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WO2011080366A2 - Proceso y aparato para desinfectar agua para producir iones de hidróxilos a través de la hidrólisis de las moléculas de agua - Google Patents

Proceso y aparato para desinfectar agua para producir iones de hidróxilos a través de la hidrólisis de las moléculas de agua Download PDF

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WO2011080366A2
WO2011080366A2 PCT/ES2010/000531 ES2010000531W WO2011080366A2 WO 2011080366 A2 WO2011080366 A2 WO 2011080366A2 ES 2010000531 W ES2010000531 W ES 2010000531W WO 2011080366 A2 WO2011080366 A2 WO 2011080366A2
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WO
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water
electrodes
voltage
conductivity
hydroxyl ions
Prior art date
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PCT/ES2010/000531
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Sergio Gabriel Capettini
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Original Assignee
Individual
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Priority to JP2012546469A priority patent/JP6048661B2/ja
Priority to CA2786167A priority patent/CA2786167C/en
Priority to AU2010339626A priority patent/AU2010339626B2/en
Priority to CN2010800603615A priority patent/CN103124696A/zh
Priority to KR1020177036656A priority patent/KR20180001569A/ko
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    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
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    • C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
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    • C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
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    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4612—Controlling or monitoring
    • C02F2201/46125—Electrical variables
    • C02F2201/4614—Current
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/02—Temperature

Definitions

  • This invention relates to the processes of water disinfection which is particularly based on the oxidation of contaminants (viruses, bacteria, algae, organic substances, etc.) present in contaminated water by means of hydroxyl ions produced by water hydrolysis.
  • Water disinfection processes according to the present invention are based on the production of hydroxyl ions, a highly effective oxidizing species, obtained by hydrolysis of water molecules that "oxidize" pollutants and / or the organic substances present in the bodies of the contaminated water, regardless of the specific conductivity of the water in the treated water.
  • the "oxidation" chemical contaminants in water is related to the conventional chemical process currently in which l ° s chemicals (chlorine, bromine, etc.) or electronic processes such as systems used salt or ozone electrolysis generators.
  • hydrolysis processes with low conductivity water are not very effective since the generated amperage will not be sufficient to obtain the necessary levels of hydroxide ions to properly disinfect the contaminants present in the water (viruses, bacteria, seaweed, etc.)
  • hydrolysis in high conductivity water suffers from problems in the power supply for the generation of hydroxyl ions.
  • the problem is in the electronic control unit that supplies the continuous voltage at the electrodes, because the high conductivity of the Water can damage the electronic system of the control unit due to excessive drainage of current.
  • the current invention provides a new process whereby the voltage in the electrodes is automatically regulated by means of an electronic control unit that measures the conductivity of the
  • the invention encompasses a programmed electronic control unit, which determines the correct amount of hydroxyl ions generated. In this way, the efficiency related to the amount of hydroxide ions generated is guaranteed since the conductivity of the water will not adversely affect the generation of hydroxide ions for the oxidizing pollutants present in water, thereby maximizing oxidation, without Import conductivity.
  • this invention benefits water disinfection processes with this technical advantage and therefore eliminates the current 0 limitations of hydrolysis of water molecules with an electronic and adjustable system.
  • Hydrolysis of water molecules is a chemical process in which a water molecule is dissociated into various fragments by electrical energy.
  • the main hydrolysis reaction is given as:
  • the dissociation of the water molecule implies a standard oxidation-reduction potential of (E s ) 1.8 V.
  • the dissociation is very weak, whose reason is necessary to reach a certain level of solids in suspension and of conductive molecules (corresponding to the parameters of TDS (total solids in solution and conductivity, respectively, under regular water tests) so that this process acts effectively as a disinfectant agent in water.
  • TDS total solids in solution and conductivity, respectively, under regular water tests
  • the invention produces the most powerful oxidizing oxidant species for the water it disinfects, avoiding the use of chemicals.
  • the oxidation-reduction potential is 2.05 V, and its effect is exceeded only by fluorine that cannot, however, be used as a disinfectant. chemical due to its high toxicity.
  • Figure 1 demonstrates the main reaction of the hydrolysis of water molecules, wherein the water molecule dissociates into various groups due to the injection of electrical energy with a pair of electrodes (6) on it.
  • Figure 2 demonstrates that the water molecule is a highly stable chemical substance, which neither readily dissociates nor ionizes.
  • the H20 molecule is composed of two hydrogen atoms and an oxygen atom.
  • Figure 3 demonstrates that at a standard pressure and a temperature, elemental hydrogen is a gas with the molecular formula H2. Both hydrogen atoms share two electrons.
  • Figure 4 demonstrates that at a standard pressure and a temperature, elemental oxygen is a gas with the molecular formula of 02, with 8 protons, 8 neutrons and 8 electrons. Each oxygen atom shares 4 electrons with another atom.
  • FIG. 5 demonstrates that in H20, composed of two hydrogen atoms and one oxygen atom, each hydrogen core is limited to the central oxygen atom by a pair of electrons that are shared between them.
  • TABLE 6 demonstrates that when a hydrogenated ion is released to move, the second hydrogen atom is bound to the oxygen atom with which it shares 10 electrons. This results in another negative ion since the number of electrons exceeds the number of protons. Therefore a negatively charged hydroxyl is produced.
  • Figure 7 demonstrates the control unit of the invention.
  • Figure 8 is a front view of the electrode chamber.
  • Figure 9 is a side view and demonstrates the electrical connections of the electrode chamber.
  • Figure 10 is a system diagram demonstrating a water source with a filter system which carries and provides water to the disinfection system of the present invention.
  • FIG 11 is a more detailed block diagram of the disinfection system of TABLE 10.
  • FIG. 12 is a more detailed block diagram of the controller in TABLE 11.
  • Oxidizer species generated by the system of the invention are Oxidizer species generated by the system of the invention.
  • Water structure The water molecule is a highly stable chemical. It neither dissociates nor easily ionizes.
  • the H20 molecule is composed of two hydrogen atoms and an oxygen atom (see fig. 2).
  • Hydrogen At a standard pressure and temperature, elemental hydrogen is a gas with the molecular formula H2. Both hydrogen atoms share two electrons (see fig. 3).
  • Oxygen At a standard pressure and temperature, elemental oxygen is a gas with 02 of the molecular formula, with 8 protons, 8 neutrons and 8 electrons. Each oxygen atom shares 4 electrons with another atom (see ⁇ g. 4).
  • Water molecule In H20, composed of two hydrogen atoms and one oxygen atom, each hydrogen core is limited to the central oxygen atom by a pair of electrons that are shared between them (see fig. 5, which demonstrates an equilibrium position of positive and negative charges in a water molecule).
  • Ionization When an electric current is applied to water, electrolysis and ionization occur. One of the hydrogenated ions escapes the potential electrical barrier that it limits to the water molecule, thus producing a hydrogen atom with a single proton and no electrons. When the negative electron exceeds the potential electrical barrier, hydrogen becomes an ion with a positive electrical charge.
  • Ions The atom that has acquired an electric charge is called an ion. Ionized atoms have a negative or positive electrical charge. Ionized atoms can have one or more negative or positive electrical charge. This happens when the atom releases or takes one or more electrons, thus changing the electrical balance between protons and neutrons.
  • An anion is an ion with more electrons than protons, giving it a negative charge.
  • a cation is an ion with more protons than electrons, giving it a positive charge.
  • Conductivity By knowing the amount of ions dissolved in water, the "conductivity" parameter is used to characterize the type of water.
  • a sodium ion is positively charged and a chlorine ion is negatively charged.
  • the result of their combination is table salt; with a neutral electric charge (i.e. it has no electric charge).
  • the salt is dissolved in distilled water, the sodium becomes a positively charged ion and the chlorine is negatively charged and the water becomes conductive.
  • the symbol of the chlorine atom is Cl and the symbol of a chlorine ion is C1-.
  • FIG. 7 shows a control unit (7) with internally incorporated electronic boards that converts the standard electrical energy (220 V or 110 50 or 60 hertz V.) into electric power of the bass- Continuous voltage-and-amperage which will then be applied to the electrodes located in the electrode compartment or chamber (6) manually or automatically. It has a programming and operation keypad (1) to adjust time, program, other actions according to the model and mode of operation.
  • control unit is such that the voltage sent to the electrodes (6) is automatically and continuously adjusted, therefore said adjustment is based permanently on the conductivity of the water to obtain the desired amperage for the generation of the ion of hydroxide needed to oxidize pollutants, regardless of water conductivity and without limiting efficacy, as in current technologies.
  • COMPARTMENT OR ROD OF THE ELECTRODES One or more compartments are made according to the indications of TABLES 8 and 9 and depending on the application and flow, to achieve the desired purpose of handling the type of contaminated water that will flow the water into they through the entrance and exit the chamber or electrode compartment. They have one or several pairs of titanium electrodes installed in parallel with a distance of at least 0.5 millimeters (depending on water conductivity and depending on the application this distance may vary). Each electrode has an electrical connection with which the control unit cable is connected and with which the appropriate direct current is sent for the effective hydrolysis of water molecules to occur regardless of conductivity.
  • the electrical energy is sent to the titanium electrodes (covered with noble metals) that works as a cathode-anode pair for the hydrolysis of water molecules using contaminated water as a raw material for their disinfection process (see TABLE 9 electrical connection) (7).
  • the water molecule dissociates and transforms into a large amount of hydroxyl ions (OH -), monoatomic oxygen (O ⁇ ), etc., thus creating a combination of the existing oxidizing species (OH-) with more oxidizing effect for water disinfection, avoiding the use of chemical products in the particular hydroxyl ion box generated by the hydrolysis of water molecules, the oxidation-reduction potential is 2.05, exceeded only by the potential for fluorine.
  • the method of the present invention is easy to execute due to its simplicity (see TABLES 7, 8 and 9) since it requires only one electronic control unit and one or more compartments for titanium electrodes, depending on the type of water and the application, where ion production of hydroxyls for the oxidation of the contaminants present in the water that crosses the electrode compartment.
  • the electrode compartment (6) (8) can be transparent to make the electrodes visible.
  • the drawing shows the front view of the compartment (8).
  • the side view of the electrode compartment shows its components: compartment or chamber of electrodes (8), a pair of electrodes (6), cable connections (7) of the electronic control unit (2), water inlet plug (9) and water outlet plug (10).
  • a Model 100 water disinfection circuit comprises a water reservoir 102, which can be a private pool, a drinking water tank in a home and the like, containing the filtration and disinfection that require the water 104.
  • a water conduit 106 supplies the water to a filter 108 that supplies the filtered water through a conduit 110 to the water disinfection system 112 of the present invention.
  • the filter 108 may contain several pumps and the other water regulating apparatus to allow removal and pumping of the water through the closed system shown in TABLE 10.
  • the disinfection system uses the principles of hydrolysis of the present invention to disinfect and decontaminate water and then to return it via conduit 114 to water tank 102.
  • the decontamination system 112 is shown to encompass one or more compartments or electrode chamber 112a, 112b, 112c, etc. of which all of them are supplied by an electronic current to create hydroxyl ions to disinfect the water flowing through the compartments or electrode chamber by the operation of regulator 120.
  • the controller 120 shown in Figure 12 is coupled to an alternating current (ACV) power supply 122 which can supply grid voltage to a voltage converter and the regulator which is used to produce a voltage very low in the range of approximately 1 to 24 Volts and be regulated very carefully in terms of its amplitude to produce just the right amount of electrical current flowing through the water of the electrode chambers or compartments 112.
  • ACV alternating current
  • the output as a small voltage of the magnitude at which it can start eg, 1 V
  • the current current meter 128 detects the conductivity of the water through the current to detect that maximum current level is not exceeded by providing its current detection output to the voltage regulator 126.
  • the voltage regulator 126 is also sensitive to a user interface 130. The voltage slowly intensifies to obtain just the correct amperage through the water in the electrode chamber or compartment 112. This is a closed system and an ongoing process as previously described.
  • Implicitly within the system of Figure 12 is the need to measure the specific water conductivity 104 which can be treated in this given application.
  • a flow detector can provide activation or deactivation of the regulator at the time that water circulates.
  • the measurement of water conductivity is a process that is performed indirectly by regulator 120.
  • the electronic control unit outputs an initial voltage of, eg, 1 Volt of direct current (DCV) to the electrodes that are in contact with water.
  • DCV direct current
  • An initial current is detected by flowing between the electrodes and through the water and this current intensity is communicated again to voltage regulator 126. If the current in the electrode does not exceed a maximum current allowed in the system by the electronic control unit, the voltage gradually increases or decreases until the desired and predetermined current is reached " of the set point "that has been preset in the voltage regulator to produce an efficient amount of hydroxyl ions through our hydrolysis process. At that point, the voltage output remains at its level while the process works continuously to disinfect the water. This is a closed or open circuit system that works in continuous process and does not stop as long as water circulates through the electrode chamber.
  • the electronic control box will increase the output voltage to the electrodes to reach the desired current between the electrodes. Conversely, if the conductivity of the water is too high, that is, the water has a low resistance to the electric current, the electronic control box will adjust the voltage down to maintain the desired optimum current at the "set point".
  • the setpoint current is a value that is intended to be maintained once the system is in a work mode and is also a parameter that is adjusted or programmed by an installer or at the factory depending on the particular model or use . For example, in certain uses, a greater current may be desired to produce a greater amount of hydroxyl ions and increase the yield in the water disinfection process.
  • the closed system of regulator 12 can work at a periodic rate that involves adjusting the voltage at a rate of once a second or at higher or slower rates depending on a desired use. It can include a hysteresis lock to prevent adjustment of the output voltage if the current is not changed by more than a predetermined amount between the measurements.
  • the system of the present invention can work with or without an external filter.
  • an internal filter that can be a static filter or a different type of filter can be provided at the entrance to the decontamination system.
  • the electrodes are titanium electrodes coated with noble metals to protect the base of the electrodes from the oxidation itself produced by hydroxyl ions.

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Abstract

Un proceso y un aparato para la desinfección del agua que utiliza un aparato para producir los iones de hidroxilos a partir de la hidrólisis de las moléculas de agua para oxidar contaminantes en el agua ajustando automáticamente el voltaje de envío a los electrodos para obtener una corriente deseada constante entre los electrodos y de esta forma una eficiente desinfección automática a diferencia de otras invenciones. El aparato incluye un compartimiento del agua o cámara de electrodos con un conducto del agua de la entrada y un conducto del agua de la salida para establecer una corriente en el compartimiento, en el cual los electrodos colocados en el compartimiento del agua aplican un potencial del voltaje que haga la corriente eléctrica atravesar el agua para crear los iones de hidroxilos en el agua, de una forma eficaz de "oxidar" contaminantes tales como virus, bacterias, algas, sustancias orgánicas e ionorgánicas, etc.. independientemente del tipo y conductividad del agua a tartar.

Description

PROCESO Y APARATO PARA DESINFECTAR AGUA PARA PRODUCIR IONES DE HIDRÓXILOS A TRAVÉS DE LA HIDRÓLISIS DE LAS MOLÉCULAS DE AGUA
5 DESCRIPCIÓN
Sector de la Técnica:
10 [0001] Esta invención se relaciona con los procesos de la desinfección del agua que se basa particularmente en la oxidación de los contaminantes (virus, bacterias, algas, sustancias orgánicas, etc.) presentes en agua contaminada por medio de los iones hidróxilos producidos por la Hidrólisis del agua.
^ g Estado de la Técnica:
[0002] Actualmente, en procesos de la desinfección del agua, la destrucción de los contaminantes antedichos con la oxidación de los mismos, se está aceptando cada vez más, debido a la resistencia cada vez mayor al tratamiento convencional de la 0 desinfección con cloro, bromo, el peróxido de hidrógeno, etc.. Éste es también el caso con la "Legionella", entre otras bacterias. En ambos casos, los niveles de contaminación y los procedimientos correspondientes para controlar esos niveles están conforme a las regulaciones de la Comunidad Europea así como a los derechos de cadas comunidades autónomas dentro de España. La tendencia mundial es encontrar alternativas a los sistemas químicos y/o a los productos utilizados en la desinfección actual; así teniendo como objetivo los procesos que sean tan respetuosos con el medio ambiente como sea posible. Esto significa la limitación o substitución de esos productos químicos que pudieran dañar el medio ambiente.
[0003] Puesto que la conductividad del agua varía considerablemente, las técnicas 0 convencionales evidencian algunas limitaciones a su propio desarrollo, eficacia y puesta en práctica apropiadas con la gran variedad de tipos de agua. Aunque la información sobre estudios y tentativas para encontrar nuevas alternativas a la hidrólisis está disponible, la actual invención no se ha encontrado la tecnología divulgada ni sus procesos correspondientes para estar de acuerdo con la actual 5 invención para solucionar las limitaciones técnicas que han sido identificadas en las tecnologías actuales y solucionadas por la presente invención.
[0004] Los procesos de la desinfección del agua de acuerdo con la actual invención se basa en la producción de iones hidroxilos, una especie oxidante de gran eficacia, obtenidos por la hidrólisis de las moléculas de agua que "oxidan" los contaminantes y/o las sustancias orgánicas presentes en los cuerpos del agua contaminada, sin importar la conductividad específica del agua del agua tratada.
[0005] Como es conocida, la "oxidación" química de contaminantes en agua se relaciona con el proceso químico convencional actualmente en el cual se utiliza l°s productos químicos (cloro, bromo, etc.) o a los procesos electrónicos tales como sistemas de generadores de la electrólisis salina o de ozono.
[0006] Una de las desventajas y de las dificultades de los sistemas electrónicos que producen iones hidroxilos mediante Hidrólisis de las moléculas de agua para oxidar los contaminantes, es que son directamente proporcionales a la conductividad del agua, y tal conductividad determina la eficacia y la cantidad de los iones de hidroxilos. Esto limita la eficacia del proceso.
[0007] La conductividad del agua varía considerablemente dependiendo de su origen. Las medidas demuestran figuras algo diversas; de la conductividad del agua de río (50-80 PPM) con sólidos en suspensión totales, a la conductividad del agua desaliñada (8.000 PPM). Así, la hidrólisis de las moléculas de agua en donde la energía continua del voltaje se aplica a los electrodos en el agua (por la técnica básica de cualquie electrólisis) genera el amperaje en los electrodos que es directamente proporcional a la conductividad del agua contaminada. Esto significa que los procesos de la hidrólisis con agua de baja de conductividad no son muy eficaces puesto que el amperaje generado no será suficiente para obtener los niveles necesarios de iones de hidróxido para desinfectar correctamente correctamente los contaminantes presentes en el agua (virus, bacterias, algas, etc.). Asimismo, la hidrólisis en agua de alta conductividad, sufre de problemas en la fuente de alimentación para la generación de iones hidroxilos . En este caso particular, el problema está en la unidad de control electrónica que suministra el voltaje continuo en los electrodos, porque la alta conductividad del agua puede dañar el sistema electrónico de la unidad de control debido al drenaje de la corriente excesiva.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN:
5
[0008] Para reducir las limitaciones técnicas actuales mencionadas de la hidrólisis de las moléculas de agua, la actual invención proporciona un nuevo proceso por el cual el voltaje en los electrodos sea regulado automáticamente por medio de una unidad de control electrónica que mida la conductividad del
•j O a ua continuamente y produzca el voltaje eléctrico exacto necesario para obtener apenas la cantidad correcta de corriente. Con este fin, la invención abarca una unidad de control electrónica programado, que determina la cantidad correcta de los iones de hidróxilos generados. De esta manera, la eficacia relacionada con la cantidad de iones de hidróxido generados se garantiza puesto que la conductividad del agua no afectará al contrario a la generación de iones de hidróxido para los contaminantes oxidantes presentes en agua, de tal modo maximizando la oxidación, sin importar la conductividad. Con respecto a las técnicas anteriores, esta invención beneficia a procesos de la desinfección del agua con esta ventaja técnica y por lo tanto elimina las 0 limitaciones actuales de la hidrólisis de las moléculas de agua con un sistema electrónico y ajustable.
[0009] La hidrólisis de las moléculas de agua es un proceso químico en el cual una molécula de agua es disociada en diversos fragmentos por energía eléctrica. Se da la reacción principal de la hidrólisis como:
5
[0010] « DE 2 H20 OH- + H30+
[0011] La disociación de la molécula de agua implica un potencial estándar de la oxidación-reducción de (Es) 1.8 V. en el caso del agua pura, la disociación es muy débil, que cuya razón es necesario alcance cierto nivel de sólidos en suspensión y de moléculas conductivas (correspondiendo a los parámetros de T.D.S. (sólidos totales en disolución y de la conductividad, respectivamente, bajo pruebas de agua regulares] para que este proceso actué de forma eficaz como agente desinfectante en el agua. [0012] De esta manera, la invención produce la especie oxidante de más poder oxidante de gran alcance para el agua que desinfecta, evitando el uso de productos químicos. En la caso particular de los iones de hidroxilos generados por esta hidrólisis de las moléculas de agua, el potencial de la oxidación- reducción es 2.05 V, y su efecto es excedido solamente por el flúor que no se puede, sin embargo, utilizar como desinfectante químico debido a su alta toxicidad.
[0013] Los objetos, las características, los aspectos y las ventajas precedentes y otros de la actual invención llegarán a ser más evidentes de la descripción detallada a continuación de la actual invención cuando se tomen en conjunción con los dibujos de acompañamiento.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS:
[0014] La figura 1 demuestra la reacción principal de la hidrólisis de las moléculas de agua, en donde la molécula de agua se disocia en diversos grupos debido a la inyección de la energía eléctrica con un par de electrodos (6) sobre ella.
[0015] La figura 2 demuestra que la molécula de agua es una sustancia química altamente estable, que ni se disocia ni se ioniza fácilmente. La molécula de H20 se compone de dos átomos de hidrógeno y de un átomo de oxígeno.
[0016] La figura 3 demuestra que en una presión estándar y una temperatura, el hidrógeno elemental es un gas con la fórmula molecular H2. Ambos átomos de hidrógeno comparten dos electrones.
[0017] La figura 4 demuestra que en una presión estándar y una temperatura, el oxígeno elemental es un gas con la fórmula molecular de 02, con 8 protones, 8 neutrones y 8 electrones. Cada átomo de oxígeno comparte 4 electrones con otro átomo.
[0018] La figura 5 demuestra que en H20, compuesto por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, cada núcleo del hidrógeno es limitado al átomo de oxígeno central por un par de electrones que se compartan entre ellos. [0019] El CUADRO 6 demuestra que cuando un ion hidrogenado se libera para moverse, el segundo átomo de hidrógeno es enlazado al átomo de oxígeno con el cual comparte 10 electrones. Esto da lugar a otro ion negativo puesto que el número de electrones excede el número de protones. Por lo tanto se produce un 5 hidroxilo cargado negativamente.
[0020] La figura 7 demuestra la unidad de control de la invención.
[0021] La figura 8 es una vista delantera de la cámara de los electrodos.
[0022] La figura 9 es una vista lateral y demuestra las conexiones eléctricas de la cámara de electrodos.
' ^ [0023] La figura 10 es un diagrama del sistema que demuestra una fuente de agua con un sistema de filtro el cuál lleva y proporciona el agua al sistema de la desinfección de la actual invención.
[0024] La figura 11 es un bloque de diagrama más detallado del sistema de desinfección del CUADRO 10.
15 [0025] La figura 12 es un bloque diagrama más detallado del controlador del CUADRO 11.
20
25
30 DESCRIPCIÓN DETALLADA
[0026] Las medidas más relevantes de potencial REDOX se detallan en el CUADRO 1:
CUADRO 1:
Especies de oxidantes generados por el sistema de la invención
(los que están en negrita).
TABLA DE VALORES DE "OXIDANTES" DEL POTENCIAL DE REDUCCIÓN - OXIDACIÓN (ORP)
Nombre Químico Símbolo Valor ORP
Flúor F2 2.25
Radical Hidroxilo de oxígeno OH 2.05
Oxígeno monoatómico O 1.78
Ozono o3 1.52
Peróxido deHidrógeno H202 1.30
Permanganato Potásico KMn207 1 .22
Ácido Hipocloroso HCIO 1 .10
Cloro (Gas) Cl2 1 .00
Oxígeno o2 0.94
Hipoclorito de sodio NaCIO 0.69
[0027] Los diferentes términos usados que se mencionan y las descripciones de los mismos se presentan a continuación.
[0028] Estructura del agua: La molécula de agua es una sustancia química altamente estable. Ni se disocia ni se ioniza fácilmente. La molécula de H20 se compone de dos átomos de hidrógeno y de un átomo de oxígeno (véase fig. 2).
[0029] Hidrógeno: En una presión estándar y la temperatura, el hidrógeno elemental es un gas con la fórmula molecular H2. Ambos átomos de hidrógeno comparten dos electrones (véase fig. 3). [0030] Oxígeno: En una presión y temperatura estándar, el oxígeno elemental es un gas con el 02 de la fórmula molecular, con 8 protones, 8 neutrones y 8 electrones. Cada átomo de oxígeno comparte 4 electrones con otro átomo (véase ñg. 4).
[0031] Molécula de agua: En H20, compuesto por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, cada núcleo del hidrógeno es limitado al átomo de oxígeno central por un par de electrones que se compartan entre ellos (véase la fig. 5, que demuestra una posición de equilibrio de las cargas positivas y negativas en una molécula de agua).
[0032] Ionización: Cuando una corriente eléctrica se aplica al agua, la electrólisis y la ionización ocurren. Uno de los iones hidrogenados se escapa de la barrera potencial eléctrica que él limita a la molécula de agua, así produciendo un átomo de hidrógeno con un solo protón y ningunos electrones. Cuando el electrón negativo excede la barrera potencial eléctrica, el hidrógeno se convierte en un ion con una carga eléctrica positiva.
[0033] Ionización del agua: Cuando un ion de hidrógeno se libera para moverse, el segundo átomo de hidrógeno es en enlace al átomo de oxígeno con el cual comparte 10 electrones. Esto da lugar a otro ion negativo puesto que el número de electrones excede el número de protons, por consiguiente un ion hidroxilo cargado negativamente se produce (véase fig. 6).
[0034] Iones: El átomo que ha adquirido una carga eléctrica se llama un ion. Los átomos ionizados tienen una carga eléctrica negativa o positiva. Los átomos ionizados pueden tener una o más carga eléctrica negativa o positiva. Esto sucede cuando el átomo libera o coge uno o más electrones, así cambiando el equilibrio eléctrico entre los protones y los neutrones.
[0035] Aniones: Un anión es un ion con más electrones que los protones, dándole una carga negativa.
[0036] Cationes: Un catión es un ion con más protones que los electrones, dándole una carga positiva.
[0037] Conductividad: Por saber la cantidad de iones disueltos en agua, el parámetro de la "conductividad" se utiliza para caracterizar el tipo de agua.
[0038] Por ejemplo, un ion de sodio está positivamente cargado y un ion de cloro está negativamente cargado. El resultado de su combinación es sal de mesa; con una carga eléctrica neutral (es decir no tiene ninguna carga eléctrica). Cuando la sal se disuelve en agua destilada, el sodio se convierte en un ion cargado positivamente y el cloro es cargado negativamente y el agua se convierte en conductiva. El símbolo del átomo de cloro es Cl y el símbolo de un ion de cloro es C1-.
[0039] La invención adjunta descripta incluye las siguientes partes del aparato:
[0040] UNIDAD DE CONTROL ELECTRÓNICA: La figura 7 muestra una unidad de control (7) con unas placas electrónicas incorporadas interiormente que transforma la energía eléctrica estándar (220 V o 110 50 o 60 hertzios de V.) en energía eléctrica del bajo-voltaje-y-amperaje continua cuál entonces será aplicado a los electrodos situados en el compartimiento o cámara de los electrodos (6) manual o automáticamente. Tiene un teclado de programación y funcionamiento (1) para ajustar tiempo, programa, otras actuaciones según el modelo y modo de funcionamiento. Vale el mencionar de que la unidad de control es tal que el voltaje enviado a los electrodos (6), se ajusta automáticamente y continuamente, por consiguiente dicho ajuste es basado permanentemente en la conductividad del agua para obtener el amperaje deseado para la generación del ion de hidróxido necesario para oxidar los contaminantes, sin importar conductividad del agua y sin limitar la eficacia, como sucede en tecnologías actuales.
[0041] COMPARTIMIENTO O CAÑARA DE LOS ELECTRODOS: Uno o más compartimientos se hacen según las indicaciones de los CUADROS 8 y 9 y dependiendo de la aplicación y caudal, para alcanzar el propósito deseado de manejar el tipo de agua contaminada que fluirá el agua en ellos a través de la entrada y de la salida la cámara o compartimiento de electrodos. Tienen uno o varios pares de electrodos de titanium instalados paralelamente con una distancia por lo menos de 0.5 milímetros (dependiendo de conductividad del agua y dependiendo de la aplicación esta distancia puede variar). Cada electrodo tiene una conexión eléctrica con la cual el cable de la unidad de control está conectado y con cuál se envía la corriente eléctrica continua apropiada para la efectiva hidrólisis de las moléculas de agua de ocurrir independientemente de la conductividad. La energía eléctrica se envía a los electrodos de titanium (cubiertos con metales nobles) que trabaja como un par del cátodo-ánodo para la hidrólisis de las moléculas de agua utilizando el agua contaminada como materia prima para su proceso de desinfección (véase el CUADRO conexión eléctrica de 9] (7). La molécula de agua se disocia y se transforma en una gran cantidad de iones de hidroxilos (OH-), oxigeno monoatómico (Oí), etc., creando así una combinación de la especie oxidante existente (OH-) de más efecto oxidante para la desinfección del agua, evitando el uso de productos químicos. En la caja particular de iones de hidroxilos generados por la hidrólisis de las moléculas de agua, el potencial de la oxidación-reducción es 2.05, excedido solamente por el potencial para el flúor. Por lo tanto, el método de la actual invención es fácil de ejecutar debido a su simplicidad (véase los CUADROS 7, 8 y 9) puesto que exige solamente una unidad de control electrónica y uno o más compartimientos para los electrodos de titanium, dependiendo del tipo de agua y la aplicación, en donde la producción de iones de hidroxilos para la oxidación de los contaminantes presentes en el agua que atraviesa el compartimiento de los electrodos.
[0042] En el CUADRO 8, el compartimiento de los electrodos (6) (8) puede ser transparente para hacer los electrodos visibles. El dibujo demuestra la vista delantera del compartimiento (8). La vista lateral del compartimiento de los electrodos (el CUADRO 9) demuestra sus componentes: compartimiento o cámara de lectrodos (8), un par de electrodos (6), conexiones de cables (7) de la unidad de control electrónica (2), enchufe de la entrada del agua (9) y enchufe de la salida del agua (10).
[0043] Refiriendo a la figura 10, un circuito de desinfección del agua Modelo 100 abarca un depósito 102 del agua, que puede ser una piscina privada, un tanque del agua potable en un hogar y similares, conteniendo la filtración y desinfección que requieren del agua 104. Un conducto del agua 106 suministra el agua a un filtro 108 que suministre el agua filtrada a través de un conducto 110 al sistema 112 de la desinfección del agua de la actual invención. Está implícito que el filtro 108 puede contener varias bombas y el otro aparato de regulación del agua para permitir retirar y el bombeo del agua a través del sistema cerrado demostrado en el CUADRO 10. El sistema de desinfección utiliza los principios de la hidrólisis de la presente invención para desinfectar y descontaminar el agua y después para volverla vía el conducto 114 al tanque de agua 102. [0044] En el CUADRO 11, el sistema 112 de la descontaminación se demuestra para abarcar uno o más compartimientos o cámara de electrodos 112a, 112b, 112c, los etc. de los cuales todos ellos son suministrados por una corriente electrónica para crear los iones hidroxilos para desinfectar el agua que fluyen a través de los compartimientos o cámara de electrodos por la operación del regulador 120. Los múltiples 116, 118 de entrada y de la salida, respectivamente, proporcionan el agua a uno o más de los compartimientos o cámaras de electrodos individuales.
[0045] El controlador 120 muestra en la figura 12 se junta a una fuente de alimentación eléctrica 122 de la Corriente Alterna (ACV) la cuál puede suministrar voltaje de rejilla a un convertidor del voltaje y el regulador el cuál se utiliza para producir una tensión muy baja en la gama aproximadamente de 1 a 24 Voltios y ser regulado muy cuidadosamente en cuanto a su amplitud para producir justo la cantidad correcta de corriente eléctrica que atraviesa el agua de las cámaras de electrodos o los compartimientos 112. Según lo descrito previamente, la salida como pequeño voltaje de la magnitud en el cual pueda comenzar, e.g., 1 V, se aplica a los electrodos de la cámara o compartimiento del agua. El medidor de corriente actual 128 detecta la conductividad del agua a través de la corriente para detectar que nivel actual máximo no está excedido con el abastecimiento de su salida de detección actual al regulador de voltaje 126. El regulador de voltaje 126 es también sensible a un interfaz de usuario 130. El voltaje se intensifica lentamente para obtener apenas el amperaje correcto a través del agua en la cámara de electrodos o del compartimiento 112. Esto es un sistema cerrado y un proceso en curso según lo descrito previamente.
[0046] Implícitamente dentro del sistema de la Figura 12 está la necesidad de medir la conductividad del agua específica 104 la cual podrá ser tratada en esta aplicación dada. Un detector de flujo puede proveer la activación o desactivación del regulador en el momento de que circule agua.
[0047] La medición de la conductividad del agua es un proceso que es realizado indirectamente por el regulador 120. En un proceso ejemplar, la unidad de control electrónica hace salir un voltaje inicial de, e.g., 1 Voltio de corriente continua (DCV) a los electrodos que se encuentran en contacto con el agua. Una corriente inicial es detectada al fluir entre los electrodos y través del agua y esta intensidad de corriente se comunica de nuevo al regulador de voltaje 126. Si la corriente en el electrodo no excede una corriente máxima permitida en el sistema por la unidad de control electrónica, el voltaje se intensifica o disminuye gradualmente hasta alcanzar la corriente predeterminada y deseada "del punto de ajuste" que se ha preestablecido en el regulador de voltaje para producir una eficiente cantidad de iones hidroxilos a través de nuestro proceso de hidrólisis. En ese punto, la salida del voltaje se mantiene en su nivel mientras que el proceso trabaja continuamente para desinfectar el agua. Éste es un sistema de circuito cerrado o abierto que funciona en proceso continuo y no para mientras el agua circule a través de la cámara de electrodos.
[0048] Así, si la conductividad del agua es muy baja, es decir, la resistencia eléctrica es muy alta, la caja de control electrónica aumentará el voltaje de salida a los electrodos para alcanzar la corriente deseada entre los electrodos. Inversamente, si la conductividad del agua es demasiado alta, es decir, el agua tiene una resistencia baja a la corriente eléctrica, la caja de control electrónica ajustará el voltaje hacia abajo para mantener la corriente óptima deseada en el "punto de ajuste". La corriente del punto de ajuste es un valor que se piensa para ser mantenido una vez el sistema está en un modo de trabajo y es también un parámetro que es ajustado o programado por un instalador o en la fábrica dependiendo del modelo o el uso en particular. Por ejemplo, en ciertos usos, una mayor corriente se puede desear para producir una mayor cantidad de iones hidroxilos y aumentar el rendimiento en el proceso de la desinfección del agua.
[0049] El sistema cerrado del regulador 12 puede trabajar a una tarifa periódica que implica ajustando el voltaje a un índice de una vez al segundo o a tarifas mayores o más lentas dependiendo de un uso deseado. Puede incluir una cerradura de la histéresis para prevenir el ajuste del voltaje de la salida si la corriente no es cambiada por más que una cantidad predeterminada entre las medidas.
[0050] Para obtener rendimientos de procesamiento mayores o más bajos de la desinfección del agua, implicaría la utilización de electrodos más grandes que hacen mayor contacto con la superficie del agua o instalando cámara de electrodos múltiples tantas como sean necesarias para la aplicaccon y/o caudal a tratar, incluyendo diversos tamaños de fabricación de las cámaras de electrodos para obtener la capacidad deseada del flujo y el alojamiento necesario de electrodos. El sistema de la actual invención puede funcionar con o sin un filtro externo. Alternativamente, un filtro interno que puede ser un filtro estático o un diverso tipo de filtros se puede proporcionar en la entrada al sistema de la descontaminación. [0051] Preferiblemente, los electrodos son electrodos de titanium cubiertos con metales nobles para proteger la base de los electrodos de la propia oxidación producida por los iones hidroxilos.
[0052] Aunque la actual invención se haya descripta en lo referente a un tipo de cámara de compartimiento de electrodos, muchas otras variaciones y modificaciones y otras aplicaciones llegarán a ser evidentes a los expertos en la materia. Se prefiere, por lo tanto, que la actual invención no se limite para por el acceso específico adjunto.

Claims

REIVINDICACIONES:
1. Un aparato para producir los iones de hidroxilos a través de la hidrólisis de las moléculas de agua para oxidar contaminantes en el agua, el aparato caracterizado por:
Una o varias cámaras con electrodos según aplicación y/o caudal a tratar con un conducto de entrada y salida del agua para permitir a la misma atravesar los electrodos instalados dentro de la cámara.
Electrodos instalados dentro de la cámara de electrodos para recibir una corriente eléctrica adjustable y atravesar el agua dentro de la cámara de electrodos;
y una unidad de control electrónica configurable para convertir la corriente de alimentación de entrada eléctrica alterna (ACV) en una corriente eléctrica de baja tensión y de intensidad continua (DCV], la unidad de control 5 electrónica configurada para ajustar automáticamente el voltaje aplicado a los electrodos para establecer en el agua la intensidad de corriente eléctrica deseada sin importar la conductividad eléctrica del agua a tratar, de una forma que la cantidad de voltaje inyectado a los electrodos es el voltaje ideal para generar una cantidad máxima de iones de hidroxilos en el agua que es tratada0
independientemente de la conductividad de la misma incrementando el voltaje si la conductividad del agua es baja y disminuyedo el voltaje si la conductividad del agua se incrementa o varía, resolviendo de esta forma la limitación técnica presentada en el proceso de la hidrólisis hasta ahora ya que existe una relación directa entre la corriente generada entre los electrodos y la cantidad de iones de5 hidroxilos que se producen, a mayor corriente eléctrica entre los electrodos (amperios] mayor producción de iones hidroxilos.
2. El aparato de la reivindicación 1, en donde los contaminantes abarcan sustancias orgánicas e inorgánicas, bacterias, virus, protozoos y/o algas en aguas de red, de pozo, residuales, potables, de piscinas, spas, agua de mar, de torres deQ refrigeración, de aguas de lastre, de aguas de riego, rios, lagos, Fuentes, piscifactorías, aguas salobres o en cualquier tipo de agua a tratar para desinfectarla y/u oxidar la material orgánica y/o inorgánica ya que la conductividad propia de la misma no limitará la eficacia de producción de iones hidroxilos y el aparato de la reivindicación 1 funcionará en cualquier tipo de agua.
3. El aparato de la reivindicación 1, en donde la corriente eléctrica de alimentacióndel [ACV] es de 12 (DCV], 24 (DCV) y/o de 100 a 240 voltios, en 50 a 60Hz.
4. El aparato de la reivindicación 1, en el cual las unidades de control se configuran para aplicar a los electrodos un voltaje 1 y 24 voltios de Corriente Continua.
5. El aparato de la reivindicación 1, en donde la cámara de electrodos se constituye de una pluralidad de compartimientos individuales, con los electrodos respectivos en cada uno de los compartimientos individuales.
6. El aparato de la reivindicación 1, en donde los electrodos se constituyen de los electrodos de titanio cubiertos con una cobertura de metales nobles para protección de los mismos de la propia oxidación producida por los iones hidroxilos y ademas permitir la generación apropiada de los mismos.
7. Los aparatos de la reivindicación 1, incluyendo un sensor de flujo de circulación del agua que detecte cuando el agua está circulando a través de la cámara de electrodos y active automáticamente la unidad de control electrónica para que detecte la conductividad del agua y envíe el voltaje eléctrico adecuado en el momento que haya circulación de agua a través de la cámara de electrodos, de la misma forma que el sensor de flujo corte el suministro eléctrico a los electrodos y el sistema se quede de modo "STAND-BY" o preparado para cuando vuelva a circular agua a través de la cámara con electrodos.
8. El aparato de la reivindicación 1, conjuntamente con un sistema de la filtración del agua que bombea y filtra el agua de una reserva de agua, o sistema abierto y la proporciona al aparato de desinfección.
9. Un método de desinfección del agua, abarcando los pasos de: proveer un compartimiento o cámara de electrodos para la entrada y salida de agua a través de la misma circulando internamente y atravesando la superficie de los electrodos instalados dentro de la cámara o compartimiento; unos electrodos de colocación en el compartimiento o cámara de electrodos para recibir corriente eléctrica que pueda atravesar el agua y convertir la energía eléctrica en una corriente eléctrica de la intensidad continua deseada; y automáticamente el ajuste del voltaje se aplique a los electrodos para establecer en el agua a la intensidad corriente eléctrica deseada, sin importar la conductividad eléctrica del agua, de una forma que genera una cantidad máxima de iones de hidroxilos en el agua que es tratada, independientemente de que el agua sea poco o muy conductiva.
10. El método de la reivindicación 9, incluyendo la aplicación a los electrodos 5 de un voltaje en un rango de entre 1 y 24 (DCV).
11. El método de la reivindicación 9, incluyendo proveer del compartimiento o cámara de electrodos bajo la forma de pluralidad de compartimientos individuales, los electrodos respectivos proporcionados en cada uno de los compartimientos individuales dependiendo de la aplicación, potencia, caudal o
Q tipo de agua a tratar.
12. El método de la reivindicación 9, incluyendo la detección automática de la conductividad del agua a través de los electrodos para enviar el voltaje apropiado y poder obtener la corriente eléctrica programada en la unidad de control electrónica para asegurarse el correcto funcionamiento y la máxima
' 5 cantidad de iones hidroxilos deseados.
13. El método de la reivindicación 9, incluyendo el abastecimiento de un caudal de flujo de agua a través de un sistema de filtración del agua y bombeo del agua filtrada al aparato de desinfección.
14. El método de la reivindicación 9, incluyendo la posibilidad de auto >ø programarse la unidad de control electrónica incrementando o disminuyendo el tiempo de funcionamiento del aparato de acuerdo a la temperatura del agua ya que a través de la misma podemos automatizar el proceso de desinfección del agua sin tener que re-programar el aparato constantemente de forma manual según la temperatura del agua ya que a mayor temperatura, mayor tiempo de funcionamiento en especial en sistemas de tratamiento de aguas cerrados.
0
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