ES3053783T3 - Electrolyzer system configurations for enhancement of ultraviolet advanced oxidation processes - Google Patents

Electrolyzer system configurations for enhancement of ultraviolet advanced oxidation processes

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Benjamin Satterfield
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Abstract

Un sistema de tratamiento de aguas residuales comprende un reactor de radiación actínica y una celda electroquímica de electrodos tubulares concéntricos en comunicación fluida entre una fuente de electrolito y el reactor. La celda electroquímica está configurada para producir un efluente clorado que incluye hipoclorito de sodio. Un conducto acopla fluídicamente la salida de la celda electroquímica a la entrada del reactor y conduce el efluente clorado a dicho reactor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Configuraciones de sistema de electrolizador para la mejora de procesos avanzados de oxidación ultravioletaAntecedentes
[0003] 1. Campo de la invención
[0004] La invención se refiere a un sistema de tratamiento de agua comprendiendo un reactor de radiación actínica y una celda electroquímica.
[0005] 2. Discusión de la técnica relacionada
[0006] En los últimos años, numerosos trabajos de investigación han demostrado la idoneidad de los procesos avanzados de oxidación (Advanced Oxidation Processes, AOP) para múltiples aplicaciones, especialmente para el tratamiento del agua (documento de Legrini, O., Oliveros, E., Braun, A. M. (1993). Photochemical Processes for Water Treatment. Chm. Rev. 1093,93,671-698; documento de Bolton et al. (1996). Figures of Merit for the technical development and application of Advanced Oxidation Processes. J. of Advanced Oxidation Technologies, 1,113-17).
[0007] Los procesos avanzados de oxidación (Advanced Oxidation Processes, AOP) para el tratamiento del agua usan especies de radicales altamente reactivas, por ejemplo, radicales hidroxilo (OH-), para la oxidación de contaminantes tóxicos o peligrosos no biodegradables o de baja biodegradabilidad presentes en el agua, por ejemplo, contaminantes industriales.
[0008] Debido al elevado potencial de oxidación y la baja selectividad de los radicales hidroxilo, que reaccionan prácticamente con cualquier compuesto orgánico, los AOP pueden usarse para eliminar los contaminantes, es decir, residuos de pesticidas, disolventes industriales, PFAS, productos farmacéuticos, hormonas, fármacos, productos de cuidado personal o medios de contraste radiológico, del agua (contaminada).
[0009] La versatilidad de un AOP se ve además incrementada por el hecho de que ofrecen diferentes formas posibles de generar radicales hidroxilo, permitiendo así una mejor adaptación a los requisitos específicos de tratamiento. Una aplicación química tradicional y adecuada de los AOP para el tratamiento de aguas residuales hace uso de reactivos/oxidantes costosos tales como H<2>O<2>y/u O<3>para generar radicales hidroxilo.
[0010] La peroxona, como combinación de los oxidantes ozono O<3>y peróxido de hidrógeno H<2>O<2>, se conoce como un nuevo proceso de oxidación avanzado (AOP de peroxona) que puede usarse para el tratamiento de suelos contaminados, aguas subterráneas y aguas residuales.
[0011] El proceso de peroxona usa el oxidante ozono (O<3>) combinado con el oxidante peróxido de hidrógeno (H<2>O<2>). Durante este proceso, se forman radicales hidroxilo muy persistentes que reaccionan o bien oxidan la mayoría de los contaminantes orgánicos en una disolución. La adición de peróxido de hidrógeno acelera la disolución del ozono, lo que provoca un aumento de la concentración de radicales hidroxilo. La velocidad neta de producción de radicales hidroxilo libres es aproximadamente de 1 mol por mol de ozono.
[0012] El documento de Malato et al. (2002). Photocatalysis with solar energy at a pilot-plant scale: an overview. Applied Catalysis B: Environmental 371-15, revisa el uso de la luz solar para producir radicales hidroxilo. En un AOP impulsado por radiación ultravioleta (AOP UV), se usa radiación UV para generar radicales hidroxilo mediante fotólisis. Los AOP tradicionales impulsados por UV para el tratamiento del agua pueden designarse como UV/H<2>O<2>o UV/Ozono (UV/O<3>) o sus combinaciones, ya que el H<2>O<2>u O<3>se fotolizan mediante radiación UV para producir radicales hidroxilo.
[0013] Un proceso con especies de cloro impulsado por UV como AOP (AOP UV/especies de cloro), en el que se generan radicales hidroxilo al irradiar disoluciones cloradas con radiación UV, se conoce por el documento de Jing Jin et al. (2011). Assessment of the UV/Chlorine process as an advanced oxidation process. Water Research 45, 1890-1896 y Michael J. Watts, et al. (2007). Chlorine photolysis and subsequent OH radical production during UV treatment of chlorinated water. Water Research 41, 2871-2878.
[0014] Se conoce además por el documento de Jing Jin et al. (2011). Assessment of the UV/Chlorine process as an advanced oxidation process. Water Research 45, 1890-1896 que dicho AOP UV/cloro podría ser una opción de tratamiento para los subproductos de desinfección (Disinfection By-Products, DBP) generados durante la desinfección con cloro en piscinas, pudiendo usarse para inactivar microorganismos patógenos acuáticos y destruir compuestos orgánicos peligrosos en agua potable y aguas residuales.
[0015] Otros AOP UV se conocen como UV/TiO<2>o UV/S<2>O<8>(documento de Legrini, O., Oliveros, E., Braun, A. M. (1993). Photochemical Processes for Water Treatment. Chm. Rev.1093, 671-698).
[0016] Los AOP existentes usan reactivos/oxidantes costosos, por ejemplo, H<2>O<2>y/u O<3>, especialmente en el caso del proceso de peroxona AOP que usa H<2>O<2>y O<3>, así como un alto consumo energético necesario para la producción de radicales, por ejemplo, una elevada energía de irradiación UV para la producción de radicales mediante un AOP UV. Un número significativo de radicales no se consume en la oxidación de los contaminantes, sino en reacciones secundarias con el fondo orgánico de la matriz acuosa, por ejemplo, huminas, ácido húmico o ácido cítrico.
[0017] Los dispositivos electroquímicos que generan reacciones químicas en los electrodos se usan ampliamente en aplicaciones industriales y municipales. Las reacciones electroquímicas para la generación de hipoclorito de sodio a partir de cloruro de sodio y agua (electrocloración) incluyen las siguientes:
[0018] Reacción en el ánodo: 2Cl- Cl<2>+ 2e<->(E<0>ox
= -1,358 V)
[0019] Reacción en el cátodo: 2H<2>O 2e- H<2>+ 2OH<->(E<0>red
= -0,8277 V)
[0020] En disolución: Cl<2>+ 2OH- CIO<->+ Cl<->+ H<2>O
[0021] Reacción global: NaCl H<2>O NaOCl H<2>(E<0>celda
= -2,19 V)
[0022] La velocidad de generación en masa de NaOCl, suponiendo una eficiencia faradaica del 100 % y una tensión de celda de 3 V, es:
[0023] 1 kg NaOCl = (2 x 96500 / 3600 x 1000 / 70,906) A*h = 756,09 A*h
[0024] En estas reacciones, los potenciales eléctricos indicados corresponden a condiciones de concentración 1 M (actividad) de los reactivos y productos, así como a condiciones estándar (25 °C y 1 atm). Los documentos CN107973462 A y FR2994174 B1 describen sistemas de la técnica anterior.
[0025] Compendio
[0026] Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de tratamiento de agua según la reivindicación 1.
[0027] En algunas realizaciones, el reactor de radiación actínica es un reactor de proceso avanzado de oxidación ultravioleta.
[0028] En algunas realizaciones, el electrolito comprende agua.
[0029] En algunas realizaciones, el sistema comprende además un sensor configurado para medir la concentración de uno o más contaminantes en el agua. El sensor está situado aguas arriba del reactor de radiación actínica o aguas abajo del reactor de radiación actínica. El sistema puede comprender además un controlador en comunicación con el sensor y configurado para ajustar uno o más parámetros de funcionamiento del sistema en respuesta a una concentración medida de los uno o más contaminantes. Los uno o más parámetros de funcionamiento pueden incluir uno de la potencia aplicada a la celda electroquímica, la potencia aplicada al reactor de radiación actínica y el caudal del electrolito o del efluente a través de uno de la celda electroquímica o el reactor de radiación actínica.
[0030] En algunas realizaciones, el sistema comprende además una fuente de una sal de cloruro configurada para introducir la sal en el electrolito aguas arriba de la celda electroquímica. El controlador puede estar además configurado para regular una velocidad de introducción de la sal en el electrolito en respuesta a la concentración medida de los uno o más contaminantes.
[0031] En algunas realizaciones, el sistema comprende además un controlador conectado operativamente a uno o más sensores, en donde los uno o más sensores están configurados para medir uno o más de caudal del agua a tratar, una concentración de un contaminante en el agua a tratar, una concentración de hipoclorito de sodio en el agua a tratar, una pureza del agua de producto que sale del reactor de radiación actínica, un caudal del agua de producto que sale del reactor de radiación actínica o una concentración de hipoclorito de sodio en la disolución salina recirculada. El controlador puede estar configurado para ajustar uno o más parámetros de funcionamiento del sistema basándose en una o más señales recibidas de los uno o más sensores, incluyendo los uno o más parámetros de funcionamiento uno o más del estado de la válvula, la potencia aplicada a la celda electroquímica, la potencia aplicada al reactor de radiación actínica, el caudal del electrolito a través de la celda electroquímica, el caudal del agua a tratar a través del reactor de radiación actínica o la dosis de radiación aplicada al agua a tratar en el reactor de radiación actínica.
[0032] En algunas realizaciones, los uno o más sensores están configurados para medir la concentración del hipoclorito de sodio en la disolución salina recirculada y el controlador está configurado para recibir una indicación de la concentración del hipoclorito de sodio en la disolución salina recirculada a partir del sensor y enviar una señal a la válvula para abrirla al menos parcialmente en respuesta a que la concentración del hipoclorito de sodio esté en o por encima del nivel predeterminado.
[0033] En algunas realizaciones, el controlador está además configurado para establecer el nivel predeterminado basándose en uno o ambos de la concentración del contaminante en el agua a tratar o una pureza deseada del agua de producto.
[0034] En algunas realizaciones, el controlador está además configurado para establecer el nivel predeterminado basándose en una dosis deseada de radiación UV que deba aplicarse al agua a tratar en el reactor de radiación actínica.
[0035] En algunas realizaciones, el controlador está además configurado para establecer la dosis de radiación UV que deba aplicarse al agua a tratar en el reactor de radiación actínica basándose en uno o más del nivel predeterminado, la concentración del contaminante en el agua a tratar, el caudal del agua a tratar o una pureza deseada del agua de producto.
[0036] En algunas realizaciones, el controlador está además configurado para establecer la potencia aplicada a la celda electroquímica basándose en uno o ambos de la concentración del contaminante en el agua a tratar o una pureza deseada del agua de producto.
[0037] En algunas realizaciones, el controlador está además configurado para establecer la dosis de radiación UV que deba aplicarse al agua a tratar en el reactor de radiación actínica basándose en la concentración del contaminante en el agua a tratar y una pureza deseada del agua de producto.
[0038] En algunas realizaciones, el controlador está además configurado para establecer una cantidad de cloruro que deba introducirse en el electrolito basándose en el nivel predeterminado.
[0039] En algunas realizaciones, el controlador está además configurado para establecer una cantidad de potencia aplicada a la celda electroquímica basándose en una cantidad de tiempo deseada dentro de la cual lograr el nivel de concentración predeterminado de NaOCl en el efluente clorado en el conducto de recirculación. En algunas realizaciones, el controlador está además configurado para establecer la dosis de radiación UV que deba aplicarse al agua a tratar en el reactor de radiación actínica basándose en la potencia aplicada a la celda electroquímica.
[0040] Según un aspecto no reivindicado, se proporciona un procedimiento de tratamiento de agua en un sistema de tratamiento de agua. El procedimiento comprende dirigir el agua a tratar desde una fuente de agua hacia una entrada de una celda electroquímica de electrodo de tubo concéntrico, aplicar potencia a través de los electrodos de la celda electroquímica para convertir el cloruro de sodio (NaCl) en el agua a tratar en hipoclorito de sodio (NaOCl) en la celda electroquímica y formar un efluente clorado incluyendo el NaOCl, dirigir el efluente clorado desde una salida de la celda electroquímica hacia una entrada de un reactor de radiación actínica, exponer el efluente clorado a radiación actínica suficiente en el reactor de radiación actínica para generar radicales libres en el efluente clorado que reaccionan con contaminantes en el efluente clorado para formar un efluente tratado, y dirigir el efluente tratado desde una salida del reactor de radiación actínica hacia un punto de uso.
[0041] Exponer el efluente clorado a radiación actínica en el reactor de radiación actínica incluye exponer el efluente clorado a luz ultravioleta en el reactor de radiación actínica.
[0042] Dirigir el efluente tratado al punto de uso incluye dirigir el efluente tratado hacia la fuente de agua.
[0043] El procedimiento comprende además añadir sal de cloruro al agua a tratar aguas arriba de la entrada de la celda electroquímica.
[0044] El procedimiento comprende además recircular el efluente clorado a través de un conducto de recirculación desde la salida de la celda electroquímica hacia la entrada de la celda electroquímica para un tratamiento adicional en la celda electroquímica, aumentando el tratamiento adicional una concentración de NaOCl en el efluente clorado, dirigir el agua a tratar desde una segunda fuente de agua a tratar a través de un primer conducto hacia la entrada del reactor de radiación actínica, y proporcionar comunicación fluida selectiva desde el conducto de recirculación hacia un punto de introducción en el primer conducto aguas arriba de la entrada del reactor de radiación actínica.
[0045] El procedimiento puede comprender además medir una concentración del hipoclorito de sodio en el conducto de recirculación con un sensor. El procedimiento puede comprender además recibir, en un controlador, una indicación de la concentración del hipoclorito de sodio en el conducto de recirculación a partir del sensor, y enviar una señal a una válvula que proporciona comunicación fluida selectiva entre el conducto de recirculación y el primer conducto para abrirla al menos parcialmente en respuesta a que la indicación de la concentración del hipoclorito de sodio en el conducto de recirculación sea una indicación de la concentración que esté en o por encima de un nivel predeterminado.
[0046] El procedimiento comprende además medir, con uno o más sensores conectados operativamente a un controlador del sistema, uno o más de caudal del agua a tratar, una concentración de un contaminante en el agua a tratar, una concentración de hipoclorito de sodio en el agua a tratar, una pureza del agua de producto que sale del reactor de radiación actínica, un caudal del agua de producto que sale del reactor de radiación actínica o una concentración de hipoclorito de sodio en la disolución salina recirculada con uno o más sensores. El procedimiento puede comprender además ajustar, con el controlador, uno o más parámetros de funcionamiento del sistema basándose en una o más señales recibidas de los uno o más sensores, incluyendo los uno o más parámetros de funcionamiento uno o más de un estado de la válvula, potencia aplicada a la celda electroquímica, potencia aplicada al reactor de radiación actínica, caudal del electrolito a través de la celda electroquímica, caudal del agua a tratar a través del reactor de radiación actínica o dosis de radiación aplicada al agua a tratar en el reactor de radiación actínica.
[0047] El procedimiento comprende además medir la concentración del hipoclorito de sodio en la disolución salina recirculada con los uno o más sensores, recibir, por parte del controlador, una indicación de la concentración del hipoclorito de sodio en la disolución salina recirculada a partir de uno o más sensores, y enviar una señal a una válvula que proporciona comunicación fluida selectiva entre el conducto de recirculación y el primer conducto para abrirla al menos parcialmente en respuesta a que la concentración del hipoclorito de sodio esté en o por encima del nivel predeterminado.
[0048] El procedimiento comprende además establecer el nivel predeterminado basándose en uno o ambos de la concentración del contaminante en el agua a tratar o una pureza deseada del agua de producto.
[0049] El procedimiento comprende además establecer el nivel predeterminado basándose en una dosis deseada de radiación UV que deba aplicarse al agua a tratar en el reactor de radiación actínica.
[0050] El procedimiento comprende además establecer la dosis de radiación UV que deba aplicarse al agua a tratar en el reactor de radiación actínica basándose en uno o más del nivel predeterminado, la concentración del contaminante en el agua a tratar, el caudal del agua a tratar o una pureza deseada del agua de producto. El procedimiento comprende además establecer la potencia aplicada a la celda electroquímica basándose en uno o ambos de la concentración del contaminante en el agua a tratar o una pureza deseada del agua de producto.
[0051] El procedimiento comprende además establecer la dosis de radiación UV que deba aplicarse al agua a tratar en el reactor de radiación actínica basándose en la concentración del contaminante en el agua a tratar y una pureza deseada del agua de producto.
[0052] El procedimiento comprende además establecer una cantidad de cloruro que deba introducirse en el electrolito basándose en el nivel predeterminado.
[0053] El procedimiento comprende además establecer una cantidad de potencia aplicada a la celda electroquímica basándose en una cantidad de tiempo deseada dentro de la cual lograr el nivel de concentración predeterminado de NaOCl en el efluente clorado en el conducto de recirculación.
[0054] El procedimiento comprende además establecer la dosis de radiación UV que deba aplicarse al agua a tratar en el reactor de radiación actínica basándose en la potencia aplicada a la celda electroquímica.
[0055] Según otro aspecto no reivindicado, se proporciona un procedimiento de adaptación de un sistema de tratamiento de agua incluyendo un reactor de proceso avanzado de oxidación en comunicación fluida con una fuente de agua a tratar. El procedimiento comprende instalar una celda electroquímica de tubo concéntrico en comunicación fluida entre la fuente de agua a tratar y el reactor de proceso avanzado de oxidación y proporcionar instrucciones para hacer funcionar la celda electroquímica para convertir el cloruro de sodio en el agua a tratar en hipoclorito de sodio.
[0056] El procedimiento comprende además proporcionar un sensor configurado para medir una concentración de uno o más contaminantes en el agua, uno de aguas arriba del reactor de radiación actínica o aguas abajo del reactor de radiación actínica.
[0057] El procedimiento comprende además proporcionar un controlador en comunicación con el sensor y configurado para ajustar uno o más parámetros de funcionamiento del sistema en respuesta a una concentración medida de los uno o más contaminantes.
[0058] Los uno o más parámetros de funcionamiento incluyen uno de la potencia aplicada a la celda electroquímica, la potencia aplicada al reactor de radiación actínica y el caudal del electrolito o del efluente a través de uno de la celda electroquímica o el reactor de radiación actínica.
[0059] El procedimiento comprende además proporcionar un conducto de recirculación configurado para devolver el efluente clorado desde una salida de la celda electroquímica hacia una entrada de la celda electroquímica para formar una disolución salina recirculada.
[0060] El procedimiento comprende además proporcionar un controlador conectado operativamente a uno o más sensores, en donde los uno o más sensores están configurados para medir uno o más del caudal del agua a tratar, una concentración de un contaminante en el agua a tratar, una concentración de hipoclorito de sodio en el agua a tratar, una pureza del agua de producto que sale del reactor de proceso avanzado de oxidación, un caudal del agua de producto que sale del reactor de proceso avanzado de oxidación o una concentración de hipoclorito de sodio en la disolución salina recirculada.
[0061] El procedimiento comprende además configurar el controlador para ajustar uno o más parámetros de funcionamiento del sistema basándose en una o más señales recibidas de los uno o más sensores, incluyendo los uno o más parámetros de funcionamiento uno o más de potencia aplicada a la celda electroquímica, potencia aplicada al reactor de proceso avanzado de oxidación, caudal del electrolito a través de la celda electroquímica, caudal del agua a tratar a través del reactor de proceso avanzado de oxidación o dosis de radiación aplicada al agua a tratar en el reactor de proceso avanzado de oxidación.
[0062] Breve descripción de los dibujos
[0063] Los dibujos adjuntos no están destinados a ser dibujados a escala. En los dibujos, cada componente idéntico o casi idéntico que se ilustra en diversas figuras está representado por un número similar. Con fines de claridad, no todos los componentes pueden estar etiquetados en todos los dibujos. En los dibujos, únicamente la Figura 13 corresponde a un sistema de tratamiento de agua según la invención. Los otros dibujos proporcionan información útil.
[0064] La FIG.1A es una vista isométrica de un ejemplo de una celda electroquímica de tubo concéntrico;
[0065] la FIG.1B es una vista en sección transversal de la celda electroquímica de tubo concéntrico de la FIG.1A; la FIG.2A ilustra el flujo de corriente a través de un ejemplo de una celda electroquímica de tubo concéntrico; la FIG.2B ilustra el flujo de corriente a través de otro ejemplo de una celda electroquímica de tubo concéntrico; la FIG.2C ilustra el flujo de corriente a través de otro ejemplo de una celda electroquímica de tubo concéntrico; la FIG. 3 es una vista isométrica de un ejemplo de una celda electroquímica de un solo paso enrollada en espiral;
[0066] la FIG. 4 es una vista isométrica de otro ejemplo de una celda electroquímica de un solo paso enrollada en espiral;
[0067] la FIG. 5 es una vista parcial en sección transversal de un ejemplo de una celda electroquímica de tubo concéntrico de tres tubos;
[0068] la FIG. 6 es una vista parcial en sección transversal de un ejemplo de una celda electroquímica de tubo concéntrico de cuatro tubos;
[0069] la FIG. 7 es una vista parcial en sección transversal de un ejemplo de una celda electroquímica de tubo concéntrico de cinco tubos;
[0070] la FIG.8 es un dibujo esquemático que ilustra un recipiente de reactor de radiación actínica según uno o más ejemplos;
[0071] la FIG.9A es un dibujo esquemático que ilustra una porción de un interior del recipiente de la FIG.8 según uno o más ejemplos;
[0072] la FIG.9B es un dibujo esquemático que ilustra otra porción de un interior del recipiente de la FIG.8 según uno o más ejemplos;
[0073] la FIG.10 ilustra los resultados de una prueba para eliminar 1,4-dioxano en un recipiente de reactor de radiación actínica operado bajo diferentes condiciones;
[0074] la FIG. 11 ilustra un ejemplo de sistema incluyendo un recipiente de reactor de radiación actínica y una celda electrolítica aguas arriba del recipiente de reactor de radiación actínica;
[0075] la FIG.12 ilustra otro ejemplo de sistema incluyendo un recipiente de reactor de radiación actínica y una celda electrolítica aguas arriba del recipiente de reactor de radiación actínica;
[0076] la FIG. 13 ilustra una realización de sistema incluyendo un recipiente de reactor de radiación actínica y una celda electrolítica aguas arriba del recipiente de reactor de radiación actínica;
[0077] la FIG. 14 ilustra un sistema de control que puede usarse para realizaciones de sistemas de tratamiento de agua descritos en esta invención;
[0078] la FIG.15 ilustra un sistema de memoria para el sistema de control de la FIG.14;
[0079] la FIG.16 ilustra la disposición de una celda electrolítica y un bucle de recirculación usado para realizar pruebas relacionadas con la acumulación de oxidante en el electrolito recirculado a través de la celda;
[0080] la FIG. 17 ilustra los resultados de las pruebas de eliminación de 1,4-dioxano en un recipiente de reactor de radiación actínica con el vapor de agua contaminado que presenta diferentes niveles de pH;
[0081] la FIG. 18 ilustra los resultados de las pruebas de eliminación de 1,4-dioxano en un recipiente de reactor de radiación actínica con el vapor de agua contaminado que presenta diferentes concentraciones de NaOCl; la FIG. 19A ilustra un primer conjunto de configuraciones de sistemas de tratamiento de agua tal como se describe en esta invención;
[0082] la FIG. 19B ilustra un segundo conjunto de configuraciones de sistemas de tratamiento de agua tal como se describe en esta invención;
[0083] la FIG.20 es un gráfico que ilustra los costes asociados con la generación de hipoclorito de sodio en diferentes configuraciones de sistemas de tratamiento de agua tal como se describe en esta invención; y
[0084] la FIG.21 ilustra los costes relativos atribuibles a la sal frente a la energía para la generación de hipoclorito de sodio en un sistema de tratamiento de agua tal como se describe en esta invención.
[0085] Descripción detallada
[0086] Los aspectos y las realizaciones descritos en esta invención no están limitados a los detalles de construcción y la disposición de los componentes establecidos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos. Los aspectos y las realizaciones descritos en esta invención son susceptibles de ponerse en práctica o de llevarse a cabo de diversas maneras. Además, la fraseología y la terminología usadas en esta invención son con fines de descripción y no deben considerarse limitantes. El uso de "incluyendo", "comprendiendo", "teniendo", "conteniendo", "implicando" y sus variaciones en esta invención está destinado a abarcar los elementos listados a continuación y sus equivalentes, así como elementos adicionales.
[0087] Según al menos un aspecto, algunas de sus realizaciones pueden implicar un sistema para purificar o disminuir una concentración de componentes no deseados (contaminantes) en una corriente de agua. El sistema puede comprender una o más fuentes de agua conectadas en comunicación fluida con al menos un reactor de radiación actínica. El al menos un reactor puede estar configurado para irradiar el agua proveniente de la fuente de agua. El sistema puede comprender además una o más fuentes de un oxidante. Las una o más fuentes de oxidante pueden estar dispuestas para introducir uno o más oxidantes en el agua proveniente de las una o más fuentes de agua.
[0088] El reactor de radiación actínica puede ser un reactor incluyendo una o múltiples lámparas ultravioletas (UV) que producen luz ultravioleta que, cuando es absorbida por los uno o más oxidantes, provoca la producción de radicales libres, por ejemplo OH-, a partir de los uno o más oxidantes. Los radicales libres pueden oxidar especies de carbono orgánico disueltas en el agua, por ejemplo, triclorometano o urea, transformándolas en especies químicas menos indeseables, por ejemplo, dióxido de carbono y agua. Las realizaciones de un proceso de tratamiento para eliminar especies no deseadas, por ejemplo, especies de carbono orgánico, de un fluido, por ejemplo, agua, pueden denominarse en esta invención proceso avanzado de oxidación (Advanced Oxidation Process, AOP) o proceso de eliminación de radicales libres. Estos términos se usan como sinónimos en esta invención.
[0089] Los aspectos y las realizaciones descritos en esta invención están dirigidos en general a sistemas AOP incluyendo reactores UV y dispositivos electroquímicos para generar oxidantes tales como hipoclorito de sodio para su introducción en los reactores UV con el fin de facilitar la oxidación de contaminantes en los reactores UV, y a procedimientos de uso de dichos sistemas.
[0090] Los términos "dispositivo electroquímico", "celda electroquímica", "electrolizador" y variaciones gramaticales de los mismos deben entenderse como que abarcan "dispositivos de electrocloración" y "celdas de electrocloración" y variaciones gramaticales de los mismos. Los aspectos y las realizaciones descritos en esta invención se describen como incluyendo uno o más electrodos. El término “electrodos metálicos” o la variación gramatical del mismo, tal como se usa en esta invención, debe entenderse como que abarca electrodos formados por, comprendiendo o consistiendo en uno o más metales, por ejemplo, titanio, aluminio o níquel, aunque el término “electrodo metálico” no excluye electrodos incluyendo o consistiendo en otros metales o aleaciones. En algunas realizaciones, un "electrodo metálico" puede incluir múltiples capas de diferentes metales. Los electrodos metálicos usados en una o más de las realizaciones descritas en esta invención pueden incluir un núcleo de un metal de alta conductividad, por ejemplo, cobre o aluminio, recubierto con un metal o un óxido metálico que presenta una alta resistencia al ataque químico por disoluciones electrolíticas, por ejemplo, una capa de titanio, platino, un óxido metálico mixto (MMO), magnetita, ferrita, espinela de cobalto, tántalo, paladio, iridio, plata, oro u otros materiales de recubrimiento. Los “electrodos metálicos” pueden estar recubiertos con un recubrimiento resistente a la oxidación, por ejemplo, pero sin limitarse a, platino, un óxido metálico mixto (MMO), magnetita, ferrita, espinela de cobalto, tántalo, paladio, iridio, plata, oro u otros materiales de recubrimiento. Los óxidos metálicos mixtos usados en las realizaciones descritas en esta invención pueden incluir un óxido u óxidos de uno o más de rutenio, rodio, tántalo (opcionalmente aleado con antimonio y/o manganeso), titanio, iridio, zinc, estaño, antimonio, una aleación titanio-níquel, una aleación titanio-cobre, una aleación titanio-hierro, una aleación titanio-cobalto u otros metales o aleaciones apropiados. Los ánodos usados en las realizaciones descritas en esta invención pueden estar recubiertos con platino y/o un óxido u óxidos de uno o más de iridio, rutenio, estaño, rodio o tántalo (opcionalmente aleado con antimonio y/o manganeso). Los cátodos usados en las realizaciones descritas en esta invención pueden estar recubiertos con platino y/o un óxido u óxidos de uno o más de iridio, rutenio y titanio. Los electrodos usados en las realizaciones descritas en esta invención pueden incluir una base de uno o más de titanio, tántalo, circonio, niobio, wolframio y/o silicio. Los electrodos para cualquiera de las celdas electroquímicas descritas en esta invención pueden formarse como o a partir de placas, láminas, láminas delgadas, extrusiones y/o sinterizados. El término “tubo” tal como se emplea en esta memoria incluye conductos cilíndricos; sin embargo, no excluye conductos que presentan otras geometrías de sección transversal, por ejemplo, conductos que presentan geometrías cuadradas, rectangulares, ovaladas u oblongas, o geometrías de sección transversal con forma de cualquier polígono regular o irregular.
[0091] Los términos “tubos concéntricos” o “espirales concéntricas” tal como se emplea en esta memoria incluyen tubos o espirales intercaladas que comparten un eje central común, pero no excluyen tubos o espirales intercaladas que rodean un eje común que no es necesariamente central para cada uno de los tubos concéntricos o espirales intercaladas en un conjunto de tubos concéntricos o espirales intercaladas, ni tubos o espirales intercaladas que presentan ejes desplazados entre sí.
[0092] Los aspectos y las realizaciones descritos en esta invención no están limitados por el número de electrodos, el espacio entre electrodos, el material del electrodo, el material de cualquier espaciador entre electrodos, el número de pasos dentro de las celdas de electrocloración o el material de recubrimiento del electrodo.
[0093] Esta descripción describe diversas celdas de electrocloración y dispositivos de electrocloración que pueden usarse en combinación con reactores UV para llevar a cabo procesos AOP avanzados.
[0094] Las FIGS.1A y 1B muestran un ejemplo de una celda 100 de electrocloración con tubos 102, 104 concéntricos fabricada por Electrocatalytic Ltd. La superficie interior de los tubos 102 exteriores y la superficie exterior del tubo 104 interior constituyen las áreas activas de electrodo. El espacio entre los electrodos es aproximadamente de 3,5 mm. Para implementaciones que usan agua de mar como alimentación, la velocidad del líquido en el espacio en dirección axial puede ser del orden de 2,1 m/s, lo que produce un flujo altamente turbulento que reduce la posibilidad de ensuciamiento e incrustaciones en las superficies de los electrodos. El alto caudal y el flujo turbulento del electrolito a través de celdas de electrocloración con tubos concéntricos descritas en esta invención proporcionan ventajas significativas para prevenir la formación de incrustaciones debidas a la dureza, en comparación con otras configuraciones de celdas electroquímicas, por ejemplo, celdas electroquímicas con electrodos de placas paralelas.
[0095] Las FIGS. 2A-2C muestran algunas disposiciones posibles de electrodos en una celda electroquímica de electrodo de tubo concéntrico (Concentric Tube Electrode, CTE). La FIG. 2A ilustra una disposición donde la corriente fluye en un solo paso desde el ánodo hasta el cátodo. Ambos electrodos se fabrican normalmente de titanio, con el ánodo recubierto con platino o un óxido metálico mixto (MMO). Los electrodos se denominan "monopolares".
[0096] La FIG. 2B ilustra una disposición donde la corriente fluye en dos pasos a través del dispositivo, con dos electrodos exteriores y un electrodo interior. Uno de los electrodos exteriores está recubierto en la superficie interior para funcionar como ánodo; el otro no está recubierto. Una porción de la superficie exterior del electrodo interior está recubierta, también para funcionar como ánodo, y la porción restante no está recubierta. La corriente fluye a través del electrolito desde el electrodo exterior recubierto hasta la porción no recubierta del electrodo interior, a lo largo del electrodo interior hasta la porción recubierta, y finalmente de nuevo a través del electrolito hasta el electrodo exterior no recubierto. El electrodo interior se denomina también electrodo “bipolar”.
[0098] La FIG. 2C ilustra una disposición donde la corriente fluye en múltiples pasos a través del dispositivo, con múltiples electrodos exteriores y un electrodo interior. Alternando electrodos exteriores recubiertos y no recubiertos y recubriendo los electrodos interiores en intervalos coincidentes, la corriente puede fluir hacia adelante y hacia atrás a través del electrolito en múltiples pasos.
[0100] La justificación del uso de múltiples pasos es que el área total de electrodo disponible para la reacción electroquímica en la superficie, y por tanto la velocidad global de producción del oxidante (por ejemplo, hipoclorito de sodio), puede aumentarse sin un incremento proporcional de la corriente aplicada. El aumento de la corriente eléctrica requeriría cables o barras colectoras de mayor tamaño desde la fuente de alimentación de corriente continua hasta la celda de electrocloración, conectores eléctricos de mayor tamaño en la celda (terminales 101A y 101B en la superficie exterior del electrodo exterior en el ejemplo de la FIG.1A) y un mayor espesor de titanio para los electrodos.
[0102] Para una misma corriente, un dispositivo de múltiples pasos tendrá una velocidad de producción más alta que una celda de un solo paso, pero la caída de tensión total será mayor (aproximadamente proporcional al número de pasos). Para una misma velocidad de producción, una celda de múltiples pasos requerirá una corriente más baja (aproximadamente inversamente proporcional al número de pasos). Para una misma potencia de salida (kW), los costes de la fuente de alimentación pueden ser más sensibles a la corriente de salida que a la tensión de salida, favoreciendo así las celdas de múltiples pasos.
[0104] En la práctica, existen ineficiencias asociadas con una celda de múltiples pasos. Por ejemplo, una porción de la corriente, denominada “corriente de derivación”, puede fluir directamente desde un ánodo hacia un cátodo sin atravesar el electrolito en el espacio entre los electrodos exterior e interior (véanse las FIGS. 2B y 2C). La corriente de derivación consume energía pero da lugar a una producción de oxidante menos eficiente que la corriente no desviada. Las celdas de múltiples pasos también son más complejas de fabricar y montar. Por ejemplo, las porciones de la superficie exterior del electrodo interior deben enmascararse antes de recubrir las porciones restantes.
[0106] El sistema de tratamiento de agua de la invención comprende una celda electroquímica, tal como las celdas electroquímicas que presentan electrodos enrollados en espiral, un ejemplo no limitativo de las cuales se ilustra en las FIGS.3 y 4. En configuraciones de espiral enrollada, dos electrodos enrollados en espiral, un ánodo 205 y un cátodo 210 que forman un par ánodo-cátodo, se colocan de manera que formen un espacio 215 entre el ánodo 205 y el cátodo 210. La diferencia angular entre los extremos iniciales de las hélices y/o los extremos finales de las hélices, designada como θ en la FIG.3, puede variar de 0° a 180°. Una disolución electrolítica de alimentación fluye a través del espacio 215 en una dirección sustancialmente paralela a los ejes de las espirales. Se aplica una tensión de corriente continua, constante o variable, o en algunas realizaciones una corriente alterna, a través de los electrodos y a través de la disolución electrolítica. Una lengüeta 220 de ánodo y una lengüeta 225 de cátodo están conectadas o formadas integralmente con el ánodo 205 y el cátodo 210, respectivamente, para proporcionar la conexión eléctrica con el ánodo 205 y el cátodo 210. La corriente fluye desde el ánodo 205 hasta el cátodo 210 en un solo paso. Las reacciones electroquímicas y químicas ocurren en las superficies de los electrodos y en la masa de la disolución electrolítica en la celda electroquímica para generar una disolución de producto.
[0108] Los electrodos 205, 210 enrollados en espiral pueden alojarse dentro de una carcasa 235 (véase la FIG. 4), diseñada para aislar eléctricamente los electrodos del entorno exterior y para soportar la presión del fluido del electrolito que pasa a través de la celda electroquímica. La carcasa 235 puede ser no conductora, químicamente no reactiva frente a las disoluciones electrolíticas y puede tener suficiente resistencia para soportar las presiones del sistema. En algunas realizaciones, puede disponerse un núcleo sólido, un elemento de núcleo central o un director de flujo de fluido que impide que el fluido circule por el centro y eluda el espacio.
[0109] El sistema de tratamiento de agua de la invención comprende una celda electroquímica, tal como las celdas electroquímicas incluyendo electrodos tubulares dispuestos concéntricamente, ejemplos no limitativos de las cuales se ilustran en las FIGS. 5-7. Al menos algunos de los electrodos tubulares concéntricos pueden ser monopolares o bipolares. Una primera realización, incluyendo tres tubos concéntricos, se ilustra en la FIG. 5, indicada en general con el número 300. El electrodo 305 de tubo intermedio es un ánodo que presenta un recubrimiento resistente a la oxidación, por ejemplo, platino o MMO, tanto en la superficie interior como en la superficie exterior, con el fin de aprovechar completamente el área superficial del electrodo 305 de tubo intermedio. El electrodo 310 de tubo interior y el electrodo 315 de tubo exterior no presentan recubrimiento, actuando respectivamente como un cátodo interior y un cátodo exterior. Los electrodos son monopolares, de modo que la corriente pasa a través del electrolito una vez por electrodo. Cada uno de los electrodos 305, 310, 315 puede incluir un tubo de titanio. La conexión 330 eléctrica de ánodo está en comunicación eléctrica con el electrodo 305 de tubo intermedio. La conexión 335 eléctrica de cátodo está en comunicación eléctrica con el electrodo 310 de tubo interior y el electrodo 315 de tubo exterior. La celda 300 de electrocloración y otras celdas electroquímicas incluyendo electrodos de tubo concéntrico descritas en esta invención pueden estar incluidas en una carcasa no conductora, por ejemplo, la carcasa 235 ilustrada en la FIG.4.
[0111] En las celdas descritas en esta invención incluyendo múltiples electrodos de tubo de ánodo o electrodos de tubo de cátodo, los múltiples electrodos de tubo de ánodo pueden denominarse colectivamente como el ánodo o el tubo de ánodo, y los múltiples electrodos de tubo de cátodo pueden denominarse colectivamente como el cátodo o el tubo de cátodo. En realizaciones incluyendo múltiples electrodos de tubo de ánodo y/o múltiples electrodos de tubo de cátodo, los múltiples electrodos de tubo de ánodo y/o los múltiples electrodos de tubo de cátodo pueden denominarse colectivamente en esta invención como un par ánodo-cátodo.
[0113] La conexión eléctrica puede realizarse entre el electrodo 310 de tubo interior y el electrodo 315 de tubo exterior mediante uno o más puentes 340 conductores, que pueden estar formados del mismo material que el electrodo 310 de tubo interior y el electrodo 315 de tubo exterior, por ejemplo, titanio. Las reacciones electroquímicas y químicas ocurren en las superficies de los electrodos y en la disolución de masa para generar una disolución de producto, por ejemplo, hipoclorito de sodio para la desinfección.
[0115] Según otra realización, una celda electroquímica o de electrocloración de tubos concéntricos incluye cuatro electrodos de tubo concéntrico. Un ejemplo de una celda de electrocloración de cuatro tubos se muestra en la FIG. 6, indicada en general con el número 400. La celda 400 de electrocloración de cuatro tubos incluye un electrodo 405 de tubo interior y un electrodo 410 de tubo intermedio que actúan como ánodos y que pueden estar en comunicación eléctrica con un conector 425 eléctrico de ánodo. El electrodo 405 de tubo interior y el electrodo 410 de tubo intermedio también pueden estar en comunicación eléctrica entre sí mediante uno o más puentes 450 conductores. El electrodo 420 de tubo exterior y el electrodo 415 de tubo intermedio actúan como cátodos que pueden estar en comunicación eléctrica con un conector 430 eléctrico de cátodo. El electrodo 420 de tubo exterior y el electrodo 415 de tubo intermedio también pueden estar en comunicación eléctrica entre sí mediante uno o más puentes 455 conductores. El electrodo 420 de tubo exterior y el electrodo 415 de tubo intermedio están dispuestos en lados opuestos del electrodo 410 de tubo de ánodo intermedio. La celda 400 de electrocloración de cuatro tubos funciona de manera similar a la celda 300 de electrocloración de tres tubos, salvo que una disolución electrolítica de alimentación fluye a través de los tres espacios 435, 440, 445 anulares formados en la celda 400 de electrocloración de cuatro tubos.
[0117] Según otra realización, una celda de electrocloración de tubos concéntricos incluye cinco electrodos de tubo concéntrico. Un ejemplo de una celda de electrocloración de cinco tubos se muestra en la FIG.7, indicada en general con el número 500. La celda 500 de electrocloración de cinco tubos incluye electrodos 520 y 525 de tubo intermedio que actúan como ánodos y que pueden estar en comunicación eléctrica con un conector 535 eléctrico de ánodo. Los electrodos 520, 525 de tubo intermedio también pueden estar en comunicación eléctrica entre sí mediante uno o más puentes 565 conductores. El electrodo 505 de tubo interior, el electrodo 510 de tubo central y el electrodo 515 de tubo exterior actúan como cátodos que pueden estar en comunicación eléctrica con un conector 530 eléctrico de cátodo. El electrodo 505 de tubo interior, el electrodo 510 de tubo central y el electrodo 515 de tubo exterior también pueden estar en comunicación eléctrica entre sí mediante uno o más puentes 560 conductores. Los electrodos 520, 525 de tubo intermedio están dispuestos en lados opuestos del electrodo 510 de tubo de ánodo central. La celda de electrocloración de cinco tubos funciona de manera similar a la celda 400 de electrocloración de cuatro tubos, salvo que una disolución electrolítica de alimentación fluye a través de los cuatro espacios 540, 545, 550, 555 anulares formados en la celda de electrocloración de cinco tubos.
[0119] Las celdas electroquímicas, incluyendo aquellas con electrodos enrollados en espiral, electrodos de tubo concéntrico, electrodos dispuestos radialmente y electrodos intercalados, se describen con mayor detalle en la publicación PCT de titularidad común n.º WO2016/133985A1.
[0121] El sistema de tratamiento de agua de la invención comprende un reactor de radiación actínica, por ejemplo, un reactor UV, que recibe uno o más oxidantes generados en una celda de electrocloración descrita en esta invención para facilitar la destrucción, por ejemplo, la oxidación, de uno o más contaminantes presentes en el agua que se somete a tratamiento en el reactor de radiación actínica. El reactor de radiación actínica puede comprender un recipiente y un primer conjunto de tubos en el recipiente. El primer conjunto de tubos puede comprender un primer conjunto de tubos paralelos y un segundo conjunto de tubos paralelos. Cada tubo puede comprender al menos una lámpara ultravioleta, y cada uno de los tubos paralelos del primer conjunto está dispuesto de modo que su eje longitudinal sea ortogonal con respecto al eje longitudinal de los tubos del segundo conjunto.
[0123] En ejemplos de un reactor de radiación actínica usado en los sistemas descritos en esta invención, los compuestos orgánicos presentes en el agua sometida a tratamiento pueden oxidarse mediante una o más especies radicales libres para transformarse en dióxido de carbono, el cual puede eliminarse en una o más operaciones unitarias posteriores. El reactor de radiación actínica puede comprender al menos un dispositivo de activación de radicales libres que convierte uno o más compuestos precursores, por ejemplo, uno o más oxidantes suministrados por un dispositivo de electrocloración, en una o más especies radicalarias libres, por ejemplo, el radical hidroxilo OH-. El reactor de radiación actínica puede comprender una o más lámparas, dispuestas en una o más cámaras de reacción, para irradiar o, de otro modo, suministrar radiación actínica al agua y dividir el compuesto precursor en una o más especies de radicales libres.
[0125] El reactor puede estar dividido en dos cámaras mediante uno o más deflectores dispuestos entre las cámaras. El deflector puede usarse para generar mezcla o turbulencia en el reactor, o para impedir la mezcla o promover trayectorias de flujo laminar y paralelo a través del interior del reactor, tal como, en las cámaras. En determinadas realizaciones, una entrada del reactor está en comunicación de fluido con una primera cámara, y una salida del reactor está en comunicación de fluido con una segunda cámara.
[0127] En algunas realizaciones, al menos tres cámaras de reactor, cada una de ellas provista de al menos una lámpara ultravioleta (UV) dispuesta para irradiar el agua en las respectivas cámaras con luz de aproximadamente 185 nm, 220 nm y/o 254 nm, o en un intervalo de aproximadamente 185 nm a aproximadamente 254 nm, a diversos niveles de potencia, están dispuestas en serie en el reactor 120. Debe apreciarse que las longitudes de onda más cortas de 185 nm o 220 nm pueden ser preferibles en los procesos AOP, ya que la luz UV a estas longitudes de onda posee suficiente energía fotónica para crear radicales libres a partir de precursores de radicales libres usados en el proceso de oxidación de contaminantes orgánicos disueltos. Por el contrario, los procesos de desinfección, donde la luz UV puede usarse para matar o inactivar microorganismos, pueden funcionar de manera eficiente con luz UV de longitud de onda de 254 nm, producida por lámparas de baja presión. Los sistemas de desinfección no usarían normalmente las lámparas UV de media o alta presión, más costosas, capaces de proporcionar una intensidad UV significativa en las longitudes de onda más cortas de 185 nm o 220 nm.
[0129] La una o más lámparas se pueden colocar dentro de los uno o más reactores de radiación actínica, colocadas en el interior de una o más camisas o tubos dentro del reactor. Los tubos pueden mantener las lámparas en su lugar y proteger las lámparas del agua presente en el interior del reactor. Los tubos pueden estar fabricados con cualquier material que no se degrade sustancialmente por la radiación actínica ni por el agua o los componentes del agua presentes en el interior del reactor, y que permita el paso de la radiación a través del material. Los tubos pueden tener un área de sección transversal que es circular. En determinadas realizaciones, los tubos pueden ser cilíndricos, y el material de construcción de los mismos puede ser cuarzo. Cada uno de los tubos puede tener la misma o diferente forma o tamaño que uno o más de los otros tubos. Los tubos pueden disponerse dentro del reactor en diversas configuraciones; por ejemplo, las camisas pueden extenderse a lo largo de una porción o de toda la longitud o anchura del reactor. Los tubos también pueden extenderse a lo largo de un volumen interior del reactor.
[0131] Las lámparas ultravioleta comercialmente disponibles y/o las camisas de cuarzo pueden obtenerse de Hanovia Specialty Lighting, Fairfield, Nueva Jersey; Engineered Treatment Systems, LLC (ETS), Beaver Dam, Wisconsin, y Heraeus Noblelight GmbH de Hanau, Alemania. El material de cuarzo seleccionado puede basarse al menos en parte en la longitud o longitudes de onda particulares que se vayan a usar en el proceso. El material de cuarzo puede seleccionarse para minimizar los requerimientos de energía de las lámparas ultravioleta a una o más longitudes de onda. La composición del cuarzo puede seleccionarse para proporcionar una transmitancia deseada o adecuada de la luz ultravioleta hacia el agua en el reactor y/o para mantener un nivel deseado o adecuado de transmisividad de la luz ultravioleta hacia el agua. En determinadas realizaciones, la transmisividad puede ser de al menos aproximadamente 50 % durante un periodo de tiempo predeterminado. Por ejemplo, la transmisividad puede ser de aproximadamente 80 % o superior durante un periodo de tiempo predeterminado. En determinadas realizaciones, la transmisividad puede situarse en un intervalo de aproximadamente 80 % a 90 % durante un periodo de aproximadamente 6 meses a un año. En determinadas realizaciones, la transmisividad puede situarse en un intervalo de aproximadamente 80 % a 90 % durante un periodo de hasta aproximadamente dos años.
[0133] Los tubos pueden estar sellados en cada extremo para impedir que el contenido del reactor penetre en las camisas o tubos. Los tubos pueden estar fijados en el interior del reactor de modo que permanezcan en su lugar durante todo el uso del reactor. En determinadas realizaciones, los tubos están fijados a la pared del reactor. Los tubos pueden fijarse a la pared mediante el uso de una técnica mecánica adecuada u otras técnicas convencionales para fijar objetos entre sí. Los materiales usados para la fijación de los tubos son preferiblemente inertes y no interferirán con el funcionamiento del reactor, ni afectarán negativamente a la pureza del agua, ni liberarán contaminantes en el agua.
[0135] Las lámparas pueden disponerse en el interior del reactor de manera que sean paralelas entre sí. Las lámparas también pueden disponerse en el interior del reactor formando diversos ángulos entre sí. Por ejemplo, en determinadas realizaciones, las lámparas pueden disponerse para iluminar trayectorias o regiones de cobertura que formen un ángulo de aproximadamente 90 grados, de modo que sean aproximadamente ortogonales o perpendiculares entre sí. Las lámparas pueden disponerse de esta manera, de modo que formen un ángulo de aproximadamente 90 grados en un eje vertical o un eje horizontal, o en cualquier eje intermedio entre ambos. En determinadas realizaciones, el reactor puede comprender un conjunto de tubos en el reactor o recipiente, comprendiendo un primer conjunto de tubos paralelos y un segundo conjunto de tubos paralelos. Cada tubo puede comprender al menos una lámpara ultravioleta, y cada uno de los tubos paralelos del primer conjunto puede disponerse para quedar a un ángulo deseado con respecto al segundo conjunto de tubos paralelos. El ángulo puede ser de aproximadamente 90 grados en determinadas realizaciones. Los tubos de uno cualquiera o ambos del primer conjunto y el segundo conjunto pueden extenderse a lo largo de un volumen interior del reactor. Los tubos del primer conjunto y del segundo conjunto pueden disponerse aproximadamente a la misma altura dentro del reactor.
[0136] Otras configuraciones pueden implicar tubos y/o lámparas dispuestos para proporcionar un nivel uniforme de intensidad en las regiones ocupadas o de cobertura correspondientes dentro del reactor. Otras configuraciones pueden implicar tubos dispuestos equiespaciadamente que incorporan una o más lámparas en su interior. El reactor puede contener uno o más conjuntos de tubos dispuestos dentro del reactor o recipiente. Un segundo conjunto de tubos puede comprender un tercer conjunto de tubos paralelos y un cuarto conjunto de tubos paralelos ortogonales con respecto al tercer conjunto de tubos paralelos, comprendiendo cada tubo al menos una lámpara ultravioleta. El cuarto conjunto de tubos paralelos también puede ser ortogonal con respecto a al menos uno del segundo conjunto de tubos paralelos y del primer conjunto de tubos paralelos.
[0137] En determinadas realizaciones, cada conjunto dentro del reactor o recipiente puede estar dispuesto a una distancia o altura predeterminada de otro conjunto dentro del reactor. La distancia predeterminada entre un par de conjuntos puede ser la misma o diferente.
[0138] El reactor puede dimensionarse según el número de lámparas ultravioleta necesarias para capturar, degradar o de otro modo convertir al menos una de las impurezas, normalmente las impurezas basadas en carbono orgánico, en un compuesto inerte, ionizado o de otro modo eliminable, en uno o más compuestos eliminables del agua, o al menos en uno que pueda eliminarse más fácilmente en comparación con la al menos una impureza. El número de lámparas necesarias puede basarse al menos en parte en las características de funcionamiento de las lámparas, incluyendo la intensidad de la lámpara y las longitudes de onda del espectro de la luz ultravioleta emitida por las lámparas. El número de lámparas necesarias puede basarse al menos en parte en al menos una de la concentración o cantidad esperada de TOC en la corriente de agua de entrada y la cantidad de oxidante añadida a la corriente de alimentación o al reactor.
[0139] Conjuntos de reactores dispuestos en serie pueden disponerse en paralelo. Por ejemplo, un primer conjunto de reactores en serie puede colocarse en paralelo con un segundo conjunto de reactores en serie, teniendo cada conjunto tres reactores, para un total de seis reactores. Uno cualquiera o más de los reactores en cada conjunto puede estar en funcionamiento en un momento dado. En determinadas realizaciones, todos los reactores pueden estar en funcionamiento, mientras que en otras realizaciones solo un conjunto de reactores está en funcionamiento.
[0140] Fuentes comerciales disponibles de sistemas de radiación actínica como componentes de sistemas de radicales libres incluyen, por ejemplo, los proporcionados por Quantrol, Naperville, Illinois, como el sistema AQUAFINE® UV, y por Aquionics Incorporated, Erlanger, Kentucky.
[0141] Un ejemplo no limitativo de un recipiente de reactor de radiación actínica que puede usarse en los aspectos y realizaciones descritos en esta invención se ilustra en la FIG. 8, en general con el número 600. El recipiente 600 de reactor comprende típicamente una entrada 610, una salida 620 y un deflector 615 que divide el recipiente 600 de reactor en una cámara 625 superior y una cámara 630 inferior. El recipiente 600 de reactor también puede comprender un colector 605, que puede estar configurado para distribuir el agua introducida a través de la entrada 610 por todo el recipiente. En determinadas realizaciones, el colector 605 puede estar configurado para distribuir el agua uniformemente por todo el recipiente. Por ejemplo, el colector 605 puede estar configurado para distribuir el agua uniformemente por todo el recipiente, de modo que el reactor funcione como un reactor de flujo pistón.
[0142] En algunos ejemplos, el recipiente de reactor puede comprender más de un deflector 615 para dividir el recipiente de reactor en más de dos cámaras. El deflector 615 puede usarse para generar mezcla o turbulencia en el reactor. En determinados ejemplos, como se muestra en la FIG. 8, la entrada 610 de reactor está en comunicación de fluido con la cámara 630 inferior, y la salida 620 de reactor está en comunicación de fluido con la cámara 625 superior.
[0143] En algunas realizaciones, al menos tres cámaras de reactor, cada una de ellas provista de al menos una lámpara ultravioleta (UV) dispuesta para irradiar el agua en las respectivas cámaras con luz de aproximadamente, o en un intervalo de aproximadamente, 185 nm a aproximadamente 254 nm, 220 nm y/o 254 nm, a un nivel de potencia deseado o a diversos niveles de potencia, están dispuestas en serie en el reactor 120.
[0144] El recipiente de reactor también puede comprender una pluralidad de lámparas ultravioletas dispuestas en el interior de tubos, por ejemplo, los tubos 635a-c y 640a-c. En un ejemplo, como se muestra en la FIG. 8, el recipiente 600 de reactor comprende un primer conjunto de tubos paralelos, los tubos 635a-c, y un segundo conjunto de tubos paralelos (no mostrado). Cada conjunto de tubos paralelos del primer conjunto es aproximadamente ortogonal al segundo conjunto, para formar un primer conjunto 645. Los tubos 635a-c y el segundo conjunto de tubos paralelos están aproximadamente a la misma altura en el recipiente 600 de reactor, entre sí.
[0145] Además, el recipiente de reactor puede comprender un tercer conjunto de tubos paralelos y un cuarto conjunto de tubos paralelos. Cada conjunto de tubos paralelos del primer conjunto es aproximadamente ortogonal al segundo conjunto, para formar, por ejemplo, un segundo conjunto 650. Tal como se ilustra a modo de ejemplo, los tubos 640a-c y el segundo conjunto de tubos paralelos se encuentran aproximadamente a la misma altura dentro del recipiente 600 de reactor, entre sí. Como se muestra en la FIG.8, el primer conjunto 645 puede estar dispuesto a una distancia predeterminada del segundo conjunto 650. El recipiente 600 puede comprender adicionalmente un tercer conjunto 655 y un cuarto conjunto 660, teniendo cada uno configuraciones opcionalmente similares a las del primer conjunto 640 y el segundo conjunto 645.
[0146] En otro ejemplo, un primer tubo 635b puede disponerse ortogonalmente con respecto a un segundo tubo 640b para formar un primer conjunto. Además, un conjunto de tubos, el tubo 665a y el tubo 665b, puede disponerse ortogonalmente con respecto a otro conjunto de tubos, el tubo 670a y el tubo 670b, para formar un segundo conjunto. La posición de las lámparas del segundo conjunto se muestra en la FIG.9A, incluyendo las lámparas 714, 720, 722 y 724. Las posiciones de las lámparas en el primer conjunto y en el segundo conjunto se muestran en la FIG. 9B, incluyendo las lámparas 726 y 728 del primer conjunto y las lámparas 714, 720, 722 y 724 del segundo conjunto.
[0147] Las lámparas pueden generar un patrón que depende de diversas propiedades de la lámpara, incluyendo las dimensiones, la intensidad y la potencia suministrada a la lámpara. El patrón luminoso generado por la lámpara constituye el volumen general del espacio hacia el cual la lámpara emite luz. En determinadas realizaciones, el patrón luminoso o volumen de iluminación se define como el área o volumen de espacio que la lámpara puede irradiar o al cual puede suministrar radiación actínica, y en donde permite la división o conversión del compuesto precursor en las una o más especies radicalarias libres.
[0148] Como se muestra en las FIGS. 9A y 9B, que muestran vistas en sección transversal ejemplares del reactor 600, un primer conjunto de tubos 710a-c está dispuesto paralelo entre sí, y un segundo conjunto de tubos 712ac está dispuesto paralelo entre sí. Como se muestra, el primer conjunto de tubos 710a-c está dispuesto ortogonalmente con respecto al segundo conjunto de tubos 712a-c. Las lámparas, tales como las lámparas 714, están dispersas dentro de los tubos 710a-c y 712a-c y, cuando se iluminan, pueden generar un patrón 716 luminoso.
[0149] Una o más lámparas ultravioletas, o un conjunto de lámparas, pueden caracterizarse por proyectar radiación actínica paralela a un vector de iluminación. El vector de iluminación puede definirse como una dirección donde una o más lámparas emiten radiación actínica. En una realización ejemplar, como se muestra en la FIG. 9A, un primer conjunto de lámparas, incluyendo las lámparas 720 y 722, está dispuesto para proyectar radiación actínica paralela al vector 718 de iluminación.
[0150] Un primer conjunto de lámparas ultravioletas, cada una de las cuales está dispuesta para proyectar radiación actínica paralela a un primer vector de iluminación, puede ser energizado. Un segundo conjunto de lámparas ultravioletas, cada una de las cuales está dispuesta para proyectar radiación actínica paralela a un segundo vector de iluminación, también puede ser energizado. Al menos una de las direcciones de iluminación y la intensidad de al menos una del primer conjunto de lámparas ultravioletas y del segundo conjunto de lámparas ultravioletas puede ajustarse. Cada conjunto de lámparas ultravioletas puede comprender una o más lámparas ultravioletas.
[0151] El número de lámparas usadas o energizadas, y la configuración de las lámparas en uso, pueden seleccionarse según las condiciones de funcionamiento o los requisitos específicos del sistema. Por ejemplo, el número de lámparas usadas para un proceso particular puede seleccionarse y controlarse según las características o los parámetros medidos o calculados del sistema. Por ejemplo, los parámetros medidos del agua de entrada o del agua tratada pueden incluir uno o más de la concentración de TOC, la temperatura o el caudal. El número de lámparas energizadas también puede seleccionarse y controlarse según la concentración o cantidad de oxidante, por ejemplo, NaOCl, añadida al sistema. Por ejemplo, pueden usarse 12 lámparas en una configuración particular si el caudal de agua a tratar está en o por debajo de un determinado valor umbral, por ejemplo, un caudal nominal o de diseño, tal como 4914 litros por minuto (1300 gpm), mientras que pueden usarse más lámparas si el caudal de agua a tratar supera dicho valor umbral. Por ejemplo, si el caudal aumenta desde 4914 litros por minuto (1300 gpm) hasta un valor umbral superior seleccionado, pueden energizarse lámparas adicionales. Por ejemplo, pueden usarse 24 lámparas si el caudal de agua a tratar alcanza 7182 litros por minuto (1900 gpm). Por lo tanto, el caudal de agua puede ser parcialmente determinante del número y/o de qué lámparas se energizan en cada reactor.
[0152] En determinadas realizaciones, las lámparas ultravioletas pueden funcionar a uno o más niveles de intensidad de iluminación. Por ejemplo, puede usar una o más lámparas que puedan ajustarse para funcionar en una pluralidad de modos de iluminación, tales como modo tenue, nominal y de refuerzo, por ejemplo, un modo bajo, medio o alto. La intensidad de iluminación de una o más lámparas puede ajustarse y controlarse según las características o los parámetros medidos o calculados del sistema, tales como los parámetros medidos del agua de entrada o del agua tratada, incluyendo la concentración de TOC, la temperatura y/o el caudal. La intensidad de iluminación de una o más lámparas también puede ajustarse y controlarse según la concentración o la cantidad de persulfato añadida al sistema.
[0153] Por ejemplo, las una o más lámparas pueden usarse en modo tenue hasta alcanzar un valor umbral predeterminado de un parámetro medido del sistema, tal como una primera concentración de TOC. Las una o más lámparas pueden ajustarse al modo nominal si la concentración de TOC medida o calculada alcanza o supera una segunda concentración de TOC, que puede estar por encima del valor umbral. Las una o más lámparas pueden ajustarse adicionalmente al modo de refuerzo si la concentración de TOC medida o calculada alcanza o supera un segundo valor umbral.
[0154] Los reactores de radiación actínica que pueden usarse en los sistemas descritos en esta invención se describen con más detalle en la publicación PCT de titularidad común n.º WO2016/133985A1.
[0155] Los procedimientos descritos en esta invención proporcionan un procedimiento para un tratamiento de agua comprendiendo las siguientes etapas: (a) añadir una especie de cloro al agua a tratar, para que se disuelva (especie de cloro libre) en el agua a tratar, (b) medir una demanda de la especie de cloro disuelta en el agua a tratar (demanda de especie de cloro) mientras la especie de cloro disuelta en el agua a tratar reacciona parcialmente con los constituyentes orgánicos del agua presentes en el agua a tratar, y (c) aplicar un AOP al agua a tratar mientras se controla el AOP usando la demanda medida de la especie de cloro disuelta en el agua a tratar.
[0156] Opcionalmente, la especie de cloro es cloro o dióxido de cloro, que se disolverá en el agua a tratar como especie de cloro libre.
[0157] Opcionalmente, durante el control del AOP, la formación de radicales hidroxilo se regula, por ejemplo, ajustando la adición de la especie de cloro y/o ajustando una adición de un oxidante alternativo.
[0158] Opcionalmente, el AOP es un AOP químico tradicional, un AOP accionado por radiación ultravioleta, un AOP de especies de cloro o un AOP de especies de cloro accionado por radiación ultravioleta (AOP UV/especies de cloro).
[0159] Opcionalmente, el AOP es un AOP UV/de especies de cloro. El control de la formación de radicales hidroxilo en el AOP UV/de especies de cloro se regula ajustando la energía UV que irradia el agua a tratar y/o regulando la adición de la especie de cloro.
[0160] Opcionalmente, el AOP es un AOP UV. El control de la formación de radicales hidroxilo en el AOP UV se regula ajustando la intensidad de la energía UV que irradia el agua a tratar y/o regulando la adición de un oxidante alternativo en un flujo principal del agua a tratar, mientras se añade la especie de cloro y/o se mide la demanda de la especie de cloro en un flujo de derivación del agua a tratar.
[0161] La generación in situ de productos de reacción presenta ventajas importantes frente a la dosificación química a granel, tanto en términos de coste como de complejidad global del proceso, en aplicaciones de AOP UV. Dos acelerantes principales que se usan en general para AOP UV incluyen el peróxido de hidrógeno y el hipoclorito a granel.
[0162] Para la generación in situ de hipoclorito a partir de disoluciones salinas (de salmuera) deben tenerse en cuenta diferentes consideraciones, tales como la presencia de iones divalentes. Las concentraciones iónicas y la salinidad de diversas fuentes naturales de agua que contienen cloro procedentes de diferentes ubicaciones se presentan en las tablas 1 y 2 siguientes.
[0163] Tabla 1 – concentraciones
[0164]
[0166] Tabla 2 – salinidades
[0167]
[0168]
[0171] La dureza divalente y la incrustación subsiguiente constituyen un modo de fallo principal en un electrolizador generador de hipoclorito, el cual puede abordarse mediante al menos una de las siguientes mejoras:
[0172] • Aumento de la concentración de iones monovalentes en las corrientes de alimentación del electrolizador; • Regulación de la composición de la corriente de proceso para mejorar el rendimiento del electrolizador; • Características de flujo optimizadas para celdas electroquímicas tubulares concéntricas autolimpiantes; o • Configuraciones de sistema CTE para la generación de disoluciones de producto de mayor concentración. Por lo tanto, para implementar eficazmente la generación in situ de hipoclorito destinada a los procesos AOP UV, debe abordarse esta consideración.
[0173] Los procesos AOP UV usan típicamente un acelerante, que en algunos sistemas del estado actual de la técnica es hipoclorito a granel. El uso de generación in situ presenta ventajas significativas con respecto al estado actual de la técnica; sin embargo, la dureza divalente plantea problemas importantes en la generación in situ de hipoclorito. Por consiguiente, en esta invención se describen configuraciones novedosas de sistemas de generación in situ para el tratamiento del agua mediante AOP UV.
[0174] La FIG. 10 ilustra los resultados de ensayos realizados para evaluar la destrucción de 1,4-dioxano usando procesos AOP UV. Estos ensayos hicieron uso de un electrolizador de placas paralelas para la generación del acelerante, con una alimentación de permeado de ósmosis inversa (Reverse Osmosis, RO). A partir de la composición estimada de la alimentación, la cantidad de ion cloruro presente no era suficiente para una generación completa de hipoclorito. Sin embargo, basándose en la cantidad de cloruro en disolución, se produjo suficiente hipoclorito para lograr una eliminación eficaz del 1,4-dioxano.
[0175] Tal como se analizó anteriormente, los aspectos y realizaciones descritos en esta invención pueden usar celdas electroquímicas CTE para generar oxidantes que actúan como acelerantes en un proceso AOP UV. Mediante la implementación de celdas CTE en diferentes configuraciones, es posible facilitar la generación in situ eficaz de hipoclorito, mitigando al mismo tiempo los problemas de formación de incrustaciones, en el contexto de los procesos AOP UV.
[0176] Un ejemplo de un sistema en línea fuera del ámbito de la invención para generar hipoclorito de sodio mediante una celda CTE para procesos AOP UV se ilustra en la FIG.11. Como se ilustra, un electrolito, por ejemplo, el agua a tratar 805, se obtiene de una fuente de alimentación 810 y se trata en una celda 815 electroquímica CTE, la cual convierte el NaCl presente en el electrolito en NaOCl y produce un efluente 820 clorado. El efluente 820 clorado se dirige a través de un conducto desde una salida de la celda 815 electroquímica CTE hacia una entrada de un reactor 825 AOP UV. Los contaminantes presentes en el efluente 820 clorado se oxidan y destruyen mediante la exposición a radiación UV en el reactor 825 AOP UV. El reactor 825 AOP UV produce un efluente purificado o agua 830 de producto, que se dirige a un punto de uso 835. El efluente 830 puede cumplir o superar una pureza deseada. Tal como se usa el término en esta invención, la pureza del efluente o del agua de producto que sale del reactor de radiación actínica se refiere a una concentración de uno o más contaminantes en el efluente o agua de producto. En algunas realizaciones, el punto de uso 835 puede ser la fuente de alimentación 810, por ejemplo, cuando el sistema se usa para tratar el agua de una piscina, una caldera u otra fuente de agua, devolviendo el agua tratada a la misma fuente. El punto de uso 835 puede incluir un sistema a bordo de un buque, un sistema de plataforma de perforación, un sistema acuático (por ejemplo, una piscina o una fuente), un sistema de agua potable o un pozo de perforación de un sistema de extracción de petróleo. El punto de uso 835 puede incluir un sistema de agua de refrigeración de un buque o de una plataforma marina, o un tanque de lastre de un buque.
[0178] La FIG.12 representa un sistema similar al de la FIG.11, con la inclusión de una etapa adicional para la adición de sal. Una fuente 905 de sal, por ejemplo, NaCl sólido, salmuera líquida o agua de mar, puede suministrar NaCl al electrolito/agua a tratar 805 antes de su introducción en la celda 815 electroquímica CTE. La fuente de sal 905 puede ser alternativamente una fuente de iones cloruro y puede suministrar cualquiera de cloruro de sodio, cloruro de potasio, cloruro de calcio, o combinaciones de los mismos al electrolito/agua a tratar 805. La fuente de sal o cloruro 905 puede suministrar alternativamente la sal o el cloruro directamente a la fuente de alimentación 810. Al aumentar la concentración de sal en disolución, es posible tanto reducir la energía requerida por la celda 815 CTE como incrementar la producción de hipoclorito para su suministro al reactor 825 AOP UV aguas abajo.
[0180] Uno o más sensores 910 pueden medir uno o más parámetros, por ejemplo, concentración de cloro, temperatura, caudal, concentración de contaminantes, pH, potencial de oxidación-reducción (Oxidation-Reduction Potential, ORP), carbono orgánico total (Total Organic Carbon, TOC), oxígeno disuelto y/o concentración de hidrógeno, pureza, etc., de cualquiera del electrolito/agua a tratar 805, efluente 820 clorado y/o efluente 830 purificado. Un controlador del sistema, descrito más adelante, puede recibir las lecturas de los uno o más sensores 910 y ajustar uno o más parámetros de funcionamiento del sistema para obtener un nivel deseado de uno o más parámetros medidos por los uno o más sensores 910. Los parámetros de funcionamiento del sistema pueden incluir, por ejemplo, energía (corriente o tensión, o ambas) aplicada a la celda 815 electroquímica CTE, la intensidad de la luz UV producida en el reactor AOP UV, la dosis de radiación UV aplicada al agua a tratar en el reactor AOP UV, el caudal del electrolito/agua a tratar 805 mediante una válvula 915, la velocidad o cantidad de adición de sal al electrolito/agua a tratar 805 mediante otra válvula 920, o cualquier otro parámetro de funcionamiento del sistema. Dichos sensores y controladores también pueden estar presentes en el sistema de la FIG.11 y en el de la FIG.13 descrito a continuación.
[0182] La FIG.13 representa un sistema de alimentación y purga según la invención para la generación de hipoclorito. La celda electroquímica en este sistema puede ser del tipo CTE o del tipo de electrodo de placa paralela (Parallel Plate Electrode, PPE). Una disolución 1005 salina, u otra disolución que incluya NaCl o cloruro, se alimenta a la celda 815 electroquímica desde la fuente de sal 905. En algunas realizaciones, se añade sal adicional, por ejemplo, una sal de cloruro tal como NaCl, a la disolución 1005 salina, para aumentar la concentración de sal en la fuente de sal 905 hasta un nivel deseado. La disolución 1010 salina tratada se recircula a través del bucle 1015 de recirculación desde la salida de la celda 815 electroquímica de regreso a la entrada de la celda 815 electroquímica, mediante una bomba 1020, con la válvula 1025 abierta y la válvula 1030 cerrada. Al recircular la disolución 1010 salina tratada, la concentración global de hipoclorito puede incrementarse con respecto a la concentración de sal en disolución, y puede obtenerse una mayor concentración de NaOCl en la disolución 1010 salina tratada que la que podría producirse mediante un único paso de la disolución 1005 salina a través de la celda 815 electroquímica. Cuando la concentración de NaOCl en la disolución 1010 salina recirculante tratada, por ejemplo, medida por uno de los sensores 910, alcanza un nivel deseado, la válvula 1025 puede cerrarse y la válvula 1030 abrirse para liberar una disolución 1035 de NaOCl de alta concentración, que se mezcla con el electrolito/agua a tratar 805 para formar el efluente 820 clorado.
[0184] En una realización alternativa, la fuente de sal 905 puede ser una fuente de agua de mar, y puede no ser necesario añadir más sal a la fuente de sal para alcanzar la concentración deseada de sal en dicha fuente de sal.
[0186] Pueden incluirse bombas o válvulas adicionales en cualquiera de los sistemas descritos anteriormente para controlar el flujo de las diferentes disoluciones acuosas implicadas, aunque no se ilustran con el fin de mantener la claridad.
[0188] En una o más realizaciones, cualquiera de las cuales puede ser relevante para uno o más aspectos, los sistemas descritos en esta invención pueden usar uno o más subsistemas que ajusten o regulen, o al menos faciliten el ajuste o la regulación, de al menos un parámetro operativo, estado o condición de al menos una operación unitaria o componente del sistema, o de una o más características o propiedades físicas de una corriente de proceso. Para facilitar dichas funciones de ajuste y regulación, una o más realizaciones pueden usar controladores y aparatos indicadores que proporcionan un estado, condición o situación de uno o más componentes o procesos. Por ejemplo, al menos un sensor puede usarse para proporcionar una representación de una propiedad intensiva o extensiva, por ejemplo, del agua procedente de la fuente de alimentación 810 o del agua que entra o sale de la celda electroquímica o del reactor AOP UV, o de uno o más procesos aguas abajo. Por lo tanto, según una realización particularmente ventajosa, los sistemas pueden incluir uno o más sensores u otros aparatos indicadores, tales como analizadores de composición o celdas de conductividad, que proporcionan, por ejemplo, una representación de un estado, condición, característica o calidad del agua que entra o sale de cualquiera de las operaciones unitarias del sistema.
[0190] Diversos parámetros operativos de los sistemas de electrocloración descritos en esta invención pueden controlarse o ajustarse mediante un sistema de control asociado o un controlador, basándose en diversos parámetros medidos por diversos sensores situados en diferentes porciones de los sistemas. El controlador puede estar programado o configurado para regular la introducción de un compuesto que contenga cloruro, por ejemplo, NaCl o disolución salina, en el agua a tratar que se introduce en una celda electroquímica situada aguas arriba de un reactor AOP, basándose al menos en uno o más de un caudal del agua a tratar, una concentración de cloruro en el agua a tratar, o un nivel de uno o más contaminantes en el agua a tratar. El controlador puede estar además programado o configurado para regular la introducción del compuesto que contiene cloruro en el agua a tratar, basándose al menos en la concentración de un compuesto basado en cloro en una disolución acuosa que contiene cloruro generada en la celda electroquímica. El controlador puede estar además configurado para regular la concentración del compuesto basado en cloro generado en la celda electroquímica, basándose al menos en la concentración de uno o más contaminantes en el agua a tratar. El controlador puede estar programado o configurado para regular la introducción del compuesto que contiene cloruro en el agua a tratar, basándose al menos en uno o más de la temperatura en la celda electroquímica o el pH de la disolución acuosa que contiene cloruro generada en la celda electroquímica.
[0192] El controlador puede estar programado o configurado para regular uno o más de una corriente a través del par ánodo-cátodo o el voltaje aplicado a través del par ánodo-cátodo de la celda electroquímica, basándose en un caudal del agua a tratar y/o en la velocidad de introducción del compuesto que contiene cloruro en el agua a tratar. El controlador puede estar programado o configurado para regular uno o más parámetros operativos del reactor AOP, basándose en uno cualquiera o más de caudal o concentración de contaminantes del efluente clorado que entra en el reactor AOP, temperatura o pH del efluente clorado que entra en el reactor AOP, o concentración de cloruro del efluente clorado que entra en el reactor AOP.
[0194] El controlador usado para la supervisión y control del funcionamiento de los diferentes elementos de los sistemas descritos en esta invención puede incluir un sistema de control informatizado. Diversos aspectos del controlador pueden implementarse como software especializado que se ejecuta en un sistema 1500 informático de propósito general, tal como se muestra en la FIG. 14. El sistema 1500 informático puede incluir un procesador 1502 conectado a uno o más dispositivos 1504 de memoria, tales como una unidad de disco, una memoria de estado sólido u otro dispositivo de almacenamiento de datos. La memoria 1504 se usa típicamente para almacenar programas y datos durante el funcionamiento del sistema 1500 informático. Los componentes del sistema 1500 informático pueden estar acoplados mediante un mecanismo 1506 de interconexión, que puede incluir uno o más buses (por ejemplo, entre componentes integrados en una misma máquina) y/o una red (por ejemplo, entre componentes ubicados en equipos distintos o físicamente separados). El mecanismo 1506 de interconexión permite que se intercambien comunicaciones (por ejemplo, datos o instrucciones) entre los componentes del sistema 1500. El sistema 1500 informático incluye también uno o más dispositivos 1508 de entrada, por ejemplo, un teclado, ratón, bola de seguimiento, micrófono, pantalla táctil, y uno o más dispositivos 1510 de salida, por ejemplo, un dispositivo de impresión, una pantalla de visualización y/o un altavoz.
[0196] Los dispositivos 1510 de salida pueden comprender además válvulas, bombas o interruptores, que pueden usarse para introducir un compuesto que contiene cloruro (por ejemplo, NaCl, disolución salina, agua salobre o agua de mar) desde la fuente 905 en el agua a tratar y/o para controlar la velocidad de las bombas o el estado (abierto o cerrado) de las válvulas de los sistemas descritos en esta invención. Uno o más sensores 1514 pueden también proporcionar información al sistema 1500 informático. Estos sensores pueden incluir, por ejemplo, los sensores 910, que pueden ser, por ejemplo, sensores de presión, sensores de concentración química, sensores de temperatura, o sensores de cualquier otro parámetro relevante para los sistemas descritos en esta invención. Estos sensores pueden ubicarse en cualquier porción del sistema donde resulten útiles, por ejemplo, aguas arriba del punto de uso 835, en la celda 815 de electrocloración, en el reactor 825 AOP, o en comunicación de fluido con la fuente de alimentación 810. Además, el sistema 1500 informático puede incluir una o más interfaces (no mostradas) que conectan el sistema 1500 informático a una red de comunicaciones, además de, o como alternativa al, mecanismo 1506 de interconexión.
[0198] El sistema 1512 de almacenamiento, mostrado con mayor detalle en la FIG.15, incluye típicamente un medio 1602 de grabación no volátil, legible y escribible por ordenador, donde se almacenan señales que definen un programa que debe ejecutar el procesador 1502 o información que debe procesarse mediante el programa. El medio puede incluir, por ejemplo, un disco o una memoria flash. Durante el funcionamiento, el procesador suele hacer que los datos se lean desde el medio 1602 de grabación no volátil hacia otra memoria 1604, que permite un acceso más rápido a la información por parte del procesador que el propio medio 1602. Esta memoria 1604 es típicamente una memoria de acceso aleatorio volátil, tal como una memoria de acceso aleatorio dinámica (Dynamic Random Access Memory, DRAM) o una memoria estática (Static Random Access Memory, SRAM).
[0199] Puede encontrarse ubicada en el sistema 1512 de almacenamiento, como se muestra, o en el sistema 1504 de memoria. El procesador 1502 manipula generalmente los datos dentro de la memoria 1604 de circuito integrado y, a continuación tras completar el procesamiento, copia los datos al medio 1602. Se conocen diversos mecanismos para gestionar el movimiento de datos entre el medio 1602 y el elemento 1604 de memoria de circuito integrado, y los aspectos y realizaciones descritos en esta invención no se limitan a los mismos. Los aspectos y realizaciones descritos en esta invención no se limitan a un sistema 1504 de memoria ni a un sistema 1512 de almacenamiento concretos.
[0201] El sistema informático puede incluir hardware especial de propósito específico programado, por ejemplo, un circuito integrado de aplicación específica (Application-Specific Integrated Circuit, ASIC). Los aspectos y realizaciones descritos en esta invención pueden implementarse en software, hardware o firmware, o cualquier combinación de los mismos. Además, dichos procedimientos, actos, sistemas, elementos del sistema y componentes de los mismos pueden implementarse como parte del sistema informático descrito anteriormente o como un componente independiente.
[0203] Aunque el sistema 1500 informático se muestra a modo de ejemplo como un tipo de sistema informático en el cual pueden ponerse en práctica diversos aspectos y realizaciones descritos en esta invención, debe entenderse que los aspectos y realizaciones descritos en esta invención no se limitan a su implementación en el sistema informático mostrado en la FIG. 14. Diversos aspectos y realizaciones descritos en esta invención pueden ponerse en práctica en uno o más ordenadores que tengan una arquitectura o componentes diferentes de los mostrados en la FIG.14.
[0205] El sistema 1500 informático puede ser un sistema informático de propósito general que sea programable mediante un lenguaje de programación informática de alto nivel. El sistema 1500 informático puede implementarse también usando hardware de propósito específico especialmente programado. En el sistema 1500 informático, el procesador 1502 suele ser un procesador disponible comercialmente, tal como los conocidos procesadores de la clase Pentium™ o Core™ disponibles en Intel Corporation. Existen muchos otros procesadores disponibles, incluyendo controladores lógicos programables. Dicho procesador normalmente ejecuta un sistema operativo, que puede ser, por ejemplo, el sistema operativo Windows 7, Windows 8 o Windows 10 disponible en Microsoft Corporation, el sistema MAC OS System X disponible en Apple Computer, el sistema operativo Solaris disponible en Sun Microsystems, o UNIX, disponible a través de varias fuentes. Se pueden usar muchos otros sistemas operativos.
[0207] El procesador y el sistema operativo definen conjuntamente una plataforma informática para la cual se escriben programas de aplicación en lenguajes de programación de alto nivel. Debe entenderse que la invención no está limitada a una plataforma de sistema informático, procesador, sistema operativo o red determinados. Además, debe ser evidente para los expertos en la materia que los aspectos y realizaciones descritos en esta invención no están limitados a un lenguaje de programación o sistema informático específicos. Además, debe apreciarse que podrían usarse también otros lenguajes de programación apropiados y otros sistemas informáticos adecuados.
[0209] Una o más porciones del sistema informático pueden estar distribuidas entre uno o más sistemas informáticos (no mostrados) acoplados a una red de comunicaciones. Estos sistemas informáticos también pueden ser sistemas informáticos de propósito general. Por ejemplo, diversos aspectos de la invención pueden estar distribuidos entre uno o más sistemas informáticos configurados para proporcionar un servicio (por ejemplo, servidores) a uno o más ordenadores cliente, o para realizar una tarea global como parte de un sistema distribuido. Por ejemplo, diversos aspectos y realizaciones descritos en esta invención pueden ejecutarse en un sistema cliente-servidor que incluye componentes distribuidos entre uno o más sistemas servidor, que realizan diversas funciones según diversos aspectos y realizaciones descritos en esta invención. Estos componentes pueden consistir en código ejecutable, intermedio (por ejemplo, IL) o interpretado (por ejemplo, Java), que se comunican a través de una red de comunicación (por ejemplo, Internet) usando un protocolo de comunicación (por ejemplo, TCP/IP). En algunas realizaciones, uno o más componentes del sistema 1500 informático pueden comunicarse con uno o más de otros componentes a través de una red inalámbrica, incluyendo, por ejemplo, una red de telefonía móvil.
[0211] Debe apreciarse que los aspectos y realizaciones descritos en esta invención no están limitados a ejecutarse en ningún sistema ni conjunto de sistemas en particular. Además, debe apreciarse que los aspectos y realizaciones descritos en esta invención no están limitados a ninguna arquitectura distribuida, red o protocolo de comunicaciones en particular. Diversos aspectos y realizaciones descritos en esta invención pueden ser programados usando un lenguaje de programación orientado a objetos, tal como SmallTalk, Java, C++, Ada o C# (C-Sharp). También se pueden usar otros lenguajes de programación orientados a objetos. Alternativamente, pueden usarse lenguajes de programación funcionales, de secuencias de comandos y/o lógicos, por ejemplo, lógica de escalera. Diversos aspectos y realizaciones descritos en esta invención pueden implementarse en un entorno no programado (por ejemplo, documentos creados en HTML, XML u otro formato que, al visualizarse en una ventana de un programa de navegador, representan aspectos de una interfaz gráfica de usuario (Graphical-User Interface, GUI) o realizan otras funciones). Diversos aspectos y realizaciones descritos en esta invención pueden implementarse como elementos programados o no programados, o cualquier combinación de los mismos.
[0212] En algunas realizaciones, un sistema AOP UV existente puede ser modificado o actualizado para incluir elementos de los sistemas de electrocloración descritos en esta invención o para funcionar según los sistemas descritos en esta invención. Un procedimiento de adaptación de una celda de sistema AOP UV para aumentar la velocidad de destrucción de contaminantes en el sistema AOP UV puede incluir instalar una celda de electrocloración configurada para introducir un agente oxidante en el electrolito aguas arriba de una entrada del AOP UV.
[0213] Ejemplo 1:
[0214] La Tabla 3 a continuación contiene datos que ilustran la generación mejorada de hipoclorito para un proceso de recirculación de agua tratada en una celda de electrocloración en un sistema tal como el ilustrado en la FIG.
[0215] 16, incluyendo un depósito 1705 de producto con una ventilación 1710 de gas hidrógeno, una bomba 1715 y una celda 1720 electroquímica CTE.
[0216] Tabla 3
[0218]
[0221] La disolución inicial introducida en el depósito de producto era una disolución al 3,5 % en peso de la mezcla de sales Instant Ocean® disuelta en agua purificada mediante ósmosis inversa. La absorción óptica a tres longitudes de onda diferentes de una disolución sin tratar al 3,5 % en peso de la mezcla de sales Instant Ocean® se presenta en la Tabla 4 que figura a continuación a modo de comparación.
[0222] Tabla 4
[0224]
[0227] Una comparación de la composición de los distintos componentes de la disolución de mezcla de sales sintética Instant Ocean® con respecto al agua de mar típica se presenta en la Tabla 5 que figura a continuación.
[0228] Tabla 5
[0231]
[0234] El producto mejorado generado mediante este bucle puede diluirse posteriormente en una corriente de alimentación primaria, para su suministro al reactor AOP UV aguas abajo. Los datos ilustrados en la Tabla 3 muestran que la concentración de NaOCl en la disolución recirculada (por ejemplo, el parámetro “Conc. media”) aumentó significativamente a medida que aumentaba el tiempo de funcionamiento del sistema de recirculación. Por consiguiente, en un sistema configurado con recirculación del electrolito a través de una celda electroquímica, por ejemplo, como se ilustra en la FIG. 13, puede establecerse el tiempo de recirculación o tiempo de residencia del electrolito en el bucle de recirculación para alcanzar una concentración de NaOCl en el efluente clorado de la celda electroquímica a un nivel deseado. El nivel de concentración de NaOCl deseado puede ser aquel que resulte efectivo para destruir u oxidar una cantidad determinada de un contaminante o de varios contaminantes en un reactor AOP UV aguas abajo, con el tiempo de residencia en el reactor AOP UV y/o la intensidad de iluminación UV y/o la dosis total de radiación UV en el reactor AOP UV ajustadas a un nivel deseado. También puede ajustarse la potencia aplicada a la celda electroquímica para alcanzar el nivel de concentración de NaOCl deseado en el electrolito del bucle de recirculación dentro de un tiempo determinado.
[0235] Ejemplo 2:
[0237] Se realizaron ensayos para determinar el efecto del pH del agua contaminada sobre la destrucción del 1,4-dioxano en el agua en un reactor AOP UV. El agua contaminada se trató con 2 mg/l de NaOCl. El reactor AOP UV se operó con una intensidad de luz ultravioleta de 650 mJ/cm<2>a una temperatura de 31,6 °C (89 °F), con una transmisión de luz ultravioleta (Ultraviolet Light Transmission, UVT) del agua contaminada del 95 %. El agua contaminada incluía 0,65 mg/l de compuestos orgánicos totales (Total Organic Compound, TOC). La destrucción del 1,4-dioxano se midió con el pH del agua contaminada ajustado a aproximadamente 5,5, aproximadamente 7, aproximadamente 7,5, aproximadamente 8 y aproximadamente 9,2. Los resultados de este ensayo se ilustran en la FIG. 17. Como se puede observar en esta figura, la destrucción del 1,4-dioxano (valores de destrucción logarítmica “Log Destruction”) fue mayor al pH más bajo de 5,5 y menor al pH más alto de 9,2. Sin desear limitarse a una teoría en particular, se considera que, a pH más altos, existe una mayor competencia por los radicales hidroxilo entre los contaminantes, tales como el 1,4-dioxano, y otros compuestos que se forman a niveles de pH más altos, tales como el ácido hipocloroso.
[0238] Ejemplo 3:
[0239] Se realizaron ensayos para determinar el efecto de la concentración de NaOCl en el agua contaminada sobre la destrucción del 1,4-dioxano en un reactor AOP UV. El reactor AOP UV se operó con una intensidad de luz ultravioleta de 1300 mJ/cm<2>a una temperatura de 31,6 °C (89 °F), con una UVT del agua contaminada del 95 %. El agua contaminada incluía 0,65 mg/l de TOC y un pH de 7,5. Los ensayos se realizaron tratando el agua contaminada con 2 mg/l de NaOCl, 3,9 mg/l de NaOCl y 5,82 mg/l de NaOCl. Los resultados de este ensayo se ilustran en la FIG.18. Como se puede observar en esta figura, se observó un aumento significativo en la destrucción del 1,4-dioxano al pasar de 2 mg/l de NaOCl a 3,9 mg/l de NaOCl, y un aumento menor al pasar de 3,9 mg/l de NaOCl a 5,82 mg/l de NaOCl. Sin desear limitarse a una teoría en particular, se considera que estos datos sugieren que, por encima de un nivel comprendido entre aproximadamente 4 y 6 mg/l de NaOCl, la destrucción del 1,4-dioxano en el reactor AOP UV podría estar limitada por la cinética de reacción más que por la concentración de los reactivos. En consecuencia, por encima de una determinada concentración de NaOCl, se obtienen rendimientos decrecientes al añadir NaOCl adicional al agua contaminada que va a tratarse en un sistema AOP UV.
[0240] Ejemplo 4:
[0241] Se realizaron cálculos para determinar los costes relativos de la producción de diferentes concentraciones de NaOCl en el agua a tratar, usando sistemas incluyendo celdas de electrocloración y configurados como se ilustra en las FIGS. 11-13 (casos 1 a 3, respectivamente), en comparación con un sistema sin celda de electrocloración, en el que se añadió NaOCl procedente de una fuente a granel al agua a tratar aguas arriba del reactor de radiación actínica (caso 5). También se comparó un caso (caso 4) similar al del caso 3 (la configuración ilustrada en la FIG. 13), pero donde la fuente de sal 905 era una fuente de agua de mar y no se añadió sal adicional a la fuente de agua de mar. Los diferentes casos de configuración se ilustran en las FIGS.
[0242] 19A y 19B. Los resultados de estos cálculos, que ilustran los costes asociados a la generación de hipoclorito de sodio en diferentes configuraciones de sistemas de tratamiento de agua, se ilustran en la Tabla 6 a continuación y en las gráficas de las FIGS.20 y 21.
[0243] Tabla 6
[0245]
[0247] (todos los costes expresados en $ por 3785 litros (1000 galones))
[0248] En la FIG.20, los datos del caso 1 están etiquetados como "CTE EN LÍNEA – 250 PPM DE SAL PRESENTE", los datos del caso 2 están etiquetados como "CTE EN LÍNEA – 250 PPM DE SAL AÑADIDA", los datos del caso 3 están etiquetados como "CTE EN DERIVACIÓN – DISOLUCIÓN SALINA 25 G/L", los datos del caso 4 están etiquetados como "CTE EN DERIVACIÓN – AGUA DE MAR", y los datos del caso 5 están etiquetados como "DOSIFICACIÓN DE HIPOCLORITO A GRANEL".
[0249] Los supuestos usados en la preparación de estos cálculos incluyeron:
[0250] Supuestos del caso 1:
[0251] Coste de energía: $ 0,12 por kWh
[0252] Coste de NaCl: $ 0,00 por kg
[0253] Concentración inicial de NaCl: 250 mg/l
[0254] Concentración de NaOCl generado: Variable (2-8 mg/l)
[0255] Eficiencia de sal: 0,4 % (kg de NaOCl por kg de NaCl)
[0256] Eficiencia energética: 33,5 kWh/kg de NaOCl
[0257] Supuestos del caso 2:
[0258] Coste de energía: $ 0,12 por kWh
[0259] Coste de NaCl: $ 0,08 por kg
[0260] Concentración inicial de NaCl: 250 mg/l
[0261] Concentración de NaOCl generado: Variable (2-8 mg/l)
[0262] Eficiencia de sal: 0,4 % (kg de NaOCl por kg de NaCl)
[0263] Eficiencia energética: 33,5 kWh/kg de NaOCl
[0264] Supuestos del caso 3:
[0265] Coste de energía: $ 0,12 por kWh
[0266] Coste de NaCl: $ 0,08 por kg
[0267] Concentración inicial de NaCl: 25 g/L
[0268] Concentración de NaOCl generado: 0,74 %
[0269] Eficiencia de sal: 29 % (kg de NaOCl por kg de NaCl)
[0270] Eficiencia energética: 4,99 kWh/kg de NaOCl
[0271] Supuestos del caso 4:
[0272] Coste de energía: $ 0,12 por kWh
[0273] Coste de NaCl: $ 0,00 por kg
[0274] Concentración inicial de NaCl: 35 g/L
[0275] Concentración de NaOCl generado: 0,21 %
[0276] Eficiencia de sal: 9 % (kg de NaOCl por kg de NaCl)
[0277] Eficiencia energética: 3,36 kWh/kg de NaOCl
[0278] Supuestos del caso 5:
[0279] Concentración de NaOCl: 15 %
[0280] Coste de NaOCl: $ 0,23 por litro ($ 0,90 por galón)
[0281] Como se puede observar en la Tabla 6 y en las FIGS. 20-21, la dosificación de hipoclorito a granel (caso 5) permitió proporcionar hipoclorito de sodio de manera más económica que cualquiera de las configuraciones CTE en línea (casos 1 y 2). Cada una de las configuraciones que usan recirculación de disolución electrolítica/salmuera desde la salida de la celda electroquímica de regreso a la entrada de la celda electroquímica (casos 3 y 4) permitió proporcionar hipoclorito de sodio de manera más económica que la dosificación de hipoclorito a granel, siendo la configuración que usa agua de mar como alimentación a la celda electroquímica (caso 4) más económica que el caso en el que se usó salmuera como alimentación a la celda electroquímica complementada con NaCl adicional (caso 3).
[0282] Ejemplo profético:
[0283] Se configuró un sistema de tratamiento de agua tal como se ilustra en la FIG. 13. El sistema funcionaba con un nivel base de contaminantes orgánicos en la fuente de alimentación y proporcionaba agua de producto al punto de uso con una pureza base.
[0284] Se produjo un evento donde un sensor que medía una concentración de contaminantes en el agua de alimentación o un sensor que medía una concentración de contaminantes en el agua de producto comenzó a proporcionar una indicación del aumento de la concentración de contaminantes. El controlador del sistema recibió las mediciones del sensor y actuó automáticamente para mantener la pureza del agua de producto en un nivel deseado. El controlador hizo que se añadiera sal de cloruro adicional a la fuente de sal o a la corriente procedente de la fuente de sal dirigida a la celda de electrocloración. Para producir NaOCl adicional a partir de la disolución con mayor concentración de sal, el controlador aumentó la potencia aplicada a través de los electrodos de la celda de electrocloración. Como resultado, la concentración de NaOCl en el circuito de recirculación aumentó. La válvula que proporciona comunicación de fluido desde el circuito de recirculación hacia la corriente de agua a tratar se abrió parcialmente o se abrió más completamente que en las condiciones de funcionamiento base para permitir que la disolución que contiene NaOCl (o una cantidad mayor de dicha disolución que contiene NaOCl) procedente del circuito de recirculación se mezclara con el agua a tratar. Para generar radicales libres adicionales a partir de la mayor concentración de NaOCl en el agua a tratar que entra en el reactor AOP UV con el fin de destruir los contaminantes adicionales y proporcionar la pureza deseada del agua de producto, el controlador hizo que la intensidad de radiación de las lámparas del reactor AOP UV aumentara o redujo el caudal del agua a tratar a través del reactor AOP UV para proporcionar al agua a tratar una mayor dosis de radiación UV. La pureza del agua de producto se mantuvo en el nivel deseado aunque la concentración de contaminantes en el agua de alimentación se elevó en comparación con las condiciones de funcionamiento base.
[0286] Tras un período de tiempo, la concentración de contaminantes en el agua de alimentación regresó a los niveles base. Esto fue detectado por uno de los sensores del sistema y comunicado al controlador. El controlador hizo que la cantidad de sal añadida a la fuente de sal o a la corriente procedente de la fuente de sal dirigida a la celda de electrocloración regresara a los niveles base, y también hizo que la potencia aplicada a la celda electroquímica y al reactor AOP UV regresara a los niveles base. El controlador también ajustó el flujo de la disolución que contiene NaOCl desde el circuito de recirculación hacia el agua a tratar para que regresara a los niveles base, si este había sido aumentado tras detectarse la mayor concentración de contaminantes.
[0287] En un período de tiempo posterior, el nivel de concentración de contaminantes en el agua de alimentación disminuyó. Esto fue detectado por un sensor del sistema y comunicado al controlador. Para ahorrar energía y costes de materiales, según su programación, el controlador pudo ejecutar una o más acciones, incluyendo reducir la potencia aplicada a la celda electroquímica, reducir la potencia aplicada al reactor AOP UV, reducir la concentración de sal suministrada a la celda electroquímica, aumentar el caudal del agua de alimentación al sistema o reducir la cantidad de disolución que contiene NaOCl alimentada al agua a tratar desde el circuito de recirculación.
[0289] La fraseología y la terminología usadas en esta invención son con fines de descripción y no deben considerarse limitantes. Como se emplea en esta memoria, el término "pluralidad" se refiere a dos o más elementos o componentes. Los términos "comprendiendo", "incluyendo", "llevando", "teniendo", "conteniendo" y "implicando", ya sea en la descripción escrita o en las reivindicaciones y similares, son términos abiertos, es decir, significan "incluyendo, pero no se limita a". Por lo tanto, el uso de dichos términos pretende abarcar los elementos enumerados a continuación, y sus equivalentes, así como elementos adicionales. Solo las frases de transición "consistiendo en" y "consistiendo sustancialmente en", son frases de transición cerradas o semicerradas, respectivamente, con respecto a las reivindicaciones. El uso de términos ordinales tales como “primero”, “segundo”, “tercero”, y similares, en las reivindicaciones para modificar un elemento de la reivindicación no implica por sí mismo prioridad, precedencia u orden de un elemento de la reivindicación sobre otro, ni el orden temporal en que se realizan los actos de un procedimiento, sino que se usan simplemente como etiquetas para distinguir un elemento de reivindicación con un nombre determinado de otro elemento con el mismo nombre (excepto por el uso del término ordinal) con el fin de distinguir los elementos de la reivindicación.
[0291] Habiendo descrito así varios aspectos de al menos una realización, se apreciará que diversas modificaciones, variaciones y mejoras serán evidentes para los expertos en la materia.

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES
1. Un sistema de tratamiento de agua comprendiendo:
un reactor (825) de radiación actínica;
un primer conducto en comunicación de fluido con la entrada del reactor de radiación actínica, para introducir agua a tratar (805);
una celda (815) electroquímica de electrodo de tubo concéntrico (Concentric Tube Electrode, CTE), estando configurada dicha celda electroquímica para estar en comunicación de fluido con una fuente de electrolito incluyendo una disolución (905) que contiene cloruros, de manera que produzca un efluente (1010) clorado incluyendo hipoclorito de sodio;
un conducto (1015) de recirculación configurado para devolver el efluente (1010) clorado desde la salida de la celda (815) electroquímica hasta una entrada de la celda (815) electroquímica para formar una disolución de salmuera recirculada;
un segundo conducto provisto de una válvula (1030) y que proporciona comunicación de fluido selectiva desde el conducto (1015) de recirculación hasta un punto de introducción en el primer conducto, aguas arriba de la entrada del reactor (825) de radiación actínica;
en donde dicha válvula (1030) puede estar en un estado cerrado, en donde el efluente (1010) clorado se recircula a través del circuito (1050) de recirculación desde la salida de la celda (815) electroquímica de regreso a la entrada de la celda (815) electroquímica, estando configurada dicha válvula (1030) para pasar desde dicho estado cerrado a un estado al menos parcialmente abierto, en respuesta a que la concentración de hipoclorito de sodio en el efluente (1010) clorado recirculado alcance un nivel predeterminado, de modo que se libere una disolución (1035) de hipoclorito de sodio de alta concentración hacia el punto de introducción y se mezcle con el agua a tratar (805) para formar un efluente (820) clorado que se introduce en el reactor (825) de radiación actínica.
2. El sistema de la reivindicación 1, en donde el reactor (825) de radiación actínica es un reactor de proceso avanzado de oxidación ultravioleta (Advanced Oxidation Process, AOP).
3. El sistema de la reivindicación 1, comprendiendo además un sensor (910) configurado para medir la concentración de uno o más contaminantes en el agua, estando el sensor dispuesto aguas arriba del reactor de radiación actínica o aguas abajo del reactor de radiación actínica.
4. El sistema de la reivindicación 3, comprendiendo además un controlador (1500) en comunicación con el sensor y configurado para ajustar uno o más parámetros de funcionamiento del sistema en respuesta a una concentración medida de los uno o más contaminantes.
5. El sistema de la reivindicación 4, en donde los uno o más parámetros de funcionamiento incluyendo uno de la potencia aplicada a la celda electroquímica, la potencia aplicada al reactor de radiación actínica y el caudal del electrolito o del efluente a través de uno de la celda electroquímica o el reactor de radiación actínica.
6. El sistema de la reivindicación 5, en donde el controlador está configurado además para regular una velocidad de introducción de una sal de cloruro en el electrolito aguas arriba de la celda electroquímica, en respuesta a la concentración medida de los uno o más contaminantes.
7. El sistema de la reivindicación 4, en donde el controlador está conectado operativamente a uno o más sensores, en donde los uno o más sensores están configurados para medir uno o más de caudal del agua a tratar, una concentración de un contaminante en el agua a tratar, una concentración de hipoclorito de sodio en el agua a tratar, una pureza del agua de producto que sale del reactor de radiación actínica, un caudal del agua de producto que sale del reactor de radiación actínica o una concentración de hipoclorito de sodio en la disolución salina recirculada.
8. El sistema de la reivindicación 7, en donde el controlador está configurado para ajustar uno o más parámetros de funcionamiento del sistema basándose en una o más señales recibidas de los uno o más sensores, incluyendo los uno o más parámetros de funcionamiento uno o más del estado de la válvula, la potencia aplicada a la celda electroquímica, la potencia aplicada al reactor de radiación actínica, el caudal del electrolito a través de la celda electroquímica, el caudal del agua a tratar a través del reactor de radiación actínica o la dosis de radiación aplicada al agua a tratar en el reactor de radiación actínica.
9. El sistema de la reivindicación 8, en donde los uno o más sensores están configurados para medir la concentración del hipoclorito de sodio en la disolución salina recirculada y el controlador está configurado para recibir una indicación de la concentración del hipoclorito de sodio en la disolución salina recirculada a partir del sensor y enviar una señal a la válvula para abrirla al menos parcialmente en respuesta a que la concentración del hipoclorito de sodio esté en o por encima del nivel predeterminado.
10. El sistema de la reivindicación 8, en donde el controlador está configurado además para establecer el nivel predeterminado basándose en uno o ambos de la concentración del contaminante en el agua a tratar o una pureza deseada del agua de producto.
11. El sistema de la reivindicación 8, en donde el controlador está configurado además para establecer el nivel predeterminado basándose en una dosis deseada de radiación UV que deba aplicarse al agua a tratar en el reactor de radiación actínica.
12. El sistema de la reivindicación 8, en donde el controlador está configurado además para establecer la dosis de radiación UV que deba aplicarse al agua a tratar en el reactor de radiación actínica basándose en uno o más del nivel predeterminado, la concentración del contaminante en el agua a tratar, el caudal del agua a tratar o una pureza deseada del agua de producto.
13. El sistema de la reivindicación 8, en donde el controlador está configurado además para establecer la potencia aplicada a la celda electroquímica basándose en una o ambas de la concentración del contaminante en el agua a tratar o una pureza deseada del agua de producto.
14. El sistema de la reivindicación 8, en donde el controlador está configurado además para establecer la dosis de radiación UV que deba aplicarse al agua a tratar en el reactor de radiación actínica basándose en la concentración del contaminante en el agua a tratar y una pureza deseada del agua de producto.
15. El sistema de la reivindicación 8, en donde el controlador está configurado además para establecer una cantidad de cloruro que deba introducirse en el electrolito basándose en el nivel predeterminado.
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