ES1311794U - Sistema de desinfeccion y descontaminacion de aguas residuales y acuiferos contaminados - Google Patents

Abstract

Sistema de desinfección y descontaminación de aguas residuales y acuíferos contaminados que comprende una bomba (1), configurada para enviar agua contaminada (11) a una estación de filtrado (6), en comunicación hidráulica con un tanque de tratamiento (9) que incorpora una lámpara LED (7) de luz ultravioleta y longitud de onda configurable según las necesidades de tratamiento y una malla (8), de material rígido recubierto un material fotocatalítico, en contacto con el agua contaminada (11), estando el sistema caracterizado por que comprende un sistema de generación de energía eléctrica renovable (3), de forma que es portátil, autónomo, modulable y escalable en función del acuífero a descontaminar.

Description

DESCRIPCIÓN

SISTEMA DE DESINFECCIÓN Y DESCONTAMINACIÓN DE AGUAS RESIDUALES Y

ACUÍFEROS CONTAMINADOS

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema portátil, autónomo, modulable y escalable para la recuperación de acuíferos contaminados y de aguas residuales, basado en tecnología LED ultravioleta, membranas recubiertas con dióxido de titanio, al tratarse de material con propiedades fotocatalíticas, y energías renovables para el autoabastecimiento energético del sistema.

Encuentra especial aplicación en el ámbito de la industria relacionada con el tratamiento de aguas residuales

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Y PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER

La desinfección en los procesos de tratamiento de agua y, más en particular, de aguas residuales o contaminadas, puede atribuirse a uno de los siguientes mecanismos:

- Daños en la pared celular.

- Cambios en la permeabilidad celular.

- Alteración de la naturaleza coloidal del protoplasma.

- Alteración del ADN o ARN del organismo.

- Inhibición de la actividad enzimática.

Las tecnologías de desinfección se clasifican según su mecanismo de actuación en físicas y químicas.

Las tecnologías de desinfección química pueden compararse mediante la Ley de Chick Watson, que relaciona la dosis y el tiempo de contacto con respecto al índice de letalidad de un determinado microorganismo. Por lo tanto, dos desinfectantes pueden compararse midiendo su eficacia relativa contra diferentes microorganismos en unas determinadas condiciones específicas. A continuación se enumeran las más destacadas.

1. Cloración y desinfección con dióxido de cloro.

La cloración es la tecnología de desinfección más extendida, evolucionada, fiable y de acción rápida. Los agentes de cloro más utilizados en la desinfección de aguas residuales son:

- Cloro libre gaseoso.

- Cloruro de sodio.

- Cloruro combinado.

- Dióxido de cloro.

Para formar cloro libre residual es necesario superar el punto de ruptura de la cloración, que es el umbral donde los niveles de cloro exceden la demanda de oxidante y el agua comienza a acumular un residuo de cloro libre disponible. La dosis de cloro necesaria depende de la calidad del agua, ya que se produce la formación de compuestos cloroorgánicos y de cloramina. Las altas concentraciones de amoníaco conducen a una mayor formación de cloraminas y, en consecuencia, a una mayor demanda de cloro.

Por lo tanto, la principal desventaja del cloro es, además de los riesgos para la seguridad asociados a su manipulación, la posible formación de subproductos de la desinfección (DBP), como por ejemplo, trihalometanos (THM), N-nitrosodimetilamina (NDMA) y ácidos haloacéticos (HAA).

El dióxido de cloro (ClO2) tiene la ventaja sobre otros agentes clorados de que no reacciona con el amoníaco ni forma compuestos orgánicos halogenados, debido a que el mecanismo de desinfección se basa en la oxidación. Sin embargo, el método de producción del mismo (reacción cloro-clorito, clorito-ácido clorhídrico o clorito-peroxodisulfato) puede ocasionar la presencia de trazas de clorito y clorato. La formación de estos DBP puede limitarse mediante una gestión eficaz del proceso de producción (control de precursores y concentración del producto, diseño u operación de la decloración), los cuales han avanzado en los últimos años en aspectos económicos y de seguridad.

2. Ácido perfórmico (PFA).

El PFA ha surgido en los últimos años como una alternativa a la radiación ultravioleta y la cloración, debido a los costes de inversión relativamente bajos del reactor y su facilidad de implantación en una EDAR. Sin embargo, pese a mostrar su eficacia en numerosas aplicaciones (tratamiento avanzado de efluentes primarios, aguas pluviales y aguas secundarias), su uso aún no está extendido.

Debido a su naturaleza inestable, se produce in situ mediante la reacción de ácido fórmico y peróxido de hidrógeno. Al combinarse el ácido fórmico con las aguas residuales, se forma metano y dióxido de carbono, los cuales se consideran no tóxicos. Por lo tanto, en comparación con la cloración y el ozono, da lugar a subproductos menos nocivos.

3.Ozono.

El ozono se utiliza ampliamente para la desinfección de agua potable y es cada vez un proceso más extendido en el tratamiento de aguas residuales. La principal ventaja del ozono es su alta eficiencia en la inactivación de virus, esporas y protozoos cyst y oocyst.

Otras ventajas prácticas son la necesidad de contenedores de reacción más pequeños (debido a que los tiempos de contacto requeridos son menores) y un efecto sinérgico, al combinar el poder de desinfección del ozono con su capacidad de eliminación de trazas orgánicas.

Las desventajas más importantes son los mayores requerimientos en medición, control y seguridad (manipulación, tratamiento de gases de escape y sondas de control ambiental).

Al igual que el PFA, el ozono es inestable, por lo que no puede transportarse ni almacenarse. Además, su producción in situ consume mucha energía. Todo esto aumenta en gran medida los costes de explotación.

En cuanto a las tecnologías de desinfección física, a continuación se citan las más efectivas.

1.Filtración por membrana.

La filtración por membrana consiste en una barrera física capaz de retener todos los organismos y partículas que superen un determinado tamaño de poro. Se utiliza con distintos fines, como los biorreactores de membrana (MBR) o el pretratamiento para la desalinización. Entre las razones que hacen atractiva esta tecnología se encuentran la alta calidad del efluente en términos de sólidos suspendidos y turbidez, y la no formación de DBPs, requerido en algunas aplicaciones.

La principal desventaja son los costes operativos. Además de la alta inversión necesaria para poner en funcionamiento las plantas. Los costes operativos son más elevados que en otras tecnologías de desinfección, debido a las presiones alas que hay que someter a los distintos caudales y al mantenimiento de las membranas. Existe un riesgo elevado de formación de biofilms que ensucian las mismas y hacen necesaria su limpieza, puesto que pueden provocar la recontaminación del efluente aguas abajo.

2.Desinfección por radiación UV.

La longitud de onda considerada como ultravioleta se encuentra en el espectro situado entre 100 y 400 nm, y está dividido en tres secciones, siendo el rango UV-C (220-320 nm) el que muestra mayor eficacia germicida. La radiación ultravioleta daña las secuencias de ADN de los organismos expuestos y alcanza su punto máximo a 260 nm. El cálculo de la dosis necesaria se realiza en la actualidad por dinámica de fluidos computacional (CFD).

El número de instalaciones es creciente, debido a los avances en la producción. A pesar de tener un alto consumo de energía, son instalaciones económicamente competitivas. La tecnología LED monocromática supone una alternativa atractiva a las diferentes tecnologías de lámparas implantadas:

A continuación se va a resumir la situación de la reutilización del agua en España.

Según el Informe Complementario de Fomento de la reutilización de aguas residuales, enmarcado dentro del Plan Nacional de Depuración, Saneamiento, Eficiencia, Ahorro y Reutilización (Plan DSEAR), el cual identificaba en su documento de Directrices un total de 209 medidas con una componente de tratamientos de regeneración y/o destinadas a la utilización posterior de las aguas regeneradas (infraestructuras de regulación y conducción a las zonas de uso), en Europa la reutilización de agua es una práctica adoptada principalmente por los países que sufren mayores grados de escasez. Sólo nueve Estados reutilizan volúmenes de agua de cierta significación (Alemania, Chipre, España, Francia, Grecia, Italia, Malta, Portugal y Reino Unido), con niveles muy diferentes (0,08% Reino Unido frente al 97% de Chipre). El estado de la práctica de la reutilización del agua está evolucionando continuamente, siendo de difícil obtención la información cuantitativa sobre el tratamiento y la reutilización (volúmenes anuales de agua reutilizados y su distribución entre los diferentes usos permitidos).

En España, la falta de un adecuado registro de la actividad dificulta en gran medida poder hacer una valoración precisa, existiendo ciertas discrepancias de acuerdo con los datos disponibles. Un punto de partida adecuado para poder abordar el análisis es la cantidad de agua que puede estar disponible. Según datos del INE, el volumen de aguas residuales tratadas procedente de EDAR se ha incrementado en los últimos años, así como el volumen de agua total reutilizada, según indica esta fuente, para ese mismo periodo. La mejora en el número y en las características de las instalaciones y de la dotación de procesos avanzados de depuración, han permitido que actualmente existan 322 ERA y más de 1.000 EDAR en España con un tratamiento más avanzado que el secundario, que potencialmente estarían preparadas para cumplir con los requisitos necesarios de calidad que exige el RD 1620/2007.

La evolución en el porcentaje de agua reutilizada por Comunidades Autónomas es muy variada. Las CC AA que más reutilizan son Murcia - Segura, Comunidad Valenciana - Júcar, Islas Baleares, Islas Canarias y Andalucía, Comunidades que se corresponden con las demarcaciones hidrográficas en las que la reutilización juega un papel estratégico.

Los datos del censo de vertidos de 2017 indican que el volumen total de vertidos urbanos al Dominio Público Hidráulico (DPH) es de 3.081 hm3 y al Dominio Público Marítimo-Terrestre (DPMT) de 1.711 hm3, lo cual implica que se reutiliza menos de un 10% del volumen total de vertidos urbanos autorizados. El documento del Plan Nacional de Reutilización (PNRA) redactado en 2010, establecía unas cifras anuales de reutilización de 430 hm3 en 2009, con una previsión de 998 hm3 para 2015 y 1.403 hm3 para 2021 o posterior. Por tanto, los volúmenes de reutilización actuales son muy bajos y se encuentran muy lejos de los valores previstos por los estudios realizados para el PNRA.

En relación con la planificación hidrológica, los planes hidrológicos de cuenca contemplan la reutilización de manera específica en cada ámbito, con cuestiones comunes:

- Los requisitos están establecidos por el Real Decreto 1620/2007, de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas. España es uno de los pocos países que dispone de una base jurídica para la regulación de esta actividad.

- Tienen usos preferentes los aprovechamientos que se orienten a una política de ahorro, de mejora del estado de las masas de agua y de alcance de los objetivos ambientales.

- En los sistemas deficitarios la reutilización del agua se autorizará o concederá, exclusivamente, para sustituir recursos procedentes de fuentes convencionales.

Sin embargo, desde el punto de vista territorial se observan diferencias muy acusadas entre los planes hidrológicos de cuenca, desde un grado de reutilización irrelevante en las cuencas cantábricas, hasta un uso muy notable en las cuencas más áridas del este y el sureste y en las islas, zonas en las que la escasez de agua es un problema acuciante. Esto dificulta la realización de un análisis que permita tener una panorámica de los volúmenes potenciales y reales objeto de reutilización, los usos de destino y potenciales, y su incidencia sobre el balance hídrico de las cuencas.

En un análisis por usos del agua reutilizada (según datos del Plan Nacional de Calidad de las Aguas 2007-2015), la agricultura es el sector que mayor demanda de agua reutilizada utiliza (60-70%), seguido por los usos recreativos (10-12%, principalmente destinado a riego de campos de golf) y los municipales (6-8%, incluyendo riego de zonas verdes, limpieza de calles, etc.). También despierta interés su uso para la mejora ambiental de otras fuentes de agua, como recarga de acuíferos, humedales o caudales ecológicos de los ríos (4%). Sin embargo, la utilización de agua reutilizada para usos industriales (3-5%) es escasa, teniendo en cuenta que la industria reclama en torno al 8% de consumo global, según el Libro blanco del Agua. El consumo de agua tiene escasa repercusión como materia prima en sus costes finales, lo que favorece la actitud derrochadora.

Los últimos estudios y experiencias muestran cómo el desarrollo tecnológico actual, dentro del cual se enmarca el presente proyecto, permite adecuar el agua reutilizada a todos los usos, pudiendo ser utilizada de forma directa para los usos con criterios de calidad más exigentes (incluido el suministro de agua potable). En muchos países, las limitaciones ambientales, agravadas por los efectos del cambio climático, han llevado a las poblaciones a considerar el agua reutilizada como una fuente de agua adicional. Los proyectos de reutilización de agua en la UE tienen un gran potencial de desarrollo, y varios países están desarrollando el correspondiente marco político y aumentando sus capacidades técnicas.

Sin embargo, existe una serie de dificultades para potenciar la reutilización. Las principales barreras detectadas en España frente al crecimiento de la reutilización son de tipo normativo, financiero, competencial y técnico (ubicación, temporalidad y calidad) y, unidas a la actual desconfianza que este recurso suscita entre usuarios y consumidores, permiten explicar las reducidas tasas de aplicación de aguas reutilizadas. Los grandes productores de aguas residuales son los núcleos urbanos, mientras que los principales demandantes del agua reutilizada son los regadíos.

La principal causa del estancamiento de la reutilización en España estriba en la falta de demanda de este tipo de recursos hídricos por parte del sector del regadío debido a su precio, lo que se traduce en la práctica en una oferta reducida. Las comunidades de regantes con mayor demanda cubren sus necesidades hídricas, normalmente, desde aprovechamientos con aguas superficiales reguladas, y con tomas generalmente ubicadas aguas arriba de la zona regable, por lo que el riego se realiza normalmente por gravedad, sin necesidad de bombeo, y, por tanto, con un consumo energético mínimo. En cambio, las grandes áreas urbanas que producen aguas residuales en cantidades significativas se ubican en las partes bajas de las zonas regables, por lo que la reutilización de sus aguas suele requerir de bombeos adicionales que incrementan significativamente los costes del agua en comparación con los de los derechos de agua convencionales de que disponen.

El suministro de agua dulce de fuentes de agua superficial, subterránea, o procedentes de fuentes no convencionales (desalinización y reutilización), su transporte y distribución, y la recolección y tratamiento de aguas residuales requieren de una cantidad de energía que depende de varios factores (distancia, topografía, pérdida e ineficiencias, y nivel de tratamiento requerido), los cuales resultan clave para la elección de la fuente de suministro. La reutilización de agua es una alternativa costosa en términos energéticos, debido al coste de la red de distribución, que resulta un factor limitante del proceso. La presente invención contribuye a que se pueda producir un cambio estratégico sustancial en el desarrollo de esta alternativa, trasladando la política de inversiones en redes de distribución hacia procesos de regeneración avanzada. En la misma línea, las presiones hídricas derivadas del cambio climático elevan el interés en este tipo de soluciones.

Además, el régimen de producción de aguas depuradas derivadas del uso urbano (oferta) no coincide temporalmente con el de demanda de los regadíos potencialmente asociados. Los caudales de agua residual producidos son prácticamente uniformes durante todo el año, salvo en zonas con una elevada población turística; por contra, las necesidades hídricas demandadas por el regadío son bajas en los meses de invierno, pero muy elevadas en los meses de estío, lo que implica la necesidad de infraestructuras de regulación, aumentando el coste de inversión y mantenimiento. El sector regante, especialmente en los casos que tiene sus necesidades hídricas cubiertas, se muestra lógicamente reticente a asumir los costes como potenciales usuarios. Entre las posibles soluciones para superar estas barreras y conseguir un aumento de la demanda se encuentra la aplicación del principio asociado a la economía circular de "quien contamina, paga”.

En el ámbito legislativo, tanto la normativa española como el Reglamento Europeo 2020/741, de 25 de mayo de 2020, relativo a los requisitos mínimos para la reutilización del agua, ambos en vigor, exigen una calidad del agua para su reutilización superior a la entregada por las actuales EDAR, que cumplen con los requisitos mínimos habituales de la Directiva 91/271/CEE del Consejo de 21 de mayo de 1991 sobre el tratamiento de las aguas residuales urbanas. Esto implica un tratamiento adicional del agua depurada para su reutilización, aumentando una vez más los costes de inversión, explotación y mantenimiento. Por otra parte, el RD 1620/2007 tiene un carácter eminentemente técnico, lo que ha podido suponer carencias jurídicas tales como indefinición de las obligaciones de inspección y control de las administraciones involucradas (hidráulica y sanitaria), la inexistencia de un régimen tarifario, o de instrumentos específicos de cooperación entre administraciones. En consecuencia, la barrera asociada al marco normativo es otra de las grandes dificultades a las que se enfrenta el desarrollo de la reutilización. En este contexto, las distintas figuras jurídicas que determina la normativa pueden resultar determinantes. La Ley 29/1985, de 2 de agosto, de Aguas, creó una única calificación jurídica al agua, declarándola bien de dominio público, estableciendo como principal herramienta de gestión la planificación hidrológica, y desarrollando un sistema de asignación de usos privativos a través del sistema de autorizaciones y concesiones, unidos a un conjunto de facultades relacionadas con el régimen de explotación y aprovechamiento sin necesidad de expropiación. Pero en la práctica quedan concesiones por ser revisadas, cuando en realidad debería ser un proceso prioritario en situaciones de escasez. Facilitar está práctica es vital para crear un mercado adecuado para el fomento del uso del agua reutilizada. Precisamente es en situaciones de escasez, cuando se han realizado las principales reformas en el marco normativo español en relación con la asignación de recursos hídricos.

Las primeras iniciativas para impulsar la búsqueda de recursos no convencionales, a través de la desalación y la reutilización se dieron con la actualmente derogada Ley 46/1999, de 13 de diciembre, de modificación de la Ley 29/1985, de 2 de agosto, de Aguas, que se aprobó tras la sequía acaecida entre 1991 y 1995. Se buscó la forma de flexibilizar el régimen concesional a través de la cesión de derechos al uso del agua y de instrumentos de mercado limitados y altamente regulados, reservando para el sector público la responsabilidad en la asignación (y reasignación) de derechos de uso del agua, introduciendo dos nuevas figuras jurídicas: el centro de intercambio, donde se capacita al organismo de cuenca a realizar ofertas públicas de adquisición de derechos de uso privativo de las aguas a cambio de una compensación económica y ofertas de venta o reasignación de los derechos adquiridos; y el contrato de cesión, mediante el cual se le permite al titular de la concesión, a través de una autorización administrativa, ceder a otro particular el derecho a la explotación del recurso de forma temporal, pudiendo mediar una compensación económica.

Posteriormente, a través de diferentes Reales Decretos Ley se introdujeron de forma temporal y motivadas por otros periodos de sequía (2004-2005), muchas modificaciones a las restricciones impuestas por la mencionada Ley 46/1999 de 13 de diciembre, con el fin de facilitar los intercambios de derechos que dieron lugar a un mercado menos regularizado. Dichas modificaciones han alcanzado, en parte, el carácter de "cambios permanentes” a través de la Ley 21/2013 de 9 de diciembre de 2013, de evaluación ambiental, normativa por la que se alcanzó un nuevo régimen jurídico que regula el procedimiento de reasignación de derechos de uso de agua en España. Sin embargo, es necesario abordar modificaciones en los instrumentos de asignación de recursos hídricos a través de una serie de propuestas que permitan orientar la asignación de recursos y facilitar nuevos mercados a los recursos generados a través de la reutilización.

El Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX), en colaboración para la Dirección General del Agua (DGA) de España, ha realizado un análisis relacional del RD 1620/2007 con el Reglamento 2020/741, facilitando la detección de compatibilidades y potenciales desencuentros que se sitúan, fundamentalmente, en el tipo de uso de la reutilización, el punto de inicio del proceso de depuración, las clases y criterios de calidad e indicadores, el conjunto de actores involucrados y sus relaciones (procedimientos administrativos, distinción entre operadores y usuarios, responsabilidad y asunción de costes), y la gestión del riesgo y los planes de gestión asociados. Uno de los cinco ejes de actuación sobre los que se focalizan y articulan las políticas e instrumentos de la estrategia española de economía circular y reutilización es la reutilización del agua como herramienta para reducir la presión sobre los recursos hídricos naturales, desarrollando un plan de acción para el horizonte 2018-2020 en seis actuaciones, con el objetivo de eliminar las barreras normativas existentes, la difusión de los beneficios del reaprovechamiento del agua y su fomento a través de líneas de investigación y financiación.

A continuación se describen las ventajas de la tecnología propuesta en la presente invención.

Atendiendo a todo lo expuesto en el estudio del estado de la técnica, el sistema propuesto permite ocupar una posición que se estima tiene nicho de mercado, pues presenta, entre otras muchas, las siguientes ventajas:

- Es un sistema DUAL de desinfección y descontaminación, por lo que presenta las ventajas propias del ozono, evitando el sobrecoste energético de la producción de reactivos in situ. Permite una desinfección microbiológica con un alto índice de calidad del agua, permitiendo a su vez la degradación de multitud de compuestos orgánicos y contaminantes emergentes y prioritarios.

- La iluminación LED permite el diseño de lámparas eficientes, regulables y resistentes, con una elevada calidad de luz, suponiendo un importante ahorro energético con respecto a las lámparas UV tradicionales.

- Es una tecnología modulable y escalable, lo que permite su aplicación en múltiples aplicaciones tras una etapa previa de análisis y diseño. Puede instalarse como tratamiento terciario en EDAR o cualquier industria susceptible de producir contaminación, dentro de los sistemas de depuración. De la misma manera, puede ser utilizado por los usuarios de aguas residuales reutilizadas, como sistema de aseguramiento de la calidad del agua, como pueden ser las comunidades de regantes o las administraciones encargadas de la gestión del agua.

- Es un sistema portátil y autónomo, lo que permite su transporte por todo el territorio a las zonas que se necesiten en cada momento. La alimentación por medio de energías renovables permite su instalación en zonas de difícil acceso y reduce los costes totales de operación. Puede trasladarse por ejemplo entre las distintas EDAR de pequeños núcleos en una provincia o Comunidad.

- En la misma línea, su portabilidad y sus múltiples ventajas en términos de aplicación, permiten la creación de sinergias entre usuarios finales y responsables de focos de contaminación, reduciendo los costes de distribución. Por poner el ejemplo, el sistema puede instalarse como sistema de depuración en una granja y a su vez servir a una comunidad de regantes colindantes.

- Puede utilizarse no sólo en la época de mayor demanda de agua reutilizada, que es la estival. Una adecuada planificación anual puede permitir, por ejemplo, su uso en para la recarga de acuíferos en el invierno.

- La fabricación de reactores por medio de tecnología 3D permite la utilización de materiales reciclados, así como una fabricación de dispositivos a la carta en función de las necesidades específicas de cada cliente.

- Los materiales utilizados para el diseño de la malla fotocatalítica son inocuos, tienen una alta resistencia y durabilidad, y evitan el uso de reactivos químicos y los consecuentes subproductos de reacción.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención desarrolla un sistema portátil, autónomo, modulable y escalable, para la recuperación de acuíferos contaminados y de aguas residuales, basado en tecnología LED ultravioleta, membranas recubiertas de un material con propiedades fotocatalíticas, como el dióxido de titanio, y alimentado con energías renovables.

El uso de fuentes de irradiación de bajo consumo energético como el LED ofrece una alternativa atractiva para la generación de aguas libres de patógenos y contaminantes, altamente perjudiciales.

El proceso de fotocatálisis es similar a la fotosíntesis de las plantas, en la cual la clorofila captura la luz solar para convertir el agua y el dióxido de carbono en oxígeno y glucosa. En este caso, cuando los fotones de luz inciden sobre el material semiconductor, la energía es absorbida, y si ésta iguala o supera la energía de salto de banda del semiconductor, se promueve un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción. Simultáneamente, se genera un hueco en la banda de valencia. El oxígeno se utiliza en el proceso fotocatalítico de degradación como inhibidor, debido a su electronegatividad o capacidad para atraer electrones, lo cual evita la recombinación electrón-hueco positivo y asegura la captura de otros iones. Mientras la molécula de oxígeno reacciona con electrones libres y se convierte en superóxido (O2*), la superficie tratada fotocatalíticamente, llena de vacantes positivas, descompone, por oxidación, los compuestos orgánicos y otras sustancias nocivas en forma de dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Por tanto, de entre las propiedades más destacables de un fotocatalizador se encuentra la capacidad de autolimpieza y control de niveles de hongos y bacterias.

El dióxido de titanio (TÍO2) es una sustancia insoluble y no tóxica, estable a la acción química y a la fotocorrosión, y de bajo coste, que se emplea para la fabricación de superficies catalíticas, depositándolo por diversos métodos, como el sol-gel, en diferentes materiales base. La energía de salto de banda de este material se sitúa en 3,2 electrónvoltio (eV), lo que se corresponde a una longitud de onda de 387 nm, que en el espectro se sitúa en la banda de radiación ultravioleta. Esto significa que, cuando el TiO2captura la luz ultravioleta, reacciona con el agua o el vapor de agua de la atmósfera, y forma radicales hidroxilo (OH*). Las reacciones involucradas son las siguientes:

Debido a su naturaleza catalítica, las propiedades del fotocatalizador no se consumen durante esta reacción, dado que regenera su efecto al reaccionar con el oxígeno del aire o disuelto en el agua. En el proceso, los radicales liberados tienen el potencial suficiente para efectuar la oxidación de una gran cantidad de compuestos orgánicos, como pesticidas, colorantes, aceites, cianuros, surfactantes, fenoles y clorofenoles, halocarburos, etc., convirtiéndolos en compuestos sencillos e inocuos.

Cuando los microorganismos tienen interacciones superficiales con el fotocatalizador, se produce una fotoinactivación, pues las especies reactivas de oxígeno generadas dañan la pared de los microorganismos, rompiendo en primer lugar la capa de liposacáridos de la pared celular; lo que hace que se dañe la capa de peptidoglicano, se produzca la peroxidación de la membrana lipídica y la oxidación de la membrana proteica. Con estas capas bacterianas dañadas, la célula pierde sus funciones y en última instancia muere.

La forma anatasa del dióxido de titanio tiene la propiedad de ser la más activa como fotocatalizador para procesos de oxidación, capacidad también útil en los procesos de desinfección, puesto que los radicales atacan a las estructuras celulares creando daños irreversibles en bacterias. Los radicales OH* son la causa principal de la eliminación de bacterias, como por ejemplo la E.coli.

En nuestro país, el RD 1620/2007, de 7 de diciembre, establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas, estipulando, entre otros, unos niveles de calidad para la reutilización de las aguas según sus usos como, por ejemplo, riego de cultivos y campos de golf, o recarga de acuíferos, atendiendo a los valores máximos admisibles de una determinada serie de parámetros microbiológicos y contaminantes.

Los posibles sectores de aplicación del prototipo son:

• Sector del Tratamiento de Agua, como principal receptor de este proceso innovador de aplicación directa sobre sus procesos industriales.

• Sector Agrícola y Ganadero, como principales focos de emisión de contaminación en nuestra Comunidad.

• Administraciones locales y comunitarias, con competencias en materia de vigilancia y control de los recursos naturales a efectos de garantizar la Salud Pública.

Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados anteriormente, la presente invención describe un sistema de desinfección y descontaminación de aguas residuales y acuíferos contaminados que comprende una bomba, configurada para enviar el agua contaminada a una estación de filtrado, que elimina los componentes en suspensión que puedan obstruir la instalación o disminuir la eficacia del proceso, y de ahí a un tanque contenedor, que actúa de instalación de tratamiento.

Este tanque de tratamiento incorpora, por un lado, una lámpara LED de luz ultravioleta y longitud de onda configurable y, por otro lado, una malla rígida, recubierta por un material fotocatalítico, que siempre está en contacto con el agua contaminada. De esta forma, la incidencia de los rayos ultravioleta de la lámpara LED sobre el material fotocatalítico de la maya activa la función de degradación de contaminantes.

Además, el sistema comprende un sistema de generación de energía eléctrica renovable que lo convierte en sostenible, de forma que el sistema es portátil, autónomo, modulable y escalable en función del acuífero a descontaminar.

De forma preferente, el material fotocatalítico es dióxido de titanio.

Independientemente de que el sistema de la invención puede estar alimentado por un sistema de generación de energía eléctrica renovable que puede comprender placas fotovoltaicas, aerogeneradores o ambos., también está capacitado para que pueda conectarse a la instalación eléctrica de una instalación ya existente.

La selección del tipo de energía renovable a utilizar dependerá de la ubicación del acuífero a tratar y de las condiciones climáticas dominantes (velocidad de viento u horas de luz diarias).

Por otro lado, en los casos en que las aguas a tratar son aguas subterráneas, el sistema también puede incorporar un conducto para el acceso a las aguas subterráneas. En este caso, la bomba se encarga de dirigir el agua contaminada al tanque de tratamiento a través de la estación de filtrado. Posteriormente, el agua ya tratada es devuelta al acuífero del que procedía, a una corriente fluvial cercana o ser reutilizada en alguna aplicación determinada.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Para completar la descripción de la invención y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización de la misma, se acompaña un conjunto de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se han representado las siguientes figuras:

- La figura 1 representa una vista general del sistema de la invención para la regeneración de las aguas subterráneas de un acuífero.

- La figura 2 representa el sistema de la invención de forma esquemática en un acuífero con aguas subterráneas, mostrando el sistema de bombeo de agua contaminada, el sistema de generación de energía eléctrica renovable, el contenedor con la lámpara LED ultravioleta y la malla fotocatalítica.

A continuación se facilita un listado de las referencias empleadas en las figuras:

1. Bomba.

2. Conducto.

3. Sistema de generación eléctrica renovable.

4. Placa fotovoltaica.

5. Aerogenerador.

6. Estación de filtrado.

7. Lámpara LED.

8. Malla fotocatalítica.

9. Tanque de tratamiento.

10. Tierra firme.

11. Agua contaminada.

12. Agua descontaminada.

13. Corriente fluvial.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

La presente invención desarrolla un sistema portátil, autónomo, modulable y escalable, para la recuperación de acuíferos contaminados y la recuperación de aguas residuales. Está basada en tecnología LED ultravioleta, membranas recubiertas de material con propiedades fotocatalíticas, como dióxido de titanio, y energías renovables para la activación del sistema.

La figura 1 representa una vista del sistema regenerador de la invención, que incluye un sistema de bombeo, con una bomba (1) hidráulicamente conectada a un conducto (2). El conducto (2) normalmente se instala en una excavación realizada, a modo de pozo, para tener acceso a las aguas contaminadas (11) subterráneas de un acuífero. El agua contaminada (11) del acuífero es elevada por la bomba (1) a lo largo del conducto (2) y trasladada a una estación de filtrado (6), para eliminar los sólidos en suspensión del agua contaminada (11), mediante tuberías. La estación de filtrado (6), ya instalada en tierra firme (10), está hidráulicamente conectada a un tanque de tratamiento (9), a donde será suministrada el agua contaminada (11). Una vez el agua contaminada (11) ha sido adecuadamente tratada para que haya alcanzado los niveles de calidad mínima requeridos, el agua descontaminada (12) se descarga por gravedad al mismo acuífero, a una corriente fluvial (13) cercana o bien ser reutilizada en alguna aplicación determinada, según interese. En los casos en los que las aguas contaminadas (11) no sean subterráneas, en lugar de un conducto (2) puede necesitarse únicamente una tubería como la que conecta el conducto (2) a la estación de filtrado (6) o ésta con el tanque de tratamiento (9).

El tanque de tratamiento (9) está cerrado y construido con materiales reciclados plásticos (TPU, TPE, PET-G, PLA) mediante impresión 3D. El diseño del tanque de tratamiento (9) es específico para cada aplicación, dependiendo de las necesidades fluidodinámicas del proceso, determinadas principalmente por el tipo de tratamiento a efectuar y el tiempo de exposición lumínica necesario. Una base de datos con distintas configuraciones de reactor permite una fabricación a la carta.

Por un lado, el tanque de tratamiento (9), en cualquiera de sus distintas configuraciones, incorpora una lámpara LED (7) de luz ultravioleta y longitud de onda específica (200-400 nm), alimentada por una fuente de corriente continua, configurable según el modo de trabajo del sistema de regeneración sea de desinfección, de descontaminación o mixto.

Por otro lado, el tanque de tratamiento (9) también incorpora una malla (8) recubierta con un material fotocatalítico. La malla (8) es atravesada por el caudal de agua contaminada (11) y, al ser iluminada por la luz ultravioleta de la lámpara LED (7), realiza la función de degradación de contaminantes. Por lo tanto, la malla fotocatalítica (8) preferentemente solo estará instalada en aquellos tanques de tratamiento (9) que vayan a ser utilizados en aplicaciones que requieran el empleo de modos de trabajo que incluyan la función de descontaminación, y no los de desinfección, que pueden ser tratados únicamente con la luz ultravioleta de la lámpara LED (7).

Uno de los objetivos de la invención es que el sistema de regeneración se pueda autoabastecer, por lo que tanto la bomba (1) como la lámpara LED (7) se alimentan con energía eléctrica de fuentes de energía renovable, bien con placas fotovoltaicas (4) o con aerogeneradores (5), que son instalados en la ubicación del acuífero a tratar, con la potencia requerida, que normalmente suele ser pequeña potencia.

En caso de aplicaciones en una EDAR o industria donde haya toma de luz ya instalada, el diseño modular permite ahorrar costes de inversión inicial, mediante alimentación por toma de corriente. Las necesidades en términos energéticos vienen determinadas, principalmente, por las características del acuífero, claves en el diseño del sistema de bombeo, y los requerimientos del tratamiento, que determinan las necesidades energéticas de la lámpara LED (7).

Como resultado global, el sistema de la invención reduce el coste de los procesos de desinfección y su impacto ambiental, así como sobre la salud pública. También reduce la demanda hídrica, permitiendo reutilizar aguas que previamente no podían ser usadas, y reducir el agotamiento de recursos naturales. De la misma manera, el sistema de la invención puede considerarse para su utilización complementaria en instalaciones donde existe una sobre-explotación de los recursos disponibles y es necesario un apoyo en el tratamiento de regeneración de la instalación.

La figura 2 representa el sistema de la invención con más detalle con todos los componentes necesarios. De esta forma, se puede apreciar el sistema de bombeo de aguas contaminadas, representado mediante una bomba (1), el sistema de generación eléctrica renovable (3), que puede incorporar placas fotovoltaicas (4), un aerogenerador (5) o ambos, y un tanque de tratamiento (9) que incorpora una lámpara LED (7) de luz ultravioleta y una malla fotocatalítica (8) de TiO2.

En función del tamaño del acuífero o del volumen de agua contaminada (11) que se quiera regenerar, el sistema puede incluir más de un conducto (2), pudiendo estar todos ellos conectados a la misma bomba (1) y estación de filtrado (6), estar cada conducto (2) conectado a su respectiva bomba (1) y una estación de filtrado (6) común, o estar cada bomba (1) conectada a una estación de filtrado (6). El sistema también puede incluir una pluralidad de aerogeneradores (5) y/o placas fotovoltaicas (4). De la misma forma, también se puede incluir un único tanque de tratamiento (9) con varias lámparas LED (7) y varias mallas fotocatalíticas (8) o varios tanques de tratamiento (9), cada uno con su correspondiente lámpara LED (7) y malla fotocatalítica (8).

Por último, hay que tener en cuenta que la presente invención no debe verse limitada a la forma de realización aquí descrita. Otras configuraciones pueden ser realizadas por los expertos en la materia a la vista de la presente descripción. En consecuencia, el ámbito de la invención queda definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. - Sistema de desinfección y descontaminación de aguas residuales y acuíferos contaminados que comprende una bomba (1), configurada para enviar agua contaminada (11) a una estación de filtrado (6), en comunicación hidráulica con un tanque de tratamiento (9) que incorpora una lámpara LED (7) de luz ultravioleta y longitud de onda configurable según las necesidades de tratamiento y una malla (8), de material rígido recubierto un material fotocatalítico, en contacto con el agua contaminada (11), estando el sistemacaracterizadopor que comprende un sistema de generación de energía eléctrica renovable (3), de forma que es portátil, autónomo, modulable y escalable en función del acuífero a descontaminar.

2. - Sistema de desinfección y descontaminación de aguas residuales y acuíferos contaminados, según la reivindicación 2,caracterizadopor que el material fotocatalítico es dióxido de titanio.

3. - Sistema de desinfección y descontaminación de aguas residuales y acuíferos contaminados, según la reivindicación 4,caracterizadopor que el sistema de generación de energía eléctrica renovable (3) comprende al menos un elemento a seleccionar entre una placa fotovoltaica (4), un aerogenerador (5) y una combinación de ambos.

4. - Sistema de desinfección y descontaminación de aguas residuales y acuíferos contaminados, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,caracterizadopor que comprende un conducto (2) para el acceso a aguas subterráneas por el que la bomba (1) dirige el agua contaminada (11) a la estación de filtrado (6).