MX2012012407A - Metodo y aparato para eliminar impurezas de un liquido. - Google Patents

Abstract

Se describen un método y un sistema para purificación de líquidos que incluye combinar partículas metálicas pulverizadas con el fluido a tratar. La mixtura de partículas metálicas pulverizadas o metal y líquido a tratar se hace pasar luego a través de una cuba electrolítica. La cuba forma iones multivalentes que se fijan a los contaminantes en el líquido y se separan subsiguientemente del líquido utilizando técnicas convencionales de separación sólido/líquido. Los iones multivalentes pueden formarse también a partir de tiras delgadas de aluminio o formarse por prensado de capas de partículas metálicas pulverizadas e instalación en la cuba electrolítica entre dos cátodos, siendo el ánodo el electrodo de metal pulverizado.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA ELIMINAR IMPUREZAS DE UN LÍQUIDO Esta solicitud es una continuación en parte de la solicitud número de serie 12/621.682, presentada el 19 de noviembre de 2009.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo de la Invención La materia que constituye el objeto descrito en esta solicitud se refiere a la técnica de eliminación de impurezas y otros contaminantes, por ejemplo orgánicos, de líquidos, por ejemplo agua, utilizando un proceso electrolítico. 2. Descripción de la Técnica Afín Los procesos electrolíticos han existido desde hace muchos años. En todos los casos, el equipo anterior ha estado plagado de una acumulación continua de materiales extraños en los electrodos que detiene la liberación de iones metálicos y causa picadura y deterioro de los electrodos. A medida que los electrodos se recubren con estos materiales extraños, se requiere mayor voltaje para mantener la misma cantidad de liberación de iones metálicos. Finalmente, la potencia elevada hace que la unidad deje de funcionar adecuadamente, requiriendo así la parada de la unidad. Los intentos previos de resolver el problema incluyen el uso de pelets o bolitas no conductoras e incluso conductoras en un lecho fluidizado para limpiar los electrodos. Los lechos fluidizados líquidos con, por ejemplo, una velocidad del fluido de 4 pies por segundo (1,22 m/s) son inadecuados para eliminar los depósitos de los electrodos. Otros enfoques incluyen la inversión de la polaridad de los electrodos frecuentemente para mantener limpios los electrodos. Otro enfoque adicional consiste en aumentar la velocidad del fluido. Estos enfoques han conseguido poco o ningún éxito. BREVE SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención evita la acumulación de óxidos y otros materiales extraños en los electrodos de una cuba electrolítica por introducción de polvo o tiras multivalen-tes en el líquido contaminado, al mismo tiempo que se toman medidas para que el espesor del polvo o las tiras multiva-lentes sea lo bastante delgado para consumirse completamente antes que ocurra cualquier acumulación. El metal puede ser, o bien partículas de metales multivalentes como aluminio, hierro, cinc, y magnesio, por ejemplo, u otros metales coagulantes cuyas sales favorecen la coagulación. Los iones multivalentes, o floculo, se producen por el flujo de la corriente en la red del electrodo, que atrae y fija las impurezas, tanto orgánicas como inorgánicas, y otros materiales extraños en el agua. Los iones metálicos requeridos para la floculación pueden producirse a partir de polvos metálicos apropiados que consisten en uno o múltiples tipos de polvos metálicos: hierro, cinc, magnesio y aluminio, por ejemplo, que pueden mezclarse con la corriente de alimentación antes que la corriente de alimentación entre en la cuba electrolítica principal o sea introducido directamente en la cuba. Además de partículas metálicas pulverizadas, tiras delgadas de metales multivalentes son eficaces también como fuente de iones multivalentes y pueden utilizarse de manera muy similar a las partículas de metal pulverizadas. En otra realización de la invención, se forma un electrodo de placa anódica porosa por compactación de partículas metálicas pulverizadas. La utilización de estos ánodos laminares en una cuba electrolítica convencional con electrodos nobles dio como resultado la formación de iones multivalentes prácticamente sin acumulación alguna de óxidos en los electrodos y sin ningún cambio importante en el voltaje o la intensidad de la corriente. Electrodos metálicos convencionales y/o electrodos nobles inatacables o una combinación de ambos pueden utilizarse de acuerdo con la invención. Los electrodos pueden estar ambos recubiertos, con un recubrimiento noble tal como rutenio, o carecer ambos de recubrimiento. Con respecto a las tiras metálicas, las mismas pueden estar formadas también por metales productores de iones multivalentes tales como hierro, cinc, magnesio y aluminio, por ejemplo. Los mismos pueden estar formados también por un metal noble. Adicionalmente, aquéllos pueden estar recubiertos con un recubrimiento noble, o carecer de recubrimiento. Este proceso destruye también los patógenos y los elimina del liquido junto con las otras impurezas y contaminantes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La FIG. 1 es un diagrama de un sistema para preparación de una solución acuosa de las partículas metálicas pulverizadas de acuerdo con una realización de la descripción .

La FIG. 2 es una vista en corte transversal de una cu-ba electrolítica de acuerdo con una realización de la descripción .

La FIG. 3 es una vista en corte transversal de una segunda realización de una cuba electrolítica de acuerdo con la descripción.

La FIG. 4 es una vista en corte transversal de una tercera realización de una cuba electrolítica de acuerdo con la descripción.

La FIG. 5 es una vista ampliada de la cuba secundaria opcional .

La FIG. 6 es una representación esquemática de otra realización de una cuba electrolítica de acuerdo con la descripción.

La FIG. 7 es una representación esquemática de una realización adicional de una cuba electrolítica de acuerdo con la descripción.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Pasando ahora a FIG. 1, este dibujo muestra un proceso para la preparación de la corriente liquida de polvo metá-lico. El polvo metálico se añade al tanque de mezcla 2 procedente del tanque de concentrado de polvo metálico 1 a través de la válvula 7. El agua de complemento 6 se añade al tanque de mezcla 2 y el nivel se controla por el contro-lador de nivel 5 que controla la válvula 8. Una vez que el nivel es correcto, la válvula del tanque de mezcla 9 se abre, abriéndose a su vez la válvula de recirculación 10, en tanto que la válvula de salida de metal pulverizado 11 se mantiene cerrada. La bomba de recirculación del tanque de mezcla se pone luego en marcha y la mixtura fluye a una cuba secundaria opcional 3 en la cual el polvo metálico podría consumirse durante un ciclo temporizado y los iones metálicos fluirían luego a través de la válvula de recirculación 10 volviendo al tanque de mezcla 2. Este ciclo continuaría hasta que todo el polvo metálico 6 se consume y el floculo de metal se mantendría en el tanque de mezcla 2 hasta su dosificación a través de la válvula 11 de salida de metal pulverizado a la cuba primaria 12 representada en FIG. 2, a un caudal que está basado en la tasa de alimentación de la alimentación bruta 14. Si no está instalada la cuba secundaria opcional 3, el flujo procedente de la bomba de recirculación del tanque de mezcla 4 fluiría a través de la válvula de recirculación 10, regresando al tanque de mezcla 2. La circulación continuada ayuda a mantener el metal pulverizado en solución y actúa también como la bomba que alimenta la corriente de inyección de polvo metálico 17 a la cuba primaria 12. Así, si bien se ha representado una cuba secundaria 3 en FIG. 1, ésta no es necesaria para poner en práctica los principios de acuerdo con una realización de la invención. Asimismo, es posible introducir directamente las partículas de polvo en la cuba primaria sin mezcladura previa de ningún tipo.

FIG. 2 ilustra una realización de la cuba primaria. El fluido a tratar se introduce en la cuba 12 por un conducto de entrada 14. Las partículas metálicas pulverizadas pueden introducirse en el conducto de entrada 14. Una pluralidad de deflectores mezcladores 18 pueden estar provistos dentro de la cuba para mezclar las partículas metálicas pulverizadas con el fluido a tratar. No obstante, debe indicarse que el conducto 17 de entrada de metal pulverizado podría estar conectado directamente a la cuba primaria para mezclarse con el fluido a tratar dentro de la cuba propiamente dicha. Una pluralidad de electrodos 15 de tipo plano están posi-cionados dentro de la cuba. Los electrodos 15 están conectados de modo alternativo a las porciones positivas y negativas de una fuente de corriente como es bien conocido en la técnica. Los electrodos pueden obtenerse de diversas fuentes tales como Optimum Anode Technologies. Una salida para el fluido tratado se proporciona en 16. El fluido tratado procedente de la salida 16 puede dirigirse a un tanque de almacenamiento en el cual los sólidos tratados y el floculo pueden separarse utilizando técnicas conocidas. Pueden utilizarse de modo muy eficiente partículas metálicas pulverizadas hasta un diámetro aproximado de 0,0625 pulgadas (1,59 mm) .

FIG. 3 ilustra una realización alternativa de la cuba primaria 12. La cuba primaria 12 tiene electrodos 15 que están instalados transversalmente al flujo de la alimentación bruta 14. Este tipo de electrodo 15 puede ser una malla metálica o estructura metálica expandida con recubrimientos de un metal noble tal como rutenio. Este tipo de electrodo 15 permite que la alimentación bruta 14 y la mixtura de polvo metálico fluya a través de los electrodos en lugar de fluir paralelamente a los electrodos. Esta disposición es útil en la eliminación de algunos contaminantes tales como benceno. Esta disposición muestra también deflectores mezcladores externos 18, que actúan del mismo modo que los deflectores mezcladores 18 representados en FIG. 2.

FIG. 4 ilustra una realización adicional de la cuba primaria 12. En esta realización, los electrodos 15 se re-presentan en un despliegue longitudinal. Los deflectores mezcladores 18 están hechos de tubo redondo o varillas con recubrimientos de metal noble que pueden estar conectadas a corriente alterna o corriente continua para superficie adicional de los electrodos. La colocación de los deflectores mezcladores redondos 18 que pueden actuar como electrodos adicionales puede permitir también mayor tiempo de residencia de la alimentación bruta en el campo electrolítico para la destrucción de los patógenos. Esta tubería redonda recubierta con un diseño de metal noble puede actuar también como reemplazamiento de los electrodos 15 de tipo placa o tipo de malla metálica utilizados en la cuba primaria 12 o la cuba secundaria 3.

FIG. 5 muestra la cuba secundaria opcional 3 y el flujo de la corriente de metal pulverizado a través de la cuba. La corriente de metal pulverizado procederá de la entrada de la bomba de recirculación 20 y fluirá a los de-flectores mezcladores 18 que pueden ser de tubo, placa u otros tipos de deflectores mezcladores 18 pero pueden ser también de tubo redondo recubierto con un recubrimiento noble tal como rutenio y estar conectados a corriente alterna o corriente continua. Este diseño añade superficie adicional de electrodo a la cuba secundaria 3. Los electrodos 15 pueden ser placas longitudinales de metal noble, una malla metálica de metal noble u otros tipos de diseños de elec-trodo recubiertos de metal noble. Esta cuba secundaria opcional 3 podría utilizarse para generar iones metálicos que se almacenan en el tanque de mezcla 2 para ser inyectados directamente utilizando la corriente de inyección de polvo metálico 17 en las corrientes de alimentación bruta 14 sea delante de la cuba primaria 12 o directamente en la cuba 12.

FIG. 6 ilustra una realización adicional de la invención, en la cual, en vez de partículas metálicas pulverizadas, se utilizan tiras delgadas de metales multivalentes u otros metales coagulantes. Los electrodos 51, 52 formados de un metal noble o consumible están conectados a los terminales positivo y negativo de una fuente adecuada de corriente eléctrica 59. Piezas o tiras de metal multivalente 60 de aproximadamente 50 milésimas de pulgada (1,27 mm) de espesor o más delgadas, están situadas en el interior del alojamiento de la cuba 62 y se dispersan subsiguientemente en el fluido a tratar, que entra por la entrada 53. El fluido tratado se retira de la cuba 61 por la salida 54. Los electrodos 51 y 52 pueden estar recubiertos opcional-mente con un recubrimiento adecuado tal como rutenio. Puede utilizarse una hoja delgada de tela no conductora para impedir el rayado de los electrodos o para proteger los electrodos contra el contacto con las tiras u otros cuerpos. En una realización, el material metálico delgado se encuentra en forma de recipientes cilindricos similares a los utilizados comúnmente para bebidas. Las tiras metálicas pueden tener la forma de malla metálica tejida, compresas metálicas tejidas, tiras planas, u otros tamaños y formas. En esta realización, los electrodos 51 y 52 tienen que estar expuestos al contacto con los cuerpos 60, o ambos deben estar protegidos del contacto con los cuerpos . Esto se debe a que es necesario invertir de vez en cuando la polaridad de los electrodos. Las tiras o cuerpos delgados tienen una película delgada del fluido sobre ellos, que permite que pase la corriente pero no origina un cortocircuito. Por tanto, si los cuerpos no estuvieran en contacto con ambos electrodos, no podría conseguirse la inversión de polaridad si un electrodo estuviera aislado de los cuerpos. En el caso de que ambos electrodos estén aislados, pueden conseguirse polaridades inversas simplemente cambiando la polaridad de los electrodos.

Un aparato de test de acuerdo con la realización de FIG. 6 se construyó como sigue. La cuba electrolítica estaba constituida por un recipiente cuadrado de aproximadamente 18 pulgadas de lado (45 cm) y 14 pulgadas de profundidad (35 cm) . Se colocaron dos electrodos nobles en los lados opuestos del recipiente, como se muestra. La fuente de potencia variaba entre 3 y 10 voltios y la intensidad variaba entre 15 y 50 amperios, D.C. El compartimiento se llenó con botes de bebida de aluminio vacíos hasta aproximadamente 2 pulgadas (5 cm) del extremo superior de los electrodos. Se inició un flujo de aproximadamente 1 galón (3,78 1) por minuto de fluido a tratar. La película delgada de agua entre cada uno de los botes de bebida era suficiente para detener cualquier puesta en cortocircuito o formación de arco entre los botes. La conductividad era excelente. El resultado fue que los botes se consumieron casi por completo sin formación alguna de un recubrimiento sobre los electrodos que pudiera detener normalmente el proceso. Un par de pantallas de contención no conductoras 63 puede estar dispuesto en el interior del alojamiento.

FIG. 7 ilustra otra realización de la invención. En esta realización, la cuba electrolítica 70 incluye una en-trada 74, una salida 75, y una serie de electrodos nobles o consumibles 72, que pueden estar recubiertos con un recubrimiento adecuado. Una pluralidad de electrodos planos 71 construidos especialmente están posicionados entre los electrodos planos 72. Los electrodos 72 están conectados al terminal negativo de una fuente de potencia DC 79, y los electrodos 71 están conectados al terminal positivo de una fuente de potencia DC 79. Los electrodos 71 se formulan como sigue. Se coloca una capa de 3/8 de pulgada (9,53 mm) de polvo de aluminio en un molde de cámara de 3 pulgadas (7,62 cm) . Se coloca encima de la capa de polvo un filtro de ma-lia metálica de aluminio de 3 pulgadas (7,62 cm) de diámetro hecho de malla de 1/16 pulgadas (1,59 mm) . Se coloca otra capa de 3/8 de pulgada (9,53 mm) de polvo de aluminio encima del filtro de malla metálica. Se pone una placa plana encima del polvo de aluminio y se aplica una fuerza de compresión al molde hasta un punto en el que se forma un electrodo rígido de 3 pulgadas (7,62 cm) de diámetro. El electrodo resultante es poroso y permeable a los fluidos.

En un test real, la separación entre los electrodos 71 y 72 era aproximadamente de pulgada (6,35 mm) . El voltaje aplicado era aproximadamente 20 voltios y la intensidad era aproximadamente 2,5 amperios. Después de aproximadamente 38 horas de servicio en una corriente de fluido, no se había producido acumulación alguna de óxidos en los electrodos, y no se registraba cambio importante alguno en el voltaje de la corriente. Los electrodos 71 se habían consumido aproximadamente en sus ¾ partes, sin ensuciamiento alguno. El polvo ligeramente comprimido se consumió en capas que impedían que se formara cualquier recubrimiento de óxido en el ánodo. De este modo se producía una liberación continua de iones multivalentes . En lugar de polvo de aluminio, pueden utilizarse otras partículas de polvo metálico productoras de iones multivalentes como se ha identificado arriba.

Los electrodos 71 de FIG. 7 podrían formarse también por prensado de varias hojas de lámina metálica delgada, tales como lámina delgada de aluminio.

Aunque se han expuesto detalles específicos de una realización, es evidente que son posibles otras disposiciones que caigan dentro del alcance de las reivindicaciones. Por ejemplo, pueden utilizarse diversas mixturas de metales pulverizados diferentes y se pueden utilizar diversas tolvas de mezcla separadas para diferentes metales pulverizados, e inyectarse al mismo tiempo o por separado. El perfil y la forma de los electrodos metálicos pueden ser placas, malla metálica, varillas redondas o tubo redondo, u otros perfiles, y los electrodos en la cuba primaria podrían ser también de un metal consumible tal como hierro o una mixtura de electrodos de metal consumible y metal noble. Adicio-nalmente, el número de electrodos en la cuba primaria puede seleccionarse basándose en el caudal y el tiempo de residencia requeridos para consumir el metal pulverizado.

Adicionalmente, la cuba primaria y la cuba secundaria pueden estar alimentadas por corriente continua o corriente alterna, controlándose los voltajes y el amperaje basándose en el caudal y la corriente de desechos que se esté tratando. La cuba primaria puede estar completamente cerrada, permitiendo instalación vertical, o podría instalarse hori-zontalmente sin cierre hermético. Asimismo, podrían em-plearse cubas primarias múltiples utilizando diferentes metales pulverizados procedentes de tolvas de mezcla separadas .

Con objeto de impedir que se formen cualesquiera depósitos en los electrodos de las cubas primaria y secundaria, la corriente puede invertirse periódicamente.

Se proporcionan en esta memoria descripciones detalladas de las diferentes realizaciones. Sin embargo, debe entenderse que la presente invención puede materializarse en diversas formas. Por ejemplo, las tiras metálicas delgadas u otra configuración de metal delgado como se expone en la realización de FIG. 6 podrían utilizarse en sustitución de las partículas metálicas pulverizadas utilizadas para la formación de iones multivalentes en el interior del recipiente 2 representado en FIG. 1. Por consiguiente, los detalles específicos expuestos en esta memoria no deben interpretarse como limitantes, sino más bien como base para las reivindicaciones y como base representativa para dar a conocer a un experto en la técnica el empleo de la presente invención virtualmente en cualquier sistema, estructura o modalidad adecuadamente detallada.

Aunque la presente invención se ha descrito con respecto a detalles específicos, no se pretende que dichos detalles deban considerarse como limitaciones del alcance de la invención, excepto en la medida en que los mismos se incluyen en las reivindicaciones adjuntas.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Una cuba electrolítica de tratamiento de líquidos que comprende: un alojamiento; al menos dos electrodos; una fuente de energía eléctrica conectada a los electrodos ; una entrada para el líquido a tratar; una salida para el fluido tratado; una pluralidad de cuerpos que se mueven libremente formados por un metal productor de iones multivalentes , en el interior del alojamiento, teniendo los cuerpos una dimensión en espesor de aproximadamente 0,05 pulgadas (1,27 mm) o menos; y estando los dos electrodos citados expuestos a contacto con los cuerpos o protegidos del contacto con los cuerpos, por un delgado, no conductor.

2. Una cuba de acuerdo con la reivindicación 1, en la cual los cuerpos comprenden cuerpos de aluminio semejantes a polvo que tienen un espesor de pared de aproximadamente una vigésima de pulgada (1,27 mm) o menos.

3. Una cuba electrolítica de tratamiento de líquidos de acuerdo con la reivindicación 1 en la cual los cuerpos comprenden tiras delgadas de aluminio que tienen un espesor de aproximadamente 0,05 pulgadas (1,27 mm) o menos.

4. Una cuba electrolítica de tratamiento de líquidos de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los electrodos son electrodos nobles con una hoja protectora que cubre ambos a fin de impedir el rayado de los electrodos por los cuerpos de aluminio.

5. Una cuba electrolítica de tratamiento de líquidos que comprende: un alojamiento; una pluralidad de electrodos; una fuente de energía eléctrica conectada a los electrodos ; una entrada para el líquido a tratar; una salida para fluido tratado; y encontrándose uno de los electrodos en la forma de un miembro delgado y plano que está formado por partículas metálicas pulverizadas comprimidas.

6. La cuba electrolítica de tratamiento de líquidos de la reivindicación 5 en la cual el electrodo formado por partículas metálicas pulverizadas comprimidas se encuentra en la forma de un disco que tiene un espesor de aproximadamente ¾ de pulgada (19 mm) o menos.

7. La cuba electrolítica de tratamiento de líquidos de la reivindicación 6, en la cual el electrodo que comprende partículas metálicas pulverizadas comprimidas está formado por prensado de partículas metálicas pulveriza-das a ambos lados de un filtro de malla metálica con fuerza suficiente para formar una placa rígida porosa.

8. La cuba electrolítica de tratamiento de líquidos de la reivindicación 5, que comprende adicionalmente dos electrodos nobles conectados a un terminal de polaridad negativa de la fuente de energía eléctrica y el electrodo delgado plano formado por partículas metálicas pulverizadas está conectado al terminal positivo de la fuente de energía eléctrica, y está situado entre los dos electrodos nobles de tal modo que la separación entre los tres electrodos es aproximadamente H de pulgada (6,35 mm) .

9. Un método de eliminación de impurezas de un líquido que comprende: proporcionar una cuba electrolítica que incluye una fuente de energía eléctrica y una pluralidad de electrodos ; introducir el líquido a tratar en la cuba; formar iones multivalentes y mezclar los iones multivalentes con el fluido a tratar; y retirar el fluido tratado de la cuba, en donde los iones multivalentes se crean a partir de una superficie de una pluralidad de cuerpos que fluyen libremente en la cuba y que tienen un espesor de aproximadamente 0,05 pulgadas (1,27 mm) o menos.

10. El método de la reivindicación 9, en el cual los cuerpos: comprenden una pluralidad de cilindros huecos de pared delgada.

11. El método de la reivindicación 9, en el cual el cuerpo comprende una pluralidad de tiras delgadas de aluminio metálico.

12. La cuba electrolítica de tratamiento de líquidos de la reivindicación 1 que comprende dos electrodos que están hechos de un metal consumible.

13. La cuba electrolítica de tratamiento de líquidos de la reivindicación 1, en la cual los dos electrodos están recubiertos con un recubrimiento delgado de rutenio .

14. El método de la reivindicación 9, en el cual la cuba electrolítica tiene dos electrodos que están, o bien expuestos ambos a contacto con los cuerpos o están ambos protegidos del contacto con los cuerpos por una barrera no conductora.

15. Un método de eliminación de impurezas de un líquido que comprende: proporcionar una cuba electrolítica que incluye una fuente de energía eléctrica y una pluralidad de electrodos ; introducir el líquido a tratar en la cuba; y formar iones multivalentes a partir de uno de los electrodos que comprende metal pulverizado prensado para formar una placa rígida porosa,, y retirar el fluido tratado de la cuba.