MX2008012584A - Proceso y aparato para purificacion de aguas negras. - Google Patents

Abstract

Proceso y aparato para remover coloides y compuestos de nitrógeno a partir de agua contaminada mediante la coagulación de los coloides y separándolos del agua. El agua es sometida a oxidación de manera continua con cloro de manera electrolítica para destruir los compuestos de nitrógeno. El aparato para la purificación de desechos contaminados, comprende (a) una celda electrolítica, (2) (b) un puerto de entrada debajo de la celda electrolítica (1), (c) una sección superior sobre la celda electrolítica que incluye un rociador de aire (7) y una salida (5) (d) un espacio de drenado cerrado adyacente a la sección superior que comprende medios para separar agua e impurezas (9) y (e) una bomba de recirculación (11) que conecta la salida al puerto de entrada de la celda electrolítica, en donde la celda electrolítica comprende electrodos conectados en serie.

Description

PROCESO PARA PURIFICACIÓN DE AGUAS NEGRAS REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitgd reclama la prioridad para la Solicitud Provisional de los Estados Unidos de Norteamérica No. de Serie 60/787,907, presentada el 31 de marzo de 2006, y la Solicitud Provisional de los Estados Unidos de Norteamérica No. de Serie 60/788,278, presentada el 31 de marzo de 2006, las cuales están incorporadas a la presente en su totalidad.

CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un proceso para purificación de agua y a un aparato para llevar a cabo el proceso. La invención se refiere además a la cloración electrolítica del agua purificada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Durante mucho tiempo se han buscado métodos y aparatos económicos y eficientes para purificar agua contaminada, en particular agua que contiene ácidos grasos. El agua contaminada, por ejemplo, aguas que contienen compuestos de nitrógeno soluble, emulsiones coloidales orgánicas suspendidas o suspensiones tales como efluentes a partir de plantas de procesamiento de carne, industrias lecheras, plantas de procesamiento de queso, panaderías, plantas químicas, plantas de papel y plantas de petróleo y efluentes que incluyen aguas residuales no tratadas son de particular interés. Los coloides tienen una carga negativa que evita que se combinen y hacen prácticamente imposible la filtración o separación. Los métodos previos para la purificación de agua incluyen combinar el agua contaminada con ácido graso con iones metálicos liberados desde los electrodos durante la electrólisis para formar jabones metálicos hidrofóbicos. Los iones metálicos bivalentes o trivalentes son liberados desde los electrodos durante la electrólisis y se combinan con los ácidos grados para formar un floculante insoluble. El floculante, a su vez, arrastra o absorbe otras impurezas presentes en el agua contaminada. Por tanto, el floculante sirve como un medio transporte para remover no sólo ácidos grasos, sino también otras impurezas a partir del agua. A fin de asegurar la producción continua de iones, los electrodos fueron colocados en un lecho móvil de partículas sólidas. Las partículas sólidas fueron mantenidas en movimiento a través del flujo de agua de proceso a través de la cámara de electrólisis a fin de desgastar y limpiar de manera continua las superficies del electrodo. El floculante y las impurezas arrastradas fueron dirigidas hacia un depósito de floculación/separación en donde el floculante y las impurezas arrastradas fueron separadas mediante flotación, dejando el agua purificada para remoción desde el depósito. Los sistemas de tratamiento electrolítico de agua, que incluyen sistemas de electro-flotación y electrocoagulación, en tanto que son funcionales, tienen dificultades cuando sus electrodos se quedan cubiertos con una capa insoluble que no es removible tan sólo al cambiar la polaridad de los electrodos. Esto es especialmente cierto cuando las aguas negras que contienen ácidos grasos son sometidas a electrólisis con electrodos metálicos lo cual forma un jabón metálico insoluble en la superficie del ánodo que es difícil de remover. Los sistemas de tratamiento electrolítico de agua actuales limpian los electrodos a través de un lecho móvil de partículas duras e introduce aire antes de que la celda electrolítica mueva el lecho y el agua a través del sistema. Sin embargo, se ha encontrado que las burbujas ante las celdas electrolíticas incrementan la Resistencia eléctrica entre los electrodos requiriendo por tanto de mayores voltajes e induciendo desgaste excesivo sobre los electrodos, paredes y partes de la celda. Después de que han sido removidos la mayor parte de los contaminantes, es necesario remover los materiales contaminantes disueltos y suspendidos remanentes y tienen que haber sido tratados electrolíticamente con cloro. El cloro es generado de modo normal de forma electrolítica, introduciendo de manera continua una solución salina concentrada (iones de cloro) dentro del compartimiento del ánodo de una celda de electrólisis la cual es separada desde el compartimiento de cátodo a través de un diafragma permeable. Antes del advenimiento de los diafragmas de intercambio de iones el diafragma era elaborado a partir de múltiples pliegues de papeles de asbesto entre ánodo y cátodo para evitar tanto como sea posible el mezclado de la sustancia cáustica producida en el compartimiento de cátodo con el cloro producido en el compartimiento de ánodo. Actualmente, se utilizan de manera común los diafragmas de intercambio de iones que evitan el flujo de aniones y de soluciones de un compartimiento a otro. El cloro en forma de hipoclorito de sodio se puede elaborar por medio de electrólisis de agua salina sin el uso de diafragmas. Este proceso es de especial utilidad para aplicaciones en albercas. Este proceso tiene la desventaja de utilizar sal y el calcio y magnesio presentes en el agua para formar carbonatos que se depositan en el cátodo aislándolo finalmente y evitando el flujo de corriente entre los electrodos. El cátodo debe ser limpiado entonces con ácido para remover el recubrimiento calcáreo. La técnica electrolítica estándar para clorar el agua en albercas es proporcionar una celda separada que contiene una alta concentración de sal común que al momento de la electrólisis proporciona hipoclorito de sodio o cloro que es alimentado dentro de la alberca. De manera teórica, es posible agregar suficiente sal común al agua de la alberca y someterla a electrólisis de forma directa. Sin embargo, esta técnica tiene la desventaja de que el agua adquiere un sabor salado para los bañistas y que el calcio contenido en el agua se deposita sobre los cátodos hasta un grado tal que el flujo de la corriente se detiene o se deteriora. Se ha encontrado en la práctica que el cambio de la polaridad para remover los depósitos de calcio sobre los cátodos conduce a la corrosión del cátodo. La industria de purificación del agua ha seguido buscando métodos nuevos y mejorados para remover ácidos grasos y otros contaminantes del agua. En consecuencia, se ha percibido durante mucho tiempo la necesidad no satisfecha de métodos más económicos, más eficientes y más convenientes para purificar agua, en particular el agua contaminada con ácidos grasos y otros contaminantes y tratar el purificado para descarga o uso final.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Una modalidad de la invención describes un aparato para la purificación de desechos contaminados que tiene (a) una celda electrolítica, (b) un puerto de entrada debajo de la celda electrolítica, (c) una sección superior sobre la celda electrolítica que incluye un rociador de aire and una salida, (d) un espacio de drenado cerrado adyacente a la sección superior que comprende medios para separar agua e impurezas, y (e) una bomba de re-circulación que conecta la salida al puerto de entrada de la celda electrolítica. Los electrodos de la celda electrolítica de preferencia están conectados en serie. El aparato también puede incluir un depósito inferior inclinado que se inclina desde la sección superior que tiene una salida de agua purificada en el extremo inferior del fondo inclinado opuesto a la sección superior, una salida de recirculación ubicada sobre la salida de agua purificada, y un puerto de salida ubicado sobre la salida de recirculación. La salida de recirculación puede estar conectada a la bomba de re-circulación. En modalidades alternas, el aparato puede incluir también un filtro tal como, aunque sin limitarse a, un filtro de vacío giratorio, una prensa de filtro, filtro de vacío de banda transportadora, un filtro de arena o un filtro centrífugo. En ciertas modalidades, la sección superior es de sección transversal cónica y los electrodos pueden ser de hierro, magnesio, aluminio y sus aleaciones. En ciertas modalidades, la polaridad de los electrodos es ciclada de manera continua y la frecuencia del ciclado de la polaridad de los electrodos es entre aproximadamente 1 cambio por 1 segundo y aproximadamente 1 cambio por 10 minutos. En ciertas modalidades, se incluye también un dorador en el aparato. En otra modalidad de la invención, se describe un proceso de purificación de agua que tiene las siguientes etapas; (a) pasar el agua contaminada en una dirección ascendente generalmente vertical a través de una celda electrolítica que tiene una pluralidad de electrodos circundados por un lecho móvil de partículas sólidas, no-conductoras para formar un floculador hidrofóbico que comprende agua purificada, agua, impurezas y aguas jabonosas; (b) dirigir el floculador hacia una cámara cerrada conectada directamente a un extremo superior de la cámara de electrólisis; (c) separar las impurezas, aguas jabonosas y agua del agua purificada; (d) recircular una porción del agua desde la cámara cerrada hacia la celda electrolítica; (e) remover las impurezas y aguas jabonosas desde la cámara cerrada, y (f) remover el agua purificada desde la cámara cerrada. En ciertas modalidades, el aire es rociado sobre la celda electrolítica y los electrodos son conectados en serie con la polaridad de los electrodos que se cambia de manera continua. En ciertas modalidades, la velocidad ascendente del agua se logra de manera parcial al re-circular el agua a través de la celda y el agua contaminada es dirigida a través del lecho móvil mediante presión. De manera preferible las partículas no conductoras son granito y tienen una densidad específica mayor que aquella del agua contaminada y su velocidad de caída libre es mayor que la velocidad ascendente del agua. En ciertas modalidades, el agua purificada es clorada de manera adicional. En ciertas modalidades, la polaridad de los electrodos es alternada al aplicar un voltaje de corriente directa y la frecuencia en el cambio de polaridad varía desde aproximadamente 1 cambio por segundo hasta aproximadamente 1 cambio por 10 minutos y el cambio de polaridad tiene la misma duración. En ciertas modalidades, se agrega solución de jabón adicional al agua que se va a purificar y se producen micro burbujas utilizando el cambio en presión debido a una bomba de recirculación. En otra modalidad de la invención, se describe un sistema de cloración que tiene uno o más ánodos, un diafragma poroso que circunda los ánodos, un cátodo que circunda el diafragma poroso, medios para dirigir el flujo de fluidos hacia el ánodo, y medios para evitar el flujo de retorno de fluidos fuera de la celda. De preferencia, el diafragma poroso es los suficientemente permeable a fin de permitir el flujo laminar aunque lo suficientemente hermético para evitar el flujo turbulento. En ciertas modalidades, el sistema incluye también un separador no conductor separado entre el ánodo y el diafragma poroso y que circunda los ánodos. El ánodo puede estar hecho de carbón, titanio cubierto con platino, titanio cubierto con óxido de rutenio, u otros elementos no corrosibles. En ciertas modalidades, los medios para dirigir el flujo de fluidos hacia el ánodo es un diafragma poroso que tiene un fondo no-permeable y una parte superior abierta. En ciertas modalidades, los medios para evitar el flujo de retorno de fluidos son una válvula de retención, válvula de bola o válvula de compuerta. En otra modalidad de la invención, se describe un proceso de clorado de agua que tiene las siguientes etapas: (a) hacer fluir una corriente de agua en una dirección ascendente dentro de una celda electrolítica que comprende un compartimiento de ánodo y un compartimiento de cátodo separados por un diafragma poroso; (b) concentrar iones de cloro en el agua en el compartimiento de ánodo vía electrodiálisis, (c) acumular ácido clorhídrico en el compartimiento de ánodo. En ciertas modalidades, el proceso incluye también difundir de manera intermitente el ácido clorhídrico desde el compartimiento de ánodo hacia el compartimiento de cátodo a través del diafragma poroso.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 muestra una modalidad de un aparato de purificación de agua y proceso de acuerdo con la presente invención. La Figura 2 muestra una modalidad alterna del aparato y proceso para la purificación de agua de acuerdo con la presente invención. La Figura 3 muestra una sección transversal horizontal de una modalidad de una celda electrolítica. La Figura 4 muestra una sección transversal vertical de la modalidad de Figura 3. La Figura 5 muestra una sección transversal horizontal de una modalidad alterna de una celda electrolítica. La Figgra 6 muestra una sección transversal vertical de la modalidad de Figura 5.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES DE LA INVENCIÓN El agua contaminada es tratada electrolíticamente para producir compuestos altamente positives utilizando electrodos corrosibles para formar con ácidos orgánicos de alto peso molecular jabones hidrofóbicos insolubles altamente positivos que atrapan compuestos orgánicos y encapsulan algunos microbios. Las fuentes de agua contaminada incluyen, aunque no se limitan a, agua proveniente de plantas procesadoras de carne, industrias lácteas, plantas procesadoras de queso, panaderías, plantas químicas, fábricas de papel, y plantas de petróleo y efluentes que incluyen aguas residuales no tratadas. La Figura 1 muestra una modalidad preferida de un aparato de purificación de agua. Un conducto de entrada 1 es conectado a la parte inferior de una celda electrolítica 2. En la parte superior de la celda electrolítica 2 está una sección superior 4 que tiene un pasaje de salida 5. La sección superior 4 incluye de manera preferible una sección cónica 3 conectada a la parte superior de la celda electrolítica 2 y un conducto de salida 18. El pasaje de salida 5 está ubicado sobre la sección cónica 3. Entre el pasaje de salida 5 y la sección cónica 3, el conducto de salida 18 sale de la sección superior. El conducto de salida 18 incluye la línea 21 y es alimentada hacia la entrada de una bomba de re-circulación 13. El aire y el jabón adicional pueden ser introducidos a través de la línea 21 dentro del sistema. La sección superior 4 es cerrada de modo preferible hacia la atmósfera. Los electrodos 6 son montados en la celda 2 de cualquier modo adecuado (no mostrado en el dibujo) y son conectados en serie a una fuente de corriente directa que es cambiada en su polaridad de manera continua. El cambio de polaridad de la corriente asegura la corrosión igual de los electrodos de extreme que están conectados en serie a la fuente de corriente aunque mejora la acción de limpieza del lecho fluido. La frecuencia del cambio de polaridad se estableció de manera preferible en períodos iguales. En ciertas modalidades, de modo continuo, como se hizo referencia en la presente, se menciona el cambio de polaridad entre aproximadamente 1 cambio por 1 segundo hasta aproximadamente 1 cambio por 10 minutos y depende de la cantidad de contaminantes en el agua y la tendencia de los contaminantes a acumularse en los electrodos. En ciertas modalidades, los electrodos 6 preferiblemente son corrosibles y están hechos de, aunque no limitados a metales bivalentes o trivalentes, tales como aluminio, hierro, magnesio o su combinación o aleaciones. Los electrodos son conectados en serie a una fuente de corriente directa cuya polaridad es cambiada durante short, períodos iguales, preferiblemente cortos. Los electrodos 6 están circundados por un lecho móvil de partículas duras no conductoras sólidas cuya densidad específica es mayor que aquella del agua contaminada. En ciertas modalidades de la invención, ubicado en la parte superior de la sección cónica 3, sobre el punto en donde se han fijado las partículas sólidas, se encuentra un rociador de aire 7. El rociador de aire 7 suministra burbujas adicionales además de aquellas formadas durante la electrólisis para la sección superior 4. El rociador de aire 7 puede estar conectado a un suministro de aire comprimido 8. El aire comprimido produce burbujas para hacer flotar los floculantes producidos por la liberación de los jabones metálicos durante la electrólisis del agua que se va a purificar. En ciertas modalidades, las burbujas de aire son introducidas después a la celda electrolítica. Aunque se muestra una sección cónica 3, se puede emplear cualquier sección transversal y de preferencia se emplea una sección transversal que disminuirá la velocidad de movimiento ascendente del agua hasta un valor en donde las partículas sólidas se sedimentarán dentro de la celda electrolítica. La velocidad de caída libre de las partículas sólidas en el agua será superior a aquella de la velocidad de movimiento ascendente del agua. El flujo a través del depósito de floculacion se mantendrá de manera preferible a fin de permitir que cualesquiera partículas sólidas que son alejadas desde el lecho regresen a la cámara de electrólisis. El pasaje de salida 5 está conectado al depósito 9. El depósito 9 incluye también un espacio de drenado 15 que puede tener un fondo inclinado 10. Un conducto de recirculación 11 está cerca del borde superior del depósito y de manera preferible opuesto desde el pasaje de salida 5. De preferencia el depósito 9 está cerrado hacia la atmósfera. En el fondo del depósito 9 se encuentra una salida de agua purificada 12, de preferencia, opuesta también desde el pasaje de salida 5. Una salida de aguas jabonosas 16 está ubicada opuesta al pasaje de salida 5, de preferencia alejada a alguna distancia a fin de permitir la aceptable separación del floculante y el agua purificada. El conducto de recirculación 11, junto con el conducto de salida 18, es alimentado hacia la bomba de recirculación 13 cuya salida 14 puede estar conectada al conducto de entrada 1 debajo de la celda electrolítica 2. El depósito 9 incluye también una salida de aguas jabonosas 16 la cual está ubicada sobre el espacio de drenado 15. La ubicación del conducto de recirculación 11 es, de preferencia, cerca o debajo de la capa de burbujas a fin de atrapar cualquier floculante de sedimentación y reciclarlo hacia la celda electrolítica. Esto asegura que todo el floculante sale de modo preferible a través de la salida de aguas jabonosas 16. Tanto la sección superior 4 como el depósito 9 están preferiblemente cerrados hacia la atmósfera. En la práctica, se ha encontrado que la exposición a la atmósfera seca y revienta las burbujas y los floculantes tienden a sedimentarse, dificultando la obtención de un agua pura libre de floculantes. El ambiente cerrado protege las burbujas que transportan los floculantes contra el secado y la ruptura. Las burbujas también son secadas del exceso de agua y suministradas a través de la salida de aguas jabonosas 16 hacia la atmósfera. El depósito 9 tiene de preferencia suficiente capacidad para contener el agua que se trata durante aproximadamente 15 minutos para obtener la máxima separación de agua y floculantes. En modalidades alternativas, el depósito 30 está dimensionado para contener el agua que se trata durante aproximadamente 10 minutos, 20 minutos o cualquier tiempo necesario para permitir la separación de los floculantes y el agua y permitir que los floculantes suban hacia la parte superior. Durante la operación, el agua contaminada fluye a través del conducto de entrada 1 y hacia arriba dentro de la celda electrolítica 2. Los ácidos orgánicos de alto peso molecular se combinan con los iones metálicos liberados desde los electrodos formando jabones hidrofóbicos insolubles altamente positivos los cuales atrapan los compuestos orgánicos y encapsulan los microbios. Estos compuestos altamente positivos negtralizan los coloides con carga negativa permitiendo que los coloides se combinen, haciendo posible la filtración o separación. El floculante se forma a través de la acumulación de óxidos hidratados coloidales de los iones metálicos separados. El floculante enlaza o absorbe, otras impurezas presentes en el agua contaminada y sirve como un medio de transporte para remover las impurezas desde el agua. Las partículas no conductoras sólidas son movidas a varias velocidades en varias direcciones, por medio del flujo de agua y gases producidos en la celda electrolítica, contra y a lo largo de las superficies de los electrodos para asegurar la limpieza de los electrodos. Un efecto de limpieza adicional de los electrodos resulta a partir del movimiento de retorno de aquellas partículas sólidas que han sido transportadas junto con el agua y que se mueven pasando los electrodos a medida que se depositan hacia abajo. El agua contaminada es dirigida a través del lecho móvil de partículas en la celda electrolítica por medio de la presión de agua entrante. En ciertas modalidades, la presión es suministrada por la bomba de re-circulación 13. En otras modalidades, el aire es soplado dentro del lecho para intensificar su movimiento. En modalidades alternativas, se suministra aire adicional dentro del lado de succión de la bomba de re-circulación a través de la línea 21. En una modalidad preferida, el agua contaminada es dirigida de manera general a través del lecho móvil en dirección ascendente sustancialmente vertical. El agua que contiene floculantes y burbujas es conducida a través del pasaje 5 hacia el depósito 9 y el espacio de drenado 15. El agua purificada sale a través de una salida de agua purificada 12 la cual está preferiblemente a un nivel por debajo de de aquel de la capa de aguas jabonosas durante la operación. El conducto de recirculación 11 y el conducto 18 conducen el agua de recirculación con floculantes a través de la bomba 13 y el conducto 14 hacia un conducto de entrada 1. El conducto 18 recircula la capa superior del agua en la sección cónica de la celda electrolítica a través de los electrodos. Ciertas modalidades incluyen la válvula 19 y la válvula 20 que pueden ser utilizadas para controlar la relación de recirculación. La solución de jabón y el aire adicional son suministrados hacia el conducto de salida de agua 11 a través de la línea 21. Los jabones solubles adicionales pueden ser introducidos dentro del agua en ciertas modalidades, en particular en donde la cantidad de ácidos o ésteres orgánicos de elevado peso molecular es insuficiente en el agua contaminada que va a ser tratada para formar de manera electrolítica requeridos para la coagulación. Debido a la presión suministrada por la bomba 13, el aire y el jabón agregados a través de la línea 21 generalmente serán comprimidos y disueltos en el agua y formarán micro-burbujas muy pequeñas en la celda electrolítica. La salida de aguas jabonosas 16 suministra las aguas jabonosas drenadas 17 hacia la atmósfera. Las aguas jabonosas drenadas contienen sustancialmente todas las impurezas de la alimentación de agua contaminada. Estos floculantes hidrofóbicos son fáciles de secar y manejar. En ciertas modalidades, los floculantes pueden ser utilizados como un fertilizante después de ser esterilizados. En modalidades alternativas, los floculantes son secados y pueden ser utilizados como combustible. La Figura 2 muestra una modalidad alternativa de un sistema de purificación de agua. Un conducto de entrada 22 es conectado a la parte inferior de una celda electrolítica 23. En la parte superior de la celda electrolítica 23 está una sección superior 24 que tiene un pasaje de salida 26. La sección superior 24 incluye de preferencia una sección cónica conectada a la parte superior de la celda electrolítica 23 y un conducto de recirculación 32. El pasaje de salida 26 está ubicado sobre la sección cónica. Entre el pasaje de salida 26 y la sección cónica, el conducto de recirculación 32 sale de la sección superior 24. El conducto de recirculación 32 incluye la línea 33 y es alimentado hacia la entrada de una bomba de re-circulación 39. El aire y el jabón adicional pueden ser introducidos a través del conducto de recirculación 32 dentro del sistema. La sección superior 24 está cerrada de manera preferible hacia la atmósfera. Los electrodos 27 son montados en la celda 23 de cualquier manera adecuada (no mostrada en el dibujo) y conectados en serie a una fuente de corriente directa a la cual se le cambia la polaridad de forma continua. El cambio en la polaridad de la corriente asegura la corrosión igual de los electrodos de extreme que están conectados en serie a la fuente de corriente aunque mejor al acción de limpieza del lecho fluido. La frecuencia del cambio de polaridad se establece de modo preferible en períodos iguales. En ciertas modalidades, de manera continua, como se cita en la presente, se hace referencia al cambio de polaridad entre aproximadamente 1 cambio por 1 segundo hasta aproximadamente 1 cambio por 10 minutos y depende de la cantidad de contaminantes en el agua y la tendencia de los contaminantes a acumularse en los electrodos. En ciertas modalidades, los electrodos 27 preferiblemente son corrosibles y están hechos de, aunque no se limitan a, metales divalentes o trivalentes, tales como aluminio, hierro, magnesio o su combinación o aleaciones. Los electrodos están conectados en serie a una fuente de corriente directa cuya polaridad es cambiada durante períodos cortos, de preferencia iguales. Los electrodos 27 están circundados por un lecho móvil de partículas duras no conductoras sólidas cuya densidad específica es mayor que aquella del agua contaminada. En ciertas modalidades de la invención, ubicado en la parte superior de la parte cónica de la sección superior 24, sobre el punto donde se sedimentan las partículas sólidas, se encuentra un rociador de aire 28. El rociador de aire 28 suministra burbujas adicionales además de aquellas formadas durante la electrólisis hacia la sección superior 24. El rociador de aire 28 puede estar conectado a un suministro de aire comprimido 29. El aire comprimido produce burbujas para hacer flotar los floculantes producidos por la liberación de jabones metálicos durante la electrólisis del agua que se va a purificar. En ciertas modalidades, las burbujas de aire son introducidas después de la celda electrolítica. Aunque se muestra una sección cónica, se puede emplear cualquier sección transversal y de preferencia se utiliza una sección transversal que disminuirá la velocidad de movimiento ascendente del agua hasta un valor en donde las partículas sólidas se sedimentarán dentro de la celda electrolítica. La velocidad de caída libre de las partículas sólidas en el agga será superior a la velocidad de movimiento ascendente del agua. El flujo a través del depósito de floculación se mantendrá de forma preferible a fin de permitir que cualesquiera partículas sólidas que son alejadas del lecho regresen a la cámara de electrólisis. El pasaje de salida 26 está conectado al depósito 30. El depósito 30 incluye también un espacio de drenado 37 que puede tener un fondo inclinado. Opuesto al pasaje de salida 26 se encuentra un filtro 34. En una modalidad preferida, el filtro 34 es un filtro de vacío giratorio. En modalidades alternas, el filtro puede ser una prensa de filtro, un filtro de vacío de banda transportadora, un filtro de arena, un filtro centrífugo o cualquier filtro conocido por alguien con experiencia en la técnica. El depósito 30 tiene de preferencia capacidad suficiente para contener el agua que se trata durante aproximadamente 15 minutos a fin de permitir que los floculantes se incrementen antes de la filtración. En modalidades alternativas, el depósito 30 está dimensionado para contener el agua que se trata durante aproximadamente 10 minutos, 20 minutos o cualquier tiempo necesario para permitir que los floculantes se incrementen antes de la filtración. Tanto la sección superior 24 como el depósito 30 están preferiblemente cerrados hacia la atmósfera. En la práctica, se ha encontrado que la exposición a la atmósfera seca y revienta las burbujas y los floculantes tienden a sedimentarse, dificultando la obtención de agua pura libre de floculantes. El ambiente cerrado protege las burbujas que transportan los floculantes contra el secado y la ruptura. Las burbujas son suministradas hacia el filtro 34. Durante la operación, el agua contaminada fluye hacia arriba a través del conducto de entrada 22 dentro de la celda electrolítica 23 y a través de la sección superior 24. El pasaje 26 suministra agua y aguas jabonosas hacia el depósito 30. Después de ser filtrada a través del filtro 34, el agua filtrada es suministrada a través de la salida de tubería central 35 por medio de la bomba de vacío (no mostrada) a presión atmosférica. Los sólidos filtrados 36 son raspados desde el filtro giratorio 34 por medio del raspador 38. En ciertas modalidades, el agua filtrada es pasada a través de un dorador. En ciertas modalidades, los sólidos filtrados pueden ser esterilizados y usados como fertilizante o secados y usados como combustible. Después de que se ha tratado el agua contaminada para remover los coloides, se puede hacer reaccionar los compuestos de nitrógeno solubles con cloro. En una modalidad de la invención, los iones de cloro son introducidos dentro de un compartimiento de cátodo y transferidos hacia un compartimiento de ánodo por medio de electro-diálisis. La Figura 3 muestra una sección transversal horizontal de una disposición de una celda electrolítica de la invención. La Figura 4 muestra una sección transversal vertical de la disposición de celda de la Figura 3. Los electrodos (ánodos) 1 están circundados por un separador no conductor 2 que está circundado además por un diafragma poroso 3 el cual está circundado de manera adicional por un cátodo metálico 4. En una modalidad preferida, los electrodos son de carbono sólido. En modalidades alternativas, los electrodos pueden ser de platino, titanio cubierto con platino o con óxido de rutenio. El separador no conductor circunda los electrodos 1 aunque proporciona suficiente espacio libre 6 dentro del compartimiento de ánodo para acumular por lo menos la cantidad necesaria de ácido clorhídrico para reaccionar con los depósitos calcáreos en el cátodo. El separador no conductor 2 es de preferencia una rejilla plástica. En modalidades alternativas, el separador no-conductor 2 es vidrio. El separador no-conductor 2 de preferencia es delgado. En ciertas modalidades, el separador no-conductor es de aproximadamente 0.5 milímetros de espesor. El diafragma poroso 3 puede estar hecho de, aunque no se limita a, porcelana porosa, PVC poroso, fieltro de polipropileno, tela de filtro de tejido cerrado y otros. El diafragma poroso 3 incluye de preferencia una parte inferior no-permeable y una parte superior permeable. El separador no conductor 2 mejora de manera preferible el flujo libre de gases entre el diafragma permeable 3 y los electrodos 1. El diafragma permeable 3 es de preferencia una membrana porosa que permite el libre flujo laminar de soluciones entre los compartimientos de ánodo y de cátodo, aunque de tejido cerrado o suficientemente hermético para evitar el flujo turbulento. En ciertas modalidades, el cátodo está hecho de acero inoxidable. Una tubería circundante de salida 7 circunda el cátodo y conduce el agua 8 que se va a clorar en un flujo ascendente sustancialmente vertical. Es posible proporcionar una válvula 9 en la línea de entrada a fin de evitar el flujo de retorno de los fluidos. Aunque se muestra una válvula, se puede emplear cualquier válvula u otro mecanismo que evite el flujo de retorno de agua. En ciertas modalidades, se utiliza una válvula de retención. Durante el proceso de cloración, la electricidad y el agua pueden ser desactivadas de manera simultánea a fin de permitir que el ácido clorhídrico acumulado en el espacio libre 6 y difundido a través del diafragma 3 reaccione con y disuelva cualesquiera depósitos calcáneos en el cátodo 4. La Figura 5 muestra otra modalidad de la invención que tiene un ánodo 11 circundado por el diafragma poroso 13 el cual está circundado además por un cátodo metálico 14. En una modalidad preferida, el ánodo 11 está hecho de titanio expandido cubierto con platino o cubierto con óxido de rutenio u otros elementos no corrosibles. En modalidades alternas, el ánodo 11 puede estar hecho de grafito u otra aleación a prueba de oxidación. El diafragma poroso 13 puede estar hecho de, pero sin limitarse a, porcelana porosa, PVC poros, fieltro de polipropileno, tela de filtro de tejido cerrado y otros. El diafragma poroso 13 incluye de preferencia una parte inferior no-permeable y una parte superior abierta. El diafragma permeable 13 es de preferencia una membrana porosa la cual permite el flujo laminar libre de soluciones entre los compartimientos de ánodo y de cátodo, aunque de tejido cerrado o suficientemente hermético a fin de evitar el flujo turbulento. La distancia entre el ánodo 11 y el diámetro del vástago centrado interno 15 proporciona el suficiente espacio libre 16 dentro del compartimiento de ánodo para acumular por lo menos la cantidad necesaria de ácido clorhídrico para que reacciones con los depósitos calcáreos en el cátodo. La tubería circundante externa 17 circunda el cátodo y conduce el agua 18 que se va a clorar, en un flujo ascendente sustancialmente vertical. Se proporciona una válvula 19 en la línea de entrada a fin de evitar el flujo de retorno de los fluidos. Aunque se muestra una válvula, se puede emplear cualquier válvula o mecanismo que impida el flujo de retorno de agua. Durante el proceso de clorado, la electricidad y el agua son desactivadas de manera simultánea a fin de permitir que el ácido clorhídrico se acumule en el espacio libre 16 y se difunda a través del diafragma 13 para reaccionar con y disolver cualesquiera depósitos calcáreos en el cátodo 14. Aunque no se muestran en las Figuras 3, 4 y 5, hay conexiones eléctricas al ánodo o al cátodo que están conectadas de manera respectiva al polo positivo y al polo negativo de un suministro de corriente directa. Un ejemplo de la disposición de celda como se muestra en la Figura 3, tiene electrodos de carbono que miden 1 pulgada (2.54 cm) de diámetro por 10 pulgadas (25.4 centímetros) de longitud, que opera con agua que contiene 40 partes por millón de cloruros, empezará a producir cloro en menos de un minuto. Este es el tiempo que toma a la concentración de cloruro llegar al nivel en donde se produce el cloro. Existen muchas otras configuraciones posibles, por ejemplo es posible utilizar electrodos metálicos expandidos planos con el espacio libre requerido para que el ácido clorhídrico se forme detrás del ánodo. La Figura 6 muestra otra modalidad de la invención en donde el ánodo 19 es flexionado y circundado por un diafragma 20 a fin de proporcionar el espacio libre 22. Se muestra también un cátodo flexionado 21 que circunda el ánodo 19. Una pared impermeable 25 sostiene el diafragma 20 en su lugar evitando la difusión a través de la porción plana del diafragma 20 que confronta al ánodo 19. La tubería circundante externa 23 conduce el agua 24 en un flujo ascendente sustancialmente vertical. El ánodo 19, cátodo 21, y diafragma 20 son como se describieron para las Figuras 3 o 5. Las modalidades del dorador de la invención se pueden utilizar en una amplia variedad de aplicaciones, que incluyen, por ejemplo, en combinación con los sistemas mostrados en las Figuras 1 y 2. Sin embargo, las modalidades del dorador pueden ser usadas además de los sistemas mostrados en las Figuras 1 y 2, incluyendo por ejemplo, en albercas o para purificar cualquier corriente acuosa que contiene contaminantes solubles, tales como urea y/o microbios. La presente invención y la(s) modalidad(es) descritas en la presente están bien adaptadas para lograr los objetivos y alcanzar los fines establecidos. Es posible efectuar ciertos cambios en la material en cuestión sin apartarse del espíritu y el alcance de esta invención. Se percibe que los cambios son posibles dentro del alcance de esta invención y se pretende además que cada elemento o etapa citada sea comprendida por referirse a todos los elementos o etapas equivalentes. Se pretende que la descripción cubra la invención de manera tan amplia como sea legalmente posible en cualquiera de las formas en que pueda ser utilizada.

Claims (22)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato para la purificación de desechos contaminados, que comprende; (a) una celda electrolítica, (b) un puerto de entrada debajo de la celda electrolítica, (c) una sección superior sobre la celda electrolítica que incluye un rociador de aire y una salida, (d) un espacio de drenado cerrado adyacente a la sección superior que comprende medios para separar agua e impurezas, y (e) una bomba de re-circulación que conecta la salida al puerto de entrada de la celda electrolítica, en donde la celda electrolítica comprende electrodos conectados en serie.

2. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios para separar el agua de las impurezas comprende un depósito inferior inclinado alejado desde la sección superior que comprende además, (i) una salida de agua purificada en el extreme inferior de la parte inferior inclinada opuesta a la sección superior; (ii) una salida de recirculación ubicada sobre la salida de agua purificada; y (iii) un puerto de salida ubicado sobre la salida de recirculación, en donde la salida de recirculación es conectada a la bomba de recirculación.

3. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios para separar agua a partir de las impurezas comprende un depósito inferior inclinado que se aleja desde la sección superior que comprende además un filtro.

4. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el filtro comprende un filtro de vacío giratorio, una prensa de filtro, filtro de vacío de banda transportadora, un filtro de arena o un filtro centrífugo.

5. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la sección superior es cónica en sección transversal.

6. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los electrodos comprenden hierro, magnesio, aluminio y sus aleaciones.

7. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la polaridad de los electrodos es ciclada de manera continúa.

8. El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la frecuencia de ciclado de la polaridad de los electrodos es entre aproximadamente 1 cambio por 1 segundo y aproximadamente 1 cambio por 10 minutos.

9. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, que comprende además un dorador.

10. El aparato de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el dorador comprende, (a) una celda electrolítica que comprende, (i) uno o más ánodos; (ii) un diafragma poroso que circunda los ánodos; (iii) a cátodo que circunda el diafragma poroso; y (iv) medios para dirigir el flujo de fluidos hacia el ánodo, en donde el diafragma poroso es suficientemente permeable a fin de permitir el flujo laminar aunque lo suficientemente hermético para impedir el flujo turbulento.

11. Un proceso de purificación de agua que comprende: (a) pasar agua contaminada en una dirección ascendente generalmente vertical a través de una celda electrolítica que tiene una pluralidad de electrodos circundados por un lecho móvil de partículas no conductoras sólidas para formar un floculante hidrofóbico que comprende agua purificada, agua, impurezas y aguas jabonosas; (b) dirigir el floculante hacia una cámara cerrada conectada directamente a un extremo superior de la cámara de electrólisis; (c) separar las impurezas, aguas jabonosas y agua desde el agua purificada; (d) recircular una porción del agua desde la cámara cerrada hacia la celda electrolítica; (e) remover las impurezas y aguas jabonosas desde la cámara cerrada; y (f) remover el agua purificada desde la cámara cerrada; en donde el aire es rociado sobre la celda electrolítica, en donde los electrodos son conectados en serie y la polaridad de los electrodos es cambiada de manera continua.

12. El proceso de purificación de agua de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la velocidad ascendente del agua se logra de manera parcial por medio de la recirculación del agua a través de la celda.

13. El proceso de purificación de agua de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque las partículas no conductoras tienen una densidad específica mayor que aquella del agua contaminada.

14. El proceso de purificación de agua de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la velocidad de caída libre de las partículas es mayor que la velocidad ascendente del agua.

15. El proceso de purificación de agua de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el agua purificada es clorada de manera adicional.

16. El proceso de purificación de agua de conformidad con la reivindicación 11, la polaridad de los electrodos que es alternada al aplicar un voltaje de corriente directa.

17. El proceso de purificación de agua de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el agua contaminada es dirigida a través del lecho móvil mediante presión.

18. El proceso de purificación de agua de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque las partículas no conductoras sólidas son partículas de granito.

19. El proceso de purificación de agua de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la frecuencia en el cambio de polaridad varía desde aproximadamente 1 cambio por segundo hasta aproximadamente 1 cambio por 10 minutos.

20. El proceso de purificación de agua de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el cambio de polaridad tiene la misma duración.

21. El proceso de purificación de agua de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la solución de jabón adicional es agregada al agua que se va a purificar.

22. El proceso de purificación de agua de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque se producen micro burbujas utilizando el cambio de presión debido a una bomba de recirculación.