MXPA05012626A

MXPA05012626A - Reactor y metodo para produccion de dioxido de cloro.

Info

Publication number: MXPA05012626A
Application number: MXPA05012626A
Authority: MX
Inventors: David Francis
Original assignee: Fkos Llc Dba Biochem Resources
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2006-08-23
Also published as: EP2234918A1; WO2005087657A8; AU2003245268A1; EP2234918A4; CA2539984A1; WO2005087657A1; WO2005087657A9

Abstract

Se describe un novedoso aparato, o reactor, para la produccion de dioxido de cloro; el reactor recibe reactivos de dos o mas tubos de alimentacion bajo presion, y los reactivos reaccionan en una camara de reaccion que opera bajo presion elevada y dentro de una escala de temperatura especificada; un producto gaseoso, tal como dioxido de cloro, es generado y liberado directamente en una corriente liquida para blanqueo, desinfeccion y otros propositos; tambien se describe un novedoso sistema para produccion de cantidades de compuestos de cloro derivados de grados comerciales de materiales de partida, y metodos para utilizar el reactor in situ para blanqueo, y para desinfeccion, descontaminacion, y esterilizacion de flujos de agua u otros liquidos; tambien se describe un sistema automatizado para multiples puntos de adicion de dioxido de cloro a un flujo que sera tratado.

Description

REACTOR Y MÉTODO PARA PRODUCCIÓN DE DIÓXIDO DE CLORO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un aparato novedoso para la producción de dióxido de cloro, o reactor, a un sistema novedoso para la producción de cantidades de dióxido de cloro a partir de materiales de partida comerciales y de otros grados así como a métodos para utilizar el reactor in situ, por ejemplo dentro de una tubería que contiene un líquido o de manera separada de esa tubería, pero con enfriamiento por aire o enfriamiento por agua, según se necesite, para blanqueado y para desinfección, descontaminación y esterilización de flujos de agua u otros líquidos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se utilizan varias especies de cloro en operaciones de pequeña y gran escala de blanqueado, oxidación y desinfección. Estas operaciones varían desde proveer una solución débil de hipoclorito de sodio en una botella para blanqueado y desinfección doméstica (soluciones de blanqueador líquido, hipoclorito de sodio aproximadamente al 5%), para llevar gas cloro puro a un torrente de tratamiento de una planta de tratamiento de aguas residuales. Un problema con el uso del gas cloro puro, sin embargo, es su alta toxicidad y el riesgo para los trabajadores en caso de fugas y accidentes. Un enfoque común para la purificación de agua a gran escala que puede ser más seguro que el transporte y subsecuente uso en el sitio de gas cloro es la producción en el sitio de dióxido de cloro. Este fuerte oxidante se utiliza para la oxidación para desinfectar flujos de agua en plantas de tratamiento de agua potable y plantas de tratamiento de aguas residuales. Como oxidante fuerte, el dióxido de cloro destruye a los virus, bacterias y otros organismos microscópicos puesto que oxida los compuestos que tienen un potencial de oxidación inferior al de sí mismo. Para llevar al máximo sus efectos de oxidación y desinfección, en un sistema de tratamiento de agua de preferencia se añade dióxido de cloro después del tanque de sedimentación o del estanque. El dióxido de cloro (CIO2; CASR n 10049-04-4) es un gas amarillo verdoso a la temperatura ambiente que es estable en la obscuridad pero inestable en la luz. Como se hace notar, se reconoce que es un biocida extremadamente poderoso, agente desinfectante y oxidante. Por lo que se refiere a la autorización reglamentaria del dióxido de cloro en aplicaciones comerciales de purificación de agua y de aguas residuales, en 1967, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos ("EPA") registró primero la forma líquida del dióxido de cloro para utilizarlo como desinfectante y sanitizante. En 1988, la EPA registró el gas de dióxido de cloro como esterilizante.

El dióxido de cloro mata los microorganismos interrumpiendo el transporte de nutrientes a través de la pared celular. El dióxido de cloro se puede generar en forma gaseosa o líquida y huele como blanqueador de cloro. Sin embargo, el dióxido de cloro no debe confundirse con el gas cloro. Son dos productos químicos distintos que reaccionan de manera diferente y producen subproductos que también tienen poco en común. El dióxido de cloro, ClO2, ofrece los siguientes beneficios. Primero, el ClO2 funciona a través de una reacción de oxidación más que cloración, que es el modo de acción del gas cloro. Esto elimina virtualmente la formación de compuestos orgánicos clorados que se sospecha incrementan ciertos riesgos de cáncer. Segundo, el CIO2l cuando se genera en el campo, elimina la necesidad de almacenar cloro en el campo y/o transportarlo. Comercialmente se dispone de varios tipos de generadores de dióxido de cloro. Muchos aún utilizan el cloro gaseoso en su proceso de generación y, aunque son efectivos, las cuestiones de administración de riesgos asociadas con el cloro aún existen. Las modalidades de la presente invención no utilizan el gas cloro como reactivo. Como resultado existe menos riesgo de daño en el uso de las modalidades de la presente invención. Además debe notarse que el gas de dióxido de cloro es inestable y explosivo a presiones de más de aproximadamente 40 kPa. Es decir, la forma gaseosa no se puede transportar rutinariamente con seguridad y en lugar de esto se produce en el sitio de uso. Un sistema, descrito en la Patente de los Estados Unidos 6,325,970B1 , expedida el 4 de diciembre del 2001 , utiliza un sistema en línea que combina clorito, un donante de cloro y un ácido en un sistema en línea en el cual se forma dióxido de cloro y se introduce directamente a un flujo de agua. Una solución típica enseñada por la Patente de los Estados Unidos 6,325,970B1 , es una mezcla que comprende aproximadamente 10 por ciento de una solución de clorito de sodio al 28 por ciento, aproximadamente 10 por ciento de una solución de hipoclorito de sodio al 12 por ciento, aproximadamente 1.5 por ciento de una solución de hidróxido de sodio y aproximadamente 80 por ciento de agua. Para generar el dióxido de cloro se añade un ácido, la liberación del dióxido de cloro se indica que es más rápida mientras más fuerte son las soluciones de ácido. Se dice que las relaciones molares del clorito y el donante de cloro son tales que sustancialmente no se forma dióxido de cloro gaseoso. Parece ser que otro factor son las concentraciones relativamente bajas de los reactivos y las condiciones generales de reacción. Aunque este enfoque provee un margen de seguridad evitando la generación de dióxido de cloro gaseoso, se limita a la producción de concentraciones relativamente bajas de dióxido de cloro. Por ejemplo, se dice que una modalidad preferida rinde de 20,000 a 50,000 partes por millón (ppm) de dióxido de cloro antes de su dilución. Esto es menos del cinco por ciento de cloro activo, lo cual está muy diluido para operaciones industriales y municipales de blanqueado y desinfección, respectivamente. Además de la Patente de Estados Unidos 6,325,970B1, se conocen muchos otros enfoques en la técnica para producir dióxido de cloro a partir de sales de clorito metálico relativamente puras, tales como los cloritos de magnesio, calcio o sodio, que se hacen reaccionar con un ácido y/o un donante de cloro. Tales enfoques pueden dar rendimientos de dióxido de cloro que varían, por ejemplo, entre 60 y 98 por ciento. Sin embargo, muchos de los métodos publicados o patentados se basan en experimentación utilizando, o suponiendo, una alta pureza (cerca del 100%) de los reactivos de clorito o clorato. Con frecuencia cuando se utilizan dichos métodos con grados de reactivos técnicos o comerciales de pureza inferior, los rendimientos indicados son considerablemente inferiores a los rendimientos indicados en los documentos y patentes. Además, la gama de subproductos indeseables de las reacciones que utilizan los grados técnicos o comerciales de menor pureza pueden ser mayores y las concentraciones de esos subproductos no deseados pueden ser inaceptablemente altas para ciertas aplicaciones de desinfección. Además, se hace notar que en la Patente de los Estados Unidos No. 5,061 ,471 (expedida el 29/10/1991 a favor de Sundblad y Lovetro) y su solicitud publicada anterior, EPO 88850011.3, describen un proceso para la producción continua de dióxido de cloro en un recipiente de reacción enfriado que se somete a una "sobrepresión". En comparación con la presente invención, la Patente '471 describe un conjunto de reactivos diferente, es decir combinación de soluciones acuosas de clorato metálico alcalino, ácido sulfúrico y burbujeo en dióxido de azufre gaseoso (o alternativamente, adición de dióxido de azufre líquido). Además la cámara de reacción incluye un serpentín a través del cual se puede hacer pasar un líquido de enfriamiento.

Se indica que una ventaja dei uso del dióxido de azufre es que reduce el nivel de cloro en el recipiente de reacción. Muchas referencias describen métodos de producción de dióxido de cloro. Sin embargo, estas referencias no han logrado los resultados confiables y la operación constante de la presente invención, utilizando los reactivos y condiciones de la presente invención. Otro aspecto de ciertas modalidades de la presente invención es la adición de especies de desinfectante de mayor sobrevida en combinación con dióxido de cloro, para ciertas aplicaciones. A pesar de su efectividad básica como oxidante y desinfectante, el dióxido de cloro por sí solo podría no proveer suficiente desinfección durante un tiempo suficientemente largo y distancia en las tuberías en comparación con otras especies de cloro. Hay reportes de cuestiones de olor y/o sabor cuando se utiliza el dióxido de cloro como la única especie de cloro en una planta de tratamiento de aguas. Una solución posible es añadir o co-generar cloraminas, que típicamente se producen como subproductos de la desinfección con gas cloro y que se sabe que tienen un efecto de plazo más largo en las especies de cloro residual. Con la cloramina actuando como desinfectante secundario y el dióxido de cloro como desinfectante primario, se logra una desinfección más efectiva y mayor confiabilidad en la eliminación de olores y sabores. Considerando la toxicidad y el riesgo inherentes al uso dei gas cloro, existe la necesidad de desarrollar una alternativa más segura y más confiable para su uso en aplicaciones de oxidación y desinfección. Considerando las sobrestimaciones de rendimientos y las subestimación de subproductos mediante los métodos conocidos de producción de dióxido de cloro cuando se utilizan materiales de partida de grados técnicos o comerciales, existe la necesidad de desarrollar un método que pueda utilizar de manera confiable y constante grados técnicos y comerciales de reactivos de cloro para producir dióxido de cloro con rendimientos suficientemente altos, económicos, con un mínimo de subproductos indeseables. Finalmente, considerando la necesidad en algunas aplicaciones de añadir cloraminas como desinfectantes secundarios cuando se usa dióxido de cloro como desinfectante primario, existe una necesidad, por lo menos para algunas aplicaciones, de tener un medio efectivo para añadir o producir una cantidad dada y un tipo de cloraminas en un sistema o proceso de desinfección. También se hace notar que considerando las regulaciones actualizadas de la EPA para los efluentes Clase I de plantas de tratamiento de aguas residuales, como se indica en recientes reglas de subproductos de desinfectantes que mandan niveles inferiores de trihalometanos y ácidos haloacéticos, se espera que la substitución de dióxido de cloro para la desinfección con cloro será favorable con el objeto de satisfacer estas nuevas reglas y normas relacionadas. Bajo tal ambiente regulatorio, se espera que la presente invención encuentre muchas aplicaciones en plantas de tratamiento de aguas residuales Clase I. Finalmente, aunque el dióxido de cloro entregado en solución es relativamente más seguro que el gas cloro, la forma gaseosa es más tóxica y peligrosa. Sin embargo, debido a la economía de producción a favor de la generación del gas, existe la necesidad de desarrollar un sistema que utilice gas dióxido de cloro en el que las posibilidades de fuga o exposición se reduzcan al mínimo. Se dan cinco referencias relevantes como información de antecedentes sobre desinfección y dióxido de cloro que son "Guidelines for Drinking-Water Quality", 2da. Edición, Organización Mundial de la Salud, Ginebra, "The Chlorine Dioxide Handbook", por Donal J. Gates, Junio de 1998, AWWA, published as part of the Water Disinfection Series, ANSl/NSF Guideline 61, Weast, R.C., "CRC Handbook of Chemistry and Physics", 52da. Edición, p. D-105, 1971 (sin mes) y W.J. Masschelein's basic textbook entitled: "Chlorine Dioxide. Chemistry and Evironmental Impact of Oxychlorine Compounds", pp. 112 a 145, 1979 (sin mes). Estas referencias y todas las patentes y otras referencias citadas en esta descripción y que se incorporan aquí por referencia en esta descripción. La presente invención, descrita y reivindicada abajo, hace progresar la técnica al proveer una cámara de reacción, un sistema y métodos para la producción de gas dióxido de cloro para propósitos de oxidación y desinfección. Como se describe abajo, hace avanzar la técnica al satisfacer las necesidades indicadas arriba.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con una cámara de reacción novedosa, útil en la producción de gas dióxido de cloro con alto rendimiento a partir de reactivos de grado técnico y comercial. La presente invención también se dirige a un procedimiento para generar gas dióxido de cloro en la cámara de reacción novedosa, o reactor, que de preferencia .incluye la operación del reactor a una presión elevada especificada y/o temperatura especificada. La invención también incluye sistemas útiles para la adición de dióxido de cloro a flujos que necesitan dicho compuesto en los que se provee más de un punto de adición y el monitoreo de más de un punto a lo largo del flujo permite el resurtido de dióxido de cloro en puntos posteriores al punto inicial de adición. Es decir, un objetivo de la presente invención es hacer avanzar la técnica de generación de dióxido de cloro con un nuevo diseño de una cámara de reacción en la cual reactivos comunes de grados técnicos y comerciales se hacen reaccionar hasta la terminación o casi terminación para generar altos rendimientos de gas dióxido de cloro. Un objetivo relacionado es tener la cámara de reacción con un volumen ajustable, que en ciertas modalidades permite el ajuste del volumen de la cámara para correlacionarse con los niveles de producción relativos de dióxido de cloro que se requieren en una aplicación particular de la cámara. Esto permite que una sola cámara funcione para producir dióxido de cloro a través de una gama amplia de salidas. Otro objetivo de la presente invención es practicar un método de producción de dióxido de cloro que involucra hacer reaccionar reactivos de grado técnico y comercial, disponibles en forma común, bajo presión y dentro de un margen de temperaturas especificado para generar altos rendimientos de gas dióxido de cloro. Otro objetivo de la invención es utilizar el mismo reactor para producir especies oxidantes que no son el dióxido de cloro utilizando el sistema del reactor a una presión elevada y margen de temperaturas seleccionado para hacer que otros compuestos rindan las especies fuertemente oxidantes deseadas. Otro objetivo de la presente invención es proveer un medio para producir dióxido de cloro en un lugar cercano a su uso para la desinfección de un torrente de agua u otro líquido, para reducir los riesgos de liberación tóxica y daño a los trabajadores, al medio ambiente y a las personas cercanas. Otro objetivo de la presente invención es avanzar la técnica de producción de dióxido de cloro a través de su producción a una temperatura elevada y presión elevada mediante la combinación de una fuente de clorito, por ejemplo solución de clorito de sodio, con una fuente de ácido, como bisulfato de sodio y opcionalmente también añadir un donante de halógeno tal como hipoclorito de sodio. Lo anterior ha delimitado algunos de los objetivos más pertinentes de la presente invención. Estos objetivos deben interpretarse como meramente ilustrativos de algunas de las características de aplicaciones más prominentes de la invención. La siguiente descripción detallada y modalidades son ejemplos y explicaciones solamente y no deben verse como restricciones de la presente, según se reivindica. Estos y otros objetivos, características y ventajas de la presente invención se harán aparentes después de una revisión de la totalidad de la descripción detallada, las modalidades descritas y las reivindicaciones anexas. Como será apreciado por alguien con capacidad normal en la técnica, otros resultados benéficos y aplicaciones se pueden lograr mediante la aplicación de modificaciones a la invención descrita. Dichas modificaciones están dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 presenta una vista generalizada (no a escala) de un sistema de agua al cual una modalidad del sistema de dióxido de cloro de la presente invención. La Figura 2 es una vista en corte de una modalidad del reactor de la presente invención, mostrado con un área ampliada de una tubería de flujo de agua adonde se libera el dióxido de cloro producido en el reactor. La Figura 3 es una vista perpendicular a la de la Figura 1 , tomada a lo largo del eje de las A-A de la Figura 1 , visto hacia el extremo de descarga de la cámara y con bisección de cada uno de los tres tubos de suministro de reactivo. La Figura 4 muestra un corte de una modalidad del reactor que tiene una cámara de reacción con volumen ajustable. La Figura 5 es una vista en corte de una modalidad del reactor de la presente invención, mostrado con un área ampliada de tubería de flujo de agua adonde se libera el dióxido de cloro producido en el reactor. En esta modalidad, las líneas de suministro de reactivos entran a la cámara de reactor desde un extremo y la boquilla de liberación (que libera dióxido de cloro) se encuentra en el extremo opuesto de la cámara de reacción. La Figura 6 es una vista en corte de una modalidad del reactor de la presente invención, mostrado dentro de un área ampliada de una tubería de flujo de agua adonde se libera el dióxido de cloro producido en el reactor. En esta modalidad, las líneas de suministro de reactivos entran a la cámara del reactor desde un extremo y la boquilla de liberación (que libera dióxido de cloro) se encuentra en el extremo opuesto de la cámara de reacción. Las iíneas de reactivos se vacían hacia la cámara de reacción a distintas distancias de la boquilla, permitiendo una asociación de reacción por pasos de los productos químicos a partir de estas líneas de alimentación. La Figura 7 muestra una modalidad de una cámara de reacción de la presente invención, que adicionalmente comprende una línea de drenado posicionada al fondo que es adecuada para drenar el material asentado de la cámara de reacción y una línea de enjuague posicionada en la parte posterior para ser utilizada ya sea durante la operación o durante la limpieza de la cámara cuando está en paro. La Figura 8 es una vista en corte de una modalidad del reactor de la presente invención, que se muestra dentro de ün área ampliada de una tubería de flujo de agua adonde se libera el dióxido de cloro producido en el reactor. En esta modalidad, la cámara de reacción se posiciona en una de las tres patas de un par en forma de "Y" de PVC. En esta modalidad particular, la cámara de reacción se construye con una pieza de material plástico (tal como CPVC o PTFE) que ha sido maquinada para proveer la cavidad hueca como cámara de reacción y tres entradas de alimentación de producto químico taladradas en esta cavidad. Además se proveen espacios para válvulas check en esta sola pieza y se colocan válvulas check ahí. El flujo de agua de entrada y de salida son a través de las otras dos patas del acoplamiento en forma de "Y". La Figura 9A es una vista en corte de una modalidad del reactor de la presente invención. Esta modalidad de reactor se maquina a partir de CPVC u otro bloque de plástico químicamente resistente apropiado, que provee tres canales a través de los cuales fluye el agua, que enfría la cámara de reacción. Los puntos de inyección de productos químicos son a través de tres entradas taladradas para alimentación de producto químico posicionadas a 120 grados en relación una con la otra. Los productos químicos entran directamente y se mezclan en un punto central. Además se proveen espacios para válvulas check en esta sola pieza y se colocan ahí válvulas check. La Figura 9B muestra un reactor también maquinado a partir de CPVC u otro bloque de plástico resistente químicamente apropiado, sin embargo está maquinado para proveer un solo canal grande a través del cual fluye el agua que enfría la cámara de reacción. Los puntos de inyección de producto químico son a través de tres entradas de alimentación de producto químico taladradas, posicionadas en línea una relación en relación con la otra. Los productos químicos entran en arreglo secuencial en relación con cualquier extremo de la cámara de reacción. También se proveen espacios para válvulas check en esta sola pieza y se colocan ahí válvulas check. La Figura 10 es un diagrama de una modalidad de la presente invención que utiliza un vaciado de desplazamiento positivo para llevar los reactivos hacia la cámara de reacción de la presente invención. Los reactivos se mezclan, reaccionan y los productos finales, en gran medida gas dióxido de cloro, se bombean para salir mediante la misma bomba. La Figura 11 es un diagrama de una modalidad de la presente invención que utiliza accesorios de tubería de CPVC comercialmente disponibles para formar un reactor de la presente invención. En esta modalidad, una tubería de pie se encuentra en el fondo gravitacional del reactor así construido, permitiendo un efecto de conjunción o mezclado en el fondo de la cámara de reacción. Cuando se bombean líquidos de productos químicos reactivos hacia la cámara, estos se acumulan o se conjuntan en el fondo, reaccionan, forman dióxido de cloro que es un gas y está en forma de solución. El gas y el líquido de esta cámara son expulsados a través de la abertura de la tubería de pie y pasan desde ahí hacia el torrente del agua a desinfectar. Los diagramas de la Figura 12 muestran un flujo de agua grande que se está desinfectando en más de un punto mediante entradas de dióxido de cloro, en donde las cantidades añadidas en las entradas son controladas mediante un sistema de procesamiento centralizado que recibe información desde más de un punto a lo largo del flujo de agua grande.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Un aspecto de la presente invención es un reactor novedoso, que tiene como componente clave una cámara de reacción, la cual está diseñada para optimizar la producción de gas dióxido de. cloro a partir de reacciones entre distintas combinaciones de reactivos. Como se utilizan en esta descripción, los términos reactivos, productos químicos precursores, materiales precursores y materiales de partida significan lo mismo, es decir, los productos químicos que se hacen pasar hacia la cámara de reacción para su reacción para formar los uno o más productos o productos finales de la reacción. También como se usa en toda invención, tubería tiene el significado normal y "canal de flujo" se considera que significa una tubería, así como cualquier canal abierto a través del cual pasa un líquido. Las modalidades típicas del sistema de dióxido de cloro de la presente invención utilizan una solución de clorito acidificado con la adición de halógeno adicional para acelerar el proceso de generación de dióxido de cloro. Cuando se implementa, por ejemplo, para tratar un torrente de aguas residuales municipales, residenciales o mixtas, este sistema utiliza una bomba de agua cruda para suministrar el agua (medio de vehículo) hacia un reactor químico in situ (también denominado cámara de reacción o generador). La bomba de agua de vehículo corre una vez que el sistema es arrancado y el agua residual fluye a través del conducto principal de agua residual (tubería, canal, etc.) del torrente residual que se trata. De preferencia los datos de entrada de un monitor de CIO2 y la señal del interruptor de flujo del controlador del sistema para manejar las bombas de alimentación de productos químicos. Las bombas de alimentación de productos químicos llevan las soluciones de producto químico individual desde sus tanques de almacenamiento y las entregan al reactor químico. En ias modalidades preferidas, este reactor está ubicado dentro del flujo del agua suministrada por la bomba de agua cruda. Esto se hace como característica de seguridad para asegurar que el dióxido de cloro entra en solución inmediata evitando así cualquier condición potencialmente explosiva. Un interruptor de flujo en la línea de agua de vehículo cruda tiene ia función de detener la alimentación de producto químico, deteniendo así la generación de CIO2, en caso de que ocurra una pérdida de agua vehículo. También debe notarse que como el reactor está posicionado dentro del torrente del agua de vehículo, cualquier potencial de fuga o ruptura de la línea de alimentación no permite el escape de los productos químicos más allá del sistema de tuberías de agua de alimentación contenido y no a la atmósfera. En las modalidades preferidas, cada una de las líneas de alimentación de producto químico está equipada con un interruptor de flujo conectado en serie con los otros interruptores de flujo del flujo de manera tal que si se interrumpe un flujo se interrumpen todos los demás flujos. Conforme se introducen los tres productos químicos al reactor, reaccionan para formar ClO2 que, debido a la presión resultante, libera una válvula check y descarga CIO2 al torrente de agua. Luego este torrente de agua enriquecida con CIO2 fluye hacia el torrente principal de agua residual como solución desinfectante/oxidante. Un monitor de CIO2 torrente abajo en el sistema monitorea los niveles del producto químico e indica al controlador del sistema que incremente o disminuya el flujo desde las bombas para mantener el nivel residual deseado de CIO2. Lo anterior describe la operación de modalidades típicas del sistema de dióxido de cloro de la presente invención. Salvaguardas adicionales que se pueden incorporar a éstas u otras modalidades incluyen, sin limitación: (1) indicadores de nivel alto, bajo y críticamente bajo en los tanques de almacenamiento de productos químicos, (2) válvulas check y válvulas de pie en cualquiera de los lados de las bombas de alimentación de producto químico así como interruptores de flujo de producto químico para asegurar que los tres reactivos sean suministrados al reactor de manera igual, (3) columnas de calibración en el lado de descarga de las bombas de alimentación de productos químicos, (4) válvulas check y un arreglo de derivación alrededor del reactor/inyector para permitir su servicio e inspección y (5) telemetría bidireccional para mandar señales de lo anterior y/u otros parámetros a una ubicación remota y para devolver comandos a las bombas, etc. (por ejemplo para control, toma de decisiones) y muchas otras características que incrementan el desempeño del sistema. Dichas características adicionales aumentan la confiabilidad y seguridad del sistema en ambientes típicos de trabajo a nivel industrial. En la Figura 1 se da un diagrama general operativo de una porción de tratamiento de aguas residuales (no a escala) que muestra el reactor de la presente invención posicionado en un torrente de agua. En las Figuras 2-11 sólo se muestra el reactor, sin embargo debe entenderse que los suministros necesarios (es decir, desde los tanques como el mostrado en la Figura 1) se conectan apropiadamente con dichos reactores. Además, aunque no queda limitado a una teoría en particular, una secuencia de reacción probable que ocurre en la reacción, reactores y sistemas de la presente invención, es la que se muestra abajo: (I) NaOCI + NaHSO4 — -> HOCI + Na2S04 (II) HOCI + H - -> 1/2CI2 + H2O (III) NaCIO2 + 1/2CI2 - > NaCI + CIO2 Según la reacción I, el hipoclorito reacciona con el bisulfato de sodio para producir ácido hipocloroso. Según la reacción II, el ácido hipocloroso así formado en la reacción I reacciona con el ion de hidrógeno libre adicional para producir gas cloro en solución. El exceso de iones de hidrógeno libre es un resultado de la condición de reacción acida en la cámara de reacción. Luego, en la reacción lll, el gas cloro reacciona con el clorito de sodio para producir dióxido de cloro. El gas dióxido de cloro, considerando la presión en la cámara de reacción, fluye para salir a través de una válvula de alivio de presión u otro orificio adecuado que permite mantener la presión deseada en la cámara de reacción. Una vez en el torrente de agua fuera de la cámara, el gas dióxido de cloro se disuelve en el agua. Productos de reacción parciales y subproductos de reacción también sales de la cámara del reactor por esta ruta o, alternativamente, son eliminados a través de un paso hacia el fondo gravitacional del recipiente de reacción. En términos más generales que los ejemplos anteriores de reactivos, como se utilizan aquí, el término "reactivo acidificante" se utiliza para indicar e incluir bisulfato de sodio, sulfato de urea y un ácido orgánico o una mezcla de dos o más ácidos orgánicos que, cuando se proveen a dicha cámara de reacción, reaccionan con otros componentes ahí, incluyendo el medio acuoso y los iones de hidrógeno para formar o seguir siendo un ácido y así mantener un pH deseado bajo en la cámara de reacción. Aunque un reactivo acidificante preferido es el bisulfato de sodio y este compuesto se utiliza en los ejemplos que se dan más adelante, esto no se hace para limitar el alcance más amplio de la invención y de las reivindicaciones en las cuales se utiliza el término "reactivo acidificante". La definición generalmente aceptada de un ácido orgánico, es decir un ácido que contiene un grupo carboxi, -COOH, se usa para definir un reactivo acidificante. Los ácidos orgánicos incluyen, sin limitación: ácido acético, ácido acético glacial, ácido cítrico, ácido láctico y ácido málico. Además, se hace notar que algunos ácidos inorgánicos, tales como el ácido clorhídrico, se pueden utilizar en lugar del reactivo acidificante según se definió arriba, en la presente invención. Sin embargo, se ha observado que cuando se usa dicho ácido inorgánico la reacción es menos estable. Aunque no se desea quedar limitado a una teoría en particular, una razón para esto puede relacionarse con ei hecho de que el grupo sulfato del bisulfato sodio actúa como ácido diprótico, mientras que el ácido clorhídrico es un ácido monoprótico. Es decir, el uso de un ácido inorgánico que no caiga dentro de la definición anterior de "reactivo acidificante" no se prefiere.

Además, por lo menos en relación con el ácido clorhídrico, este ácido es más peligroso en su manejo y más costoso que el bisulfato de sodio. Con el término "cantidad efectiva" se quiere decir una cantidad en relación con otras adiciones que se ha descubierto, o se puede determinar sin experimentación indebida, que es una cantidad suficiente para lograr un propósito, reacción o metas indicados. En operaciones típicas de los reactores de la presente invención, se utilizan las siguientes soluciones de reactivos químicos. Abajo se muestran los nombres químicos y los márgenes de concentración típicos para cada reactivo: Bisulfato de Sodio (~ sulfato ácido de sodio): Típicamente utilizado a concentraciones del 5% al 33% de graduales a agua en peso. Clorito de Sodio: Típicamente utilizado a un 2% a 40% de granulos al agua en peso. Sin embargo se hace notar que sólo el 80% del clorito de sodio de grado técnico se encuentra disponible como clorito de sodio. Es decir, el clorito de sodio de grado técnico contiene aproximadamente un 80% de clorito de sodio, aproximadamente 5% de a2C?3 y aproximadamente 2% de NaCIO3 y aproximadamente 13% de NaCl. Hipoclorito de Sodio: Concentraciones de cloro disponibles del 3% al 15%. De manera más general, el bisulfato de sodio es un ejemplo de una fuente acida para la reacción, el clorito de sodio es un ejemplo de una fuente de clorito/donante para la reacción y el hipoclorito de sodio es un ejemplo de donante de halógeno para la reacción. Como se hace notar aquí, el último es un reactivo opcional, preferido. También como se hace notar aquí, se pueden utilizar varias substituciones por otros productos químicos. Se pueden utilizar otros ácidos pero se ha descubierto que el bisulfato de sodio da como resultado un mejor rendimiento general y es un producto económicamente viable cuando se utiliza en el inyector. Se hace notar que el ácido fosfórico, ácido clorhídrico y ácido cítrico son algunos de los otros ácidos utilizados en la generación de CIO2.

Sin embargo, los rendimientos no son tan altos como cuando se utiliza el bisulfato de sodio y la operación no es tan predecible y considerando el bajo pH del sistema utilizando bisulfato de sodio, se ha descubierto que la mayor parte del clorito se convierte en dióxido de cloro. Se puede usar cualquier donante de halógeno como reemplazo del ácido de hipoclorito, pero se ha descubierto que el hipoclorito es más económico de usar y fácilmente disponible. También se ha observado que cuando una operación tiene un flujo sujeto a velocidades de flujo fluctuantes y variables y que la demanda de CIO2 es baja, es mejor operar en forma de pulsos. Cuando la demanda es alta y con velocidades de flujo más altas es mejor utilizar el modo continuo. Como se hace notar en otras partes de la presente, el inyector con el modo de limpieza ocasional elimina las escamas que se forman por depósitos de calcio cuando se utiliza hipoclorito de calcio como donante de halógeno. También se hace notar, para la invención en general, que el sistema y el recipiente de reacción se pueden operar ya sea en forma continua o en forma de pulsos. Los parámetros de operación generales de una reacción típica y de un reactor son como sigue. Por lo que se refiere a la presión, cuando el reactor se encuentra "in situ" (dentro de una tubería que transporta agua a la que el reactor libera los productos de reacción), la velocidad de flujo de entrada de los reactivos, el volumen de la cámara de reacción y el flujo de salida del reactor (típicamente una boquilla que se abre a través de una válvula de alivio de presión) se ajustan de manera tal que la cámara obtiene una presión por lo menos superior a la presión ambiente del líquido en la tubería que rodea el reactor. De esta manera los productos de reacción (es decir, gas de dióxido de cloro, minerales en solución o expulsados como lechada diluida, dióxido de cloro disuelto con la fase acuosa que en gran medida está formada por el componente combinado de agua de las soluciones de reactivos químicos) se liberan con facilidad al torrente dei líquido en una base deseada, continua, semicontinua o por pulsos. Por ejemplo, se ha descubierto que para algunos sistemas, una válvula de alivio de presión en el reactor ajustada a 4.5695 kg/cm2 funciona de manera adecuada y es mayor que la presión en el agua residual ambiente que fluye alrededor del reactor. Sin embargo, también se ha observado, por lo menos en una modalidad, que una bomba de succión ha sido efectiva para llevar los reactivos hacia la cámara de reacción y bombear los productos desde la cámara de reacción hacia un torrente del líquido a ser tratado, sin la necesidad de que se desarrolle una presión positiva absoluta en el recipiente de reacción. Es decir, por lo menos en una aplicación que no es in situ de la presente invención no es un absoluto requisito tener una presión positiva en la cámara de reacción. En general existen varias alternativas de operación en el uso y mezclado de las soluciones químicas acuosas que contienen los reactivos de la presente invención en un método para la producción de dióxido de cloro. A un nivel muy general, en relación con la simpleza del bombeo y mantener una ración deseada de reactivos uno con el otro, una alternativa es procurar o preparar soluciones químicas acuosas a concentraciones tales que el bombeo de éstas a 1 :1 (cuando no se añade un donante de halógeno) ó 1:1 :1 (cuando se añaden una fuente de clorito, un producto químico acidificante y una fuente de halógeno) como proporciones. Entonces se añaden estas soluciones a esta relación simple para generar dióxido de cloro. Cuando se utiliza bombeo esto provee un beneficio puesto que la bomba de desplazamiento positivo, una sola de ellas, es capaz de proveer todas estas soluciones de productos químicos a un envase deseado para la reacción para producir dióxido de cloro. Esto también simplifica el ajuste de la producción de dióxido de cloro cuando dicha producción está siendo controlada por un sistema de ciclo de retroalimentación - una señal a una sola bomba ajusta los niveles de los dos o tres reactivos químicos. Además, el sistema tiene menos probabilidad de operar fuera del margen deseado de relaciones de reactivos químicos, como puede ocurrir cuando cada reactivo químico es suministrado al envase de reacción y una bomba falla o se desvía de su velocidad de flujo preajustada o precalibrada. Se reconoce que algunos usuarios pueden no tener un nivel de conocimiento y/o experiencia y/o pueden no dedicar el tiempo necesario para hacer ajustes para obtener constancia en la salida de dióxido de cloro dentro de un margen deseado. De conformidad con esto, en tales situaciones, como otro ejemplo de la alternativa anterior, la relación de las soluciones finales de reactivo se mantiene a 1 :1 ó a 1 :1 :1 , sin embargo se baja la concentración de la fuente de clorito. Por ejemplo, sin limitar, cuando el donante de halógeno es hipoclorito de sodio, el bisulfato de sodio es el reactivo acidificante y el clorito de sodio es la fuente de clorito, una solución de aproximadamente 31.25% de clorito de sodio (fuerza nominal) se diluye a aproximadamente cinco por ciento (es decir una dilución de 6.25 veces). Una solución de 30% (fuerza nominal) bisulfato de sodio se utiliza sin dilución y una solución al 12% (fuerza nominal) de hipoclorito de sodio se utiliza sin dilución. Al diluir así la fuente de clorito, se limita la salida de dióxido de cloro, aún cuando el operador eleve la velocidad de bombeo de la bomba de alimentación de producto químico común a su máxima capacidad. Una desventaja del método anterior es que la dilución de uno o más reactivos químicos para ajustar a la relación de mezclado deseada de 1 :1 ó 1 :1:1 da como resultado tener un volumen mayor que el necesario de la solución de reactivo químico acuosa ajustada. Esto puede ser problemático en ciertas instalaciones. Entonces, otra alternativa operacional es obtener reactivos químicos a una concentración que se determina como adecuada para las velocidades de bombeo esperadas (las cuales se determinan parcialmente en las bombas disponibles, su precisión y la demanda esperada de dióxido de cloro del proceso) y luego se bombea cada concentración adecuada por separado a relaciones que no son 1:1 ni 1 :1:1. Por ejemplo, en algunas alternativas, una opción es la de monitorear la interrupción en la velocidad de flujo de cada bomba de solución de reactivo químico y apagar todo el paro del sistema si una falla. Otro mecanismo de control es tener un ciclo de retroalimentación de control que ajusta la velocidad de bombeo de una o más bombas con base en un parámetro del sistema que esté fuera de un margen deseado. Además, se ha observado que la concentración real del donante de halógeno, cuando el donante de halógeno es hipoclorito de sodio, puede variar y no afectar adversamente la producción del método. Por ejemplo, se reconoce que el hipoclorito de sodio es inestable y que una solución con resistencia nominal del 12 por ciento tiende a probarse a una concentración real inferior a lo largo del tiempo. Sin embargo, a una relación de bombeo de 1 :1 :1, se ha establecido que aún cuando la concentración de hipoclorito de sodio real de la solución con resistencia nominal al 12 por ciento cae hasta un 2.5 por ciento, la reacción sigue procediendo favorablemente cuando esto se mezcla a una relación de 1 :1 :1 con bisulfato de sodio (fuerza nominal) al 30% y con clorito de sodio (fuerza nominal) al 31.25 por ciento. Por lo que se refiere al pH, un margen preferido de la mezcla química en la cámara de reacción durante la operación normal es desde aproximadamente un pH igual a 0.16 hasta aproximadamente 4.0 unidades de pH. Un margen más preferido es desde aproximadamente un pH igual 1.0 hasta aproximadamente 3.0 unidades de pH y un margen más preferido es desde aproximadamente 1.5 hasta aproximadamente 2.5 unidades de pH. El margen de pH más preferido, en particular para reactores de operación continua es desde aproximadamente 2.0 hasta aproximadamente 2.5 unidades de pH. Se debe notar que para regímenes de reactor semicontinuos y de pulsos, el pH fluctúa conforme entra el reactivo acidificante y reacciona en la cámara. También se ha observado que cuando todos los demás parámetros se mantienen constantes, un incremento en el volumen de la cámara de reacción da como resultado un incremento del pH de la mezcla química en la cámara de reacción. Por lo que se refiere a la temperatura, un margen preferido de temperatura de operación se encuentra entre aproximadamente 40 grados Fahrenheit y aproximadamente 155 grados Fahrenheit. Un margen más preferido es desde aproximadamente 60 hasta 120 grados Fahrenheit, un margen más preferido es desde aproximadamente 60 hasta 100 grados Fahrenheit y el margen de temperaturas más preferido es desde aproximadamente 80 hasta aproximadamente 90 grados Fahrenheit. Además, se hace notar que la solución de bisulfato de sodio debe mantenerse a 45 grados Fahrenheit o mayor. Se ha descubierto que esto evita la precipitación de sales y elimina la cristalización en el envase de almacenamiento de la solución y las líneas de alimentación. Se hace notar que los reactivos en muchas ocasiones pueden rendir una acumulación de calcio u otros metales dentro del reactor. Esto puede ser causado cuando el agua a tratar contiene altos niveles de calcio y/o otros metales tales como el hierro. Estos metales pueden precipitarse y acumularse como escamas dentro del reactor. Es decir, como se puede utilizar en cualquiera de las modalidades del reactor de la presente invención, una entrada adicional o línea de alimentación se introduce al reactor. Esto permite un enjuague químico del reactor. Dicho enjuague se hace con un ácido que puede ser el bisulfato utilizado en el proceso de reacción. La frecuencia del enjuague depende de los niveles de precipitante en solución. Además se hace notar que el uso de bisulfato de sodio en la producción de dióxido de cloro es inesperado, puesto que se sabe que el bisulfato de sodio es útil en la reducción y eliminación de compuesto de desinfectantes de cloro. De conformidad con lo anterior, sería contrario al sentido común utilizar bisulfato de sodio como un componente en la producción de dióxido de cloro. Además, las reacciones descritas en esta invención son mucho menos exotérmicas que otras reacciones utilizadas para producir dióxido de cloro, las reacciones y sistemas de reacción de la presente invención son más interesantes para una producción in situ, de pequeña escala, eficiente y económica de dióxido de cloro. Además, aunque la presente invención se ha descrito según ciertos ejemplos que se utilizan abajo para desinfectar el efluente en plantas de tratamiento de aguas residuales, se reconoce que la presente invención tiene numerosas aplicaciones más y es bastante versátil. Por ejemplo, sin limitar, las reacciones, aparatos, métodos y sistemas de la presente invención se pueden utilizar para desinfectar o para tratar en otra forma no sólo el efluente de las plantas de tratamiento de aguas residuales sino también lo siguiente: 1. el agua de balastra de navios que navegan en el mar, para matar las etapas de larva y adultas de especies exóticas que pudieran haber sido bombeadas hacia el casco en un puerto extranjero, antes de descargar dicha agua de balastra en otro puerto (para evitar problemas ambientales como el de cebra mejillón en los Estados Unidos); 2. desinfectar y/o esterilizar residuos municipales, agrícolas u otros lodos/biosólidos de procesos de plantas de tratamiento; 3. desinfectar fuentes de agua que serán utilizadas como agua potable (para beber), aguas utilizadas para la ganadería u otras aguas de proceso; 4. lavar y desinfectar aplicaciones para frutas y vegetales. Se reconoce que el dióxido de cloro oxida ciertos residuos de plaguicidas, haciéndolos menos dañinos para los consumidores. 5. Como un método para proveer un tratamiento adicional a las aguas residuales en áreas de brotes del síndrome respiratorio agudo severo ("SARS"), tales como la aplicación de dióxido de cloro así generado a los torrentes de agua de entrada para una WWTP y/o en sitios en donde se sabe que viven las víctimas de dicho síndrome. 6. Control de olores, para oxidar compuestos de azufre tales como sulfuro de hidrógeno, sin formar sulfuros coloidales. 7. Generar soluciones de dióxido de cloro para tratar pulpa y papel, para desinfectar superficies y para otros propósitos aprobados por la EPA.

Se presentan los siguientes ejemplos no limitadores para ilustrar mejor la invención.

EJEMPLO 1 Un ejemplo de la cámara de reacción novedosa se muestra en las Figuras 2-4. El reactor 20 está formado por el cuerpo del reactor 3, que de preferencia tiene un corte cilindrico pero puede ser de cualquier forma tridimensional que tenga suficiente espacio para la reacción y suficiente fuerza para soportar las presiones y temperaturas a las que se expone. En la modalidad mostrada en la Figura 2, el reactor 20 también está formado por una cámara de reacción 22, situada dentro del cuerpo del reactor 3. El aislamiento 24 llena el espacio entre las paredes exteriores y la cámara de reacción 22 y las paredes interiores del cuerpo del reactor 3. Se hace notar que en otras modalidades, el cuerpo del reactor 3, sirve como cámara de reacción misma y que no hay espacio para la intervención de aislamiento. Cuando hay la necesidad o deseo de controlar mejor la temperatura de reacción, se provee un calentador 6. Como se muestra en la Figura 2, no hay aislamiento entre el calentador 6 y la superficie inferior adyacente de la cámara de reacción 22. Se hace notar que en otras modalidades no hay presencia de calentador y el aislamiento puede ocupar todos los espacios entre el cuerpo del reactor 3 y la cámara de reacción 22, excepto cuando hay apoyos estructurales, entradas y tuberías de salida y otras características estructurales o de control. Como se muestra en la Figura 2, tres tuberías de suministro, 1, 4 y 5, pasan a través del cuerpo del reactor 3 y se abren hacia la cámara de reacción 22. En una modalidad preferida, cada una de las tres tuberías, 1, 4 y 5, transporta un reactivo diferente hacia la cámara de reacción 22. Una modalidad preferida del proceso es que los productos químicos precursores se entregan bajo presión a la cámara de reacción 22 y la cámara de reacción 22 también se encuentra bajo presión. Opcionalmente se cuenta con una válvula check accionada por presión ajustable (en un solo sentido) (no se muestra en la Figura 2) en cada una de las tuberías de suministro que surte a la cámara de reacción 22. Estas válvulas check funcionan para mantener los contenidos de reacción en la cámara de reacción 22 y para evitar el flujo de regreso inadvertido hacia las tuberías de suministro en caso de una presión superior a lo esperado en la cámara de reacción 22 y/o una falla de uno o más de los sistemas de bombas u otros sistemas que presurizan las tuberías de suministro. El reactor 20 está orientado para tener una parte superior y una parte inferior a nivel funcional. Como se muestra en la Figura 2, el fondo es donde se ubica el calentador 6. En emanación del área superior de la cámara de reacción 22 se encuentra una tubería de salida 26 que pasa a través del cuerpo del reactor 3. Anexo a o cerca del final de esta tubería de salida 24 se encuentra una válvula check de descarga 2. De preferencia esta válvula check de descarga 2 es ajustable como se encuentra en ia Figura 2. Otras orientaciones que podrían ser diseñadas por alguien con experiencia en la técnica pueden ser previstas y están dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, el reactor podría posicionarse en una forma generalmente horizontal y tener una tubería de salida curvada hacia arriba con una válvula check de descarga posicionada en el extremo distal de la tubería. Esto representaría la parte superior funcional (el punto en el que el producto se libera bajo presión), mientras que el lado adyacente que se encuentra más cerca del piso o suelo representaría el fondo funcional. Como se muestra en la Figura 2, el reactor 20 está colocado dentro de una sección expandida de tubería que transporta agua que será desinfectada por el dióxido de cloro producido en la cámara de reacción 22. En una modalidad preferida, la sección de tubería expandida 7 tiene un diámetro aproximado que da como resultado un área de flujo de agua en corte 30 que tiene aproximadamente la misma área de flujo de agua en corte de las tuberías de entrada y de salida 32 (que no se muestran) y 34, respectivamente, que se encuentran antes y después de la sección expandida de tubería 7 que contiene al reactor 20. En varias modalidades, basadas en el tipo de flujo deseado y en el grado de turbulencia del área de mezclado 36 en donde el gas dióxido de cloro comienza a mezclarse con el flujo de agua, las áreas de corte respectivas de las áreas 30, 32 y 34 se ajustan para ayudar a efectuar el nivel deseado de flujo laminar o flujo turbulento no laminar y la velocidad consecuente de mezclado del líquido con el gas cloro. Otros métodos para controlar el flujo laminar y/o turbulencia son como se conoce en la técnica de la mecánica de fluidos hidráulicos que también se pueden aplicar. La Figura 3 muestra una vista en corte del reactor 20 y las estructuras asociadas 30 tomada a lo largo de las líneas A-A de la Figura 2. En la Figura 3 se muestran las secciones de corte de la sección expandida de tubería 7, el cuerpo del reactor 3, la cámara de reacción 22, la tubería de salida 26 y el orificio de descarga 11. Con un corte lateral en esta vista se encuentran tres tuberías de suministro, 1, 4 y 5. El reactor 20, que se describe arriba, opera en una modalidad de los métodos de la invención como sigue. Tres productos químicos precursores, uno desde cada uno de las tres tuberías de suministro 1, 4 y 5, se bombea a la cámara de reacción 22, bajo presión. Los tres productos químicos precursores son hipoclorito de sodio (donante de hidrógeno), clorito de sodio (un donante de cloro) y bisulfato de sodio. El bisulfato de sodio es ácido y su nivel relativo de adición se ajusta para ayudar a controlar la velocidad de la reacción con el dióxido de cloro. Además, aunque no se limita a una teoría en particular, los experimentos de laboratorio y los ensayos en el campo parecen indicar que la adición de bisulfato de sodio reduce los niveles de residuos indeseables en la mezcla de producto. Estos productos químicos precursores, aún cuando se suministran con grados técnicos o comerciales, reaccionan en la cámara de reacción 22, bajo las condiciones deseadas de presión y temperatura, para producir dióxido de cloro con ausencia o un nivel muy bajo de subproductos de desinfección indeseables. Dichos subproductos de desinfección no deseados incluyen trihalometanos totales (TTHMS) y ácidos haloacéticos (HAAS). En una o más modalidades, las concentraciones relativas de los tres productos químicos precursores son clorito de sodio, bisulfato de sodio e hipoclorito de sodio y se ajustan para permitir un resultado deseado siempre y cuando la concentración y rendimiento de dióxido de cloro y la naturaleza de los subproductos de reacción. En otras modalidades, se puede sustituir sulfato de urea o cualquier mezcla de ácido orgánico en lugar del bisulfato de sodio. De manera similar en lugar de hipoclorito de sodio se puede utilizar ácido hipocloroso. Las bombas utilizadas para bombear los productos químicos precursores a través de las tuberías 1, 4 y 5 son bombas de desplazamiento positivo u otras bombas capaces de entregar los materiales precursores (típicamente soluciones) bajo presión contra una presión de retorno en la cámara de reacción 22. Esto sirve para acumular presión a un nivel deseado. La válvula check de descarga 2, ajusta el extremo alto de la presión en la cámara de reacción 22 puesto que una vez que se acumula la presión como resultado de que las bombas suministren los materiales precursores y como resultado de las reacciones que tienen lugar en la cámara de reacción 22, la válvula check de descarga 2 se abre a su punto de presión de ajuste, liberando dióxido de cloro (y típicamente agua en forma de vapor o líquido en aerosol, que fue el solvente para ios productos químicos precursores suministrados a través de las tuberías 1, 4 y 5). En la operación, la cámara de reacción se puede operar ajustando las velocidades de las bombas que entregan los materiales precursores (reactivos), monitoreando el nivel de dióxido de cloro que se descarga y periódicamente ajustando las velocidades de bombeo para cada uno de los materiales precursores (reactivos) hasta que se obtiene una velocidad deseada, aceptable o meta de producción y/o eficiencia. En forma alternativa, se puede eslabonar un microprocesador, una computadora de propósito especial o una computadora de propósito general, apropiadamente programada para el propósito, en forma operativa con las bombas y con uno o más detectores o sensores de dióxido de cloro (u otro parámetro, incluyendo sin limitación demanda total de oxígeno, demanda química de oxígeno, carbono orgánico total o demanda de oxígeno biológico) torrente abajo de la descarga de dióxido de cloro hacia el flujo dei líquido adonde fue descargado desde la cámara de reacción. Al estar de esta manera eslabonada y programada, ésta puede monitorear automáticamente el parámetro final deseado y ajustar las velocidades de entrada de los reactivos para alcanzar y/o mantener una velocidad de producción y/o eficiencia deseada, aceptable o meta. En una o más modalidades, se añade un tubo de suministro para la adición de sólidos según es necesario. Además, en una o más modalidades, no hay la necesidad de drenar el agua puesto que es expulsada bajo presión ya sea como vapor o agua líquida, lo último típicamente en forma de rocío o gotitas. En una o más modalidades, el rango de temperaturas de operación es de aproximadamente 40 a aproximadamente 185 grados Fahrenheit. Un margen de operación más angosto pero operativamente aceptable es aproximadamente 75 a aproximadamente 145 grados Fahrenheit y un margen de operación aún más angosto pero aceptable es de aproximadamente 75 a aproximadamente 120 grados Fahrenheit. El margen de temperaturas de operación para una aplicación particular del reactor de la presente invención dependerá de varios factores, incluyendo sin limitación la calidad y el grado de los productos químicos precursores, los tipos y niveles de contaminantes particulares, la producción deseada (balanceando rendimiento con producción de ciertos subproductos, eíc), el sistema al que se dispersa el producto y los reglamentos implantados relacionados con niveles de contaminantes y productos residuales. En una o más modalidades, el margen de presión de operación es de aproximadamente 1.7575 a aproximadamente 14.06 kg/cm2. Un margen de operación más angosto pero aceptable es de aproximadamente 2.109 a aproximadamente 6.327 kg/cm2 y un margen de operación aún más angosto pero aceptable es de aproximadamente 2.812 a aproximadamente 5.2725 kg/cm2. El margen de presión de operación para una aplicación particular del reactor de la presente invención dependerá de varios factores, incluyendo sin limitación la calidad y el grado de los productos químicos precursores, los tipos y niveles de contaminantes particulares, la producción deseada (balanceando rendimiento con la producción de ciertos subproductos, etc.), el sistema a donde se dispersa el producto y los reglamentos implementados relacionados con niveles de contaminantes y productos residuales. El sistema antes descrito provee una producción constante de dióxido de cloro durante periodos de operación largos. Más aún, el nivel de producción de dióxido de cloro puede ser regulado por modulación de la cantidad de hipoclorito de sodio (donante de halógeno), ajustando la fuerza de esta solución que entra a la cámara, la tasa de administración mediante la bomba que mete este material precursor o por cualquier otro mecanismo o modulación conocida para aquellos con experiencia normal en la técnica. Otro enfoque para controlar la producción es ajustar el volumen de la cámara de reacción misma. Una forma de hacer esto se muestra en la Figura 4 en donde una sección inferior 302 de la cámara de reacción 22 se puede atornillar de manera giratoria en el cuerpo del reactor 3. Según sea apropiado para una aplicación específica, como para ciertas modalidades en las que se desea ajustar el volumen de la cámara para correlacionarlo con los niveles de producción relativos de dióxido de cloro requeridos, el volumen de la cámara de reacción 22 se ajusta inicialmente atornillando la sección inferior 302, hacia adentro o hacia fuera para disminuir o incrementar el volumen de la cámara de reacción 22. Se pueden hacer otros ajustes según sea necesario después de evaluar el desempeño de la unidad. Este tipo de ajuste, que no se limita al mecanismo de tomillo en el fondo descrito, permite que una sola cámara funcione para producir dióxido de cloro en una gama más amplia de producciones. A través de experimentación con la cámara de reacción, también se ha aprendido que el dióxido de cloro se puede producir a través de la reacción de solamente dos reactivos, es decir clorito de sodio y bisulfato de sodio. Por ejemplo, utilizando concentraciones nominales del 20 por ciento ó 31.25 por ciento de clorito de sodio en combinación con un 22 por ciento de bisulfato de sodio, se produjo dióxido de cloro en la cámara de reacción. Es decir, un donante de halógeno no es un requisito absoluto cuando se usan estos reactivos o alrededor de estas concentraciones. Por lo tanto, se considera que a lo largo de una gama de concentraciones y condiciones, como las que pueden ser determinadas sin experimentación indebida por alguien con experiencia normal en la técnica, se puede determinar una gama amplia de concentraciones respectivas de clorito de sodio y bisulfato de sodio a las cuales se obtienen rendimientos aceptables de dióxido de cloro, sin la necesidad de añadir un donante de halógeno. Además, aunque no queda limitado a una teoría en particular, un donante de halógeno como el hipoclorito de sodio o el ácido hipocloroso se puede utilizar inicialmente y luego suspender su adición una vez que la reacción se establece y existen una cantidad suficiente de donantes de halógeno (formados como productos) en la cámara de reacción. Además, aunque no queda limitado a una teoría en particular, la sustitución de sulfato de urea o cualquier ácido orgánico, o mezcla, en lugar de bisulfato de sodio también puede rendir dióxido de cloro cuando se combina con ciorito de sodio. Además, en una o más modalidades de la presente invención, según se muestra en estos y otros ejemplos o en cualquier aparato de la presente invención según se define en las reivindicaciones anexas, el reactor y el sistema se pueden modificar para proveer especies adecuadas de cloro residual. Por ejemplo, en sistemas de purificación de agua y de distribución en donde se desea una especie de cloro residual, por ejemplo en un sistema de distribución de agua potable, las especies de cloramina pueden ser deseables para proveer una desinfección secundaria más persistente mucho más allá del reactor de cloro 20. En tales situaciones, una variación del método anterior es añadir a una cantidad proporcional de amoniaco. Esto se hace típicamente con una tubería de suministro separada, que entra al torrente de agua corriente abajo de la cámara de reacción 22, pasando directamente hacia el flujo de líquidos después de que el dióxido de cloro ha sido añadido desde la cámara de reacción (que no se muestra en la Figura 1). La ubicación de la tubería de suministro para dicha adición de amoniaco (u otra adición de producto químico para proveer una desinfección secundaria más persistente en el flujo se colocar típicamente en un punto corriente abajo adonde el dióxido de cloro ya ha quedado bien disperso en el flujo. Aunque no se limita a una teoría en particular, se considera que el amoniaco se enlaza con el excedente de cloro libre y así forma cloraminas. Estas cloraminas son preferibles a subproductos indeseables más tóxicos tales como TTHMS y HAAS y, como se ha hecho notar, se desempeñan como una especie de cloro residual para proveer desinfección secundaria en las tuberías de distribución. Las modalidades mostradas en las Figuras 1-3, colocan el reactor dentro de una tubería más grande que transporta el flujo de líquido que es el flujo principal a ser tratado con el producto del reactor. Esto añade un factor de seguridad puesto que el producto se produce muy cerca de donde se diluye sustancialmente a la concentración final para desinfección, blanqueado, etc. Sin embargo, el reactor alternativamente se puede colocar separado de la tubería o canal de flujo principal adonde se va a distribuir el producto. Por ejemplo, el reactor puede estar fuera de cualquier tubería que transporte un líquido adonde se libera el producto. En esta configuración, el punto de liberación del producto, por ejemplo dióxido de cloro según se describe en las reacciones anteriores, se puede situar dentro de un flujo de líquido. Esto se hace, por ejemplo, colocando el reactor cerca de la tubería o canal que transporta el flujo de líquido y colocando una tubería que lleva la tubería de descarga del reactor en ese flujo de líquido. Además, ese flujo de líquido puede ser el tubo o canal de flujo principal (es decir, el destino final en donde se logra la concentración diluida final) o ese flujo de líquido puede ser un torrente intermedio que después es distribuido a un flujo más grande como una "solución" o "concentrado" del producto. En el último caso, el torrente intermedio se distribuye después a uno o más puntos de entrada del flujo más grande (es decir, el destino final).

Además, por lo que se refiere a la introducción dei producto a un torrente de flujo intermedio "solución", esto se puede hacer de la manera descrita arriba, desde un reactor no colocado dentro de la tubería que transporta este torrente de flujo o, alternativamente, el reactor se puede colocar dentro de la tubería u otro recipiente que transporta el torrente de flujo intermedio. Una vez que el producto es así introducido al torrente de flujo intermedio, el torrente de flujo intermedio se dirige a uno o más sitios de liberación hacia un torrente de flujo más grande, punto en el que el producto se diluye de conformidad.

EJEMPLO 2 En esta sección se da una gama de ejemplos de diseño diferentes, o modalidades, de la cámara de reactor con una variedad de características básicas y opcionales. Esto se provee para indicar, sin quedar limitado por estos ejemplos, el alcance de la invención reivindicada en relación con los tipos y variaciones y características opcionales de una cámara de reacción de la presente invención (y las reacciones que tienen lugar ahí adentro). Muchas de estas modalidades mostradas en las figuras de este ejemplo se muestran sin soportes estructurales específicos que posicionan o soportan estructuralmente al reactor 20 dentro del torrente de agua 10, de la tubería de suministro más grande 7. Sin embargo esto se ha hecho para mantener las cifras siguientes relativamente simples en su presentación. Es axiomático que hay presencia de estructuras de soporte en todas estas figuras aún cuando no se muestran específicamente. Además, para comodidad en la presentación de las figuras similares a las Figuras 1-3, los reactores 20 se muestran en regiones expandidas de tubería, es decir la sección de tubería expandida 7. Sin embargo se apreciará que, especialmente para diámetros de tubo relativamente grandes, cuando el área de corte del reactor 20 es relativamente pequeña en comparación con el área de corte de la tubería de agua en donde se coloca, no es necesario que la tubería de agua se expanda en la sección en donde se coloca el reactor 20. Por ejemplo, sin limitación, un diámetro de tubería relativamente grande en donde el área de corte del reactor es menos del veinte por ciento del área de corte de la tubería, la tubería de agua de preferencia no se expande en la sección en donde se coloca el reactor 20. Esto dará como resultado una pérdida por fricción neta, sin embargo dará una mayor turbulencia que va a facilitar un rápido mezclado del dióxido de cloro con el agua en la tubería después de la liberación del dióxido de cloro desde el orificio de descarga del reactor. La hidráulica estándar y la ingeniería dictarán si se necesita una sección expandida de la tubería de agua para la colocación del reactor dentro del tubo. Con referencia a la Figura 4, la Figura 4 es una vista en corte de una modalidad del reactor de la presente invención, que se muestra dentro de un área expandida de una tubería de flujo de agua a la cual el dióxido de cloro producido en el reactor es liberada. En esta modalidad, las líneas de suministro de reactivo 1, 4 y 5, entran a la cámara del reactor desde un extremo y la válvula check de descarga 2 (que libera el dióxido de cloro) se encuentra en el extremo opuesto de la cámara de reacción. En esta figura, la tubería de salida 26 se encuentra ubicada en forma central en un extremo de la cámara de reacción 22. Sin embargo, se apreciará que en otras modalidades tales como cuando la cámara de reacción 22 se orienta en un plano horizontal desde un extremo hasta el otro, la tubería de salida 26 puede posicionarse hacia la parte superior gravitacional en el extremo de la cámara de reacción 22, de manera tal que se facilite la liberación del gas dióxido de cloro y para reducir la acumulación de dicho gas en un vacío que no pueda ser fácilmente descargado a través de la válvula check de descarga 2. La Figura 5 es una vista en corte de una modalidad del reactor de la presente invención, mostrado con un área expandida y una tubería de flujo de agua adonde se libera el dióxido de cloro producido en el reactor. En esta modalidad, las líneas de suministro de reactivo entran a la cámara del reactor desde un extremo y la boquilla de liberación (que libera dióxido de cloro) se encuentra en el extremo opuesto de la cámara de reacción. Dos líneas de reactivo (es decir líneas de suministro), 4 y 5, vacían hacia la cámara de reacción más cerca del lado izquierdo de la cámara de reacción 22, permitiendo una asociación más larga y una reacción temprana de los productos químicos de estas líneas de suministro de reactivo 4 y 5. La tercera línea es la línea de suministro 1, que vacía hacia la cámara de reacción a una posición que está más lejos en la cámara de reacción. Dicha orientación de las líneas de alimentación es apropiada cuando se desea tener dos reactivos, tales como la fuente de cloro, como el clorito de sodio desde una tubería de suministro 4 y una fuente de ácido como el bisulfato de sodio desde la línea de suministro 5, que reaccionan inicialmente durante un periodo anterior a la exposición al donante de cloro, como clorito de sodio, que entra de manera más central a la cámara de reacción 22 a través de la tubería de suministro 1. Este secuenciamiento de reactivos también se muestra en la Figura 6. La Figura 7 tiene tanto una cuarta tubería de suministro posicionada en la parte de arriba 60 como una línea de drenado posicionada al fondo 62, que es adecuada para drenar el material asentado en la cámara de reacción. La tubería de drenado 62 puede operar ya sea durante la operación o durante la limpieza de la cámara en un paro. Por ejemplo, se podría utilizar junto con la adición periódica, durante la operación, de un ácido fuerte a través de la cuarta tubería de suministro posicionada en la parte de arriba 60. Esta adición periódica sirve para disolver y eliminar la acumulación de depósitos minerales (tales como cuando se usa un bisulfato de calcio o un clorito de calcio) que podría estar ocurriendo dentro de la cámara de reacción 22. Es de notarse que la cuarta tubería de suministro posicionada hacia arriba 60 y la línea de drenado posicionada hacia abajo 62, se pueden añadir en forma independiente o conjunta con cualquier configuración de cámara de reacción en donde se necesiten sus funciones respectivas. La Figura 8 es una vista en corte de una modalidad del reactor de la presente invención, que se muestra dentro de un área agrandada de una tubería de flujo de agua a la cual se libera el dióxido de cloro producido en el reactor. En esta modalidad, la cámara de reacción se coloca en una de las tres patas de un par de PVC en forma de "Y". En esta modalidad particular, la cámara de reacción se construye con una pieza de material plástico (tal como CPVC o PTFE) que se ha maquinado para proveer la cavidad hueca como cámara de reacción y tres entradas de alimentación de producto químico taladradas hacia esta cavidad. Además se proveen espacios para válvulas check en esta sola pieza y se colocan válvulas check ahí. El flujo de entrada de agua y el flujo de salida son a través de otras dos patas del par en forma de "Y". La conexión real en este par reactor en forma de "Y" con la tubería existente del resto del sistema se hace mediante cualquiera de los métodos estándar de conexión, incluyendo sin limitación: roscado, deslizado, anillo O. La Figura 9A es una vista en corte de una modalidad del reactor de la presente invención. Esta modalidad de reactor se mantiene a partir de un CPVC u otro bloque de plástico químicamente resistente en forma apropiada, que provee tres canales a través de los cuales fluye el agua, enfriando la cámara de reacción. Los puntos de inyección de producto químico son a través de tres entradas de alimentación de producto químico taladradas, posicionadas a 120 grados una en relación con la otra. Los productos químicos entran directamente y se mezclan en un punto central. También se proveen espacios para válvulas check en esta sola pieza y se colocan las válvulas check en ellas. La Figura 9B muestra un reactor también maquinado a partir de un CPVC u otro bloque de plástico químicamente resistente, apropiado, sin embargo está maquinado para proveer un solo canal grande a través del cual fluye el agua, enfriando la cámara de reacción. En los puntos de inyección química se utilizan tres entradas de alimentación taladradas de producto químico, colocadas en línea una en relación con la otra. Los productos químicos entran en un arreglo secuencial en relación con cualquier extremo de la cámara de reacción. Además se proveen espacios para las válvulas check en esta sola pieza y las válvulas check se colocan en ellos. La Figura 10 es un diagrama de una modalidad de la presente invención, que utiliza una bomba de desplazamiento positivo para llevar los reactivos hacia la cámara de reacción de la presente invención. Los reactivos se mezclan, reaccionan y los productos terminales finales, en gran medida gas dióxido de cloro, son bombeados por la misma salida. La Figura 11 es un diagrama de una modalidad de la presente invención, que utiliza accesorios de tubería comercialmente disponibles de CPVC, para formar un reactor de la presente invención. En esta modalidad, se encuentra una tubería en el fondo gravitacional del reactor así construido, que permite un efecto de conjuntamiento o mezclado en el fondo de la cámara de reacción. Conforme se bombean los líquidos reactivos hacia la cámara, estos se acumulan o se conjuntan en el fondo, reaccionan, forman dióxido de cloro que se encuentra en forma de gas y en solución. La forma gaseosa y líquida de esta cámara son expulsadas a través de la abertura de la tubería y pasan desde ahí hacia el torrente de agua a ser desinfectada. La Figura 12 es un diagrama de un flujo grande de agua que está siendo desinfectado en más de un punto por entradas de dióxido de cloro, donde las cantidades que se añaden en las entradas son controladas por un sistema de procesamiento central que recibe datos de más de un punto a lo largo del flujo de agua grande. Para cualquiera de las modalidades anteriores o para otras combinaciones de la presente invención, el flujo de agua que pasa al reactor in situ puede ser desde cualquier dirección, es decir puede venir desde el extremo sin boquillas o desde el extremo con boquillas. Además, se apreciará que aquellos con experiencia normal en la técnica y conocimiento normal de la ingeniería mecánica e hidráulica, pueden, al estudiar la descripción y los ejemplos de esta invención, desarrollar cámaras de reacción, diseños y modos de operación que no sean exactamente lo que se muestra aquí. Dichos diseños modificados, desarrollados a partir de la descripción descrita y que sin embargo caen dentro del alcance de la presente invención cuando se practica una o más de las reivindicaciones anexas.

EJEMPLO 3 Otro aspecto de la presente invención es un sistema de dosificación automatizado basado en demanda para añadir dióxido de cloro a un torrente de líquidos residuales u otros flujos de líquidos que requieren la adición de dióxido de cloro u otra especie de compuesto hecho mediante la cámara de la presente invención. Este proceso automatizado para el monitoreo y administración de dióxido de cloro a más de un punto se muestra en la Figura 12. Un reactor 400 se coloca a lo largo de una tubería 402, que se origina desde una fuente (es decir, un pozo o sistema de suministro municipal). Opcionalmente una bomba 406 presuriza el sistema si la presión no es suficiente en la fuente 404. Productos químicos de entrada (que no se muestran) suministran los reactivos al reactor 400 y el producto, dióxido de cloro, se añade a la tubería 402 en el sitio del reactor o cerca del sitio del reactor 400 (dependiendo de cual de las configuraciones arriba descritas se utilicen para colocar el reactor en relación con la tubería). Un canal de flujo principal 410, que necesita recibir el producto, que en este ejemplo es dióxido de cloro, recibe una dosis primaria de producto a través del tubo 420. El flujo del líquido de concentración intermedia desde el tubo 402 a través del tubo 420 y hasta el punto A del flujo en el canal de flujo principal 410 se controla mediante un controlador 422. El controlador puede ser una bomba de medición, una válvula controlada por solenoide, una válvula de medición o cualquier otro medio para regular el flujo de líquido como será conocido para aquellos con experiencia normal en la técnica. En una o más modalidades, un microprocesador, una computadora de propósito especial o una computadora de propósito general, debidamente programada para el propósito, representada en la Figura 4 como 415, manda señales al controlador 422. Estas señales se basan, opcionalmente, en parte, en los parámetros (incluyendo sin limitación demanda total de oxígeno, demanda química de oxígeno, o demanda biológica de oxígeno) según se estima o determina por un operador que atiende el sistema o por un análisis químico sencillo o constante que se toma en un punto de muestreo 424. El dióxido de cloro se consume conforme el flujo se mueve hacia el punto de muestreo 426. En ese punto se toman muestras, se filtran según sea necesario a través de un filtro apropiado, por ejemplo un filtro de partículas de 10 mieras y se analizan en el detector D1 en busca de niveles residuales de cloro (en forma de dióxido de cloro). Las señales de dichos resultados se transmiten hacia el 415. Después de un cálculo adecuado, se manda una señal, según se necesite, para aumentar el nivel de dióxido de cloro en el flujo en 410 añadiendo concentrado adicional desde el tubo 402 a través del tubo 430, que es controlado por el controlador 432. El controlador recibe las señales de 415, lo cual regula qué tanto concentrado, si es que alguno, se añade a través del tubo 430. El sistema de la Figura 12 y sistemas similares se cree que proveen un enfoque mejorado para resolver las variaciones de demanda y cargas en las aguas residuales típicas y otros sistemas de tratamiento. Al determinar la reducción de oxidante en uno o más puntos después la adición inicial, las adiciones subsecuentes se pueden hacer de manera más apropiada. Esto puede reducir el uso general de oxidantes así como afinar mejor su adición, dando como resultado productos menos activos y residuales que se liberan a un cuerpo natural de agua. Es de notarse que para esta y otras modalidades, las señales de los detectores o de otros sensores se pueden comunicar por cualquier forma conocida para los experimentados en la técnica. Las señales se pueden comunicar por medios convencionales tales como el envío de impulsos eléctricos a lo largo de un conductor, fibra óptica, o por medios más sofisticados como convertir las señales en ondas de radio y transmitir estas ondas de manera tal que un receptor reciba las señales y después las mande al microprocesador (es decir, cualquier medio de telemetría), computadora de propósito especial o computadora de propósito general representada en la Figura 12 como 415 ó por cualquier otra forma conocida ahora o desarrollada en ei futuro. De manera similar, las señales entre 415 y cada controlador pueden ser comunicadas, de igual manera, por cualquier forma desarrollada ahora o en el futuro.

EJEMPLO 4 Además, el sistema presente y los métodos incluyen un paso de destrucción del exceso de dióxido de cloro u otros oxidantes presentes en un flujo de líquido exponiendo dicho flujo al luz ultravioleta de suficiente intensidad. Puede existir una necesidad en una aplicación particular del reactor presente, sistema y métodos de producción de dióxido de cloro, de reducir el nivel de dióxido de cloro después de cierto punto en el sistema. Por ejemplo, después de suficiente tiempo de residencia de exposición al dióxido de cloro, un líquido puede quedar efectivamente desinfectado. El exceso de dióxido de cloro reactivo en el torrente de líquido después de ese punto puede causar una excesiva corrosión, toxicidad para los usuarios u otras consecuencias no deseadas. Una forma preferida de reducir la concentración de dióxido de cloro en este caso es equipar un recipiente o tanque o cámara con una sola o una red de lámparas ultravioletas montadas para exponer el flujo del líquido a radiación ultravioleta a nivel suficiente, con base en la velocidad de flujo y profundidad de flujo más allá de la lámpara o lámparas, como para retirar la cantidad necesaria de dióxido de cloro excedente. Es ampliamente conocido que la radiación ultravioleta no penetre efectivamente en el agua más allá de cierta profundidad, dependiendo de la intensidad de la radiación y otros factores. De conformidad con lo anterior, el flujo y la profundidad se ajustan para proveer el tiempo de exposición necesario a la radiación ultravioleta como para ser efectivo. Una patente, la patente de los Estados Unidos No. 6,171 ,558, se refiere al uso de radiación ultravioleta para otra aplicación. Por los antecedentes que se dan esa patente, se le incorpora por referencia en esta descripción. Además, con base en la información de la patente de los Estados Unidos No. 6,171 ,558, la frecuencia de radiación ultravioleta para fraccionar el dióxido de cloro a cloritos y cloratos, para controlar los niveles altos de dióxido de cloro, es probablemente por arriba de 30 nannohertz.

EJEMPLO 5 Un estudio de dos fases, en sitio, investigó las modalidades del sistema de la invención descrita aquí y su aparato para generar dióxido de cloro acuoso (CIO2g) para la desinfección de aguas residuales municipales. La primera fase, descrita en este ejemplo, se dirigió a la prueba preliminar para atacar los niveles de dosis que proveerían suficiente desinfección mientras que se obtiene una toxicidad de efluente aceptable en el extremo del tubo, con base en bioensayos utilizando organismo de prueba representativos marinos/de estuarios. La primera fase también incluyó la prueba de una réplica en pequeña escala de la operación de la planta (post-aclarador). La segunda fase, que se describe en el siguiente ejemplo, utilizó modalidades del sistema y aparato de la presente invención para desinfectar el torrente real de aguas de una planta de tratamiento de aguas residuales municipales ("WWTP"). Este estudio tuvo lugar en el sitio en dos WWTP en Florida. En la primera WWTP, se inyectó CIO2 en los efluentes post-aclarador en un ambiente de laboratorio para determinar los requisitos de dosificación necesarios para un control bacteriano específico. Después de lograr los niveles de desinfectante deseados, se sometieron organismos marinos a estos efluentes tratados para observar su sobrevida. Después, en la misma WWTP utilizando la información obtenida de las pruebas de laboratorio, se construyó una réplica en pequeña escala de la operación de la planta (post-aclarador) como un proyecto adicional. Este proyecto piloto de pequeña escala operó con éxito bajo una amplia gama de variables de operación reales que ocurrían en la planta durante numerosos periodos de prueba. Se mantuvieron niveles de desinfectante deseados durante estas pruebas sin impactar la calidad del agua de descarga final de la planta. El estudio inicial comenzó con el muestreo del efluente post-aclarador para determinar la cuenta bacteriana antes de una cloración estándar en la WWTP. Se tomaron numerosos ejemplos a lo largo de varias semanas y se diluyeron con agua desionizada (DI) a una relación de 100 a 1. Luego se cultivaron estas muestras, se incubaron y se analizaron para revisar sus concentraciones bacterianas. Se determinó que la cuenta bacteriana tenía un margen desde 12,000/100 mL hasta 24,400/mL de efluente o un promedio de aproximadamente 18,000/100 mL de efluente. Con esta información, se dosificaron muestras del efluente post-aclarador con CIO2 en el laboratorio para determinar la tasa de dosis más efectiva para controlar las bacterias con efectividad. La dosis varió desde 0.3 ppm hasta 3.0 ppm. De nuevo se tomaron muestras a lo largo de un periodo de 7 días para asegurar la repitibilidad y determinar con precisión la tasa de dosificación de CIO2 para el piloto de torrente lateral eventual. Además de las cuentas bacterianas, se probaron algunas de las muestras para revisar su toxicidad general. Las especies de prueba fueron el camarón mysid, Mysidopsis bahía, y el inland silverside minnow, Mendia berylina. Con estos datos acumulados, la operación de la planta (post-aclarador) fue copiada en escala. La fuente de agua del piloto del torrente lateral fue agua que venía del aclarador. Luego se dosificó esta agua para evaluar la efectividad del generador de CIO2 y su capacidad de copiar las tasas de dosificación establecidas antes en las muestras de laboratorio. El piloto consistió en el siguiente equipo: (1) una bomba de agua cruda, (2) el generador de CIO2, (3) una cámara de mezclado, (4) una cámara de contacto con puntos de muestreo a 2 y 5 minutos, (5) un depósito de contacto para permitir 30 minutos adicionales de tiempo de contacto y (6) un tanque de aireación. Tanto para WWTP 1 como WWTP 2, el reactor utilizado se construyó con tubo de CPVC de diámetro nominal de 5.08 cm y de aproximadamente 7.62 - 10.16 cm de largo. Esto se colocó dentro de un tubo de flujo de agua que tenía un diámetro nominal, en la sección expandida, de 10.16 cm (antes y después de las cuales el diámetro del tubo de agua fue de 5.08 cm). Esta agua vehículo fue establecida a 15 gpm. La bomba de alimentación de reactivos químicos fue ajustada aproximadamente a 40-50 carreras por minuto, con un volumen por carrera de aproximadamente 0.8 mL. El bisulfato de sodio fue una solución de grado técnico aproximadamente al 30%, la solución de clorito de sodio fue aproximadamente al 18% y la concentración nominal de hipoclorito de sodio estuvo entre aproximadamente 4 y 12.5%. El torrente de agua residual que se trató tuvo un promedio de aproximadamente 1.8 MGD. Cuando inició el estudio piloto de torrente lateral real, las velocidad de flujo de los productos químicos al reactor de la presente invención se ajustaron para lograr una matanza completa de coliformes fecales, que se basó en datos de la prueba anterior post-aclarador. En este momento, se tomaron muestras desde el punto de contacto a 2 minutos y a 5 minutos en la cámara de contacto copiada. Estas muestras fueron estudiadas para revisar sus características de desinfección y la matanza de coliformes fecales. Aunque la mayoría de las muestras probadas confirmaron una matanza efectiva, algunas de las muestras no lo hicieron. Se hizo aparente que la cuenta bacteriana variaba drásticamente durante el día y que requería distintos niveles de dosificación para mantener una matanza fecal completa durante el proceso de desinfección de aguas residuales. El mismo fenómeno ocurre con el sistema existente de dosificación de cloro y se hacen correcciones cada hora con base en las demandas variables de desinfección. Lo mismo se haría con el CIO2. Como se estudiaron varias tasas de dosificación para revisar su efectividad en la matanza de coliformes fecales, se hizo notar que las tasas de dosificación inferiores requerían más de 2 minutos para una matanza fecal completa. Por esta razón, se tomaron después muestras a partir del punto de muestreo a 5 minutos de la cámara de contacto. Como el objetivo de este estudio piloto fue determinar la efectividad del CIO2, se evaluaron varias fuerzas de la solución de clorito (precursor de CIO2). En última instancia se utilizó una solución al 10% sólo porque el volumen general del producto químico requerido para generar la misma cantidad de CIO2. Por ejemplo, 1% requería de 10 galones y 5% de 2 galones y así sucesivamente. Desde la perspectiva de manejo de materiales, y cuestiones relacionadas con la toxicidad se consideró tener mayor constancia en los niveles de CIO2 generados con menos clorito sin reaccionar que con soluciones de clorito más saturadas. El Cuadro 1 (a a d) muestra un muestreo de los datos obtenidos. De las primeras 15 muestras, 5 se tomaron a porcentajes cada vez mayores de soluciones de clorito. Aquí solamente se observó el pH y la tasa de matanza. Al momento en que se tomaron estas 15 muestras, la cuenta de coliformes fecales en el agua post-aclarador no se realizó. Sin embargo, se tomó en muéstreos subsiguientes. El Cuadro 1(a) ilustra los resultados de las pruebas hechas con soluciones diferentes. La tasa de dosis de CIO2 se mantuvo a 3.0 mg/L.

Tasas de dosis en ppm v 5 minutos de tiempo de contacto CUADRO Ka) Los cuadros 1 (b, c, d) ilustran la matanza fecal a las distintas tasas de dosis junto con el pH y el residuo a la marca de tiempo de contacto de 5 minutos.

CUADRO Kb) Se hizo notar que se observaban pedacitos de algas en forma visual en estas muestras. Debe notarse que aún con dosis más altas, se detectaron algunos coliformes fecales en estas muestras que contenían partículas de algas flotantes. Primero se pensó que el ClO2 no estaba siendo neutralizado completamente. Se añadió tiosulfato de sodio adicional a las muestras 1 y 3 cada día y estas muestras se dejaron 20 minutos adicionales para su descloración. Sin embargo, no hubo diferencia discernible en estas muestras. También se notó que los niveles de CIO2 residual en estas muestras variaron dramáticamente. Se considera que esto fue el resultado de la carga biológica que se da por las condiciones variables de día a día en el proceso de tratamiento de la planta.

CUADRO Kc) CUADRO Kd) Con base en los resultados de los cuadros anteriores, los coliformes fecales son matados con efectividad a la tasa de dosis más baja de 1.8 ppm. Pruebas adicionales mostraron que esta matanza también se lograba a tasas de dosis tan bajas como 0.075 ppm. También debe notarse que los niveles residuales de CIO2 seguían declinando durante el resto del tiempo de contacto y aireación. Las razones para el monitoreo de la matanza fecal a la marca de 5 minutos fueron el resultado de los estudios realizados por C. Ruzic, "Chlorine dioxide-based water treatment in the food industry, 1996", que se ilustra en el Cuadro 2. El Cuadro representa una matanza fecal con 0.15 ppm en 300 segundos y una matanza similar con 0.25 ppm en 60 segundos. Con la gran cantidad de constituyentes del agua residual y la naturaleza no discriminatoria del CIO2 para oxidar muchos de estos compuestos, se sintió que con 1.0 ppm y 5 minutos de tiempo de contacto, ocurriría la matanza bacteriana.

CUADRO 2 Después de que numerosas pruebas demostraron matanza de coliformes fecales con bajos residuos, intentamos nuestro primer bioensayo con los organismos requeridos para el Marine Surface Discharge Permit. Mysidopsis bahía (Mysids) and Menidia beryllina (Silversides), que se sometieron a un efluente tratado con CIO2 en estas pruebas. Volúmenes adecuados de productos químicos se trajeron al sitio para realizar una dosificación dei torrente lateral durante un periodo de 24 horas. Durante este periodo, se tomaron 2 galones de agua tratada a intervalos de 6 horas, se conservaron en hielo y se enviaron a un laboratorio de bioensayos independiente (Laboratorio Designado de Bioensayos Independientes A). Los resultados de este bioensayo se muestran en el Cuadro 3 a, b y c. Véase los anexos.

CUADRO 3ía) Resultados iniciales de bioensavo del laboratorio independiente de bioensavo A t PH(I) es el pH inicial, el pH a la marca de 48 horas, pH (R) después de la renovación, pH a la marca de 96 horas. La salinidad se indica en partes por millar, inicialmente a la marca de 48 horas. El oxígeno disuelto inicial (I) a la marca de 48 horas, después de la renovación (R) y a la marca de 96 horas. Cond. significa conductividad en microhoms. Hard indica dureza a CaCO3. Alk. es alcalinidad.

CUADRO 3(b) Parámetros de calidad del agua en el bioensavo utilizando el organismo de prueba silverside minnow -P- CUADRO 3(c) Datos de sobrevivencia a 96 horas El Cuadro 3(c) ilustra la sobrevida de los organismos al punto terminal de 96 horas en la prueba para cada una de las 4 muestras tomadas (muestras indicadas por fecha y hora en que se tomó cada muestra). Aunque la sobrevivencia del silverside minnow, M. beryllina, fue positiva, la falla del Mysid fue decepcionante. Obviamente se hacían necesarias pruebas adicionales para determinar por qué el Mysid no sobrevivió. Se decidió que deberíamos tomar muestras bajo los parámetros con que se opera en las plantas de aguas residuales, tales como sólidos suspendidos totales (TSS), Nitrógeno Kjedahl total (TKN), demanda de oxidación biológica carbonácea (CBOD5), además de coliformes fecales. El Cuadro 4 nos da los datos de comparación para los parámetros antes mencionados. Muestras de torrente lateral y las muestras reales de la planta se tomaron simultáneamente para tener una comparación y evaluación directas. Se tomaron cinco muestras de cada sitio en forma sucesiva para tener una base de comparación amplia. Las Figuras 7 y 8 muestran las ubicaciones de las muestras.

El Cuadro 4 demuestra estos resultados. Nuestras observaciones no ¡lustraron ninguna diferencia significativa ni potencialmente dañina.

CUADRO 4 Se tomó un análisis de agua interno completo en un compuesto del efluente de la planta post-aclarador para determinar si había posibilidad de compuestos potenciales presentes en el agua que hubieran causado los problemas toxicológicos que mataron a los camarones Mysid. En interés de la economía, se obtuvo el protocolo para los bioensayos requeridos y se hicieron los siguientes bioensayos en el Laboratorio de Bioensayos 2. Se probaron varias variables y se evaluó su desempeño. Para determinar con precisión el agente o agentes responsables de la muerte de los camarones, se consultó a varios expertos externos para obtener sus opiniones.

Luego de realizar varias pruebas internas en los Mysids y los Silversides, se encontró que los Silversides siempre sobrevivían a la dosis post CLO2. Con base en esto, se dirigió la atención a la sobrevida exitosa de los camarones mysid durante el bioensayo agudo estándar de camarones mysid. Después de un monitoreo estricto del cloro libre, amonios clorados totales, cloritos, residuos de dióxido de cloro y hacer ajustes a nuestro generador de dióxido de cloro, se obtuvieron de manera repetida en el bioensayo camarones mysid exitosos (sobrevida aceptable al punto final). Se observó una mezcla química de precursores de CLO2 para asegurar una conversión de clorito a CIO2 lo más completa. También se monitoreó la planta para asegurar un funcionamiento adecuado y específicamente los niveles de NH3. Habíamos concluido que cuando forzábamos nuestra reacción con demasiado hipoclorito, se generaban cloraminas como resultado del nivel de amoniaco así que utilizamos una solución de hipoclorito más débil para manejar nuestra reacción. Habiendo logrado bioensayos exitosos en las pruebas de torrente lateral, se inició una evaluación piloto de escala completa. Esto recibió la aprobación de las autoridades reguladoras relevantes. Sin embargo, debido a la necesidad de reparar ciertos componentes físicos en la WWTP 1 , esta evaluación piloto se realizó en una segunda WWTP, designada como WWTP 2. La WWTP 2 fue de aproximadamente el mismo tamaño que la WWTP 1 , operaba bajo criterios muy parecidos y descargaba gran parte de sus efluentes en un cuerpo de agua de estuario marino y por lo tanto también tenía camarones mysid y silverside minnows como especies de prueba para el bioensayo. Los comentarios y resultados de la evaluación piloto en la WWTP 2 se dan en el Ejemplo 6, a continuación.

EJEMPLO 6 Después de transportar el generador de CIO2 a la WWTP 2, se hizo un piloto a escala completa, que desinfectó todo el volumen de la planta post-aclarador. De nuevo, el sistema de desinfección con CIO2 operó bajo variables de operación reales con los mismos resultados exitosos. Las pruebas mostraron que el efluente tratado con CIO2 cumplía con o excedía los niveles de desinfectante deseados. La presencia de posibles residuos toxicológicos también se probó colocando camarones mysid y silverside minnows en el efluente postratamiento. Tanto el Laboratorio 2, previamente utilizado, como el Laboratorio 3, un laboratorio independiente de la región hicieron estas pruebas. Los resultados de ambos laboratorios mostraron que los organismos marinos sometidos al efluente tratado con CIO2 tenían altas tasas de sobrevivencia. Las pruebas iniciales tanto químicas como bacteriológicas en WWTP 2, revelaron una similitud con WWTP 2 con la excepción de la cuenta bacteriana post-aclarador. En WWTP 2 se tuvo un promedio de cuenta de 18,000 cfus/100 mL, mientras que en WWTP 2 se tuvo una cuenta de 8,5000 cfus/100 mL. Se determinó que esto fue el resultado de la mejora en el proceso de aireación (por aire difuso) dando como resultado un mejor ciclo de nitrógeno.

Los niveles de amoniaco en esta planta rara vez excedieron 0.2 p/mL y la formación de cloraminas fue considerablemente inferior. Para establecer un periodo base en estas plantas en el desempeño de sus aguas, se analizaron y revisaron muestras. El desempeño de las plantas con el sistema de hipoclorito de sodio existente indicado por los siguientes parámetros: pH, total de cloro residual y la cuenta de coliformes fecales que se pueden observar en los Cuadros 5 (a-c). i Los puntos 1 a 4 de muestras del aclarador son los siguientes: 1 está al inicio de la cámara de contacto con cloro, 2 en la parte media de la cámara, 3 al final de la cámara y 4 en el tanque de aireación. TNTC = demasiado numeroso para contar.

CUADRO 5fa) Miércoles 31 de julio del 2002 CUADRO 5(b) CUADRO 5íc) Un reactor de dióxido de cloro de la presente invención, con todos los tanques de suministro necesarios, líneas de alimentación y bombas, fue colocado en WWTP 2 en la misma posición que estaba en WWTP 1 (post-aclarador en la cámara de contacto). El punto de inyección de CIO2 se conoce como el punto Parchall. Aquí, el agua que sale de los aclaradores entra a una cámara y se derrama a través del punto Parchall cada vez más angosto en donde se mezcla el CIO2 con el agua. En un esfuerzo para tener un punto de referencia de toxicidad, se hicieron pruebas adicionales del agua empleando ambos desinfectantes como se demuestra en los siguientes Cuadros 6 (a, b). Los resultados de la revisión analítica están disponibles al final de este estudio como anexo.

CUADRO 6(a) LUNES 12/8/02 ACLARADOR A LAS 11.00 CL2/SO2 A LAS CIO2 A LAS CIO, CUADRO 6(b) B = Bromoformo, C = Cloroformo, BDC = Bromodiclorometano, CDB = Clorodibromometano, TTHMS = (THMS Total) CLAR - B, BDC, CDB no se detectaron, (*) exceden los límites de aguas superficiales. Un laboratorio extemo certificado por NELAC realizó pruebas adicionales para los siguientes parámetros de calidad del agua. Los resultados de estas pruebas también se indican en los Cuadros 6 (a, b). TOC (Carbono Orgánico Total), E415.1, TKN (Nitrógeno Kjedahl Total), E3541.2, NH3 (Amoniaco), E350.1, TRP (Fenólicos Recuperables Totales), E420.4, TP (Fórforo Total), E365.4, Cu (Cobre), E220.2, Hg (Mercurio), E245.1, Ni (Níquel), E249.2, Ag (plata), E272.2, CIO2 (Clorito), E300.1 , CIO3 (Clorato), E300.1. Después de evaluar los resultados de prueba y no encontrar compuestos que se consideraran letales para los Mysids, se programó un bioensayo interno. El 14 de agosto del 2002, se tomaron 4 muestras de agua a intervalos de 6 horas. Se preparó al laboratorio para recibir el agua y realizar el bioensayo. Aquí de nuevo, debido a la sobrevida continua del silverside minnows, decidimos realizar las pruebas utilizando sólo los Mysids. Tazones duplicados que contenían diez camarones Mysid por tazón fueron preparados como muestras para probar la sobrevivencia. Estos estuvieron en un 100% de efluente. También establecimos tazones de camarón en la muestra cruda del aclarador así como en el efluente de la planta CL2/SO2. En cuanto a los resultados de este bioensayo que se muestran en el Cuadro 7, experimentamos pérdidas decepcionantes. Después de esto, cuando se consultó a los operadores de la planta, descubrimos que varios miles de galones de lixiviado de un relleno sanitario se habían introducido al sistema aproximadamente 8-10 horas antes. Aunque aceptar lixiviado de relleno sanitario es una práctica normal, generalmente se manda hacia los cabezales de los sistemas. Esta gran lechada de efluente no calificado requirió que se repitiera la prueba del bioensayo. Los datos resultantes del bioensayo interno fracasado se indican en el Cuadro 7.

CUADRO 7 PREPARADO EL Sin sobrevida de camarones 13/8/02 ^1 Todo el muestreo de agua y los bioensayos se repitieron el 19 de agosto del 2002. El resultado de ese bioensayo se indica en los Cuadros 8 y 9.

Además de las tasas de dosis ilustradas en el Cuadro 8, los resultados del bioensayo se indican en el Cuadro 9. Aunque no se muestran en este cuadro, también se estableció un grupo de control con 100% de sobrevida de Mysids. Todas las pruebas se hicieron por duplicado. Se decidió que estas pruebas debían realizarse con diluciones del 100%, 75%, 50% y 25% en caso de mortalidad de Mysid. El oxígeno disuelto (DO), temperatura y pH fueron monitoreados. aquí también incluimos varios tazones muestra de Mysids y los alimentamos con Anemia viva (camarón en salmuera) así como camarones molidos deshidratados. También se monitorearon los niveles de amoniaco en los tazones de la muestra anterior. Aunque no hubo una diferencia significativa entre el uso de camarones vivos en salmuera y alimento deshidratado en cuanto a la sobrevida de los camarones, se notó una ligera escalación del amoniaco en el uso del alimento vivo. La tasa de sobrevida de los camarones Mysid menos los datos de amoniaco, se indican en el Cuadro 9.

CUADRO 9 La tasa de sobrevida de los camarones Mvsid en soluciones diluidas al 100.75. 50 y 25% Con el éxito de la serie anterior de bioensayos que comenzó el 20 de agosto del 2002, se concluyó que se necesitaba una prueba por un tercero para verificar los datos de investigación. Se tomó agua de la Instalación de Tratamiento de Anastasia Island, el 28 de agosto del 2002 y se enviaron al Laboratorio 4, un laboratorio independiente de bioensayos. También se enviaron pruebas adicionales del agua que se mandó a los laboratorios del Laboratorio 4 a otro laboratorio contratado para documentar la calidad del agua durante los periodos de muestra de los bioensayos. Debe notarse aquí que la planta operaba bajo sus condiciones de operación normales y aceptaba tanto lixiviado tanto de rellenos sanitarios y de fosas sépticas y residuos de baños portátiles. Sin embargo, estos se bombeaban a un tanque de almacenamiento y después se enviaban a los torrentes del flujo de entrada en el cabezal. Los resultados se ilustran en el Cuadro 10. El Cuadro 10 es un resumen de la calidad del agua durante el periodo del bioensayo.

Los Cuadros 11 , 12, son resúmenes de los resultados de los datos de bioensayo del Laboratorio 4. El estudio toxicológico completo como referencia se incluye como anexo al final de este estudio.

CUADRO 11 CUADRO 12 Resumen de datos del Laboratorio 4 Con el bioensayo exitoso realizado por los laboratorios del Laboratorio 4, se tomó una segunda serie de muestras de agua para repetir el bioensayo. Estas muestras se tomaron el 11 de septiembre del 2002 y se enviaron a los laboratorios del Laboratorio 4 el 12 de septiembre del 2002 para realizar el bioensayo. Los resultados de esta prueba tanto en lo referente a toxicidad y calidad del agua y el bioensayo se ilustran en los Cuadros 13, 14 y 15.

CUADRO 13 Son los datos de calidad del agua para el segundo conjunto de bioensavos 00 Los Cuadros 14 y 15 son resúmenes de datos del Laboratorio 4. Los resultados toxicológicos completos se dan al final de este estudio como anexos.

CUADRO 14 CUADRO 15 En resumen, las pruebas realizadas por el Laboratorio 2 y la del Laboratorio 4 muestran que el método presente de generación de ClO2 es un desinfectante altamente efectivo, que cumple o excede los requisitos de las instalaciones de aguas residuales para el control bacteriano. Más aún, no existe efecto toxicológico residual aparente sobre los organismos marinos que se someten a este nuevo método de desinfección de aguas residuales.

La WWTP 1 trata las aguas residuales en un sitio. La planta es una instalación de 5.0 mgd completa AADF, de tratamiento de aguas residuales de lodos activados por mezcla que consta de dos (2) tanques de aireación de 1.2 mgd, dos (2) aclaradores secundarios de 0.76 mgal, con desinfección por cloro y descloración. La capacidad permitida ha sido de 4.5 mgd y se está cambiando a 4.950 mgd para el periodo del permiso nuevo. Los residuos se tratan aeróbicamente en dos (2) tanques de retención de lodos de 0.36 mgal, se deshumectan y se transportan a varios sitios como Lodos Clase B. La planta es capaz de alimentar 2,000 libras diarias de cloro, que se entrega y almacena en cilindros de acero de una tonelada. Estos cilindros están presurizados, por lo tanto el cloro se encuentra principalmente en estado líquido, con un espacio gaseoso en la parte superior. El cloro gaseoso es retirado del cilindro, se envía por tubería al dorador, se dosifica en el torrente y se mantiene en la cámara de contacto con cloro en donde una parte se utiliza dentro de la planta y el resto es desclorado con dióxido de azufre. La dosis de diseño promedio de la instalación es de 0.5 a 1.0 mg/L (ppm) en la cámara de contacto con cloro y un residuo desclorado de 0.01 mg/L (ppm). Esta planta está autorizada para hacer descarga superficial de su efluente final al Río Matanzas (Aguas Marinas Clase lll). La WWTP 2 se describe como una instalación de 4.0 mgd, de tratamiento de aguas residuales de lodos activados de mezcla completa AADF, con desinfección por cloración, descloración y posaireación. La instalación incluye filtros de flujo superior terciarios a 0.8 mgd. AADF para el efluente para una reutilización parte lll (acceso público no restringido) seguido por inyección de cloro para satisfacer los requisitos de desinfección de alto nivel. La desinfección se logra utilizando una solución de hipoclorito de sodio. Los residuos son engrosados con un engrosante de banda y se guardan en un digestor aeróbico antes de deshumectar con una prensa de filtro de banda. Los residuos deshumectados son transportados a una instalación de disposición de residuos regionales. Recientes cambios de instrumentación que se han implementado en la instalación son la instalación de un medidor de turbidez y un analizador total de cloro en la cámara de contacto de tratamiento secundario, un medidor/analizador dé pH en el tanque de aireación de tratamiento secundario y un analizador de cloro residual total y un medidor/analizador de pH en el estanque de reutilización del Campo de Golf del Marsh Creek Country Club. Esta instalación tiene autorizado descargar superficialmente al Río Matanzas (Aguas Marinas Clase lll) y una reutilización con acceso público de velocidad lenta (R001) como sistema para el riego del Campo de Golf del Marsh Creek Country Club.

Objetivo El objetivo de este estudio fue realizar el tratamiento de desinfección necesario de la descarga post-aclarador, estudiar los efectos toxicológicos posplanta sobre organismos marinos específicos y en última instancia desarrollar una estrategia de dosificación efectiva de CIO2.

La estrategia de dosificación debe dar como resultado el reemplazo exitoso del cloro por dióxido de cloro mientras que se cumple con los lineamientos necesarios de desinfección sin generar niveles indeseables de THMs, HAAs, cloritos y cloratos, cloraminas, cloro libre y cloro total, mientras que se aprueban los bioensayos marinos requeridos.

Antecedentes El cloro ha sido históricamente la opción primaria para la desinfección de aguas residuales en los Estados Unidos. Las ventajas del uso del cloro son primordialmente su costo, disponibilidad y su conocido desempeño como desinfectante. Sin embargo, hay ciertas desventajas en el uso del cloro. El cloro interactúa con compuestos orgánicos presentes en las aguas residuales para formar subproductos de desinfección indeseables, THMs y HAAs. Muchos de estos subproductos tales como cloroformo, bromoformo, ácidos dicloroacéticos y tricloroacéticos, tienen propiedades carcinogénicas y se han relacionado con efectos potencialmente dañinos a largo plazo. La efectividad del cloro se disminuye grandemente cuando se utilizan fuera de un margen de pH muy pequeños (de un pH de 7-8). Esto puede dar como resultado una sobredosificación o subdosificación del efluente y la generación de mayores niveles de estos subproductos indeseables o no desinfectar efectivamente la descarga.

También hay cuestiones de manejo de riesgos importantes con el transporte, almacenamiento y mantenimiento de sistemas de desinfección basados en cloro. Recientemente, como resultado de los ataques terroristas a los Estados Unidos, existe ahora también la amenaza adicional del gas cloro como un arma terrorista potencial. Debido a estas preocupaciones de desempeño, factores de riesgo y reglamentaciones más estrictas relacionadas con los subproductos de desinfección para las descargas de agua superficiales y aguas para reutilización, se necesitan alternativas al uso del cloro como desinfectante primario. El recientemente concluido estudio piloto ha producido resultados alentadores. Bio-Chem Resources, en su método nuevo para la generación de CIO2 es un desinfectante altamente efectivo que cumple y excede con los requisitos de WWTP 1 y WWTP 2 para el control bacteriano en aguas residuales. Se lograron niveles deseados de desinfectante y se mantuvieron durante un margen amplio de variables de operación que ocurrieron en estas instalaciones durante los periodos de prueba. Sin embargo, debe notarse que para lograr el máximo beneficio de desinfección con dióxido de cloro (o cualquier otro proceso de desinfección) una planta de tratamiento necesita mantener buenos procedimientos de operación. Los subproductos de desinfección (THM's y HAA's) también se redujeron de manera importante durante estos mismos periodos de prueba. Más aún, estudios repetidos en que se sometió a organismos marinos a los efluentes tratados con CIO2 anteriores no mostraron efecto toxicológico. Debe entenderse que los ejemplos y modalidades descritos aquí son sólo para propósitos ilustrativos y que varias modificaciones o cambios a la luz de ellos se sugerirán a personas con experiencia en la técnica y deben incluirse dentro del espíritu y alcance de esta solicitud y el alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un reactor para la generación de gas dióxido de cloro que comprende a) una cámara de reacción capaz de soportar presiones elevadas y que tiene una parte superior funcional y una parte inferior funcional, b) por lo menos dos tuberías de entrada separadas para administrar volúmenes especificados de reactivos, c) por lo menos una tubería de salida, dirigida hacia arriba desde la parte superior funcional de dicha cámara de reacción y contigua al espacio dentro de dicha cámara de reacción y d) una válvula de descarga activada por presión posicionada en un punto a lo largo de dicha tubería de salida, en donde dicho reactor opera a una presión regulada por dicha válvula de descarga activada por presión y se descarga dióxido de cloro a través de dicha tubería de salida.

2.- El reactor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque dicha válvula de descarga está colocada al final de dicha tubería de salida y que adicionalmente comprende un orificio de descarga en el extremo de descarga de dicha válvula de descarga.

3.- El reactor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque adicionalmente comprende válvulas check de flujo regresivo a lo largo de cada una de las por lo menos dos tuberías de entrada separadas para administrar volúmenes específicos de reactivos.

4.- El reactor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque adicionalmente comprende un cuerpo del reactor que rodea la cámara de reacción.

5.- El reactor de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque dicho reactor se coloca dentro de una tubería de flujo de agua hacia la cual se descarga por lo menos un producto de reacción hacia dicha tubería de flujo de agua.

6.- El reactor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque dicho reactor comprende adicionalmente un calentador para calentar dicho reactor.

7.- El reactor de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque adicionalmente comprende aislamiento colocado entre dicho cuerpo del reactor y dicha cámara del reactor pero no entre dicho calentador y dicha cámara de reacción.

8.- El reactor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque dicho reactor está colocado dentro de un canal de flujo al cual el orifico de descarga descarga dióxido de cloro.

9.- El reactor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque dicho reactor está colocado dentro de un tubo hacia el cual el orifico de descarga descarga dióxido de cloro.

10.- El reactor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque hay tres tuberías de entrada separadas para administrar volúmenes específicos de reactivos.

11.- El reactor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque adicionalmente comprende un microprocesador, una computadora de propósito especial o una computadora de propósito general debidamente programada para administrar volúmenes especificados de dichos reactivos.

12.- El reactor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque dichos reactivos son clorito de sodio, bisulfato de sodio e hipoclorito de sodio.

13.- El reactor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque uno de dichos reactivos se selecciona a partir de bisulfato de sodio, sulfato de urea y cualquier mezcla de ácido orgánico y se combina con clorito de sodio e hipoclorito de sodio o ácido hidrocloroso.

14.- El reactor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque hay dos tuberías de entrada separadas para administrar volúmenes especificados de reactivos.

15.- El reactor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque dichos reactivos son clorito de sodio y bisulfato de sodio.

16.- El reactor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque uno de dichos dos reactivos se selecciona a partir de bisulfato de sodio, sulfato de urea y cualquier mezcla de ácido orgánico y se combina con el otro reactivo, clorito de sodio.

17.- El reactor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque dicha cámara de reacción está formada por un cuerpo principal con una abertura roscada en un extremo y una pieza de extremo que está roscada de manera acoplable, en donde dicha pieza de extremo se coloca de manera ajustable en dicha abertura roscada, dando como resultado un ajuste del volumen interior de dicha cámara de reacción.

18.- El reactor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque adicionalmente comprende una tubería separada que tiene una salida torrente abajo de dicha válvula de descarga en un flujo de líquido que recibe dicho dióxido de cloro desde dicha válvula de descarga, dicho tubo separado es para el suministro de amoniaco para reaccionar con el cloro para producir cloraminas.

19.- Un sistema para añadir dióxido de cloro a un flujo de líquido que necesita tratamiento con dióxido de cloro, que comprende a) un reactor para la generación de gas dióxido de cloro que comprende 1) una cámara de reacción capaz de soportar presiones elevadas y que tiene una parte superior funcional y una parte inferior funcional, 2) por lo menos dos tuberías de entrada separadas para administrar volúmenes específicos de reactivos, 3) por lo menos una tubería de salida, dirigida hacia arriba desde la parte superior funcional de dicha cámara de reacción y contigua al espacio dentro de dicha cámara de reacción y 4) una válvula de descarga activada por presión posicionada en un punto a lo largo de dicha tubería de salida, b) por lo menos dos envases de suministro, cada uno tiene uno de dichos reactivos y c) por lo menos dos bombas, cada una de ellas conectada con por lo menos dos envases de suministro en su extremo de entrada y cada una conectada con uno de dichos por lo menos dos tuberías de entrada en su extremo de descarga y donde dichas por lo menos dos bombas administran reactivos respectivos a velocidades determinadas, en donde la presión se acumula en dicha cámara de reacción hasta una presión que excede un punto de activación ajustado de dicha válvula de descarga y donde el dióxido de cloro producido en dicha cámara de reacción se libera desde válvula de descarga.

20.- El sistema de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque hay tres tuberías de entrada separadas para administrar volúmenes específicos de reactivos.

21.- El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque adicionalmente comprende un microprocesador, una computadora de propósito especial o una computadora de propósito general programada apropiadamente para administrar volúmenes específicos de dichos reactivos.

22.- El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque dichos reactivos son clorito de sodio, bisulfato de sodio e hipoclorito de sodio.

23.- El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque uno de dichos reactivos se selecciona a partir del bisulfato de sodio, sulfato de urea y cualquier mezcla de ácido orgánico y se combina con clorito de sodio e hipoclorito de sodio o ácido hidrocloroso.

24.- El sistema de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque hay dos tuberías de entrada separadas para administrar volúmenes específicos de reactivos.

25.- El sistema de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque dichos reactivos son clorito de sodio y bisulfato de sodio.

26.- El sistema de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque uno de dichos dos reactivos se selecciona a partir de bisulfato de sodio, sulfato de urea y una mezcla de ácido orgánico y se combina con el otro reactivo, clorito de sodio.

27.- Un método para producir dióxido de cloro que comprende a) administrar clorito de sodio bajo presión a una cámara de reacción por medio de una primera tubería de administración y b) administrar una solución que comprende una cantidad efectiva de reactivo acidificante bajo presión a dicha cámara de reacción mediante dicha segunda tubería de administración, en donde dicha cámara de reacción está equipada con una válvula de descarga activada por presión y el dióxido de cloro producido en dicha cámara de reacción se descarga desde dicha cámara de reacción cuando la presión de dicha cámara alcanza o excede una presión para la cual fue ajustada dicha válvula de descarga.

28.- El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque dicho reactivo acidificante es bisulfato de sodio.

29.- El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque dicho reactivo acidificante es sulfato de urea.

30.- El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque dicho reactivo acidificante es ácido orgánico.

31.- El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque dicho reactivo acidificante es una mezcla de dos o más ácidos orgánicos.

32.- El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque adicionalmente comprende la administración de hipoclorito de sodio o ácido hipocloroso en una tercera tubería de administración.

33.- El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque adicionalmente comprende controlar dicha administración en dichas primera y segunda tuberías de administración mediante el uso de un microprocesador, una computadora de propósito especial o una computadora de propósito general programada para controlar dicha administración.

34.- El método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque adicionalmente comprende monitorear por lo menos un parámetro torrente abajo, enviar señales desde dicho monitoreo a dicho microprocesador, computadora de propósito especial o computadora de propósito general y ajustar dicho control con base por lo menos parcial en los resultados de dicho monitoreo.

35.- El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado además porque adicionalmente comprende añadir amoniaco a través de una tubería separada que tiene una salida torrente abajo de dicha válvula de descarga en un flujo de líquido que recibe dicho dióxido de cloro desde dicha válvula de descarga y que además comprende que dicho amoníaco reaccione con el cloro en dicho flujo para producir cloraminas.

36.- El método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque dicho dióxido de cloro se descarga a un sistema de administración de concentración intermedia (ICDS) y dicho ICDS administra a un flujo de volumen mayor en por lo menos dos puntos y las señales de monitoreo de dicho flujo de volumen mayor en por lo menos un punto torrente abajo de un primer punto de administración del dióxido de cloro desde el ICDS se utiliza para determinar la administración de dióxido de cloro adicional en otros puntos de dicho flujo de volumen mayor.

37.- El método de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado además porque adicionalmente comprende monitorear un parámetro de calidad del agua, en un punto torrente arriba de dicho primer punto de administración, enviar señales desde dicho monitoreo torrente arriba a dicho microprocesador, computadora de propósito especial o computadora de propósito general y ajustar dicho control con base por lo menos parcialmente en los resultados de dicho monitoreo torrente arriba.

38.- Un método para la administración eficiente de dióxido de cloro a un flujo de líquido que lo necesita que comprende, a) administrar una primera dosis de dióxido de cloro a un primer punto de administración a dicho flujo de líquido, b) monitorear un primer punto de monitoreo torrente abajo para un parámetro útil en la determinación de la necesidad de dióxido de cloro adicional, c) enviar señales de dicho monitoreo a un microprocesador, computadora de propósito especial o computadora de propósito general utilizada para controlar la administración de dióxido de cloro a dicho flujo o líquido, y d) ajustar la administración de dióxido de cloro en dicho primer punto de administración en un segundo punto de administración o en ambos puntos de administración, por lo menos parcialmente basado en los resultados de dicho monitoreo torrente abajo.

39.- El método de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado además porque adicionalmente comprende monitorear un parámetro de la calidad del agua en un punto torrente arriba de dicho primer punto de administración, enviar señales desde dicho monitoreo torrente arriba a dicho microprocesador, computadora de propósito especial o computadora de propósito general y ajustar dicha administración de dióxido de cloro con base por lo menos en parte en los resultados de dicho monitoreo torrente arriba.

40.- El método de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado además porque dicho parámetro útil para la determinación de la necesidad de dióxido de cloro adicional se selecciona a partir del dióxido de cloro mismo, cloro libre total, cloro residual, demanda de oxígeno biológico, demanda química de oxígeno, carbono orgánico total y demanda total de oxígeno.

41.- El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado además porque dicho parámetro de calidad del agua en un punto torrente arriba de dicho primer punto de administración se selecciona a partir de la demanda de oxígeno biológico, demanda química de oxígeno, carbono orgánico total y demanda total de oxígeno.

42.- Un método para generar dióxido de cloro que comprende los pasos de: a) obtener una solución química de bisulfato, dicha solución está formada por una sal o bisulfato a una concentración de entre aproximadamente 10 por ciento y aproximadamente 40 por ciento de bisulfato en base a porcentaje de peso/volumen, b) obtener una solución química de un donante de halógeno, dicha solución está formada por una sal de dicho donante de halógeno a una concentración entre aproximadamente 2.0 por ciento y aproximadamente 12.5 por ciento de donante de halógeno en base a porcentaje de peso/volumen, c) obtener una solución química de clorito, dicha solución está formada por una sal de clorito a una concentración entre aproximadamente 5 por ciento y aproximadamente 40 por ciento de clorito en base a porcentaje de peso/volumen y d) mezclar dichas soluciones de los pasos a-c anteriores, bajo condiciones de temperatura y presión para rendir un porcentaje aceptable de dicho dióxido de cloro en solución acuosa.

43.- El método de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado además porque uno o más de dicha obtención adicionalmente comprende diluir una solución a una concentración de operación deseada de dicho reactivo químico respectivo.

44.- El método de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado además porque dicha sal de bisulfato es bisulfato de sodio, dicho donante de halógeno es hipoclorito de sodio y dicha sal de clorito es clorito de sodio.