Sistema y proceso para tratamiento de agua.

Un método para retirar contaminantes de agua de alimentación, que comprende:

formar una dispersión que comprende burbujas de un gas de tratamiento en una fase continua que comprende agua de alimentación por medio del contacto del gas de tratamiento y la fase continua en un dispositivo de alta velocidad de cizallamiento (40, 220) que comprende al menos una combinación de rotor-estátor (200, 230, 240), en el que las burbujas tienen un diámetro medio de menos de 5 μm, y

en el que el gas de tratamiento es un gas seleccionado entre aire, oxígeno y cloro.

Sistema y proceso para tratamiento de agua Antecedentes de la invención Campo técnico

La presente invención hace referencia en general al tratamiento de aguas. Más en particular, la presente invención hace referencia a un proceso para el tratamiento de aguas. El método publicado puede utilizarse para tratar aguas residuales o aguas sin tratar que contienen contaminantes, mediante el cual se pueden desinfectar, estabilizar y/o separar los contaminantes del agua.

Antecedentes de la invención

Los procesos para reciclar aguas residuales procedentes de actividades industriales presentan desafiantes problemas medioambientales y el gobierno regula estos procesos. El impacto sobre el medio ambiente de las aguas residuales utilizadas en actividades industriales ha llevado a la creación de regulaciones tanto a nivel local como federal. Estas regulaciones exigen la depuración de las aguas residuales antes de su liberación al medio ambiente y/o su introducción en los sistemas públicos de alcantarillado.

Se presentan varios problemas al depurar las aguas residuales industriales y domésticas. Por ejemplo, las aguas residuales comprenden a menudo cantidades significativas de sólidos en suspensión, minerales disueltos no deseables, y gases nocivos. Las aguas residuales también pueden comprender cantidades significativas de materia orgánica, incluyendo hidrocarburos (por ejemplo, aceites) y bacterias.

Por ejemplo, el documento BP 1541532A1 divulga un proceso de eliminación de aguas residuales en forma de un método de "biosólidos" que usa un tratamiento atomizador en línea que comprende: (A) una etapa en la que se preparara una dispersión gas-líquido que contiene un gas reactivo que consiste en oxígeno o un gas mixto de oxígeno y ozono en forma de burbujas ultrafinas por medio de dispersión en agua residual retornada o en agua limpia en una ubicación diferente de los recipientes y piscinas que pertenecen a un sistema de tratamiento de aguas residuales; y (B) una etapa en la que se introduce la dispersión gas-líquido en el agua residual en un recipiente de reacción para suministrar oxígeno a los microorganismos de la misma. Un ejemplo de generador de burbujas se puede encontrar en el documento WO 2007/023864A1.

Similarmente, el documento EP 1736444A1 divulga un proceso para la depuración biológica de agua residual bajo presión, en el que el agua residual se depura biológicamente usando una función de depuración llevada a cabo por medio de microorganismos a través de una reacción de oxidación y/o una reacción de reducción en un recipiente de reacción presurizado.

Además, el documento US 6251289B1 divulga un método para retirar contaminantes orgánicos de un líquido, por medio de la formación de un gas oxidante, preferentemente seleccionado entre un grupo que incluye ozono y dióxido de cloro, en burbujas de tamaño sub-micrónico, que se dispersan en un líquido inicialmente contaminado, después de lo cual se recupera el líquido.

Alternativamente, el documento US 5888403A divulga un tratamiento de agua por medio de la introducción de la misma en un primer mezclador de ozono y sometiéndola a una fuerza magnética, en la que el ozono suministrado a partir de un primer ozonizador se inyecta en el agua por medio de oxidación y coagulación de las sustancias objeto de oxidación. Posteriormente, se retiran las sustancias coaguladas por medio de un primer filtro y se introduce el agua resultante en un segundo mezclador de ozono, se somete de nuevo a una fuerza magnética, y se inyecta el ozono suministrado a partir de un segundo ozonizador en el agua. Finalmente, se hace pasar el agua a través de un recipiente de reacción lleno con carbono activado, y posteriormente se retiran las sustancias del agua por medio de un segundo filtro.

Además, con frecuencia, el agua sin tratar procedente de fuentes superficiales (por ejemplo, manantiales) o fuentes de agua subterránea requiere tratamiento para la retirada de contaminantes antes de su uso, por ejemplo, antes de su uso como agua potable.

Como se ha comentado anteriormente, existen numerosos esquemas de tratamiento de agua. Por ejemplo, se usan de forma rutinaria procesos de oxidación química para retirar los contaminantes orgánicos del agua residual. También se conocen los sistemas físicos de tratamiento de aguas residuales, incluyendo floculación/flotación de partículas sólidas. No obstante, todavía son necesarios en la industria procesos y sistemas para el tratamiento de agua en los cuales se permitan un rendimiento mejorado, mayor retirada de contaminantes y/o el uso de cantidades reducidas de coadyuvante de tratamiento (por ejemplo, gases tales como cloro y aire o líquidos tales como floculantes).

Sumario

De acuerdo con la invención, se proporciona un método para retirar contaminantes de agua de alimentación, comprendiendo el método formar una dispersión que comprende burbujas de un gas de tratamiento en fase continua que comprende agua de alimentación por medio de la puesta en contacto del gas de tratamiento y la fase continua en un dispositivo de alta velocidad de cizallamiento que comprende al menos una combinación de rotor-estátor, en el que las burbujas tienen un diámetro medio menor de 5 pm y en el que el gas de tratamiento es un gas seleccionado entre aire, oxígeno y cloro. El agua de alimentación puede comprende agua residual, agua superficial, agua subterránea o una combinación de ellas. El contaminante puede estar seleccionado entre ácido sulfhídrico, hidrocarburos, materia particulada, bacterias y componentes volátiles. Las burbujas de gas pueden tener un diámetro de menos de 1 pm o no más de 400 nm. La formación de la dispersión puede comprender, someter una mezcla del gas de tratamiento y la fase continua a una tasa de cizallamiento mayor de aproximadamente 20.000 s'1. Se puede hacer rotar al menos un rotor de una combinación de rotos-estátor del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento a una velocidad periférica de al menos 22,9 m/s (4.500 pies/min) durante la formación de la dispersión. En los modos de realización, el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento produce una presión local de al menos aproximadamente 1034,2 MPa (150.000 psi) en la punta de al menos un rotor durante la formación de la dispersión. El consumo energético del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento durante la formación de la dispersión puede ser mayor de 1000 W/m3 de fluido. El método puede además comprender la introducción de la dispersión en un recipiente y la extracción de agua que contiene partículas a partir del recipiente. En los modos de realización, el método además comprende introducir al menos una parte del agua que contiene partículas en un separador. El sistema puede utilizar al menos dos dispositivos de mezcla de alta velocidad de cizallamiento. Al menos un dispositivo de alta velocidad de cizallamiento puede comprender al menos dos combinaciones de rotor-estátor. La tasa de cizallamiento proporcionada por una combinación de rotor-estátor puede ser mayor que la tasa de cizallamiento proporcionada por otra combinación de rotor-estátor.

Se divulga un proceso de alta velocidad de cizallamiento para mejorar el tratamiento de aguas residuales. El proceso de alta velocidad de cizallamiento puede reducir las limitaciones de transferencia de masa con respecto a los procesos convencionales de tratamiento de agua, aumentando de este modo la tasa de tratamiento de agua y permitiendo potencialmente una reducción del tiempo de contacto, una mayor retirada/neutralización de contaminantes no deseados y/o la reducción del coadyuvante de tratamiento. El proceso emplea un dispositivo mecánico de alta velocidad de cizallamiento externo para proporcionar un contacto mejorado entre los reaccionantes. En algunos modos de realización, este contacto mejorado tiene como resultado reacciones químicas aceleradas entre los reaccionantes de multifase. En un modo de realización, el proceso comprende el uso de un dispositivo externo de alta velocidad de cizallamiento presurizado para proporcionar el tratamiento de agua sin necesidad de recipientes de gran volumen en los cuales el agua consume tiempos de residencia elevados.

Ciertos modos de realización del método arriba descrito, proporcionan potencialmente unas condiciones de tiempo, temperatura y presión más óptimas que las posibles con otros métodos, y aumentan potencialmente la velocidad del proceso del tratamiento de aguas. Ciertos modos de realización de los métodos arriba descritos proporcionan potencialmente una reducción del coste total funcionando con tiempos de permanencia reducidos, proporcionando un aumento de producto por unidad de coadyuvante de tratamiento consumido, y/o reducido capital y/o costes de funcionamiento.... [Seguir leyendo]

1. Un método para retirar contaminantes de agua de alimentación, que comprende:

formar una dispersión que comprende burbujas de un gas de tratamiento en una fase continua que comprende agua de alimentación por medio del contacto del gas de tratamiento y la fase continua en un dispositivo de alta velocidad de cizallamiento (40, 220) que comprende al menos una combinación de rotor-estátor (200, 230, 240), en el que las burbujas tienen un diámetro medio de menos de 5 pm, y en el que el gas de tratamiento es un gas seleccionado entre aire, oxígeno y cloro.

2. El método de la reivindicación 1, en el que el agua de alimentación comprende agua residual, agua superficial, agua subterránea o una de sus combinaciones; y/o el contaminante está seleccionado entre ácido sulfhídrico, hidrocarburos, materia particulada, bacterias y componentes volátiles; y/o las burbujas de gas tienen un diámetro medio de menos de 1 pm.

3. El método de la reivindicación 1, en el que se hacer rotar al menos un rotor (222, 223, 224) de al menos una combinación de rotor-estátor (220, 230, 240) a una velocidad periférica de al menos 22,9 m/s (4.500 pies/min) durante la formación de la dispersión.

4. El método de la reivindicación 1, en el que el dispositivo de alta velocidad de cizallamiento (40, 200) produce una presión local de al menos 1034,2 MPa (150.000 psi) en la punta de al menos un rotor (222, 223, 224) de al menos una combinación de rotor-estátor (220, 230, 240) durante la formación de la dispersión.

5. El método de la reivindicación 1, en el que la formación de la dispersión comprende someter una mezcla del gas de tratamiento y la fase continua a una velocidad de cizallamiento mayor de 20.000 s"1.

6. El método de la reivindicación 5, en el que el gasto energético del dispositivo de alta velocidad de cizallamiento (40, 200) durante la formación de la dispersión es mayor de 1000 W/m3 de fluido.

7. El método de la reivindicación 1 que además comprende

introducir la dispersión en un recipiente (10); y someter a extracción el agua que contiene partículas a partir del recipiente (10).

8. El método de la reivindicación 7, que además comprende introducir en un separador (30) al menos una parte del agua que contiene partículas.

9. El método de la reivindicación 1, en el que existen al menos dos dispositivos de alta velocidad de cizallamiento (40, 200).

10. El método de la reivindicación 9, en el que al menos uno de los dispositivos de alta velocidad de cizallamiento (40, 200) comprende al menos dos combinaciones de rotor-estátor (220, 230, 240).

11. El método de la reivindicación 10 en el que la velocidad de cizallamiento proporcionada por una combinación de rotor-estátor (220, 230, 240) es mayor que la velocidad de cizallamiento proporcionada por otra combinación de rotor-estátor (220, 230, 240).