Diseño de microrreactores electroquímicos para potabilización de aguas

Abstract

La desinfección del agua es todavía un desafío global, especialmente en regiones donde el acceso a agua potable segura es limitado. Los métodos tradicionales de tratamiento de agua, aunque efectivos, suelen ser costosos y complejos, lo que limita su aplicabilidad en áreas vulnerables. Esta tesis doctoral aborda esta problemática mediante el desarrollo de microrreactores electroquímicos innovadores, diseñados para generar desinfectantes in situ de manera eficiente y económica. Estos microrreactores electroquímicos están diseñados específicamente para tratar aguas subterráneas que, aunque seguras desde un punto de vista fisicoquímico, requieren desinfección para cumplir con los estándares de agua potable.El enfoque central de la investigación es la aplicación de principios biomiméticos en el diseño de los canales dentro de los microrreactores. Inspirados en estructuras naturales que optimizan el flujo de fluidos, los diseños inspirados en geometrías de crecimiento diferencial incrementaron el área de contacto en un 16.1% y 27.2% respecto a los diseños serpenteado y espiral, respectivamente. A diferencia de la mayoría de los sistemas de electrocloración que operan en modo batch con recirculación, estos microrreactores permiten alcanzar la cantidad deseada de cloro residual en un solo paso, lo que incrementa la practicidad y escalabilidad del sistema, haciéndolo ideal para aplicaciones de desinfección continua de agua. Además, el diseño compacto de estos canales puede permitir un uso más eficiente del espacio, lo que hace que el sistema sea ideal para aplicaciones en entornos de tratamiento de agua descentralizados...

Water disinfection remains a global challenge, especially in regions where access to safe drinking water is limited. Traditional water treatment methods, although effective, tend to be expensive and complex, which limits their applicability in vulnerable areas. This doctoral thesis addresses this issue by developing innovative electrochemical microreactors, specifically designed to generate disinfectants in situ efficiently and economically. These electrochemical microreactors are purposely devised to treat groundwater that, while safe from a physicochemical standpoint, requires disinfection to meet drinking water standards.The central focus of the research is the application of biomimetic principles to the design of the channels within the microreactors. Inspired by natural structures that optimize fluid flow, designs based on differential growth geometries increased the contact area by 16.1% and 27.2% compared to serpentine and spiral designs, respectively. Unlike most electrochlorination systems that operate in batch mode with recirculation, these microreactors allow the desired residual chlorine amount to be achieved in a single pass, which improves the system's practicality and scalability, making it ideal for continuous water disinfection applications. Furthermore, the compact design of these channels allows for more efficient use of space, making the system ideal for decentralized water treatment environments...