Aparato y método para la disolución de ozono en agua y la oxidación catalítica.

Un método para tratar agua, comprendiendo el método:

introducir una corriente de gas,

que contiene gas de ozono, en una corriente de pretratamiento, que comprende agua, en un punto de inyección, dando como resultado una corriente en fase mezclada que

comprende gas de ozono y agua;

hacer pasar la corriente en fase mezclada a través de un monolito situado aguas abajo del punto de inyección, dando como resultado un producto de reacción en el que, al menos, una parte del gas de ozono está disuelta en el agua; separar de una cantidad en fase líquida del producto de reacción cualquier gas no disuelto en dicho producto de reacción; y

retirar una corriente de efluente que comprende, al menos, una parte de la cantidad en fase líquida del producto de reacción;

en el que el monolito comprende una pluralidad de canales paralelos que se extienden, cada uno, a través de dicho monolito desde aguas arriba hasta su extremo aguas abajo, estando dispuesta la pluralidad de canales paralelos con una densidad de entre 15 y 190 canales por centímetro cuadrado (100 y 1.200 canales por pulgada cuadrada), y el flujo de gas-líquido a través del monolito es laminar.

Aparato y método para la disolución de ozono en agua y la oxidación catalítica ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El ozono es un potente desinfectante y se utiliza para oxidar impurezas orgánicas biodegradables del agua potable. Es útil en la eliminación de los compuestos causantes del sabor y el olor que se producen debido a las algas azulesverdes en el agua superficial. Asimismo, se utiliza ozono para el tratamiento terciario a efectos de eliminar las trazas de impurezas del agua residual municipal filtrada, antes de reutilizarla como agua potable indirecta o de ser descargada a zonas medioambientalmente sensibles. Para las impurezas orgánicas sintéticas tales como MTBE, TCE, 1, 4 dioxano, etc., encontradas típicamente en lugares con agua subterránea químicamente contaminada, se usa un proceso de oxidación avanzado.

Se puede utilizar ozono, en combinación con peróxido de hidrógeno y/o catalizadores, para producir radicales hidroxilo que oxidan las impurezas orgánicas más resistentes. Los radicales hidroxilo se producen por la reacción entre el ozono y el peróxido de hidrógeno o un catalizador en la fase acuosa. Este tipo de tratamiento se denomina, en la industria, proceso “de oxidación avanzada”.

El gas de ozono se produce comúnmente en un generador basado en descargas en corona, a partir de aire o de oxígeno de alta pureza. La concentración típica de ozono en fase gaseosa varía desde el 3 al 14%, dependiendo de la potencia del generador y la concentración de oxígeno en la alimentación de gas utilizada para la generación de ozono. Los procesos de tratamiento de agua basados en ozono dependen de la transferencia de ozono desde la fase gaseosa hasta la fase acuosa, para la oxidación de impurezas orgánicas. Se han utilizado diversos procesos para transferir ozono desde la fase gaseosa hasta la fase líquida con el fin del tratamiento de agua.

Uno de dichos procesos conocidos es con un reactor de columnas o cubetas de burbujeo, que comprende una gran columna o cubeta y unos difusores de gas situados en la parte inferior de la columna o cubeta. La columna o cubeta está llena de agua y el gas de ozono se introduce a través de los difusores de gas. Finas burbujas de gas de ozono suben a través del agua en la columna o cubeta, lo que favorece la disolución del ozono en el agua (denominada asimismo en esta memoria “transferencia de ozono”) . El rendimiento de la transferencia de ozono se puede mejorar capturando y haciendo recircular ozono no disuelto desde la parte superior de la columna o cubeta y/o haciendo pasar el ozono a través de una serie de columnas o cubetas utilizando tabiques. Un problema con este método de disolución es que los poros de difusión del difusor de gas se atascan típicamente con el paso del tiempo, lo que afecta de forma desfavorable al comportamiento. Otro problema con un proceso de transferencia de ozono basado en difusores es que se requieren cubetas grandes y profundas para una transferencia eficaz del ozono al agua. Además, los procesos de transferencia de ozono basados en difusores son métodos relativamente ineficientes para dicha transferencia de ozono.

Otro método conocido de transferencia de ozono es la utilización de un inyector venturi, en el que el agua circula a través del dispositivo venturi y el gas de ozono se inyecta en la garganta de dicho dispositivo venturi. Este método basado en dispositivos venturi solamente se puede utilizar en sistemas con caudales de agua relativamente bajos. En sistemas que funcionan con caudales relativamente grandes, una parte del agua puede ser desviada hacia el interior de una “corriente deslizante” en la que está situado el venturi. La corriente deslizante se vuelve a inyectar a continuación en la corriente principal y se mezcla en dicha corriente principal mediante un flujo turbulento. Típicamente, el método de dispositivos venturi con corriente desviada solamente es eficaz para transferencia de ozono en dosis relativamente bajas (por ejemplo, 10 mg/l o menos) .

En otra variación de la transferencia de ozono basada en dispositivos venturi, se pueden utilizar máquinas mezcladoras estáticas, aguas abajo del inyector, para conseguir la mezcla adicional de ozono en la fase acuosa. El sistema es más sencillo de diseñar dado que no tiene partes móviles. Pero la dispersión de la mezcla y el gas para una transferencia de ozono satisfactoria a través de una máquina mezcladora estática requiere un flujo altamente turbulento de gas y líquido. Esto conduce a una caída superior de presión y solamente puede funcionar en una estrecha gama de caudales de agua y gas.

Se han realizado intentos de llevar a cabo la transferencia de ozono utilizando dispositivos contactores de turbina, que funcionan aspirando gas a través de ejes de turbina huecos y de dispositivos agitadores. Los dispositivos contactores de turbina no parecen ser muy adecuados para las aplicaciones de transferencia de ozono por varias razones. Si se comparan con los métodos de transferencia de ozono descritos anteriormente, los dispositivos contactores de turbina tienen requisitos de potencia relativamente altos. Además, la relación entre el gas de ozono y el agua que entra en el dispositivo contactor de turbina se debe mantener relativamente constante para un funcionamiento eficiente, lo que limita la capacidad para ajustar la dosificación de ozono. Los dispositivos contactores de turbina no son muy adecuados para la ozonización catalítica porque el catalizador en polvo taponará los canales a través de los que se aspira el gas de ozono.

El documento EP-A-0625482 enseña un proceso en el que una corriente en dos fases de agua y gas de ozono se hace pasar a través de una columna de relleno, tal como un lecho de alúmina activada, estando compuesto dicho

lecho, por ejemplo, por partículas granulares que varían en tamaño desde aproximadamente 500 μm hasta 15 mm. No obstante, las columnas de relleno se utilizan raramente en la transferencia de ozono puesto que este tipo de reactor tiene un rendimiento muy bajo para dicha transferencia de ozono y, por lo tanto, se requiere una columna muy alta para conseguir una dosificación de ozono típica. Las columnas de relleno tienen asimismo un bajo volumen vacío, que limita el caudal de agua a través de una columna de diámetro dado. Las columnas de relleno se pueden utilizar para reacciones catalíticas de lecho fijo con ozono pero, debido al bajo rendimiento de la transferencia de masa de ozono, son caras de construir y de hacer funcionar.

Se han utilizado chorros incidentes para mejorar la mezcla entre las fases gaseosa y líquida en sistemas de transferencia de ozono. En dichos sistemas, un chorro a alta velocidad de flujo en dos fases impacta con otro chorro o con una superficie estacionaria. Una parte del agua se puede reciclar mediante los chorros. Además, el ozono no disuelto se puede capturar aguas abajo en un separador de fases y reciclar mediante los chorros. Los chorros incidentes se pueden utilizar como el único reactor de mezcla o se pueden utilizar en combinación con otros reactores de mezcla. El diseño y funcionamiento de un sistema de transferencia de ozono que incluye chorros incidentes es complejo debido a la necesidad de situar con precisión las zonas de impacto. Además, los chorros tienen requisitos de potencia relativamente altos y el régimen de caudales que se pueden conseguir mediante este tipo de sistemas es limitado. Un ejemplo de un proceso que utiliza chorros incidentes es el proceso enseñado en el documento WO-A-97/14657, en el que una corriente en fase mezclada de agua y gas de ozono se hace pasar a través de un contactor de gas-líquido para efectuar la disolución del ozono en el agua, favoreciéndose dicha disolución del ozono al llevar dos chorros de flujo en dos fases a que contacten entre sí desde sentidos opuestos.

En consecuencia, existe la necesidad de un método mejorado de transferencia de ozono que supere las desventajas de los métodos de la técnica anterior.

BREVE SUMARIO DE LA INVENCIÓN En un aspecto, la invención comprende un método para tratar agua, comprendiendo el método:

introducir una corriente de gas, que contiene gas de ozono, más preferentemente, al menos, el 3% de gas de ozono, en una corriente de pretratamiento, que comprende agua, en un punto de inyección, dando como resultado una corriente en fase mezclada que comprende gas de ozono y agua; hacer pasar la corriente en fase mezclada a través de un monolito situado aguas abajo del punto de inyección, dando como resultado un producto de reacción en el que, al menos, una parte del gas de ozono se disuelve en el agua; separar de una cantidad en fase líquida del producto de reacción cualquier gas de ozono no disuelto en dicho producto... [Seguir leyendo]

1. Un método para tratar agua, comprendiendo el método:

introducir una corriente de gas, que contiene gas de ozono, en una corriente de pretratamiento, que comprende agua, en un punto de inyección, dando como resultado una corriente en fase mezclada que comprende gas de ozono y agua; hacer pasar la corriente en fase mezclada a través de un monolito situado aguas abajo del punto de inyección, dando como resultado un producto de reacción en el que, al menos, una parte del gas de ozono está disuelta en el agua; separar de una cantidad en fase líquida del producto de reacción cualquier gas no disuelto en dicho producto de reacción; y retirar una corriente de efluente que comprende, al menos, una parte de la cantidad en fase líquida del producto de reacción; en el que el monolito comprende una pluralidad de canales paralelos que se extienden, cada uno, a través de dicho monolito desde aguas arriba hasta su extremo aguas abajo, estando dispuesta la pluralidad de canales paralelos con una densidad de entre 15 y 190 canales por centímetro cuadrado (100 y 1.200 canales por pulgada cuadrada) , y el flujo de gas-líquido a través del monolito es laminar.

2. El método según la reivindicación 1, que comprende además:

hacer recircular parte de la cantidad en fase líquida del producto de reacción hacia el interior de la corriente de pretratamiento.

3. El método según cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

recuperar en un recipiente separador el producto de reacción desde el monolito; y retirar del recipiente separador la cantidad en fase líquida del producto de reacción.

4. El método según la reivindicación 3, que comprende además:

mantener en el recipiente separador una cantidad en fase líquida del producto de reacción suficiente para cubrir un extremo de salida del monolito.

5. El método según cualquier reivindicación anterior, en el que la corriente en fase mezclada se hace pasar a través del monolito a una velocidad del líquido que está entre 0, 2 m/s y 1, 0 m/s.

6. El método según cualquier reivindicación anterior, en el que la corriente en fase mezclada se suministra al monolito por encima de la presión atmosférica.

7. El método según cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

hacer pasar la corriente en fase mezclada a través de una máquina mezcladora estática, aguas arriba del monolito y aguas abajo del punto de inyección.

8. El método según cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

introducir peróxido de hidrógeno en la corriente de pretratamiento o en fase mezclada, aguas arriba del monolito.

9. El método según cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

desviar una parte de una corriente de agua para formar una corriente de afluente; formar toda o parte de la corriente de pretratamiento a partir de la corriente de afluente; e inyectar la corriente de efluente en la corriente de agua, aguas abajo de la corriente de afluente.

10. El método según cualquier reivindicación anterior, en el que el monolito está impregnado con un catalizador.

11. El método según la reivindicación 10, en el que el catalizador es un catalizador de oxidación.

12. Un sistema (10) de tratamiento de agua, que comprende:

una conducción (16) de suministro de agua; un generador de ozono (18) para generar una corriente de gas de salida que contiene ozono; una conducción (20) de suministro de ozono que está configurada para llevar la corriente de gas de salida desde el generador de ozono y para conectarse, en un punto de inyección (21) , a la conducción de suministro

de agua; un monolito (26) con un extremo de salida (32) y un extremo de entrada (31) que está aguas abajo del punto de inyección (21) y está en comunicación de fluido con la conducción (16) de suministro de agua; un recipiente (34) que está en comunicación de fluido con el extremo de salida del monolito;

una conducción (40) de purga de gas situada sobre el recipiente; una conducción de salida (38) del recipiente situada sobre dicho recipiente, para extraer líquido del recipiente, estando situada la conducción de salida del recipiente por debajo de la conducción de purga de gas; y una abertura (46) del efluente situada sobre la conducción de salida del recipiente; en el que el monolito (26) comprende una pluralidad de canales paralelos (28) que se extienden, cada uno, a través de dicho monolito desde aguas arriba hasta su extremo aguas abajo, estando dispuesta la pluralidad de canales paralelos con una densidad de entre 15 y 190 canales por centímetro cuadrado (100 y 1.200 canales por pulgada cuadrada) , de manera que el flujo de gas-líquido a través del monolito es laminar.

13. El sistema según la reivindicación 12, en el que el monolito (26) está impregnado con un catalizador.

14. El sistema según la reivindicación 13, en el que el catalizador es un catalizador de oxidación.