MX2011008591A - Metodo y dispositivo para depurar efluentes. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método y a un dispositivo para depurar efluentes líquidos cargados con sustancias orgánicas y/o inorgánicas disueltas o no disueltas y alimentadas continuamente a una velocidad de flujo Df. Después de una operación preliminar de flotación de efluente, si se requiere, el método comprende realizar al menos un ciclo de tratamiento, incluyendo el ciclo de tratamiento un primer paso en el cual los efluentes se someten a un tratamiento electrolítico por circulación en un primer compartimiento generando simultáneamente una turbulencia muy fuerte, seguido por un segundo paso en el cual los elementos no disueltos contenidos en los efluentes se aglomeran por coagulación/floculación antes de circular los efluentes en un segundo compartimiento de superficie libre, con la raspadura del lodo realizada en la porción superior, hirviendo y manteniendo simultáneamente una turbulencia reducida en el segundo compartimiento.

Description

"MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA DEPURAR EFLUENTES Campo de la Invención La presente invención se refiere a un método para depurar los efluentes líquidos cargados con sustancias orgánicas y/o inorgánicas disueltas o no disueltas.

Antecedentes de la Invención La invención hace posible llevar los efluentes debajo de una determinada COD/ y/o una determinada relación COD/BOD5, sino también a disminuir el contenido de TOC (total carbono - carbono total) y el contenido de SM (suspended matter - materia suspendida) a valores debajo de un determinado umbral.

La invención se refiere también a una instalación para depurar tales efluentes.

Un campo de aplicación de la invención particularmente importante, aunque no exclusivo, se encuentra en la depuración de efluentes de petróleo o efluentes resultantes de procesos para la fabricación de productos agrícolas, particularmente efluentes que tienen una COD inicial muy alto [> 30,000 mg/02/l, o mg/l por la convención escrita como se utiliza en lo sucesivo], cuyas cadenas de carbono son largas, es decir, difíciles de degradar. La invención también hace posible, por ejemplo, llevar a cabo un tratamiento o difundir la polución que comprende moléculas complejas tales como aquellas de pesticidas complejos.

La COD (Chemical Oxygen Demand) o Demanda Química de Oxígeno es el consumo de oxígeno por agentes oxidantes químicos enérgicos que es necesario para oxidar sustancias orgánicas (e inorgánicas) en agua. La COD permite evaluar la carga de polución de las aguas residuales y mide la totalidad de sustancias oxidables, lo cual reduce aquellas que son biodegradables.

La cantidad de materia biodegradable por la oxidación bioquímica (oxidación por bacterias aeróbicas que extraen su energía de las reacciones de reducción-oxidación) contenida en el agua a ser analizada es, por sí misma, definida por el parámetro BOD (Biological Oxygen Demand - Demanda Biológica de Oxígeno).

Se sabe que los efluentes líquidos, frecuentemente definidos como aguas residuales y que constituyen el ejemplo principal de tales efluentes, contaminan por naturaleza los ambientes en los cuales se descargan.

Ahora, los efluentes con una COD demasiado alta y/o una BOD demasiado baja son dañinos.

Esto se debe a que la materia no biodegradable que contienen tales efluentes se elabora para oxidarse lentamente por el dioxígeno dísuelto en el agua o por la que hay en el aire sobre la superficie de los efluentes.

Dado que el oxígeno gaseoso disuelto es esencial para la vida, una demanda demasiado alta en agua del río o sobre la superficie de una napa será perjudicial para la vida animal y vegetal, por ende la necesidad del tratamiento.

Ya se conocen muchos métodos para el tratamiento de aguas residuales y/u otros efluentes resultantes de procesos químicos, para propósitos de descargarlos en el ambiente.

Estos tratamientos pueden llevarse a cabo colectivamente, en una planta de purificación de agua, o individualmente.

Consecuentemente, existen plantas de purificación de agua para obtener niveles aceptables de COD y/o BOD especialmente por un tratamiento oxidante, que permiten la descarga al ambiente.

Sin embargo, tales plantas tienen desventajas.

Específicamente, requieren grandes instalaciones que en general tienen que ubicarse fuera de áreas habitadas, debido a los olores o aerosoles irritantes, o incluso tóxicos, que se emiten. También tienen altos costos operativos y una eficacia limitada, siendo menos y menos aceptables debido al incremento en los requisitos normativos respecto a las descargas.

En particular, actualmente se requieren los niveles de COD debajo de 1000 mg/l, o de hecho bastante debajo de este valor, algo que se comprueba como imposible de obtener en el caso de algunos efluentes, por ejemplo, aquellos provenientes de plantas de producción petrolera o en el caso de efluentes derivados del petróleo o en un medio salino.

Además, en el caso de efluentes particulares que han aparecido recientemente, los métodos convencionales han comprobado ser ineficaces.

Por lo tanto, actualmente existe el caso frecuente de que no se pueden lograr los niveles requeridos para descargar en el ambiente, incurriendo así en soluciones exorbitantemente costosas tales como, por ejemplo, incineración.

Se comprenderá, en particular, cuando tales efluentes son generados en un ambiente hostil remoto, como es el caso en una plataforma de perforación costa afuera, que también tienen que soportarse costos sustanciales de transporte.

Aunque recientemente se ha propuesto una solución efectiva (FR 2 914 919) para cumplir este requisito largamente insatisfecho, éste puede mejorarse aún más.

Breve Descripción de la Invención La meta de la presente invención es proporcionar tal método, y una instalación de tratamiento de efluente correspondiente, satisfaciendo mejor los requisitos en práctica que aquellos previamente conocidos, especialmente porque la invención permite un tratamiento compacto, económico y efectivo con base en una combinación de tratamientos sucesivos individuales o múltiples, que comprenden uno o más pasos claramente diferenciados, a saber: - por una parte, el paso de aplicación mecánica/química, siendo posiblemente el paso químico de oxidación o reducción u oxidación/reducción, dependiendo del tipo de efluente a tratarse, sabiendo que en las modalidades descritas más particularmente esto implica una oxidación de radicales, también llamada hiperoxidación; y - por otra parte, un paso de flotación con desescoriado.

Para este propósito, la invención proporciona esencialmente un método para depurar los efluentes líquidos cargados con sustancias orgánicas y/o inorgánicas disueltas como disueltas y alimentadas continuamente a una velocidad de flujo Df, caracterizado porque, después de una operación preliminar de flotación de efluente, si ésta se requiere, al menos se lleva a cabo un ciclo de tratamiento, comprendiendo dicho ciclo de tratamiento un primer paso, en el cual se lleva a cabo una oxidación de radicales y/o una reducción de radicales de los efluentes por la circulación en un primer compartimiento que genera turbulencias muy fuertes, y después un segundo paso, en el cual las sustancias no disueltas contenidas en los efluentes se aglomeran por floculacion de coagulación antes de la circulación de estos efluentes en un segundo compartimiento que tiene una superficie libre, con la raspadura del lodo obtenido en la porción superior, hirviendo y manteniendo simultáneamente una turbulencia débil en dicho compartimiento.

Ventajosamente, la oxidación y/o reducción tiene lugar por tratamiento electrolítico.

El término "tratamiento electrolítico" se refiere en la presente a una oxidación y/o una reducción por un proceso de electrólisis con una reactividad electroquímica muy alta, permitiendo la producción de especies químicas radicales.

Tal método hace posible obtener una COD debajo de los valores de umbral determinados y, si se requiere, disminuir la relación de COD/BOD5 y/o el contenido de SM hasta debajo de un segundo y un tercer umbral determinados, respectivamente.

El método también hace posible buscar una relación de BOD/COD sobre un valor particular, siendo este ventajoso para facilitar subsecuentemente la descontaminación biológica.

El término "turbulencia muy fuerte" debe comprenderse para referirse a la agitación por una bomba de recirculación en el compartimiento en cuestión, de manera tal que la salida de la bomba sea mayor que cinco veces la velocidad de flujo de alimentación continua Df y ventajosamente diez veces mayor o incluso hasta cincuenta veces mayor, o de hecho aún mayor, que dicha velocidad de flujo Df.

En otras palabras, el régimen de flujo hidráulico vertical en la cámara es un régimen de flujo altamente turbulento (Re >> 3000 m2/s) que da como resultado, en combinación con la hidroxilación, las fisuración y escisión de las moléculas contaminantes largas.

El término "turbulencia débil" debe comprenderse por referirse a que el régimen de flujo hidráulico en el compartimiento se mantiene próximo al régimen de flujo laminar (Re < 2000 m /s), por ejemplo, por una ligera agitación obtenida por la recirculación de los efluentes a una velocidad de flujo cercana a o menor que la de la alimentación continua, es decir, a una velocidad de flujo q < Df.

Consecuentemente, y en particular, tal método utiliza flujos verticales organizados en detrimento de los flujos horizontales, los cuales prácticamente han caído en desuso, de modo que se maximizan los encuentros entre los elementos de interacción. El agua a purificarse se utiliza por si misma como reactante en virtud del bombeo y la recirculación del producto purificado mismo, realizando dicho producto una función oxidante.

En las modalidades ventajosas, pueden emplearse adicionalmente una y/u otra de las siguientes configuraciones: - el tratamiento electrolítico es una oxidación; - la fuerte turbulencia se genera en el primer compartimiento por agitación, haciendo que el flujo de efluentes entre la parte superior e inferior de dicho compartimiento tengan una velocidad de flujo Q > 5 Df; - la velocidad de flujo de recirculación es tal que Q > 25Df, ventajosamente Q= 40Df o= 50Df; - el tratamiento electrolítico se lleva a cabo por circulación de los efluentes capturados en la porción inferior del primer compartimiento y la reintroducción en la porción superior del compartimiento a través de un circuito de electrólisis; - el tratamiento electrolítico se lleva a cabo por electrólisis en los electrodos recubiertos con una capa que comprende diamante y boro; - el tratamiento electrolítico se lleva a cabo por electrólisis en los electrodos recubiertos con una capa que comprende átomos de carbono y nitrógeno; - la turbulencia débil se mantiene en el segundo compartimiento llevando al flujo de efluentes en la porción inferior de dicho compartimiento a una velocidad de flujo q < Df utilizando medios externos de cavitación para generar un herido vertical; - los efluentes se desgasifican al salir del circuito de electrólisis y los gases obtenidos se utilizan para alimentar los medios externos de cavitación para el hervido vertical; - el método comprende al menos dos ciclos de tratamiento; - el método comprende al menos un ciclo de tratamiento altamente oxidante y al menos un ciclo de tratamiento altamente reductivo. El término "altamente oxidante" (o por el contrario, "altamente reductivo") se refiere esencialmente a un agente oxidante, es decir un agente que hace presentes a los químicos en los efluentes pierde (o, por el contrario, gana) electrones; - los efluentes se elaboran para fluir en serie a través de n ciclos de tratamiento, el número n > 2 que es tal para obtener, poco a poco, una separación de fase sólida/líquida sobre la superficie de los compartimientos que tienen una superficie libre a fin de llevar los efluentes que salen del tratamiento a una COD definida; - cada ciclo de tratamiento incluye además un paso intermedio entre los pasos primero y segundo, paso intermedio en el cual se lleva a cabo una operación de post-oxidación y/o post-reducción con un catalizador.

Ventajosamente, esta operación se lleva a cabo en un tercer compartimiento intermedio, que les permite a la producción de flujo y las burbujas producidas por la electrólisis elevarse a la parte superior. También ventajosamente, se genera una turbulencia moderada en dicho tercer compartimiento; - los efluentes inyectan en el tercer compartimiento en la porción inferior del compartimiento provenientes de una derivación del circuito de electrólisis a la velocidad de flujo Df, por ejemplo, llevando a los efluentes en la porción inferior de dicho flujo de compartimiento a una velocidad de flujo moderada (Df < d < 3Df). En otras palabras, la operación de post-oxidación y/o post-reducción se lleva a cabo retirando los efluentes en la salida del circuito de electrólisis a la velocidad de flujo Df; - la operación preliminar de flotación de hervido se lleva a cabo después de la floculación de coagulación y después de la recirculación de los efluentes en la porción inferior de una cámara que tiene una superficie libre, con una turbulencia débil, proporcionándose dicha cámara con medios de raspadura en la porción superior y con medios de cavitación para generar hervido vertical para la oxidación/separación en dicha cámara; - el agente oxidante' radical es, por sí mismo o en combinación, elegido a partir de los agentes oxidantes H202, 030° y OH"; y - el método incluye adicionalmente una filtración biológica.

En virtud de la escisión o corte del tramo de las moléculas que se obtienen con los pasos anteriores del método, la relación COD/BOD5 se vuelve muy favorable y tal tratamiento biológico adicional permite que se logre un resultado aún más excepcional.

La invención también proporciona una instalación para implementar una o más modalidades del método descrito con anterioridad.

La invención también proporciona una instalación para depurar y efluentes líquidos cargados con sustancias orgánicas y/o inorgánicas disueltas o no disueltas, y alimentadas continuamente a una velocidad de flujo Df, caracterizada porque comprende al menos un primer conjunto de dos componentes verticales sucesivos, a saber un primer compartimiento proporcionado con medios para la oxidación de radicales y/o la reducción de radicales de los efluentes y que comprenden medios para generar una turbulencia muy fuerte en el primer compartimiento, y un segundo compartimiento, que tiene una superficie libre de oxidación/separación diseñada para mantener una turbulencia débil en dicho segundo compartimiento, proporcionándose dicho segundo compartimiento con medios externos de floculación de coagulación, con medios de depuración en la porción superior, y con medios de hervido, comunicándose los compartimientos uno con otro en la porción inferior.

De hecho, los pasos de floculación de coagulación se realizan fuera del segundo compartimiento por dichos medios externos. Los efluentes que se han beneficiado de estas dos acciones se inyectan después en el segundo compartimiento, y después podrán disociarse en agua por una parte y en contaminante de sobrenadante por otra parte, mediante la acción del hervido en los efluentes.

En modalidades ventajosas, puede emplearse adicionalmente una y/u otra de las siguientes configuraciones: - el dispositivo incluye medios de tratamiento electrolítico para llevar a cabo la oxidación y/o la reducción.

La expresión "medios de tratamiento electrolítico" se refiere a medios de tratamiento para oxidación y/o reducción por electrólisis (que comprende electrodos); - los medios para generar una turbulencia muy fuerte comprenden un primer circuito para la recirculación de los efluentes capturados en la porción inferior del compartimiento y reintroducidos en la parte superior a una velocidad de flujo Q > 5Df; - la velocidad de flujo Q es > 25Df, ventajosamente Q es > 40Df o 50Df; - la instalación incluye una cámara de preflotación con una superficie libre y turbulencia débil, que comprende medios externos de coagulación/floculación y medios de recirculación de efluente en la porción inferior, proporcionándose dicha cámara con medios de raspadura en la porción superior y con medios de cavitación para generar un herido vertical para la oxidación/separación en dicha cámara; - los medios de tratamiento electrolítico comprenden electrodos recubiertos con una capa que comprende diamante y boro; - los medios de tratamiento electrolítico comprenden electrodos recubiertos con una capa que comprende átomos de carbono y nitrógeno; - los medios de tratamiento electrolítico se encuentran ubicados en el primer circuito de recirculación de efluente; - el segundo compartimiento comprende un segundo circuito de recirculación de efluente en la porción inferior, el cual incluye medios de cavitación para generar el hervido vertical en dicho compartimiento; - la velocidad de flujo en el segundo circuito de recirculación es baja, encontrándose entre Df/20 (una vigésima parte de Df) y Df/2 (la mitad de Df); - la instalación comprende al menos un segundo conjunto de compartimientos en serie con el primero; - la instalación comprende n conjuntos de compartimientos en los cuales los efluentes se elaboran para fluir en serie, siendo el número n > 2 a fin de obtener, poco a poco, una separación de fase sólida/liquida sobre la superficie de los compartimientos que tienen una superficie libre a fin de que los efluentes dejen el tratamiento con una COD definida; - cada conjunto de compartimientos incluye al menos un tercer compartimiento intermedio entre los compartimientos primero y segundo, en los cuales se lleva a cabo una operación de post-oxidación y/o postreducción con un catalizador, agitándose el efluente- con una turbulencia moderada; - la instalación comprende, en la porción inferior de dicho tercer compartimiento, un tercer circuito de circulación de efluentes con una velocidad de flujo Df < d < 3Df con objeto de generar una turbulencia moderada en dicho tercer compartimiento; - el tercer compartimiento intermedio se alimenta en la porción inferior proveniente del primer circuito de circulación que se proporciona asimismo con los medios de tratamiento electrolítico - el hervido de cavitación se lleva a cabo con aire, el tamaño promedio del diámetro equivalente de las burbujas varía entre 0.2 mm y 1 mm, y - los compartimientos tienen una altura útil de entre 3 m y 5 m.

Breve Descripción de las Figuras La invención se comprenderá mejor tras la lectura de la siguiente descripción de las modalidades determinadas mediante ejemplos no limitantes. La descripción se refiere a los dibujos anexos en los cuales: La Figura 1 es un diagrama que muestra la operación de una primera modalidad de una instalación de acuerdo con la invención; La Figura 2 es un diagrama que muestra la operación de la segunda modalidad de una instalación de acuerdo con la invención; La Figura 3 es un diagrama que muestra la operación de una tercera modalidad de una instalación de acuerdo con la invención; La Figura 4 es una vista esquemática que ilustra una sucesión de ciclos de tratamiento de acuerdo con la Figura 3; La Figura 5 es una gráfica que muestra la disminución en la COD en una sucesión de ciclos del tipo correspondiente a la Figura 4; y La Figura 6 es un diagrama de flujo que muestra los pasos empleados en una modalidad de un método de acuerdo con la invención.

Descripción Detallada de la Invención Los efluentes se cargan con sustancias orgánicas y/o inorgánicas disueltas como disueltas, por ejemplo, con una COD de 30000 mg de oxígeno 02/l.

La instalación 1 se forma, por ejemplo, por un ensamble de tanque de acero en forma de paralelepípedo 3 con una altura de 3 m, para un volumen total de aproximadamente 2 m3, el cual comprende cuatro compartimientos verticales sucesivos en forma de paralelepípedo 4, 5, 6 y 7 que tienen dimensiones calculadas de acuerdo con las condiciones de recirculación y tiempo de residencia dentro de la competencia del experto en la materia.

Con más precisión, y en el ejemplo descrito en la presente más particularmente, la instalación comprende un compartimiento preliminar o cámara de flotación 4 con un volumen de aproximadamente 0.3 m3, un primer compartimiento de oxidación de radicales 5 de mayor volumen, por ejemplo, 1 m\ un segundo compartimiento de oxidación/separación 7 de menor volumen, es decir, 0.3 m3, y, entre los compartimientos primero y segundo, un tercer compartimiento intermedio 6 de prácticamente el mismo volumen, es decir, 0.3 m3, en el cual se lleva a cabo una operación de post-oxidación.

La cámara de flotación 4 tiene una superficie libre 8 e incluye medios de raspadura 9 para eliminar los materiales flotantes sólidos, por ejemplo, transferirlos a un tanque de recuperación (no se muestra).

Por supuesto, son posibles otras modalidades de la instalación, por ejemplo, una instalación formada por un ensamble de tanque abierto cilindrico, los compartimientos y la cámara anterior las cuales forman cuartos colocados radialmente, un compartimiento de recuperación de lodos se proporciona luego en dicho cilindro, después del segundo compartimiento, y los medios de raspadura son circulares y continuamente giratorios.

La cámara de flotación 4 se alimenta en 10 mediante una bomba de entrada 11 dentro de la porción superior de la cámara.

Los efluentes se pretratan en línea mediante los tanques mezcladores 12 y 13, coagulando y floculándolos.

Para hacer esto, se proporcionan medios de alimentación de reactante 14. Estos comprenden, por ejemplo, un primer tanque de alimentación 15, para alimentar continuamente, por una bomba de medición 16 y una válvula solenoide 17, un reactante de coagulación conocido per se y un segundo ataque de alimentación 18, para alimentar continuamente por una bomba de medición 19 y una válvula solenoide 20, un reactante de floculación, nuevamente de tipo conocido, adaptándose dichos restantes de acuerdo con el efluente a tratarse, dentro de la competencia del experto en la materia.

Además, la cámara de flotación incluye medios de recirculación de efluente 21 en la porción inferior 22, con una baja velocidad de flujo, por ejemplo, prácticamente igual a la velocidad de flujo Df.

Estos medios de recirculación 21 comprenden una bomba 23, por ejemplo, con una salida de 0.1 m3/h, y medios de cavitación 24 para generar un hervido vertical 25 en el compartimiento de flotación mediante una tubería en ángulo recto 26, para una óptima oxidación, abriéndose así dicha tubería hacia la porción inferior de la cámara 4.

El primer compartimiento 5, para la oxidación de radicales, en lo sucesivo también llamada hiperoxidación, se conecta a la cámara de preflotación 4 en la porción inferior 27 mediante un pasaje, por ejemplo, que tiene un diámetro correspondiente a la velocidad de flujo D(, el cual se forma ya sea por un orificio 28 realizado en la pared 29 que separa el primer compartimiento de la cámara de flotación, o, si la cámara de flotación se encuentra a una cierta distancia lejos de este compartimiento, formada por una tubería que permite una velocidad de flujo Df.

El primer compartimiento 5 comprende medios externos de oxidación de radicales 30 que comprenden una bomba de circulación 31, por ejemplo, con una gran salida de 30 m3/h y medios de oxidación electrolítica 32 que comprenden varios electrodos 33, por ejemplo, electrodos recubiertos con diamante 33, por ejemplo, tres conjuntos de cinco electrodos consumibles, colocados en paralelo y en línea con una tubería de alimentación 34 la cual se abre en la parte superior 35 del primer compartimiento 5.

En la' modalidad descrita en la Figura 1, este primer compartimiento también tiene una superficie libre 8, pero se encuentra cerrado en la parte superior por una cubierta 36.

Los medios de oxidación electrolítica de radicales 30 están diseñados para recircular el efluente en el primer compartimiento con una velocidad de flujo de aproximadamente 29 m3/h. (Después, se observa un tiempo de residencia promedio de una hora en el compartimiento de 1 m3, alimentándose además dicho compartimiento mediante el orificio 28 con esta velocidad de flujo de 1 m3/h).

El circuito 30 también permite que los efluentes con una velocidad de flujo de Df se derive y se envíe al tercer compartimiento intermedio 6 para el tratamiento de post-oxidación.

Las válvulas reguladoras 37 colocadas en paralelo en el circuito 38 aguas abajo de los electrodos 33 permiten la regulación de los flujos entre el primer compartimiento 5 y el tercer compartimiento intermedio 6 para post-oxidación.

El efluente se inyecta en la porción inferior del compartimiento a la velocidad de flujo Df, aquí nuevamente, por ejemplo, por una tubería en ángulo recto 39.

Un catalizador, por ejemplo, iones ferrosos Fe2+ o iones cuprosos Cu+, o más generalmente metales que están por perder un electrón, tal como sodio, también se introduce en 40 en esta línea de inyección, permitiendo así un tratamiento de post-oxidación tan efectivo como sea posible.

Los catalizadores sirven para complementar el trabajo químico de los radicales libres generados electrónicamente, desbalanceando los peróxidos de hidrógeno o peróxidos orgánicos producidos, por ejemplo, por la incorporación en el flujo aguas abajo de Fe, Fe20 o Fe304 en forma sólida granular implementada por medio de un filtro o un lecho fluidizado o por la inyección de una solución de iones reducidos, tales como Fe2+.

La expresión "en el flujo aguas abajo" se refiere directamente a aguas abajo de los electrodos y en un flujo de recirculación colocado en la misma región (dedicada a la química) del mismo compartimiento.

Debe observarse también que los soportes microporosos o nanoporosos, tales como carbonos activos, resinas o zeolitas, pueden incorporarse ya sea en cada región de porción inferior o en la última región de porción inferior. Por lo tanto, la función de estos soportes es fijar, concentrar la polución difusa en sitios absorbentes para que el agua salga definitivamente purificada de los mismos.

Finalmente, la instalación 1 comprende un segundo compartimiento 7 con la superficie libre 41 de oxidación/separación, diseñada para mantener turbulencias débiles en dicho compartimiento mediante una pequeña bomba de recirculación 42 conectada a los medios de oxidación de hervido 43 mediante un dispositivo de cavitación 44 conocido per se.

Debe observarse que los medios de raspadura 9 de la cámara preliminar pueden, por ejemplo utilizarse también para raspar las superficies libres de todos los compartimientos y, en particular, y más específicamente, los compartimientos segundo y tercero 7 y 6, los cuales permiten que los productos solidificados sobre la superficie se separen por flotación.

El tercer compartimiento intermedio y el segundo compartimiento intermedio se unen en la porción inferior a través de los medios de coagulación/floculación 45 que comprenden una bomba 46 con una salida de Df y dos unidades mezcladoras de reactantes 47 y 48 conocidas per se y ubicadas en línea en el circuito.

Finalmente, el efluente se extrae en la porción superior 49 a la velocidad de flujo Df, por ejemplo, mediante un sobreflujo, para el tratamiento subsecuente opcional.

La Figura 2 muestra otra modalidad de una instalación 50 de acuerdo con la invención.

En el resto de la descripción, se utilizarán los mismos números de referencia para denotar elementos idénticos o similares.

La instalación 50 comprende, una cámara de flotación 4 proporcionada con medios de coagulación/floculación tales como aquellos descritos con referencia a la Figura 1, alimentados a la velocidad de flujo Df, por ejemplo, 5 m3/h.

Comprende un primer compartimiento de hiperoxidación con medios de situación 51 de turbulencia muy alta que comprende una bomba de gran potencia 52 y con medios de oxidación electrolítica 53, por ejemplo, utilizando electrodos recubiertos con diamante como se describió con anterioridad.

Los efluentes ingresan, por ejemplo, a 50 m3/h en la porción inferior 54 del primer compartimiento 5 y descargarlos en la porción superior 56.

El primer compartimiento 5, que en la presente se muestra cerrado en 57, aunque tiene una superficie libre 58, por una cubierta sellada opcionalm'ente extraíble, incluye una cámara vertical lateral 59 de un pequeño volumen en forma de paralelepípedo para la admisión de efluente en la porción superior 60 por una bomba 61 con una salida Df que alimenta a los medios de coagulación/floculación 62, conocidos per se, antes de que el efluente se descargue en la porción inferior 63 de un segundo compartimiento 7 del tipo descrito con referencia a la Figura 1..

Esta segunda modalidad, que también incluye medios de hervido de cavitación 43, se conecta en la porción inferior 64 a un compartimiento adicional 5A idéntico al primer compartimiento 5 descrito con anterioridad.

El tratamiento de hiperoxidación adicional muy altamente turbulento en virtud del circuito externo 51 permite que se mejore una reducción en la COD, descargándose los efluentes en 65 a la velocidad de flujo Df.

La Figura 3 muestra otra modalidad de una instalación 70 de acuerdo con la invención.

Esta instalación 70 comprende una cámara preliminar 4 proporcionada con medios de coagulación/floculación como se describe con anterioridad.

Comprende también un primer compartimiento 5 idéntico al compartimiento descrito con referencia a la Figura 1, con una superficie libre, que incluye adicionalmente una bomba sumergida 71 para incrementar la velocidad de flujo, y una bomba de desgasificación 72 aguas debajo de la derivación 73 del circuito de efluentes después del circuito de oxidación electrolítica 32, cuya desgasificación se utiliza, por ejemplo, (línea discontinua 74) para el hervido/cavitación (44) en el segundo compartimiento 7 como se describe con referencia a la Figura 1.

En lo referente al compartimiento intermedio 6, este se alimenta ventajosamente en 40 con el catalizador del tipo Fe2+, como se describe con anterioridad.

La Figura 4 muestra una instalación 80 de acuerdo con una modalidad particularmente ventajosa de la invención que en este caso comprende más de dos ciclos, a saber cuatro ciclos de tratamiento idénticos al tipo de aquellos descritos con referencia a la Figura 3.

Después de una cámara de flotación 4 con efluentes a la velocidad de flujo Df después de la coagulación/floculación 14, el efluente se alimenta en la porción inferior de un compartimiento hiperoxidado muy altamente turbulento 5.

Después de un tiempo de tratamiento de aproximadamente una hora en el compartimiento 5, se deriva un flujo después del circuito de oxidación electrónica 32 igual a la velocidad de flujo Df a fin de alimentar la porción inferior del tercer compartimiento intermedio 6, el cual se alimenta por sí mismo, mediante el circuito de floculación/coagulación 45, en la porción inferior, teniendo el segundo compartimiento 7 una superficie libre, proporcionada con medios de raspadura, y con un hervido 43 que genera una turbulencia débil.

Los efluentes se descargan después, por ejemplo, mediante un sobreflujo, en un segundo ciclo idéntico 5', 6', 7', el cual alimenta por sí mismo de manera similar un tercer ciclo 5", 6", 7" conectado a su vez en serie con un cuarto ciclo 5"', 6"', 7"' antes de descargarse para tratamiento adicional, por ejemplo, para tratamiento biológico (no se muestra).

La Figura 5 muestra la variación en forma gráfica (curva 81) del contenido de COD de efluentes pretratados como una función de la adición de ciclos sucesivos del tipo descrito con referencia a la Figura 4, en el cual puede verse por lo tanto que dicha curva 81 disminuye significativamente.

Consecuentemente, puede observarse que al incrementar el número de ciclos es posible disminuir la COD a un nivel nunca igualado, en virtud del método de la presente invención.

De acuerdo con una de las características del método, el efluente es, como hemos visto, utilizado por sí mismo para realizar el trabajo físico y químico deseado.

Consecuentemente, es la energía cinética generada en un volumen del efluente que permite la producción de burbujas, pero es también esta energía la que segmenta las emociones del producto mismo.

Finalmente, es la capacidad del producto para conducir electricidad que hace posible producir los restantes oxidantes producidos en las moléculas de agua contenidas en el efluente, como es el caso en una oxidación electrónica.

Consecuentemente, se logra un gran ahorro en material y energía, siendo esto una de las grandes ventajas de la presente invención.

A continuación se describirán una modalidad del método de acuerdo con la invención y un medio para ¡mplementar dicho método con referencia a la Figura 6.

Después, un primer paso 82 para separar la materia suspendida y coloides con recirculación en 83 con una baja velocidad de flujo dentro de la cámara preliminar, se lleva a cabo un oxidación de radicales o hiperoxidacion en 84 con circulación con una velocidad de flujo muy alta con recirculación 85 en electrodos recubiertos con diamante.

El paso preliminar 82 habilitará, por medio del tratamiento fisicoquímico con flotación y micro-hervido, la COD para reducirse significativamente en la mayoría de elementos fácilmente accesibles por un proceso convencional.

El paso de oxidación de radicales 84 viene a continuación, como recién mencionaba, paso que se repetirá después posiblemente varias veces dependiendo del número de ciclos.

Esta fase de hiperoxidación comprueba ser que verdaderamente habilita, sobre todo si se repite, moléculas complejas a ser destruidas.

Dicha fase permite segmentar la base de la COD y disminuir la COD hasta debajo de 120 mg/l. También incrementa la relación de COD/BOD5 (BOD 5 es la demanda biológica de oxígeno de 5 días) y consecuentemente muestra una gran biodegradabilidad del sustrato al cortar las cadenas moleculares, permitiendo finalmente obtener la estructura orgánica más pequeña posible, es decir, C02.

Consecuentemente, es posible con la invención disminuir la relación de COD/BOD5 hasta debajo de 2 y ventajosamente de manera considerable debajo de 1.5, por ejemplo, 1.2.

En la modalidad más particularmente descrita, la hiperoxidación se lleva a cabo utilizando iones de OH0 obtenidos por electrólisis.

Estos iones se producen aquí sobre la superficie de electrodos planos apilados en paralelo e insertados en un módulo con un grosor de unas cuantas decenas de milímetros.

La transferencia de masa es ocasionada tras el contacto con los electrodos, y la presencia del flujo más turbulento posible a través del grosor da como resultado el arrastre de las microburbujas.

Debido a esta electrólisis, por ejemplo, llevada a cabo con una velocidad de flujo que puede ser aproximadamente 10, 15 o incluso 50 m3/h con objeto de hacer eficaz al fluido y cargarlo suficientemente con el agente oxidante OH0; por lo que este último se vuelve híperoxidante.

Por lo tanto, puede observarse que las interacciones químicas se vuelven fugaces y violentas, dividiendo el radical de hidróxido un protón de H+ y un electrón de la primera estructura orgánica que encuentra, a fin de reformar una molécula de agua estable.

Por lo tanto, se comprenderá que este fenómeno es acompañado por una segmentación de la estructura de carbono que produce una estructura radical que busca un hidrógeno a ser eliminado.

Consecuentemente, el material orgánico experimenta una cadena de reacción de oxidación, la cual puede explotarse.

La electrólisis también produce una concentración muy grande de microburbujas que parecen funcionar como estructuras activas en la superficie para la molécula orgánica.

Después del paso de una microburbuja, se encuentra así que la molécula se anexa a la misma mediante su polo hidrofóbico y se eleva hacia la superficie.

Entre más denso sea el hervido, mejor será la extracción y más efectivo será el proceso de desescoriado.

Por ejemplo, a continuación se describe un efluente sobre el cual puede aplicarse el método de acuerdo con la invención con base en lo que se llama agua "blanca".

Este es un efluente de apariencia lechosa, con un pH cercano a la neutralidad (pH = 6.8), producido por centrifugación seguida de flotación, habiendo permitido el desaceitado. Después, el efluente se encuentra a una temperatura de aproximadamente 60 °C.

Con más precisión, los productos tratados son materiales orgánicos resultantes del tratamiento de semillas oleaginosas después de la sustracción de materiales lípidos.

Estos residuos provienen de la refinación de semillas después de una fase de centrifugación utilizada para sustraer el complemento aceitoso.

El efluente a ser tratado consiste consecuentemente de lo siguiente: • proteínas, 2 a 3% de la materia seca: residuos aceitosos no recuperados por centrifugación, incluyendo ceras (ácidos grasos que contienen 30 átomos de carbono), 20 a 30% de la materia seca; y • glúcidos (predominantemente almidones): el resto de la materia seca.

En otras palabras, el efluente consiste predominantemente en estructuras de carbono de cadena larga o ensambles de estas estructuras moleculares.

Tiene forma de emulsión con una COD de referencia que oscila entre 15000 y 30000 mg/l.

Tal efluente después del tratamiento con un ciclo que consiste en dos o incluso tres operaciones de flotación/hiperoxidación como se describe con anterioridad, con una velocidad de flujo inicial de 5 m3/h para un volumen de cámara total de aproximadamente 26 m3, hace posible disminuir la COD debajo de 500 mg/l o incluso 100 mg/l.

Con referencia a la Figura 6, el siguiente paso es un paso intermedio 86 de flotación natural con burbujas por medio de un circuito de cavitación, con coagulación en 87, floculación en 88 y después la eliminación en 89 en un compartimiento con una superficie libre, del segundo tipo de compartimiento 7 descrito con anterioridad, recircular el efluente con una velocidad de flujo baja a 90, con hervido por cavitación, a fin de permitir una flotación defectuoso.

El efluente se extrae también con una velocidad de flujo Df continuamente en la porción superior en 91, con la raspadura de la espuma sólida obtenida.

En las modalidades, también puede o puede no haber la posibilidad en 92 de repetir los pasos precedentes 84 a 91 n veces (línea 93).

A continuación se muestra un ejemplo del uso de la instalación de acuerdo con la modalidad descrita más particularmente con referencia a la Figura 2.

Esta instalación se utilizó para tratar exitosamente el agua de un sitio de almacenamiento de químicos que contiene vestigios de los productos listados a continuación, para una COD total de 500 a 2000 mg/l.

El tratamiento electrolítico sirvió aquí para oxidar y/o reducir, dependiendo de la molécula en cuestión, las siguientes moléculas que estuvieron presentes: acetato de etilo, acetona, ácido heptanóico, ácido sulfúrico, benceno y bítumen, éter de diglicol de butilo, cloruro de metileno, ,2-dicloroetano, gasolina, etanol, etil-hexanol, aceites y aditivos, hizo butanol, lejía de hidróxido de potasio, metanol, cetona de etil metílico, glicol de modo etileno, normal-butanol, mejor etanol, propilenglicol, tetracloruro de carbono, tetrahidrofurano, tolueno, 1,1,1-triclorometano, triclorometano, tricloroetileno, combustible pesado, xileno.

Los resultados particularmente convincentes obtenidos a pesar de la complejidad del efluente tratado han permitido obtener las siguientes tablas 1 y 2: - La Tabla 1 entrega los resultados obtenidos en las pruebas realizadas con un reactor de 3 m3, los resultados simplificados de estas pruebas se indican en las columnas 1 a 11; - La Tabla 2 muestra más particularmente, y mediante el ejemplo, los resultados obtenidos con determinadas moléculas contaminantes antes y después del tratamiento en una de las pruebas (prueba 2) de la tabla 1.

Tabla 1 Tabla 2 Se observará en la presente que determinados contaminantes provenientes en particular de la industria manufacturera son difíciles de oxidar.

Estos son productos diseñados para durar y consecuentemente para resistir la oxidación biológica y/o química natural. Estos productos contienen, por ejemplo, enlaces de C-CI-C-F o C-Br.

En esta modalidad, este resultado se obtiene más fácilmente dado que las celdas electrónicas utilizadas pueden comprender sucesiones de ánodos y cátodos, teniendo lugar la reducción en los cátodos (adición de electrones) y la oxidación en los ánodos (pérdida de electrones).

Ventajosamente, también es posible saturar el efluente con oxígeno.

Gracias a esta saturación ocurre entonces en el cátodo una alteración de la oxidación y reducción del 02, entregando en particular un radical extremadamente reductivo, a saber el radical de peróxido 02" Con más precisión, las regiones implementadas son en particular las siguientes: 1. 02 + e"? 02"° (radical de hiperóxido) 2. 02'°+ H+? H02* (radical perhidroxilo) 3. H02°+ e"? H02" (hidrogeno peróxido) 4. H02" + H+? H202 (hidrogeno peróxido) 4. H202 + e"? OH° + OH- (radical hidroxilo) Consecuentemente, es posible obtener una reducción en los enlaces de oxígeno tales como SO y NO presentes en nitratos y sulfatos, los cuales son particularmente difíciles de romper.

Debe observarse que el paso 4 produce el radical hidroxilo utilizado en la reacción de hiperoxidación.

Huelga decir que a medida que los resultados por otra parte provenientes de lo anterior, la presente invención no se limita a las modalidades descritas más particularmente. Más bien abarca todas las variantes de la misma y especialmente aquellas en las cuales los medios de recuperación de las están diseñados para alimentar los tubos Venturi en los circuitos de cavitación del segundo compartimiento, aquellos en los cuales los compartimientos primero y segundo se colocan uno sobre el otro con objeto de incrementar la compacidad o aquellos descritos con anterioridad en los cuales los medios de oxidación de radicales se combinan (o no) con medios de producción de radicales.

Claims (34)

REIVINDICACIONES

1. Un método para depurar efluentes líquidos cargados con sustancias orgánicas y/o inorgánicas disueltas o no disueltas y alimentadas continuamente a una velocidad de flujo Df, donde, después de una operación preliminar de flotación de efluente, si esto se requiere, se realiza al menos un ciclo de tratamiento, comprendiendo dicho ciclo de tratamiento un primer paso, en el cual se lleva a cabo una oxidación de radicales y/o una reducción de radicales de los efluentes por circulación en un primer compartimiento que genera una turbulencia muy fuerte, y después un segundo paso, en el cual las sustancias no disueltas contenidas en los efluentes se aglomeran por coagulación/floculación antes de la circulación de estos efluentes en un segundo compartimiento que tiene superficie libre, con la raspadura del lodo obtenida en la porción superior, hirviendo y manteniendo simultáneamente una turbulencia débil en el segundo compartimiento.

2. El método según la reivindicación 1, donde esa fuerte turbulencia se genera en el primer compartimiento por agitación, haciendo que el flujo de efluentes entre la parte superior y la parte inferior de dicho compartimiento tenga una velocidad de flujo Q > 5Df.

3. El método según la reivindicación 2, donde Q= 25Df.

4. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la oxidación y/o la reducción tienen lugar por tratamiento electrolítico.

5. El método según la reivindicación 4, donde el tratamiento electrolítico es una oxidación de radicales.

6. El método según cualquiera de las reivindicaciones 4 y 5, donde el tratamiento electrolítico se lleva a cabo la circulación de los efluentes capturados en la porción inferior del primer compartimiento y la reintroducción en la porción superior de dicho compartimiento a través de un circuito de electrólisis.

7. El método según la reivindicación 6, donde el tratamiento electrolítico se lleva a cabo por electrólisis en electrodos recubiertos con una capa que comprende diamante y boro.

8. El método según la reivindicación 6, donde el tratamiento electrolítico se lleva a cabo por electrólisis en electrodos recubiertos con una capa que comprende átomos de carbono y nitrógeno.

9. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde esa turbulencia débil se mantiene en el segundo compartimiento al hacer que el flujo de efluentes en la porción inferior de dicho compartimiento tenga una velocidad de flujo q < Df utilizando medios externos de cavitación para generar un hervido vertical.

10. El método según la reivindicación' 9 cuando es dependiente de cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, donde los efluentes se desgasifican al salir del circuito de electrólisis y los gases obtenidos se utilizan para alimentar los medios externos de cavitación para el hervido vertical.

11. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende al menos dos ciclos de tratamiento.

12. El método según la reivindicación 1, que comprende al menos un ciclo de tratamiento altamente reductivo.

13. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde los efluentes se elaboran para fluir en serie a través de n ciclos de tratamiento, siendo el número n = 2 para obtener, poco a poco, una separación de fase sólida/líquida sobre la superficie de los compartimientos que tienen una superficie libre a fin de llevar los efluentes que salen del tratamiento a una carga de contaminación definida, una COD definida y/o una TOC definida.

14. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde cada ciclo de tratamiento que incluye además un paso intermedio entre los pasos primero y segundo, paso intermedio del cual se lleva a cabo una operación de post-oxidación y/o post-reducción con un catalizador, salir del flujo y las burbujas producidas por electrólisis para elevarse a la parte superior en un tercer compartimiento intermedio.

15. El método según una de entre la reivindicación 6 y las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 6, donde los efluentes se inyectan en el tercer compartimiento en la porción inferior de dicho compartimiento provenientes de una derivación del circuito de electrólisis a la velocidad de flujo Df.

16. El método según cualquiera de las reivindicaciones 14 y 15 dependientes de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, donde la operación de post-oxidación se lleva a cabo al extraer los efluentes en la salida del circuito de electrólisis a la velocidad de flujo Df.

17. El método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la operación preliminar de flotación de hervido se lleva a cabo después de la coagulación/floculación tras la recirculación de los efluentes en la porción inferior de una cámara que tiene una superficie libre, con una turbulencia débil, proporcionándose dicha cámara con medios de raspadura en la porción superior y con medios de cavitación para generar un hervido vertical para la oxidación/separación en dicha cámara.

18. Una instalación para depurar efluentes líquidos cargados con sustancias orgánicas y/o inorgánicas disueltas o no disueltas, y alimentadas continuamente a una velocidad de flujo Df, que comprende al menos un primer conjunto de dos compartimientos verticales sucesivos, a saber un primer compartimiento proporcionado con medios para la oxidación de radicales y/o la reducción de radicales de los efluentes y que comprenden medios para generar una turbulencia muy fuerte en dicho primer compartimiento, y un segundo compartimiento, que tiene una superficie libre de oxidación/separación diseñada para mantener una turbulencia débil en dicho segundo compartimiento, proporcionándose dicho segundo compartimiento con medios externos de floculación de coagulación, con medios de raspadura en la porción superior, y con medios de hervido, comunicándose los compartimientos uno con otro en la porción inferior.

19. La instalación según la reivindicación 18, donde los medios para generar una turbulencia muy fuerte comprenden un primer circuito para la recirculación de los efluentes capturados en la porción inferior del compartimiento ' y reintroducidos en la porción superior a una velocidad de flujo Q > 5Df.

20. La instalación según la reivindicación 19, donde Q= 25Df.

21. La instalación según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 20, donde incluye una cámara de preflotación con una superficie libre y una turbulencia débil, que comprende medios de coagulación/floculación y medios de recirculación de efluente en la porción inferior, proporcionándose dicha cámara con medios de raspadura en la porción superior y con medios de cavitación para generar un hervido vertical para la oxidación/separación en dicha cámara.

22. La instalación según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 21, donde incluyen medios de tratamiento electrolítico para llevar a cabo la oxidación y/o la reducción.

23. La instalación según la reivindicación 22, donde los medios de tratamiento electrolítico comprenden electrodos recubiertos con diamante.

24. La instalación según la reivindicación 22, donde los medios de tratamiento electrolítico comprenden electrodos recubiertos con carbono/nitrógeno.

25. La instalación según cualquiera de las reivindicaciones 21 a 24 dependiente de la reivindicación 19, donde los medios de tratamiento electrolítico se encuentran ubicados en el primer circuito de recirculación de efluente.

26. La instalación según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 25, donde el segundo compartimiento comprende un segundo circuito de recirculación de efluente en la porción inferior, la cual incluye medios de cavitación para generar un hervido vertical en dicho compartimiento.

27. La instalación según la reivindicación 26, donde la velocidad de flujo en el segundo circuito de recirculación es baja, ubicándose entre Df/20 y Df2.

28. La instalación según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 27, donde comprende al menos un segundo conjunto de compartimientos en serie con el primero.

29. La instalación según la reivindicación 28, donde comprende n conjuntos de compartimientos en los que los afluentes están elaborados para fluir en serie, escogiéndose el número n = 2 a fin de obtener, poco a poco, una separación de fase sólida barra líquida sobre la superficie de los compartimientos que tienen una superficie libre a fin de que los afluentes dejen el tratamiento con una COD definida.

30. La instalación según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 29, donde cada conjunto de compartimientos incluye al menos un tercer compartimiento intermedio entre los compartimientos primero y segundo, en los cuales se lleva a cabo una operación de post-oxidación con un catalizador, agitándose el afluente con una turbulencia moderada.

31. La instalación según la reivindicación 30, donde incluye, en la porción inferior de dicho tercer compartimiento, un tercer circuito de efluentes con una velocidad de flujo Df < d = 3Df con objeto de generar una turbulencia moderada en dicho tercer compartimento.

32. La instalación según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 31, donde el tercer compartimiento intermedio se alimenta en la porción inferior proveniente del primer circuito de circulación el cual se proporciona asimismo con los medios de tratamiento electrolítico.

33. La instalación según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 32, donde el hervido se lleva a cabo con aire, el tamaño promedio del diámetro equivalente de las burbujas se encuentra entre 0.2 mm y 1 mm.

34. La instalación según cualquiera de las reivindicaciones de 18 a 33, donde los compartimientos tienen una altura útil de entre 3 m y 5 m.