ES2199135T3 - Metodo y aparato de mezcla, aireacion y oxigenacion. - Google Patents

Abstract

Un método para mezclar, airear u oxigenar estanques, ríos o lagos, lagunas de agua de alcantarillado/tratamiento o lechos de efluentes o para separar neumáticamente compuestos volátiles del agua u otros solutos, comprendiendo el método la distribución de aire u oxígeno a través de un sistema de tuberías que tiene una pluralidad de tuberías de salida derivadas de una tubería de suministro común o colector, generando continuamente un volumen mínimo predeterminado de aire u oxígeno e introduciéndolo en el sistema de tuberías, entregando una cantidad deseada del aire u oxígeno en cada una de las salidas proporcionando un medio regulador de caudal constante en cada tubería de salida que limita el caudal a una cantidad fijada cuando la presión en el sistema de tuberías supera un valor mínimo predeterminado.

Description

Método y aparato de mezcla, aireación y oxigenación.

La presente invención se refiere a un método y un aparato para regular la distribución de fluidos gaseosos y en particular a un método y un aparato de mezcla, aireación u oxigenación para airear u oxigenar estanques, ríos, estuarios, embalses o lagos, lagunas o lechos de tratamiento de aguas de alcantarillado o de efluentes o tanques o para separar neumáticamente compuestos volátiles del agua u otros solutos.

Hay muchas situaciones en las que se utilizan difusores sumergidos para introducir gas en un líquido. Por ejemplo, para transferir oxígeno a un líquido(típicamente agua) con fines de aireación y mezcla y especialmente para oxigenar el agua. Estas técnicas se utilizan en sistemas de tratamientos biológicos aeróbicos como los que se emplean para tratar aguas de alcantarillado, efluentes de diversos tipos y agua de tormentas y agua de acuarios o lagos y ríos, entre otros. También se utilizan para la separación neumática de sustancias orgánicas volátiles del agua contaminada.

Es corriente tratar las aguas de alcantarillado en "instalaciones de tratamiento de fangos activados" suministrando volúmenes precisos de aire a una pluralidad de difusores que liberan el aire dentro del agua en pequeñas burbujas precisas para estimular procesos naturales. El número de difusores y, por lo tanto, la separación, se calcula con relación al volumen de agua que debe tratarse y a la cantidad de tratamiento requerido. Los difusores se colocan habitualmente en el punto más bajo de la columna de agua, lo que permite que casi siempre pase el aire a través del agua antes de llegar a la atmósfera.

En los sistemas conocidos se alimentan una pluralidad de difusores desde una tubería de suministro, habitualmente desde una fuente de aire adecuada tal como una bomba de aire, que entrega un suministro constante y uniforme de aire. Los difusores se disponen en serie a lo largo de la tubería de suministro y la cantidad de aire que sale por cada difusor se pretende que sea sustancialmente la misma. En los sistemas de tratamiento de aguas de alcantarillado conocidos la caída de presión potencial a lo largo de la tubería desde un difusor al siguiente se hace despreciable utilizando una tubería de suministro que tiene una superficie de sección transversal grande y un suministro de presión relativamente baja. La sección transversal de la tubería debe calcularse teniendo en cuenta el número de difusores y la velocidad de descarga con el fin de asegurarse de que hay una caída de presión despreciable a lo largo de la longitud de la tubería y, por consiguiente, asegurarse de que el caudal de los difusores está equilibrado. En otros sistemas de aireación específicos, puede proporcionarse una válvula ajustable manualmente o control de "oriface" para cada difusor para equilibrar su salida. El sistema conocido de difusores de gas individualmente equilibrados es difícil de montar para asegurar un equilibrio correcto, lo que requiere habitualmente una nivelación exacta de los difusores de salida.

En las patentes Nos. EP 115342 y GB 2136713 se describe un regulador de caudal constante y un método de fabricación del mismo que comprende una junta tórica móvil. El regulador descrito da un caudal de líquido constante con el volumen en una amplia gama de presiones de suministro. Un regulador de este tipo puede diseñarse para producir un caudal específico en una gama de presiones prescrita y puede moldearse de material plástico, lo que le hace sumamente barato de fabricar. Cuando se monta enserie una pluralidad de estos dispositivos de caudal constante en una tubería a la que se suministra líquido a una presión suficientemente alta, el caudal es constante desde cada tubería regulada con independencia de las fluctuaciones de presión a lo largo de la tubería o tuberías del sistema. La presión en la tubería de suministro tiene que estar por encima de un nivel mínimo predeterminado en el punto en el que la caída de presión es más alta. Habitualmente, éste estará en el extremo de la tubería. El uso de estos dispositivos no ha sido considerado para regular el caudal de aire u oxígeno. No existe ninguna enseñanza para utilizar estos dispositivos con fluidos que no sean líquidos. La razón de esto puede ser que ninguno de los dispositivos comercialmente disponibles ha sido considerado capaz de funcionar para producir un caudal constante con una presión de aire fluctuante.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema de distribución de gas que supere las dificultades actuales.

Un aspecto de la invención proporciona un método para distribuir gas a través de un sistema de tuberías que tiene una pluralidad de tuberías de salida derivadas de una tubería de suministro común o colector, comprendiendo el método una generación continua de un volumen de gas mínimo predeterminado y su introducción en el sistema de tuberías, entregando una cantidad de gas deseada en cada una de las salidas proporcionando un medio regulador de caudal constante en cada tubería de salida que limita el caudal a una cantidad fijada cuando la presión en el sistema de tuberías supera un valor mínimo predeterminado.

Más en particular, la presente invención proporciona un método para mezclar, airear u oxigenar estanques, ríos o lagos, lagunas de agua de alcantarillado/tratamiento o lechos de efluentes o para separar neumáticamente compuestos volátiles del agua u otros solutos, comprendiendo el método la distribución de aire u oxígeno a través de un sistema de tuberías que tiene una pluralidad de tuberías de salida derivadas de una tubería de suministro común o colector, generando continuamente un volumen mínimo predeterminado de aire u oxígeno e introduciéndolo en el sistema de tuberías, entregando una cantidad deseada del aire u oxígeno en cada una de las salidas proporcionando un medio regulador de caudal constante en cada tubería de salida que limita el caudal a una cantidad fijada cuando la presión en el sistema de tuberías supera un valor mínimo predeterminado.

Para las aplicaciones antes mencionadas, el gas a que se hace referencia en lo sucesivo será aire u oxígeno.

Más en particular, el volumen mínimo predeterminado de gas supera un valor mínimo calculado que se requiere que sea entregado por los difusores. Preferentemente, se escoge un regulador de caudal de control de elemento móvil para conseguir esto con independencia de la caída de presión a lo largo de la tubería, por lo menos dentro de una gama de presiones que se considera aceptable. Para la mayoría de las aplicaciones, se entrega en cada salida una cantidad de gas exacta y uniforme. Esto puede conseguirse utilizando reguladores de caudal constante que tengan un nivel de caudal específico y uniforme para cada salida.

Otro aspecto de la presente invención proporciona un sistema de distribución de gas que comprende una tubería de suministro de distribución de gas, una fuente depresión del gas conectada a la tubería de suministro de distribución y una pluralidad de tuberías de salida derivadas de la tubería de suministro de distribución y caracterizado por un regulador de caudal constante dispuesto entre la tubería de suministro de distribución y cada tubería de salida para hacer que se entregue un caudal de gas deseado a través de las tuberías de salida.

Más en particular, la presente invención proporciona un sistema de mezcla, aireación u oxigenación para airear u oxigenar estanques, ríos, estuarios, embalses o lagos, lagunas o lechos de tratamiento de aguas de alcantarillado o de efluentes o para separar neumáticamente compuestos volátiles del agua u otros solutos y que comprende una tubería de suministro de distribución de aire u oxígeno, una fuente de presión de aire u oxígeno conectada a la tubería de suministro de distribución y una pluralidad de tuberías de salida derivadas de la tubería de suministro de distribución y caracterizado por un regulador de caudal constante dispuesto en cada tubería de salida para hacer que se entregue un caudal deseado de aire u oxígeno a través de las tuberías de salida.

Para la aplicación antes mencionada, el gas a que se hace referencia aquí será aire u oxígeno. Puede haber más de una tubería de distribución.

Más en particular, se suministra un volumen de gas mínimo predeterminado, cuyo volumen se calcula de manera que supere el volumen mínimo que hay que entregar desde los difusores. El caudal de gas deseado es un caudal de gas uniforme deseado.

El regulador de caudal constante puede ser un regulador de caudal constante de junta tórica móvil u otro regulador de caudal constante de elemento móvil que esté ajustado con precisión para entregar el suministro de gas calculado deseado que se requiere en la tubería de salida con independencia de los cambios en la presión de suministro de manera que compense por sí mismo los cambios en la presión de suministro dentro de su gama de funcionamiento de diseño.

En una alternativa se utiliza un regulador de junta tórica móvil que sólo permite que pase un caudal (volumen) de gas máximo deseado por encima de una presión de gas conocida. Utilizando este regulador, las caídas de presión a lo largo de la tubería pueden compensarse empleando un regulador que haga que el caudal máximo deseado a una presión más baja refleje la caída de presión. Con este medio, se consigue un caudal de gas sustancialmente uniforme por todas las salidas. Se comprenderá que, cuando se utiliza el término uniforme, habrá casi siempre una variación de tolerancia aceptable en el caudal deseado.

Cada tubería de salida tiene una tobera de salida adecuada. Pueden ser toberas de aireación, difusores o cualquier otra tobera adecuada para la aplicación de que se trate. En una aplicación preferida cada tubería de salida alimenta un difusor respectivo. De manera conveniente, las tuberías de salida se disponen en serie a lo largo de la tubería de suministro de distribución. El número de tuberías de salida y, por lo tanto, el de toberas/difusores de salida se calcula y se separan de acuerdo con la aplicación en particular. Preferentemente, el gas procede de una fuente adecuada, generado habitualmente por un inyector o generador de gas de una bomba u otro dispositivo adecuado, y preferentemente entrega un volumen de gas constante. El sistema puede utilizarse para distribuir cualquier composición de gases deseada. Para muchas aplicaciones, el gas será aire; otros gases podrían ser oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno u ozono. La tubería de suministro de distribución comprende por lo menos un tramo de tubería. Como alternativa puede comprender una pluralidad de tramos de tubería derivados de un colector común o que tengan una conexión directa con el suministro de gas. La tubería puede incluir una tubería de retorno o ser del tipo de canalización circular. Las tuberías de salida pueden incorporar un dispositivo de regulación del reflujo y/o una válvula esférica de aislamiento. Estos dispositivos pueden incorporar el regulador de caudal constante antes indicado o proporcionarse como dispositivos separados. El regulador de caudal constante, cualquier dispositivo de regulación del reflujo y cualquier válvula de aislamiento pueden combinarse con un difusor de salida.

La invención puede utilizarse para un gran número de aplicaciones potenciales, por ejemplo el tratamiento de aguas de alcantarillado, lixiviados y aguas residuales de la agricultura mediante la introducción de aire, la separación neumática de compuestos volátiles del agua u otros solutos, la mezcla de columnas de agua, la aireación y la mezcla de acuarios, estanques, lagos y ríos o tanques que contengan peces, y en relación con diversos procesos industriales. Cuando el sistema se utilice con el fin de introducir gas en un líquido u otro gas, el dispositivo de evitación del reflujo impide que el líquido o el gas entre en el sistema si el sistema entra en un estado de presión negativa relativa. La válvula esférica de aislamiento permite aislar derivaciones individuales. El sistema puede utilizarse para controlar una cortina de burbujas.

Para cualquier aplicación dada, la velocidad de entrega de las tuberías de salida será conocida y la fuente de gas será capaz de mantener un suministro constante no inferior al requisito mínimo calculado para el sistema.

La presente invención puede utilizarse para cualquiera de las aplicaciones antes mencionadas y cualesquiera otras aplicaciones en las que se transfiera gas, y en particular aire u oxígeno a un líquido.

Ahora se describirá más la presente invención en lo que sigue, a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

La Figura 1 muestra esquemáticamente una realización de un sistema de distribución de aire que realiza la presente invención, y

La Figura 2 es un gráfico de caudal en función de la presión para un regulador depresión preferido.

Por comodidad, la presente invención se describe a modo de ejemplo en relación con el tratamiento de agua por la inyección de aire. En una aplicación para el tratamiento de residuos, el agua contendrá un efluente. El agua/efluente que debe tratarse se muestra en 1 y se mantiene dentro de un recipiente abierto o receptor 3. Una tubería de distribución de aire 2 se extiende desde una fuente de aire 1 que suministra el aire a presión a la tubería. Una bomba accionada por un motor (que no se ilustra) sirve oportunamente a este fin. La tubería 2 tiene una pluralidad de salidas 4 dispuestas a lo largo de su longitud a intervalos separados. A efectos del tratamiento del efluente, cada salida está provista de un difusor que libera el aire en el agua/efluente en forma de burbujas pequeñas. Con el fin de asegurarse de que el caudal de aire de cada difusor es el mismo, se incorpora un regulador 5 en la tubería de circulación entre la tubería 2 y el difusor de salida 4. El regulador puede formar parte del difusor o ser un componente separado. El regulador se diseña para entregar un caudal constante con independencia de las variaciones de presión en la tubería cuando la presión en la tubería supera un valor mínimo predeterminado, cuyo valor mínimo se calcula que sea el que asegure que cada regulador suministra el volumen de gas deseado. El dispositivo regulador preferido es de un tipo conocido como un regulador de caudal constante de elemento móvil tal como el descrito en las patentes antes mencionadas. Estos son muy baratos de fabricar, en especial si están moldeados de material plástico.

El regulador de elemento móvil preferido se diseña para que funcione para entregar un caudal de aire deseado en una gama de presiones de suministro. Es decir, es autocompensador de cambios en la presión de suministro dentro de una gama depresiones prescrita por encima de un nivel de presión mínimo. La Figura 2 es un gráfico de un regulador de presión constante del tipo de elemento móvil que tiene las características del tipo descrito y que muestra el volumen del caudal en función de la presión. Muestra cómo se aplana el caudal después de la presión P1. La utilización de una pluralidad de reguladores de caudal en una tubería de suministro de distribución dará lugar a una entrega de aire uniforme de la pluralidad de difusores con la condición de que la presión en la tubería supere el valor umbral mínimo P1.

En una alternativa, utilizando un regulador de tipo de junta tórica, el regulador sólo permite que pase un (volumen) de aire de caudal máximo fijado a una presión dada de aire con la condición de que la presión en el sistema no sea superior a esa presión dada, con lo que el caudal de cada tubería de salida será el caudal máximo fijado, y se elige un regulador que proporcione el caudal deseado para una aplicación determinada. Esto puede utilizarse cuando hay poca o ninguna caída de presión a lo largo de la tubería de distribución.

Claims (18)

1. Un método para mezclar, airear u oxigenar estanques, ríos o lagos, lagunas de agua de alcantarillado/tratamiento o lechos de efluentes o para separar neumáticamente compuestos volátiles del agua u otros solutos, comprendiendo el método la distribución de aire u oxígeno a través de un sistema de tuberías que tiene una pluralidad de tuberías de salida derivadas de una tubería de suministro común o colector, generando continuamente un volumen mínimo predeterminado de aire u oxígeno e introduciéndolo en el sistema de tuberías, entregando una cantidad deseada del aire u oxígeno en cada una de las salidas proporcionando un medio regulador de caudal constante en cada tubería de salida que limita el caudal a una cantidad fijada cuando la presión en el sistema de tuberías supera un valor mínimo predeterminado.

2. Un método según la reivindicación 1 en el que el volumen mínimo de aire u oxígeno supera un volumen mínimo calculado que se requiere que sea entregado por las salidas.

3. Un método según las reivindicaciones 1 ó 2 en el que se entrega sustancialmente la misma cantidad de aire u oxígeno en cada salida con independencia de la caída de presión a lo largo de la tubería, por lo menos dentro de una gama de caudales que se considera aceptable.

4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que se utiliza un regulador de caudal constante de elemento móvil.

5. Un método según la reivindicación 1, en el que la presión se mantiene sustancialmente constante a lo largo de la tubería de distribución y se entrega una cantidad exacta y uniforme de aire u oxígeno en cada salida utilizando un regulador de caudal constante de junta tórica móvil que funciona con su caudal máximo fijado para entregar el caudal deseado a la presión fijada.

6. Un método según la reivindicación 1, en el que se suministra un volumen mínimo predeterminado de aire u oxígeno, cuyo volumen se calcula de manera que supere el volumen mínimo que debe ser entregado por todas las salidas de las tuberías de salida.

7. Un método según la reivindicación 1, en el que el caudal deseado de aire u oxígeno es un caudal uniforme deseado de aire u oxígeno.

8. Un sistema de mezcla, aireación u oxigenación para airear u oxigenar estanques, ríos o lagos, lagunas o lechos de tratamiento de aguas de alcantarillado o de efluentes o para separar neumáticamente compuestos volátiles del agua u otros solutos y que comprende una tubería de suministro de distribución de aire u oxígeno, una fuente de presión de aire u oxígeno conectada a la tubería de suministro de distribución y una pluralidad de tuberías de salida derivadas de la tubería de suministro de distribución y caracterizado por un regulador de caudal constante dispuesto en cada tubería de salida para hacer que se entregue un caudal deseado de aire u oxígeno a través de las tuberías de salida.

9. Un sistema según la reivindicación 8 en el que el regulador se ajusta para entregar el suministro de aire u oxígeno calculado deseado que se requiere en la tubería de salida con independencia de los cambios en la presión de suministro de manera que compensa por sí mismo los cambios en la presión de suministro dentro de su gama de funcionamiento de diseño.

10. Un sistema según la reivindicación 8 en el que el regulador se diseña para que permita solamente que pase un (volumen) de caudal máximo deseado de aire u oxígeno a una presión conocida de aire u oxígeno.

11. Un sistema según la reivindicación 10 en el que el regulador de caudal constante comprende un regulador de caudal constante circular de elemento móvil de junta tórica.

12. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11 en el que cada tubería de salida tiene una tobera de salida adecuada.

13. Un sistema según las reivindicaciones 8 a 12, en el que las tuberías de salida están dispuestas en serie a lo largo de la tubería de distribución.

14. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en el que la fuente de presión de aire u oxígeno es una bomba que entrega un volumen constante de aire u oxígeno.

15. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, en el que la tubería de suministro de distribución comprende por lo menos un tramo de tubería.

16. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 15, en el que la tubería de suministro de distribución comprende una pluralidad de tramos de tubería derivados de un colector común o que tienen una conexión directa con el suministro de aire u oxígeno.

17. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 16, en el que la tubería incluye una tubería de retorno o es del tipo de canalización circular.

18. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 17 en el que las tuberías de salida incorporan un dispositivo de regulación del reflujo y/o una válvula esférica de aislamiento.