Dispositivo de purificación y método para la eliminación de xenobióticos en agua.

Dispositivo de purificación para purificar el agua contaminada con xenobióticos en concentraciones de micro a femtogramo por litro a escala industrial,

comprendiendo dicho dispositivo de purificación

- una unidad de reactor fotoquímico (2) que tiene al menos una entrada (2') para el agua contaminada y una salida (2") para el agua purificada y que proporciona una trayectoria de flujo para que el agua fluya continuamente de dicha entrada (2') a dicha salida (2"), y que está equipada con al menos un módulo de fuente de radiación (6) que proporciona radiación ultravioleta en un intervalo de longitudes de onda comprendido entre 100 y 280 nm,

- al menos una unidad de filtración por membrana (1) que comprende una membrana hidrófila (5) que tiene tamaños 10 de poro que varían de 0,07 μm a 0,25 μm con un tamaño de poro medio de 0,12 μm y que se conecta aguas arriba de dicha unidad de reactor fotoquímico (2) a través de dicha entrada (2') y

- al menos un dispositivo para suministrar aire o dioxígeno al agua comprendida en la unidad de reactor fotoquímico (2), y

- al menos un dispositivo para la alimentación de peróxido de hidrógeno a la unidad de reactor fotoquímico (2), y

- uno o más sistemas de regulación del flujo y/o nivel de agua,

en el que

el módulo de fuente de radiación (6) comprende una lámpara de mercurio de baja presión que emite radiación a 185 nm y 254 nm como fuente de radiación que emite radiación ultravioleta en un intervalo de longitudes de onda de 100 a 280 nm y al menos un tubo envolvente que envuelve la fuente de radiación, siendo dicho tubo envolvente al menos parcialmente transparente para la radiación ultravioleta en el intervalo de longitudes de onda de 100 a 280 nm, y en el que dicho tubo envolvente se fabrica de material de cuarzo sintético.

Dispositivo de purificación y método para la eliminación de xenobióticos en agua

La presente invención se refiere al campo de tratamiento de agua, especialmente a un dispositivo y un método para 5 la eliminación de compuestos químicos y biológicamente activos, que se conocen como xenobióticos.

La descontaminación de agua es uno de los temas más importantes de la tierra. Un gran número de tecnologías se ha desarrollado con el fin de descomponer, alterar o eliminar compuestos químicos. Por tanto, el documento WO/1999/055622 desvela un aparato y un método para eliminar agentes oxidantes fuertes a partir de líquidos, el 10 aparato que consiste en una unidad de radiación seguida por una unidad de tratamiento que puede ser una unidad descalsificadora, un recipiente de reacción con un medio redox de metal o combinaciones de los mismos. En la unidad de radiación, se utiliza luz UV en el intervalo de longitudes de onda de 185 - 254 nm.

En el documento EP 1 160 203, un método y un dispositivo para la degradación de compuestos orgánicos en 15 solución acuosa mediante fotólisis del agua con radiación UV-vacío en un intervalo entre 120 y 210 nm y mediante la producción electroquímica de dioxígeno se describen, esto último realizándose en la parte irradiada de la solución.

El documento US 2006/0124556 A1, desvela, un aparato y un método para la purificación de líquidos. El aparato comprende una pluralidad de unidades de filtrado, dispuestas en serie con cámaras fotolíticas de láser que producen 20 luz en el intervalo de 100 a 300 nm. Dicho aparato y el método de múltiples etapas se diseñan para matar microbios y estructuras de anillo aromático; parece estar diseñado para aplicaciones de usuario final.

Además, Sosnin et al. describe en la "Aplicación de lámparas excimer de descarga capacitiva y de barrera en fotociencia", Revista de Fotoquímica y Fotobiología C: Photochem. Rev., 7, 2006, pág.145-163, el uso de radiación 25 ultravioleta y ultravioleta al vacío producida por lámparas excimer para la oxidación y la mineralización de sustratos orgánicos en fase acuosa. Un aparato a escala de banco se desvela con un reactor fotoquímico de flujo continuo con recirculación de agua entre un depósito y el fotorreactor.

El documento JP 2003 190976 A se refiere a un método y a un aparato para el tratamiento de aguas residuales 30 provistos de un medio para la adición de un agente oxidante a las aguas residuales y de un medio para dispersar las aguas residuales a un gas que contiene ozono mejorando así la eficacia del contacto entre las aguas residuales y el aire ozonizado. El tratamiento de oxidación puede comprender la radiación UV que combina ozono con un agente oxidante y un elemento de metal y la radiación UV. El agua residual se puede filtrar antes del tratamiento de oxidación. 35

Un dispositivo para tratamiento de aguas residuales que comprende ultrafiltración y oxidación catalítica que requiere la capa de ozono y se soporta por la radiación UV se describe en " Ultrafiltration Ozon und UV für sauberes Wasser", Chemietechnik, Hutug, Heidelberg, DE, vol. 23, no. 11, 1 de noviembre de 1994, página 104.

El documento JP 2004 057934 A se refiere a un método de desintoxicación que comprende la filtración por membrana de aguas residuales que contienen un compuesto organoclorado y la realización de AOP utilizando UV en un concentrado de la membrana de separación. El filtrado, si no se cumplen las limitaciones de calidad del agua, se puede suministrar con peróxido de hidrógeno u ozono e irradiarse con UV.

El documento US 2007/158276 A1 describe un sistema de tratamiento por lotes especialmente para pequeños dispositivos con un rendimiento relativamente bajo. El sistema descrito comprende una zona de filtración y un subsistema de infusión de ozono en comunicación de fluido periódica con una zona de oxidación avanzada que consiste en un reactor de recirculación y un subsistema que incorpora el uso de UV y ozono.

El documento CN 101 423 310 A se refiere al reciclaje de agua ultrapura que comprende ultrafiltración, seguido de la adición de peróxido de hidrógeno y radiación UV, ósmosis inversa y/o nanofiltración.

El documento WO 2004/046038 A2 desvela un dispositivo para la descomposición de contaminantes en el agua utilizando una lámpara halógena de UV de alta presión con un intervalo de longitudes de onda de 150 a 260 nm en 55 combinación con el suministro de peróxido de oxígeno e hidrógeno.

El documento JP 2003 266090 A describe el uso de un láser excimer para la generación de rayos ultravioletas para la producción de radicales hidroxilo y ozono a partir de oxígeno en la parte de radiación que sigue una parte de filtración de un purificador de agua. 60

El documento JP 2003 266090 A se refiere a la transferencia de contaminantes nocivos solubles contenidos en las aguas residuales a un material de adsorción añadido a las aguas residuales, la separación del material de adsorción del agua por (micro o ultra) filtración, el lavado a contracorriente del filtro, la eliminación del material de adsorción separado que contiene los contaminantes y la detoxificación por medio de procesos de oxidación avanzada como 65 ozonización, tratamientos de peróxido de hidrógeno y/o tratamiento UV.

El documento WO 2009/151228 A2 desvela un dispositivo que comprende la filtración por membrana seguida de la oxidación avanzada con lámparas UV con adición de ozono.

El documento WO 98/09916 A1 se refiere a un sistema de purificación de agua para el agua ultrapura en cantidad relativamente pequeña utilizando agua de alimentación ya purificada (no aguas residuales) . Esta agua se recicla a 5 través de una etapa de ultrafiltración, una etapa de oxidación mediante exposición a luz ultravioleta y una etapa de intercambio iónico.

Una visión general de los procesos actuales de oxidación avanzada empleados e investigados y una combinación opcional con otros procesos de tratamiento, variando entre tratamientos pre y post, se ofrece en "La eliminación de 10 productos farmacéuticos residuales a partir de sistemas acuosos mediante procesos de oxidación avanzada" de Klavarioti, M., et al., Environment International, Pergamon Press, Estados Unidos, vol. 35, no. 2, 01 de febrero de 2009, páginas 402-417.

El documento EP 1 160 203 A1 se refiere a la producción electroquímica de dioxígeno in situ en un reactor 15 fotoquímico.

Oppenlander, T., et al., se refiere en "Polimerización iniciada por UV-vacío (VUV) mejorada de compuestos orgánicos en agua con un fotorreactor de flujo pasante de excimer de xenón (Xe3 * lámpara, 172 nm) que contiene un oxigenador de cerámica axialmente centrado", Chemosphere, vol. 60, no. 3, 1 de julio de 2005, páginas 302-309, 20 a un aparato con un tamp excimer cilíndrico con una geometría de radiación coaxial positiva.

Un aparato que combina VUV y la radiación UV en el tratamiento de las aguas residuales se describe por Oppenländer, T., et al., en "Fotoreactores de flujo pasante de UV-vacío (VUV) y UV-excimer para el tratamiento de aguas residuales y para la fotoquímica selectiva de longitud de onda", Revista de Ciencias Químicas, vol. 107, no. 6, 25 01 de diciembre de 1995, páginas 621-636.

Teniendo en cuenta el estado de la técnica, todavía existe la necesidad de proporcionar medios confiables para purificar agua contaminada con xenobióticos a escala industrial.

Este objeto se consigue con un dispositivo de purificación con las características de acuerdo con la reivindicación 1.

El objeto de eliminar fiablemente los xenobióticos del agua contaminada se consigue mediante un método con las características de acuerdo con la reivindicación 8.

Otras realizaciones del dispositivo y el método de acuerdo con la presente invención se desvelan en las reivindicaciones dependientes.

La presente invención pretende proporcionar un dispositivo y método para eliminar xenobióticos del agua, en particular de aguas residuales y durante el procesamiento de agua potable. Los "xenobióticos" significan 40 contaminantes xenobióticos en concentraciones de micro a femtogramo por litro, particularmente, los derivados de la fabricación y el consumo de productos farmacéuticos, así como los resultantes de cualquier otra fuente de producción y uso xenobióticos.

En una primera realización de la presente invención, se proporciona un dispositivo de purificación para la eliminación 45 fotoquímica de xenobióticos. El dispositivo se puede utilizar para un máximo de aplicaciones a escala industrial.

El dispositivo de purificación comprende una unidad de reactor fotoquímico que tiene una o más... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de purificación para purificar el agua contaminada con xenobióticos en concentraciones de micro a femtogramo por litro a escala industrial, comprendiendo dicho dispositivo de purificación 5

- una unidad de reactor fotoquímico (2) que tiene al menos una entrada (2') para el agua contaminada y una salida (2") para el agua purificada y que proporciona una trayectoria de flujo para que el agua fluya continuamente de dicha entrada (2') a dicha salida (2") , y que está equipada con al menos un módulo de fuente de radiación (6) que proporciona radiación ultravioleta en un intervalo de longitudes de onda comprendido entre 100 y 280 nm,

- al menos una unidad de filtración por membrana (1) que comprende una membrana hidrófila (5) que tiene tamaños 10 de poro que varían de 0, 07 µm a 0, 25 µm con un tamaño de poro medio de 0, 12 µm y que se conecta aguas arriba de dicha unidad de reactor fotoquímico (2) a través de dicha entrada (2') y

- al menos un dispositivo para suministrar aire o dioxígeno al agua comprendida en la unidad de reactor fotoquímico (2) , y

- al menos un dispositivo para la alimentación de peróxido de hidrógeno a la unidad de reactor fotoquímico (2) , y 15

- uno o más sistemas de regulación del flujo y/o nivel de agua,

en el que

el módulo de fuente de radiación (6) comprende una lámpara de mercurio de baja presión que emite radiación a 185 nm y 254 nm como fuente de radiación que emite radiación ultravioleta en un intervalo de longitudes de onda de 100 a 280 nm y al menos un tubo envolvente que envuelve la fuente de radiación, siendo dicho tubo envolvente al menos 20 parcialmente transparente para la radiación ultravioleta en el intervalo de longitudes de onda de 100 a 280 nm, y en el que dicho tubo envolvente se fabrica de material de cuarzo sintético.

2. Dispositivo de purificación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que al menos dicha unidad de reactor fotoquímico (2) está equipada con el sistema de regulación del flujo y/o nivel de agua. 25

3. Dispositivo de purificación de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la unidad de filtración por membrana (1) se instala para realizar la filtración de flujo cruzado o filtración sin salida, en el que un permeado se hace pasar por el filtro y se conduce a la unidad de reactor fotoquímico (2) .

4. Dispositivo de purificación de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 3,

caracterizado por que

el módulo o módulos de fuentes de radiación (6) dentro de la unidad de reactor fotoquímico (2) se disponen en paralelo y/o en una dirección transversal en relación con la trayectoria del flujo de agua de la entrada (2') a la salida (2") . 35

5. Dispositivo de purificación de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 4,

caracterizado por que

el dispositivo de purificación comprende un dispositivo de limpieza para la limpieza mecánica y/o química del módulo o módulos de fuente de radiación (6) y/o sus componentes. 40

6. Dispositivo de purificación de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 5,

caracterizado por que

una pluralidad de unidades de reactor fotoquímico (2) y una pluralidad de unidades de filtración por membrana (1) se disponen en serie y/o en paralelo, disponiéndose una unidad de filtración por membrana (1) aguas arriba de cada 45 unidad de reactor fotoquímico (2) .

7. Dispositivo de purificación de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 6,

caracterizado por que

al menos un depósito que equilibra los flujos de agua se coloca entre la al menos una unidad de filtración por 50 membrana (1) y la unidad de reactor fotoquímico (2) .

8. Método para la eliminación de xenobióticos en concentraciones de micro a femtogramos por litro en agua a escala industrial utilizando un dispositivo de purificación de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende las etapas de 55

- alimentar un flujo continuo de agua contaminada en la unidad de filtración por membrana (1)

- realizar la filtración con una membrana hidrófila (5) que tiene tamaños de poro que varían de 0, 07 µm a 0, 25 µm con un tamaño de poro medio de 0, 12 µm, eliminando de este modo la materia macromolecular suspendida y solvatada del agua, 60

- conducir el permeado a través de la al menos una entrada (2') a la unidad de reactor fotoquímico (2) ,

- someter el agua que fluye de dicha entrada (2') a dicha salida (2") a radiación ultravioleta a longitudes de onda que varían de 100 a 280 nm y alimentar peróxido de hidrógeno a la unidad de reactor fotoquímico (2) , generando así radicales hidroxilo que inician la degradación de dichos xenobióticos,

en el que la adición de peróxido de hidrógeno durante la etapa de radiación conduce a una mayor generación de radicales hidroxilo, particularmente, a longitudes de onda superiores a 190 nm, mientras que en el intervalo de longitudes de onda d.

10. 190 nm, los radicales hidroxilo se generan por fotolisis y/o homólisis de moléculas de agua,

- suministrar aire o dioxígeno en el agua, mejorando de este modo la degradación oxidativa iniciada de dichos 5 xenobióticos.

9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el método es un procedimiento de dos etapas.

10. Método de acuerdo con la reivindicación 8 o 9, que comprende la etapa de alimentar peróxido de hidrógeno en el 10 permeado aguas arriba de la entrada o dentro de la unidad de reactor fotoquímico (2) .

11. Método de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 8 a 10, en el que el método se realiza

- continuamente o 15

- semi- continuamente, requiriendo el método realizado semi-continuamente que un flujo continuo de agua sea sometido repetidamente a radiación ultravioleta mediante su recirculación a través de una o más unidades de reactor fotoquímico (2) .