MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA LA PREDICCIÓN EN CONTINUO DE LA PRESENCIA DE TRIHALOMETANOS EN SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO.

Método y dispositivo para la predicción en continuo de la presencia de trihalometanos en sistemas de abastecimiento.

La presente invención consiste en un método que puede implementarse en instrumentos portátiles y que predice, utilizando técnicas de análisis discriminante, la concentración de trihalometanos a partir de parámetros sencillos de medir en continuo en un punto del sistema de abastecimiento. Estos parámetros comprenden el Carbono Orgánico Total (COT), el Cloro Residual Combinado (CRC) y la conductividad (C) y preferentemente COT, CRC, C, la Temperatura del agua (T), el pH, y la concentración de bicarbonato (B).

MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA LA PREDICCiÓN EN CONTINUO DE LA PRESENCIA DE TRIHALOMETANOS EN SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se enmarca, en el sector de la gestión y explotación de sistemas de abastecimiento, si bien la producción del dispositivo que se presenta estaría dentro del sector de automatización y control y químico.

ESTADO DE LA TÉCNICA

La formación de trihalometanos, o THMs, en el agua, es un proceso cuya cinética se desarrolla a lo largo de horas por la reacción de unos precursores, básicamente materia orgánica contenida en el agua en origen, y el cloro, el desinfectante cuyo uso está más extendido en potabilización de aguas.

La Normativa Europea (Directiva 98/83/CE) impone limitaciones sobre concentración máxima de THMs en agua de consumo. En otros países como Australia, Canadá o EEUU también existen limitaciones sobre concentración máxima de THMs, e incluso el valor máximo permitido es, en algunos casos, aún menor que en Europa.

Existe mucha bibliografía sobre modelos que predicen la formación de THMs a partir de parámetros del agua en origen [Chowdhur y , S., Champagne, P. and McLellan, P.J. (2009) . Models for predicting disinfection byproduct (DBP) formation in drinking waters: a chronological review. Science of the Total Environment, 407, 4189-4206]. No obstante, en los métodos que se describen, las muestras de referencia para la determinación de THMs se toman en origen. No se conocen métodos referencia alguna basada en datos tomados en la red de distribución de agua de consumo.

Los métodos analíticos más usados para medir THMs en laboratorio son los siguientes: GC/EC -cromatografía de gases con captura de electrones (del inglés gas chromatography/e/ectron capture) y PT-GC/MS -cromatografía de gases obtenidos mediante purga y atrapamiento acoplada con espectrometría de masas (del inglés purge-and-trap gas chromatography/massspectrometr y ) . Cualquiera de estos métodos tiene una complicada aplicación ya que hay que tomar extremas precauciones en el protocolo de tomas de muestras y en su transporte a un laboratorio, y asimismo resultan muy costosos. Además, el margen de error de la analítica es muy significativo.

No se conoce ningún método o dispositivo que determine de forma eficiente y en tiempo real la concentración de THMs en la red de distribución, ni directamente, ni a partir de otros parámetros obtenidos.

Además, la presencia de THMs, con frecuencia, es estacional, por su dependencia de la climatología. Esto significa que pueden producirse periodos prolongados de tiempo con presencia o ausencia de THMs, alternativamente. En efecto, esto se explica por la influencia de la temperatura, la cual es una variable muy importante que afecta a la cinética del proceso de reacción en la formación de THMs. También las precipitaciones tienen su influencia en la presencia de THMs en el agua. En las épocas menos lluviosas del año, los reservorios de agua ven reducidos sus niveles en el almacenamiento, lo que se asocia a una peor calidad en la captación del agua.

Por otro lado, los modelos conocidos por los inventores de esta patente suelen incluir parámetros complicados de analizar o no disponibles de forma rutinaria en los servicios de aguas [Chowdhur y , S., Champagne, P. and McLellan, P.J. (2009) . Models for predicting disinfection byproduct (DBP) formation in drinking waters: a chronological review. Science of the Total Environment, 407, 4189-4206].

El análisis discriminante es una técnica estadística multivariante que permite analizar si existen diferencias significativas entre grupos de objetos respecto a un conjunto de variables (variables explicativas) medidas sobre los mismos. Si existen tales diferencias, esta técnica explica en qué sentido se dan y además permite realizar una clasificación sistemática de nuevas observaciones de origen desconocido en uno de los grupos analizados.

Se pueden encontrar ejemplos de aplicaciones del análisis discriminante en las patentes EP1189167, en la que se describe un método para reconocer reservorios o depósitos de petróleo mediante la clasificación de objetos geológicos contenidos en su interior; US2004083065, en la que se describe un método para detectar y caracterizar defectos en moldes de fibra; o US20080285807, que describe un método para reconocer movimientos tridimensionales.

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DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

La presente invención consiste en un método que puede implementarse en instrumentos portátiles y que predice la concentración de THMs a partir de parámetros sencillos de medir en continuo en un punto del sistema de abastecimiento.

Estos parámetros comprenden el Carbono Orgánico Total (COT) , el Cloro Residual Combinado (CRC) y la conductividad (C) y preferentemente COT, CRC, C, la Temperatura del agua (T) , el pH, y la concentración de bicarbonato (8) .

Todos estos parámetros salvo el COT, son parámetros sencillos de medir en continuo, in situ. Por su parte, existen dispositivos comerciales que permiten la medida del COT continuo.

A diferencia de la mayoría de métodos conocidos, en la presente invención se usan datos que se obtienen a partir de muestras que están disponibles en la red de distribución, no en el origen del agua. Además, la obtención de los datos necesarios para conseguir una precisión adecuada en la predicción no supondría un coste adicional ya que los servicios de agua están obligados a medirlos por normativa (Directiva 98/83/CE) . A modo de ejemplo, los principales parámetros (COT, CRC, T, pH, 8 Y C) que emplea el método como variables explicativas deben ser controlados según la normativa europea.

El método comprende un análisis cualitativo que permite clasificar una muestra de agua en grupos con distinto nivel de concentración de THMs, utilizando técnicas de análisis discriminante sobre los valores de las variables explicativas medidas "in situ".

Los grupos empleados en el análisis son intervalos de la concentración de THMs,

expresada en microgramos por litro, I1g , que se definen previamente. L

Para que la clasificación sea más precisa, en cada zona de estudio se elige un conjunto de muestras de entrenamiento para las que se conoce el grupo al que pertenecen. A partir de estos datos se construye una función que hace posible clasificar dichas muestras en dichos grupos por medio de técnicas de análisis discriminante.

Una vez construida esta función, el método permite clasificar nuevas muestras para las que el nivel de concentración de THMs es desconocido.

En la práctica, este método se implementa en un aparato o dispositivo que comprende los medios necesarios para realizar la medida de las variables utilizadas para la estimación, medios que permiten procesar los valores medidos por dichos dispositivo y realizar los cálculos determinados por el método, y medios de salida de datos que proporcionen la predicción del riesgo de presencia de THMs.

Utilizando el método descrito en la presente invención se pueden detectar puntos en la red con dificultades. Una vez que se tengan indicios del riesgo de presencia de THMs, se pueden realizar campañas de muestreos y análisis. Al comenzar a detectar el riesgo de presencia de THMs se pueden tomar ciertas medidas en el sistema de abastecimiento que conducen a la reducción de su presencia. Con la utilización del método o del dispositivo propuesto se podrían registrar tendencias que permitirían adelantarse a la presencia real de una cantidad excesiva de THMs.

Este método está fundamentalmente enfocado al uso de servicios de agua que gestionan la red en baja, la que llega al usuario, pero no la red en alta, fundamentalmente de transporte de grandes caudales, o la captación y tratamiento del agua en origen. Para ellos es para los que será más útil el método, que les permitirá predecir la formación de THMs, antes de que éstos alcancen valores no permitidos por la legislación. A partir de esa alerta, se podrán tomar medidas para solucionar el problema, en origen, respecto a la fuente de agua, o en la planta de potabilización.

OBJETO DE LA INVENCiÓN

El primer objeto de la invención es un método de predicción de la presencia de trihalometanos en sistemas de abastecimiento.

El segundo objeto de la invención es un dispositivo que mediría la concentración de varios parámetros en continuo en un punto del sistema de abastecimiento y predeciría en ese instante la concentración de THMs en la muestra de agua.

DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LA INVENCiÓN

Una vez definidos los grupos de clasificación, determinados por intervalos de la concentración... [Seguir leyendo]

1. Método para la predicción de la concentración de trihalometanos en agua que comprende una toma de muestras en la red de distribución, la medición del Carbono Orgánico Total (COT) , el Cloro Residual Combinado (CRC) y la conductividad (C) de dicha muestra, y la clasificación mediante análisis discriminante de dichas muestras en grupos que poseen distinta concentración de trihalometanos utilizando los parámetros medidos como como variables explicativas.

2. Método según reivindicación anterior caracterizado porque además se miden y utilizan como variables explicativas la Temperatura del agua (T) , el pH, y la concentración de bicarbonato (B) .

3. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se utilizan 3 grupos de clasificación.

4. Método según reinvindicación anterior caracterizado porque los grupos de clasificación están determinados por el valor Y, de la concentración de THMs

expresado en /-lg de la siguiente forma: L

o Grupo 1. y:::; 25

o Grupo 2. 25 < Y :::; 75

o Grupo 3. Y > 75

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende una fase previa que calcula los parámetros o coeficientes de la función discriminante a partir de datos reales de muestras obtenidas en la zona de estudio para las que se conoce el grupo al que pertenecen en función de su concentración de THMs.

6. Dispositivo para la predicción de la concentración de tri halo metanos en agua que comprende:

a. Sensores adecuados para medir el valor de los parámetros utilizados en el método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

b. Un procesador adecuado para aplicar el método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

c. y medios adecuados para proporcionar una de salida de datos que indique la predicción de la concentración de THMs.