Procedimiento para tratar aguas o residuos líquidos y conjunto de reactores para tratar dichas aguas o residuos.

Comprende la etapa de reducir sustancialmente la carga contaminante de dicho residuo mediante técnicas de electrocoagulación-floculación (3) y separación posterior de sólidos floculados, y se caracteriza por el hecho de que antes de dicha etapa de reducción sustancial de la carga contaminante se lleva a cabo una etapa (2) previa de tratamiento que comprende la transformación física, química y/o electroquímica de los contaminantes mediante por lo menos un reactor electroquímico de modo que dicha transformación facilita enormemente dicha etapa posterior de reducción sustancial de la carga contaminante del residuo

Procedimiento para tratar aguas o residuos líquidos y conjunto de reactores electroquímicos para tratar dichas aguas o residuos según dicho procedimiento.

La presente invención se refiere a un proceso para tratar aguas o residuos líquidos y a un conjunto de reactores electroquímicos para tratar dichas aguas o residuos líquidos.

Antecedentes de la invención

En el mercado se comercializan un gran número de procesos y sistemas de depuración de aguas residuales y residuos líquidos.

Los sistemas de depuración más comúnmente empleados son los fisicoquímicos y los biológicos. También son conocidos sistemas de tratamiento por oxidación avanzada que emplean oxidantes químicos como el ozono, rayos UV o peróxidos para reducir los niveles de DQO/DBO, o sistemas de tratamiento electroquímico que emplean reactores electroquímicos para llevar a cabo reacciones de electrocoagulación-floculación y/o electro-oxidación y electro-reducción de sustancias contaminantes.

Los sistemas de depuración descritos presentan el inconveniente principal de que no resultan válidos para tratar residuos que contienen múltiples contaminantes, como por ejemplo, lixiviados de vertederos, aguas de mataderos, purines de cerdo o vaca, aguas galvánicas y metalúrgicas, u otros efluentes contaminados.

En efecto, los sistemas de tratamiento fisicoquímico resultan poco aplicables a aguas con elevado contenido orgánico, puesto que generan una gran cantidad de lodos y no eliminan las materias orgánicas solubles ni el amonio. Por otro lado, los sistemas de tratamiento biológico, presentan el inconveniente de que precisan muchas etapas para la eliminación de nutrientes nitrogenados y de que presentan una extremada sensibilidad a variaciones en las características del efluente, en la climatología (temperatura y lluvia y presión atmosférica) y en las mutaciones de la población microbiana, por lo que, en la práctica, su rendimiento es irregular.

En cuanto a los sistemas de oxidación avanzada, éstos presentan el inconveniente de que no resultan aplicables a grandes caudales ni a altas cargas contaminantes, puesto que el coste de los reactivos oxidantes es muy elevado.

Por lo que se refiere a los sistemas de tratamiento electroquímico que emplean reactores, éstos presentan el inconveniente de que para poder llevar a cabo la depuración de caudales con alta carga contaminante, los consumos eléctricos son exageradamente elevados. En la práctica, esto se traduce en el hecho de que dichos sistemas de tratamiento electroquímico se emplean como paso previo para asimilar a urbanos ciertos residuos líquidos industriales y, por lo tanto, su depuración suele ir asociada siempre a tratamientos convencionales, por ejemplo de tipo biológico.

Al objeto de conseguir un sistema y proceso de depuración que se adapte a residuos con múltiples contaminantes, se han descrito procesos de tratamiento que combinan procesos de tipo electroquímico con procesos químicos de oxidación avanzada que básicamente emplean ozono.

Es el caso de la patente US 6,960,301 que describe un sistema de depuración de aguas residuales que presenta la particularidad de que combina en un mismo proceso la electrocoagulación-floculación del efluente previamente filtrado, seguida de la oxidación avanzada de dicho efluente electrocoagulado y floculado, mediante agentes químicos o reactores electroquímicos.

Sin embargo, el sistema de tratamiento que describe la citada patente presenta el inconveniente de que requiere igualmente un consumo muy elevado de reactivos químicos oxidantes para garantizar la reducción de la carga contaminante, lo que hace que sea económicamente poco viable para efluentes complejos, con alta carga orgánica y elevados caudales a tratar.

Descripción de la invención

El objetivo de la presente invención es resolver los inconvenientes mencionados, desarrollando un procedimiento y conjunto de reactores electroquímicos para tratar aguas o residuos líquidos que presenta la ventaja de que permite tratar cualquier tipo de agua o residuo, incluso aquellos que contienen múltiples contaminantes y una alta carga orgánica, de una manera rápida, altamente efectiva y a un coste muy moderado.

De acuerdo con este objetivo, según un primer aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para tratar aguas o residuos líquidos que comprende la etapa de reducir sustancialmente la carga contaminante de dicho residuo mediante la electrocoagulación-floculación y separación posterior de materias sólidas floculadas, y que se caracteriza por el hecho de que antes de dicha etapa de reducción de la carga contaminante se lleva a cabo una etapa previa de tratamiento electroquímico que comprende la transformación física, química y/o electroquímica de las sustancias contaminantes de dicha agua o residuo mediante por lo menos un reactor electroquímico que comprende por lo menos un ánodo y por lo menos un cátodo entre los que circula dicha agua o residuo, siendo seleccionados los materiales de dicho ánodo y de dicho cátodo en función de la naturaleza de dichas sustancias contaminantes de modo que la transformación física, química y electroquímica que se lleva a cabo facilita dicha etapa posterior de reducción sustancial de la carga contaminante.

En la presente invención, por aguas a tratar se entenderá aguas naturales contaminadas (procedentes de ríos, lagos, freáticos, etc...), o aguas residuales industriales o aguas residuales sanitarias de origen humano o animal (purines de cerdo, vaca, etc...), o cualquier mezcla de dichas aguas.

En la presente invención, por residuos líquidos, se entenderá cualquier residuo líquido que por sus características en proporción de agua u otro disolvente, permita la aplicación de un tratamiento electroquímico mediante reactores.

De igual modo, en la presente invención;

por transformación física se entenderá preferentemente la rotura de moléculas de gran tamaño que se lleva a cabo en el reactor electroquímico por efecto de la corriente eléctrica aplicada,

por transformación química se entenderá preferentemente, la oxidación parcial o total catalizada en el reactor electroquímico por los agentes oxidantes (procedentes de la transformación del agua y de las sales contenidas en el residuo) generados al circular dicho residuo entre las placas (ánodo/cátodo) de dicho reactor, o la reducción electroquímica de sustancias catalizada por dichas placas, e igualmente,

por transformación electroquímica se entenderá preferentemente, la ionización de sustancias para facilitar la electrocoagulación y floculación de la etapa posterior de tratamiento.

El procedimiento de la presente invención se diferencia de los procesos del estado de la técnica y, en especial del proceso descrito en la patente americana US 6,960,301, por el hecho de que antes del proceso de tratamiento propiamente dicho llevado a cabo mediante electrocoagulación-floculación, se lleva a cabo una etapa de tratamiento electroquímico previo en la que se transforman mediante corriente eléctrica las sustancias contaminantes. Dicha transformación puede ser física, química y/o electroquímica pero, en cualquier caso, persigue el objetivo de facilitar la etapa posterior de tratamiento en la que se produce una reducción sustancial de la carga contaminante del agua o residuo.

Gracias a la presencia de la citada etapa de transformación en la que el residuo es pre-tratado electroquímicamente, el procedimiento permite depurar efluentes con una alta carga contaminante de un modo rápido y muy eficiente tanto técnica como económicamente.

En efecto, el tratamiento electroquímico previo que se realiza al efluente antes de llevar a cabo la reducción propiamente dicha de carga contaminante, constituye una fase de pre-tratamiento que facilita y hace más eficiente el proceso posterior de electrocoagulación-floculación. De este modo, la etapa posterior de tratamiento propiamente dicho puede realizarse muy rápidamente (tratamiento en línea) y con un consumo eléctrico moderado, aunque el caudal de carga contaminante sea muy elevado. Por otro lado, también se ve muy reducido el consumo de reactivos, puesto que los propios elementos químicos que contiene el efluente son aprovechados en la fase de pre-tratamiento para actuar como precursores de reacciones de electro-oxidación y electro-reducción en función del reactor empleado (como es sabido los materiales de las placas de los reactores son fuertes generadores en continuo de ozono, peróxidos,...

1. Procedimiento para tratar aguas o residuos líquidos que comprende la etapa de reducir sustancialmente la carga contaminante de dicha agua o residuo mediante la electrocoagulación-floculación (3) y separación posterior de materias sólidas floculadas, caracterizado por el hecho de que antes de dicha etapa de reducción sustancial de la carga contaminante se lleva a cabo una etapa (2) previa de tratamiento electroquímico que comprende la transformación física, química y/o electroquímica de las sustancias contaminantes de dicha agua o residuo mediante por lo menos un reactor electroquímico que comprende por lo menos un ánodo y por lo menos un cátodo entre los que circula dicha agua o residuo, siendo seleccionados los materiales de dicho ánodo y de dicho cátodo en función de la naturaleza de dichas sustancias contaminantes de modo que la transformación física, química y electroquímica que se lleva a cabo facilita dicha etapa posterior de reducción de la carga contaminante del agua o residuo líquido.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el ánodo de dicho reactor es un ánodo insoluble.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el ánodo de dicho reactor es un ánodo soluble.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicha etapa (2) previa de tratamiento comprende además la etapa de acondicionar electroquímicamente dicho residuo mediante la adición de reactivos químicos.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicho reactor de la etapa (2) previa de tratamiento comprende un ánodo cuyo material es seleccionado para catalizar la electro-oxidación parcial o total de dichas sustancias contaminantes.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que dicho reactor de la etapa (2) previa de tratamiento comprende un ánodo cuyo material es seleccionado para catalizar la reducción de dichas sustancias contaminantes.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que dicho ánodo cataliza la reducción del nitrato a ión amonio.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicha etapa de reducción sustancial de la carga contaminante comprende la etapa de electrocoagular y flocular (3) el efluente procedente de dicha etapa (2) previa de tratamiento, y la etapa de electro-oxidar (4) el efluente procedente de dicha etapa (3) de electrocoagulación-floculación, una vez separados los sólidos floculados.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de antes de dicha etapa (2) de pretratamiento se lleva a cabo la filtración (1B) de dicho residuo mediante técnicas que permiten separar sólidos de tamaños inferiores a 0,1 mm.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que el agua de lavado de los filtros empleados en la etapa de filtración (1B) es recirculada hasta dicha etapa (2) previa de tratamiento.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que, antes de ser recirculada, dicha agua de lavado es electrocoagualada-floculada (3B).

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que comprende la etapa de recuperar el hidrógeno procedente de la electrólisis del agua, la cual se lleva a cabo en dichos reactores al tratar dicha agua o residuo.

13. Conjunto de reactores electroquímicos para tratar aguas o residuos líquidos según el procedimiento reivindicado, caracterizado por el hecho de que comprende por lo menos un primer reactor para llevar a cabo un tratamiento electroquímico previo (2) de dicha agua o residuo, estando asociado dicho primer reactor a por lo menos un segundo reactor electroquímico, de modo que el efluente procedente de dicho primer reactor es tratado por electrocoagulación-floculación (3) en dicho segundo reactor, y por el hecho de dicho primer reactor comprende por lo menos un ánodo y por lo menos un cátodo entre los que circula dicha agua o residuo, siendo seleccionados los materiales de dicho ánodo y cátodo en función de la naturaleza de las sustancias contaminantes del agua o residuo, para llevar a cabo una transformación física, química y/o electroquímica de dichas sustancias que facilita dicha electrocoagulación-floculación (3) posterior.

14. Conjunto de reactores según la reivindicación 13, caracterizado por el hecho de que dicho primer reactor comprende un ánodo cuyo material es seleccionado para catalizar la electro-oxidación parcial o total de dichas sustancias contaminantes.

15. Conjunto de reactores según la reivindicación 13, caracterizado por el hecho de que dicho primer reactor comprende un ánodo cuyo material es seleccionado para catalizar la reducción electroquímica de dichas sustancias contaminantes.

16. Conjunto de reactores según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado por el hecho de que comprende un tercer reactor electroquímico para tratar por electro-oxidación (4) el efluente procedente de dicho segundo reactor, una vez separados los sólidos floculados.