ITMI20091001A1 - Sistema per potabilizzare l acqua inquinata batteriologicamente mediante l'uso di ozono - Google Patents

Description

Descrizione dell’ invenzione avente per titolo:

“SISTEMA PER POTABILIZZARE L’ACQUA INQUINATA BATTERIOLOGICAMENTE MEDIANTE L’USO DI OZONO”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema per potabilizzare l’acqua inquinata da batteri, virus, protozoi, spore o altri microorganismi, mediante l’impiego di ozono.

L’ozono (03) è un noto agente ossidante in grado di inattivare batteri, virus, protozoi presenti nell’acqua per mezzo della lisi della parete cellulare, dei rivestimenti esterni e degli enzimi cellulari. E’ inoltre anche in grado di trasformare molte sostanze non biodegradabili in forme biodegradabili.

L’ozono viene prodotto a partire da un gas secco contenente ossigeno grazie all’azione di una scarica elettrica che porta alla rottura della molecola dell’ossigeno e quindi alla formazione di ossigeno monoatomico. Questi atomi di ossigeno così liberati sono fortemente reattivi e alcuni possono ricombinarsi per formare la molecola di ozono, mentre altri si legano per riformare la molecola di ossigeno (02), secondo le seguenti reazioni.

L’attività battericida dell’ozono è alta e per alcuni microorganismi si manifesta anche quando è disciolto in pochi microgrammi, ad esempio 0,1 mg/1.

Generalmente negli impianti di potabilizzazione noti l’ozono viene fatto gorgogliare mediante insufflaggio in una vasca contenente la massa d’acqua da trattare. La concentrazione di ozono disciolto è in genere inferiore a 0,6 mg/I poiché è determinata da fattori fisici (legge di Henry). Di fatto a 25°C e a pressione atmosferica, la solubilità dell’ozono in acqua, varia da 0,3 a 0,6 mg/1.

Poiché non sempre si conoscono le concentrazioni efficaci di ozono per tutti i tipi di carica batterica, negli impianti noti si tende ad effettuare un secondo passaggio dell’acqua da trattare nell’impianto ozonizzante in modo da aumentare così il tempo di contatto acqua/ozono e aumentare il contenuto di ozono disciolto nella massa d’acqua al fine di garantire una rimozione completa di tutti i batteri. Di fatto con concentrazioni di ozono comprese tra 2 e 5 mg/1 si ha la sicurezza che tutti i tipi di microorganismi sono inattivati. Ma ciò prolunga i tempi di trattamento, i costi di gestione ed aumenta i volumi d’acqua da movimentare.

Per evitare il suddetto inconveniente occorrerebbe aumentare la concentrazione di ozono disciolto nella massa d’acqua da trattare: ma ciò è reso ad oggi non praticabile per diversi motivi.

L’ozono ha una elevata reattività e un tempo di dimezzamento molto breve per cui la sua concentrazione in acqua (a temperatura costante) tende a diminuire velocemente. In pratica, dopo 5 minuti dal contatto con l’acqua l’ozono (a 25°C e a pressione atmosferica) in acqua si stabilizza.

E’ infatti proprio a causa dell’elevata reattività dell’ozono e della sua breve vita media, che risulta molto difficile o addirittura impossibile la sua conservazione e il suo trasporto. Per questi motivi risulta necessario produrre l’ozono in situ per un suo uso immediato.

Per compensare in parte gli svantaggi sopraesposti si è cercato di migliorare la miscelazione tra acqua ed ozono aumentando il più possibile la concentrazione delle bollicine di ozono disperse nell’acqua, riducendo il diametro di tali bollicine al fine di velocizzare il trasferimento dell’ozono in acqua e massimizzare la sua solubilità. Tuttavia ad oggi tali parametri sono già massimizzati nei miscelatori impiegati in questo tipo di processo. Comunque anche nel caso di un miscelatore ottimale la concentrazione di ozono disciolto nell’acqua contenuta nelle vasche dopo insuflaggio varia da 0,3 a 0,6 mg/1.

Altri sistemi di potabilizzazione prevedono l’impiego di cloro e di suoi derivati, ad esempio sale ipoclorito, ma la clorazione può presentare degli inconvenienti quali la formazione di composti clorurati tossici se a contatto con particolari sostanze.

Scopo della presente invenzione è quello di eliminare gli inconvenienti della tecnica nota, fornendo un sistema capace ridurre i tempi di contatto (tempi idraulici di ritenzione) e di movimentare volumi minori di acqua.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un tale sistema che sia anche pratico, affidabile e nello stesso tempo di semplice realizzazione.

Questi scopi sono raggiunti in accordo all’invenzione con le caratteristiche elencate nella annessa rivendicazione indipendente 1.

Realizzazioni vantaggiose dell’invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

Il sistema secondo l’invenzione per potabilizzare l’acqua inquinata batteriologicamente mediante ozono comprende

- mezzi per produrre ozono gassoso, ad esempio un generatore di ozono, mezzi per contattare l’acqua inquinata con l’ozono operanti in pressione, ad esempio un reattore cilindrico di contatto chiuso,

mezzi per la miscelazione liquido-gas (acqua-ozono), ad esempio un miscelatore ad iniezione (eiettore) ad “effetto Venturi”, e contenuti all’interno di detto reattore di contatto,

mezzi per alimentare un liquido a detti mezzi di miscelazione mediante ricircolo del liquido contenuto nel reattore di contatto, ad esempio una pompa ad alta pressione.

L’acqua sopra definita contenuta nel reattore di contatto può essere sia acqua inquinata non contenente ozono che una qualsiasi miscela acqua-ozono, ad esempio acqua parzialmente inquinata contenente ozono disciolto, etc., oppure acqua purificata.

Il sistema sopra definito prevede preferibilmente anche la presenza di mezzi di filtraggio di solidi eventualmente presenti nell’acqua da trattare posizionati a monte del reattore di contatto, ad esempio un filtro per particolato idoneo a filtrare solidi sospesi aventi dimensioni inferiori a 1 micron e trattenere solidi sospesi aventi dimensioni maggiori di 1 micron fino a 1 mm,

Inoltre il sistema prevede preferibilmente mezzi per l’accumulo e lo stoccaggio dell’acqua trattata posizionato a valle di detto reattore di contatto, ad esempio un serbatoio di accumulo/acclimatazione dell’acqua, nonché mezzi per prelevare l’acqua inquinata da una qualsiasi sorgente ed alimentarla al reattore di contatto, ad esempio una pompa sommersa o ad immersione.

In particolare, il sistema della presente invenzione prevede il passaggio dell’acqua contaminata batteriologicamente (i.e. inquinata), generalmente in quantità (portate) comprese tra 100 e 9000 litri/h, in almeno uno speciale miscelatore a iniezione (definito anche come eiettore), posizionato all’ interno di un reattore di contatto.

Il miscelatore ad iniezione, preferibilmente rappresentato da eiettori ad ugello, è posizionato nella parte inferiore di detto reattore e quindi completamente sommerso da liquido. L’eiettore è alimentato da una pompa ad alta pressione e utilizza l’acqua inquinata inviata da detta pompa come fluido motore. Detto eiettore è inoltre collegato mediante tubazioni ad un generatore di ozono. In detto eiettore l’acqua viene nebulizzata e le sue gocce si miscelano intimamente con l’ozono aspirato dal generatore per Γ "effetto Venturi” che si genera in detto eiettore al passaggio dell’acqua. Preferibilmente vengono utilizzati almeno due eiettori come sopra descritti.

La miscela acqua/ozono che ricircola all’ interno del reattore di contatto ha una maggiore quantità di ozono disciolto rispetto alle soluzioni in cui normalmente viene insufflato ozono, a parità di temperatura, sostanzialmente grazie al fatto che il reattore di contatto opera con una leggera sovrappressione, preferibilmente minore di 10 psi e al fatto che gli eiettori ad “effetto Venturi” mostrano una elevata efficienza di miscelazione liquido-gas. Generalmente nel presente sistema si riesce a raggiungere una concentrazione di ozono disciolto nella massa d’acqua da trattare di 3-5 mg/1 contro 1,5-2 mg/1 di altri sistemi noti ad insufflaggio di ozono.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad una sua forma di realizzazione puramente esemplificativa e quindi non limitative, illustrata nei disegni annessi, in cui:

La Fig. 1 illustra schematicamente il sistema comprensivo di tubazione e del senso del flusso dell’acqua (frecce);

La Fig. 2 illustra schematicamente un reattore di contatto acqua/ozono contenente due eiettori al suo interno.

Con riferimento alle suddette figure viene descritto un sistema secondo una prima forma di realizzazione dell’invenzione, indicato complessivamente in figura 1 con il numero di riferimento 100.

Una pompa sommersa 1, munita di tubazione allungabile, aspira la quantità voluta di acqua inquinata da trattare da una vasca di accumulo 8, preferibilmente avente una profondità minima di almeno 1,5 m, per inviarla ad un reattore 2 senza manipolazione particolare e quindi senza pericolo per l’eventuale operatore. Prima di arrivare al reattore 2, l’acqua inquinata aspirata dalla pompa 1 passa attraverso un filtro 3, posizionato a monte del reattore 2, che ha lo scopo di eliminare gli eventuali solidi sospesi nell’acqua inquinata.

All’interno del reattore 2, in prossimità della sua porzione inferiore sono posizionati due eiettori 5 (fig. 2) in maniera distanziata. Tali eiettori 5 sono collegati alla mandata di una pompa centrifuga 4 ad alta pressione che aspira dal fondo di detto reattore 2 l’acqua in esso contenuta. In questo modo la pompa 4 fa ricircolare l’acqua in una porzione di reattore 2 compresa tra gli eiettori 5 e il fondo del reattore.

Gli eiettori 5 sono anche in comunicazione di fluido con il reattore produttore di ozono poiché collegati alla tubazione di uscita dell’ozono gassoso dal generatore di ozono 6 mediante due tubi 11 (fig. 2) i quali si innestano sulle tubazioni degli eiettori 5.

Durante l’operazione di ricircolo il liquido viene fatto attraversare a forte pressione attraverso i due eiettori 5 creando una depressione per “effetto Venturi” nei tubi 1 1 collegati al generatore di ozono 6: tale depressione fa sì che una certa quantità di ozono prodotto dal generatore 6 venga aspirata. L’ozono aspirato quando entra negli eiettori 5 si miscela intimamente con l’acqua inquinata passante negli eiettori 5. La quantità di ozono aspirata è funzione delle dimensioni del condotto 11 di adduzione dell’ozono all’ eiettore 5 e della depressione creata dal passaggio dell’acqua inquinata in ciascun eiettore 5.

L’acqua trattata dopo depurazione viene scaricata dal reattore 2 ad un serbatoio atmosferico 7 di acqua pura: tale scarico avviene in automatico per dopo aver controllato il carico batterico o dopo un periodo di tempo noto precedentemente individuato come efficace per la sterilizzazione.

Per sterilizzazione si intende l’assenza di microorganismi di qualsiasi genere da 1 litro d’acqua.

La vasca di accumulo 8 può anche essere una qualsiasi sorgente di acqua inquinata come ad esempio un pozzo, un bacino d’acqua, un fiume, etc.

Il filtro 3 può essere un qualsiasi filtro a pressione in grado di trattenere solidi sospesi aventi dimensioni comprese tra 2 e 50 micron, ad esempio un filtro con elementi filtranti plastici o in sabbia quarzifera.

Vantaggiosamente la pompa di ricircolo 4 è una pompa centrifuga, preferibilmente operante a otto atmosfere (8 atm) e avente un corpo pompa realizzato in acciaio AISI 316.

Il reattore 2 è un apparecchio chiuso che opera in pressione, preferibilmente con una sovrappressione oscillante tra 1 e 4 psi. In questo modo l’ozono disciolto può raggiungere concentrazioni in soluzione nettamente superiori a quelle rilevate in uscita dalla bocca dell’eiettore a temperatura e pressione atmosferica (3-4 mg/1 contro 1,5-2 mg/1). Il reattore 2 è inoltre dotato di una valvola di sicurezza tarata ad una sovra-pressione prefissata, preferibilmente di 10 psi, e montata sul tubo 10 in cima al reattore 2 (fig. 2), Lo scarico dell’acqua avviene in automatico dopo raggiunta sterilizzazione dell’acqua attraverso la tubazione 9 (fig. 2) su cui è montata una valvola automatica non riportata nelle figure.

E’ anche possibile prevedere un flussaggio del reattore 2 con azoto gassoso al fine di mantenere l’ambiente sterile e nel contempo mantenere costante la sovrappressione in detto reattore.

Il reattore 2 opera in sovra-pressione (pressione maggiore di quella atmosferica) grazie al ricircolo dell’acqua della pompa 4, alla presenza di una valvola di sicurezza su detto reattore 2 opportunamente tarata, alla parziale vaporizzazione dell’ozono disciolto in acqua e all’opzionale flussaggio operato con azoto gassoso (non indicato in figura).

Il reattore 2 può essere realizzato vantaggiosamente in acciaio o in PVC. Il reattore di contatto 2 può sterilizzare l’acqua sia in continuo che in modalità batch. Quando si opera in modalità “batch”, il reattore 2 viene riempito una volta sola e viene iniettato ozono per un tempo definito ricircolando il liquido con la pompa 4 e gli eiettori 5 o per un tempo sufficiente all’abbattimento totale della carica batterica. Una volta verificata la sterilità dell’acqua contenuta nel reattore 2 il liquido viene scaricato nel serbatoio 7 di accumulo dell’acqua depurata.

Nel caso in cui sia noto il tempo di abbattimento necessario alla sterilizzazione/sanificazione dell’acqua, il reattore 2 può essere alimentato in continuo con una portata costante fissando il tempo di contatto idoneo ad abbattere la quantità batterica presente. Tali tempi di contatto possono variare da pochi secondi alla mezz’ora. In questa modalità operativa in continuo l’acqua sanificata viene progressivamente accumulata nel serbatoio 7 pronta ad essere distribuita.

Il serbatoio 7 di raccolta dell’acqua depurata è un serbatoio chiuso e può essere realizzato vantaggiosamente in PVC.

Gli eiettori 5 sono posizionati all’interno del reattore in modo tale che il flusso di ingresso dell’acqua miscelata con ozono all’interno del reattore 2 e uscente da ciascun eiettore sia tangenziale rispetto alla sezione del reattore 2. In tale modo si creano vortici in maniera analoga a quanto accade nei cicloni: ciò permette di avere una elevata turbolenza all’interno del liquido e quindi una elevata miscelazione dell’ozono con l’acqua da trattare.

Come eiettore 5 preferibilmente viene utilizzato quello descritto nella domanda di brevetto MI2006A000858 qui incorporata integralmente per riferimento. Detto eiettore 5 è in grado di nebulizzare l’ozono nell’acqua con rendimenti molto alti e quindi di “sciogliere” l’ozono in acqua nel modo più efficiente possibile.

Detto eiettore 5 preferito comprende un corpo sostanzialmente cilindrico che presenta un primo attacco assiale per l’accoppiamento con un ugello di erogazione di liquido a pressione, un secondo attacco radiale per l’accoppiamento con un condotto di erogazione gas (per l’attacco alla tubazione 11 di fig.l), e un canale assiale comprendente quattro camere cilindriche di diverso diametro. L’apertura della testa dell’ugello si trova nella prima camera del canale assiale e l’attacco radiale presenta un canale comunicante con la prima camera, in modo che il liquido possa essere iniettato attraverso l’ugello ed il gas possa essere aspirato, per effetto Venturi, attraverso il canale radiale, provocando in questo modo la miscelazione del gas con il liquido entro le camere del canale assiale del corpo.

Nel corpo sono poi ricavati due coppie di fori radiali che sfociano rispettivamente nella terza camera e nella quarta camera. L’asse della prima coppia di fori radiali è ortogonale rispetto all’asse della seconda coppia di fori radiali.

La prima miscelazione avviene nella prima camera. La miscela liquido e gas passando dalla prima camera alla seconda camera avente un diametro minore rispetto a quello della prima camera, viene compressa in modo da ottenere la massima miscelazione. Quindi la miscela liquido/gas passando dalla seconda camera alla terza camera aumenta la sua velocità, essendo la seconda camera di diametro inferiore, e il liquido dall’ esterno entra nella terza camera di diametro maggiore rispetto a quello della seconda, attraverso i fori radiali con la conseguente formazione di micro-bollicine cariche di gas. In modo simile, la miscela liquido e gas nelle micro-bollicine passando dalla terza camera alla quarta camera si espande, e una parte del liquido esce, attraverso gli altri fori radiali relativi alla quarta camera, con la conseguente formazione di micro-vortici nella quarta camera, che causano un’ulteriore suddivisione delle micro-bollicine cariche di gas, subito prima della fuoriuscita.

È da notare che l’eiettore è immerso nel liquido, quindi l’ingresso e la fuoriuscita del liquido da detto eiettore, attraverso i fori radiali, contribuisce ad aumentare la turbolenza del liquido nella terza e quarta camera. Tale aumento della turbolenza contribuisce alla formazione di micro-bollicine, alla loro frammentazione e alla loro ulteriore miscelazione con il liquido iniettato. Nello stesso tempo i micro- vortici prodotti nella quarta camera impediscono il gorgogliamento delle micro-bollicine ozonizzate verso l’esterno, attraverso tali fori radiali. Infatti tale gorgogliamento delle micro-bollicine verso l’esterno comporterebbe una perdita di ozono che si disperderebbe fuoriuscendo attraverso la superficie libera del liquido. La geometria delle quattro camere è studiata in modo tale da massimizzare la miscelazione. Come risultato, all’uscita dell’eiettore si ottengono micro-bollicine di gas con un diametro estremamente ridotto, minore di 1 micron, che si disperdono nel liquido.

L’eiettore così definito ha preferibilmente le seguenti caratteristiche:

- un corpo sostanzialmente cilindrico che si estende da un’estremità prossimale ad un’estremità distale, con lunghezza totale di circa 200 mm;

- all’estremità prossimale del corpo è previsto un attacco filettato interno per Γ accoppiamento con un ugello di iniezione avente filettatura esterna;

- l’ugello di iniezione termina in una testa troncoconica provvista di una luce di uscita del liquido con un diametro estremamente pari a circa 3 mm;

- la prima camera ha un diametro di circa 23 mm e si estende per una lunghezza di circa 40 mm. Quando l’ugello di iniezione è accoppiato, l’apertura della testa dell’ugello si trova al centro della prima camera;

- il canale radiale comunicante con la prima camera ha un diametro di 15 mm, l’asse del canale radiale passa sostanzialmente per il centro della prima camera, e tale canale presenta una filettatura esterna per l’accoppiamento con un condotto di erogazione del gas che deve essere miscelato con il liquido;

- la seconda camera ha un diametro di 14 mm e si estende per una lunghezza di 29 mm, la terza camera 13 ha un diametro di 19 mm e si estende per una lunghezza di 49 mm, la quarta camera 14 ha un diametro di 23 mm e si estende per una lunghezza di 40 mm;

- l’asse della prima coppia di fori radiali si trova ad una distanza di 70 mm dall’ estremità di uscita del liquido e l’asse della seconda coppia di fori radiali si trova ad una distanza di 19 mm daH’estremità di uscita del liquido;

- la portata del liquido miscelato al gas in uscita dal dispositivo miscelatore 1 è di circa 150 litri/min e il flusso di gas aspirato attraverso il condotto radiale è di circa 16 litri/min.

Come generatore di ozono 6 può essere utilizzato un qualsiasi generatore di ozono. Preferibilmente si utilizza quello descritto nella domanda di brevetto MI2006A000859 qui incorporata integralmente per riferimento, poiché presenta un consumo energetico e dispersioni termiche molto bassi.

Detto generatore di ozono preferito è formato da una pluralità di reattori tubolari ciascuno dei quali comprende una coppia di elettrodi (uno interno ed uno esterno) collegati a mezzi di alimentazione elettrica per generare tra loro una differenza di potenziale atta ad innescare una scarica a corona. Gli elettrodi sono disposti coassiali entro un contenitore tubolare chiuso alle estremità da due coperchi forati e atto ad essere attraversato da un flusso di gas contenente ossigeno che viene attraversato da detta scarica a corona per la trasformazione dell’ossigeno in ozono.

Il reattore tubolare generatore di ozono comprende inoltre un elemento tubolare in materiale dielettrico (vetro, vetro-ceramica, Boro-Silicato, etc.) disposto tra detti due elettrodi, direttamente a contatto con l’elettrodo esterno e distanziato da quello interno, in modo da definire un’intercapedine per il passaggio di detto flusso di gas contenente ossigeno. L’elemento dielettrico ha la funzione di distribuire uniformemente la scarica elettrica nell’intercapedine in cui passa il gas contenente ossigeno ed evitare pertanto la formazione di archi elettrici, con conseguente aumento incontrollato della corrente elettrica di scarica che provocherebbe un aumento della potenza elettrica necessaria alla produzione, nonché un danneggiamento del generatore di ozono. Inoltre su ciascun coperchio sono ricavati una pluralità di canali di passaggio aria che mettono in comunicazione Γ esterno con Γ intercapedine cilindrica formata tra l’elettrodo interno e il tubo di dielettrico.

In una realizzazione del reattore tubolare sopra definito relativo al generatore di ozono preferito, detto reattore presenta vantaggiosamente le seguenti caratteristiche:

- l’elettrodo interno è costituito da un tubo metallico cilindrico, internamente cavo, avente un diametro esterno compreso nell’ intervallo 14 ÷ 17 mm e uno spessore di 1,0 ÷ 2,0 mm, ed è realizzato in un metallo conduttore resistente sia all’azione dell’ozono che alle elevate tensioni elettriche in gioco, ad esempio acciaio inox AI SI 316 e la sua superficie esterna è soggetta ad un trattamento meccanico di tappatura a specchio;

- la distanza radiale tra la superficie esterna dell’elettrodo interno e la superficie interna del tubo di dielettrico è compresa nell’ intervallo da 2 a 4 mm;

- il tubo di materiale dielettrico ha un diametro interno compreso nell’intervallo 20 ÷ 22 mm, uno spessore compreso nell’intervallo 1,8 ÷ 2,2 mm, e un diametro esterno è compreso nell’intervallo 23,6 ÷ 26,4 mm;

- l’elettrodo esterno è disposto sulla superficie esterna del tubo di materiale dielettrico ed ha la forma di un foglio di materiale metallico avente uno spessore compreso tra 0,1 mm e 0,4 mm;

- l’elettrodo esterno, il tubo di dielettrico e l’elettrodo interno è realizzato in materiale isolante, quale ad esempio PVC (Poli-Vinil-Cloruro) ed ha un diametro leggermente maggiore del diametro esterno dell’elettrodo esterno in modo che l’elettrodo esterno sia impacchettato tra il tubo di dielettrico e il tubo di contenimento;

- il diametro interno del tubo di contenimento è leggermente maggiore del diametro esterno dell’elettrodo esterno in modo che l’elettrodo esterno sia impacchettato tra il tubo di dielettrico e il tubo di contenimento;

- il tubo di contenimento esterno e il tubo di dielettrico hanno la stessa lunghezza compresa tra 300 e 340 mm mentre Γ elettrodo interno ha una lunghezza compresa tra 290 e 310 mm;

- l’elettrodo interno e l’elettrodo esterno sono collegati a rispettivi cavi elettrici speciali aventi una rigidità dielettrica tale da sopportare elevate tensioni: detti possono essere ad esempio cavi di tungsteno con isolante di silicone;

- i coperchi sono saldati al cilindro di contenimento di PVC mediante una linea di saldatura esterna circonferenziale effettuata mediante termosaldatura o saldatura ad ultrasuoni e sono inoltre provvisti di flange e O-ring in modo da bloccare il tubo di dielettrico in posizione entro il tubo contenitore;

- i cavi elettrici sono collegati ad un alimentatore elettrico ad alta tensione atto ad erogare una tensione massima di circa 10 ÷ 12 kV con una corrente alternata di circa 5 ÷ 10 mA e l’alimentatore elettrico può essere un trasformatore elettrico atto a trasformare l’alimentazione di rete (220/230 Vac) in un’alimentazione ad alta tensione (10 ÷ 12 kVac);

- la temperatura di esercizio nel generatore di ozono viene mantenuta inferiore a -330 K (57°C), grazie all’elevata superficie interna del tubolare dielettrico che definisce l’intercapedine di passaggio del gas.

La geometria sopra descritta relativa al reattore tubolare contenuto nel generatore di ozono permette di regolare nel modo desiderato il tempo di contatto del flusso di aria od ossigeno con la scarica elettrica all’interno di detto reattore tubolare. La possibilità di mantenere basse temperature di lavoro del reattore tubolare consente di elevare ulteriormente Γ efficienza di produzione di ozono, in quanto si abbassa notevolmente il tasso di riconversione dell’ozono in ossigeno. Infatti, a temperature di poco maggiori (~350 K) tale tasso di riconversione risulta essere tale da ridurre l’efficienza dei normali generatori in commercio di circa il 40%.

Il mantenimento di temperature non elevate (< 330 K) è assicurato sia dall’alta efficienza di generazione di ozono nel reattore tubolare preferito sopra descritto (solo circa P8% dell’energia legata agli urti elettronici con le molecole del gas di ingresso viene convertito in calore) sia dal flusso dell’aria stessa in ingresso. Grazie a questa elevata efficienza è possibile ottenere ozono dall’aria in concentrazione media compresa tra 2,7 e 5,8 g/m di ozono per ciascun reattore tubolare a seconda della portata dell’ aria in ingresso. Tale quantità è ottenibile senza l’utilizzo di un essiccatore per l’aria in ingresso. Nel caso di utilizzo di bombole di ossigeno, è possibile ottenere quantità di ozono fino a 12 g/m per dispositivo generatore di ozono.

Vantaggiosamente il generatore per la produzione di ozono comprende una configurazione con otto reattori tubolari generatori di ozono come sopra descritti, per produrre 35 g/h di ozono da aria con un consumo di circa 110 W (il consumo di una lampadina): tale valore risulta essere circa 20 volte inferiore rispetto al consumo degli impianti noti per produrre lo stesso quantitativo di ozono.

In un'altra realizzazione preferita il generatore 6 comprende tre reattori come sopra definiti per produrre 30 g/h di ozono da aria con un consumo di circa 100 W.

Visto il basso consumo energetico detto generatore di ozono 6 può essere alimentato vantaggiosamente anche con mezzi fotovoltaici.

Una volta regolato il flusso di ozono uscente dal generatore 6, si può procedere alla determinazione della concentrazione di ozono nell’acqua (inquinata o trattata), ad esempio attraverso il metodo “Standard Methods 4500-03 B Indigo Colorimetrie”. Tale determinazione può essere effettuata anche dopo ogni tempo di contatto prefissato per verificare la concentrazione di ozono nell’acqua sterilizzata in uscita dal reattore 2. Il suddetto metodo si basa sul principio che in soluzione acida, Tindigo viene rapidamente decolorato dall’ozono: la diminuzione dell’assorbanza, basata sulla lettura mediante spettrofotometro alla lunghezza d’onda di 600 nm, è direttamente proporzionale all’aumento della concentrazione dell’ozono.

Le apparecchiature sopra descritte sono collegate tra loro attraverso tubazioni le quali prevedono anche opportune valvole di intercetto e di regolazione note all’esperto del ramo. Tali tubazioni, valvole, etc., possono essere in PVC o in acciaio inox.

Il sistema 100 della presenta invenzione comprende inoltre strumentazione elettronica e il relativo sistema di controllo atto a regolare il dosaggio dell’ozono nell’acqua, controllo portata d’acqua in ingresso al reattore 2 e in uscita da detto reattore 2 e dal serbatoio 7.

Il sistema 100 secondo la presente invenzione può prevedere vantaggiosamente un sistema di refrigerazione in grado di mantenere soto i 10 °C la temperatura dell’acqua eiettata e ricircolata nel reattore 2. In tal caso si avrà un ulteriore miglioramento della solubilità dell’ozono con conseguente ulteriore diminuzione dei tempi di contatto e possibilità di trattare quantità maggiori di acqua nell’arco della giornata.

Il sistema 100 della presente invenzione presenta una serie di vantaggi. Esso infatti garantisce una estrema flessibilità operativa non riscontrabile in nessun apparecchio o insieme di apparecchi attualmente in esercizio. In pratica temperatura, pressione, finezza e quantità delle bolle possono essere controllate in funzione dei risultati desiderati. Inoltre il sistema 100 permette di immettere più ozono nel reatore di contato 2: a parità di carica baterica, l’aumento della concentrazione di ozono disciolto rispeto ai sistemi noti permete il dimezzamento del tempo idraulico di ritenzione lasciando spazio anche a notevoli riduzioni volumetriche delle apparecchiature con grande risparmio di spazio, materiali e denaro.

Inoltre la presenza di un serbatoio chiuso di accumulo/acclimatazione dell’acqua trattata avente una quantità di ozono residuo ancora disciolto consente di mantenere sostanzialmente sterile l’acqua per tempi significativi valorizzando ulteriormente la qualità del prodotto derivante dal processo sviluppato nel sistema nella sua interezza, grazie al fatto che l’ozono disciolto residuo rimane nell’acqua trattata per 20-30 minuti dopo tale trattamento. Quest’acqua altamente ozonizzata può essere utilizzata, nei primi 20-30 minuti, per medicare o lavare ferite, per sterilizzare apparecchiature, ad esempio mediche, prima di essere utilizzata come acqua da bere.

Pertanto l’utilizzo di eiettori ad “effetto Venturi” come descriti sopra in combinazione con un reattore di contatto operante in pressione contenente detti eiettori nebulizzanti permette di ottenere una elevata concentrazione di ozono disciolto e quindi una efficacia di potabilizzazione maggiore rispetto ai sistemi noti che prevedono il gorgogliamento di ozono all’interno di un serbatoio atmosferico, a parità di carica batterica. La maggiore efficacia permette inoltre di ridurre anche i volumi di acqua inquinata da movimentare.

La Richiedente ha trovato che il sistema sopra descritto permette di disinfettare efficacemente acque inquinate da differenti specie microbiche, ad esempio microorganismi d’alterazione (L. brevis, P.acidilactìci e S. cerevisiae), contaminanti fecali (E. aerogenes, E. coli), patogeni (S. aureus ) e contaminanti ambientali (L. innocua ), in particolare Saccharomyces cerevisiae, Escherichia coli, Lactobacillus brevis, Pediococcus acidilactici, Listeria innocua.

Altrettanti buoni risultati sono stati ottenuti con spore fungine quali A.acidoterrestris, B. subtilis, anche se queste richiedono l’utilizzo di un dosaggio di ozono e tempi di contatto maggiori rispetto ai microorganismi descritti sopra.

Il sistema 100 di potabilizzazione con ozono della presente invenzione presenta inoltre i seguenti vantaggi rispetto a sistemi che impiegano cloro o altri reattivi chimici:

basse spese di gestione: occorre energia solo per produrre ozono (l’utilizzo avviene a basse temperature), i consumi d’acqua sono ridotti, come pure i costi per il trattamento delle acque di scarico; assenza di residui tossici: decomponendosi rapidamente in ossigeno, infatti, l’ozono non lascia residui indesiderati, ed è pertanto vantaggioso sia dal punto di vista della sicurezza dell’ alimento (non è necessario un risciacquo del prodotto) sia per la qualità delle acque reflue;

bassa conducibilità elettrica degli affluenti grazie al fatto che l’ozono abbassa la concentrazione di sali in soluzione; riduzione dello sviluppo di cattivi odori per la migliore ossigenazione delle acque reflue dovuta alla conversione dell’ozono che migliora l’efficacia dei processi biologici necessari per lo smaltimento;

assenza si magazzinaggio di sostanze chimiche pericolose dal momento che l’ozono viene prodotto in sìtu.

Il sistema 100 sopra descritto può essere installata aH’intemo di un capannone oppure in un container o micro-container con supporti mobili.

Alle presenti forme di realizzazione dell’ invenzione possono essere apportate numerose variazioni e modifiche di dettaglio, alla portata di un tecnico del ramo, rientranti comunque entro l’ambito dell’ invenzione espresso dalle rivendicazioni annesse.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema (100) per la potabilizzazione di acqua microbiologicamente inquinata comprendente un generatore produttore di ozono (6), un reattore (2) per il contatto dell’acqua con ozono, operante in pressione, almeno un eiettore ad “effetto Venturi” (5) avente l’acqua contenuta in detto reattore (2) come fluido motore e in comunicazione di fluido con il generatore produttore di ozono (6), una pompa (4) per alimentare detto almeno un eiettore (5) mediante il ricircolo dell’acqua contenuta in detto reattore di contatto (2), in cui l’almeno un eiettore (5) è interno al reattore di contatto (2) ed è sommerso dall’acqua contenuta in detto reattore (2).
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1 comprendente inoltre almeno un filtro per particolato (3) posizionato a monte di detto reattore di contatto (2), un serbatoio (7) di accumulo di acqua trattata posizionato a valle di detto reattore di contatto (2), una pompa ad immersione (1) per il carico dell’acqua da purificare in detto reattore (2) e le relative tubazioni di collegamento.
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui il reattore di contatto (2) è cilindrico e opera ad una sovrappressione minore di 10 psi, preferibilmente ad una sovrappressione compresa tra 1 e 4 psi.
4. 4. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui il numero di eiettori (5) è due e sono distanziati tra loro lungo l’asse verticale di detto reattore (2).
5. 5. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui gli eiettori (5) sono posizionati nel reattore (2) in modo tale che il flusso della miscela acqua-ozono uscente da ciascun eiettore (5) ed entrante nel reattore (2) sia tangenziale rispetto alla sezione orizzontale di detto reattore (2).
6. 6. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui l’eiettore (5) ha un corpo sostanzialmente cilindrico avente un primo attacco assiale per Γ accoppiamento con un ugello di erogazione di liquido a pressione e un secondo attacco radiale per Γ accoppiamento con un condotto di erogazione gas, e avente un canale assiale comprendente quattro camere cilindriche di diverso diametro, la terza e la quarta camera essendo dotate ciascuna di una coppia di fori radiali e l’asse della prima coppia di fori radiali essendo ortogonale rispetto all’asse della seconda coppia di fori radiali.
7. 7. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui il generatore di ozono (6) comprende almeno un reattore generatore di ozono formato da una coppia di elettrodi disposti co-assialmente entro un contenitore tubolare il quale è chiuso alle estremità da due coperchi forati ed è atto ad essere attraversato da un flusso di gas contenente ossigeno, e da un elemento tubolare in materiale dielettrico, preferibilmente scelto tra vetro, vetro-ceramica, Boro-Silicato, disposto tra detti due elettrodi e direttamente a contatto con Γ elettrodo esterno e distanziato da quello interno, in modo da definire un’intercapedine per il passaggio di detto flusso di gas contenente ossigeno.
8. 8. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti comprendente inoltre un sistema di refrigerazione in grado di mantenere sotto i 10 °C la temperatura dell’acqua inquinata che è eiettata da detti eiettori (5) ed è ricircolata nel reattore (2) da detta pompa (4).
9. 9. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti realizzato in un container o in un micro-container con elementi di supporto mobili.
10. 10. Reattore (2) di contatto acqua-ozono per l’uso in un sistema per potabilizzare l’acqua inquinata batteriologicamente mediante ozono come definito in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.