Procedimiento y sistema para la eliminación de componentes orgánicos en líquidos.

Procedimiento para la eliminación de componentes orgánicos en líquidos,

especialmente componentes orgánicos tóxicos, diluidos, en agua, caracterizado por poner en contacto el líquido con un sistema que comprende microcápsulas (2) que contienen agentes oxidantes, una membrana (3) que tiene propiedades fotocatalíticas y una fuente de luz, y en el que dichas microcápsulas liberan dichos agentes oxidantes de una manera controlada, y dichas microcápsulas están inmovilizadas sobre la membrana.

Procedimiento y sistema para la eliminación de componentes orgánicos en líquidos Sector de la técnica

La invención se refiere a un procedimiento de tratamiento de agua eficaz para la eliminación de componentes orgánicos en líquido, especialmente agua potable. El procedimiento combina membranas porosas cerámicas que tienen propiedades fotocatalíticas para oxidar la materia orgánica con micro y nanocápsulas que suministrarán fuertes agentes oxidantes a la superficie de membrana.

Estado de la técnica

Actualmente se usa cloro ampliamente en el tratamiento de agua potable. Según estudios e informes toxicológicos, algunos subproductos de desinfección (por ejemplo trihalometano (THM), ácido haloacético (HAA), clorito, clorato, bromato) son posibles carcinógenos para seres humanos. La mayor parte de la demanda de cloro en agua potable no contaminada la ejerce materia orgánica natural (MON). La selección óptima de procedimientos de tratamiento para eliminar componentes orgánicos depende del carácter de los componentes orgánicos presentes y de la calidad final requerida del agua tratada. Generalmente, el alumbre es el coagulante inorgánico que mejor funciona para la eliminación de MON, color y turbidez en condiciones de pH convencionales (6-7). Sin embargo, hay una parte de la materia orgánica que no puede eliminarse mediante procedimientos de coagulación y requerirá un tratamiento adicional. La MON residual tras el tratamiento afecta a la demanda de desinfectante, la formación de subproductos de desinfección y la formación de biopelícula en el sistema de distribución. La eliminación de componentes orgánicos biodegradables reducirá la descomposición del desinfectante y el crecimiento de biopelícula en sistemas de distribución.

La selección de un procedimiento de tratamiento para eliminar componentes orgánicos dependerá del carácter de los componentes orgánicos y el grado de eliminación requerido. La necesidad de eliminar MON para mejorar la calidad del agua más allá de lo que puede obtenerse mediante coagulación sola, requerirá un tratamiento adicional. Para el tratamiento de agua para uso potable se han desarrollado varias técnicas de tratamiento avanzadas en todo el mundo. Generalmente se dividen en tres categorías: procedimientos oxidativos, adsorbentes y filtración en membrana.

Procedimiento oxidativo:

El tratamiento con UV de MON conduce a la reducción progresiva de su peso molecular, la demanda de carbono orgánico y la eventual mineralización. El agua producida a partir del procedimiento con UVV/CAB presenta bajos riesgos potenciales para la salud en cuanto a THM, HAA, nitrito, peróxido de hidrógeno, bromato, citotoxicidad y mutagenicidad.

Se diseñó específicamente un procedimiento que implica una resina de adsorción polimérica que incorpora hierro para la eliminación de COD de agua potable (Morran et al, 1996). Se encontró que este procedimiento combinado con carbono activado en polvo (CAP) y tratamiento coagulante mejoraba la cantidad de COD eliminado en entre el 82-96%, reducía la demanda de cloro, y reducía significativamente el THM. Sin embargo, se aumentó el nuevo crecimiento bacteriano, destacando la diferencia crítica entre usar un tratamiento para reducir la concentración de MON y cambiar el carácter de MON.

Adsorbentes:

Cuando se aplica carbono activado para la eliminación de microcontaminantes problemáticos, tales como compuestos con sabor y olor, toxinas de algas o pesticidas, la MON afecta significativamente a su eficacia. Una fuerte competencia por sitios de adsorción da como resultado mayores requisitos de dosis para carbono activado en polvo (CAP) y duraciones de vida más cortas para filtros de carbono activado granular (CAG). El carácter de MON también desempeña un papel en el efecto competitivo, provocando la MON en el intervalo de peso molecular similar al del compuesto diana la mayor competencia, y por tanto el mayor efecto sobre la adsorción.

Filtración en membrana:

Las membranas de microfiltración/ultrafiltración eliminan poca cantidad de MON ya que el tamaño de las moléculas es habitualmente menor que el tamaño de poro de las membranas (véase la tabla 1). Sin embargo, la MON se incrusta en las membranas de baja presión y se requiere limpieza química para restaurar el flujo. La composición de MON tiene un fuerte impacto sobre la tasa de incrustación: los compuestos neutros hidrófilos con alto peso molecular parecen tener una mayor influencia sobre la tasa de incrustación.

Tabla 1. Procedimientos de filtración en membrana aplicados a la eliminación de MON

Los coagulantes casi siempre reducen la tasa de incrustación en la membrana. La adición de partículas, tales como magnetita, con un coagulante puede mejorar el rendimiento de la membrana aumentando la porosidad de la torta de filtración. La degradación mediante UV de MON antes de las membranas reduce la tasa de incrustación de las membranas.

La aplicación de fotocatálisis al tratamiento de líquidos ha sido limitada debido a dificultades para tener un contacto eficaz entre fotocatalizadores y reactantes en líquido y para suministrar suficiente luz a los fotocatalizadores. Dispersar fotocatalizadores que tienen una forma de polvo fino en líquido aumenta el contacto entre fotocatalizadores y reactantes en líquido. Sin embargo, separar los fotocatalizadores finos que pueden tener un tamaño de desde unos pocos nanómetros hasta tamaños submicrométricos del líquido es difícil. Además, el polvo en líquido reduce rápidamente la intensidad de la luz en la dirección de profundidad. Por consiguiente, una gran parte de los fotocatalizadores pueden tener poco suministro de luz. Dado que la actividad fotocatalítica depende de la potencia luminosa, la configuración de dispersar fotocatalizadores puede no dar el rendimiento de oxidación óptimo del material fotocatalítico. Las microesferas fotocatalíticas con un tamaño de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 2 pm no sólo mejoran la recirculación de las microesferas mediante filtración en membrana sino que también pueden mejorar la capacidad fotocatalítica en comparación con fotocatalizador en forma de polvo (documento WO 28/7682).

Se prefiere catalizador inmovilizado en el sentido de que el procedimiento no requiere una instalación adicional para separar el catalizador. Además, la pérdida de catalizador durante el tratamiento puede ser despreciable, lo cual es importante cuando se emplean catalizadores caros en el sistema. Además, se suministrará luz uniformemente al fotocatalizador independientemente de la posición del fotocatalizador en el líquido. En tal sistema de catalizador inmovilizado, puede fluir líquido sobre el catalizador (véase el documento US 5.779.912) y a través de la capa de catalizador ("Photo-catalytic membrane reactor using porous titanium oxide membranes, Tsuru, T; Toyosada, T; Yoshioka, T, et al., J. Chem Eng. Japan, vol. 36 (9), págs. 163-169 (23)). Puede añadirse gas adicional al campo de reacción usando membrana (photo-WaterCatox, documento WO 2/7471).

Cuando se suministra líquido sobre el catalizador con flujo paralelo a la capa catalítica, se prefiere flujo turbulento y grosor estrecho de capa de líquido sobre la capa catalítica para facilitar el contacto entre reactantes en el líquido y fotocatalizador, y para mantener la potencia luminosa lo más fuerte posible y para aumentar la razón catalizador/reactante. Por el contrario, si el líquido pasa a través de la capa catalítica, se transportarán los reactantes al catalizador mediante difusión y también mediante el flujo. Esta configuración es beneficiosa para el transporte. Sin embargo, también puede provocar problemas: las trayectorias de permeación tienen un tamaño del orden nanométrico en la capa catalítica y las trayectorias pueden taponarse tras un determinado tiempo de funcionamiento con partículas o moléculas en el líquido. El taponamiento provoca que aumente la presión en el lado del líquido y la reducción del flujo que pasa a través de la capa. Además, se requiere una... [Seguir leyendo]

Procedimiento para la eliminación de componentes orgánicos en líquidos, especialmente componentes orgánicos tóxicos, diluidos, en agua, caracterizado por poner en contacto el líquido con un sistema que comprende microcápsulas (2) que contienen agentes oxidantes, una membrana (3) que tiene propiedades fotocatalíticas y una fuente de luz, y en el que dichas microcápsulas liberan dichos agentes oxidantes de una manera controlada, y dichas microcápsulas están inmovilizadas sobre la membrana.

Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el líquido se presiona a través de la membrana mediante presión.

Procedimiento según la reivindicación 2, en el que se incluye un filtro (9) de malla, y el líquido se presiona a través del filtro de malla mediante presión.

Procedimiento según la reivindicación 1, en el que microcápsulas también están inmovilizadas en un filtro (9) de malla, fluyendo el líquido a lo largo de la membrana, se suministra gas desde el otro lado de la membrana que actúa como elemento de contacto entre la fase de líquido y una fase de gas.

Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la membrana actúa como elemento de contacto entre la fase de líquido y una fase de gas, y se aplica un campo eléctrico.

Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la cubierta de las cápsulas se prepara de materiales porosos.

Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la cubierta porosa de las cápsulas se prepara de materiales fotocatalíticos.

Procedimiento según la reivindicación 7, en el que el material fotocatalítico se selecciona preferiblemente de óxidos, nitratos, sulfuras, carburos, sales de complejos de metales, semiconductores orgánicos y metales, mezclas de los mismos y dopado de estos materiales, por ejemplo, con N, S, Pt y otros iones y metales.

Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las cápsulas se llenan de O2, aire, aire enriquecido en oxígeno, ozono, H2O2, permanganato de potasio (KMn4), persulfato de sodio (Na2S2s), yodo (I) o cualquier otra sustancia oxidante.

Procedimiento según la reivindicación 1, en el que las cápsulas están presentes en los poros de membrana o en la superficie de membrana.

Procedimiento según la reivindicación 1, en el que también están presentes en el líquido microcápsulas que contienen agentes oxidantes.

Sistema para la eliminación de componentes orgánicos en líquidos, especialmente componentes orgánicos tóxicos, diluidos, en agua, caracterizado porque comprende una membrana (3) que tiene propiedades fotocatalíticas, microcápsulas (2) que contienen agentes oxidantes, y una fuente de luz, en el que dichas microcápsulas liberan dichos agentes oxidantes de una manera controlada y dichas microcápsulas (2) están inmovilizadas sobre la membrana (3).

Sistema según la reivindicación 12, en el que las microcápsulas (2) están inmovilizadas sobre un filtro (9) de malla.

Sistema según la reivindicación 12, en el que la membrana actúa como elemento de contacto entre la fase de líquido y una fase de gas.