Método de descomposición de coloides y aparato para separar emulsiones electroquímicamente.

Método de descomposición de coloides para resolver electroquímicamente emulsiones,

principalmente emulsiones tipo O/W, que comprende las etapas de

- separación de los contaminantes sólidos de la emulsión,

- pre-calentamiento de la emulsión utilizando un regenerador de calor,

- fijación de la estabilidad mínima de la emulsión por ajuste del pH,

- resolución de la emulsión en un reactor de descomposición electroquímica haciéndola pasar entre un ánodo constituido por un material electroquímicamente activo y un cátodo constituido por un material electroquímicamente inactivo, mientras que las partículas coloidales de la emulsión se unen en flóculos que forman una espuma utilizando como floculante el compuesto producido in situ a partir del ánodo electroquímicamente activo.

- descarga de la espuma producida en la etapa anterior, y

- descarga del agua descontaminada a través de un filtro final y/o de un tanque de sedimentación final y de un regenerador de calor.

Método de descomposición de coloides y aparato para separar emulsiones electroquímicamente.

La invención se refiere a un método de descomposición de coloides y a un aparato para resolver electroquímicamente emulsiones que contienen aceite y agua y para eliminar las partículas coloidales que flotan en el agua. El método y el aparato son capaces de resolver electroquímicamente emulsiones de las denominadas tipo "aceite en agua" (O/W) que tienen bajo contenido en aceite y/o que contienen un emulsionante de baja estabilidad, pero son aplicables también para resolver electroquímicamente emulsiones de las denominadas tipo "agua en aceite" (W/O) que tienen mayor contenido en aceite y/o que contienen un emulsionante de alta estabilidad.

El tratamiento o descontaminación de agua contaminada se está haciendo cada vez más importante en la actualidad con el uso creciente del agua industrial y doméstica y la reducción de las reservas naturales de agua de bebida. Los métodos de descontaminación aplicados actualmente se pueden agrupar en tres categorías: métodos de tratamiento de agua físicos, químicos, y biológicos. Los métodos físicos se ocupan principalmente de eliminar los contaminantes sólidos, utilizando diversas tecnologías de filtración y sedimentación. Las tecnologías de filtración incluyen la aplicación de tamices o filtros de materiales estructurales resistentes al medio a ser filtrado, o la utilización de capas filtrantes naturales, tales como lechos de grava o capas de arena. Las tecnologías de sedimentación explotan la diferencia en el peso específico entre el agua y las partículas sólidas para separar los contaminantes.

Los métodos químicos se aplican para eliminar principalmente los contaminantes orgánicos flotantes que son difíciles de separar por filtración, mientras que el tratamiento biológico se aplica usualmente para producir agua de bebida.

Los procedimientos de tratamiento de agua aplicados comúnmente incluyen usualmente una combinación de estos tres tipos de métodos. La primera etapa de tratamiento de agua es usualmente una fase inicial de filtración, en la que se eliminan los contaminantes sólidos mayores de 1 mm. Las aguas contaminadas así como las aguas superficiales naturales siempre contienen materiales sólidos flotantes de tamaño coloidal, en mayor o menor medida. Estos materiales coloidales tienen que ser eliminados antes de que se use el agua. Aunque las partículas coloidales tienen mayor densidad que el agua, permanecen flotando en el agua en lugar de sedimentar. Son muy estables y resistentes a la formación de flóculos. Puesto que las partículas coloidales tienen carga eléctrica negativa y se repelen entre sí, su agregación espontánea y formación de flóculos requiere mucho tiempo.

Para separar satisfactoriamente las partículas coloidales del agua se deben eliminar las fuerzas estabilizantes con el fin de formar partículas más grandes o flóculos que se puedan separar del agua por medios mecánicos. Según los métodos aplicados en la práctica actual, la formación de partículas más grandes implica coagulación y floculación: desestabilizando las partículas coloidales y acumulando las partículas desestabilizadas en flóculos más grandes.

La técnica anterior incluye una serie de métodos para resolver electroquímicamente las soluciones que contienen coloides, más particularmente las emulsiones del tipo O/W. Tales emulsiones, p.ej. las aguas residuales descargadas de lavados de coches, son eléctricamente conductoras, usualmente tienen una concentración de aceite inferior al 1, 5 %, y no son demasiado estables. Los métodos electroquímicos para romper una emulsión incluyen usualmente la aplicación de diversos floculantes, tales como compuestos de hierro o compuestos de aluminio. Debido a sus mejores características de floculación, se han utilizado más ampliamente los compuestos de aluminio, que se hidrolizan a poli hidróxidos de aluminio mientras el pH de la emulsión se mantiene casi neutro. Las partículas coloidales se unen sobre la superficie de las partículas de poli hidróxido de aluminio floculantes y de este modo se pueden separar por sedimentación o filtración. La eficiencia del método es altamente dependiente del pH de la solución y de los parámetros de alimentación de reactivos.

La patente húngara HU 171.746 describe un aparato de electro-floculación para resolver emulsiones tipo O/W. El aparato tiene un sistema de electrodos paralelos dispuestos verticalmente, medios de separación y eliminación de espuma, y un espacio de sedimentación conectado al espacio de reacción. Se produce un gas de flotación utilizando los electrodos, y las diminutas burbujas del gas resuelven la emulsión.

La patente húngara HU 190.201 describe un aparato para romper una emulsión. La rotura de la emulsión se realiza por medios electroquímicos entre placas de electrodos, después de la neutralización de la emulsión. La mayor desventaja de estos métodos es su alta demanda de energía debido a la incapacidad de ajustar su consumo de energía al óptimo. Otra desventaja es que el grado de descontaminación alcanzable por estos métodos no cumple las estrictas regulaciones ambientales, y el grado de descontaminación no es controlable.

En la patente húngara HU 195.926 se describe un aparato y un método para resolver emulsiones. Según la invención la emulsión se resuelve electroquímicamente. Se elimina la fase emulsionante separada, y se reduce el contenido contaminante de la fase purificada por debajo de un valor predeterminado. La característica esencial de la invención es que en primer lugar se generan las condiciones que corresponden al valor mínimo de estabilidad de la emulsión, y después se resuelve la emulsión así preparada. Se hace un seguimiento continuo del contenido contaminante de la fase purificada, ajustando la densidad de corriente en los electrodos de la cubeta de descomposición dependiendo del grado de descontaminación alcanzado. El contenido contaminante de la fase purificada se reduce además en una fase final de descontaminación posterior. Una ventaja de la invención es que proporciona un aparato y un método que son altamente controlables debido a las medidas realizadas en diferentes etapas del procedimiento tecnológico, y que son capaces de proporcionar una descontaminación que cumple los requisitos estrictos.

El documento DE 4.230.765 describe un método de descomposición de coloides para resolver electroquímicamente una emulsión. El método comprende las etapas de separar los contaminantes sólidos de la emulsión, fijar la estabilidad mínima de la emulsión ajustando el pH, resolver la emulsión en un reactor de descomposición electroquímica haciéndola pasar entre un ánodo y un cátodo El documento DE 3.337.656 describe un método y un aparato para resolver una emulsión, dividiéndola por calentamiento y por adición de un ácido. La etapa electrolítica se realiza para la separación de iones metálicos más que para la separación de aceite de agua.

El documento DE 4.102.175 describe una mejor división de la emulsión, tal como los lubrificantes de enfriamiento, añadiendo gas CO2 a una cubeta electroquímica.

Las soluciones conocidas tienen la desventaja común de una demanda de energía extremadamente alta, y de ser capaces de alcanzar una descontaminación suficiente sólo por medio de un procedimiento de dos fases. Otro inconveniente común de estas soluciones es que - debido al deterioro o incluso reducción a cero de la conductividad eléctrica cuando aumenta la concentración de aceite de la emulsión - el tratamiento electroquímico de las emulsiones con mayor concentración de aceite es difícil o totalmente imposible. Por ejemplo, los métodos conocidos son incapaces de resolver, con razonable eficiencia, las emulsiones (del tipo W/O) que tienen una concentración de aceite superior al 1, 5 %.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un método y un aparato que mejore las soluciones existentes disminuyendo la demanda de energía del procedimiento de descontaminación de agua y que produzca agua descontaminada conforme a las regulaciones ambientales en una única operación. Otro objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento capaz de la descomposición electroquímica de emulsiones tanto de tipo O/W como de tipo W/O.

La invención se basa en el reconocimiento de que la demanda de energía del procedimiento se puede reducir notablemente – a la vez que al mismo tiempo se mejora la eficiencia de la separación – en el caso de que se produzca el floculante in situ en un reactor de descomposición electroquímica con la aplicación de un ánodo de un material electroquímicamente activo y un cátodo de un... [Seguir leyendo]

1. Método de descomposición de coloides para resolver electroquímicamente emulsiones, principalmente emulsiones tipo O/W, que comprende las etapas de

- separación de los contaminantes sólidos de la emulsión,

- pre-calentamiento de la emulsión utilizando un regenerador de calor,

-fijación de la estabilidad mínima de la emulsión por ajuste del pH,

- resolución de la emulsión en un reactor de descomposición electroquímica haciéndola pasar entre un ánodo constituido por un material electroquímicamente activo y un cátodo constituido por un material electroquímicamente inactivo, mientras que las partículas coloidales de la emulsión se unen en flóculos que forman una espuma utilizando como floculante el compuesto producido in situ a partir del ánodo electroquímicamente activo.

- descarga de la espuma producida en la etapa anterior, y

- descarga del agua descontaminada a través de un filtro final y/o de un tanque de sedimentación final y de un regenerador de calor.

2. El método según la reivindicación 1, caracterizado por que se utiliza como ánodo aluminio metal, ajustando la corriente eléctrica que fluye entre los electrodos de tal modo que la tasa de introducción de aluminio en la solución esté entre 1-1000 mg/l de Al3+, preferiblemente entre 1-100 mg/l de Al3+.

3. El método según la reivindicación 2, caracterizado por que durante 2 a 2, 5 minutos se mantiene una densidad de corriente en el ánodo de 0, 05-0, 3 A/dm2 y una densidad de corriente en el cátodo de 0, 1-0, 9 A/dm2, y posteriormente durante 1 segundo se genera una densidad de corriente en el ánodo de 0, 350-0, 357 A/dm2 y una densidad de corriente en el cátodo de 0, 5-0, 51 A/dm2, repitiéndose este ciclo durante el proceso.

4. El método según la reivindicación 1, caracterizado por que la emulsión es pre-calentada a 10-70 °C, preferiblemente .

2. 50 °C.

5. El método según la reivindicación 1, caracterizado por que el pH de la emulsión se ajusta de tal modo que el valor de pH del agua descontaminada está entre 6-8, preferiblemente 7 ± 0, 25.

6. Método de descomposición de coloides para resolver electroquímicamente emulsiones, principalmente emulsiones tipo W/O, que comprende las etapas de

- separación de los contaminantes sólidos de la emulsión,

- absorción de gas CO2 en la emulsión, cambiando de este modo el tipo de emulsión de W/O a O/W,

- pre-calentamiento de la emulsión utilizando un regenerador de calor,

- fijación de la estabilidad mínima de la emulsión por ajuste del pH,

- resolución de la emulsión en un reactor de descomposición electroquímica haciéndola pasar entre un ánodo constituido por un material electroquímicamente activo y un cátodo constituido por un material electroquímicamente inactivo, mientras que las partículas coloidales de la emulsión se unen en flóculos que forman una espuma utilizando como floculante el compuesto producido in situ a partir del ánodo electroquímicamente activo.

- descarga de la espuma producida en la etapa anterior, y

- descarga del agua descontaminada a través de un tanque de sedimentación final y/o un filtro final y/o un regenerador de calor.

7. El método según la reivindicación 6, caracterizado por que el gas CO2 introducido de modo continuo es absorbido en la emulsión.

8. El método según la reivindicación 6, caracterizado por que el gas CO2 introducido de modo discontinuo es absorbido en la emulsión.

9. El método según la reivindicación 7 o la reivindicación 8, caracterizado por que se absorben en la emulsión 2-20 g/dm3 de gas CO2.

10. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 6-9, caracterizado por que la conductividad de la emulsión se aumenta si es necesario añadiendo una sal conductora.

11. Aparato de descomposición de coloides para resolver electroquímicamente emulsiones, que comprende

- un recipiente de la emulsión (1) conectado a través de un tanque de pre-sedimentación (3) y de una bomba de alimentación (5) a una hidrociclona (12) y/o un filtro inicial (9) ,

- para resolver electroquímicamente emulsiones tipo W/O, un tanque de gas CO2 (27) para introducir gas CO2 en la emulsión a través de un alimentador de CO2 discontinuo (19, 20) y/o un alimentador de CO2 continuo (28) ,

- un reactor de descomposición electroquímica (38) al que están conectados la hidrociclona (12) y/o el filtro inicial (9) a través de un regenerador de calor (32) y una bomba de alimentación (34) , donde en el reactor de descomposición electroquímica (38) están dispuestos un ánodo constituido por un material electroquímicamente activo y conectado al suministro eléctrico (41) y un cátodo constituido por un material electroquímicamente inactivo, siendo introducida la emulsión entre el ánodo y el cátodo de tal modo que el punto de introducción de la emulsión está colocado más bajo que el punto de descarga de la emulsión,

- un tanque receptor (39) conectado al reactor de descomposición electroquímica (38) , adaptado para recibir la espuma producida en el proceso y para recibir las partículas sedimentadas y/o filtradas,

- una bomba de descarga (37) para descargar a través de un filtro final (44) y/o de un tanque de sedimentación final

(47) y de un regenerador de calor (32) el agua descontaminada que sale del reactor de descomposición electroquímica (38) ,

- una unidad de ajuste de pH que consiste en un peachímetro (40) dispuesto corriente abajo del reactor de descomposición electroquímica (38) para medir el pH del agua descontaminada, un controlador (42) conectado al peachímetro (40) , un recipiente de reactivo (43) , y un alimentador de reactivo (36) que está dispuesto corriente arriba del reactor de descomposición electroquímica (38) .

- válvulas de parada (2, 4, 6, 7, 8, 10, 11 , 13, 14, 15, 16, 17, 18, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 29, 30, 33, 45, 46, 48, 49) conocidas per se, dispuestas en las tuberías que transportan la emulsión o el agua descontaminada, estando adaptadas las válvulas de parada para evitar o permitir el flujo de la emulsión o del agua descontaminada.

12. El aparato según la reivindicación 11, caracterizado por que tiene dos alimentadores de CO2 discontinuos (19, 20) , donde el gas CO2 se introduce en uno de los alimentadores de CO2 y al mismo tiempo la emulsión se introduce en el otro alimentador de CO2.

13. El aparato según la reivindicación 11, caracterizado por que el ánodo electroquímicamente activo está constituido por hierro y/o aluminio, y el cátodo electroquímicamente inactivo está constituido por acero inoxidable o grafito.

14. El aparato según la reivindicación 11, caracterizado por que el regenerador de calor (32) se utiliza como un intercambiador de calor recuperador.

15. El aparato según la reivindicación 14, caracterizado por que un regenerador de calor auxiliar (31) está dispuesto corriente arriba del regenerador de calor (32) .

16. El aparato según la reivindicación 15, caracterizado por que el regenerador de calor auxiliar (31) es un intercambiador de calor recuperador, en donde el agua descontaminada se hace pasar a través de un circuito del intercambiador de calor, y un medio precalentado utilizando un pre-calentador (50) se hace pasar a través de otro circuito del mismo intercambiador de calor.