Un proceso de tratamiento de agua contaminada con microorganismos utilizando una célula electrolítica quecomprende alimentar una corriente de agua contaminada a un caudal volumétrico de 1 a 1000 m3/h a través de unazona electrolizadora,

donde dicha corriente de agua tiene una conductividad de 0,0001 a 100 S/m, electrolizar dichacorriente de agua en dicha zona electrolizadora definida por al menos un par de electrodos, donde dicho al menosun par de electrodos comprende un ánodo (2) y un cátodo (3) sin medios separadores y en los que la distancia entreel ánodo (2) y el cátodo (3) en el par de electrodos es de 0,2 a 10 mm, dicha corriente de agua está guiadaperpendicularmente en un ángulo recto o en un ángulo desviado hasta 60º de dicho flujo en ángulo recto a través dedicho al menos un ánodo (2) y un cátodo (3) mientras se induce un voltaje a través de dicho ánodo (2) y cátodo (3) yse suministra una corriente continua a dicho ánodo (2) y cátodo (3) , donde el flujo de la corriente de agua esturbulento, producir radicales hidroxilo en la superficie del ánodo por oxidación del agua y donde el par de electrodosestá de este modo dispuesto de forma que una corriente de agua que entra en la célula encuentra primero el ánodo(2) y después el cátodo (3) de forma que dichos productos procedentes de las reacciones del ánodo puedenreaccionar rápidamente en el cátodo o mezclarse rápidamente con productos de las reacciones del cátodo y extraerde la zona electrolizadora un corriente de agua tratada.

Célula electrolítica y tratamiento de agua contaminada.

La presente invención se refiere a un proceso para tratar agua contaminada con microorganismos, una célula electrolítica en la que se lleva a cabo el proceso, y el uso de la célula para el tratamiento de aguas contaminadas derivadas de varias aplicaciones y fuentes.

Antecedentes de la invención

El tratamiento de aguas residuales con microorganismos se ha llevado a cabo durante un periodo de tiempo bastante largo. No obstante, los procesos de tratamiento basados en electrolisis hasta el momento no han estado completamente libres de problemas. Se ha evitado previamente la mejora de procesos ineficientes además de equipos caros o un alto consumo de energía llevando microorganismos presentes p.ej. en aguas residuales, aguas de refrigeración, aguas de lastre y aguas de lavado recirculadas. La patente US 5.419.824 describe una célula electrolítica para destruir contaminantes. No obstante, este proceso es muy caro e ineficiente para aplicaciones en las que se tratan grandes volúmenes de agua debido a una gran pérdida de presión, bajas velocidades, y una baja eficiencia de la corriente.

En el documento WO02/26635, se han probado además realizaciones para reducir contaminantes y microorganismos en las que se suministra corriente alterna a la célula. Este método, no obstante, no siempre se ha visto como un método exitoso para llevar a cabo una reacción química en la célula.

El documento WO97/11908 describe un proceso y un dispositivo para tratar agua contaminada con microorganismos y contaminantes nocivos. Se hace pasar una corriente continua a través de agua entre un ánodo y un cátodo. Se genera un remolino en la corriente de agua dentro del dispositivo.

También se ha visto en los antecedentes de la técnica que los sistemas de limpieza que implican la reducción de contaminantes a menudo se han suministrado con un tanque reactor unido a las tuberías a través de las que pasa el medio que va a ser limpiado. Esta configuración, no obstante, a menudo lleva a reducciones de presión y un menor caudal de paso del medio que va a ser limpiado. El tiempo de retención también puede prolongarse lo que no siempre es satisfactorio, particularmente si se necesita un tratamiento rápido de grandes volúmenes de agua contaminada.

La presente invención pretende proporcionar un proceso eficiente y una célula que resuelva los problemas de la técnica anterior. Un objeto adicional de presente invención es proporcionar un control mejorado de la formación de cloro e hidrógeno.

La invención se define en las reivindicaciones adjuntas.

Invención

La presente invención hace referencia a una célula electrolítica que comprende al menos un par de electrodos que definen una zona electrolizadora, dicho par de electrodos comprende un ánodo y un cátodo, dispuestos sustancialmente en paralelo sin medio separador entre ambos, permitiendo un alto caudal de electrolito a través de dicho ánodo y cátodo, donde dicho ánodo y cátodo permiten el tratamiento de microorganismos en una corriente de agua que pasa a través de dichos electrodos que tiene una conductividad de 0, 0001 a 100 S/m, dicha célula electrolítica además comprende medios para asignar un voltaje a través de dicho ánodo y cátodo y medios para proporcionar una corriente continua a dicha célula. Es probable que tengan lugar las siguientes reacciones anódicas y catódicas dentro del par de electrodos.

Reacciones Anódicas:

a) 2Cl- =Cl2+2e

b) H2O = 1/2 O2+2H+ +2e

c) 2H2O = H2O2+2H+ +2e

d) 3H2O = O3+6H+ +6e-

e) oxidación de materiales orgánicos

Reacciones Catódicas:

a) 2H+ + 2e- = H2 b) 2H2O+ 2e- = H2 + 2OH-

c) H2O + O2+ 2e- = HO2-+OH-

d) Cl2 + 2e- = 2Cl

e) reducción de materiales orgánicos

Las posibles reacciones químicas que ocurren entre los productos formados en el ánodo y el cátodo, entre otras, de las reacciones enumeradas anteriormente, en el espacio entre los ánodos y los cátodos de los pares de electrodos incluyen entre otras:

a) Cl2 + 2OH-=ClO-+Cl-+H2O

b) Cl2 + HO2-=HCl+Cl-+O2

c) 3ClO-=ClO3-+2Cl

d) H+ +HO2-=H2O2

e) Otras reacciones, por ejemplo la formación de radicales hidroxilo como se describe adicionalmente en “Degradation of Organic Pollutants by the Advanced Oxidation Processes” Chinese J. of Chem. Eng. 7 (2) 110-115 (1999) .

Con el término “área de sección transversal” se quiere decir el área de la célula a través de la que fluye el electrolito mientras pasa del interior al exterior de la célula. El área de la sección transversal de la célula puede variar a lo largo de la trayectoria de flujo, pero preferiblemente, esta área es constante. En la localización de dicho al menos un par de electrodos, el ánodo y el cátodo constituyen un área parcialmente abierta a través de la que el electrolito puede pasar. El área de la sección transversal abierta se define en la presente memoria como el área no bloqueada por los electrodos en porcentaje del área de la sección transversal total en la célula en dicha localización.

Con el término “par de electrodos” se quiere decir un ánodo y un cátodo dispuestos juntos a una distancia relativamente pequeña uno de otro, preferiblemente una distancia que es menor que la distancia a cualquier otro posible par de electrodos o un electrodo simple de la célula. La distancia entre el ánodo y el cátodo es de 0, 2 a 10, preferiblemente de 0, 2 a 5, y más preferiblemente de 0, 2 a 3 mm. Preferiblemente la distancia entre dos pares de electrodos adyacentes es de 3 a 25, más preferiblemente de 5 a 15 veces la distancia entre el ánodo y el cátodo en cada par de electrodos, esto es de 0, 6 a 250, más preferiblemente de 1 a 150 mm.

En la fabricación de la célula anterior, se encontró que los medios separadores en un par de electrodos eran perjudiciales para el funcionamiento de la célula al completo, debido entre otros al hecho de que puede dar lugar a caídas de presión considerables ya que se reduce el caudal del medio que se trata, pero también debido al hecho de que el medio separador puede inhibir que tengan lugar las reacciones deseadas entre los productos de reacción en el ánodo y el cátodo.

Los medios para proporcionar una corriente continua pueden ser p. ej. un rectificador convencional. Se ha encontrado que, para salvaguardar que las reacciones deseadas tengan lugar entre cada par de electrodos, es preferible que el ánodo esté seguido por un cátodo en el que los productos de reacción formados puedan reaccionar adicionalmente de forma que la cantidad de microorganismos pueda mantenerse satisfactoriamente en un nivel mínimo. Este proceso no siempre se puede efectuar satisfactoriamente en el caso de que se apliquen corrientes alternas a la célula, ya que tales cambios de corriente en los polos de los electrodos y las reacciones necesarias no ocurrirían a

tiempo. Si los productos de reacción en el ánodo no reaccionan adicionalmente para formar radicales hidroxilo, los productos de reacción podrían descomponerse de otro modo de forma que no se produciría la formación de los radicales hidroxilo seleccionados. Esto es por tanto perjudicial para el proceso ya que los radicales hidroxilo son esenciales para el tratamiento de microorganismos.

El par de electrodos se coloca por lo tanto de forma tal que la corriente de agua que entra en la célula encuentra primero el ánodo y después el cátodo de forma que los productos de las reacciones anódicas puedan reaccionar en el cátodo o mezclarse rápidamente con los productos procedentes de la reacción del cátodo o mezclarse rápidamente con productos procedentes de las reacciones catódicas para incrementar adicionalmente la eficiencia de los procesos y reducir también la formación de trihalometanos (THM) u otros compuestos orgánicos clorados tóxicos en aguas que contengan cloruros. Esto es particularmente ventajoso en la configuración del par de electrodos sin separador intermedio entre ánodo y cátodo. Los productos de reacción de las reacciones anódicas pueden de este modo mezclarse instantáneamente con los productos de reacción del cátodo que pueden reaccionar adicionalmente en el cátodo. Los productos tóxicos... [Seguir leyendo]

1. Un proceso de tratamiento de agua contaminada con microorganismos utilizando una célula electrolítica que comprende alimentar una corriente de agua contaminada a un caudal volumétrico de 1 a 1000 m3/h a través de una zona electrolizadora, donde dicha corriente de agua tiene una conductividad de 0, 0001 a 100 S/m, electrolizar dicha corriente de agua en dicha zona electrolizadora definida por al menos un par de electrodos, donde dicho al menos un par de electrodos comprende un ánodo (2) y un cátodo (3) sin medios separadores y en los que la distancia entre el ánodo (2) y el cátodo (3) en el par de electrodos es de 0, 2 a 10 mm, dicha corriente de agua está guiada perpendicularmente en un ángulo recto o en un ángulo desviado hasta 60º de dicho flujo en ángulo recto a través de dicho al menos un ánodo (2) y un cátodo (3) mientras se induce un voltaje a través de dicho ánodo (2) y cátodo (3) y se suministra una corriente continua a dicho ánodo (2) y cátodo (3) , donde el flujo de la corriente de agua es turbulento, producir radicales hidroxilo en la superficie del ánodo por oxidación del agua y donde el par de electrodos está de este modo dispuesto de forma que una corriente de agua que entra en la célula encuentra primero el ánodo

(2) y después el cátodo (3) de forma que dichos productos procedentes de las reacciones del ánodo pueden reaccionar rápidamente en el cátodo o mezclarse rápidamente con productos de las reacciones del cátodo y extraer de la zona electrolizadora un corriente de agua tratada.

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el caudal volumétrico es de 1 a 750 m3/h, particularmente de 5 a 500 m3/h, particularmente de 10 a 500 m3/h.

3. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el número de Reynolds en la célula es mayor que 2.000, particularmente mayor que 5.000.

4. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, donde el número de Reynolds de la célula es menor que 100.000.

5. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que la densidad de corriente media está de 10 a 5.000 A/m2, particularmente de 10 a 1.000 A/m2, particularmente de 25 a 750 A/m2.

6. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el cátodo tienen un sobrevoltaje de formación de hidrógeno mayor que 300 mV, particularmente mayor que 500 mV.

7. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que el ánodo tiene un sobrevoltaje de formación de oxígeno mayor que 400 mV, particularmente mayor que 700 mV.

8. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que depósitos incrustados se eliminan con inversión de carga.

9. Una célula electrolítica que comprende una entrada (1) a través de la que pasa la corriente de agua, que comprende al menos un par de electrodos que definen una zona electrolizadora, donde dicho par de electrodos comprende un ánodo (2) y un cátodo (3) , dispuesto sustancialmente en paralelo sin medios separadores entre ambos, en donde la distancia entre el ánodo (2) y el cátodo (3) en el par de electrodos es de 0, 2 a 10 mm y en el que el ángulo entre el ánodo (2) y el cátodo (3) es de 0 º a 45º, permitiendo un alto caudal del electrolito a través de dicho ánodo (2) y cátodo (3) , dispuestos de forma que dicha corriente de agua entrante fluya sustancialmente perpendicularmente en un ángulo recto o un ángulo desviado hasta 60º de dicho flujo en ángulo recto, a través del par de electrodos que permita el tratamiento de una corriente de agua con microorganismos que tiene una conductividad de 0, 0001 a 100 S/m que atraviesa dicho par de electrodos, dicho ánodo (2) y cátodo (3) tienen la forma de una malla, dicho/s par/es de electrodo/s está/n colocados a través de la totalidad del área de sección transversal de la célula, dicha célula electrolítica comprende además medios para suministrar un voltaje a través de dicho ánodo (2) y cátodo (3) y medios para proporcionar una corriente continua a dicha célula y en el que el par de electrodos está por tanto dispuesto de forma que la corriente de agua que entra en la célula primero encuentra el ánodo (2) y después el cátodo (3) , dicha célula además comprende una dispositivo de evacuación (4) .

10. Una célula de acuerdo con la reivindicación 9, en la que el ángulo entre el ánodo (2) y el cátodo (3) es de 0º ya 30º, particularmente de 0º a 10º.

11. Una célula de acuerdo a las reivindicaciones 9 o 10, en la que el área de la sección transversal abierta del ánodo

(2) y el cátodo (3) es de 20 y 75 % del área de la sección transversal total , particularmente de 25 a 60%.

12. Una célula de acuerdo con las reivindicaciones 9-11, en la que el ánodo (2) y el cátodo (3) comprenden aperturas que tienen un área de 0, 01 a 2500 mm2.

13. Una célula de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-12, en la que la célula comprende electrodos monopolares.

14. Una célula de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-13, en la que la distancia entre el ánodo (2) y el cátodo (3) en el par de electrodos es de 0, 2 a 5 mm, particularmente de 0, 2 a 3mm.

15. Una célula de acuerdo con las reivindicaciones 9-14, en la que la distancia entre dos pares de electrodos adyacentes es de 3 y 25 veces la distancia entre el ánodo (2) y el cátodo (3) en cada par de electrodos,

particularmente de 5 a 15 veces la distancia entre el ánodo (2) y el cátodo (3) en cada par de electrodos, particularmente de 0, 6 a 250 mm, particularmente de 1 a 150 mm.

16. Una célula de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-15, en la que dicha célula comprende un número de 1-10 pares de electrodos, particularmente de 1 a 7, particularmente de 2 a 5.

17. El uso de una célula de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-16, para tratar agua contaminada que 10 contiene microorganismos.