ES2869598T3

ES2869598T3 - Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico

Info

Publication number: ES2869598T3
Application number: ES15816126T
Authority: ES
Inventors: August Johannes Marie Pemen; Wilhelmus Frederik Laurens Maria Hoeben; Ooij Pieter Polo Van; Paulus Hendrikus Maria Leenders
Original assignee: Vitalfluid BV
Current assignee: Vitalfluid BV
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2021-10-25
Anticipated expiration: 2035-12-14
Also published as: WO2016096751A1; DK3235350T3; US10669169B2; AU2015367787A1; EP3235350B1; US20180327283A1; NZ732411A; KR20170097063A; CA2969487A1; CN107406280B; AU2015367787B2; CN107406280A; CA2969487C; EP3235350A1

Abstract

Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico, que comprende: a) una cámara de reacción, donde dicha cámara de reacción comprende - una entrada de gas, - una entrada de agua, - una salida combinada de gas y agua, - un electrodo de tierra y electrodos de reacción configurados para generar, en funcionamiento, especies de oxígeno reactivo, ROS, y especies de nitrógeno reactivo, RNS, en forma de gas, donde dicha entrada de gas y dicha entrada de agua están dispuestas excéntricamente desde dicha cámara de reacción y dicha salida combinada de gas y agua está dispuesta en un centro de una superficie inferior de dicha cámara de reacción o a una altura de la misma, de manera que, en funcionamiento, cuando el agua fluye a través de ella, se genera un movimiento vorticial de agua y aire para mezclar el agua con dichas ROS y RNS, donde dichos electrodos de reacción i) comprenden un electrodo de plasma térmico y un electrodo de plasma no térmico, donde dicho electrodo de plasma térmico está configurado para generar un plasma térmico y donde dicho electrodo de plasma no térmico está configurado para generar un plasma no térmico, o ii) están configurados de tal manera que puedan conectarse a un suministro de potencia de manera conmutable para generar, en funcionamiento, tanto el plasma térmico como el no térmico con ciclos de trabajo predefinidos, donde el reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico está configurado para generar agua activada por plasma que tiene un pH que varía de 0 a 7, o un valor de potencial de oxidación-reducción, ORP, que varía de 200 mV a 800 mV, y b) un depósito de agua activado por plasma, donde dicho depósito de agua está dispuesto para recibir dicha agua activada por plasma de dicha cámara de reacción y dispuesto para devolver dicha agua activada por plasma a dicha cámara de reacción.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico

CAMPO DE LA INVENCIÓN

[0001] La presente invención se refiere generalmente al agua activada por plasma. Más particularmente, la invención se refiere a un sistema de plasma térmico y no térmico para generar agua activada por plasma.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0002] El agua se puede "activar" aplicando plasma en contacto con el agua, por ejemplo, creando plasma dentro (burbujas en) del agua, o a lo largo de una superficie de agua. El agua activada por plasma (PAW) contiene típicamente peróxido de hidrógeno, nitratos, nitritos, donde se forma peroxinitrito debido a una reacción con nitrito y peróxido de hidrógeno en un ambiente ácido, y solo está presente en PAW durante un periodo de aproximadamente 15 minutos después de la activación. Además, pAw tiene típicamente un pH que varía de 0 a 7. Los componentes de PAW y el pH bajo han demostrado efectos antimicrobianos sinérgicos contra bacterias, biopelículas, levaduras y otros microorganismos. PAW se puede usar como fertilizante natural, mejora la germinación de las semillas y estimula el crecimiento de las plantas.

[0003] Los métodos actuales de producción de PAW emplean plasma no térmico (o frío) o plasma térmico. La combinación de ambos tiene varias ventajas, pero hasta ahora nunca se había realizado. Un plasma no térmico produce esencialmente especies de oxígeno reactivo y de nitrógeno reactivo (ROS, RNS) en la fase gaseosa, que da como resultado la formación de los productos en el agua.

[0004] En particular, la producción de ROS (es decir, peróxido de hidrógeno) es eficaz con plasma no térmico. La figura muestra un gráfico del estado de la técnica de pH y concentraciones típicos para peróxido, nitrito y nitrato para plasma tanto térmico como no térmico.

[0005] Para la creación de RNS en el agua, un plasma térmico es más eficiente debido a la temperatura relativamente alta de dicho plasma, que produce concentraciones más altas con baja creación de peróxido, donde las altas temperaturas descomponen el peróxido y el peroxinitrito es un isómero de nitrato y muy inestable, donde este componente siempre se descompondrá rápidamente.

[0006] La producción de nitrato como resultado del proceso de activación ha mostrado ser muy eficiente desde el punto de vista energético y se puede usar como una alternativa eficiente de energía para la producción de componentes de nitrógeno en fertilizantes, actualmente producidos por el proceso Haber-Bosch de alto consumo energético. El proceso de activación también ha mostrado ser eficiente para la producción de peróxido.

[0007] P.Lukes et Al, "Generation of ozone by a pulsed corona discharge over water surface in hybrid gas-liquid electrical discharge reactor" en J.Phys.D: Appl.Phys.38 (2005) 409-416, divulga un reactor que combina descargas de plasma no térmicas formadas por encima del agua con descargas de tipo corona generadas bajo el agua. La US 2014/0326681 divulga un sistema para tratar agua corriente con una descarga de plasma de barrera dieléctrica para eliminar o controlar el crecimiento de especies microbiológicas. J.Zhang et Al, "Remove of phenolic compounds in water by low-temperature plasma: a review of current research" en J. Water Resource and Protection, 2009, 2,99-109, analiza el progreso de las investigaciones sobre tratamientos con plasma a baja temperatura para la degradación de compuestos fenólicos. A. Lindsay et Al, "Fertilisation of radishes, tomatoes, and marigolds using a large-volume atmospheric glow discharge" en Plasma Chem Plasma Process (2014), 34:1271-1290 divulga un reactor de PAW de descarga luminiscente de gran volumen y bajo voltaje para optimizar el crecimiento de rábanos, tomates y caléndulas.

[0008] El amplio rango de aplicaciones potenciales requiere un buen control sobre la composición de PAW. Esto es difícil con los métodos actuales, donde se requieren mayores rendimientos de producto y mayores índices de producción.

[0009] Lo que se necesita es un sistema y un método de producción de PAW que incluya el empleo de plasma tanto térmico como no térmico, donde los dos modos de plasma se pueden generar de forma individual o simultánea.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

[0010] Para abordar las necesidades de la técnica, la presente invención proporciona el sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico según la reivindicación 1.

[0011] Las formas de realización preferidas de la presente invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

[0012] El sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico de la presente invención incluye una cámara de reacción, donde la cámara de reacción incluye una entrada de gas, una entrada de agua, una salida combinada de gas y agua, un electrodo de tierra y electrodos de reacción que permiten la generación de plasma térmico y no térmico. El sistema incluye, además, un depósito de agua activado por plasma que está dispuesto para recibir el agua activada por plasma de la cámara de reacción y dispuesto para devolver el agua activada por plasma a la cámara de reacción.

[0013] Según un aspecto de la invención, el depósito de agua incluye un conducto de agua que conecta el depósito de agua a la entrada de agua de la cámara de reacción, donde el conducto de agua incluye una bomba de agua dispuesta para mover agua desde el depósito de agua hasta la cámara de reacción.

[0014] En otro aspecto de la invención, el depósito de agua incluye un conducto de gas que conecta un espacio de aire del depósito de agua a la entrada de gas de la cámara de reacción, donde el conducto de gas incluye una bomba de gas dispuesta para mover gas desde el depósito de agua hasta la cámara de reacción. En un aspecto, el conducto de gas incluye, además, un puerto de aire fresco, donde el puerto de aire fresco está dispuesto para introducir aire fresco en el conducto de gas, donde el aire fresco se introduce en la entrada de gas de la cámara de reacción.

[0015] Según otro aspecto de la invención, la cámara de reacción incluye un conducto de agua activado por plasma que conecta la cámara de reacción al depósito de agua, donde el conducto de agua activado por plasma incluye un elemento de enfriamiento dispuesto para enfriar el agua activada por plasma que se mueve desde la cámara de reacción hasta el depósito de agua. En un aspecto, el conducto de agua activado por plasma incluye una bomba de agua activada por plasma dispuesta para mover el agua activada por plasma desde la cámara de reacción hasta el depósito de agua. En el aspecto adicional, el conducto de agua puede incluir un mezclador estático, un mezclador venturi o un mezclador ciclónico. En otro aspecto, el elemento de enfriamiento se reemplaza por un mezclador estático.

[0016] Según un aspecto de la invención, el electrodo no térmico y el electrodo térmico se encienden y apagan de forma independiente, en oposición o en tándem.

[0017] En otro aspecto de la invención, el electrodo de plasma térmico está conectado a un voltaje de CA pulsado, un voltaje de CC positivo o un voltaje de CC negativo.

[0018] Según un aspecto adicional de la invención, el electrodo no térmico está conectado a un voltaje de RF pulsado, un voltaje de CA-RF o un voltaje de CC, donde el voltaje de CC incluye un elemento de impedancia en serie óhmica.

[0019] En otro aspecto de la invención, la cámara de reacción incluye una porción térmica separada de una porción no térmica, donde la porción térmica está conectada a la porción no térmica por un conducto de cámara de reacción, donde la porción térmica incluye el electrodo térmico, donde la porción no térmica incluye el electrodo no térmico. En un aspecto, el electrodo no térmico está acoplado a la entrada de gas, donde la entrada de gas está acoplada a la entrada de agua de la cámara de reacción, donde el agua en la entrada de agua es activada por plasma por el electrodo no térmico a medida que se introduce gas en la entrada de agua según las fuerzas venturi de dicha entrada de agua.

[0020] Según otro aspecto de la invención, los electrodos térmicos y no térmicos producen especies de oxígeno reactivo y de nitrógeno reactivo en el agua activada por plasma.

[0021] En otro aspecto de la invención, el sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico está configurado para producir una especie de nitrógeno fertilizante o una especie de peróxido de hidrógeno.

[0022] En otro aspecto de la invención, el electrodo de plasma no térmico incluye una pluralidad de electrodos no térmicos, donde la energía se divide uniformemente entre toda la pluralidad de electrodos no térmicos.

[0023] Según un aspecto adicional de la invención, el electrodo de tierra incluye un recipiente metálico y la cámara de reacción incluye un vidrio o una cámara dieléctrica, donde la corriente de plasma es conducida por una pared del vidrio o la cámara de reacción dieléctrica, donde la corriente de plasma incluye una corriente de desplazamiento o una corriente capacitiva. En un aspecto, el recipiente metálico es una hoja metálica.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0024]

Figura 1 muestra un gráfico de la técnica anterior de pH típico y concentraciones típicas de peróxido, nitrito y nitrato para plasma tanto térmico como no térmico.

Figura 2A muestra un reactor de PAW con: electrodo(s), tapa de reactor, entrada de gas, entrada de agua, salida de gas y agua, electrodo de tierra, carcasa de reactor, nivel de agua, según una forma de realización de la invención.

Figura 2B muestra un reactor de PAW con un electrodo de tierra que es un recipiente metálico que sostiene la carcasa de reactor de vidrio, según una forma de realización de la invención, según una forma de realización de la invención.

Figuras 3A-3G muestra un sistema de reactor de circuito cerrado para la producción de PAW que incluye (3A) sistema de recirculación con bomba de aire y agua y entrada de aire fresco; (3B) sistema de recirculación con una bomba en la salida de agua/gas y una entrada de aire fresco, (3C) y (3D) son lo mismo que (3A) y (3B), pero sin entrada de aire fresco, y (3E) es lo mismo que (3B) con una bomba de agua, donde los reactores tienen múltiples electrodos que crean plasma térmico, combinados con múltiples electrodos que crean plasma no térmico, (3f ) es lo mismo que (3C) con electrodos térmicos solo en el reactor y sin la bomba de aire, donde el electrodo no térmico está acoplado con un puerto venturi que entra en el puerto de agua de retorno a la cámara del reactor principal, (3G) es lo mismo que (3C), con el elemento de enfriamiento reemplazado por un mezclador estático, según una forma de realización de la invención.

Figura 4 muestra la cámara de reacción que tiene una porción térmica separada de una porción no térmica, donde la porción térmica está conectada a la porción no térmica por un conducto de la cámara de reacción, donde la porción térmica incluye el electrodo térmico, donde la porción no térmica incluye el electrodo no térmico, según una forma de realización de la invención.

Figura 5 muestra un electrodo que tiene un aislante, un electrodo no térmico y un electrodo térmico, según una forma de realización de la invención.

Figuras 6A-6D muestra gráficos de valores de pH resultantes de NO²y H²O²frente a la energía de plasma por volumen, según formas de realización de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0025] La presente invención proporciona un sistema y un método de producción de PAW que incluye utilizar plasma tanto térmico como no térmico, donde los dos modos de plasma se pueden generar de forma individual o simultánea. Según una forma de realización de la invención, la energía de ambos modos de plasma y los tiempos de encendido/apagado de ambos modos de plasma (por lo tanto, la potencia del plasma) se pueden controlar de forma independiente, lo que permite un buen control sobre las concentraciones de productos de especies de oxígeno reactivo (ROS) y especies de nitrógeno reactivo (RNS), y de los valores de pH, potencial de oxidaciónreducción (ORP) y conductividad eléctrica (CE) del PAW. El control de estas variables permite optimizar los rendimientos de producción de los distintos componentes de PAW. Esto permite un control total sobre la composición del PAW y el ajuste del PAW.

[0026] La presente invención asegura la utilización óptima de las especies reactivas producidas por el plasma. Se proporciona una mezcla eficiente del agua y del gas reactivo producido por el plasma, de modo que las especies reactivas se utilizan y se disuelven muy bien en el agua. En una forma de realización de la invención, una salida combinada de gas/agua y un reciclado controlado de la fase gaseosa, como la circulación cerrada del gas, asegura la reutilización del gas de plasma para que las especies reactivas no se desperdicien después del paso del gas a través del reactor. En otra forma de realización, se proporciona amortiguación de la cantidad de agua que se va a activar que incluye un depósito de agua, donde el sistema de producción de PAW se puede estandarizar hacia la cantidad de agua que se va a tratar. La invención proporciona un método para activar agua o un líquido en una única pasada. Este aspecto de seguimiento proporciona un método para activar el agua en una sola pasada para que la PAW se pueda aplicar directamente después de la activación en el punto de uso, lo que permite la posibilidad de utilizar las fuertes propiedades desinfectantes y oxidantes a corto plazo de PAW.

[0027] Una forma de realización ejemplar del reactor se muestra en la figura 2A, que incluye un sistema cerrado con uno o con múltiples electrodos, un electrodo de tierra, una entrada de agua, una entrada de gas, una salida combinada de agua y gas y una carcasa de reactor. El electrodo de tierra puede incluir un electrodo de clavija metálica dentro del agua. En una forma de realización, mostrada en la figura 2B, el electrodo de tierra es un recipiente metálico que sostiene también la carcasa de reactor de vidrio. La corriente de plasma es conducida por la pared de vidrio, por ejemplo una pared dieléctrica, como corriente de desplazamiento o corriente capacitiva. En una forma de realización, el recipiente metálico también puede ser una hoja metálica. Volviendo a la figura 2A, el agua fluye a través del reactor con nivel de agua. El aire fluye a través del reactor en el volumen por encima del nivel de agua.

[0028] Dentro del reactor, se pueden generar dos modos de plasma en el volumen de gas por encima de la capa de agua. Ambos modos se pueden generar y controlar de forma individual o simultánea. En esta forma de realización ejemplar, el plasma térmico se genera usando un electrodo de clavija metálica colocado a una distancia predefinida por encima del agua (Figura 2A). El electrodo se puede conectar a un alto voltaje de CA pulsado, de CC positivo o de CC negativo. Además, el electrodo no térmico se puede conectar a un voltaje de RF pulsado, un voltaje de CA-RF, o un voltaje de CC, donde el voltaje de CC incluye un elemento de impedancia en serie óhmica. El voltaje debe ser lo suficientemente alto para encender el plasma térmico, que es un arco pulsado, de CA o continuo. Para controlar la corriente a través del plasma, se puede reducir el voltaje aplicado una vez que se enciende el plasma (pero no por debajo del voltaje de extinción), y/o se puede usar un condensador en serie. La corriente a través del plasma afecta a la temperatura del arco y, en consecuencia, al índice de formación de la ROS y la RNS. La erosión eventual de los electrodos se puede reducir aminorando la corriente de plasma, aplicando material de electrodo dedicado, aplicando ato voltaje de CC negativo al aplicar voltajes pulsados.

[0029] Para la generación de plasma no térmico, se aplica un segundo electrodo o un segundo conjunto de electrodos, donde el electrodo puede ser un electrodo de clavija metálica, o el conjunto de electrodos pueden ser una matriz de electrodos de clavija metálica, un electrodo de barrera dieléctrica (de superficie) o electrodos de hilo de corona. Estos electrodos están conectados a alto voltaje pulsado o de AC-RF, que es suficientemente alto para generar el plasma no térmico. También se puede aplicar un alto voltaje de CC, donde se necesita una impedancia en alta serie óhmica para mantener y estabilizar el plasma no térmico.

[0030] En una forma de realización de la invención, los mismos electrodos se utilizan para generar el plasma térmico y no térmico al cambiar el suministro de potencia entre un modo térmico y uno no térmico con ciclos de trabajo predefinidos.

[0031] En otra forma de realización, el reactor es parte de un sistema de circuito cerrado, como se muestra en las figuras 3A-3G, que incluye un depósito de agua. En el sistema de circuito, tanto el agua como el aire circulan a través del reactor para controlar la activación del plasma. La circulación se puede habilitar mediante una bomba separada de aire y agua, como se muestra en la figura 3A y la figura 3C, o por una sola bomba en la salida de gas y agua, como se muestra en la figura 3B y la figura 3D. La figura 3E es igual que la figura 3B con una bomba de agua, donde los reactores tienen múltiples electrodos que crean plasma térmico, combinados con múltiples electrodos que crean plasma no térmico. En este último caso, la presión en el circuito de reactor se reducirá ligeramente. Durante la activación del plasma, se consumirá aire, ya que ROS y RNS, ambas producidas a partir del aire, se disolverán parcialmente en el agua, y la formación de ROS y RNS consume aire. Las configuraciones mostradas en la figura 3A y la figura 3B permiten el reciclaje controlado de la fase gaseosa con dosificación de aire fresco periódica o continua. Para las configuraciones como en la figura 3C y la figura 3D, la proporción de agua/aire debe ajustarse de modo que haya suficiente aire para realizar las propiedades de PAW especificadas. La figura 3F muestra una configuración similar a la figura 3C, con electrodos térmicos solo en el reactor, y sin la bomba de aire, donde el electrodo no térmico está acoplado con un puerto venturi que entra en el puerto de agua de retorno a la cámara del reactor principal. La figura 3G muestra una configuración similar a figura 3C, con el elemento de enfriamiento reemplazado o combinado con un mezclador estático.

[0032] La figura 4 muestra la cámara de reacción que tiene una porción térmica separada de una porción no térmica, donde la porción térmica está conectada a la porción no térmica por un conducto de la cámara de reacción, donde la porción térmica incluye el electrodo térmico, donde la porción no térmica incluye el electrodo no térmico, según una forma de realización de la invención. La figura muestra un electrodo que tiene un aislante, un electrodo no térmico y un electrodo térmico, según una forma de realización de la invención.

[0033] Para asegurar que las especies reactivas se utilicen y disuelvan muy bien en el agua, se asegura una muy buena mezcla del agua y el gas reactivo producido por el plasma mediante las características mostradas en las figuras 2A-2B, que incluyen que la entrada de gas y la entrada de agua del reactor están colocadas de manera excéntrica, mientras que la salida se coloca bastante alta o, en otro caso, típicamente baja en el centro del reactor. Esto da como resultado un movimiento vorticial del aire y el agua, lo que mejora la mezcla de las especies reactivas. Al usar una salida combinada de agua/gas, el gas de plasma discurre junto con el agua tratada a través de la salida para maximizar el contacto de ROS y RNS con el agua. El aire en la reacción se recicla para reutilizar las ROS y RNS del ciclo precedente. Por lo tanto, el gas reactivo producido por el plasma no se desperdicia. La forma del reactor y la entrada de suministro de agua y aire se puede posicionar de manera que un vórtice se crea dentro de la cámara de reacción para optimizar adicionalmente la interfaz entre y el mezclado del plasma y agua/líquido para ser tratado. La forma del reactor puede ser cónica, pero también una forma venturi o forma ciclónica.

[0034] El método tiene muchos parámetros que se pueden ajustar de forma independiente y se pueden usar para controlar de manera óptima el proceso de PAW hacia una determinada aplicación, un índice/tiempo de tratamiento deseado, o hacia la cantidad de agua que se va a tratar. Estos parámetros incluyen ajustar la potencia del plasma y el tiempo de encendido/apagado del plasma (o ciclo de trabajo), de manera independiente para cada uno de los dos modos de plasma, ajustar el caudal tanto del aire como del agua, variar la cantidad de agua en el depósito, ajustar el índice de refresco de aire en el circuito de reciclaje, variar la presión absoluta en el reactor y optimizar la interfaz de agua y plasma.

[0035] Se ha fabricado y probado con éxito un prototipo ejemplar mediante experimentos de laboratorio. Se ha producido un primer lote de 15 litros de PAW con este prototipo para las pruebas exitosas de FloraHolland sobre cómo aumentar la vida útil de las flores en florero. Por medio de una configuración de laboratorio, se ha demostrado que el método se puede usar para producir PAW con propiedades controladas. Las pruebas realizadas por socios del proyecto EFRO muestran que el PAW producida reduce exitosamente la infección de las plantas por botritis (gerbera/rosas) y da como resultado una reducción de hasta 5 logaritmos de bacterias que son dañinas para la salud humana.

[0036] Las figuras 6A-6D muestran gráficos de los valores de pH resultantes de NO²- y H²O²frente a la energía del plasma por volumen, según la presente invención.

[0037] Otras aplicaciones de PAW son la descalcificación para la prevención de la formación de cal, la germinación de semillas y el uso para alimentar con agua a cultivos y plantas para aumentar el crecimiento de las plantas como fertilizante natural. En un ejemplo, cuando se usa PAW dentro de aproximadamente 15 minutos después de su producción, se logra una reducción de log 8,4 de S. Epidermidis en 5 minutos y una reducción de log 6,5 para S. Aureus en 10 minutos.

[0038] La tecnología de PAW se utiliza para purificar y/o desinfectar aguas residuales, agua potable o cualquier otra agua que necesite ser purificada o desinfectada. La presente invención permite la producción de PAW usando exclusivamente aire, electricidad y agua, donde no se añaden otros productos químicos.

[0039] Para aplicaciones médicas, PAW permite la desinfección de piel humana, heridas, canales radiculares en dientes, instrumentos médicos, equipos y superficies. Además de la desinfección, la esterilización se habilita debido a un efecto sinérgico de combinar PAW con un desinfectante suave. Las ROS y RNS disueltas en el PAW no solo dan como resultado la desinfección, sino que también juegan un papel en otros procesos biológicos importantes. La aplicación de PAW sobre la piel humana limpiará y desinfectará completamente la piel. De este modo, los microorganismos se matarán sin afectar a la piel y al tejido sano. Esto permite el tratamiento de enfermedades de la piel, como infecciones por hongos en los pies, psoriasis, hongos en las uñas, etc.

[0040] Para aplicaciones agrícolas, la invención permite la protección, desinfección y germinación de semillas, plantas, flores, verduras y cultivos, y el aumento del crecimiento de las plantas, donde el sistema de PAW térmico y no térmico está configurado directamente para producir PAW en un cultivo, donde el líquido/agua activado se rocía inmediatamente, o después de que la PAW se haya almacenado, o se haya aplicado de cualquier otra forma. Esto asegura el uso de PAW en su forma más activa. PAW puede extender significativamente la vida útil de las flores cortadas en florero. También los capullos de flores (rosas) infectados con botritis pueden reducirse en aproximadamente un 60 %. PAW se puede usar como alternativa a los biocidas y pesticidas existentes en la agricultura y la horticultura. La RNS disuelta se puede usar como materia prima para plantas y cultivos.

[0041] Otras aplicaciones pueden ser la limpieza de aguas residuales/de bebida, eliminación de incrustaciones por biopelículas de membranas, como membranas para la limpieza de agua potable. Específicamente, la producción de componentes de nitrógeno que se pueden usar como fertilizante para cultivos y plantas es una aplicación muy interesante, ya que el consumo de energía del proceso de PAW es mucho menor que el proceso Haber-Bosch utilizado actualmente. El proceso de producción de PAW se puede utilizar específicamente para producir peróxido de hidrógeno que se usa para la desinfección y como materia prima en los procesos de producción química.

[0042] En este documento se proporcionan aspectos importantes de la invención. En un aspecto, el reactor genera un plasma térmico y/o un plasma no térmico para activar agua o un líquido que forma agua activada por plasma (PAW) o líquido activado por plasma. Ambos plasmas pueden discurrir independiente entre sí o simultáneamente. En otro aspecto, la producción de especies reactivas, ROS y RNS y otros componentes del plasma, se puede controlar combinando plasmas térmicos y no térmicos, por lo que, de esta manera, se controla la composición de PAW o líquido activado. Según un aspecto adicional, el gas activado por plasma se mezcla con el líquido de tal manera que las especies reactivas, ROS y RNS, pueden penetrar y disolverse en el líquido, es preferible utilizar un vórtice, pero también se proporcionan burbujas de gas en el líquido o hacer una pulverización del líquido para mezclarlo con el plasma. Además, la presión se puede reducir o aumentar para mejorar el proceso de activación.

[0043] En una forma de realización, el reactor incluye 1 o más electrodos en los que los plasmas se encenderán y mantendrán durante el proceso de activación. Este puede ser un plasma térmico y un plasma no térmico que discurren de forma independiente entre sí o simultánea.

[0044] Según un aspecto adicional, el reactor incluye una entrada separada de agua y aire, donde ambos flujos se pueden ajustar a un proceso de activación específico. Las entradas de agua y aire están situadas en el reactor, de modo que crean un vórtice para optimizar la interfaz entre el plasma y el líquido. La salida del reactor también se puede ajustar de forma independiente. Conforme a la presente invención, la combinación de plasma no térmico y térmico se controla para crear PAW con un pH que varía de 0 a 7, o un valor de ORP que varía de 200 mV a 800 mV. En ejemplos adicionales que no forman parte de la presente invención, la calidad y composición del PAW no se limita a estos valores. Esta combinación también ofrece la posibilidad de controlar la producción y los índices de producción de peróxido de hidrógeno, nitrato, nitrito y cualquier otra ROS y RNS.

[0045] Según un aspecto adicional de la invención, la forma del reactor está configurada para un contacto óptimo entre el plasma y el líquido que se está tratando, donde el reactor tiene preferiblemente una forma cónica, un reactor en forma de venturi y/o un reactor en forma de ciclón. La presión en el reactor se puede reducir o incrementar para optimizar la interfaz entre el plasma y el líquido tratado.

[0046] En otro aspecto, la invención está configurada para diluir el PAW para obtener una concentración deseada de cualquier componente de PAW, pH, ORP o valor de EC. Un depósito en el que se almacena el líquido o el agua y se bombea a través del reactor para producir PAW, el depósito se puede usar para almacenar el PAW hasta que se aplique en una aplicación deseada.

[0047] La presente invención se ha descrito ahora de acuerdo con varias formas de realización ejemplares, que están destinadas a ser ilustrativas en todos los aspectos, más que restrictivas. Por lo tanto, la presente invención es capaz de muchas variaciones en la implementación detallada, que se pueden derivar de la descripción contenida aquí por una persona con conocimientos ordinarios en la técnica sin apartarse del alcance de la invención, donde dicho alcance está definido por las reivindicaciones adjuntas.

[0048] Por ejemplo, durante un periodo de aproximadamente 15 min después de su activación, el PAW tiene propiedades desinfectantes muy fuertes, tales como realizar una reducción logarítmica de bacterias de 6 a 8 como S. Epidermidids y S. Aureus. Después este periodo de aproximadamente 15 min, el PAW tiene propiedades desinfectantes "leves", que pueden durar un periodo de al menos 1,5 años después de su producción (cuando el PAW es correctamente almacenada: enfriada, oscura y aislada del aire). Por lo tanto, el PAW formada por la presente invención puede tener dos versiones diferentes: un desinfectante muy potente que debe ser usado dentro de los 15 min posteriores a su activación de plasma, y un desinfectante más moderado que se puede almacenar durante al menos 1,5 años y mantiene sus propiedades desinfectantes durante este largo periodo cuando se almacena correctamente.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico, que comprende:

a) una cámara de reacción, donde dicha cámara de reacción comprende

- una entrada de gas,

- una entrada de agua,

- una salida combinada de gas y agua,

- un electrodo de tierra y electrodos de reacción configurados para generar, en funcionamiento, especies de oxígeno reactivo, ROS, y especies de nitrógeno reactivo, RNS, en forma de gas,

donde dicha entrada de gas y dicha entrada de agua están dispuestas excéntricamente desde dicha cámara de reacción y dicha salida combinada de gas y agua está dispuesta en un centro de una superficie inferior de dicha cámara de reacción o a una altura de la misma, de manera que, en funcionamiento, cuando el agua fluye a través de ella, se genera un movimiento vorticial de agua y aire para mezclar el agua con dichas ROS y RNS, donde dichos electrodos de reacción

i) comprenden un electrodo de plasma térmico y un electrodo de plasma no térmico, donde dicho electrodo de plasma térmico está configurado para generar un plasma térmico y donde dicho electrodo de plasma no térmico está configurado para generar un plasma no térmico, o

ii) están configurados de tal manera que puedan conectarse a un suministro de potencia de manera conmutable para generar, en funcionamiento, tanto el plasma térmico como el no térmico con ciclos de trabajo predefinidos,

donde el reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico está configurado para generar agua activada por plasma que tiene un pH que varía de 0 a 7, o un valor de potencial de oxidación-reducción, ORP, que varía de 200 mV a 800 mV, y

b) un depósito de agua activado por plasma, donde dicho depósito de agua está dispuesto para recibir dicha agua activada por plasma de dicha cámara de reacción y dispuesto para devolver dicha agua activada por plasma a dicha cámara de reacción.

2. Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico según la reivindicación 1, donde dicho depósito de agua comprende un conducto de agua que conecta dicho depósito de agua a dicha entrada de agua de la cámara de reacción, donde dicho conducto de agua comprende una bomba de agua dispuesta para mover agua desde dicho depósito de agua hasta dicha cámara de reacción.

3. Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico según la reivindicación 1, donde dicho depósito de agua comprende un conducto de gas que conecta un espacio superior de dicho depósito de agua a dicha entrada de gas de la cámara de reacción, donde dicho conducto de gas comprende una bomba de gas dispuesta para mover gas desde dicho depósito de agua hasta dicha cámara de reacción.

4. Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico según la reivindicación 3, donde dicho conducto de gas comprende, además, un puerto de aire fresco, donde dicho puerto de aire fresco está dispuesto para introducir aire fresco en dicho conducto de gas, donde dicho aire fresco se introduce en dicha entrada de gas de la cámara de reacción.

5. Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico según la reivindicación 1, donde dicha cámara de reacción comprende un conducto de agua activado por plasma que conecta dicha cámara de reacción a dicho depósito de agua, donde dicho conducto de agua activado por plasma comprende un elemento de enfriamiento dispuesto para enfriar dicha agua activada por plasma que se mueve desde dicha cámara de reacción hasta dicho depósito de agua.

6. Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico según la reivindicación 5, donde dicho conducto de agua activado por plasma comprende una bomba de agua activada por plasma dispuesta para mover dicha agua activada por plasma desde dicha cámara de reacción hasta dicho depósito de agua, donde opcionalmente dicho depósito de agua comprende un mezclador seleccionado del grupo que consiste en un mezclador estático, un mezclador venturi y un mezclador ciclónico.

7. Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico según la reivindicación 1, donde dicha cámara de reacción comprende un conducto de agua activado por plasma que conecta dicha cámara de reacción a dicho depósito de agua, donde dicho conducto de agua activado por plasma comprende un mezclador estático; o el sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico según la reivindicación 5, que comprende, además, un mezclador estático, donde dicho mezclador estático y dicho elemento de enfriamiento están colocados en tándem.

8. Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico según la reivindicación 1, donde dicho electrodo de plasma no térmico y dicho electrodo de plasma térmico están configurados para operar de forma simultánea o independiente.

9. Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico según la reivindicación 1, donde dicho electrodo de plasma térmico está conectado a un voltaje de CA pulsado, un voltaje de CC positivo o un voltaje de CC negativo.

10. Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico según la reivindicación 1, donde dicho electrodo de plasma no térmico está conectado a un voltaje de RF pulsado, un voltaje de CA-RF, o un voltaje de CC, donde dicho voltaje de CC comprende un elemento de impedancia en serie óhmica.

11. Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico según la reivindicación 1, donde dicha cámara de reacción comprende, además, una porción térmica separada de una porción no térmica, donde dicha porción térmica está conectada a dicha porción no térmica por un conducto de cámara de reacción, donde dicha porción térmica comprende dicho electrodo de plasma térmico, donde dicha porción no térmica comprende dicho electrodo de plasma no térmico.

12. Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico según la reivindicación 11, donde dicho electrodo de plasma no térmico está acoplado a dicha entrada de gas, donde dicha entrada de gas está acoplada a dicha entrada de agua de dicha cámara de reacción, donde el agua en dicha entrada de agua es activada por plasma por dicho electrodo de plasma no térmico a medida que se introduce gas en dicha entrada de agua según las fuerzas venturi de dicha entrada de agua.

13. Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico según la reivindicación 1, donde dicho sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico está configurado para producir un compuesto seleccionado del grupo que consiste en una especie de nitrógeno fertilizante y una especie de peróxido de hidrógeno.

14. Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico según la reivindicación 1, donde dicho electrodo de plasma no térmico comprende una pluralidad de electrodos de plasma no térmicos.

15. Sistema de reactor de agua activado por plasma térmico y no térmico según la reivindicación 1, donde dicho electrodo de tierra comprende un recipiente metálico y dicha cámara de reacción comprende un vidrio o una cámara dieléctrica, donde una corriente de plasma se conduce a través de una pared de dicho vidrio o dicha cámara de reacción dieléctrica, donde dicha corriente de plasma comprende una corriente de desplazamiento, o una corriente capacitiva, donde, opcionalmente, dicho recipiente metálico comprende una hoja metálica.