Procedimiento de filtrado de contaminantes super y submicrométricos de una corriente de aire contaminado,

en el que: dicha corriente de aire contaminado pasa en y a través de una solución acuosa contenida, en el que una espuma acuosa se genera a partir de dicha solución acuosa y se mantiene continuamente por encima de dicha solución acuosa contenida, formando dicha espuma acuosa una cámara de lavado en la que los contaminantes quedan atrapados dentro de las burbujas de dicha espuma acuosa, y en el que dicha corriente de aire contaminado pasa a través de dicha espuma acuosa, caracterizado por el hecho de que: se produce una fina niebla de solución acuosa a partir de boquilla(s) nebulizador(as) (750) y se introduce la fina niebla en dicha corriente de aire contaminado antes de dicha corriente de aire contaminado entre en dicha espuma acuosa, sobresaturando dicha fina niebla dicha corriente de aire contaminado, se enfría la espuma acuosa atrapando así los contaminantes en las microgotas de solución líquida, suspendidas en el aire, dentro de las burbujas de espuma acuosa, se separan dichos contaminantes de dicha corriente de aire sobre las superficies de dichas burbujas de espuma acuosa trayendo dichos contaminantes en contacto con las superficies líquidas de dichas burbujas de espuma acuosa en dicha cámara de lavado; se transfieren dichos contaminantes desde las superficies de dichas burbujas de espuma acuosa en dicha cámara de lavado a un depósito de dicha solución acuosa, y se descarga la corriente de aire descontaminada

DESCRIPCIÓN

ANTECEDENTES Y BREVE RESUMEN DE LA INVENCIÓN

En general, la invención de esta solicitud se refiere al filtrado de una corriente de aire. Específicamente, la invención se refiere a mejoras en la técnica de 5 eliminación de contaminantes gaseosos, líquidos y sólidos de una corriente de aire con una solución espuma de acuosa tal como se describe en el documento US 6.616.733.

El aspecto clave de la presente invención es la combinación novedosa de utilizar “nucleación” junto con una espuma acuosa (que se muestra mejor en las figuras 3A-3G). En la técnica de “nucleación”, la corriente entrante de aire 10 contaminado se satura con una fina niebla producida por boquillas nebulizadoras, originando una sobresaturación de la corriente de aire. Los contaminantes submicrométricos actúan como núcleos de condensación en la corriente de aire sobresaturado, casi de la misma manera en la que se forman las gotas de lluvia. Los contaminantes quedan encerrados en un aerosol fluido en el aire. Los contaminantes 15 encerrados quedan “atrapados” dentro de burbujas que se forman continuamente en una espuma acuosa. Finalmente, las burbujas que llevan los contaminantes encerrados y atrapados se contraen o se unen de una manera controlada. Los contaminantes, en forma de condensados grandes, se depositan fácilmente en un depósito de descontaminación de líquido. 20

El filtro de la presente invención eliminará efectivamente partículas tan pequeñas como de 0,005 micras de diámetro, incluyendo agentes tales como aerosoles de sulfato industriales, agentes biológicos tales como el virus Corona con un diámetro medio de 0,07 micras, Variola major (virus de la viruela) con un diámetro promedio de 0,2-0,3 micras, agentes de armas químicas tales como VX, HD, sarín, mostaza, 25 aerosoles radiológicos, así como agentes mayores tales como esporas de ántrax.

Además de otras ventajas, tal como el bajo coste de mantenimiento y el bajo consumo de energía, la nucleación y el filtro de aire de espuma acuosa combinados de la presente invención no tienen un tamaño mínimo de los poros que se encuentra en los filtros de aire convencionales. En esencia, imita el ciclo del agua 30 atmosférica.

De acuerdo con la presente invención, una corriente de aire contaminado se satura con una fina niebla generada con boquillas de niebla especialmente diseñadas. Esto produce una gama de tamaños de gota muy pequeños que sobresaturan rápidamente la corriente de aire entrante. Aunque el efecto de curvatura Kelvin limita el tamaño de una gota de nube en la atmósfera, las condiciones controladas en el interior del filtro de aire de espuma acuosa permiten la formación de pequeñas gotas y de vapor, sin los efectos de limitación/contrarios de la evaporación 5 que se encuentran en la naturaleza.

Un punto operativo clave aquí es que los contaminantes submicrométricos en el aire actúan como núcleos de condensación causando una nucleación heterogénea, encerrando de manera efectiva los contaminantes en un aerosol de fluido en el aire. Las burbujas se generan entonces utilizando la corriente de 10 entrada de aire contaminada sobresaturada, formando un microatmósferas controladas sobresaturadas encapsuladas. Además de la nucleación heterogénea, la microatmósfera controlada en las burbujas también facilita la coalescencia de colisión, reduce la movilidad de los aerosoles de destino, y prolonga el contacto entre la solución de descontaminación y los contaminantes. En una etapa posterior, el aire se enfría 15 forzando la condensación interna adicional y el colapso controlado de las burbujas, así como la coalescencia. El condensado resultante grande es entonces fácilmente depositado en el depósito de líquido de descontaminación de la misma manera que se forman las gotas de lluvia, eliminando así los contaminantes de la corriente de aire y conteniéndolos con seguridad en la solución de descontaminación. Una etapa adicional 20 de deshumidificación asegura que ninguno de aerosoles sobrantes se elimina y queda atrapado antes de la salida de la corriente de aire limpiado descontaminado de la etapa.

El filtro es capaz de una retirada de aerosol de supermicrones y submicrones de muy alta eficiencia, en húmedo o en seco, y es ideal para filtrar partículas en el rango de 0,1 micras. Por lo tanto, debe ser un excelente filtro de alta 25 eficiencia para la eliminación de aerosoles peligrosos de interés.

La presente invención es capaz de eliminar los aerosoles radiológicos peligrosos, así como eliminar y neutralizar productos químicos y aerosoles biológicos. La unidad tendrá unos costes operativos mucho menores que los sistemas HEPA y tendrá una mayor eficacia. El coste unitario previsto en la producción en masa es 30 inferior a los mil dólares. Esta implementación rentable de la invención debe adaptarse fácilmente a los sistemas de gran escala.

Los filtros de aire existentes son inadecuados para las amenazas actuales y emergentes. Hay una necesidad urgente de desarrollar procedimientos eficientes de bajo coste de filtración de aire capaces de retirar con alta eficiencia productos químicos en aerosol y agentes de armas biológicas (armas químicas y biológicas), así como agentes radiológicos del aire contaminado. Este es un reto, ya que estos agentes existen en aerosoles, vapores o partículas que se forman en una 5 amplia gama de tamaños.

La tecnología de filtración de aire del estado de la técnica actual se basa en una tecnología de sesenta años de edad. Los filtros HEPA/ULPA utilizan substratos permeables en una corriente de aire para atrapar partículas. Los problemas con esta tecnología son de alta energía y costes de mantenimiento, limitaciones en el tamaño 10 efectivo de las partículas que se pueden filtrar en el alto flujo de aire, y el aumento de los costes operativos y la degradación del rendimiento a lo largo del tiempo. Los filtros HEPA son relativamente ineficaces en CW (armas químicas) y los contaminantes BW (armas biológicas) atrapados siguen activos, con lo que estos filtros deben ser eliminados como residuos peligrosos. Otras técnicas de filtración requieren el uso de 15 combinaciones de tecnologías con mayores costes, complejidad y masa, mientras que un único filtro de la presente invención debe ser suficiente para mitigar la amenaza de NCBW (armas nucleares, químicas, biológicas).

El filtro de espuma acuosa, que se muestra en la patente US 6.616.733, puede eliminar grandes cantidades de polvo molesto producido al lijar, cuando se 20 acaban paneles de pared de yeso. Una parte del polvo molesto tiene un tamaño submicrométrico. A pesar de que todos los contaminantes perceptibles se eliminan de la corriente de aire, los contaminantes submicrométricos, no presentes en cantidades macroscópicas se pueden extraer a través del filtro de aire de espuma acuosa y se acumulan en la fuente de vacío. Los contaminantes submicrométricos pueden 25 permanecer suspendidos en el aire, dentro de las burbujas de espuma, hasta que la pared de burbujas es absorbida por la superficie mojada del elemento de fibra saturada, o dividido entre la tensión superficial de las superficies húmedas del filtro y la fricción de la superficie de la burbuja en la corriente de aire. Si el aire contaminado dentro de la burbuja se libera en la parte superior de la columna de espuma, cerca del elemento de 30 fibra saturada, los contaminantes submicrométricos pueden pasar a través de los elementos de fibra saturada a la fuente de vacío.

La presente invención proporciona, entre otras cosas, un filtro de espuma acuosa que incluye técnicas de nucleación para filtrar completamente contaminantes supermicrométricos y submicrométricos de una corriente de aire. Un filtro de aire de protección contra contaminantes peligrosos en aerosol; armas químicas, biológicas, radiológicas y de destrucción masiva, o liberadas de niebla tóxica (por ejemplo aerosoles ácidos), alérgenos (aerosoles bioactivos), y partículas 5 submicrométricas indeseables (abrasivas, corrosivas) requiere un procedimiento más completo y fiable para forzar el contacto y la unión entre los contaminantes submicrométricos, las superficies húmedas de la espuma acuosa, y la solución de filtrado que el filtro de espuma acuosa original, que se muestra en la patente 6.616.733. Además, el diseño del flujo de aire horizontal requiere un sistema fiable, de bajo 10 mantenimiento, de servicio continuo, medios para limitar la espuma a un volumen predeterminado que es independiente de las turbulencias en el depósito...

1. Procedimiento de filtrado de contaminantes super y submicrométricos de una corriente de aire contaminado, en el que:

dicha corriente de aire contaminado pasa en y a través de una solución acuosa contenida, 5

en el que una espuma acuosa se genera a partir de dicha solución acuosa y se mantiene continuamente por encima de dicha solución acuosa contenida, formando dicha espuma acuosa una cámara de lavado en la que los contaminantes quedan atrapados dentro de las burbujas de dicha espuma acuosa, y en el que dicha corriente de aire contaminado pasa a través de dicha espuma acuosa, 10

caracterizado por el hecho de que:

se produce una fina niebla de solución acuosa a partir de boquilla(s) nebulizador(as) (750) y se introduce la fina niebla en dicha corriente de aire contaminado antes de dicha corriente de aire contaminado entre en dicha espuma acuosa, sobresaturando dicha fina niebla dicha corriente de aire contaminado, 15

se enfría la espuma acuosa atrapando así los contaminantes en las microgotas de solución líquida, suspendidas en el aire, dentro de las burbujas de espuma acuosa,

se separan dichos contaminantes de dicha corriente de aire sobre las superficies de dichas burbujas de espuma acuosa trayendo dichos contaminantes en 20 contacto con las superficies líquidas de dichas burbujas de espuma acuosa en dicha cámara de lavado;

se transfieren dichos contaminantes desde las superficies de dichas burbujas de espuma acuosa en dicha cámara de lavado a un depósito de dicha solución acuosa, y 25

se descarga la corriente de aire descontaminada.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende la etapa adicional de instar el contacto entre la espuma acuosa y las superficies frías de aire o una bobina refrigerante enfriada mediante un líquido.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende la etapa 30 adicional de forzar el contacto entre la espuma acuosa y las superficies frías de cualquier dispositivo de refrigeración.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende la etapa adicional de forzar el contacto entre la espuma acuosa y las superficies frías de las bobinas de refrigeración, continuamente refrigeradas mediante agua fría aproximadamente a 0°C para limitar la espuma a un volumen predeterminado, deshidratar la espuma y deshumidificar la corriente de aire.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende la etapa 5 adicional de limitar dicha espuma a un volumen predeterminado mediante una pulverización de gotas acuosas.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende la etapa adicional de eliminar gotas de la corriente de aire mediante un separador de gotas centrífugo. 10

7. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende la etapa adicional de mantener la temperatura de la solución (para maximizar el cambio de fase desde la fase de vapor de la solución a la fase de solución líquida).

8. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende la etapa adicional de mantener la temperatura de la solución, del vapor o del aire a la 15 temperatura y a la humedad deseadas para optimizar la eficiencia de filtración.

9. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha corriente de aire contaminado se introduce en dicha solución acuosa y los contaminantes se neutralizan mediante reacción química.

10. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha corriente 20 de aire contaminado se introduce en dicha solución acuosa y los contaminantes se recuperan mediante reacción química.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha corriente de aire contaminado se introduce en la solución acuosa y los contaminantes contenidos en la solución para su posterior procesamiento. 25

12. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha corriente de aire contaminado se introduce en dicha solución acuosa y los contaminantes se filtran de la solución y se concentran para su posterior procesamiento.

13. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha corriente de aire contaminado se introduce en dicha solución acuosa mediante la aplicación de 30 un diferencial de presión a dicha corriente de aire contaminado.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que dicha corriente de aire de descontaminación se descarga bajo una presión relativa negativa hacia una fuente de vacío.

15. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha niebla fina comprende gotas de solución acuosa que tienen un radio entre 0,001 y 1000 µm.