PROCEDIMIENTO INTEGRADO DE ELECTRO-OXIDACIÓN FOTOVOLTAICA PARA LA DEPURACIÓN Y REUTILIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES URBANAS.

Procedimiento integrado de electro-oxidación solar fotovoltaica para la depuración y reutilización de aguas residuales urbanas.

Procedimiento para la depuración de aguas residuales urbanas y consecución de condiciones de reutilización, que consiste en la circulación de un caudal de agua QE a tratar a través de un reactor de electro-oxidación en el que se ha integrado una instalación solar fotovoltaica, en el que la corriente eléctrica de alimentación al reactor de electro-oxidación proviene directamente de dicha instalación solar fotovoltaica, comprendiendo el procedimiento la operación continua de regular el caudal de agua QE que se hace circular por el reactor en función del valor de la irradiación solar instantánea.

Procedimiento integrado de electro-oxidación solar fotovoltaica para la depuración y reutilización de aguas residuales urbanas

Sector técnico de la invención

La invención refiere a un procedimiento para la depuración de aguas residuales urbanas o industriales que permite alcanzar los requisitos necesarios para su reutilización.

Antecedentes de la invención

La depuración de aguas residuales urbanas está regulada a nivel europeo a través de la Directiva del Consejo 91/271 del 21 de Mayo de 1991 sobre depuración de las aguas residuales urbanas (Directiva 91/271/CEE del Consejo, de 21 de mayo de 1991, sobre el tratamiento de las aguas residuales urbanas. Diario Oficial de la Unión Europea, DO L Nº 135 30.5.1991, p. 40) . Esta directiva afecta a los diferentes núcleos de población, siendo necesario un tratamiento apropiado incluso en núcleos relativamente pequeños como puedan ser aquellos de menos de

2.000 habitantes equivalentes con sistemas de recogida. Dentro de las distintas tecnologías disponibles para pequeños y medianos núcleos de población (500-5.000 habitantes equivalentes) es posible encontrar desde sistemas de lodos activados hasta sistemas de lagunaje (Oficina Internacional del Agua, Guía Procesos extensivos de depuración de las aguas residuales adaptadas a las pequeñas y medias colectividades (500-5.000 H.E) , 2001) .

Como alternativa a las tecnologías disponibles, la electro-oxidación permite oxidar la materia orgánica disuelta e inactivar los microorganismos presentes en un efluente en fase líquida (depuración y desinfección) mediante la aplicación de una diferencia de potencial entre un ánodo y un cátodo, con lo que la corriente aplicada permite generar agentes oxidantes (Chen, G. Sep. Purif. Technol. 2004, 38, 11-41) .

Se conocen referencias a patentes a nivel internacional donde la electro-oxidación, combinada con otros tratamientos, se presenta como una alternativa para el tratamiento de aguas residuales con carga orgánica: CN101376548, CN101423269, CN100337946, DE102004017916, KR20030052790, US7354509, US2005224338, KR20060046358, recogiendo patentes específicas que emplean electrodos de diamante (CN101555082) . Así mismo, existen referencias específicas para el tratamiento de efluentes con carga orgánica (EP2072472, WO02088430) cuyos solicitantes suministran equipos comerciales de electro-oxidación. Es reseñable el empleo de ánodos de diamante como base de generadores de ozono (KR20030054255) con especial interés en desinfección (AT505996) . Por otra parte, existen referencias específicas al tratamiento de aguas residuales urbanas mediante procesos electroquímicos (US6916427, WO2009158589) . El uso de energía solar fotovoltaica en patentes relacionadas con el tratamiento de agua se recoge como apoyo para sistemas de bombeo (CN100546922, EP2213627) o para alimentación de sistemas de desinfección UV (US2010155339) pero no se presenta integrada en el proceso de depuración de la materia orgánica disuelta.

Así mismo, existen referencias bibliográficas para la depuración de aguas residuales urbanas a nivel de planta piloto: Feng y col. (J. Hazard. Mat. B, 2003, 103, 65-78) describen una planta piloto para operación en lotes para completar la electro-oxidación de aguas residuales urbanas con electrodos de óxidos de rutenio y titanio junto con un proceso de electro-coagulación. Yeon y col. (Desalination, 2007, 202, 400-410) proponen una planta piloto que combina unidades comerciales de electrodiálisis y electro-oxidación (electrodos de óxidos metálicos de rutenio, estaño e iridio) para eliminación de materia orgánica y nitrógeno total de un agua residual no radiactiva procedente de una central nuclear. Anglada y col. (Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 2035-2040; J. Hazard. Mater. 2010, 181, 729-735; Water Sci. Technol. 2010, 61, 2211-2217) describen el tratamiento de lixiviados de vertedero en planta piloto con ánodos de diamante dopado con boro.

Por otro lado la tecnología de electro-oxidación permite la desinfección de aguas: Schmalz y col. (Water Res. 2009, 43, 5260-5266) proponen la desinfección electroquímica mediante electrodos de diamante dopado con boro con el objetivo de reciclar aguas domésticas, mientras que Rodrigo y col. (Electrochim. Acta 2010, 55, 81608164) sugieren que la oxidación con electrodos de diamante dopado con boro permite la eliminación simultánea de materia orgánica, microorganismos y compuestos orgánicos persistentes. La eliminación de orgánicos persistentes procedentes de concentrados de ósmosis inversa es posible mediante electro-oxidación con electrodos de diamante dopado con boro (Pérez y col. Wat. Sci. Tech., 2010, 62, 892-897) .

Las instalaciones basadas en la tecnología de electro-oxidación previamente señaladas comprenden un reactor de electro-oxidación alimentado mediante una fuente de corriente que suministra una tensión o corriente constante, especialmente adecuada para las condiciones del reactor y el agua a tratar. Para ello, las instalaciones están provistas de rectificadores de corriente o acumuladores, entre otros dispositivos, para suministrar al reactor una corriente adaptada a la operación del sistema.

El objetivo de la presente invención es dar a conocer una alternativa mediante electro-oxidación a los procedimientos propuestos para el tratamiento de aguas residuales urbanas, que mejora la sostenibilidad energética del mismo.

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Explicación de la invención

El procedimiento de la invención consiste en la circulación del caudal de agua a tratar a través de un reactor de electro-oxidación en el que se ha integrado una instalación solar fotovoltaica (sistema ESOF: electro-oxidación solar fotovoltaica) .

En esencia el procedimiento se caracteriza porque la corriente eléctrica de alimentación al reactor de electro-oxidación proviene directamente de la instalación solar fotovoltaica; y porque el procedimiento comprende la operación continua de regular el caudal de tratamiento QE de agua en función del valor de la irradiación solar instantánea.

Según otra característica de la invención, se hace circular por el reactor de electro-oxidación un caudal de recirculación QR que procede de un tanque de suministro, y la regulación del caudal de tratamiento QE de agua se lleva a cabo mediante el suministro de un caudal de entrada de agua sin tratar al tanque y simultáneamente de extraer el mismo caudal de salida de agua del tanque, variándose en consecuencia la concentración de la materia orgánica y microorganismos en el tanque. Consecuentemente, la relación de recirculación R (cociente entre el caudal de recirculación QR y el caudal de tratamiento QE) también deviene función del valor de la irradiación solar instantánea.

En una forma de realización, el procedimiento comprende la operación añadida de regular el caudal de recirculación QR en función del valor de la irradiación solar instantánea.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se describe una planta para la depuración de aguas residuales urbanas y consecución de condiciones de reutilización, que comprende un reactor de electro-oxidación y un tanque de suministro del agua a tratar, conectado a la entrada y a la salida del reactor.

La planta se caracteriza porque comprende una instalación solar fotovoltaica integrada con el reactor de electro-oxidación, un medidor de irradiación solar y un sistema de control para regular el caudal de tratamiento QE de agua que es introducido y extraído del tanque de suministro, y con ello la relación de recirculación R del agua que circula por el reactor, cociente entre el caudal de recirculación QR que se hace circular por el reactor proveniente del tanque y el caudal de tratamiento QE, en función del valor de la irradiación solar instantánea obtenida por el medidor de irradiación solar.

En una variante de interés, la relación entre el área efectiva Ap de la instalación solar fotovoltaica, expresada en m2 de superficie efectiva, y el área anódica Ae del reactor de electro-oxidación, expresada en m2, sigue la siguiente relación 1 : (Ap·Ae-1) : 50.

De acuerdo con una forma de realización, el sistema de control, que permite ajustar la concentración de la materia orgánica y microorganismos del agua a partir del caudal que se introduce y se extrae del tanque de suministro en función del valor de la irradiación solar instantánea medida por el medidor de irradiación...

1. Procedimiento para la depuración de aguas residuales urbanas o industriales y consecución de condiciones de reutilización, que consiste en la circulación del caudal de agua a tratar a través de un reactor de electrooxidación en el que se ha integrado una instalación solar fotovoltaica, caracterizado porque

- la corriente eléctrica de alimentación al reactor de electro-oxidación proviene directamente de la instalación solar fotovoltaica; y porque

- el procedimiento comprende la operación continua de regular el caudal de tratamiento QE de agua en función del valor de la irradiación solar instantánea.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se hace circular por el reactor de electrooxidación un caudal de recirculación QR que procede de un tanque de suministro, y porque la regulación del caudal de tratamiento QE de agua se lleva a cabo mediante el suministro de un caudal de entrada de agua sin tratar al tanque y simultáneamente de extraer el mismo caudal de salida de agua del tanque, variándose en consecuencia la concentración de la materia orgánica y microorganismos en el tanque, siendo en consecuencia la relación de recirculación R, cociente entre el caudal de recirculación QR y el caudal de tratamiento QE, también función del valor de la irradiación solar instantánea.

3. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque comprende la operación añadida de regular el caudal de recirculación QR en función del valor de la irradiación solar instantánea.

4. Planta (1) para la depuración de aguas residuales urbanas o industriales y consecución de condiciones de reutilización, que comprende un reactor (2) de electro-oxidación y un tanque (6) de suministro del agua a tratar, conectado a la entrada y a la salida del reactor, caracterizado porque comprende una instalación solar fotovoltaica

(3) integrada con el reactor de electro-oxidación, un medidor (12) de irradiación solar y un sistema de control (8) para regular el caudal de tratamiento QE de agua que es introducido y extraído del tanque (6) de suministro, y con ello la relación de recirculación R del agua que circula por el reactor, cociente entre el caudal de recirculación QR que se hace circular por el reactor proveniente del tanque y el caudal de tratamiento QE, , en función del valor de la irradiación solar instantánea obtenida por el medidor (12) de irradiación solar

5. Planta (1) según la reivindicación 4, caracterizada porque la relación entre el área efectiva Ap de la instalación solar fotovoltaica (3) , expresada en m2 de superficie efectiva, y el área anódica Ae del reactor de electrooxidación, expresada en m2, sigue la siguiente relación:

1 : (Ap·Ae-1) : 50

6. Planta (1) según las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizada porque el sistema de control (8) , que permite ajustar la concentración de la materia orgánica y microorganismos del agua a partir del caudal que se introduce y se extrae del tanque (6) de suministro en función del valor de la irradiación solar instantánea medida por el medidor (12) de irradiación solar, gobierna un grupo de bombeo (5) de agua, que varía el caudal de tratamiento QE de agua que es suministrado y extraído de forma simultánea del tanque (6) de suministro.

7. Planta (1) según la reivindicación 6, caracterizada porque el grupo de bombeo (5) comprende una bomba de doble cabezal conectada a la entrada (9) y salida (10) del tanque (6) de suministro.

8. Planta (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizada porque los ánodos del reactor (2) de electro-oxidación son de Diamante Dopado con Boro (DDB) soportados sobre silicio.

9. Planta (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizada porque el reactor (2) de electro-oxidación comprende varias líneas NL a través de las cuales puede hacerse circular un caudal de recirculación QR de agua que proviene del tanque (6) de suministro a través del citado reactor (2) , y porque la planta (1) comprende medios adecuados para cambiar de forma selectiva el número de líneas NL operativas, y regular así el caudal de recirculación QR, en función del valor de la irradiación solar instantánea.

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ENERGÍA LUMINOSA

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FIG. 3

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