Aparato y procedimiento para la purificación y desinfección de sustancias líquidas o gaseosas.

Aparato para la desinfección y purificación de un medio que comprende una fase líquida o gaseosa,

o una mezclade las mismas, comprendiendo dicho aparato:

- un primer electrodo (1),

- una capa dieléctrica (2) adyacente a dicho primer electrodo (1),

- una primera área (3) adyacente a dicha capa dieléctrica (2), y unos medios para introducir 10 un primer medio endicha primera área,

- una segunda área (5) adyacente a dicha primera área, y unos medios para introducir un segundo medio endicha segunda área, siendo dicho segundo medio dicho medio que comprende una fase líquida o gaseosa,

- unos medios para crear un plasma en dicho primer medio, mientras que dicho primer medio está presente en laprimera área, aplicando una tensión entre dicho primer electrodo (1) y un segundo electrodo,

- unos medios para inyectar dicho plasma en la segunda área (5), para mezclarse con el segundo medio,

comprendiendo dichos medios para inyectar dicho plasma una pared de separación (4) entre dichas dos áreas,comprendiendo dicha pared unos orificios en al menos una parte de su superficie.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/BE2006/000043.

Solicitante: Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek N.V. (VITO).

Nacionalidad solicitante: Bélgica.

Dirección: BOERETANG 200 2400 MOL BELGICA.

Inventor/es: VANGENEUGDEN,DIRK, REGO,ROBBY, HAVERMANS,DANNY, BLOK,HERMAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • A61L2/10 NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA.A61 CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE.A61L PROCEDIMIENTOS O APARATOS PARA ESTERILIZAR MATERIALES U OBJECTOS EN GENERAL; DESINFECCION, ESTERILIZACION O DESODORIZACION DEL AIRE; ASPECTOS QUIMICOS DE VENDAS, APOSITOS, COMPRESAS ABSORBENTES O ARTICULOS QUIRURGICOS; MATERIALES PARA VENDAS, APOSITOS, COMPRESAS ABSORBENTES O ARTICULOS QUIRURGICOS (conservación de cuerpos o desinfección caracterizada por los agentes empleados A01N; conservación, p. ej. esterilización de alimentos o productos alimenticios A23; preparaciones de uso medico, dental o para el aseo A61K). › A61L 2/00 Procedimientos o aparatos para desinfectar o esterilizar materiales u objetos distintos a los productos alimenticios y a las lentes de contacto; Sus accesorios (pulverizadores de desinfectantes A61M; esterilización de envases o del contenido del envase asociado a su contenedor B65B 55/00; tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla C02F; desinfección del papel D21H 21/36; dispositivos de desinfección para retretes E03D; artículos que incluyen accesorios para la desinfección, ver las subclases apropiadas para estos artículos, p. ej. H04R 1/12). › Ultravioleta.
  • A61L2/14 A61L 2/00 […] › Plasma, es decir gases ionizados.
  • A61L9/22 A61L […] › A61L 9/00 Desinfección, esterilización o desodorización del aire (purificación del aire por medio de mascarillas respiratorias A62B, A62D 9/00; depuración química o biológica de gases residuales B01D 53/34; sistemas de acondicionamiento de aire que incorporan dispositivos de esterilización F24F 3/16, F24F 8/20). › Ionización.
  • B01J19/08 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01J PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS O FÍSICOS, p. ej. CATÁLISIS O QUÍMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS. › B01J 19/00 Procedimientos químicos, físicos o físico-químicos en general; Aparatos apropiados. › Procedimientos que utilizan la aplicación directa de la energía ondulatoria o eléctrica, o una radiación particular; Aparatos para estos usos (aplicación de ondas de choque B01J 3/08).
  • C02F1/46 QUIMICA; METALURGIA.C02 TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS.C02F TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS (procedimientos para transformar las sustancias químicas nocivas en inocuas o menos perjudiciales, efectuando un cambio químico en las sustancias A62D 3/00; separación, tanques de sedimentación o dispositivos de filtro  B01D; disposiciones relativas a las instalaciones para el tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla en los buques, p. ej. para producir agua dulce, B63J; adición al agua de sustancias para impedir la corrosión C23F; tratamiento de líquidos contaminados por radiactividad G21F 9/04). › C02F 1/00 Tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla (C02F 3/00 - C02F 9/00 tienen prioridad). › por procesos electroquímicos.
  • H05H1/24 ELECTRICIDAD.H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.H05H TECNICA DEL PLASMA (tubos de haz iónico H01J 27/00; generadores magnetohidrodinámicos H02K 44/08; producción de rayos X utilizando la generación de un plasma H05G 2/00 ); PRODUCCION DE PARTICULAS ACELERADAS ELECTRICAMENTE CARGADAS O DE NEUTRONES (obtención de neutrones a partir de fuentes radiactivas G21, p. ej. G21B, G21C, G21G ); PRODUCCION O ACELERACION DE HACES MOLECULARES O ATOMICOS NEUTROS (relojes atómicos G04F 5/14; dispositivos que utilizan la emisión estimulada H01S; regulación de la frecuencia por comparación con una frecuencia de referencia determinada por los niveles de energía de moléculas, de átomos o de partículas subatómicas H03L 7/26). › H05H 1/00 Producción del plasma; Manipulación del plasma (aplicación de la técnica del plasma a reactores de fusión termonuclear G21B 1/00). › Producción del plasma.

PDF original: ES-2430552_T3.pdf

 

Aparato y procedimiento para la purificación y desinfección de sustancias líquidas o gaseosas.

Fragmento de la descripción:

Aparato y procedimiento para la purificación y desinfección de sustancias líquidas o gaseosas.

Campo de la invención La presente invención se refiere a la utilización de tecnología de fotocatálisis química y plasma atmosférico para el tratamiento de líquidos y/o gases. La invención es de interés en los campos de la desinfección y la purificación de agua potable y aguas residuales industriales, antiincrustación de sistemas de aguas de refrigeración industriales, remediación de emplazamientos contaminados de aguas subterráneas y superficiales, agricultura biológica incluyendo cultivo hidropónico, y limpieza y desinfección de sistemas de aguas domésticas y recreativas, tales como por ejemplo, piscinas, duchas y jacuzzis, estanques, etc.

Adicionalmente, la invención puede aplicarse para la desinfección, limpieza y purificación de gases, tales como por ejemplo, aire, en sistemas de tratamiento de aire y acondicionamiento de aire domésticos e industriales.

Antecedentes de la invención Se ha recurrido a la tecnología de plasma para el tratamiento de líquidos, tales como por ejemplo, agua, durante algún tiempo (Hoeben, 2000; Lee & Lee, 2003; Yamabe et al., 2004; Grabowski et al., 2004; Lambert & Kresnyak, 2000; Johnson, 1996, Johnson, 1997; Denes, 2004; Anpilov et al., 2004) . El problema es habitualmente producir un plasma de descarga de barrera dieléctrica homogéneo con suficiente área superficial en o por encima de una capa de fase líquida. El tratamiento que está asociado habitualmente con la generación de arcos, también denominados descargas iniciales (streamers) , se denomina tratamiento corona más que tratamiento con plasma de descarga de barrera dieléctrica homogéneo. La tecnología corona se utiliza a menudo en un entorno de aire en combinación con tratamiento con ozono o UV para potenciar la naturaleza oxidativa de las reacciones químicas que tienen lugar durante estos procesos. La generación de luz UV, radicales, oxígeno singlete, peróxidos y especies oxidadas durante estos procesos de descarga es subyacente a la desinfección y purificación de la fase líquida. Sin embargo, lograr un mezclado suficiente de estas especies activas con la fase líquida que va a tratarse a menudo es un problema.

También se utiliza fotocatálisis UV para la desinfección y la eliminación de microcontaminantes en líquidos tales como agua. Para este fin, pueden cargarse o recubrirse membranas porosas o productos granulados con catalizadores tales como TiO2. Bajo la influencia de luz UV o visible, pueden tener lugar reacciones oxidativas catalizadas sobre la superficie de un portador. Los productos de tales reacciones presentan un fuerte potencial de desinfección.

Aunque algunos compuestos tóxicos orgánicos pueden destruirse utilizando tratamiento corona o fotocatálisis UV, una amplia variedad de especies microcontaminantes residuales no pueden eliminarse utilizando estas técnicas.

Lo más comúnmente, se desinfecta agua utilizando aditivos químicos tales como cloro o biocidas. Son inconvenientes conocidos que tales agentes a menudo se ven dificultados en su eficiencia para destruir especies no bacterianas o producir la formación de productos secundarios no deseados tales como halógenos orgánicos sometidos a absorción (AOX) a través de la interacción de por ejemplo, cloro con la materia orgánica en el agua. Además, el cloro y los biocidas presentan un impacto negativo sobre la calidad del agua potable. Además, cierta demanda química de oxígeno (DQO) restante puede provocar en determinados nichos el crecimiento posterior de bacterias y puede conducir a infección e incrustación de equipos y servicios.

Se identifican varios problemas técnicos referentes a la utilización de tecnología de plasma sumergido destinado a la desinfección y purificación de líquidos, tales como por ejemplo, agua, y también gases, tales como por ejemplo, aire. Un primer problema es cómo generar un plasma de descarga de barrera dieléctrica (DBD) en una fase gaseosa que se sumerge en o está rodeado por una fase líquida.

La geometría y colocación de los electrodos así como la manera y las condiciones en las que se mezclan ambas fases entre sí son cruciales para obtener un plasma de descarga de barrera dieléctrica homogéneo dentro de la fase mezclada.

La importancia de utilizar un plasma de descarga de barrera dieléctrica homogéneo en vez de un plasma de descarga corona se manifiesta por la eficiencia y eficacia de tratamiento, el consumo de energía y el desgaste de los electrodos en el reactor de plasma.

A menudo se plantea un segundo problema relacionado con la utilización de tecnología de plasma que se dirige a la desinfección y purificación de medios líquidos o gaseosos en el requisito de capacidad industrial. Utilizando equipos de tratamiento del estado de la técnica, a menudo se observan limitaciones prácticas con velocidades de flujo de corrientes de fases o líquidos de sustratos. Como consecuencia, los costes energéticos de funcionamiento y ampliación a escala para cumplir los requisitos de capacidad pueden ser altos.

Un problema asociado con los procesos de eliminación de microcontaminantes fotocatalizados es la degeneración del catalizador que se utiliza. Esto requiere la regeneración, o a veces incluso la sustitución, del catalizador lo que implica costes de inactividad y adicionales para la sustitución del catalizador. Los documentos US5876663 y US6558638 experimentan varios de los problemas descritos anteriormente. En particular, el documento US6558638 describe un sistema en el que se produce un plasma en agua. En este sistema, se proporciona un tubo, producido a partir de un material dieléctrico, y rodeado por varios electrodos de anillo. Este aparato se sumerge en el líquido que va a tratarse, normalmente agua. Se bombea aire a través del tubo dieléctrico, y entra el agua a través de aberturas en el tubo dieléctrico. La zona de descarga de plasma está presente entre los electrodos de anillo sucesivos, es decir se crea plasma en el exterior del volumen del tubo, en el agua y/o en las burbujas de aire que entran en el agua. Un electrodo puede presentar una parte alargada que se extiende en el centro del tubo dieléctrico, pero esto no es un elemento esencial: esta parte central meramente ayuda a disminuir la capacitancia del primer hueco entre electrodos (en el exterior del tubo) , y a poner de ese modo una parte máxima de la tensión sobre dicho primer hueco, y entonces producir una secuencia de rupturas sucesivas (descarga de la “superficie deslizante”) . Esta técnica presenta varios inconvenientes, siendo el principal una pérdida de potencia debida a la existencia de corriente en el agua. Este sistema también experimenta el hecho de que el flujo de líquido a través del aparato está sometido a restricciones de flujo considerables, lo que pone un límite sobre las posibles velocidades de flujo que pueden procesarse. Este sistema también es difícil de ampliar a escala, debido a la geometría específica, en el que el campo eléctrico es coaxial a la dirección de flujo del líquido tratado.

El documento WO 2004/076052 A2 da a conocer un aparato para purificar un líquido que comprende un volumen de reacción en el que se admite el líquido mezclado con gas y electrodos polarizados de manera opuesta separados del volumen de reacción por barreras dieléctricas.

Objetivos de la invención La presente invención tiene como objetivo proporcionar un procedimiento y aparato que no experimenten los inconvenientes de los sistemas de la técnica anterior.

Sumario de la invención La presente invención se refiere a un aparato y procedimiento tal como se describe en las reivindicaciones adjuntas. El aparato y procedimiento emplean la utilización de tecnología de plasma de descarga por inyección controlada multifásica atmosférica (AMPCID) que puede combinarse con fotocatálisis para lograr un efecto sinérgico sobre la desinfección y purificación, es decir, sobre la eliminación de microcontaminantes residuales, en medios tales como por ejemplo, agua y aire. Según el procedimiento de la invención, se genera plasma en una primera fase, que es preferentemente una fase gaseosa, que se mezcla después con una segunda fase, tal como por ejemplo, una fase líquida. Puede producirse conjuntamente luz UV y/o luz visible con el propio plasma y puede inducir fotocatálisis, tras el transporte hasta la segunda fase. Aunque el centro principal de esta invención es sobre el tratamiento de agua y/o aire, el alcance de sus aplicaciones no se limita a estos medios preferidos sino que también incluyen medios orgánicos, tales como por ejemplo, aceites y líquidos que contienen hidrocarburos, mezclas de disoluciones acuosas... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Aparato para la desinfección y purificación de un medio que comprende una fase líquida o gaseosa, o una mezcla de las mismas, comprendiendo dicho aparato:

- un primer electrodo (1) ,

- una capa dieléctrica (2) adyacente a dicho primer electrodo (1) ,

- una primera área (3) adyacente a dicha capa dieléctrica (2) , y unos medios para introducir un primer medio en dicha primera área,

- una segunda área (5) adyacente a dicha primera área, y unos medios para introducir un segundo medio en dicha segunda área, siendo dicho segundo medio dicho medio que comprende una fase líquida o gaseosa,

- unos medios para crear un plasma en dicho primer medio, mientras que dicho primer medio está presente en la primera área, aplicando una tensión entre dicho primer electrodo (1) y un segundo electrodo,

- unos medios para inyectar dicho plasma en la segunda área (5) , para mezclarse con el segundo medio,

comprendiendo dichos medios para inyectar dicho plasma una pared de separación (4) entre dichas dos áreas, comprendiendo dicha pared unos orificios en al menos una parte de su superficie.

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicha capa dieléctrica (2) y dicha primera área (3) están rodeando dicho primer electrodo (1) , y dicha segunda área (5) está rodeando dicha primera área.

3. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicha primera área (3) está formada por un recipiente de reactor, en el que el primer electrodo (1) está situado de manera centrada, y en el que la pared de separación (4) es la pared externa de dicho recipiente de reactor, y en el que la segunda área está delimitada por una pared de barrera (7) , dispuesta alrededor de dicho recipiente de reactor.

4. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha capa dieléctrica (2) está dispuesta adyacente a dicho electrodo (1) y en contacto con dicho electrodo (1) .

5. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios para crear una descarga de plasma están dispuestos para crear una descarga de plasma entre dicho primer electrodo (1) y el segundo medio, cuando dicho segundo medio está presente en la segunda área (5) , actuando dicho segundo medio como el segundo electrodo.

6. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además un segundo electrodo (8) , adyacente a la segunda área, y en el que dichos medios para crear una descarga de plasma están dispuestos para crear dicha descarga entre el primer electrodo (1) y dicho segundo electrodo (8) .

7. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicha pared de separación (4) se produce a partir de un material poroso, estando dichos orificios formados por los poros de dicho material.

8. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicha pared de separación está producida a partir de un material no poroso y en el que orificios están realizados en dicho material en la totalidad o una parte de la superficie de la pared de separación.

9. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha segunda área (5) comprende además un material portador que puede producir actividad fotocatalítica.

10. Aparato según la reivindicación 9, en el que dicho material portador está contenido en una red o cesta (6) dispuesta en la segunda área (5) .

11. Aparato según la reivindicación 9, en el que dicho material portador está recubierto en o sobre al menos una parte de la pared de separación (4) .

12. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, presentando dicho aparato una geometría tubular.

13. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, presentando dicho aparato una geometría plana.

14. Aparato según la reivindicación 13, en el que dicho aparato presenta una estructura simétrica, que comprende un primer electrodo plano (1) , y dos capas dieléctricas (2) adyacentes a cada lado de dicho electrodo, y

comprendiendo la primera área (3) dos subáreas adyacentes a dichas capas dieléctricas, y siendo la segunda área (5) adyacente a dicha primera área.

15. Aparato según la reivindicación 13, en el que dicho aparato presenta una estructura asimétrica, que comprende un electrodo plano (1) , y una capa dieléctrica adyacente a dicho electrodo (1) , y la primera área adyacente a dicha capa dieléctrica, y la segunda área adyacente a dicha primera área.

16. Procedimiento para tratar un medio que comprende una fase líquida o gaseosa, o una mezcla de las mismas,

que comprende las etapas siguientes: 10

- proporcionar un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15,

- introducir un primer medio en la primera área (3) de dicho aparato.

15. introducir el segundo medio en la segunda área (5) de dicho aparato,

- crear un plasma en dicho primer medio, mientras que dicho primer medio está en la primera área (3) ,

- inyectar dicho plasma en la segunda área (5) . 20

17. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que dicho primer medio es un medio gaseoso.

18. Procedimiento según la reivindicación 16 ó 17, en el que dicho plasma se crea en condiciones atmosféricas.

19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, en el que el segundo medio fluye a través de la segunda área (5) , y es tratado durante dicho flujo.

20. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, en el que dicho segundo medio se trata en modo discontinuo, en el que se introduce un volumen de dicho segundo medio en dicha segunda área (5) , tras lo 30 cual se trata dicho volumen.


 

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