Procedimiento para separar cationes de una corriente acuosa salina (11) que comprende:

- proporcionar una celda de electrólisis (10) que comprende una cámara de ánodo (1), una cámara de electrólisis (2), una cámara intermedia (3) y una cámara de cátodo (4), estando situado en dicha cámara de ánodo (1) un ánodo (5) y en dicha cámara de cátodo (4) un cátodo (6), estando separadas dicha cámara de electrólisis (2) y dicha cámara intermedia (3) por una segunda membrana (8), y estando separadas dicha cámara intermedia (3) y dicha cámara de cátodo (4) por una tercera membrana (9), y presentando dichas membranas (7), (8) y (9) permeabilidad selectiva para los cationes,

- conducir la corriente acuosa (11) hasta el interior de la cámara de electrólisis (2),

- aplicar una diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo (5) y el cátodo (6),

- evacuar una corriente acuosa acidificada (15) de la cámara de electrólisis (2),

- evacuar una corriente acuosa alcalina (14) de la cámara del cátodo (4),

- evacuar una corriente que contiene iones monovalentes y multivalentes (13) de dicha cámara intermedia (3),

- eliminar los iones multivalentes de dicha corriente que contiene iones monovalentes y multivalentes (13) y recircular la corriente de la cual se han eliminado los iones multivalentes (12) hacia dicha cámara intermedia (3)

Producción simultánea de ácidos y bases a partir de una corriente acuosa.

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un equipo para el tratamiento de aguas residuales o corrientes de proceso que permiten eliminar cationes de la corriente y ajustar el pH de la corriente. Se produce simultáneamente una base que puede utilizarse para otros procesos.

Antecedentes

Para el tratamiento de aguas residuales, a menudo se asocian diferentes unidades de procesamiento para satisfacer los requisitos de calidad de los efluentes. En algunos casos, es necesario aplicar diferentes etapas de corrección del pH cuando se utiliza una unidad de tratamiento de aguas residuales. Además del coste de los productos químicos necesarios para la corrección del pH (ácido y alcalino), debe tenerse en cuenta el drástico incremento de la conductividad provocado por la subsiguiente dosificación de ácidos y bases.

Para la recuperación de ácidos o bases, se utilizan membranas de intercambio iónico en el proceso de diálisis por difusión. Como consecuencia de las grandes diferencias de concentración entre el lado de alimentación y de permeabilidad, se pueden recuperar ácidos utilizando una membrana de intercambio aniónico y se pueden recuperar bases utilizando una membrana de intercambio catiónico. No es necesario utilizar electricidad (Strathmann, p. 206, y Mulder, p. 362) en este proceso. No obstante, dicha recuperación solo resulta rentable si la diferencia de concentración del ácido o la base a través de la membrana es alta (superior a 0,1 mol/I), de lo contrario la superficie de membrana necesaria se incrementará mucho. Además, la diálisis por difusión solo puede utilizarse en procesos en los que los iones son transportados desde un medio de alta concentración hasta un medio de baja concentración. La recuperación de ácidos o bases en bajas concentraciones y contra su gradiente de concentración requiere el suministro de energía eléctrica.

La producción de un ácido y de una base a partir de una sal es posible con ayuda de membranas bipolares y electricidad (Wilhelm, p. 135, y Strathmann, p. 184). Una sal se separa en un catión alcalino y un anión ácido aplicando una tensión eléctrica. Un problema importante es la precipitación de cationes multivalentes en las membranas, debido al alto pH de la solución cáustica. Además, las corrientes líquidas que cruzan las membranas bipolares deben tener un bajo contenido en sales para permitir la disociación del agua en la membrana bipolar. El uso de este proceso no resulta adecuado para corrientes con una alta concentración de iones, tales como las corrientes de aguas residuales.

En la patente US nº 2.921.005, se describe un proceso para la producción de ácidos con electrólisis de membrana a partir de una solución salina y, en la patente US nº 3.964.985, un proceso perfeccionado. En estos procesos, se produce un ácido en el compartimiento del ánodo, y dicho ácido se transporta a través de unas membranas de intercambio catiónico hasta un compartimiento intermedio, en el que los cationes son sustituidos por los protones. Los cationes del compartimiento intermedio se transportan hasta el compartimiento del cátodo. En la patente US nº 3.964.985, se ha añadido un compartimiento intermedio adicional para incrementar la eficacia energética del proceso.

Las membranas de intercambio aniónico están sujetas a los graves problemas de ensuciamiento que experimentan las membranas de intercambio iónico y son obstruidas por ácidos orgánicos (ácidos húmicos). Las membranas de intercambio catiónico tienen una menor tendencia al ensuciamiento. No obstante, las diferencias de pH a ambos lados de las membranas pueden causar la formación de precipitados dentro de las membranas y en la superficie de estas. En particular, los cationes multivalentes como el Ca, el Mg, el Fe y el Al forman cristales con facilidad a valores de pH más elevados. Generalmente, se aplica una etapa de pretratamiento para eliminar el material coloidal y los iones multivalentes después de utilizar membranas de intercambio iónico (Strathmann, p. 261).

A pesar de los problemas creados por los cationes multivalentes y los ácidos orgánicos cargados negativamente, se utilizan algunas combinaciones de membranas cargadas y procesos biológicos. Entre estas, cabe citar, por ejemplo, la producción de ácidos orgánicos tales como el ácido itacónico con membranas bipolares (Strathmann, p. 319).

En el documento WO 2004/037397, se describe un proceso para separar calcio u otro tipo de cationes multivalentes de un caldo de fermentación de concentración limitada de aniones tales como lactato, en el que el caldo se conduce a través de la cámara del ánodo de un aparato de electrodiálisis, estando separada dicha cámara del ánodo de la cámara del cátodo por una membrana selectiva para iones o no selectiva. El proceso da como resultado una solución de hidróxido cálcico y una solución de ácido láctico.

El problema fundamental de la presente invención es proporcionar un proceso y un aparato que permitan ajustar el pH de una corriente de residuos para su posterior procesamiento o uso sin necesidad de añadir productos químicos a la corriente de residuos, y que permitan evitar la formación de precipitados de cationes multivalentes sin tratamiento previo de la corriente de residuos.

Descripción de la invención

Según la presente invención, se utiliza energía eléctrica para producir de forma simultánea un ácido y una base sin incrementar la conductividad de un sistema acuoso, que puede comprender un sistema biológico. El proceso de la presente invención para separar cationes de una corriente acuosa o para controlar el pH de la corriente acuosa comprende:

En esta forma de realización preferida, la cámara del ánodo y la cámara de electrólisis están separadas. Preferentemente, están separadas por una membrana de permeabilidad selectiva. En aplicaciones particulares, en particular cuando el influente no interfiere con los procesos del ánodo, la cámara del ánodo y la cámara de electrólisis pueden combinarse en una cámara única que sirve para recibir el agua influente que se va a tratar y para realizar la electrólisis en presencia del ánodo.

En otra forma de realización, el proceso puede realizarse en un aparato que presenta tres cámaras, en el que la cámara del ánodo es una cámara independiente y la cámara intermedia y la segunda membrana están ausentes. Esta forma de realización puede utilizarse para separar cationes de una corriente acuosa salina, en la que las concentraciones de cationes multivalentes, tales como Ca, Mg, Fe y Al, son bajas.

En otra forma de realización, una corriente que contiene iones monovalentes es conducida hasta dicha cámara intermedia, sea o no sea dicha corriente el resultado de una etapa de eliminación de iones...

1. Procedimiento para separar cationes de una corriente acuosa salina (11) que comprende:

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha cámara de ánodo (1) y dicha cámara de electrólisis (2) están separadas por una primera membrana (7).

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la cámara de ánodo (1) y la cámara de electrólisis (2) son una única cámara.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que las membranas (8) y (9) son selectivas para los cationes monovalentes frente a los cationes multivalentes.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el pH en la cámara intermedia está comprendido entre 5 y 9 y preferentemente entre 6,5 y 7,5.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el pH en la cámara del ánodo está comprendido entre 0 y 4 y preferentemente entre 0,5 y 2, y el pH de la cámara del cátodo está comprendido entre 10 y 14 y preferentemente entre 11 y 13.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicha corriente acuosa (11) contiene unos iones multivalentes seleccionados de entre el grupo constituido por magnesio, calcio, hierro y aluminio.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la corriente acuosa (11) contiene entre 0,1 y 200 g/ de sólidos, en particular biomasa.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la corriente acuosa (11) se obtiene como resultado de un proceso de digestión, y la corriente alcalina (14) se utiliza para realizar una etapa de hidrólisis, antes del proceso de digestión.

10. Dispositivo de electrólisis que comprende un recipiente (10) que presenta una pared externa, estando dividido verticalmente dicho recipiente en cuatro cámaras en serie (1, 2, 3, 4), estando dispuestas en la primera (1) y la última (4) de dichas cámaras unos electrodos (5, 6), estando separadas dichas cámaras entre sí por unas membranas semipermeables (7, 8, 9), en el que las membranas semipermeables (7, 8, 9) son permeables a los cationes y las membranas semipermeables (8) y (9) son preferentemente impermeables a los cationes multivalentes, la segunda cámara (2) está provista de una entrada de líquidos (11) y de una salida de líquidos (15), la tercera cámara (3) está provista de una entrada de líquidos (12) y de una salida de líquidos (13), y la última cámara (4) está provista de una entrada de líquidos (16) y de una salida (14), estando conectadas dicha salida de líquidos (13) y dicha entrada de líquidos (12) a un dispositivo de eliminación de cationes multivalentes.