WO2021081681A1 - Sistema de separación de líquidos y sólidos - Google Patents
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Definitions
- the field of application of the present system includes industrial applications in the separation of liquids and dissolved solids or liquids with solutes from a solution.
- industrial water treatment of liquid industrial waste, treatment of liquids from the mining operation (such as electrolyte), treatment of agricultural water, treatment of sea water for the desalination process, treatment of tailings dams for water recovery, treatment of deposition ponds, treatment of brackish ponds, and brines, (such as the lithium carbonate purification process), among others.
- the application CN203938560 is presented, which mentions a utility model related to a domestic wastewater treatment system for a ship.
- the system consists of a sewage storage tank, a grinding pump, a biochemical reaction device, an electrical flocculation treatment device, a membrane filter, a waste return slot, an incinerator, a disinfection device. electrocatalytic and an electrical supply control device.
- document US201566383 is presented where a procedure and the treatment plant for industrial and / or drinking wastewater is seen through electrochemical methods and advanced oxidation processes, where the main treatment consists of electro-coagulation, electro-oxidation and electroflotation by action of sets of metal electrodes made of stainless steel, steel and aluminum respectively, with parallel disinfection / oxidation with ozone, UV irradiation and ultrasonic treatment, as well as recirculation in the electromagnetic field.
- document RU2008112628 is presented where the invention is related to devices for the electrochemical purification of water and can be used in the home for the subsequent treatment of tap water, as well as for the purification of natural water and the contribution of physical and chemical, sanitary and organoleptic properties to the needs of drinking water.
- the device aims at an electrochemical purification of water.
- document US6139717 was found, which defines a process and apparatus for treating water.
- the apparatus has a grounding electrode and a pair of application electrodes connected to a direct voltage source through a register and first and second high frequency switches controlled by a high frequency switching circuit, to convert the voltage DC voltage source in AC voltage that will be fed to the application electrodes.
- the high-frequency switching circuit of the command switch is connected to a first high-frequency oscillation circuit connected to a control circuit that is controlled by a second high-frequency oscillation circuit, to provide a signal that randomly changes in frequency. as the output signal of the first high-frequency oscillation circuit.
- the second high-frequency oscillation circuit also controls a flip-flop circuit connected to the first high-frequency oscillation circuit, to add portions of sharp and momentary frequency jitter in the random frequency shift signal of the first oscillation circuit.
- the present development corresponds to a resonance separation system for liquids and solids that comprises conductive electrodes (12) that produce the phenomena of electro-coagulation and electro-flocculation within an electrically isolated tank where the fluid to be separated.
- the system includes the connections of the conductive electrodes to a PCB (Printed Circuit Board), which in turn includes microcontrollers, an electrical connection and their operation algorithms, as well as AC / DC power sources that provide energy. required for the control and separation process.
- PCB printed Circuit Board
- the present development also includes a method of operation of the indicated system, where: Pre-evaluation of the liquid: the liquid to be separated is previously evaluated electrochemically where a minimum conductivity of 2 mS / m of the liquid to be separated is required.
- the pH can be measured to know the acidity of the liquid.
- the liquid comprises acids
- a change from electrodes to titanium electrodes coated with Tantalum, Ruthenium or other conductive material is required.
- a suitable frequency program for the electrodes is selected and the conductive electrodes are immersed and the conductive electrodes are activated in the very low frequency range (VLF) generating a physical modification that separates the liquid. of the precipitate remaining in a condition of indissolubility due to the phenomena of electro-flocculation and electro-coagulation (phase change in solubility).
- VLF very low frequency range
- the activation of the electrodes leads to the generation of 6 specific work cycles designed for each of the frequencies used. Where the system generates pulses of energy less than 2 milliseconds within a duty cycle.
- Conductive electrode An electrode is an electrical conductor, made of materials that allow current to flow through them, used to make contact with a non-metallic part of a circuit. On the other hand, the conductive level electrodes come into contact with a conductive liquid, where a small alternating current begins to flow.
- conductive electrodes from the group of aluminum, titanium, stainless steel, ruthenium, tantalum or other conductive material are used, preferably aluminum or electrodes coated, for example, with a titanium core coated with tantalum.
- Electro-flocculation Agglutination of colloidal substances present in a solution, thus facilitating their decantation and subsequent filtration as a result of the delivery of electrical energy to a solution.
- Electro-coagulation Generation of electrical charges in the particles or solids dissolved in a solution product of the delivery of electrical energy to this solution in order to generate the conditions for these particles or solids to group electrically.
- Duty Cycle It is the relationship that exists between the time that the signal is in active state and the period of maintenance of the same signal.
- Frequency is a quantity that measures the number of repetitions that an event can have per unit of time.
- VLF Very low frequencies whose wavelength is very large in the range from 1 Hz to 250 Hz and their corresponding even sub-harmonics.
- a microcontroller is an integrated circuit that inside contains a central processing unit (CPU), memory units (RAM and ROM), input and output ports and peripherals, such as the PIC16F87X family, where include PIC16F876X, PIC16F877X, PIC16F873X and PIC16F874X from microchip® or similar capabilities, among others.
- CPU central processing unit
- RAM random access memory
- ROM read-only memory
- input and output ports and peripherals such as the PIC16F87X family, where include PIC16F876X, PIC16F877X, PIC16F873X and PIC16F874X from microchip® or similar capabilities, among others.
- the system that comprises four parts that interact with each other: the electrodes; the controller; the operation algorithm; a pond and optionally a device for extracting flocs and precipitates.
- the previously named electrodes comprise a quantity from a single pair of electrodes to a quantity of electrodes that complies with the ratio of 0.25 m 2 of electrode for one m 3 of pond capacity, preferably 2 conductive electrodes.
- Conductive electrodes are defined as an electrical conductor used to make contact with a non-metallic part of an aqueous solution, which are made of conductive materials, of Metallic, composite ceramic or polymeric materials, preferably aluminum, have a surface area in the range of 0.01 to 2m 2 .
- the electrodes must be positioned at a height from the base of the container between 5 cm to 25 cm, preferably 10 cm and at a distance from the walls of the container between 10 cm to 50 cm, preferably 40 cm.
- the electrodes are connected to a solid state electronic device, which comprises:
- This module comprises an integrated control element that is equipped with a microcontroller and peripheral elements (Input and Output Gates, (8 bits or more) Analog-Digital converters, Digital-analog converters and Output of internal oscillators, among others).
- This module stores all the programs and mathematical control algorithms, the generation of the different frequencies of the oscillators, the different duty cycles and the operating conditions of the system. The way it works is through the reception of energy from the power source (6) and the adaptive voltage programming module (2).
- the module is characterized by receiving information on the operation of frequencies and duty cycles from the adaptive voltage programming module (2) and generates the trigger control signals to be used by the power module (3).
- This module has an energy transformation element, rectifier, which is responsible for transforming alternating current energy into direct current energy and also has a distribution system of the same current, which allows supplying the energy required by the module. control (1), and all the rest of the modules. It includes an energy backup system (9) to be able to keep the critical parameters under control and constant supervision at all times, even in the event of a voltage variation of the power supply or total absence of energy.
- This module has two fundamental functions, the first is to program the different modes of operation externally without the need to access the PIC microcontroller.
- This function can be performed by accessing the integrated programming switches (mini Dips) that this module consists of.
- the equipment has an element that, when activated, generates a command response specially arranged for this purpose.
- the second function incorporated in this module consists in the adaptation of the voltages required by the microcontroller for its correct operation. Finally, it is the module in charge of supplying the trigger signals to the power module (3).
- This module has the specific function to directly supply the conductive electrodes (12). It consists of at least four independent channels (13) mounted on a connection strip (5) and their signals are isolated from the integrated control element (1).
- Each channel has a set of high power transistors which are activated by the signals generated by the integrated control element (1) and adapted through the voltage programming and adaptation module (2).
- the working algorithm considering the frequency inversion, operates under 6 basic processes that are integrated and related to each other, which are called mode 10, mode 20, mode 30, mode 40, mode 50 and mode 60.
- mode 10, mode 20, mode 30, mode 40, mode 50 and mode 60 6 basic processes that are integrated and related to each other, which are called mode 10, mode 20, mode 30, mode 40, mode 50 and mode 60.
- the system has the ability to perform a frequency inversion to be able to “wash” the electrodes and thus increase their useful life.
- the working algorithm by being able to send the different working modes to the electrodes, achieves on the suspended solids or dissolved solids of the liquid to be treated, a phenomenon called molecular resonance, generating that these solids modify their structure thus achieving their separation, also this This phenomenon is called dynamic electro-flocculation or dynamic electro-coagulation.
- Another phenomenon that occurs in resonance separation is the generation of bubbles by the electrodes, this helps the movement of the electro-flocculated or electro-coagulated solids to the surface of the tank.
- the system comprises one or more containers or treatment tanks, non-metallic, preferably plastics, epoxy resins, fiberglass, suitable to withstand a volume of liquid from 0.1 cubic meters to 1 million cubic meters, to be processed in the form of Bach, without excluding the treatment continuously.
- the containers can comprise cylindrical, rectangular, conical shapes with decanters, irregular shapes that adapt to the terrain where they are placed, preferably cylindrical, among others.
- the tank also includes inlets and outlets for the liquid to be treated, foam outlets, solid outlet and optionally a device for extracting flocs from the surface (16).
- the system may also optionally comprise devices for separating the flocs from the surface, within which there may be mentioned, pallet separators, rotary separators, overflow separators, although for this development, pallet separators will be preferred.
- the algorithm is also capable of generating new processes and work cycles in real time, according to the current and temperature measured in the conductive electrodes.
- the solid-state electronic device begins by scanning through the different modes, where within each mode, infinitesimal current pulses are produced where the ionic and covalent bonds of the dissolved solids in the sample are broken and reformed, thus generating larger flocs capable of being separated; e) formation of precipitated and / or electro-coagulated solids for their extraction from the target liquid; f) formation of bubbles pushing the electro-flocculate to the surface of the tank: g) extraction of the electro-flocculated solid to the surface of the tank, leaving the liquid clean; and h) phase inversion, only with modes 1, 2 and 3, on the electrodes to wash them, thus increasing their useful life.
- step d as an example, if the value of 35 is taken as a reference in the previous diagram of figure 5/9, it is noted that there are 3 modes under this value, mode 10, mode 20 and mode 30.
- mode 40 there are 3 modes on that value 35, this is mode 40, mode 50 and mode 60.
- This configuration of modes has a relevant importance because the mathematical algorithms they can be associated and take a relative reference, differentiating the modes as "positive” or “negative” with respect to the reference value mentioned, by way of example, of 35 in the mode diagram.
- each mode can have an independent work cycle, which directly influence the power module, and this in turn, on the electrodes and finally the electrodes acting directly on the liquid to be separated, it can have different "polarities" associated with different frequencies and different duty cycles.
- the liquid or solution to be treated enters the treatment tank (14), through the inlet area of the liquid to be treated (32).
- the solid state electronic device (15) begins to carry out the first operating sequences with the pre-established modes (fig 5/9), taking the current references provided by the same conductive electrodes (12), through the programming status of the minidips (24) and their connectors (30).
- the conductive electrodes (12) receive the energy provided by the power transistors (17) through their power output terminals (18), whose signals and voltage levels are adapted and activated by the driver command transistors (20 ). This is done, once the microcontroller (1) activates the programming signal through its button (29) and the voltage regulators (26) are activated.
- the microcontroller (1) performs the measurements and analysis of operating parameters such as the different modes and work cycles, and the treatment process begins, according to the control algorithms, (whose description is set forth in the next paragraph). Once some time has elapsed (10 minutes approximately) and the level of the liquid to be treated has reached its maximum level, the generation of foam product of the same treatment (dynamic flocculation) is extracted from the treatment tank (14) by the zone foam outlet (31).
- the solid-free treated liquid (dynamic coagulation and precipitation) is extracted through the outlet zone of the treated liquid (31) of the tank.
- the precipitated solids are extracted by the solids outlet zone (34) specially arranged for this purpose.
- the separation of the electrodes is carried out through plastic bolts and spacers (35) and adjusted by plastic nuts (36), made of non-conductive material.
- This figure presents a diagram of modes applied in different samples for the separation of liquids from solids, where modes 10, 20, 30 represent the phase inversion of the frequencies used, with respect to a reference value 35.
- the modes are dimensionless values, where each mode has a dynamic frequency associated with it. If the diagram is analyzed, it can be seen that the sequence of modes "10, 20, (phase reversal) 60, 40, 50, 60, 40, 50, (in phase) 30, 10 (phase reversal)", throughout the entire diagram repeatedly, this is gives because this sequence corresponds to one of the six basic operating processes of the system.
- Figure 6/9
- F1 is in phase and its corresponding phase inversion is F1 with superscript
- F2 is in phase and its corresponding phase inversion is F2 with superscript
- F3 is in phase and its corresponding phase inversion is F3 with superscript
- - mode 1 follows the next scale pattern 10
- mode 2 follows the next scale pattern 20
- mode 3 follows the next scale pattern 30
- mode 4 follows the next 40 scale pattern
- 5 follows the next 50 scale pattern
- mode 6 follows the next 60 scale pattern.
- Figure 7/9 This figure presents a graphic representation of the duty cycles on a sample, where the modes with their respective micro-pulses and the samples per second are related.
- Figure 8/9 This figure shows a zoom of a section of the graph of figure 7/9, where mode 60 is clearly seen.
- This figure presents the integration between the mode diagram and the associated duty cycle diagram, where the relationship produced in a given duty cycle is shown, with respect to the mode used at that time. It can be noted that for the same mode there are different work cycles, which correspond to different substances present in the liquid to be treated. This means that there will be different work cycles automatically fed back as a result of the temperature and current measurements, and their analysis by the control algorithm.
- Example of treatment of liquid industrial waste (RILES) 2 This test was carried out with effluents from a company that is dedicated to preserving fruit, in 1 cubic meter (EBC) ponds, with four aluminum electrodes located at the corners of the pond. Sampling for laboratory analysis was carried out in the first third from the base of the tank on one of its lateral faces. The temperature was measured with an infrared thermometer, the total dissolved solids (TDS) were measured with a sedimentation cone (laboratory), COD (chemical oxygen demand, also in the laboratory) and the pH with an equipment to measure pH std. and the conductivity was continuously delivered by the developed system. The tests were developed by an external Eurofins GCL laboratory under national regulations DS 90, DS 46 and DS 609 for liquid waste.
- EBC cubic meter
- the temperature was measured with an infrared thermometer, the total dissolved solids (TDS) were measured with a sedimentation cone (laboratory), COD (chemical oxygen demand, also in the laboratory), the different measured counterions (Chloride, nitrate, ratio nitrate / nitrite and sulfate were measured in the external laboratory) and the pH with a kit to measure pH std. and the conductivity was continuously delivered by the developed system.
- the tests were developed by an external Eurofins GCL laboratory under national regulations DS 90, DS 46 and DS 609 for liquid waste.
- Table III The results of the upper table of this experience (half a cubic meter of sample) clearly show that waters already treated by reverse osmosis (raw water), but which do not manage to reach satisfactory sanitary levels for counter ions or for water hardness, When exposed to the present development for 120 minutes, they manage to decrease chloride levels by 17%, nitrates by 10%, the nitrite / nitrate ratio by 11%, TDS by 11.2% and sulfate by a 16.2%.
- the previously exposed minerals were measured using the 2007-MetAlt (19) IC (Nitrate, Nitrate / nitrite ratio, Chloride and Sulfate) method and the ME31 -MetOf (8) method for the measurement of total dissolved solids.
- this technology can be used to recover elements that are in low concentration in already spent electrolytes (after the electrowinning process) or in percolated liquids from stacks of material already used to subsequently optimize electrowinning.
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Abstract
El presente desarrollo corresponde a un sistema con componentes electrónicos para fines de tratamiento de fluidos o soluciones de alta concentración o suspensiones con solutos, tales como el tratamiento de aguas residuales, la obtención de elementos valiosos que forman parte de un fluido, desalinización de agua de mar, entre otros procesos. Donde el sistema comprende electrodos, tanque, dispositivo electrónico de estado sólido, un algoritmo para el manejo del sistema y opcionalmente un dispositivo de extracción de sólidos. El presente desarrollo también pretende proteger un procedimiento de tratamiento de los fluidos o soluciones donde en forma general, se ven involucradas dos etapas en forma conjunta o secuencial, donde primero se produce una electro-coagulación dinámica y después una electro-floculación dinámica, con el fin de separar los líquidos de los sólidos disueltos o con solutos desde una solución.
Description
SISTEMA DE SEPARACIÓN DE LÍQUIDOS Y SÓLIDOS
CAMPO DE APLICACIÓN
El campo de aplicación del presente sistema comprende aplicaciones industriales en la separación de líquidos y sólidos disueltos o líquidos con solutos desde una solución. Dentro de las aplicaciones de esta tecnología se puede mencionar el tratamiento de aguas industriales, tratamiento de residuos industriales líquidos, tratamiento de líquidos de la operación minera (tal como electrolito) tratamiento de aguas agropecuarias, tratamiento de agua de mar para el proceso de desalación, tratamiento de tranques de relave para recuperación de agua, tratamiento de lagunas de deposición, tratamiento de lagunas salobres, y salmueras, (tal como, el proceso de purificación de carbonato de litio), entre otros.
Es importante mencionar que la única condición que deben tener los líquidos para ser tratados por esta tecnología es que deben tener un mínimo de conductividad, a partir de los 2 mS/m, lo que prácticamente se da en la totalidad de los casos previamente mencionados.
DESCRIPCIÓN DEL ESTADO DEL ARTE PREVIO
En general el estado del arte menciona en particular varias patentes que protegen no un sistema físico particular sino un conjunto de dispositivos y métodos que permiten una funcionalidad particular.
Existen una serie de documentos los cuales caen dentro del campo general del tratamiento de los residuos líquidos, con disminución de parámetros de contaminación típicos como el DB05, DQO, SST, eliminación de iones de fluoruro, entre otros, con la utilización de coagulantes o floculantes como el hidróxido de
aluminio o el dióxido de aluminio, y también por la generación del campo electromagnético creado por una celda de titanio recubierta de óxidos mixtos, como se presenta en el documento WO 2008062171.
Por otro lado, se presenta la solicitud CN203938560 la cual menciona un modelo de utilidad referido a un sistema de tratamiento de aguas residuales domésticas para un barco. El sistema consta de un tanque de almacenamiento de aguas residuales, una bomba de trituración, un dispositivo de reacción bioquímica, un dispositivo eléctrico de tratamiento de floculación, un filtro de membrana, una ranura de retorno de residuos, un incinerador, un dispositivo de desinfección electrocatalítica y un dispositivo de control de la alimentación eléctrica. También, se presenta el documento US201566383 donde se ve un procedimiento y la planta de tratamiento de aguas residuales industriales y/o potables mediante métodos electroquímicos y procesos de oxidación avanzada, donde el tratamiento principal consiste en electro-coagulación, electrooxidación y electroflotación por acción de juegos de electrodos metálicos de acero inoxidable, acero y aluminio respectivamente, con desinfección/oxidación paralela con ozono, irradiación UV y tratamiento ultrasónico, así como recirculación en el campo electromagnético.
Además, se presenta un documento US6358398 que apunta a un método para separar los contaminantes desde una fuente acuosa que contiene contaminantes. Dentro del método se usa un polvo disuelto, altamente oxidante, dentro del sistema acuoso, donde el método puede ser mejorado por electro- coagulación. Esto implica el uso de una celda eléctrica que se elimina dentro del depósito que contiene el material oxidante.
Igualmente, se presenta el documento RU2008112628 donde se la invención se relaciona con dispositivos para la purificación electroquímica del agua y se puede utilizar en el hogar para el tratamiento posterior del agua de la llave, así como para la purificación del agua natural y la aportación de propiedades físicas y químicas, sanitarias y organolépticas a las necesidades de agua de consumo. El dispositivo apunta a una purificación electroquímica del agua.
Finalmente, se encontró el documento US6139717, el cual define un proceso y aparato para tratar agua. El aparato tiene un electrodo de puesta a tierra y un par de electrodos de aplicación conectados a una fuente de tensión continua a través de un registro e interruptores de alta frecuencia primero y segundo controlados por un circuito de conmutación de alta frecuencia, para convertir la tensión continua de la fuente de tensión continua en tensión alterna que se alimentará a los electrodos de aplicación. El circuito de conmutación de alta frecuencia del swich de comando está conectado a un primer circuito de oscilación de alta frecuencia conectado a un circuito de control que es controlado por un segundo circuito de oscilación de alta frecuencia, para proporcionar una señal que cambia aleatoriamente en frecuencia como señal de salida del primer circuito de oscilación de alta frecuencia. El segundo circuito de oscilación de alta frecuencia también controla un circuito de flip-flop conectado al primer circuito de oscilación de alta frecuencia, para añadir porciones de fluctuación de frecuencia aguda y momentánea en la señal de cambio de frecuencia aleatoria del primer circuito de oscilación.
En general todo el estado del arte se basa en procesos de electro- coagulación y electro-floculación aplicados para aguas de ríos y lagos, donde se probaron electrodos específicos con conexión a tierra y de baja duración estructural.
PROBLEMAS TÉCNICOS QUE RESUELVE LA PRESENTE INVENCIÓN
Los problemas técnicos que pretende poder resolver el presente sistema se basan en:
Poder separar líquidos con sólidos disueltos con un mínimo de conductividad con frecuencias en la banda del VLF.
Poder separar sólidos suspendidos en un fluido con frecuencias en la banda del VLF.
Poder realizar electro-coagulación y electro-floculación dinámica sin requerir electrodos a tierra para cerrar el circuito y permitir la circulación de corriente, ni su utilización como retorno de corrientes para el funcionamiento del sistema del presente desarrollo.
Poder tratar diferentes tipos de fluidos con un solo sistema que se adapta a las diferentes condiciones del fluido, por lo que se puede tratar ser aguas industriales, desalinización de agua de mar para consumo industrial y humano, sistemas de recuperación de aguas en tranques de relave, lagunas de deposición, lagunas salobres, recuperación de líquidos en los procesos de electro-depositación, salmueras para el proceso de extracción y purificación de metales (Litio, Potasio, Sodio, entre otros), tratamiento de residuos industriales líquidos, entre otros.
Sistema que utiliza menos horas hombre, menos espacio físico y menos consumo energético, entre un 20% y un 25%, que las plantas o procesos filtradores de agua similares, tal como una planta de osmosis inversa. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL DESARROLLO
El presente desarrollo corresponde a un sistema de separación por resonancia de líquidos y sólidos que comprende electrodos conductivos (12) que producen los fenómenos de electro-coagulación y electro-floculación dentro de un tanque eléctricamente aislado donde va el fluido a separar. Además, el sistema comprende las conexiones de los electrodos conductivos a una placa PCB (Placa de circuito Impreso), que a su vez comprende microcontroladores, una conexión eléctrica y sus algoritmos de operación, así como fuentes de poder AC/DC que provean la energía requerida para el control y proceso de separación.
Por otra parte el presente desarrollo también comprende un método de operación del sistema señalado, donde:
Preevaluación del líquido: el líquido a separar es previamente evaluado electroquímicamente donde se requiere una conductividad mínima de 2 mS/m del líquido a separar. Por otra parte y para identificar el tipo de electrodos que se deben usar, se puede medir el pH para saber la acidez del líquido. A modo de ejemplo, si el líquido comprende ácidos, se requiere un cambio de electrodos a electrodos de titanio recubiertos con Tantalio, Rutenio u otro material conductivo.
Separación por resonancia: Con la información anterior se selecciona un programa adecuado de frecuencia para los electrodos y se sumergen los electrodos conductivos y se activan los electrodos conductivos en el rango de frecuencias de muy baja frecuencia (VLF) generando una modificación física que separa el líquido del precipitado quedando en una condición de indisolubilidad por los fenómenos de electro-floculación y electro-coagulación (cambio de fase en la solubilidad). La activación de los electrodos conlleva a la generación de 6 ciclos de trabajo específicos diseñados para cada una de las frecuencias utilizadas. Donde el sistema genera impulsos de energía inferiores a 2 milisegundos dentro de un ciclo de trabajo.
Retroalimentación de la resonancia: Midiendo la temperatura del líquido y la corriente en el mismo se van ajustando los parámetros de las frecuencias de los ciclos de trabajo.
Limpieza de los electrodos: Existe otra etapa que es la inversión de frecuencias para lograr mantener de mejor manera los electrodos utilizados. (Se utiliza al final del proceso y en etapas intermedias del mismo)
Separación Física: Después de las etapas de separación por resonancia, se producen 3 fases en el tanque, sólidos floculados en la superficie, sólidos precipitados en la base del tanque y líquido “limpio” en medio. Los sólidos floculados
se separan por arrastre superficial mecánico o rebalse, los sólidos precipitados por decantación y el líquido del medio se recupera para ser reutilizado.
Debe entenderse que la presente invención no está limitada a la metodología particular, compuestos, materiales, técnicas de manufactura, usos y aplicaciones aquí descritas, pues éstas pueden variar. También debe entenderse que la terminología empleada aquí es usada con el solo propósito de describir una representación particular, y no intenta limitar la perspectiva y el potencial del presente invento.
Debe notarse que el uso y método, aquí, en el pliego de reivindicaciones y en todo el texto que el singular no excluye el plural, salvo que en el contexto claramente lo implique. Entonces, por ejemplo, la referencia a un “uso o método”, es una referencia a uno o más usos o métodos e incluye equivalentes conocidos por quienes conocen de la materia (el arte). Similarmente, como otro ejemplo, la referencia a “un paso”, “una etapa” o a “un modo”, es una referencia a uno o más pasos, etapas o modos y que puede incluir sub pasos, etapas o modos, implícitos y/o sobrevinientes.
Todas las conjunciones usadas han de entenderse en su sentido menos restrictivo y más inclusivo posible. Así, por ejemplo, la conjunción “o” debe entenderse en su sentido lógico ortodoxo, y no como un “o excluyente”, salvo que el contexto o el texto expresamente lo necesite o indique. Las estructuras, materiales y/o elementos descritos han de entenderse que también se refieren a aquellos equivalentes funcionalmente y así evitar enumeraciones taxativas interminables.
Las expresiones usadas para indicar aproximaciones o conceptualizaciones deben entenderse así, salvo que el contexto mande una interpretación distinta.
Todos los nombres y términos técnicos y/o científicos aquí empleados tienen el significado común que le otorga una persona común, calificada en estas materias, salvo indicación expresa, distinta.
Los métodos, técnicas, elementos, compuestos y composiciones son descritos aunque métodos, técnicas, compuestos y composiciones similares y/o equivalentes a los descritos pueden ser usados o preferidos en la práctica y/o pruebas de la presente invención.
Se incorporan todas las patentes y otras publicaciones como referencias, con el propósito de describir y/o informar, por ejemplo, las metodologías descritas en dichas publicaciones, que puedan resultar útiles en relación con el presente invento.
Se incluyen estas publicaciones sólo por su información previa a la fecha de registro de la presente solicitud de patente.
A este respecto nada debe considerarse como una admisión o aceptación, rechazo o exclusión, de que los autores y/o inventores no estén legitimados de serlo, o de estar ante-fechadas dichas publicaciones en virtud de otras anteriores, o por cualquier otra razón.
Para aportar claridad al presente desarrollo se definirán los siguientes conceptos:
• Electrodo conductivo: Un electrodo es un conductor eléctrico, de materiales que permiten la circulación de corriente a través de ellos, utilizados para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito. Por otra parte, los electrodos de nivel conductivo entran en contacto con un líquido conductor, donde empieza a fluir una pequeña corriente alterna. Para el presente desarrollo se utilizan electrodos conductivos del grupo del aluminio, titanio, acero inoxidable, rutenio, tantalio u otro material conductivo, preferencia de aluminio o electrodos recubiertos a modo de ejemplo con un núcleo de titanio recubierto con tantalio.
• Electro-floculación: Aglutinación de sustancias coloidales presentes en una solución, facilitando de esta forma su decantación y posterior filtración producto de una entrega de energía eléctrica a una solución.
• Electro-coagulación: Generación de cargas eléctricas en las partículas o sólidos disueltos en una solución producto de la entrega de energía eléctrica a
esta solución con el fin de generar las condiciones para que estas partículas o sólidos se agrupen eléctricamente.
• Ciclo de Trabajo: Es la relación que existe entre el tiempo en que la señal se encuentra en estado activo y el periodo de mantención de la misma señal.
• Frecuencia: La frecuencia es una magnitud que mide la cantidad de repeticiones que pueda tener un suceso por unidad de tiempo.
• VLF: Frecuencias muy bajas cuya longitud de onda es muy grande en el rango entre 1 Hz hasta 250 Hz y sus sub-armónicos pares correspondientes.
• DSP : Procesador de señales digitales.
• Microcontrolador electrónico : Un microcontrolador es un circuito integrado que en su interior contiene una unidad central de procesamiento (CPU), unidades de memoria (RAM y ROM), puertos de entrada y salida y periféricos, tales como la familia de los PIC16F87X, donde figuran PIC16F876X, PIC16F877X, PIC16F873X el PIC16F874X de microchip® o con capacidades similares, entre otros.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
El sistema que comprende cuatro partes que interactúan entre sí: los electrodos; el controlador; el algoritmo de operación; un estanque y opcionalmente un dispositivo extractor de flóculos y de precipitados.
Los electrodos previamente nombrados, comprenden una cantidad desde un solo par de electrodos hasta una cantidad de electrodos que cumpla la relación de 0,25 m2 de electrodo por un m3 de capacidad de estanque, de preferencia 2 electrodos conductivos. Los electrodos conductivos se definen como un conductor eléctrico utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de una solución acuosa, los cuales son realizados en materiales conductivos, de
materiales metálicos, cerámicos compuestos o poliméricos, de preferencia aluminio, tienen un área superficial en el rango de entre 0,01 a 2m2. Los electrodos deben estar posicionados a una altura desde la base del contenedor de entre 5 cms a 25 cms, de preferencia 10 cms y a una distancia de las paredes del contenedor de entre 10 cm a 50 cm, de preferencia 40 cm. Los electrodos se conectan a un dispositivo electrónico de estado sólido, el cual comprende:
A. Módulo de control con microcontrolador y periféricos (1 ):
Este módulo comprende un elemento de control integrado que está dotada de un microcontrolador y elementos periféricos (Puertas de entradas y Salidas, (8 bits o más) convertidores Análogo-Digital, convertidores Digital analógicos y Salida de osciladores internos, entre otros). Este módulo almacena todos los programas y algoritmos matemáticos de control, la generación de las diferentes frecuencias de los osciladores, los diferentes ciclos de trabajo y las condiciones de operación del sistema. La manera como funciona es que a través de la recepción de la energía proveniente de la fuente de poder (6) y del módulo de programación adaptable de voltaje (2).
El módulo, se caracteriza por recibir información de la operación de frecuencias y ciclos de trabajo del módulo de programación adaptable de voltaje (2) y genera las señales de control de disparo a ser utilizadas por el módulo de potencia (3).
B. Módulo de fuente de poder con respaldo de baterías (6):
Este módulo presenta un elemento de transformación de energía, rectificador, que es el encargado de transformar la energía de corriente alterna en energía de corriente continua y además presenta un sistema de distribución de la misma corriente, que permite suministrar la energía requerida por el módulo de control (1 ), y de todo el resto de los módulos.
Comprende un sistema de respaldo de energía (9) para poder mantener en todo momento los parámetros críticos bajo control y constante supervisión, incluso ante una variación del voltaje de la alimentación de corriente o ausencia total de energía.
C. Módulo de programación y adaptación de voltaje (2):
Este módulo presenta dos funciones fundamentales, la primera es programar los diferentes modos de operación en forma externa sin necesidad de acceder al microcontrolador PIC.
Esta función puede ser realizada, accediendo a los interruptores integrados de programación (mini Dips) que consta este módulo. Para ello el equipo cuenta con un elemento que, al ser accionado, genera una respuesta de comando especialmente dispuesto para este fin.
La segunda función incorporada en este módulo consiste en la adaptación de los voltajes requeridos por el microcontrolador para su correcta operación. Finalmente, es el módulo encargado de suministrar las señales de disparo al módulo de potencia (3).
D. Módulo de potencia (3):
Este módulo presenta la función específica para alimentar directamente a los electrodos conductivos (12). Consta de al menos cuatro canales (13) independientes montados sobre una regleta de conexión (5) y sus señales son aisladas del elemento de control integrado (1).
Esto se realiza exitosamente, ya que el módulo de potencia (3) cuenta con una función de aislamiento óptico a través de opto acopladores.
Cada canal posee un conjunto de transistores de alta potencia los cuales son activados por las señales generadas por el elemento de control integrado (1) y adaptadas a través del módulo de programación y adaptación de voltaje (2).
El algoritmo de trabajo, considerando la inversión de frecuencia, opera bajo 6 procesos básicos que se integran y relacionan entre sí, a los cuales se les llama modo 10, modo 20, modo 30, modo 40, modo 50 y modo 60. Por otro lado, el sistema cuenta con la capacidad de realizar una inversión de frecuencias para poder “lavar” los electrodos y aumentar así su vida útil.
El algoritmo de trabajo, al poder enviar los diferentes modos de trabajo a los electrodos, logra sobre los sólidos suspendidos o sólidos disueltos del líquido a tratar, un fenómeno llamado resonancia molecular, generando que estos sólidos modifiquen su estructura logrando así su separación, también este fenómeno se llama electro-floculación dinámica o electro-coagulación dinámica. Otro fenómeno que se presenta en la separación por resonancia es la generación de burbujas por los electrodos, esto ayuda al movimiento de los sólidos electro-floculados o electro- coagulados a la superficie del tanque.
Además, el sistema comprende uno o varios contenedores o estanques de tratamiento, no metálicos, de preferencia plásticos, resinas epóxicas, fibra de vidrio, adecuado para poder soportar un volumen de líquido desde 0,1 metros cúbicos a 1 millón de metros cúbicos, para ser procesados en forma de Bach, sin excluir el tratamiento de forma continua. Los contenedores pueden comprender formas cilindricas, rectangulares, cónicas con decantadores, formas irregulares que se adecúen al terreno en donde son colocados, de preferencia cilindricas, entre otras. El tanque también comprende entradas y salidas de líquido a tratar, salidas de espuma, salida de sólidos y opcionalmente un dispositivo de extracción de flóculos de la superficie (16).
El sistema además, opcionalmente, puede comprender dispositivos para separar los flóculos de la superficie, dentro de los cuales se pueden mencionar,
separadores de paleta, separadores rotatorios, separadores por rebalse, aunque para este desarrollo se tendrá de preferencia separadores de paleta.
En general, este desarrollo opera en base a la utilización de frecuencias que operan en la banda VLF (o Very Low Frequency por sus siglas en inglés), entre 1 Hz hasta 250 Hz y sus sub-armónicos pares correspondientes, donde se aprovecha mayoritariamente los efectos relacionados con el fenómeno de la resonancia, así, al poder hacer “resonar” los sólidos que un líquido posee disueltos en él, se supera el umbral estructural de su composición, logrando transformar estructuras cristalinas a estructuras amorfas. De esta manera y al modificarse el enlace estructural, este es separado del líquido y precipitando, quedando usualmente en una condición de indisolubilidad.
Todo lo anterior es complementado por la variación de los ciclos de trabajo específicos implementados en cada una de las frecuencias utilizadas, (ver figuras 5/9 y 6/9) los que a su vez son realimentados en forma automática por variables del proceso como la corriente, produciendo modificaciones en el ciclo de trabajo particular, pero conservando cada frecuencia específica.
También el algoritmo es capaz de generar nuevos procesos y ciclos de trabajo en tiempo real, de acuerdo a la corriente y temperatura medida en los electrodos conductivos.
De esta forma, y considerando la inversión de fase de las frecuencias utilizadas, se da origen a los seis diferentes procesos básicos como previamente se mencionó.
Dentro de este mismo desarrollo se presenta también el procedimiento de operación del sistema, donde se abarcan las siguientes etapas: a) llenado del contenedor con líquido a separar hasta llegar a un borde de seguridad antiderrame;
b) medición de pH temperatura y conductividad del líquido a separar de forma externa al sistema (sin excluir que puedan ser medidos internamente como parte de la retroalimentación de datos). c) integración de los datos previamente medidos al algoritmo y definición de ciclo de trabajo y modos a aplicar a través del microcontrolador y el módulo de programación (2) a través de sus entradas analógicas y digitales incorporadas; d) activación del dispositivo electrónico de estado sólido proporcionando frecuencias en el rango de 1 Hz a 250 Hz, de preferencia en los seis modos de trabajo del sistema, donde se asignan los diferentes modos, de acuerdo a: i) las mediciones de la corriente que circula por los electrodos, ii) el voltaje aplicado a los mismos, y iii) temperatura presente en el líquido a separar. (Tal como se ve en las figuras 5/9 y 6/9)
El dispositivo electrónico de estado sólido comienza realizando un barrido por los diferentes modos, donde dentro de cada modo, se producen impulsos de corriente infinitesimales donde se logra el rompimiento y la reformación los enlaces iónicos y covalentes de los sólidos disueltos en la muestra, generando así flóculos de mayor tamaño capaces de ser separados; e) formación de sólidos precipitados y/o electro-coagulados para su extracción del líquido objetivo; f) formación de burbujas empujando el electro-floculado a la superficie del tanque: g) extracción del sólido electro-floculado a la superficie del tanque, dejando el líquido limpio; y h) inversión de fase, solo con los modos 1 , 2 y 3, sobre los electrodos para lavar los mismos aumentando así su vida útil.
Para describir el paso d), como ejemplo, si se toma como referencia en el diagrama anterior de la figura 5/9 el valor de 35 se nota que existen 3 modos bajo este valor, modo 10, modo 20 y modo 30.
De la misma forma, si se considera el mismo valor 35, se nota que existen 3 modos sobre ese valor 35, esto es el modo 40, el modo 50 y el modo 60. Esta configuración de modos tiene una importancia relevante porque los algoritmos matemáticos se pueden asociar y tomar una referencia relativa, diferenciando los modos como “positivos” o “negativos” respecto al valor referencial mencionado, a modo de ejemplo, de 35 en el diagrama de modos.
De esta forma, si se considera que cada modo puede tener un ciclo de trabajo independiente, los cuales influyen directamente sobre el módulo de potencia, y este a su vez, sobre los electrodos y finalmente los electrodos actuando directamente sobre el líquido a separar, se puede tener diferentes “polaridades” asociadas a diferentes frecuencias y diferentes ciclos de trabajo. DESCRIPCIÓN DE LA OPERACIÓN DEL SISTEMA DESARROLLADO
El líquido o solución a tratar ingresa al tanque de tratamiento (14), por la zona de la entrada de líquido a tratar (32).
Una vez que el líquido a alcanzado el nivel de los electrodos conductivos (12), el dispositivo electrónico de estado sólido (15) comienza a realizar las primeras secuencias de operación con los modos preestablecidos (fig 5/9), tomando las referencias de corriente provistas por los mismos electrodos conductivos (12), a través del estado de programación de los minidips (24) y sus conectores (30).
Los electrodos conductivos (12) reciben la energía provista por los transistores de potencia (17) a travez de sus terminales de salida de potencia (18), cuyas señales y niveles de voltaje son adaptados y activados por los transistores conductores de comando driver (20). Esto se realiza, una vez que el
microcontrolador (1) acciona la señal de programación a travez de su pulsador (29) y se activan los reguladores de voltage (26).
De esta manera el microcontrolador (1) realiza las mediciones y análisis de parametros de operación tales como los diferentes modos y ciclos de trabajo, y se inicia el proceso de tratamiento, de acuerdo a los algoritmos de control, (cuya descripción se expone en el párrafo siguiente). Una vez que ha transcurrido algún tiempo (10 minutos aproximadamente) y el nivel del líquido a tratar ha llegado a su nivel máximo, la generación de espuma producto del mismo tratamiento (floculacion dinámica) es extraída del tanque de tratamiento (14) por la zona de salida de la espuma (31).
Una vez finalizado el tiempo de tratamiento deseado, el líquido tratado libre de sólidos (coagulación dinámica y precipitación) es extraído por la zona de salida del líquido tratado (31) del tanque.
De la misma forma, los sólidos precipitados son extraídos por la zona de salida de solidos (34) especialmente dispuesto para ese fin.
Como se ha descito anteriormente, la separación de los electrodos se realiza a través de pernos plásticos y separadores (35) y ajustados por las tuercas de plástico (36), fabricadas en material no conductivo.
A continuación se describe el algoritmo de trabajo del presente desarrollo:
CCS PCM C Comp i l er, Vers i ón 4. 140, 2964
ROM used : 5263 words (64%)
Largest free fragment i s 2048 RAM used : 90 (24%) at ma i n () l eve l
149 (40%) worst case
Stack: 7 worst case (6 in main + 1 for interrupts)
(21) Transistores conductores (Driver) B
(22) Optoacoplador
(23) Resistencias
Figura 4/9
Esta figura presenta un esquema de distribución de los elementos del módulo de programación funcional (2) y adaptación de voltajes, donde los numerales representan:
(24) Mini Dips de programación
(25) Salida corriente directa (DC) regulada
(26) Reguladores de Voltaje
(27) Alimentación de Corriente Directa
(28) Indicador con luz led
(29) Pulsador para programación
(30) Conectores
Figura 5/9
Esta figura presenta un diagrama de modos aplicados en diferentes muestras para la separación de los líquidos de los sólidos, donde los modos 10, 20, 30, representan la inversión de fases de las frecuencias utilizadas, con respecto a un valor referencial 35. Los modos son valores adimensionales, donde cada modo tiene asociado una frecuencia dinámica. Si se analiza el diagrama se puede ver que se repite la
secuencia de modos “10, 20, (inversión de fases) 60, 40, 50, 60, 40, 50, (en fase) 30, 10 (inversión de fase)”, a lo largo de todo el diagrama repetidamente, esto se da porque esta secuencia corresponde a uno de los seis procesos básicos de operación del sistema. Figura 6/9
Esta figura presenta un zoom de la figura 5/9, donde se puede ver específicamente el proceso básico dado por la secuencia de modos “10, 20, 60, 40, 50, 60, 40, 50, 30, 10”. Donde los modos 10, 20 y 30 corresponden a una inversión de fases a diferencia de los modos 40, 50 y 60 que se producen en fase, donde:
F1 está en fase y su correspondiente inversión de fase es F1 con superíndice,
F2 está en fase y su correspondiente inversión de fase es F2 con superíndice,
F3 está en fase y su correspondiente inversión de fase es F3 con superíndice, - el modo 1 sigue el siguiente patrón de escala 10 el modo 2 sigue el siguiente patrón de escala 20 el modo 3 sigue el siguiente patrón de escala 30 el modo 4 sigue el siguiente patrón de escala 40 el modo 5 sigue el siguiente patrón de escala 50, el modo 6 sigue el siguiente patrón de escala 60.
Figura 7/9
Esta figura presenta una representación gráfica de los ciclos de trabajo sobre una muestra, donde están relacionados los modos con sus respectivos micro-impulsos y las muestras por segundo.
Figura 8/9 Esta figura presenta un zoom de una sección del gráfico de la figura 7/9, donde se ve claramente el modo 60.
Figura 9/9
Esta figura presenta la integración entre el diagrama de modos y el diagrama de ciclos de trabajo asociado, donde se muestra la relación producida en un determinado ciclo de trabajo, respecto al modo utilizado en ese momento. Se puede notar que para el mismo modo hay ciclos de trabajo diferentes, los cuales corresponden a diferentes sustancias presentes en el líquido a tratado. Esto significa que existirán diferentes ciclos de trabajo realimentados automáticamente producto de las mediciones de temperatura y corrientes, y de su análisis mediante el algoritmo de control.
EJEMPLO DE APLICACIÓN Ejemplo de tratamiento de residuos industriales líquidos (RILES) 1
Esta prueba fue realizada con efluentes de una industria de alimentos lácteos, en estanques de 1 metro cubico (EBC), con cuatro electrodos de aluminio ubicados en las esquinas del estanque. El muestreo para el análisis de laboratorio fue realizado en el primer tercio desde la base del tanque por una de sus caras laterales. La temperatura fue medida con un termómetro infrarrojo, los sólidos disueltos totales
(TDS) fueron medidos con un cono de sedimentación (laboratorio), DQO (demanda química de oxígeno, también en el laboratorio) y el pH con un equipo para medir pH std. y la conductividad era entregada en forma continua por el sistema desarrollado. Las pruebas fueron desarrolladas por un laboratorio externo Eurofins GCL bajo normativas sanitarias nacionales DS 90, DS 46 y DS 609 para residuos líquidos. Se realiza un muestreo en el tiempo y se van observando los resultados de este según la siguiente tabla I:
Tabla I
Los resultados de esta experiencia presentan con claridad como la demanda química de oxígeno (DQO) a los 220 minutos de tratamiento se logra disminuir en un 26% aproximadamente, el pH se mantiene relativamente constante aun logra acidificarse en un punto, los sólidos disueltos totales (TDS) aumentan en un 13% porque se están aglomerando o electro-coagulando en el líquido tratado. Por otra parte la conductividad disminuye en un 31% aproximadamente, confirmando así la menor cantidad de substancias disueltas que conducen electricidad.
Ejemplo de tratamiento de residuos industriales líquidos (RILES) 2
Esta prueba fue realizada con efluentes de una empresa que se dedica a la conservación de fruta, en estanques de 1 metro cubico (EBC), con cuatro electrodos de aluminio ubicados en las esquinas del estanque. El muestreo para el análisis de laboratorio fue realizado en el primer tercio desde la base del tanque por una de sus caras laterales. La temperatura fue medida con un termómetro infrarrojo, los sólidos disueltos totales (TDS) fueron medidos con un cono de sedimentación (laboratorio), DQO (demanda química de oxígeno, también en el laboratorio) y el pH con un equipo para medir pH std. y la conductividad era entregada en forma continua por el sistema desarrollado. Las pruebas fueron desarrolladas por un laboratorio externo Eurofins GCL bajo normativas nacionales DS 90, DS 46 y DS 609 para residuos líquidos.
Se realiza un muestreo en el tiempo y se van observando los resultados de este según la siguiente tabla II:
Tabla II
Los resultados de esta experiencia presentan con claridad como la demanda química de oxígeno (DQO) a los 235 minutos de tratamiento se logra disminuir en un 83% aproximadamente. Ejemplo de tratamiento de agua de mar
Estas pruebas fueron realizadas con efluentes de aguas de rechazo de una planta de osmosis inversa de agua de mar en estanques de un metro cubico (EBC), con medio metro cubico de muestra y con un metro cubico de muestra. Además, se utilizaron cuatro electrodos de aluminio ubicados en las esquinas del estanque. El muestreo para el análisis de laboratorio fue realizado en el primer tercio desde la base del tanque por una de sus caras laterales. La temperatura fue medida con un termómetro infrarrojo, los sólidos disueltos totales (TDS) fueron medidos con un cono de sedimentación (laboratorio), DQO (demanda química de oxígeno, también en el laboratorio), los diferentes contraiones medidos (Cloruro, nitrato, relación nitrato/nitrito y sulfato fueron medidos en el laboratorio externo) y el pH con un equipo para medir pH std. y la conductividad era entregada en forma continua por el sistema desarrollado. Las pruebas fueron desarrolladas por un laboratorio externo Eurofins GCL bajo normativas nacionales DS 90, DS 46 y DS 609 para residuos líquidos.
Se realiza un muestreo en el tiempo y se van observando los resultados de este según la siguiente tabla III:
Tabla III
Los resultados de la tabla superior de esta experiencia (medio metro cubico de muestra) presentan con claridad que aguas ya tratadas por osmosis inversa (agua cruda), pero que no logran llegar a niveles sanitarios satisfactorios para los contraiones o para la dureza del agua, al ser expuestas al presente desarrollo durante 120 minutos logran disminuir los niveles de cloruros en un 17%, los nitratos en un 10%, la relación nitrito/nitrato en un 11%, los TDS en un 11 ,2% y el sulfato en un 16,2%.
Los resultados de la tabla inferior de esta experiencia (un metro cubico de muestra) presentan con claridad que aguas ya tratadas por osmosis inversa (agua cruda), pero que no logran llegar a niveles sanitarios satisfactorios para los contraiones o para la dureza del agua, al ser expuestas al presente desarrollo logran disminuir los niveles de cloruros en un 22,7%, los nitratos en un 39,8%, la relación nitrito/nitrato en un 39,6%, los TDS en un 18,3% y el sulfato en un 43,3%.
La medición de los minerales expuestos previamente se realizó bajo el método 2007-MetAlt (19) IC (Nitrato, Razón nitrato/nitrito, Cloruro y Sulfato) y para la medición de Sólidos disueltos totales el método ME31 -MetOf(8).
Ejemplo de tratamiento solución electrolítica
Estas pruebas fueron realizadas con una solución electrolítica de baja concentración de cobre obtenida desde una planta de electroobtención en estanques de un metro cubico (EBC) y con un metro cubico de muestra. Además, se utilizaron cuatro electrodos de titanio revestidos con tantalio ubicados en las esquinas del estanque. El muestreo para el análisis de laboratorio fue realizado en el primer tercio desde la base del tanque por una de sus caras laterales. La temperatura fue medida con un termómetro infrarrojo, los diferentes iones medidos (Antimonio, bismuto, arsénico, selenio cobre, fierro y Cl (HCI)) fueron medidos en el laboratorio externo) y el pH con un equipo para medir pH std. y la conductividad era entregada en forma continua por
el sistema desarrollado. Los análisis fueron desarrollados por un laboratorio externo Eurofins GCL.
Se realiza un tratamiento continuo durante 10 minutos y se van observando los estados y modificación de color producida, cuyos resultados de esta se muestran según la siguiente tabla IV:
Tabla IV
Los resultados de la tabla superior de esta experiencia presentan con claridad que el electrolito de baja concentración en cobre, al ser aplicada esta tecnología, logra disminuir los iones y elementos disueltos en: Sb (-60%), Bi (+12), As (-43,3%), Cu (- 12,2%), Se (-33,3%), Fe (+36,4%) y HCI (-21.8%), al ser expuestas al presente desarrollo durante 10 minutos.
Los resultados de la tabla inferior de esta experiencia presentan con claridad como el depósito electro-coagulado por el sistema se enriqueció en los diferentes elementos que fueron separados del electrolito.
Con estos resultados esta tecnología puede utilizarse para recuperar elementos que se encuentran en baja concentración en electrolitos ya gastados (después del
proceso de electroobtención) o en líquidos percolados de pilas de material ya utilizado para optimizar posteriormente la electroobtención.
En resumen se ve claramente como la aplicación del sistema en aguas de rechazo de una planta de osmosis inversa y en residuos industriales líquidos, se logra una clara disminución de los parámetros contaminantes.
Claims
1. Un sistema de separación de líquidos y sólidos con una mínima conductividad desde 2mS/m, CARACTERIZADO porque comprende un tanque de tratamiento (14) en el que están inmersos como mínimo dos electrodos conductivos (12) siguiendo una proporción del número de electrodos necesario para que se cumpla la relación de 0,25 m2 de superficie de electrodo por un m3 de capacidad del tanque, los cuales se conectan al dispositivo electrónico de estado sólido (15), donde además opcionalmente puede operar un dispositivo de extracción de sólidos, donde dicho dispositivo electrónico de estado sólido (15) está conectado a una fuente de poder y comprende un algoritmo que controla la programación del sistema y los electrodos conductivos (12), donde el dispositivo electrónico de estado sólido (15) es capaz de generar las señales electrónicas para que los electrodos emitan frecuencias en banda VLF (muy baja frecuencia), entre 1 Hz hasta 250 Hz y sus sub-armónicos pares correspondientes.
2. Un sistema de separación de líquidos y sólidos con una mínima conductividad, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los electrodos conductivos (12) están construidos en materiales conductivos dentro del grupo de los materiales metálicos, cerámicos compuestos o poliméricos, de preferencia del grupo del aluminio, titanio, acero inoxidable, rutenio, tantalio u otro material conductivo, de preferencia de aluminio o también electrodos recubiertos, tales como con un núcleo de titanio recubierto con tantalio, donde los electrodos deben estar posicionados dentro del tanque de tratamiento (14) a una altura desde la base del tanque de entre 5 cms a 25 cms, de preferencia 10 cms y a una distancia de las paredes del contenedor de entre 10 cm a 50 cm, de preferencia 40 cm.
3. Un sistema de separación de líquidos y sólidos con una mínima conductividad, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el tanque
de tratamiento son uno o varios contenedores, no metálicos, de preferencia plásticos , resinas epóxicas, fibra de vidrio, adecuado para poder soportar un volumen de líquido desde 0,1 metros cúbicos a 1 millón de metros cúbicos, para ser procesados en forma de Bach, sin excluir el tratamiento de forma continua, donde los contenedores pueden comprender formas cilindricas, rectangulares, cónicas con decantadores, formas irregulares que se adecúen al terreno en donde son colocados, de preferencia cilindricas, donde el tanque también comprende entradas (32) y salidas (33) de líquido a tratar y tratado, salidas de espuma (31 ), salida de sólidos (34) y opcionalmente un dispositivo de extracción de flóculos de la superficie (16).
4. Un sistema de separación de líquidos y sólidos con una mínima conductividad, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el dispositivo electrónico de estado sólido comprende: un módulo de control con microcontrolador y periféricos (1), donde se almacena el algoritmo y se generan las diferentes frecuencias de los osciladores para los diferentes ciclos de trabajo del sistema, donde también se recibe la información de la operación de frecuencias y de los ciclos de trabajo del módulo de programación adaptable de voltaje (2), y donde también se generan las señales de control de disparo a ser utilizadas por el módulo de potencia (3); un módulo fuente de poder con respaldo de baterías (6) para abastecer energéticamente a todos los módulos, donde además la corriente se transforma de corriente alterna a corriente continua, y donde además contiene una batería para respaldar energéticamente a todos los módulos; un módulo de programación y adaptación de voltaje (2), donde se programan los diferentes modos de operación en forma externa sin necesidad de acceder al microcontrolador (1 ), a través de los interruptores integrados de programación (mini Dips) (24), y la adaptación de los voltajes requeridos por el microcontrolador (1 ) para su correcta operación, donde también se encarga de
suministrar las señales de disparo al módulo de potencia (3); un módulo de potencia (3), donde se alimenta directamente a los electrodos conductivos (12), donde existen al menos cuatro canales (13) independientes montados sobre una regleta de conexión (5), donde cada canal posee un conjunto de transistores de alta potencia los cuales son activados por las señales generadas por el elemento de control integrado (1) y adaptados a través del módulo de programación y adaptación de voltaje (2), donde las señales del módulo de potencia (3) son aisladas del elemento de control integrado (1 ), donde este módulo cuenta con una función de aislamiento óptico a través de opto acopladores (22); y un algoritmo para el control de los diferentes módulos, donde, considerando la inversión de frecuencia, se opera bajo 6 procesos básicos que se integran y relacionan entre sí, a los cuales se les llama modo 10, modo 20, modo 30, modo 40, modo 50 y modo 60, donde también el algoritmo cuenta con la capacidad de realizar una inversión de frecuencias para poder “lavar” los electrodos y aumentar así su vida útil.
5. Un sistema de separación de líquidos y sólidos con una mínima conductividad, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el sistema opera con ciclos de trabajo variables, retroalimentados por la corriente medida en los electrodos conductivos (12).
6. Un sistema de separación de líquidos y sólidos con una mínima conductividad, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el sistema genera impulsos de energía inferiores a 2 milisegundos dentro de un ciclo de trabajo.
7. Un sistema de separación de líquidos y sólidos con una mínima
conductividad, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el algoritmo empleado genera diferentes procesos y ciclos de trabajo en tiempo real, de acuerdo a la corriente y temperatura medida en tiempo real en los electrodos conductivos (12).
8. Procedimiento de operación del sistema de separación de líquidos y sólidos con una mínima conductividad, CARACTERIZADO porque comprende las siguientes etapas: a) llenado del tanque de tratamiento (14) con el líquido a separar hasta llegar a un borde de seguridad antiderrame; b) medición de pH temperatura y conductividad del líquido a separar; c) integración de los datos previamente medidos al algoritmo y definición de ciclo de trabajo y modos a aplicar a través del microcontrolador (1 ) y el módulo de programación (2) a través de sus entradas analógicas y digitales incorporadas; d) activación del dispositivo electrónico de estado sólido proporcionando frecuencias en el rango de 1 Hz a 250 Hz, de preferencia en los seis modos de trabajo del sistema, donde se asignan los diferentes modos, de acuerdo a: i) las mediciones de la corriente que circula por los electrodos; ii) el voltaje aplicado a los mismos; y iii) temperatura presente en el líquido a separar, donde, el dispositivo electrónico de estado sólido comienza realizando un barrido por los diferentes modos, donde dentro de cada modo, se producen impulsos de corriente infinitesimales donde se logra el rompimiento y la reformación los enlaces iónicos y covalentes de los sólidos disueltos en la muestra, generando así flóculos de mayor tamaño capaces de ser separados;
e) formación de sólidos precipitados y/o coagulados para su extracción del líquido objetivo; f) formación de burbujas empujado el electro-floculado a la superficie del tanque; g) extracción del sólido electro-floculado a la superficie del tanque, dejando el líquido limpio; y h) inversión de fase, solo con los modos 1 , 2 y 3, sobre los electrodos para lavar los mismos aumentando así su vida útil.
9. Procedimiento de operación del sistema, según la reivindicación 8, CARACTERIZADO porque en la etapa d) se puede opcionalmente tomar como referencia el valor de 35 donde existen 3 modos bajo este valor, modo 10, modo 20 y modo 30, y 3 modos sobre ese valor 35, esto es el modo 40, el modo 50 y el modo 60, donde esta configuración de modos asocia los algoritmos matemáticos y toman una referencia relativa, diferenciando los modos como “positivos” o “negativos” respecto al valor referencial mencionado, de esta forma, si se considera que cada modo puede tener un ciclo de trabajo independiente, los cuales influyen directamente sobre el módulo de potencia (3), y este a su vez, sobre los electrodos conductivos (12) y finalmente los electrodos actuando directamente sobre el líquido a separar, se generan diferentes “polaridades” asociadas a diferentes frecuencias y diferentes ciclos de trabajo.
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