DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA TRATAR AGUA MEDIANTE ELECTROCLORACION.

Dispositivo y procedimiento para tratar agua mediante electrocloración,

que comprenden una unidad de generación de cloro (2), configurada para transformar cloruro sódico disuelto en agua potable en hipoclorito, y medios de bombeo (5) configurados para bombear el agua tratada en la unidad de generación de cloro (2) a través de un conducto de salida (7) que está operativamente conectado con una conducción (1) de la red de distribución que comprende medios difusores (11) de cloro operativamente distribuidos en una conducción difusora (10) configurados para evitar un estancamiento de cloro en dicha conducción (1)

Dispositivo y procedimiento para tratar agua mediante electrocloración.

Objeto de la invención Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un dispositivo para tratar agua mediante electrocloración y un segundo aspecto se refiere a un procedimiento para tratar agua mediante dicho dispositivo, teniendo aplicación en la industria química dedicada al tratamiento de agua para su uso doméstico, y más concretamente en el ámbito de la desinfección de agua mediante la generación y difusión de cloro para su potabilización y consumo humano en redes de distribución de dicha agua.

El objeto de la invención es un dispositivo y un procedimiento que permiten mantener de forma continua y sencilla una determinada concentración de cloro en todo punto de una red de distribución de agua sin superar los valores establecidos por la legislación vigente, mediante al menos una unidad de generación de cloro, a partir de los cloruros que se encuentran disueltos de forma natural en el agua, y medios para promover un flujo del mismo, con el objeto de destruir materia orgánica y gérmenes patógenos contenidos en dicha agua para permitir su uso doméstico, sin la necesidad de salinizar el agua de manera previa a su tratamiento ni manipular productos químicos, evitando el riesgo que ello conlleva.

Antecedentes de la invención La utilización de cloro para el tratamiento de agua es una práctica ampliamente extendida en la actualidad. Dicha utilización puede realizarse por dosificación del cloro o por generación, in situ, a través de un proceso electroquímico de electrólisis de cloruro sódico (NaCl) , o sal común, para la obtención de hipoclorito sódico (NaClO) , proceso conocido igualmente como electrocloración.

Dicho tratamiento permite obtener agua limpia y desinfectada, mediante una dosificación adecuada de un antiséptico, como el cloro, directamente diluido en agua, dado que el cloro tiene un gran poder bactericida.

El proceso de electrólisis consiste en hacer circular una corriente eléctrica continua a través de una disolución salina, sobre la superficie de al menos dos electrodos de un electrolizador, reactor electrolítico o celda electroquímica, en el que tienen lugar las siguientes reacciones electroquímicas, en cada uno de los electrodos:

Por un lado en un polo negativo, o cátodo, tiene lugar la siguiente reacción:

2H2O+2e−→ 2OH− +H2

Por otro lado en un polo positivo, o ánodo, tienen lugar la siguiente reacción:

2ClNa → Cl2 + 2Na+ +2e−

Adicionalmente, en el ánodo, y en muy pequeña proporción ocurren las siguientes reacciones competitivas:

2H2O → O2 +4H+ +4e−

3H2O → O3 +6H+ +6e−

Una vez que se ha generado cloro (Cl2) tiene lugar una recombinación en agua para producir ácido hipocloroso (HClO) , de acuerdo con la siguiente expresión:

Cl2 +H2O → HClO + HCl Asimismo en el proceso se generan otros productos, tales como oxígeno (O2) y ozono (O3) , los cuales confieren un poder desinfectante adicional a dicho proceso.

Una vez que se ha generado ácido hipocloroso, dicho compuesto actúa destruyendo materia orgánica y agentes patógenos, convirtiéndose de nuevo en sal común.

Tal y como se puede comprobar a la vista de las reacciones que tienen lugar en el proceso, la electrólisis salina se fundamenta en un tratamiento en ciclo cerrado en el que no se produce consumo de sal, por lo que no se requiere añadir ningún producto químico durante todo el proceso, lo que supone un ahorro respecto a otros procedimientos, produciéndose únicamente un consumo de energía eléctrica.

De este modo, la electrólisis salina, a partir de los cloruros disueltos en el agua de forma natural, permite evitar los riesgos que conlleva el transporte, la manipulación y la dosificación de grandes volúmenes de compuestos que son altamente tóxicos, al no ser necesario almacenar, manipular ni dosificar ningún compuesto químico. Además, se evitan los riegos para la seguridad y los inconvenientes derivados del aspecto corrosivo que presentan los procesos que requieren dichos compuestos tóxicos.

La desinfección conseguida mediante electrólisis salina resulta muy eficiente como consecuencia de una acción combinada de cloro y otros agentes, tales como oxígeno y ozono, que se generan durante la electrólisis, así como consecuencia de la propia oxidación que tiene lugar sobre los electrodos de materia orgánica presente en el agua.

Así, mediante la incorporación de cloro en agua se produce una reacción con las sustancias que contiene el agua, quedando una menor cantidad de cloro en disposición de actuar como desinfectante. Entre dichas sustancias contenidas en el agua destacan elementos como el manganeso, el hierro, nitritos, sulfhídrico y diferentes materias orgánicas. Otras sustancias que a veces se encuentran presentes en el agua y que reaccionan de forma muy particular con cloro son los compuestos de amonio. En este caso se forman compuestos denominados cloraminas.

Si se continúa añadiendo cloro en exceso, de manera que reaccione con todas las sustancias presentes, llega un momento en que el cloro sobrante aparece como cloro residual libre, que es el que realmente actúa como agente desinfectante.

De este modo, para un determinado sistema a tratar, en función del volumen o el flujo de agua, por ejemplo en el caso de una red urbana de distribución de agua, la demanda de cloro es la diferencia entre la dosis de cloro añadida y el contenido de cloro residual al cabo de un tiempo de contacto suficiente para completar las reacciones anteriormente expuestas.

Asimismo, el cloro presente en agua ya tratada, el cual se denomina cloro residual, puede comprender cloro residual libre y cloro residual combinado. El cloro residual libre está constituido esencialmente por el ácido hipocloroso y el ión hipoclorito, mientras que el cloro residual combinado está formado generalmente por cloraminas.

Para que el cloro residual libre se encuentre presente en agua ya tratada con cloro, después de un tiempo de contacto suficiente, es necesario que la cloración se realice con una dosis mínima suficiente de cloro, hecho habitualmente conocido como una dosificación con cloro sobrante, o bien una cloración por el punto critico o cloración al “breakpoint”.

De este modo el cloro produce la oxidación de todas las sustancias que están en disposición de ser oxidadas, al mismo tiempo que se combina, destruye y elimina otras sustancias, como por ejemplo las cloraminas, quedando finalmente un exceso de cloro libre residual. La dosis de cloro a la cual comienza a aparecer cloro libre residual se denomina habitualmente dosis de “breakpoint” o punto de ruptura.

Algunos ejemplos de la aplicación del proceso expuesto en párrafos anteriores para la desinfección del agua pueden encontrarse en el modelo de utilidad español no. ES-1021592-U, donde se describe un dispositivo para la desinfección del agua en piscinas a partir de sal común, en el modelo de utilidad español no. ES-1016633-U, donde se describe un dispositivo para la cloración continua del agua de las piscinas.

Por otro lado, la patente española no. ES-2202234-T3, que se refiere a un método y sistema para el tratamiento con halógenos in situ de soluciones acuosas, que comprende añadir una sal haluro a una solución acuosa y poner en contacto dicha solución acuosa con un material de intercambio catiónico modificado, interpuesto entre el ánodo y el cátodo de un reactor electrolítico para provocar la formación de radicales libres y la oxidación de dicha sal haluro a ácido haloso. A continuación el ácido haloso oxida los contaminantes indeseables en la solución acuosa diluida.

En todo caso, la reglamentación técnico-sanitaria española determina que las aguas de consumo humano tienen que tener una concentración mínima de cloro residual libre o combinado, o algún otro agente desinfectante a lo largo de toda la red de distribución. El Real Decreto 140/2003, por el que se establecen los criterios sanitarios de la calidad del agua de consumo humano, establece los siguientes niveles de cloro, en masa, por litro de agua:

i. Cloro combinado residual: 2, 0 mg/l ii. Cloro libre residual: 1 mg/l Considerando la complejidad de las diferentes topologías que presentan las redes de distribución...

1. Dispositivo para tratar agua mediante electrocloración, para mantener una concentración de cloro en todo punto de una red de distribución, caracterizado porque comprende:

- al menos una unidad de generación de cloro (2) que consiste en un electrolizador (3) configurado para recibir a través de un conducto de entrada (6) agua a tratar proveniente de una conducción (1) de la red y transformar cloruro disuelto en dicha agua a tratar en hipoclorito, generando simultáneamente ozono y oxígeno, estando alimentado dicho electrolizador (3) por una fuente de alimentación (4) , y

- medios de bombeo (5) configurados para bombear hipoclorito mediante un conducto de salida (7) hacia una conducción difusora (10) insertada en el interior de la conducción (1) de la red de distribución, comprendiendo dicha conducción difusora (10) medios difusores (11) de cloro operativamente distribuidos configurados para mantener una concentración de cloro en toda la red de distribución de agua y evitar estancamientos de cloro.

2. Dispositivo para tratar agua mediante electrocloración, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende medios de desgasificación (8) , situados a la salida de dicha, al menos una, unidad de generación de cloro (2) , configurados para purgar gases producidos durante la electrólisis de forma previa a su entrada en los medios de bombeo (5) .

3. Dispositivo para tratar agua mediante electrocloración, según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque los medios difusores (11) de cloro son difusores de caudal fijo.

4. Dispositivo para tratar agua mediante electrocloración, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho, al menos un, electrolizador (3) y los medios de bombeo (5) están alimentados mediante al menos un módulo fotovoltaico (9) .

5. Dispositivo para tratar agua mediante electrocloración, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende al menos una sonda (12) de cloro configurada para determinar y registrar la concentración de cloro en el interior de una conducción (1) de la red de distribución de agua.

6. Dispositivo para tratar agua mediante electrocloración, según la reivindicación 5, caracterizado porque comprende un módulo de análisis (13) configurado para procesar la información proveniente de dicha, al menos una, sonda

(12) de cloro y actuar sobre un módulo de control (14) configurado para ser activado por dicho módulo de análisis

(13) y accionar dicha, al menos una, unidad de generación de cloro (2) cuando la concentración de cloro en la red de distribución se encuentra por debajo de un determinado nivel mínimo establecido.

7. Procedimiento para tratar agua mediante electrocloración, para mantener una concentración de cloro en todo punto de una red de distribución, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

a) aspirar agua a tratar procedente de una red de distribución de agua para enviar dicha agua a tratar hacia al menos una unidad de generación de cloro (2) que comprende un electrolizador (3) , b) transformar mediante electrólisis cloruro sódico disuelto en el agua a tratar en hipoclorito generando simultáneamente ozono y oxígeno, c) eliminar gases presentes en el agua tratada generados durante la electrólisis, d) recircular el agua tratada hacia la red de distribución mediante una conducción difusora (10) capilar insertado en el interior de una conducción (1) de dicha red de distribución, y e) difundir uniformemente dicha agua tratada a lo largo de toda la red de distribución mediante medios difusores (11) operativamente distribuidos en la conducción difusora (10) .

8. Procedimiento para tratar agua mediante electrocloración, según la reivindicación 7, caracterizado porque comprende determinar y registrar una concentración de cloro en la red de distribución, mediante al menos una sonda (12) de cloro configurada para enviar dicha información a un módulo de análisis (13) configurado para procesar la información proveniente de dicha, al menos una, sonda (12) de cloro y actuar sobre un módulo de control (14) configurado para ser activado por dicho módulo de análisis (13) y accionar dicha, al menos una, unidad de generación de cloro (2) cuando la concentración de cloro en la red de distribución se encuentra por debajo de un determinado nivel mínimo establecido.

9. Procedimiento para tratar agua mediante electrocloración, según cualquiera de las reivindicaciones 7 y 8, caracterizado porque la red de distribución de agua es una instalación de agua potable.