Método de eliminación de trihalometanos y/o contaminantes emergentes mediante plasma.

Se describe un método de eliminación de trihalometanos y contaminantes refractarios en medios acuosos mediante la aplicación directa de plasma para conseguir la degradación de los compuestos contaminantes presentes en el agua

Método de eliminación de trihalometanos y/o contaminantes emergentes mediante plasma.

Objeto de la invención

El objeto principal de la presente invención es un método de eliminación de trihalometanos y/o contaminantes emergentes presentes en agua mediante la aplicación de plasma.

Antecedentes de la invención

La reutilización de aguas residuales es uno de los métodos que permiten garantizar un abastecimiento sostenible de agua para usos no potables, como por ejemplo el riego agrícola y de campos de golf o la recarga de acuíferos. Para eliminar los microorganismos patógenos y minimizar el riesgo inherente a las aguas residuales es imprescindible someter el agua a un proceso de desinfección adecuado. La cloración y la exposición a la luz ultravioleta son dos de los métodos de desinfección más utilizados. Con el fin de minimizar el riesgo que puede comportar la reutilización planificada de un agua residual, es imprescindible controlar una gran diversidad de parámetros físicos, químicos y microbiológicos.

Los trihalometanos constituyen un problema recurrente en los procesos de potabilización convencionales. Según datos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), el amonio presente en las aguas residuales evita que el cloro reaccione con la materia orgánica, impidiendo la formación de estas sustancias. Este amonio se encuentra en las aguas residuales en concentraciones variables, pero es muy escaso en las aguas de bebida.

En realidad, los niveles de trihalometanos detectados en las aguas residuales desinfectadas son inferiores a 20 microgramos por litro, por debajo de los límites establecidos por la legislación europea actual; en realidad, los niveles de trihalometanos detectados en las aguas residuales desinfectadas son inferiores a 20 microgramos por litro, por debajo de los límites establecidos por la legislación europea actual, que a partir de 2009 establece un límite máximo de 100 microgramos de trihalometanos por litro para el agua potable de consumo público, que a partir de 2009 establece un límite máximo de 100 microgramos de trihalometanos por litro para el agua potable de consumo público.

Estos datos son muy significativos, puesto que mientras se van a poder formar estas sustancias en el agua de bebida, donde son más peligrosas, será menos frecuente en el tratamiento de las aguas residuales que se van a verter al medio ambiente. La ausencia inesperada de formación de trihalometanos durante la cloración de aguas residuales, a pesar de su elevado contenido en materia orgánica, radica en que el agua residual, a diferencia del agua potable, contiene concentraciones significativas de amonio, el cual reacciona con el cloro y promueve la formación de cloraminas. Las cloraminas inorgánicas tienen un efecto desinfectante y una menor reactividad con la materia orgánica. Por lo tanto, la desinfección con cloro de aguas residuales es un método eficiente desde el punto de vista del riesgo sanitario, pero conlleva la formación de subproductos peligrosos (trihalometanos) en los procesos de obtención de agua potable.

Además existe un número creciente de contaminantes químicos (fármacos y productos de higiene personal, plaguicidas) con efectos potenciales en la salud humana y todavía no legislados al no disponer de suficiente información sobre su presencia en el agua. Algunos de ellos no se eliminan ni durante los procesos convencionales de regeneración de aguas residuales ni en los procesos convencionales de potabilización de las aguas (coagulación-floculación, adsorción en carbón activo) denominándose como refractarios.

Es por ello que en el proceso de obtención del agua de boca o agua potable, se hace necesario eliminar tanto los contaminantes refractarios como los subproductos de desinfección, como los trihalometanos, para asegurar un nivel de seguridad suficiente al consumidor. Las técnicas existentes para su eliminación implican la oxidación avanzada (ozono, fotocatálisis, Fenton, foto-Fenton), la nanofiltración y la osmosis inversa. Una de las ventajas que presenta la descontaminación con plasma frente a las técnicas mencionadas es que no da lugar a la formación de rechazo (concentrados de contaminantes o salmueras) que requieren de un tratamiento adicional. Otra ventaja en relación a las técnicas de oxidación avanzada (ozonolísis, Fenton, etc) es que el consumo energético es mucho más bajo y la cinética de tratamiento mucho más rápida (eliminación de trihalometanos del 90% en menos de 1 min). En relación a las técnicas convencionales de tratamiento de aguas, mediante este procedimiento no se han detectado los subproductos de desinfección del agua (trihalometanos, haloacéticos, nitrosaminas) que se forman durante los procesos de desinfección convencionales (cloración, cloroaminación) o intermedios de degradación de contaminantes (derivados hidroxilados, ácidos carboxílicos) que pueden resultar tóxicos.

Descripción de la invención

La invención consiste en el desarrollo de un procedimiento para la eliminación de contaminantes presentes en una lámina de agua contaminada realizando la eliminación mediante su exposición a un plasma continuo a presión atmosférica generado entre dos electrodos de elevada área superficial sometidos a una diferencia de potencial. La tecnología del plasma en continuo (glow discharge) a presión atmosférica permite la eliminación de contaminantes orgánicos refractarios disueltos en agua dando lugar a su completa mineralización (CO₂ + H₂O + sales minerales). Las ventajas respecto a otras tecnologías que utilizan plasma como la descarga en corona o la descarga continua en el medio acuoso (electrólisis) es que el método permite tratar de forma uniforme grandes superficies, comparado con la descarga focalizada en pequeños volúmenes de tratamiento puntual. Ésta requiere de largos períodos de tratamiento para eliminar contaminantes disueltos en agua. Otra ventaja es que no consume reactivos químicos y permite el tratamiento en continuo de fácil escalado para el tratamiento de volúmenes de agua considerables ya que opera a presión atmosférica con un consumo energético bajo.

El plasma está formado por una gran variedad de especies altamente reactivas (átomos, moléculas excitadas, radicales libres, radiación UV, ozono, etc.) que interaccionan con las especies orgánicas presentes en el agua, produciéndose en pocos segundos una efectiva eliminación de microorganismos mediante procesos oxidativos.

El procedimiento es especialmente adecuado para el tratamiento terciario de efluentes acuosos urbanos o industriales, que contienen típicamente productos tóxicos de naturaleza orgánica y recalcitrante difícilmente eliminables mediante procesos convencionales de tratamiento de aguas residuales (lodos activos) y de potabilización (cloración, coagulación-floculación, cloración). Permite regenerar el agua tratada en la misma industria o bien a nivel doméstico (agua sanitaria) ya que además de la eliminación de contaminantes químicos, se produce la eliminación de microorganismos tales como bacterias (desinfección).

Otra posible aplicación de este método es como tratamiento terciario de aguas residuales urbanas para su reutilización agrícola, turística, paisajística etc. debido a la combinación de efectos: depuración química y microbiológica. La calidad de un efluente terciario tratado con plasma podría ser suficiente para la recarga de acuíferos.

El agua tratada posee un grado de pureza variable dependiendo del grado de contaminación del agua de partida y es función del tiempo de exposición al plasma y de la potencia aplicada. El agua tratada puede poseer un pH ácido y un cierto incremento en el nivel de conductividad eléctrica.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una vista general del procedimiento.

Realización preferente de la invención

En el siguiente ejemplo de realización se describe el procedimiento de eliminación de trihalometanos THM en agua; para ello el plasma se genera a baja temperatura y a presión atmosférica.

El procedimiento se realiza en un soporte...

1. Método de eliminación de trihalometanos y/o contaminantes emergentes mediante plasma que hace uso de un reactor de plasma (1), caracterizado porque comprende las siguientes fases: