mejora la eficiencia de las prensas de deshidratación 109. Asimismo, desinfecta aún más el digestato para que alcance el nivel de clase "A" antes de su deshidratación, lo que da como resultado un expelente de clase "A" seguro para su venta o uso como fertilizante.
Se encontró que una concentración de agua en el material sólido "seco" después del tratamiento del digestato por el sistema de descarga eléctrica de la presente invención puede reducirse en aproximadamente 30-40 % en peso, cuando se compara con la planta de la técnica anterior (100 en la Fig. 1) que no emplea un sistema de descarga eléctrica. Esto reduce el volumen de expelente que hay que transportar en camión y reduce el combustible necesario para su incineración, en caso de que siga siendo inseguro (clase "B" en términos de patógenos, virus y parásitos contenidos en su interior), como ocurre en la planta de la técnica anterior.
También se descubrió que cuando la energía de tratamiento aplicada al digestato era superior a 800 kilovatios-hora por tonelada seca, el digestato se transformaba en un material residual de sólidos biológicos seguro de clase "A" (según la normativa EPA 503).
Debe entenderse que la fraseología y la terminología empleadas en el presente documento son a efectos de descripción y no deben considerarse como limitantes.
Cabe señalar que las palabras "que comprende" e "incluye", tal como se utilizan en las reivindicaciones adjuntas, deben interpretarse en el sentido de "incluye pero no se limita a".
Es importante, por tanto, que el alcance de la invención no se interprete como limitado por las realizaciones ilustrativas expuestas en el presente documento. Otras variaciones son posibles dentro del alcance de la presente invención, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Una planta de tratamiento de aguas residuales, WWTP (80, 90, 2. 1000A/B/C/D), que comprende:
una estación de tratamiento preliminar (102) configurada para recibir un fluido de aguas residuales y tamizarlo para evitar que los objetos de mayor tamaño pasen aguas abajo;
un clarificador de sedimentación primario (103) dispuesto aguas abajo de la estación de tratamiento preliminar (102) y configurado para recibir el fluido de aguas residuales que sale de la estación de tratamiento preliminar (102), y separarlo en un lodo primario y un efluente primario;
un tanque de aireación (104) configurado para recibir el efluente primario que sale del clarificador de sedimentación primario (103), y tratar dicho efluente primario en presencia de aire bombeado al tanque de aireación (104), para producir así un efluente de aguas residuales aireado;
un clarificador de sedimentación secundario (105) dispuesto aguas abajo del tanque de aireación (104), y configurado para recibir el efluente de aguas residuales aireado que sale del tanque de aireación, y separarlo en lodos activados residuales y un efluente de aguas residuales secundario;
un sistema de descarga eléctrica (81, 91, 1001a, 1001b, 1001c, 1001d) configurado para (i) recibir al menos una parte de al menos un fluido de aguas residuales (15) que es dicho lodo primario y/o
dicho lodo activado residual, y (ii) generar un pulso de corriente eléctrica transitoria de voltaje formador de arco a través de dicho al menos un fluido de aguas residuales (15) para crear una onda de choque electrohidráulica dentro de dicho al menos un fluido de aguas residuales acompañada de un alto campo eléctrico, calor intensivo y radiación de luz; y
un digestor anaeróbico (106) dispuesto a continuación del sistema de descarga eléctrica, configurado para recibir el fluido de aguas residuales tratado por el sistema de descarga eléctrica y degradarlo aún más mediante digestión anaeróbica, con lo que se obtienen gases como subproducto y digestato;
caracterizada porque dicho sistema de descarga eléctrica comprende:
un dispositivo de alimentación de alta tensión (311, 411,611) que tiene al menos un terminal de potencial (416) y un terminal de tierra (417);
una batería de condensadores general (312,412,612) acoplada al dispositivo de alimentación de alta tensión (311, 411,611);
al menos un interruptor general (313,413,613) conectado a la batería general de condensadores (312,412,612);
al menos un banco de formación de pulsos (314,414,614) acoplado a la batería general de condensadores a través del interruptor general (313,413,613);
al menos un interruptor de trabajo (321.421.621) dispuesto en serie con el correspondiente banco de formación de pulsos (314.414.614);
al menos un electrodo de potencial (34a,422a,622a) sumergido en dicho al menos un fluido de aguas residuales (15) y acoplado a dicho al menos un banco de formación de pulsos (314,414,614) a través de dicho al menos un interruptor de trabajo (321,421,621); y
al menos otro electrodo (34b,422b,622b) seleccionado entre un electrodo conectado a tierra y otro electrodo de tensión, definiendo dicho al menos otro electrodo (34b,422b,622b) junto con dicho al menos un electrodo de potencial (34a,422a,622a) un espacio de chispa formadora de arco dentro del fluido de aguas residuales, estando dicho al menos otro electrodo dispuesto en serie con el interruptor de trabajo (321,421,621) para proporcionar una descarga eléctrica formadora de arco a través de una porción del fluido de aguas residuales en el espacio de chispa formadora de arco; y
un recipiente de tratamiento (16) que contiene el fluido de aguas residuales (15) que se está tratando y que está equipado con al menos un par de dicho al menos un electrodo de potencial y al menos otro electrodo colocados para formar un hueco para transferir un pulso de arco incandescente a través del fluido de aguas residuales que se está tratando,
en el que dicho recipiente de tratamiento comprende un reflector interno (531) configurado para reflejar, dirigir y hacer resonar las ondas de choque hidráulicas; y
en el que dicho reflector interno (531) es uno de:
un reflector elipsoidal (531a) de forma elipsoidal, en el que dicho espacio de chispa formadora de arco está situado al menos en un nodo focal del reflector elipsoidal;
un reflector esferoidal (531b) con forma esferoidal, en el que dicho espacio de chispa formadora de arco está situado en un círculo que pasa por los nodos focales del reflector esferoidal alrededor de un eje esferoidal;
un reflector cilíndrico (531c) que tiene una forma tubular cilíndrica, en el que dicho espacio de chispa formadora de arco está situado en un eje longitudinal del tubo del reflector cilíndrico; un reflector cilíndrico que tiene una forma tubular cilíndrica, en el que dicho espacio de chispa formadora de arco está situado en una hélice que gira alrededor de un eje longitudinal del tubo del reflector cilíndrico; y
un reflector tubular elíptico (531d) que tiene una forma tubular elíptica, en el que dicho espacio de chispa formadora de arco está situado a lo largo de un eje formado por nodos focales del reflector elíptico.
2. La WWTP (80, 90, 1000A/B/C/D) de la reivindicación 1, en la que dicho recipiente de tratamiento (16) comprende al menos un dispositivo óptico interno (539) configurado para dirigir, dividir y enfocar dichas ondas de choque hidráulicas.
3. La WWTP (80, 90, 1000A/B/C/D) de la reivindicación 1, en la que dicho recipiente de tratamiento (16) comprende un colector de gas de entrada (540), un ventilador (541) que proporciona un flujo de aire o una mezcla de gases que contiene oxígeno para pasar a través del colector, y una boquilla (544) dispuesta en un extremo del colector de gas de entrada, y configurada para permitir que una corriente de gas se mezcle con la corriente de agua residual.
4. La WWTP (80, 90, 1000A/B/C/D) de la reivindicación 1, que comprende además otro sistema de descarga eléctrica configurado para recibir el efluente de aguas residuales secundarias y generar un pulso de tensión transitoria y de corriente eléctrica transitoria formadora de arco a través de dicho efluente de aguas residuales secundarias para crear una onda de choque electrohidráulica dentro de dicho efluente de aguas residuales secundarias acompañada de un alto campo eléctrico, calor intenso y radiación de luz.
5. La WWTP (80, 90, 1000A/B/C/D) de la reivindicación 1, que comprende además otro sistema de descarga eléctrica dispuesto aguas arriba de la estación de tratamiento primario (102) y configurado para recibir y tratar dicho fluido de aguas residuales y suministrarlo después del tratamiento a la estación de tratamiento preliminar.
6. La WWTP (80, 90, 1000A/B/C/D) de la reivindicación 1, que comprende además otro sistema de descarga eléctrica dispuesto aguas abajo de la estación de tratamiento primario (102) y configurado para recibir y tratar el efluente de lodos de aguas residuales que sale de la estación de tratamiento primario.
7. La WWTP (80, 90, 1000A/B/C/D) de la reivindicación 1, que comprende además otro sistema de descarga eléctrica dispuesto aguas abajo del digestor anaeróbico (106) y configurado para recibir y tratar el digestato.
8. Un procedimiento de tratamiento del fluido de aguas residuales en la planta de tratamiento de aguas residuales, WWTP (80, 90, 1000A/B/C/D) de la reivindicación 1, comprendiendo el procedimiento:
recibir un fluido de aguas residuales por parte de dicha estación de tratamiento preliminar (102) y cribar el mismo para evitar que los objetos de mayor tamaño pasen aguas abajo;
recibir el fluido de aguas residuales que sale de la estación de tratamiento preliminar (102) por dicho clarificador de sedimentación primaria (103), y separarlo en un lodo primario y un efluente primario; recibir el efluente primario que sale del clarificador de sedimentación primario (103) por dicho tanque de aireación (104), y tratar dicho efluente primario en presencia de aire bombeado al tanque de aireación para producir un efluente de aguas residuales aireadas;
recibir el efluente de aguas residuales aireadas que sale del tanque de aireación (104) por dicho clarificador de sedimentación secundario (105), y separarlo en lodos activados residuales y un efluente de aguas residuales secundario;
recibir al menos una parte de al menos un fluido de aguas residuales seleccionado entre dicho lodo primario y dicho lodo activado residual mediante dicho sistema de descarga eléctrica (81, 91, 1001a, 1001b, 1001c, 1001d), y generar un pulso de corriente eléctrica transitoria formadora de arco a través de dicho al menos un fluido de aguas residuales para crear una onda de choque electrohidráulica dentro de dicho al menos un fluido de aguas residuales acompañada de un alto campo eléctrico, calor intenso y radiación de luz; y
recibir el fluido de aguas residuales tratado por dicho al menos un sistema de descarga eléctrica (81, 91, 1001a, 1001b, 1001c, 1001d) por dicho digestor anaeróbico (106), y degradarlo aún más por digestión anaeróbica, para así proporcionar gases como subproducto y digestato.
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