IT201600124094A1 - PROCESS AND APPARATUS FOR THE ELECTROCHEMISTRY OF WATER - Google Patents
PROCESS AND APPARATUS FOR THE ELECTROCHEMISTRY OF WATERInfo
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Description
PROCESSO E APPARATO PER L’ATTIVAZIONE ELETTROCHIMICA DELL’ACQUA PROCESS AND EQUIPMENT FOR THE ELECTROCHEMICAL ACTIVATION OF WATER
AMBITO DELL’INVENZIONE SCOPE OF THE INVENTION
L'invenzione si riferisce ad un apparato per il trattamento dell’acqua potabile, al fine di ripristinarne e/o garantirne le condizioni di salubrità e consentirne l'utilizzo, assicurando altresì la salubrità del relativo circuito idraulico e delle eventuali apparecchiature direttamente connesse. The invention refers to an apparatus for the treatment of drinking water, in order to restore and / or ensure its conditions of health and allow its use, also ensuring the healthiness of the relative hydraulic circuit and any directly connected equipment.
STATO DELL’ARTE STATE OF THE ART
La contaminazione dei circuiti idraulici nonché delle apparecchiature ad essi collegati è un problema reale derivante dal fatto che l’acqua prelevata dalla rete idrica municipale, sebbene adatta al consumo umano, è certamente non sterile. Il gestore della rete idrica deve infatti assicurare le condizioni di potabilizzazione dell’acqua erogata (attraverso opportuni sistemi di trattamento) ma, per legge, tali condizioni devono essere rispettate fino al punto di utenza che, per le normali utenze domestiche, è rappresentato dalla valvola d’intercettazione tra la linea del gestore e l’inizio della rete idrica domestica. The contamination of the hydraulic circuits as well as the equipment connected to them is a real problem resulting from the fact that the water taken from the municipal water network, although suitable for human consumption, is certainly not sterile. The water network manager must in fact ensure the purification conditions of the water supplied (through appropriate treatment systems) but, by law, these conditions must be respected up to the point of use which, for normal domestic users, is represented by the valve interception between the operator's line and the start of the domestic water network.
L’affidabilità dell’acqua utilizzata è problema particolarmente sentito nel caso ad esempio degli ambulatori medici e, in particolare, dei riuniti dentistici, nei quali le condizioni di lavoro sono tali da consentire una contaminazione del circuito idraulico. Infatti, gli utensili utilizzati (i cosiddetti manipoli) prevedono l’utilizzo di linee di acqua e/o aria compressa per l’azionamento degli utensili stessi nonché per evitare il surriscaldamento delle zone trattate con i medesimi (ad esempio l’utilizzo di una fresa per la rimozione di una carie: durante l’operazione l’abrasione genera del calore che va opportunamente eliminato). The reliability of the water used is a particularly serious problem in the case, for example, of medical clinics and, in particular, of dental units, in which the working conditions are such as to allow contamination of the hydraulic circuit. In fact, the tools used (the so-called handpieces) provide for the use of water and / or compressed air lines to operate the tools themselves as well as to avoid overheating of the areas treated with them (for example the use of a cutter for the removal of a caries: during the operation, the abrasion generates heat which must be suitably eliminated).
L’utilizzo di mezzi rotanti e/o di aria compressa determina la formazione di aerosol, con conseguenze per il medico e, indirettamente, anche per i pazienti. L’aerosol proveniente dalla bocca del paziente funge infatti da veicolo per i batteri di cui il paziente può essere involontariamente portatore; inoltre, a seguito di fenomeni di capillarità, i fluidi biologici provenienti dalla cavità orale possono risalire attraverso il circuito idraulico del manipolo e, in condizioni di quiete, determinare la formazione e proliferazione del cosiddetto biofilm (costituito da cellule batteriche, detriti cellulari e residui organici racchiusi entro una matrice di composti polimerici escreti), che può favorire un’ulteriore crescita microbica ma soprattutto proteggere la popolazione microbica dall’azione disinfettante di molti preparati. The use of rotating means and / or compressed air causes the formation of aerosols, with consequences for the doctor and, indirectly, also for patients. The aerosol coming from the patient's mouth acts as a vehicle for the bacteria that the patient may unintentionally carry; furthermore, as a result of capillarity phenomena, the biological fluids coming from the oral cavity can rise through the hydraulic circuit of the handpiece and, in quiet conditions, determine the formation and proliferation of the so-called biofilm (consisting of bacterial cells, cellular debris and organic residues enclosed within a matrix of excreted polymeric compounds), which can promote further microbial growth but above all protect the microbial population from the disinfectant action of many preparations.
La crescita del biofilm all’interno del circuito idraulico dell’apparecchiatura (il cosiddetto riunito nel caso degli studi dentistici) è ovviamente facilitata da condizioni di quiescenza e si realizza preferenzialmente durante le pause più estese (durante la notte e/o nei fine settimana). Il successivo utilizzo dell’apparecchiatura può pertanto portare all'involontaria dispersione dei patogeni con il risultato di esporre il paziente ed il medico stesso al rischio di infezioni; nel caso del paziente, il rischio è accresciuto dall’esposizione diretta su ferite o zone comunque sensibilizzate. The growth of the biofilm inside the hydraulic circuit of the equipment (the so-called unit in the case of dental surgeries) is obviously facilitated by quiescent conditions and is preferably carried out during longer breaks (during the night and / or on weekends) . Subsequent use of the equipment can therefore lead to the involuntary dispersion of pathogens with the result of exposing the patient and the doctor himself to the risk of infections; in the case of the patient, the risk is increased by direct exposure to wounds or areas that are in any case sensitized.
Al fine di limitare i suddetti problemi, per quanto concerne l’ambito dentistico è noto l'utilizzo di agenti disinfettanti addizionati mediante interventi discontinui (IT1310262B, EP1195145B1 , EP1344499B1, US6177018B1, US2002/0127158A1), oppure il ricorso a trattamenti in continuo, basati ad esempio suN’utilizzo di lampade a raggi ultravioletti (IT1225005B, KR100904538B1), oppure sull’utilizzo del calore (US6212333B1). In order to limit the aforementioned problems, as regards the dental field it is known the use of disinfectant agents added through discontinuous interventions (IT1310262B, EP1195145B1, EP1344499B1, US6177018B1, US2002 / 0127158A1), or the use of continuous treatments, based on for example on the use of ultraviolet lamps (IT1225005B, KR100904538B1), or on the use of heat (US6212333B1).
Relativamente all’utilizzo delle radiazioni UV, esse consentono la momentanea formazione di specie radicaliche nell’acqua e sono queste ultime ad esplicare l’auspicata azione ossidante/disinfettante. Sfortunatamente, l’effetto non è duraturo e non garantisce alcuna azione residua (le specie radicaliche sono molto reattive ma hanno vita estremamente breve); inoltre, affinché la radiazione UV possa risultare efficace, è necessario utilizzare sezioni tubiere molto contenute, con ovvie limitazioni nella portata del fluido da trattare. With regard to the use of UV radiation, they allow the temporary formation of radical species in the water and it is the latter that carry out the desired oxidant / disinfectant action. Unfortunately, the effect is not lasting and does not guarantee any residual action (radical species are very reactive but have an extremely short life); moreover, in order for the UV radiation to be effective, it is necessary to use very small tube sections, with obvious limitations in the flow rate of the fluid to be treated.
L’approccio suggerito in US6212333B1, d’altra parte, è basato sul principio per cui i patogeni vengono inattivati attraverso un innalzamento della temperatura; tuttavia, lo shock termico risulta efficace solo se la temperatura viene portata oltre i 60 °C (talvolta è necessario arrivare a 70-80 °C) con possibili ripercussioni e danneggiamenti delle tubature, oltre a comportare ovvi costi energetici. The approach suggested in US6212333B1, on the other hand, is based on the principle whereby pathogens are inactivated through a rise in temperature; however, the thermal shock is effective only if the temperature is raised above 60 ° C (sometimes it is necessary to reach 70-80 ° C) with possible repercussions and damage to the pipes, as well as entailing obvious energy costs.
Anche i metodi discontinui non consentono di risolvere il problema in modo soddisfacente: l’utilizzo dei comuni agenti disinfettanti prevede infatti di effettuare aggiunte in quantità significativa, allo scopo di rimuovere i patogeni in tempi brevi, e di operare un successivo lavaggio dell’impianto per rimuovere il disinfettante in eccesso e per riportare l’acqua alle previste condizioni di potabilità. Al fine di garantire il mantenimento o il ripristino delle condizioni di salubrità, è necessario ripetere con relativa frequenza il processo di disinfezione, con ovvie ripercussioni sull’operatività della strumentazione oggetto del trattamento. Even discontinuous methods do not allow to solve the problem in a satisfactory way: the use of common disinfectant agents in fact involves making additions in significant quantities, in order to remove the pathogens in a short time, and to carry out a subsequent washing of the system to to remove the excess disinfectant and to bring the water back to the expected potable conditions. In order to ensure the maintenance or restoration of health conditions, it is necessary to repeat the disinfection process relatively frequently, with obvious repercussions on the operation of the instrumentation being treated.
Un ulteriore approccio, descritto in IT1367226B, prevede un iniziale trattamento di osmosi inversa seguito da un’ossidazione con biossido di cloro (CI02). In tal caso, l’intervento di disinfezione è effettuato in continuo ma tanto l’iniziale trattamento di osmosi quanto la successiva addizione di CI02sollevano dubbi circa il rispetto delle previste condizioni di potabilità per l’acqua trattata (la normativa vigente prevede che l’acqua potabile abbia una durezza pari ad almeno 60 mg/l in calcio o cationi equivalenti; inoltre, la sintesi del CI02, generalmente ottenuto per reazione tra clorato di sodio ed un acido forte - come ad esempio l’acido cloridrico - può portare alla presenza di clorati o alla formazione indesiderata di sottoprodotti quali cloriti, ipoclorito e cloro). A further approach, described in IT1367226B, involves an initial reverse osmosis treatment followed by an oxidation with chlorine dioxide (CI02). In this case, the disinfection intervention is carried out continuously but both the initial osmosis treatment and the subsequent addition of CI02 raise doubts about compliance with the envisaged drinking conditions for the treated water (current legislation provides that the drinkable has a hardness equal to at least 60 mg / l in calcium or equivalent cations; moreover, the synthesis of CI02, generally obtained by reaction between sodium chlorate and a strong acid - such as hydrochloric acid - can lead to the presence of chlorates or the unwanted formation of by-products such as chlorites, hypochlorite and chlorine).
Da quanto detto, risulta evidente che il problema del mantenimento delle opportune condizioni di salubrità di taluni circuiti idraulici (quelli delPambito dentistico in particolare) non appare a tutt’oggi risolto. From what has been said, it is clear that the problem of maintaining the appropriate health conditions of certain hydraulic circuits (those in the dental field in particular) has not yet been resolved.
E’ un primo obiettivo della presente invenzione ovviare alle limitazioni sopra descritte e della tecnica nota rendendo disponibile un trovato utilizzabile in continuo e la cui efficacia è basata sull’attivazione elettrochimica dell’acqua e sulla conseguente azione disinfettante/sterilizzante dell’acido ipocloroso (HOCI) elettrogenerato. It is a first objective of the present invention to obviate the limitations described above and of the known art by making available an invention which can be used continuously and whose effectiveness is based on the electrochemical activation of water and on the consequent disinfectant / sterilizing action of hypochlorous acid (HOCI ) electrogenerated.
E’ un secondo obiettivo della presente invenzione fornire una soluzione ingegneristica che consenta di sintetizzare l’acido ipocloroso attraverso l’elettrolisi di soluzioni acquose debolmente saline e mediante un opportuno controllo del pH. It is a second objective of the present invention to provide an engineering solution that allows to synthesize hypochlorous acid through the electrolysis of slightly saline aqueous solutions and by means of an appropriate pH control.
Un ulteriore obiettivo della presente invenzione è rendere disponibile una soluzione ingegneristica che minimizzi i rischi di formazione di depositi calcarei al catodo della cella elettrochimica. A further objective of the present invention is to make available an engineering solution which minimizes the risks of formation of limestone deposits at the cathode of the electrochemical cell.
DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION
Diversamente da altre specie ossidanti basate sul cloro (quali Cl2, ipocloriti, biossido di cloro), l’acido ipocloroso è una sorta di “riserva” di radicali ossidrile: negli organismi superiori, esso viene sintetizzato dai leucociti (detti anche neutrofili) per reazione tra l’acqua ossigenata metabolicamente prodotta e gli anioni cloruro fisiologicamente presenti. Unlike other chlorine-based oxidizing species (such as Cl2, hypochlorites, chlorine dioxide), hypochlorous acid is a sort of "reserve" of hydroxyl radicals: in higher organisms, it is synthesized by leukocytes (also called neutrophils) by reaction between the metabolically produced hydrogen peroxide and the physiologically present chloride anions.
Gli ipocloriti comunemente utilizzati sono i sali dell’acido ipocloroso: essi risultano essere molto più stabili di HOCI e, difatti, presentano un’azione ossidante circa 80 volte inferiore (Samuel D. Faust and Osman M. Aly, “Chemistry of water treatment” 2nd edition, Lewis Publishers/CRC, 1998). The hypochlorites commonly used are the salts of hypochlorous acid: they are much more stable than HOCI and, in fact, have an oxidizing action about 80 times lower (Samuel D. Faust and Osman M. Aly, "Chemistry of water treatment" 2nd edition, Lewis Publishers / CRC, 1998).
Mimando la natura, l’acido ipocloroso può essere generato attraverso l’ossidazione elettrochimica di soluzioni contenenti cloruri, a patto di regolare opportunamente il pH. By mimicking nature, hypochlorous acid can be generated through the electrochemical oxidation of solutions containing chlorides, as long as the pH is properly adjusted.
La concentrazione dei cloruri nell’acqua da trattare può essere quella inizialmente presente nell’acqua potabile (in cui il cloro può essere stato introdotto sotto forma di ipoclorito, cloro molecolare o biossido di cloro, a seguito del processo di disinfezione) oppure, nel caso tale concentrazione risultasse insufficiente, può essere aumentata fino a 250 mg/l (limite previsto per le acque potabili) attraverso l’iniezione di piccole quantità di salamoia. The concentration of chlorides in the water to be treated may be that initially present in drinking water (in which chlorine may have been introduced in the form of hypochlorite, molecular chlorine or chlorine dioxide, following the disinfection process) or, in the case if this concentration is insufficient, it can be increased up to 250 mg / l (limit for drinking water) by injecting small quantities of brine.
Come accennato sopra, l’acido ipocloroso è più reattivo ed efficace deH’ipoclorito: senza volersi legare ad alcuna particolare teoria, è ragionevole pensare che la molecola elettricamente neutra del primo sia in grado di penetrare attraverso la parete cellulare carica negativamente degli eventuali microrganismi, andando così ad esercitare la propria azione ossidante all’interno dei microrganismi stessi. As mentioned above, hypochlorous acid is more reactive and effective than hypochlorite: without wishing to bind to any particular theory, it is reasonable to think that the electrically neutral molecule of the former is able to penetrate through the cell wall negatively charged by any microorganisms, thus exerting its oxidizing action within the microorganisms themselves.
Al fine di garantire la presenza dell’agente disinfettante, il pH del mezzo acquoso deve essere opportunamente mantenuto tra 5.5 e 7.5: in tale intervallo predomina infatti l’acido ipocloroso, rispetto alla sua base coniugata ipoclorito. In order to ensure the presence of the disinfectant agent, the pH of the aqueous medium must be appropriately maintained between 5.5 and 7.5: in this range, hypochlorous acid predominates, compared to its conjugated hypochlorite base.
Esistono apparati commerciali per la sintesi elettrochimica di soluzioni disinfettanti basate su cloro attivo (ovvero di una miscela di Cl2disciolto, HOCI e ipoclorito). Nei dispositivi più complessi, il controllo del pH viene ottenuto attraverso opportuno dosaggio del catolita (soluzione, in genere alcalina, uscente dal comparto catodico di una cella elettrochimica a comparti separati) che viene successivamente immesso nel comparto anodico (si veda, ad esempio, quanto descritto in EP1969159B1). There are commercial apparatuses for the electrochemical synthesis of disinfectant solutions based on active chlorine (ie a mixture of dissolved Cl2, HOCI and hypochlorite). In more complex devices, the pH control is obtained through a suitable dosage of the catholyte (solution, generally alkaline, coming out from the cathode compartment of an electrochemical cell with separate compartments) which is subsequently introduced into the anodic compartment (see, for example, what described in EP1969159B1).
Al fine di semplificare il sistema, evitando di ricorrere ad una cella elettrochimica a comparti separati (che richiede la presenza di una membrana di separazione tra i comparti, con conseguenti complicazioni costruttive) nonché di dover dosare opportunamente i fluidi entranti ed uscenti dalla cella stessa, gli autori della presente invenzione hanno verificato che un’opportuna aggiunta di anidride carbonica (C02) all’acqua da trattare consente di mantenere il pH della soluzione elettrolizzata entro valori prossimi alla neutralità. In questo modo, risulta possibile massimizzare la sintesi dell’acido ipocloroso, e dunque il potere disinfettante della soluzione. In order to simplify the system, avoiding having to resort to an electrochemical cell with separate compartments (which requires the presence of a separation membrane between the compartments, with consequent construction complications) as well as having to properly dose the fluids entering and leaving the cell itself, the authors of the present invention have verified that an appropriate addition of carbon dioxide (C02) to the water to be treated allows to keep the pH of the electrolyzed solution within values close to neutrality. In this way, it is possible to maximize the synthesis of hypochlorous acid, and therefore the disinfectant power of the solution.
Come effetto secondario, il mantenimento del pH a valori prossimi alla neutralità consente altresì di ridurre la formazione di eventuali depositi calcarei al catodo della cella elettrochimica, ovviando così ai noti problemi connessi col trattamento di acque non addolcite. As a secondary effect, maintaining the pH at values close to neutrality also makes it possible to reduce the formation of any calcareous deposits at the cathode of the electrochemical cell, thus obviating the known problems connected with the treatment of unsoftened water.
L’aggiunta di C02per minimizzare la formazione di depositi calcarei è stata descritta in FR2725977B1, con riferimento al trattamento di acque in torri di raffreddamento, mentre in JP61073893A viene suggerita nel caso di una cella elettrochimica alimentata con acqua di mare, al fine di evitare l’incremento di pH che si realizzerebbe in prossimità del catodo (a causa della reazione di sviluppo d’idrogeno) e che porterebbe alla precipitazione di sali poco solubili ed incrostanti, come ad esempio l’idrossido di magnesio. Evidentemente, in nessuno dei casi citati l’utilizzo della C02mira a regolare il pH al fine di massimizzare la resa di produzione di un determinato prodotto dell’elettrolisi. The addition of C02 to minimize the formation of limestone deposits has been described in FR2725977B1, with reference to water treatment in cooling towers, while in JP61073893A it is suggested in the case of an electrochemical cell fed with sea water, in order to avoid the pH increase which would occur near the cathode (due to the hydrogen development reaction) and which would lead to the precipitation of slightly soluble and encrusting salts, such as magnesium hydroxide. Evidently, in none of the cases cited is the use of CO2 aimed at regulating the pH in order to maximize the production yield of a given electrolysis product.
Le caratteristiche tecniche del trovato, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili nel contenuto delle rivendicazioni più sotto riportate, ed i vantaggi dello stesso risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione che segue, fatta con riferimento al disegno allegato, che ne rappresenta una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa. The technical characteristics of the invention, according to the aforementioned purposes, can be clearly found in the content of the claims reported below, and the advantages thereof will be more evident in the following description, made with reference to the attached drawing, which represents a purely embodiment exemplary and not limiting.
Conformemente alla figura allegata, l’apparato 1 per il trattamento disinfettante di acque potabili, oggetto della presente invenzione, comprendente almeno 2 blocchi, e precisamente: In accordance with the attached figure, the apparatus 1 for the disinfectant treatment of drinking water, object of the present invention, comprising at least 2 blocks, namely:
(A) un sistema di addizione di anidride carbonica all’acqua da trattare, comprendente almeno un serbatoio di miscelazione (5) ed una pompa (4), e (A) a system for adding carbon dioxide to the water to be treated, including at least a mixing tank (5) and a pump (4), and
(B) un sistema elettrochimico per il trattamento dell’acqua, comprendente almeno una cella elettrochimica (7), un alimentatore (8) ed un misuratore di flusso (9). (B) an electrochemical system for water treatment, comprising at least one electrochemical cell (7), a power supply (8) and a flow meter (9).
L’apparato può essere poi dotato di un terzo blocco (C), costituito da un sistema di addizione di cloruri all’acqua da trattare, comprendente almeno un serbatoio di stoccaggio per la salamoia (16) ed una relativa pompa dosatrice (17). The apparatus can then be equipped with a third block (C), consisting of a system for adding chlorides to the water to be treated, including at least a storage tank for the brine (16) and a relative dosing pump (17).
L’acqua potabile proveniente dalla rete idrica municipale (2) entra nell’apparato (1) attraverso una linea munita di una valvola di non ritorno (3) e alimenta un serbatoio di miscelazione (5), il cui livello viene ripristinato (se e quando necessario, al fine di garantire al sistema pressioni costanti ed evitare che il flusso dell’anidride carbonica possa vuotare dall’acqua il serbatoio (5) e dare quindi garanzia di portata idrica) da una pompa volumetrica rotativa a palette (4) collegata ad un misuratore di livello (6), nel quale essa viene addizionata di anidride carbonica. Tale gas viene prelevato da una bombola (11), collegata al suddetto serbatoio di miscelazione (5) attraverso una linea che comprende un regolatore di pressione (12) e una valvola di non ritorno (13). Drinking water from the municipal water network (2) enters the apparatus (1) through a line equipped with a non-return valve (3) and feeds a mixing tank (5), the level of which is restored (if and when necessary, in order to guarantee constant pressures to the system and to prevent the flow of carbon dioxide from emptying the tank (5) from the water and therefore guaranteeing water flow) by a volumetric rotary vane pump (4) connected to a level meter (6), into which carbon dioxide is added. This gas is taken from a cylinder (11), connected to the aforementioned mixing tank (5) through a line which includes a pressure regulator (12) and a non-return valve (13).
La pompa volumetrica rotativa a palette (4) potrebbe alternativamente essere sostituita da una pompa volumetrica a stantuffo (altresì detta “a pistone”), a diaframma o membrana, oppure ad ingranaggi o a lobi; in tutti i casi, al fine di garantire prestazioni ottimali e costanti, è importante che la portata d’acqua erogata sia indipendente dalla prevalenza. La scelta della pompa rotativa a palette si giustifica per il fatto che tale dispositivo è auto-adescante (tale caratteristica è comune per tutte le pompe volumetriche), e consente prestazioni elevate (una pompa adatta all’applicazione qui descritta è solitamente in grado di esercitare fino a 18 bar di pressione, con portate fino a 300 e più litri/ora) pur lavorando con un numero di giri non particolarmente elevato (dell’ordine dei 1500_giri al -minuto). La-prevalenza diquesto tipo di pompe dipende dalla tenuta delle palette e quindi dalla precisione della lavorazione e dal grado di finitura delle superfici; tali dispositivi si prestano bene al pompaggio di liquidi puliti o comunque non molto abrasivi, e sono molto apprezzate per il basso livello di rumorosità e vibrazioni. The volumetric rotary vane pump (4) could alternatively be replaced by a volumetric piston pump (also called "piston"), diaphragm or diaphragm, or gear or lobe pump; in all cases, in order to ensure optimal and constant performance, it is important that the flow of water supplied is independent of the head. The choice of the rotary vane pump is justified by the fact that this device is self-priming (this feature is common for all volumetric pumps), and allows high performance (a pump suitable for the application described here is usually able to exercise up to 18 bar pressure, with flow rates up to 300 and more liters / hour) while working with a not particularly high number of revolutions (of the order of 1500_rpm per minute). The prevalence of this type of pump depends on the tightness of the blades and therefore on the precision of the machining and the degree of surface finish; these devices are well suited for pumping clean or in any case not very abrasive liquids, and are highly appreciated for their low level of noise and vibrations.
L’esperto nella materia è consapevole che le pompe volumetriche rotative consentono prevalenze altrimenti difficilmente raggiungibili, ad esempio, mediante l’utilizzo di una pompa centrifuga; poter arrivare a prevalenze importanti garantisce la possibilità di mantenere il corretto livello dell’acqua nel serbatoio di miscelazione (5) indipendentemente dalla pressione dell’anidride carbonica. The expert in the field is aware that rotary volumetric pumps allow heads that are otherwise difficult to reach, for example, through the use of a centrifugal pump; being able to reach important heads guarantees the possibility of maintaining the correct water level in the mixing tank (5) regardless of the carbon dioxide pressure.
A titolo di esempio, se occorresse lavorare con acqua molto gasata, sarebbe necessario utilizzare un’elevata pressione di anidride carbonica ma, a quel punto, una normale pompa centrifuga farebbe fatica a superare il battente e non sarebbe quindi in grado di garantire il desiderato livello di liquido nel serbatoio di miscelazione (5); problemi similari potrebbero sorgere anche a seguito di malfunzionamento del regolatore di pressione (12) dell’anidride carbonica. As an example, if it were necessary to work with very sparkling water, it would be necessary to use a high pressure of carbon dioxide but, at that point, a normal centrifugal pump would struggle to overcome the head and would therefore not be able to guarantee the desired level. of liquid in the mixing tank (5); similar problems could also arise as a result of malfunctioning of the carbon dioxide pressure regulator (12).
Un ulteriore vantaggio, derivante dall’utilizzo di una pompa volumetrica rotativa a palette, è il fatto che questa non costituisce un ostacolo per il fluido trattato: se la pressione a monte della pompa è sufficientemente elevata (e la domanda di acqua a valle dell’apparato oggetto della presente invenzione è piccola), è probabile che la pressione di rete sia sufficiente a mantenere il livello di liquido nel serbatoio di miscelazione (5), e che non sia dunque richiesto l’intervento della pompa stessa. Per contro, un qualsiasi altro tipo di pompa rotativa non consente un analogo risultato, e risulterebbe sempre necessario il suo intervento, indipendentemente dal valore della pressione di rete. A further advantage, deriving from the use of a volumetric rotary vane pump, is the fact that this does not constitute an obstacle for the fluid being treated: if the pressure upstream of the pump is high enough (and the demand for water downstream of the apparatus object of the present invention is small), it is probable that the network pressure is sufficient to maintain the liquid level in the mixing tank (5), and that the intervention of the pump itself is therefore not required. On the other hand, any other type of rotary pump does not allow a similar result, and its intervention would always be necessary, regardless of the value of the network pressure.
L’acqua addizionata di anidride carbonica, in uscita dal serbatoio di miscelazione (5), viene inviata ad una cella elettrochimica (7), nella quale ha luogo l’ossidazione dei cloruri presenti nell’acqua stessa. Tramite un opportuno dosaggio dell’anidride carbonica, il pH della soluzione viene regolato in modo tale che all’uscita dalla cella elettrochimica (7) esso presenti un valore prossimo alla neutralità, e preferibilmente compreso tra 6 e 7. In tal modo, risulta possibile massimizzare la concentrazione dell’acido ipocloroso, a scapito deN’ipoclorito (il cloro attivo sintetizzato attraverso il processo elettrochimico di ossidazione è infatti generalmente costituito da una miscela di acido ipocloroso ed ipoclorito). The water added with carbon dioxide, coming out of the mixing tank (5), is sent to an electrochemical cell (7), where the oxidation of the chlorides present in the water takes place. By means of an appropriate dosage of carbon dioxide, the pH of the solution is adjusted in such a way that at the outlet from the electrochemical cell (7) it presents a value close to neutrality, and preferably between 6 and 7. In this way, it is possible maximizing the concentration of hypochlorous acid, to the detriment of hypochlorite (the active chlorine synthesized through the electrochemical oxidation process is in fact generally constituted by a mixture of hypochlorous acid and hypochlorite).
La cella elettrochimica (7) comprende almeno un anodo ed almeno un catodo e, per gli scopi del presente trovato, non prevede alcuna separazione tra i comparti elettrodici; inoltre, tale cella elettrochimica è collegata ad un alimentatore (8) attivabile attraverso un opportuno segnale proveniente da un misuratore di flusso (9). The electrochemical cell (7) comprises at least one anode and at least one cathode and, for the purposes of the present invention, does not provide for any separation between the electrode compartments; furthermore, this electrochemical cell is connected to a power supply (8) which can be activated through a suitable signal coming from a flow meter (9).
A titolo esemplificativo, la cella elettrochimica (7) può avere geometria cilindrica, e comprendere quindi un anodo interno, centrale, costituito da una barra a sezione circolare, ed un catodo esterno, tubolare e coassiale al primo. Entrambi gli elettrodi possono essere realizzati in titanio, con l’anodo che sarà altresì caratterizzato dalla presenza di un opportuno rivestimento catalitico sulla sua superficie. By way of example, the electrochemical cell (7) can have a cylindrical geometry, and therefore comprise an internal, central anode, consisting of a bar with a circular section, and an external cathode, tubular and coaxial to the first. Both electrodes can be made of titanium, with the anode which will also be characterized by the presence of a suitable catalytic coating on its surface.
In pratica, l’apparato oggetto della presente invenzione mira alla disinfezione dell’acqua di rete in ingresso, attraverso la conversione dei cloruri presenti nell’acqua stessa (presenti fisiologicamente oppure come risultato del processo di clorazione eseguito dal gestore della rete idrica) in acido ipocloroso. In practice, the apparatus object of the present invention aims at the disinfection of the incoming mains water, through the conversion of the chlorides present in the water itself (physiologically present or as a result of the chlorination process carried out by the water network manager) into acid hypochlorous.
Quando l’utente fa richiesta di acqua (attraverso l’apertura di un rubinetto, ovvero tramite l’utilizzo di una qualsiasi utenza collegata alla rete idrica posta a valle della macchina), il misuratore di flusso (9) tiene monitorato il flusso d’acqua in uscita (10) azionando l’alimentatore (8) al fine di consentire il trattamento elettrochimico dell’acqua che fluisce attraverso la cella elettrochimica (7), questo consente anche di avere una concentrazione di HOCI variabile in funzione della portata dell’acqua in uscita dal sistema. When the user requests water (through the opening of a tap, or through the use of any user connected to the water network located downstream of the machine), the flow meter (9) monitors the flow of water. outgoing water (10) by activating the power supply (8) in order to allow the electrochemical treatment of the water flowing through the electrochemical cell (7), this also allows to have a variable HOCI concentration according to the water flow rate out of the system.
Infatti, per piccole portate (ovvero basse velocità di flusso dell’acqua all’interno della cella elettrochimica) la quantità assoluta di HOCI prodotto risulterà maggiore rispetto al caso di portate più elevate (maggiore velocità di flusso, e quindi minor tempo di residenza dell’acqua all’interno della cella elettrochimica). In fact, for small flow rates (i.e. low water flow rates inside the electrochemical cell) the absolute quantity of HOCI produced will be greater than in the case of higher flow rates (higher flow speed, and therefore shorter residence time of the water inside the electrochemical cell).
E’ opportuno osservare che, in ogni caso, la concentrazione di HOCI rimane piccola, in termini assoluti, ma nel caso delle basse velocità di flusso (ad esempio comprese tra 0.2 e 1 litri/min), tale concentrazione risulterà considerevole, se considerata in termini relativi rispetto al caso di un’elevata velocità di flusso (a titolo esemplificativo, compresa tra 2 e 5 litri/min). It should be noted that, in any case, the concentration of HOCI remains small, in absolute terms, but in the case of low flow rates (for example between 0.2 and 1 liters / min), this concentration will be considerable, if considered in terms relative to the case of a high flow rate (by way of example, between 2 and 5 liters / min).
Nel caso particolare di un riunito dentistico, piccole portate possono essere richieste, ad esempio, dall’utilizzo dei manipoli a turbina: tali dispositivi necessitano di poca acqua, per il loro funzionamento, ma determinano la produzione di un aerosol che può aumentare il rischio di contaminazione tra medico e paziente; in tali condizioni, è evidente che una maggiore efficienza antibatterica, sebbene olfattivamente non percettibile, può essere di aiuto. In the particular case of a dental unit, small flow rates may be required, for example, by the use of turbine handpieces: these devices require little water for their operation, but cause the production of an aerosol which can increase the risk of contamination between doctor and patient; in such conditions, it is evident that a greater antibacterial efficiency, although olfactively not perceptible, can be of help.
Come già descritto in precedenza, l’acqua che alimenta la cella elettrochimica (7) proviene dal serbatoio di miscelazione (5), nel quale si realizza il processo di mescolamento con l’anidride carbonica. Poiché la concentrazione dei cloruri inizialmente presenti nell’acqua di rete potrebbe non essere sufficiente a garantire un’opportuna concentrazione di disinfettante, l’acqua in ingresso, proveniente dalla rete idrica municipale (2), può essere addizionata di cloruri attraverso un circuito secondario, costituito da un’elettrovalvola (14) collegata ad un misuratore di livello (15), che misura il livello del liquido presente all'interno di un serbatoio di stoccaggio per la salamoia (16). Tale serbatoio è destinato a contenere una soluzione di cloruro di sodio, preferibilmente satura, per alimentare una pompa dosatrice (17), anch’essa comandata dal misuratore di flusso (9); a valle della pompa dosatrice (17) è infine presente una valvola di non ritorno (18). In tal modo, quando il misuratore di flusso (9) attiva il funzionamento dell’apparato oggetto della presente invenzione, la pompa dosatrice (17) può effettuare la prevista aggiunta di soluzione salina all’acqua della rete idrica, aggiunta che è preferibile venga realizzata a monte del serbatoio di miscelazione (5), così da garantire il rapido miscelamento nonché l’omogeneizzazione dei due flussi di liquido nel serbatoio stesso. As already described above, the water that feeds the electrochemical cell (7) comes from the mixing tank (5), in which the mixing process with carbon dioxide takes place. Since the concentration of chlorides initially present in the mains water may not be sufficient to guarantee an appropriate concentration of disinfectant, the incoming water, coming from the municipal water mains (2), can be added with chlorides through a secondary circuit, consisting of a solenoid valve (14) connected to a level meter (15), which measures the level of the liquid present inside a brine storage tank (16). This tank is intended to contain a sodium chloride solution, preferably saturated, to feed a metering pump (17), also controlled by the flow meter (9); downstream of the metering pump (17) there is finally a non-return valve (18). In this way, when the flow meter (9) activates the operation of the apparatus object of the present invention, the metering pump (17) can carry out the foreseen addition of saline solution to the water of the water mains, which is preferably added upstream of the mixing tank (5), so as to ensure rapid mixing as well as homogenization of the two liquid flows in the tank itself.
Il trovato descritto consente di sintetizzare un disinfettante (l’acido ipocloroso), la cui attività battericida è notevolmente superiore a quella dell’ipoclorito abitualmente utilizzato; ciò consente di ottenere una più efficace azione disinfettante, pur mantenendo bassa la concentrazione del disinfettante nell’acqua. Con tale soluzione risulta pertanto possibile ripristinare e conservare un elevato grado di sterilizzazione nelle tubazioni del sistema idrico posto direttamente a valle del presente apparato, pur nel rispetto dei limiti di legge previsti per l’acqua potabile. The described invention allows to synthesize a disinfectant (hypochlorous acid), whose bactericidal activity is considerably higher than that of the hypochlorite usually used; this allows to obtain a more effective disinfectant action, while keeping the concentration of the disinfectant in the water low. With this solution it is therefore possible to restore and maintain a high degree of sterilization in the pipes of the water system placed directly downstream of this apparatus, while respecting the legal limits for drinking water.
La presente invenzione sarà ora ulteriormente illustrata dai seguenti esempi. The present invention will now be further illustrated by the following examples.
ESEMPI EXAMPLES
Esempio 1 Example 1
L’apparato oggetto della presente invenzione è stato equipaggiato con una cella elettrochimica a geometria cilindrica, comprendente un anodo centrale in titanio avente superficie di 50 cm<2>e dotato di rivestimento catalitico contenente Ir02e Sn02(miscela 1:2, in moli) ed un catodo tubolare in titanio avente superficie interna pari a 88 cm<2>. L’apparato è stato alimentato con acqua potabile (avente un contenuto di cloruri pari a 27 mg/l) opportunamente addizionata di anidride carbonica, in modo da ottenere un pH prossimo a 6. Si è quindi provveduto a variare la richiesta d’acqua in uscita dall’apparato, esplorando valori compresi tra 0.2 e 5 litri/min, e a misurare il contenuto di sostanze ossidanti presenti nella soluzione in uscita. Alimentando la cella elettrochimica con una tensione costante di 8 V, si è registrata una corrente di circa 0.46 A; la soluzione in uscita dall’apparato presentava un pH di 6.2 ed un contenuto di sostanze ossidanti (espresso come “cloro libero” e determinato mediante misura colorimetrica - strumento portatile Hanna Instruments HI96711) variabile a seconda della velocità di flusso dell’acqua, come riportato nella seguente tabella 1. The apparatus object of the present invention was equipped with a cylindrical geometry electrochemical cell, comprising a central titanium anode having a surface of 50 cm <2> and equipped with a catalytic coating containing Ir02 and Sn02 (mixture 1: 2, in moles) and a tubular titanium cathode having an internal surface equal to 88 cm <2>. The apparatus was fed with drinking water (having a chloride content equal to 27 mg / l) suitably added with carbon dioxide, in order to obtain a pH close to 6. The water request was then varied in exit from the apparatus, exploring values between 0.2 and 5 liters / min, and to measure the content of oxidizing substances present in the solution at the outlet. Powering the electrochemical cell with a constant voltage of 8 V, a current of about 0.46 A was recorded; the solution leaving the apparatus had a pH of 6.2 and a content of oxidizing substances (expressed as "free chlorine" and determined by colorimetric measurement - portable instrument Hanna Instruments HI96711) which varied according to the flow rate of the water, as reported in the following table 1.
Esempio 2 Example 2
L’apparato descritto nell’esempio 1 è stato installato in uno studio dentistico, a monte del riunito. L’acqua in uscita dal riunito è stata campionata prima dell'installazione e assoggettata ad analisi presso un laboratorio accreditato per il conteggio delle colonie su agar a 22 e a 36 °C, secondo metodica APAT CNR IRSA 7050 Man 29 2003. Un successivo campionamento dell’acqua è stato effettuato a distanza di un mese (ovvero dopo circa 60 ore di lavoro deH’ambulatorio dentistico), periodo durante il quale l’apparato oggetto della presente invenzione ha esplicato la propria azione sull’acqua in ingresso al riunito. I risultati delle analisi, espressi in termini di Unità Formanti Colonie (UFC) per millilitro, sono riportati nella seguente tabella 2. The apparatus described in example 1 was installed in a dental office, upstream of the unit. The water leaving the unit was sampled before installation and subjected to analysis at an accredited laboratory for the counting of colonies on agar at 22 and 36 ° C, according to the APAT CNR IRSA 7050 Man 29 2003 method. The water was carried out after one month (ie after about 60 hours of work in the dental clinic), a period during which the apparatus object of the present invention carried out its action on the water entering the unit. The results of the analyzes, expressed in terms of Colony Forming Units (CFU) per milliliter, are shown in the following table 2.
Esempio 3 Example 3
L’apparato descritto nell’esempio 1 è stato installato in uno studio dentistico, a monte del riunito. L’acqua di scarico dal riunito è stata campionata prima dell'installazione e assoggettata ad analisi presso un laboratorio accreditato per il conteggio delle colonie su agar a 22 e a 36 °C, secondo metodica APAT CNR IRSA 7050 Man 29 2003, nonché dei conformi totali, secondo metodica APAT CNR IRSA 7010 Man 29 2003. Un successivo campionamento dell’acqua di scarico è stato effettuato a distanza di un mese, periodo durante il quale l’apparato oggetto della presente invenzione ha esplicato la propria azione sull’acqua in ingresso al riunito. The apparatus described in example 1 was installed in a dental office, upstream of the unit. The waste water from the unit was sampled before installation and subjected to analysis at an accredited laboratory for the counting of colonies on agar at 22 and 36 ° C, according to the APAT CNR IRSA 7050 Man 29 2003 method, as well as for total compliance , according to the APAT CNR IRSA 7010 Man 29 2003 method. A subsequent sampling of the waste water was carried out after one month, a period during which the apparatus object of the present invention carried out its action on the water entering the reunited.
I risultati delle analisi sono riportati nella seguente tabella 3. The results of the analyzes are shown in the following table 3.
Claims (12)
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