SISTEMA AUTÓNOMO DE TRATAMIENTO DE AGUAS.

Sistema autónomo de tratamiento de aguas que tiene: equipos de pretratamiento (2) que tienen:

una toma (1) de agua a ser tratada (10); un filtro (2) para filtrar el agua a ser tratada (10) y obtener agua pretratada (20); equipos de tratamiento electroquímico (4'): aguas abajo de los medios de pretratamiento (2); para recibir el agua pretratada (20) y obtener agua tratada (60). El sistema tiene una fuente de energía eléctrica discontinua (4) para alimentar directamente consumos energéticos del sistema autónomo de tratamiento de aguas.

Sistema autónomo de tratamiento de aguas.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema autónomo de desalación de aguas mediante Electrodiálisis (ED) junto a las etapas de pre- y post-acondicionamiento de estas aguas, 5 alimentado por un campo solar fotovoltaico u otra fuente de energía eléctrica discontinua que en ningún caso incluye un subsistema de almacenamiento de energía por baterías.

Como se ha comentado, el tratamiento de desalación se realiza mediante Electrodiálisis. Las etapas de pre- y post-acondicionamiento de las aguas dependerán: i) del origen y características de estas aguas (pozo salobre, agua marina, efluentes de EDAR o industriales u 10 otros) , y ii) del uso final al que estén destinadas (consumo humano, riego, baldeo u otros) . Así, pueden incluirse técnicas de filtración (micro, ultrafiltración entre otras) y desinfección (potabilización electroquímica o por adición de reactivos, UV entre otras) .

ESTADO DE LA TECNICA.

La ED es una técnica de naturaleza electroquímica basada en el transporte de iones a través 15 de membranas selectivas, bajo la influencia de un campo eléctrico. La ED es una técnica ampliamente contrastada y utilizada en procesos de desalación de aguas de diversas procedencias (pozos salobres, marina, efluentes industriales u otras) . Por otra parte, la combinación de la ED con otras técnicas como la desinfección (electroquímica o no) y/o la filtración (micro, ultra u otras) puede emplearse para generar aguas tratadas aptas para 20 diversos usos (consumo humano, riego, baldeo u otros) .

Una de las fuentes de energía renovable más extendidas y estudiadas es la energía solar fotovoltaica, en la que los paneles solares fotovoltaicos (PFVs) transforman la radiación solar en energía eléctrica de corriente continua. Entre las ventajas del uso de la energía solar fotovoltaica se incluyen el ser no contaminante, silenciosa, abundante, descentralizada, 25 gratuita, inacabable, a lo que debemos añadir la larga vida de los PFVs y el bajo coste de mantenimiento de estos sistemas. Generalmente, un campo de paneles consta de PFVs, baterías (almacenan energía para ser consumida cuando la demanda energética y la disponibilidad de horas solares no sean simultáneas) , un regulador (protege a las baterías de sobrecargas) y un inversor (transforma la corriente continua en alterna) . Las instalaciones 30 solares fotovoltaicas poseen un gran interés para su uso en localizaciones remotas como sistemas de suministro de energía eléctrica de forma autónoma y fiable.

La utilización de un campo solar fotovoltaico como fuente de alimentación en sistemas de electrodiálisis en procesos de desalación ya está descrita. Ejemplo de esta utilización es CN103193304 (A) . El sistema descrito emplea un bombeo en corriente alterna con inversor y 35 baterías. En CN102774916 (A) se emplea un sistema de bombeo en corriente alterna sin baterías. Por último, en US6042701A el sistema emplea baterías y es específico de electrodiálisis reversa. Todos los elementos que consumen potencia están alimentados con corriente continua (DC) mediante conversores DC/DC.

Sin embargo, en los sistemas descritos anteriormente, o bien se utilizan baterías para el 40 almacenamiento de la energía generada en los paneles, o bien se utilizan inversores para transformarla en corriente alterna para alimentar los sistemas de bombeo. Sin embargo, la electricidad generada por los paneles fotovoltaicos puede ser suministrada de forma directa -sin el uso de un sistema de almacenamiento por baterías- al sistema de electrodiálisis -tanto al electrodializador como al sistema de bombeo- produciendo toda el agua desalada posible 45 durante las horas de irradiación solar y almacenando el exceso de agua desalada para su uso en periodos sin irradiación solar. Obviamente, la ausencia de baterías hace que la producción de agua diaria dependa de la irradiación solar, que en última instancia depende de las condiciones meteorológicas, localización y otros factores.

Por otra parte, la metodología expuesta para el reactor de electrodiálisis puede ser aplicada de igual forma a un reactor de electro-oxidación y su sistema de bombeo. No existen sistemas descritos donde se realice un tratamiento integral de desalación y desinfección de un agua 5 donde la alimentación eléctrica se lleve a cabo con un campo solar fotovoltaico sin uso de baterías como se describe en el sistema objeto de esta invención.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.

El uso de PFVs como fuente de alimentación en sistemas de desalación mediante electrodiálisis con pre- y/o post-acondicionamiento de las aguas desaladas es una solución ya 10 estudiada. Sin embargo, los estudios realizados utilizan campos solares fotovoltaicos con stack de baterías y el equipamiento electrónico asociado (regulador e inversor) . Hasta este momento no existen precedentes de sistemas de desalación mediante electrodiálisis con pre- y/o post-acondicionamiento de las aguas desaladas, donde la totalidad de la alimentación eléctrica del sistema se realice desde un campo solar fotovoltaico o de otra fuente de energía eléctrica 15 discontinua sin conexión a un banco de baterías.

La invención que se describe permite llevar a cabo la alimentación eléctrica de los distintos elementos del sistema de desalación y acondicionamiento (reactores electroquímicos y sistemas de bombeo fundamentalmente) empleando una fuente de energía eléctrica discontinua, como un campo solar fotovoltaico, sin sistema de acumulación de energía 20 eléctrica, lo que redunda en:

i) rebajar sustancialmente el coste de inversión de estos sistemas, dado el elevado coste de las baterías, regulador e inversor;

ii) mejorar la eficiencia en la utilización de la energía eléctrica generada en la fuente de energía eléctrica discontinua como los PFVs, al no utilizar almacenamiento en baterías 25 ni paso a corriente alterna;

iii) evitar los costes económicos y medioambientales asociados a la gestión de las baterías agotadas;

iv) reducir el coste y tiempo de mantenimiento al evitar el uso de baterías.

El objeto de la presente invención es aportar un sistema autónomo de desalación de aguas 30 mediante Electrodiálisis (ED) junto a las etapas de pre- y post-acondicionamiento de estas aguas, alimentado por una fuente de energía eléctrica discontinua, como un campo solar fotovoltaico, sin un subsistema de almacenamiento de energía por baterías. El sistema de la invención se caracteriza por una elevada eficiencia energética, grandes beneficios medioambientales y un casi total grado de autonomía con mínimas actuaciones de 35 mantenimiento que mejoran ostensiblemente las soluciones conocidas.

El objeto de la invención:

i) Puede ser aplicado a aguas a desalar de procedencia muy variada: agua de mar, de pozo salobre, procedentes de EDAR, procesos industriales u otras.

ii) La etapa de desalación puede ser llevada a cabo para cualquier modalidad conocida de 40 electrodiálisis: modo de operación en batch con recirculación, continuo o reactores en cascada, electrodiálisis reversa u otros.

iii) Las etapas de pre- y post-tratamiento dependerán de las características físico-químicas del agua a desalar y del uso final de la misma una vez desalada. De esta forma, se incluyen diferentes técnicas conocidas como, por ejemplo: filtraciones de diversas 45

modalidades, electrogeneración o adición de oxidantes, aplicación de UV u otras.

En el sistema que se propone hay varios subsistemas que necesitan energía eléctrica y que poseen características de voltaje/intensidad diferentes. Típicamente, las necesidades de energía eléctrica se establecen para:

i) Reactor de electrodiálisis (etapa de desalación) 5

ii) Reactor de electro-oxidación (etapa de post-tratamiento)

iii) Bombeo (elementos auxiliares, incluye sistema de pretratamiento por filtración)

iv) Monitorización y control (sistemas de control y adquisición de datos)

Por otro lado, durante el proceso de pre-acondicionamiento, desalación y post-acondicionamiento de las aguas, no todos los subsistemas que necesitan energía necesitan 10 funcionar simultáneamente o hacerlo a su máxima potencia. Esto hace que puedan implementarse estrategias de operación donde los distintos subsistemas pueden dejar de funcionar o hacerlo con un bajo consumo energético para disminuir los requisitos globales de energía eléctrica del sistema y adecuarlos a la cantidad de energía disponible en cada momento. Por todo ello el generador debe tener varias salidas para abastecer a los diferentes 15 consumos. Cada salida puede alimentar a un subsistema distinto....

1. Sistema autónomo de tratamiento de aguas que comprende:

1a) medios de pretratamiento (2) que comprenden:

1a1) una toma (1) de agua a ser tratada (10) ;

1a2) un filtro (2) para filtrar el agua a ser tratada (10) y obtener agua pretratada (20) ; 5

1b) medios de tratamiento electroquímico (4) :

1b1) aguas abajo de los medios de pretratamiento (2) ;

1b2) para recibir el agua pretratada (20) y obtener agua tratada (60) ;

caracterizado porque comprende:

1c) una fuente de energía eléctrica discontinua (8A) configurada para alimentar directamente 10 consumos energéticos del sistema autónomo de tratamiento de aguas.

2. Sistema autónomo de tratamiento de aguas según la reivindicación 1, caracterizado porque

2a) los medios de tratamiento electroquímico (4) comprenden:

2a1) un equipo de electrodiálisis (4) para recibir el agua pretratada (20) , tratar el agua pretratada (20) mediante electrodiálisis y obtener una disolución de diluido tratado 15 (40) .

3. Sistema autónomo de tratamiento de aguas según la reivindicación 2, caracterizado porque

3a) los medios de tratamiento electroquímico (4) comprenden:

3a1) un reactor (5) para recibir una disolución de concentrado a oxidar (40) , oxidar la disolución de concentrado a oxidar (40) y obtener una disolución de concentrado 20 con oxidante electrogenerado (50) .

4. Sistema autónomo de tratamiento de aguas según la reivindicación 3, caracterizado porque el reactor (5) es un reactor de electrooxidación configurado para oxidar la disolución de concentrado a oxidar (40) mediante una reacción seleccionada entre cloración, ozonización y combinaciones de las mismas. 25

5. Sistema autónomo de tratamiento de aguas según la reivindicación 1, caracterizado porque:

5a) la fuente de energía eléctrica discontinua (8A) comprende un campo solar fotovoltaico;

5b) los medios de tratamiento electroquímico (4) están alimentados con un campo solar fotovoltaico. 30

6. Sistema autónomo de tratamiento de aguas según la reivindicación 3, caracterizado porque comprende:

6a) un convertidor DC/DC (8B) que comprende:

6a1) una primera línea de salida (81) para alimentar un electrodializador (4A) ;

6a2) una segunda línea de salida (82) para alimentar un reactor de electro-oxidación (5) ; 35

6a3) una cuarta línea de salida (84) para alimentar un sistema de bombeo.

7. Sistema autónomo de tratamiento de aguas según la reivindicación 7, caracterizado porque el convertidor DC/DC (8B) comprende medios de seguimiento (8C) de un punto de máxima potencia de la fuente de energía eléctrica discontinua (8A) .

8. Sistema autónomo de tratamiento de aguas según la reivindicación 3, caracterizado porque cada consumo energético (4A, 5) comprende una fuente de energía eléctrica discontinua (8A) 5 asociada configurada para alimentar el consumo energético (4A, 5) al que está asociada.

9. Sistema autónomo de tratamiento de aguas según la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de energía eléctrica discontinua (8A) está seleccionada entre: solar fotovoltaica, eólica y combinaciones de las mismas.

10. Sistema autónomo de tratamiento de aguas según cualquiera de las reivindicaciones 7-10, 10 caracterizado porque comprende un sistema de control (9) conectado con componentes (4A, 5, 8A, 8B) del sistema.