WO2015193725A2 - Desarrollo de un purificador de agua para desinfectar al agua contenida en los depósitos de almacenamiento y suministro para uso humano - Google Patents

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WO2015193725A2
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water
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purification
silver
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Alexis ORTEGA-DÍAZ
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Ion Ag S. De R.L. De C.V.
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption

Definitions

  • the present invention relates to a water purifying device that is placed inside water tanks for human use in urban or rural, commercial or institutional domestic facilities.
  • the object of the present invention is to make a device for water purification for human consumption, which eliminates microorganisms and other biological pathogens such as bacteria, viruses and parasites.
  • the device eliminates said microorganisms and biological agents by using colloidal silver supported on ceramic pieces of controlled porosity, whose shape is spherical or approximately spherical that are submerged in the water contained in the reservoir and by the contact of the spheres with water. Colloidal silver generates an electromagnetic reaction through the release of silver ions that disinfect water. .
  • Said spheres are contained in a support of plastic material which in turn comprises a float element to keep the whole assembly floating on the surface of the water of the tank the assembly has its center of gravity at the bottom to keep the assembly always in it vertical position and the spheres always remain submerged in water.
  • water used for human consumption contains pathogenic microorganisms and other biological agents that can cause infections or infestations in humans. This occurs mainly in regions where water is obtained through rustic means from surface or underground sources without proper disinfection or purification, or even in urban areas where disinfection is incomplete or water treated by municipal water supply services is contaminated. during transport, handling and storage.
  • Water contaminated with pathogens is the cause of a large number of cases of diseases caused by bacterial infections and parasites; from In these cases there are a high number of people who die, especially children.
  • Chlorination requires the handling of hazardous materials such as gaseous chlorine and other chlorine compounds and manual or automatic devices to dose chlorine, some compound thereof such as hypochlorite salts, chlorine oxide or other compounds, or iodine products or derivatives of iodine
  • iodine A human error or equipment failure can cause the disinfection to be insufficient or to add an excessive amount of disinfectant that causes a bad smell and taste of the water or that in high doses can cause some degree of intoxication.
  • the use of iodine has been proposed to meet the need for this element for the human organism, but this requirement is fulfilled more easily and with better control through the use of iodized salt.
  • Ultrafiltration or reverse osmosis membrane-based methods require a pressure feed and reject a part of the water that is enriched with unwanted impurities or that should be treated as wastewater.
  • reverse osmosis the balance of salts that naturally dissolve in water is disturbed, which is excessive for usual applications of human consumption. Both ultrafiltration and reverse osmosis membranes require frequent attention and maintenance that make them undesirable for domestic applications.
  • Filtration in its different grades requires frequent attention to wash the filter media, energy to pressurize the water to make it pass through the same and controls to prevent the growth of algae and other organisms on the same media.
  • granule cartridges In certain devices for domestic use granule cartridges are used, usually of crushed quartz as well as other solids, impregnated with colloidal silver. These devices are very effective due to the biocidal action of silver and its ions, but also require pressure so that water can flow through the granular beds.
  • the surface texture of the granules although it is amorphous has very little porosity whereby the amount of silver that can be deposited is limited. In order to solve the current situation, the present invention is created.
  • Figure 1 shows the float housing part.
  • Figure 2 shows the lower cover of the float housing part with the anchoring parts for fixing the lower part.
  • Figures 3 and 4 show the side views of the float housing part with the harpoon-shaped parts for fixing the lower part.
  • Figures 5, 6 and 7, 8, 9 and 10 show the bottom of the cage housing the ceramic spheres.
  • Figure 11 shows the deployed assembly of the device components
  • Figures 12 A and 12 B show the partially deployed assembly with two flotation sections and two housing sections of the ceramic spheres showing only one sphere for each section in two assembly stages.
  • Figure 13 shows the complete assembly with two flotation sections and two fully assembled housing sections. Only one sphere is shown for each section. DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • the present invention relates to a device for purification and disinfection of water for human consumption comprising the use of colloidal silver supported on a ceramic substrate of controlled porosity, said substrate is in the form of more or less regular spheres which are housed in a set of very open support chambers that are arranged in a column that stays in an upright position thanks to the fact that at the top end it has a float made of plastic foam.
  • the present invention surpasses the devices existing in the state of the art because the ceramic spheres impregnated with colloidal silver are housed in a support of very open plastic material in the form of cages that allows the spheres to move within their respective cavities without touching each other and said support has an upper part comprising a plastic foam float and the center of gravity of the assembly is below this upper part.
  • the entire assembly forms a column that retains a vertical position and the impregnated ceramic spheres are kept in the water in a correct position to expose the water to the effect of colloidal silver.
  • the housing support comprises several sections made of at least one moisture-stable plastic polymer and suitable for contact with water for human consumption which is selected from among the polyolefins, polystyrene, high impact polystyrene, water-compatible grade polyvinyl chloride for human consumption, acryl nitrile butadiene styrene terpolymer (ABS), polymethyl methacrylate, polyester, Polyethylene Terephthalate (PET), polycarbonate or other thermoplastic polymers or thermosetting polymers compatible with water for human consumption either as a single component or in combinations of more one's.
  • ABS acryl nitrile butadiene styrene terpolymer
  • PET Polyethylene Terephthalate
  • Polymers that are susceptible to degradation by sunlight are formulated with at least one pigment that prevents sunlight from degrading them in applications where there may be exposure to
  • pigments are selected from those available in the market and that are compatible with water for human consumption; by way of example and not limitation, the pigments are selected from at least one of carbon black, titanium dioxide, kaolin, natural or precipitated calcium carbonate and other preferably inorganic pigments that do not contain heavy metals potentially harmful to human health. .
  • the polymers may or may not contain inert fillers to improve their pro- mechanical features and their stability according to the practices known in the state of the art.
  • the shape of the cage-shaped pieces allows them to fit together in multiples that join the top piece that contains the float, which allows several spheres modules to be added to vary the capacity of the device and use different types of spheres
  • the set of one or more cages is kept upright because the float is always at the top, above the center of gravity.
  • the pieces that make up the assembly are usually white or the natural color of the polymer for applications when the assembly is not exposed to sunlight; but they can be colored in the process of forming with dyes compatible with human consumption to identify if it is a section of spheres with colloidal silver or other materials.
  • the assembly that forms the device in the form of a column does not require maintenance during its useful life, the polymers are selected for their zero toxicity, for their absence of taste or smell, for not containing compounds not acceptable for human use; by way of example Bis Phenol A or BPA for its acronym in English, and for being stable by being permanently submerged in water and possibly exposed to sunlight.
  • Silver in the colloidal state with which it is impregnated to the ceramic spheres releases silver ions systematically upon contact with water and the microorganisms that it may contain are exposed to said silver ions.
  • Water purification is achieved because the ions provided by colloidal silver break the cell wall of microorganisms, interrupt their breathing by affecting their DNA and preventing their reproduction.
  • an oxide-reduction reaction an electromagnetic and chemical field is created that generates a hostile environment for viruses, parasites and bacteria.
  • the disinfection columns are designed so that the silver ion spheres have maximum contact with the water to increase their efficiency and reduce the time required to carry out the disinfection.
  • the columns that make up the disinfection device do not require electrical or other energy, do not require maintenance during their useful life, do not add flavor or smell to the water and lack toxicity.
  • the equipment complies with the standards for germicidal equipment and substances for domestic water treatment, such as Mexican standard NOM-244-SSA 1-2008. Bacteriologically, it complies with the Water for Use and Human Consumption standards such as the Mexican standard NOM-127-SSA1-1994 and with the norm NOM-201 -221 -2002 for Water and Ice for Human Consumption Packed and in Bulk.
  • cages with spheres with different characteristics can be incorporated into the tower object of this invention, such as activated carbon to absorb odors, colors and residual chlorine, active points with exchange resins ionic to eliminate undesirable metals such as arsenic or high iron content, zeolites to soften water too hard, etc.
  • the required amount of raw and wet ceramics mainly alumina, which may contain magnesium, silicon, zirconium oxides and other compounds whose selection does not affect or limit in any way the scope and novelty of the present invention is taken , and is spherically shaped manually. They are dried under controlled conditions of temperature and humidity, between 10 ° C and 80 ° C and more specifically between 18 ° C and 40 ° C and between 5% and 70% relative humidity and more specifically between 10% and 50% of humidity in the air, to reach a humidity in the ceramic of between 0.5% and 20% and more specifically between 0.5% and 10%. They are partially calcined and more layers of raw ceramic are added again and dried and calcined several times to reach the desired size of between 20 and 45 mm in diameter. Finally, the porosity is confirmed by an adsorption process and finally by microscopy inspection. The objective is to achieve a gamma alumina structure due to its high porosity.
  • the ceramic spheres are impregnated by a process known in the state of the art with a solution of a soluble silver salt, comprising at least one of silver nitrate, silver thiosulfate, double sodium and silver thiosulfate or other silver salt soluble.
  • a solution of the salt or silver salts is prepared at a concentration of between 20% and 50% silver colloidal
  • the calcined and also dried spheres are immersed in said solution of a silver salt prepared in accordance with the preceding paragraph, extracted and dried. Subsequently, silver is reduced to elemental silver in a colloidal state by means of a reducing reagent in the absence of air. This operation is repeated 2 to 5 times until the desired thickness and uniformity of the colloidal silver film is achieved.
  • the spheres are dried at a decreasing temperature of 350 ° C to 60 ° C and more specifically from 300 ° C to 80 ° C in a reducing atmosphere to fix the colloidal silver impregnation.
  • a decreasing temperature 350 ° C to 60 ° C and more specifically from 300 ° C to 80 ° C in a reducing atmosphere.
  • the technique applied in the present invention seeks, above all, to increase the porosity of the spheres and the total area of pores, instead of claiming an increase in the hardness and thermal and mechanical resistance of the spheres as is done in various applications, since the working conditions for the present invention do not include high turbulence, high temperatures, thermal shocks or friction between the spheres because the cages containing them prevent contact or shocks between them or with other hard surfaces, and the working temperature is always environment or something inferior to the environment of the place where the water tank is installed.
  • the present invention is further distinguished in that the spheres are housed in the plastic cages and the water does not have to pass through a bed of granular material or spheres contained within a container or cartridge as occurs in other devices.
  • the device object of the present invention does not require energy of any kind or pressure for the water to pass through the supports that house the spheres. Therefore, the water storage container can be filled with a fixed installation to use municipal water, or with hoses or emptying into it portable containers,
  • the device remains in the storage container since its active components do not impart to the water any smell, taste or other undesirable characteristics and also prevents a possible re-infection if it could enter to the container any material that transports pathogenic organisms.
  • the device is integrated by means of a hollow piece of plastic 100 in the form of a parallelepiped or cylindrical that contains a piece of foam plastic 122 of closed pore as a float forming a flotation cage.
  • the cover 104 and wall 105 of this piece are assembled together by means of ear and groove joints in the shape of a harpoon 101 or pressure joints without necessarily having adhesives.
  • the plastic foam may be of any foamable polymer and compatible with water for human use without the material thereof affecting the novelty or scope of the present invention.
  • the foam material is selected from at least one of expanded polyethylene, expanded polystyrene, or other foamable and stable polymers before permanent immersion in water.
  • an open-walled cage 13 is assembled with pressure joints, which has five open compartments and is provided with spacers that keep the spheres without making contact with each other.
  • a ceramic sphere 123 is placed to treat the water.
  • the pressure joints are strong enough to prevent the assembly from accidentally disassembling. By preventing contact between the spheres, it is also avoided that they are degraded by erosion or abrasion with the movement of the water when the storage container is filled and emptied.
  • the assembly has a buoyancy that makes the upper part on the surface of the water and the cage with spheres is completely submerged, with the assembly in a stable vertical position.
  • one or more cages 113 are placed under the first one extending the length of the assembly. Up to five spheres with colloidal silver can be placed in each additional cage to increase the treatment capacity for larger volumes of water. If the number of cages or sphere levels exceeds 4, an additional float section is added in a proportion of one float section for every 4 levels or fraction.
  • At least one of the colloidal silver spheres is replaced with at least one sphere impregnated with a disinfectant agent compatible with human consumption, slow and prolonged release.
  • a disinfectant agent compatible with human consumption, slow and prolonged release.
  • This agent complements the action of silver to ensure the elimination of organisms that take too long to be eliminated by colloidal silver. This mode applies both to the device provided with a single cage and to assemblies of several cages.
  • At least one of the spheres is replaced with at least one sphere impregnated with activated carbon or constituted by activated carbon to absorb or adsorb and eliminate undesirable odors and flavors and to remove excess residual chlorine that It is applied in municipal water supply systems and it has an unpleasant taste and smell.
  • At least one of the spheres is replaced with at least one sphere having at least one ion exchange resin of the cationic type that will remove the dissolved metals in the water or the compounds thereof, such as iron, arsenic or other metals that occur naturally in some regions.
  • At least one of the spheres is replaced with at least one sphere impregnated with zeolites to soften water that has a high hardness.
  • At least one sphere is replaced, preferably that of the central position of one or more levels and in its place at least one piece consisting of a copper and zinc composition in the form of scales or chips is inserted , in order to cause a synergistic effect with colloidal silver to accelerate disinfection.
  • the ceramic spheres receive a punching before cooking to create at least one additional pore of visible size and even in the amount that is physically feasible to occur on the surface.
  • spheres impregnated with colloidal silver are combined with spheres containing ion exchange resins, zeolites, disinfectant or extended release disinfectants, activated carbon or copper and zinc parts in any combination. This combination is defined based on the characteristics of the water of each particular locality.
  • the plastic polymer parts may contain pigments compatible with water for human consumption of different colors that allow determining both the position of each component within the assembly and the type of impregnation contained in the spheres.
  • the float section may have a hollow shape without polymer foam.
  • the ceramic spheres can be replaced by pieces with non-spherical shapes, such as cylinders or figures with flat faces or irregular shapes.
  • ceramic spheres can be formed by mechanical means.
  • the minimum residence time of the water in the storage vessel where the purification device is located is determined.
  • Ion Ag + which represents an ACCEPTABLE POTABILITY TEST It is clear that the storage container is the water tank, tank or other tank used in the home, commercial or other facility without requiring any other water storage element.

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Abstract

Se presenta un dispositivo purificador de agua que se coloca dentro de los depósitos de agua para uso humano en instalaciones domésticas, rurales, comerciales o institucionales. El dispositivo elimina microorganismos y otros agentes biológicos patógenos, usando plata coloidal soportada sobre esferas de cerámica de porosidad controlada y contenidas en un alojamiento de plástico. El dispositivo consiste de un ensamble de piezas o secciones en forma de jaula que alojan esferas de cerámica impregnadas con plata coloidal y una pieza superior que aporta flotabilidad. El conjunto mantiene a las esferas siempre sumergidas y en contacto con el agua. El número de secciones que contienen a las esferas, pudiéndose incrementar para depósitos de mayor capacidad. Algunas de las esferas impregnadas de plata coloidal, pudiéndose sustituir con esferas sometidas a otros tratamientos como carbón activado, zeolitas, resinas de intercambio iónico, desinfectantes de liberación prolongada, esferas metálicas (de cobre y zinc); para eliminar otras impurezas específicas de donde se obtenga el agua. La estructura de las jaulas de alojamiento permite la libre circulación del agua y evita el contacto o choques entre las esferas prolongando su vida útil. El agua tratada que se obtiene es apta para consumo humano y el sistema no requiere energía eléctrica ni bombeo para operar. Los plásticos para construir el ensamble son compatibles con el agua para uso humano, son estables ante la inmersión por largo tiempo y pueden llevar pigmentos para protegerlos contra la radicación solar o para identificar las jaulas que contienen distintos tipos de esferas.

Description

"DESARROLLO DE UN PUR1FICADOR DE AGUA PARA DESINFECTAR EL AGUA CONTENIDA EN LOS DEPOSITOS DE ALMACENAMIENTO Y SUMINISTRO PARA USO HUMANO" CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un dispositivo purificador de agua que se coloca dentro de los depósitos de agua para uso humano en instalaciones domésticas urbanas o rurales, comerciales o institucionales OBJETO DE LA INVENCIÓN
El objeto de la presente invención es hacer un dispositivo para purificación de agua para consumo humano, que elimina los microorganismos y otros agentes biológicos patógenos como bacterias, virus y parásitos. El dispositivo elimina dichos microorganismos y agentes biológicos mediante la utilización de plata coloidal soportada sobre piezas cerámicas de porosidad controlada, cuya forma es esférica o aproximadamente esférica que están sumergidas en el agua contenida en el depósito y por el contacto de las esferas con el agua la plata coloidal genera una reacción electromagnética por medio de la liberación de iones de plata que desinfectan al agua. . Dichas esferas se contienen en un soporte de material plástico que comprende a su vez un elemento flotador para conservar todo el ensamble flotando en la superficie del agua del depósito el ensamble tiene su centro de gravedad en la parte inferior para mantener el ensamble siempre en la misma posición vertical y las esferas permanecen siempre sumergidas en el agua. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En muchas regiones del mundo el agua que se utiliza para consumo humano contiene microorganismos patógenos y otros agentes biológicos que pueden causar infecciones o infestaciones al ser humano. Esto sucede principalmente en regiones donde el agua se obtiene con medios rústicos de fuentes superficiales o subterráneas sin la debida desinfección o potabilización, o inclusive en las áreas urbanas donde la desinfección es incompleta o el agua tratada por los servicios municipales de suministro de agua se contamina durante su transporte, manejo y almacenamiento.
El agua contaminada con agentes patógenos es causa de un gran número de casos de enfermedades causadas por infecciones bacterianas y por parásitos; de estos casos hay un elevado número de personas que fallecen, especialmente niños.
En el estado de la técnica existen múltiples dispositivos y sistemas de purificación y desinfección del agua para consumo humano que aplican una amplia variedad de métodos para eliminar o inactivar los organismos biológicos infecciosos. Se basan en principios de filtración en lechos granulares o medios sólidos, micro filtración, ultra filtración, desinfección con compuestos químicos, cloración, aplicación de yodo o sus compuestos o la aplicación de luz ultravioleta y ozono. Aunque estos métodos son efectivos, requieren el uso de energía eléctrica o de una fuente de agua con cierta presión para hacer pasar el agua a través de los lechos o membranas de filtración y electricidad para generar el ozono o la luz ultravioleta. La cloración requiere el manejo de materiales peligrosos como es el cloro gaseoso y otros compuestos de cloro y dispositivos manuales o automáticos para dosificar el cloro, algún compuesto del mismo como sales de hipoclorito, óxido de cloro u otros compuestos, o productos de yodo o derivados del yodo. Un error humano o una falla del equipo pueden provocar que la desinfección sea insuficiente o que se añada una excesiva cantidad de desinfectante que causa mal olor y sabor del agua o que en altas dosis puede causar algún grado de intoxicación. El uso de yodo se ha propuesto para suplir la necesidad de este elemento para el organismo humano, pero este requerimiento se satisface más fácilmente y con mejor control mediante el uso de sal yodada.
Los métodos a base de membranas de ultrafiltración u ósmosis inversa requieren una alimentación a presión y rechazan una parte del agua que va enriquecida con las impurezas no deseadas o que deben tratarse como aguas residuales. En el caso de la ósmosis inversa se altera el balance de sales que existen naturalmente disueltas en el agua, lo cual es excesivo para las aplicaciones habituales de consumo humano. Tanto las membranas de ultrafiltración como las de ósmosis inversa requieren una atención y mantenimiento frecuentes que las hacen poco deseables para aplicaciones domésticas.
Para utilizar ozono o luz ultravioleta, se requiere electricidad y darle mantenimiento a los equipos que los generan ya que éstos tienen una vida limitada. Esto dificulta o impide su uso en lugares donde hay insuficiente suministro de energía eléctrica y de mano de obra calificada. Con el tiempo, la falta de mantenimiento hace inoperantes estos medios.
La filtración en sus distintos grados requiere atención frecuente para lavar los medios filtrantes, energía para presurizar el agua para hacerla pasar a través de los mismos y controles para evitar el crecimiento de algas y otros organismos sobre los mismos medios.
En ciertos dispositivos para uso doméstico se utilizan cartuchos de gránulos, usualmente de cuarzo triturado así como otros sólidos, impregnados de plata coloidal. Estos dispositivos son muy efectivos por la acción biocida de la plata y sus iones, pero también requieren de presión para que el agua pueda fluir a través de los lechos granulares. La textura superficial de los gránulos aunque es amorfa tiene muy poca porosidad por lo cual la cantidad de plata que se puede depositar es limitada. Con el fin de resolver la situación actual, es que se crea la presente invención.
Entre los dispositivos referidos en el estado de la técnica se mencionan:
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BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 muestra la pieza de alojamiento del flotador.
La Figura 2 muestra la cubierta inferior de la pieza de alojamiento del flotador con las partes de anclaje para fijar la pieza inferior.
Las Figuras 3 y 4 muestran las vistas laterales de la pieza de alojamiento del flotador con las partes en forma de arpón para fijar la pieza inferior.
Las Figuras 5, 6 y 7, 8, 9 y 10 muestran la parte inferior de la jaula de alojamiento de las esferas de cerámica.
La Figura 11 muestra el ensamble desplegado de los componentes del dispositivo
Las Figuras 12 A y 12 B muestran el ensamble parcialmente desplegado con dos secciones de flotación y dos secciones de alojamiento de las esferas de cerámica mostrando sólo una esfera por cada sección en dos etapas de ensamblado.
La Figura 13 muestra el ensamble completo con dos secciones de flotación y dos secciones de alojamiento totalmente armado. Se muestra sólo una esfera por cada sección. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un dispositivo para purificación y desinfección del agua para consumo humano que comprende la utilización de plata coloidal soportada sobre un sustrato cerámico de porosidad controlada, dicho sustrato tiene forma de esferas más o menos regulares las cuales están alojadas en un conjunto de cámaras de soporte muy abiertas que se disponen en forma de columna que se mantiene en posición vertical gracias a que en el extremo superior tiene un flotador hecho de espuma plástica.
La presente invención supera a los dispositivos existentes en el estado de la técnica porque las esferas de cerámica impregnadas de plata coloidal están alojadas en un soporte de material plástico muy abierto en forma de jaulas que permite que las esferas se muevan dentro de sus respectivas cavidades sin tocarse entre sí y dicho soporte tiene una parte superior que comprende un flotador de espuma plástica y el centro de gravedad del conjunto está por debajo de esta parte superior. De esta manera todo el ensamble forma una columna que conserva una posición vertical y las esferas de cerámica impregnadas se mantienen dentro del agua en una posición correcta para exponer el agua al efecto de la plata coloidal.
El soporte de alojamiento comprende varias secciones hechas de al menos un polímero plástico estable a la humedad y adecuado para contacto con agua para consumo humano que, se selecciona de entre las poliolefinas, poliestireno, poliestireno alto impacto, cloruro de poli vinilo grado compatible con agua para consumo humano, terpolímero de acrilo nitrilo butadieno estireno (ABS), poli metil metacrilato, poliéster, Tereftalato de Polietileno (PET), policarbonato u otros polímeros termoplásticos o termofijos compatibles con agua para consumo humano ya sea como único componente o en combinaciones de más de uno. Los polímeros que son susceptibles de degradación por la luz solar se formulan con al menos un pigmento que evita que la luz solar los degrade en las aplicaciones donde puede existir exposición a la luz solar, como son los recipientes abiertos. Estos pigmentos se seleccionan de entre los disponibles en el mercado y que sean compatibles con agua para consumo humano; a manera de ejemplo y no limitativamente, los pigmentos se seleccionan de entre al menos uno de negro de humo, bióxido de titanio, caolín, carbonato de calcio natural o precipitado y otros pigmentos preferiblemente inorgánicos que no contengan metales pesados potencialmente nocivos para la salud humana.
Los polímeros pueden contener o no cargas inertes para mejorar sus pro- piedades mecánicas y su estabilidad según las prácticas conocidas en el estado de la técnica. La forma de las piezas en forma de jaula permite que se acoplen entre sí en múltiplos que se unen a la pieza superior que contiene al flotador, lo cual permite que se puedan añadir varios módulos de esferas para variar la capacidad del dispositivo y usar distintos tipos de esferas. El conjunto de una o más jaulas se mantiene en posición vertical porque el flotador siempre está en la parte superior, más arriba del centro de gravedad.
Las piezas que forman el conjunto son normalmente de color blanco o el natural del polímero para las aplicaciones cuando el conjunto no está expuesto a la luz solar; pero pueden colorearse en el proceso de formado con colorantes compatibles con el consumo humano para identificar si se trata de una sección de esferas con plata coloidal o de otros materiales.
El conjunto que forma al dispositivo en forma de columna no requiere mantenimiento durante su vida útil, los polímeros se seleccionan por su nula toxicidad, por su ausencia de sabor u olor, por no contener compuestos no aceptables para uso humano; a manera de ejemplo el Bis Fenol A o BPA por sus siglas en inglés, y por ser estables al estar sumergidos permanentemente en agua y posiblemente expuestos a la luz solar.
La plata en estado coloidal con la que se impregna a las esferas de cerámica libera iones de plata sistemáticamente al hacer contacto con el agua y los microorganismos que ésta puede contener se ven expuestos a dichos iones de plata. La purificación del agua se logra porque los iones aportados por la plata coloidal rompen la pared celular de los microorganismos, interrumpen su respiración afectando su ADN y evitando su reproducción. Además, por medio de una reacción de óxido-reducción se crea un campo electromagnético y químico que genera un ambiente hostil para virus, parásitos y bacterias.
Las columnas de desinfección están diseñadas para que las esferas de ion plata tengan un máximo contacto con el agua para aumentar su eficiencia y reducir el tiempo requerido para efectuar la desinfección.
Las columnas que integran el dispositivo de desinfección no requieren energía eléctrica ni de otro tipo, no requieren mantenimiento durante su vida útil, no aportan sabor ni olor al agua y carecen de toxicidad. El equipo cumple con las normas para equipos y sustancias germicidas para tratamiento doméstico de agua, como la norma mexicana NOM-244-SSA 1-2008. Bacteriológicamente cumple con las normas de Agua para Uso y Consumo Humano como la norma mexicana NOM-127-SSA1-1994 y con la norma NOM-201 -221 -2002 para Agua y Hielo para Consumo Humano Envasados y a Granel.
Para formar las esferas conviene que su forma no sea estrictamente esférica y lisa, a fin de crear más área superficial y que contenga un mayor número de micro poros de dimensiones controladas. Estas características se favorecen si la cerámica se moldea manualmente, con lo que además se generan empleos en las comunidades rurales.
En ciertas circunstancias, cuando el agua disponible tiene otros contaminantes, a la torre objeto de esta invención se le pueden incorporar otras jaulas con esferas con características distintas como pueden ser carbón activado para adsorber olores, colores y cloro residual, puntos activos con resinas de intercambio iónico para eliminar metales indeseables como arsénico o altos contenidos de hierro, zeolitas para suavizar el agua demasiado dura, etc.
Para formar las esferas, se toma la cantidad requerida de cerámica cruda y húmeda, principalmente alúmina que puede contener óxidos de magnesio, de silicio, de zirconio y otros compuestos cuya selección no afecta ni limita en forma alguna el alcance y novedad de la presente invención, y se le da forma esférica manualmente. Se someten a secado bajo condiciones controladas de temperatura y humedad, entre 10°C y 80°C y más específicamente entre 18°C y 40°C y entre 5% y 70% de humedad relativa y más específicamente entre 10% y 50% de humedad en el aire, para alcanzar una humedad en la cerámica de entre 0.5% y 20% y más específicamente entre 0.5% y 10%. Se calcinan parcialmente y se vuelven a añadir más capas de cerámica cruda y se secan y calcinan varias veces hasta alcanzar el tamaño deseado de entre 20 y 45 mm de diámetro. Finalmente se confirma la porosidad mediante un proceso de adsorción y finalmente por inspección por microscopía. El objetivo es lograr una estructura de alúmina gamma por su alta porosidad.
Las esferas de cerámica se impregnan mediante un proceso conocido en el estado del arte con una solución de una sal soluble de plata, que comprende al menos uno de nitrato de plata, tiosulfato de plata, tiosulfato doble de sodio y plata u otra sal de plata soluble.
PREPARACIÓN DE LA CAPA DE PLATA COLOIDAL
En un recipiente inerte (vidrio, metal vidriado o plástico) se prepara una solución de la sal o sales de plata a una concentración de entre 20% y 50% de plata coloidal. Las esferas calcinadas y además secas se sumergen en dicha solución de una sal de plata preparada de conformidad con el párrafo anterior, se extraen y se secan. Posteriormente se reduce la plata a plata elemental en estado coloidal mediante un reactivo reductor en ausencia de aire. Esta operación se repite de 2 a 5 veces hasta que se logra el espesor y uniformidad deseados de la película de plata coloidal.
La calidad y contenido de plata en la impregnación se ha confirmado por análisis mediante fluorescencia de rayos X; las pruebas demostraron que la concentración de plata coloidal en las esferas se mantiene en valores efectivos hasta pasados los 2.7 años de exposición en el agua.
Por último, las esferas se secan a una temperatura decreciente de 350°C a 60°C y más específicamente de 300°C a 80°C en atmósfera reductora para fijar la impregnación de plata coloidal. Como es conocido para un técnico en la materia, existen otros procesos de impregnación de cerámicas con plata coloidal; sin embargo, la selección del proceso de impregnación no limita en forma alguna el alcance y novedad de la presente invención.
Así mismo, para un técnico en la materia es conocido que existen otros tipos de cerámicas que se pueden utilizar para soportar la plata coloidal, como por ejemplo las cerámicas que contienen óxidos de magnesio, de silicio, de zirconio y otros compuestos; sin embargo, la selección de la composición de la cerámica que se usa para fabricar las esferas no limita en forma alguna el alcance y novedad de la presente invención.
En el estado del arte existen dispositivos de desinfección de agua que también utilizan sustratos impregnados con plata coloidal. Sin embargo, a diferencia tales dispositivos, el procedimiento de la presente invención produce una mayor porosidad de la cerámica que permite aportar más puntos activos de plata coloidal y una reserva mayor de plata para extender la vida útil de las esferas.
Cabe aclarar que la técnica aplicada en la presente invención buscar sobre todo incrementar la porosidad de las esferas y el área total de poros, en lugar de pretender un incremento en la dureza y resistencias térmica y mecánica de las esferas como se hace en diversas aplicaciones, ya que las condiciones de trabajo para la presente invención no incluyen turbulencias elevadas, altas temperaturas, choques térmicos ni fricción entre las esferas porque las jaulas que las contienen evitan el contacto o choques entre ellas o con otras superficies duras, y la temperatura de trabajo es siempre ambiente o algo inferior a la ambiente del lugar donde se instale el depósito de agua.
La presente invención se distingue además porque las esferas se encuentran alojadas en las jaulas de plástico y el agua no tiene que pasar a través de un lecho de material granular o esferas contenidos dentro de un recipiente o cartucho como ocurre en otros dispositivos. De esta manera el dispositivo objeto de la presente invención no requiere energía de ningún tipo ni presión para que el agua pase a través de los soportes que alojan a las esferas. Por lo tanto, el recipiente de almacenamiento de agua puede ser llenado con una instalación fija para usar agua municipal, o con mangueras o vaciando en él recipientes portátiles,
Una vez que ha transcurrido el tiempo mínimo para la eliminación de los organismos patógenos, el dispositivo permanece en el recipiente de almacenamiento ya que sus componentes activos no imparten al agua ningún olor, sabor ni otras características indeseables y además impide una posible reinfección si pudiera entrar al recipiente cualquier material que transporte a los organismos patógenos.
MODALIDADES DE LA PRESENTE INVENCIÓN
En la modalidad preferente de lá presente invención el dispositivo se integra mediante una pieza hueca de plástico 100 con forma de paralelepípedo o cilindrica que contiene una pieza de espuma de plástico 122 de poro cerrado como flotador formando una jaula de flotación. La tapa 104 y pared 105 de esta pieza se ensamblan entre sí mediante uniones de oreja y ranura en forma de arpón 101 o juntas a presión sin que necesariamente haya adhesivos. La espuma de plástico puede ser de cualquier polímero espumable y compatible con el agua para uso humano sin que el material de la misma afecte la novedad o alcance de la presente invención. A manera de ejemplo no limitativo, el material de la espuma se selecciona de entre al menos uno de polietileno expandido, poliestireno expandido, u otros polímeros espumables y estables ante la inmersión permanente en agua.
Debajo de la caja de flotación se ensambla con uniones a presión una jaula de paredes abiertas 13 que tiene cinco compartimentos abiertos y provistos de separadores entre sí que mantienen las esferas sin hacer contacto unas con otras. En cada compartimento se coloca una esfera de cerámica 123 para tratar el agua. Las uniones a presión son suficientemente fuertes para impedir que el conjunto se desarme accidentalmente. Al impedirse el contacto entre las esferas, se evita además que se degraden por erosión o abrasión con el movimiento propio del agua al llenarse y vaciarse el recipiente de almacenamiento. El conjunto tiene una flotabilidad que hace que la parte superior esté en la superficie del agua y la jaula con esferas esté totalmente sumergida, con el conjunto en posición vertical estable.
En una segunda modalidad de la presente invención, se coloca una o más jaulas 113 debajo de la primera extendiendo la longitud del conjunto. En cada jaula adicional se pueden colocar hasta cinco esferas con plata coloidal para incrementar la capacidad de tratamiento para volúmenes mayores de agua. Si el número de jaulas o niveles de esferas excede de 4, se añade una sección adicional de flotador en una proporción de una sección de flotador por cada 4 niveles o fracción.
En una tercera modalidad de la presente invención, se sustituye al menos una de las esferas de plata coloidal con al menos una esfera impregnada con un agente desinfectante compatible con el consumo humano, de liberación lenta y prolongada. Este agente complementa la acción de la plata para asegurar la eliminación de organismos que tardan demasiado tiempo en ser eliminados por la plata coloidal. Esta modalidad aplica tanto para el dispositivo provisto de una sola jaula como para ensambles de varias jaulas.
En una cuarta modalidad de la presente invención, se sustituye al menos una de las esferas con al menos una esfera impregnada con carbón activado o constituida por carbón activado para absorber o adsorber y eliminar olores y sabores indeseables y para remover el exceso de cloro residual que se aplica en los sistemas municipales de suministro de agua y que tiene un sabor y olor poco agradables.
En una quinta modalidad de la presente invención, se sustituye al menos una de las esferas con al menos una esfera que tiene al menos una resina de intercambio iónico del tipo catiónica que removerá los metales disueltos en el agua o los compuestos de los mismos, como hierro, arsénico u otros metales que ocurren en forma natural en algunas regiones.
En una sexta modalidad de la presente invención se sustituye al menos una de las esferas con al menos una esfera impregnada con zeolitas para suavizar el agua que tiene una elevada dureza.
En una séptima modalidad de la presente invención se sustituye al menos una esfera, preferiblemente la de la posición central de uno o varios niveles y en su lugar se inserta al menos una pieza constituida por una composición de cobre y zinc en forma d escamas o virutas, con la finalidad de provocar un efecto sinérgico con la plata coloidal para acelerar la desinfección. En una octava modalidad de la presente invención las esferas de cerámica reciben un punzonado antes de su cocimiento para crearles al menos un poro adicional de tamaño visible y hasta en la cantidad que físicamente sea factible de producirse en la superficie.
En una novena modalidad de la presente invención se combinan esferas impregnadas con plata coloidal con esferas que contienen resinas de intercambio iónico, zeolitas, desinfectante o desinfectantes de liberación prolongada, carbón activado o piezas de cobre y zinc en cualquier combinación. Dicha combinación se define en función de las características del agua de cada localidad en particular.
En una décima modalidad de la presente invención las partes de polímero plástico pueden contener pigmentos compatibles con el agua para consumo humano de distintos colores que permiten determinar tanto la posición de cada componente dentro del conjunto como el tipo de impregnación que contienen las esferas.
En una décima primera modalidad de la presente invención la sección de flotador puede tener una forma hueca sin espuma de polímero.
En una décima segunda modalidad de la presente invención las esferas de cerámica pueden ser sustituidas por piezas con formas no esféricas, tales como cilindros o figuras con caras planas o formas irregulares.
Én una décima tercera modalidad de la presente invención las esferas de cerámica se pueden formar mediante medios mecánicos.
PRUEBAS
Para evaluar la efectividad de las esferas cerámicas impregnadas de plata coloidal se hicieron pruebas para determinar el tiempo en que en una muestra de agua inoculada con microorganismos Coliformes y / o Mesófilos aerobios se reduce el conteo al valor permitido en la norma mexicana NOM-244-SSA1-2008.
Con los datos de efectividad se determina el tiempo mínimo de residencia del agua en el recipiente de almacenamiento donde se encuentra el dispositivo de purificación.
Tabla 1
Resumen del promedio de tres determinaciones para Coliformes totales y Mesófilos aerobios con respecto a la NOM-244-SSA1-2008 del sistema de iones de plata coloidal soportada en el sustrato cerámico en forma de esferas denominado ION Ag+. Las pruebas fueron realizadas por el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua.
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De los resultados de estas pruebas se concluye:
a) El parámetro de Coliformes totales que considera la norma presentó un promedio de 99.99% de reducción bacteriana empleando el sistema Ion Ag+, lo cual representa una PRUEBA DE POTABILIDAD ACEPTABLE.
b) El parámetro de Mesófilos aerobios que considera la norma presentó un promedio equivalente al 98.5% de reducción bacteriana empleando el sistema
Ion Ag+, lo cual representa una PRUEBA DE POTABILIDAD ACEPTABLE Cabe aclarar que el recipiente de almacenamiento es el tinaco, cisterna u otro depósito que se utilice en la vivienda, instalación comercial o de otro tipo sin requerir de ningún otro elemento de almacenamiento de agua.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano, que se coloca dentro de depósitos de almacenamiento de agua tales como tinacos y/o cisternas, caracterizado porque comprende:
un elemento superior, que posee forma de paralelepípedo o cilindro, el cual se encuentra interconectado a un elemento inferior y en cuyo interior se aloja un flotador;
un elemento inferior que se interconecta al elemento superior mediante uniones a presión;
a) menos un flotador, que se coloca en el interior de! elemento superior, el cual se utiliza para dar flotabilidad al dispositivo y permite que éste se mantenga en posición vertical;
al menos un soporte de alojamiento que se encuentra interconectado af elemento inferior mediante uniones a presión, el cual tiene forma de jaula abierta y posee al menos una cavidad, en donde se aloja en su interior a un elemento de desinfección; y,
al menos un elemento de desinfección, que se aloja en el interior de una cavidad del soporte de alojamiento y el cual posee una forma preferentemente esférica;
en donde la cavidad del soporte de alojamiento donde se encuentra alojada el elemento de desinfección evita el desgaste de dicho elemento de desinfección, asegurando la máxima exposición de dicho elemento de desinfección al agua que va a ser purificada y desinfectada;
en donde debido a la forma que posee el soporte de alojamiento, se pueden acoplar varios soportes de alojamiento en dirección vertical, formando una columna, lo que permite adecuar la capacidad del presente dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano; y,
en donde dicho dispositivo se mantiene en una posición vertical estable debido a su centro de gravedad se encuentra por debajo del flotador.
2, Un dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano, de conformidad con la reivindicación 1, en donde el elemento de desinfección es un elemento de material cerámico de tipo gamma, de porosidad limitada, recubierto por plata coloidal, el cual libera iones de plata al contacto con el agua, en donde dichos iones rompen la pared celular de los microorganismos y evitan su reproducción, asimismo al contacto con el agua, se genera un potencial de óxido-reducción que crea un campo electromagnético y químico el cual provoca un ambiente hostil para los parásitos y bacterias e inclusive para los virus.
3. Un dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano, de conformidad con la reivindicación 2, en donde el material de recubrimiento de al menos el elemento de desinfección además de plata coloidal, contiene un agente desinfectante de liberación lenta y prolongada con acción bactericida sinérgica con la acción de la plata coloidal.
4. Un dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano, de conformidad con la" reivindicación 1, en donde el elemento de desinfección es un elemento con carbón activado absorbente de olores, sabores y cloro residual.
5. Un dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano, de conformidad con la reivindicación 1, en donde el elemento de desinfección es un elemento con resinas de intercambio iónico de tipo catiónico, seleccionadas por su capacidad de remover metales pesados presentes en el agua a tratar.
6. Un dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano, de conformidad con la reivindicación 1, en donde el elemento de desinfección es un elemento que contiene suavizadores del agua de acción prolongada seleccionados de entre la familia de las zeolitas.
7. Un dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano, de conformidad con la reivindicación 1, en donde el elemento de desinfección se sustituye por un elemento conformado por una composición de cobre y zinc en forma de escamas, rebabas o virutas metálicas.
8. Un dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano, de conformidad con las reivindicaciones 2 a 7, que contiene distintas combinaciones de elementos de desinfección en uno o más soportes de alojamiento.
9. Un dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano, de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dicho flotador se encuentra construido de un material plástico espumable seleccionado preferentemente de entre polietileno expandido y/o poliestireno expandido.
10. Un dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano, de conformidad con la reivindicación 1, en donde dicho dispositivo no requiere del flotador para mantener su capacidad de flotación.
11. Un dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano, de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el elemento superior, el elemento inferior y el soporte de alojamiento se encuentra construidos de un material plástico que se selecciona del grupo que comprende poliolefinas, poliestireno, poliestireno de alto impacto, cloruro de polivinilo grado compatible con agua para consumo humano, terpolímero de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), polimetil metacrilato, poliéster, tereftalato de polietileno (PET), policarbonato, poliamidas, u otros polímeros termoplásticos o termofijos compatibles con agua para consumo humano, ya sea como único componente o en combinaciones de más de uno, y en donde los polímeros pueden contener o no contener cargas inertes para mejorar sus propiedades mecánicas y su estabilidad.
12. Un dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano, de conformidad con la reivindicación 11 , en donde dichos polímeros pueden contener pigmentos para evitar su degradación debido a la luz solar, en donde dichos pigmentos se seleccionan de entre el grupo conformado por negro de humo, bióxido de titanio, caolín, carbonato de calcio natural o precipitado.
13. Un dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano, de conformidad con la reivindicación 11 , en donde los polímeros contienen pigmentos de distintos colores, compatibles para el consumo humano, que permiten determinar tanto la posición de cada elemento polimérico (elemento superior, elemento inferior y/o soporte de alojamiento) dentro del dispositivo así como el tipo de elemento de desinfección que contiene cada soporte de alojamiento.
14. Un dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano, de conformidad con la reivindicación 1 , en donde si el número de soportes de alojamiento es mayor a 4, se añade un flotador adicional por cada 4 soportes de alojamiento, con el fin de mantener la efectividad y flotabilidad de dicho dispositivo.
15. Un dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano, de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el elemento de desinfección presenta una forma no esférica, tal como cilindros o cuerpos con caras planas o cuerpos amorfos.
16. Un método para elaborar un elemento de desinfección de un dispositivo para purificación y desinfección de agua para consumo humano, caracterizado porque comprende las etapas de:
moldear a partir de cerámica cruda y húmeda, preferiblemente de alúmina, la forma del elemento de desinfección en tamaños crecientes capa por capa, con lo que se obtiene una forma esférica no perfecta ni lisa, lo cual produce una mayor área superficial, con una cantidad mayor de microporos, en donde dicha cerámica cruda puede contener óxidos de magnesio, de silicio, de zirconio y otros compuestos; secar bajo condiciones controladas de temperatura y humedad, los elementos de desinfección que aún no alcanzan el tamaño deseado, en donde los valores de temperatura utilizados se encuentra'entre 10°C y 80°C, y más específicamente entre 18°C y 40°C, y los valores de humedad relativa se encuentran entre 5% y 70%, y más específicamente entre 10% y 50% de humedad;
calcinar los elementos de desinfección, una vez que la cerámica ha alcanzado una humedad en de entre 0.5% y 20%, y más específicamente entre 0.5% y 10%; repetir cíclicamente las etapas de secado y calcinación, añadiendo cada vez, una capa de cerámica hasta alcanzar un tamaño de elemento de desinfección de entre 20mm y 45mm de diámetro, y más específicamente de 25mm; y,
una vez obtenido el tamaño deseado, confirmar la estructura de alúmina gamma y la porosidad mediante un proceso de adsorción y finalmente por inspección por microscopía.
17. Un método para elaborar un elemento de desinfección, de conformidad con la reivindicación 16, en donde los elementos de desinfección, en su forma suave, reciben un punzonado antes de su calcinación, para generar al menos un poro adicional de tamaño visible y hasta en la cantidad que físicamente sea factible de producirse en su superficie.
18. Un método para elaborar un elemento de desinfección, de conformidad con la reivindicación 16, en donde la etapa de moldeado se realiza con medios mecánicos.
19. Un método para recubrir un elemento de desinfección obtenido de acuerdo al método descrito en la reivindicación 16, caracterizado porque comprende las etapas de:
sumergir el elemento de desinfección en una solución acuosa de una sal de plata soluble que se prepara disolviendo en agua, la sal de plata seleccionada de entre al menos uno de nitrato de plata, tiosulfato de plata u otra sal soluble a una concentración de entre 20% y 50% de plata coloidal, que se deja secar y cristalizar sobre el elemento de desinfección, la cual posteriormente se reduce a plata coloidal elemental mediante un reactivo reductor en ausencia de aire, en donde dicha etapa se repite de 2 a 5 veces hasta lograr el espesor y uniformidad deseados de la película de plata coloidal; secar el elemento de desinfección a una temperatura decreciente de 350 a 60°C y más específicamente de 300°C a 80°C en una atmósfera reductora para fijar la impregnación de plata coloidal.
20. Un método para recubrir un elemento de desinfección obtenido de acuerdo al método descrito en la reivindicación 16, caracterizado porque comprende las etapas de:
preparar una solución de una sal de plata que comprende al menos uno de nitrato de plata, tiosulfato de plata, tiosulfato doble de plata y sodio u otra sal soluble de plata a una concentración de entre 20% y 50% de plata coloidal;
sumergir el elemento de desinfección calcinada en la solución obtenida en la etapa anterior;
extraer el elemento de desinfección de la solución;
secar el elemento de desinfección;
reducir la plata a plata elemental en estado coloidal mediante un reactivo reductor en ausencia de aire, en donde esta etapa se repite de 2 a 5 veces hasta que se logra el espesor y uniformidad deseados de la película de plata coloidal sobre el elemento de desinfección.
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