ES2278948T3 - Uso de un cuerpo moldeado poroso de plastico como elemento de aireacion. - Google Patents

Abstract

Uso de un cuerpo moldeado poroso de plástico con poros, que son menores en el lado de salida de aire (A) que en el lado de entrada de aire (B) opuesto, como elemento de aireación.

Description

Uso de un cuerpo moldeado poroso de plástico como elemento de aireación.

La presente invención se refiere al uso de un cuerpo moldeado poroso de plástico como elemento de aireación en instalaciones de depuración de aguas residuales.

En el caso de la mayoría de los procedimientos biológicos utilizados actualmente en la depuración de aguas residuales se aprovecha en primer lugar la capacidad de los microorganismos de oxidar sustancias nocivas orgánicas con consumo de oxígeno. Para que los microorganismos dispongan de una cantidad suficiente de oxígeno, debe agregarse aire al agua residual. Además, el suministro de aire debe producir una transformación de los iones amonio en nitrato, para reducir de este modo el contenido en amonio en el agua residual.

La aireación del agua residual tiene lugar habitualmente mediante la insuflación de aire mediante elementos de aireación porosos. Éstos son por ejemplo de material cerámico, que presenta sin embargo la desventaja de ser relativamente frágil y por consiguiente quebradizo. Además los materiales cerámicos tienen una superficie rugosa, sobre la que pueden formarse fácilmente deposiciones e incrustaciones, lo que tiene entonces como consecuencia obstrucciones del elemento de aireación.

Además se conoce, la utilización de cuerpos moldeados de elastómeros, que están provistos de ranuras pasantes, como elementos de aireación. Sin embargo es desventajoso, que los elementos de aireación de este tipo presentan una elevada pérdida de presión, que muestran un desgaste elevado debido a su modo de producción y que sólo pueden someterse a caudales reducidos. Además los elastómeros son normalmente de EPDM y por consiguiente no son resistentes químicamente frente a todos los tipos de agua
residual.

En el documento EP-1 101 873 se describe un tubo filtrante con aberturas de paso de líquidos y con una capa filtrante porosa dispuesta por fuera de un material sinterizado de plástico.

En el documento GB1 051 032 se describe un filtro de múltiples capas, que puede utilizarse como elemento de aireación de aguas residuales.

El objetivo en el que se basa la presente invención consiste en proporcionar el uso de un cuerpo moldeado de plástico como elemento de aireación, debiendo presentar el elemento de aireación una baja pérdida de presión, una buena estabilidad mecánica, una elevada capacidad de carga y una elevada productividad de oxígeno y que puede limpiarse de manera sencilla de deposiciones e incrustaciones.

Este objetivo se soluciona mediante el uso de un cuerpo moldeado de plástico con poros, que son menores en el lado de salida de aire (A) que en el lado de entrada de aire (B) opuesto.

Para la producción del elemento de aireación se sinteriza material de plástico en forma de un producto granulado o un polvo en una forma, tal como una forma sinterizada. La forma rellena con el polvo o producto granulado de plástico se calienta en un horno de sinterización más en un lado (A) que en el lado (B) opuesto, mediante lo cual el material de plástico utilizado como producto granulado y/o polvo se sinteriza más intensamente en el lado más caliente que en el lado opuesto y por esto se forman en el lado (A) poros con un diámetro de poro menor que en el lado (B).

Durante la sinterización los granos de polvo y/o producto granulado de plástico únicamente se unen por fusión en la superficie, pero no se funden completamente a través de ella, mediante lo cual se produce un material compuesto sinterizado, que tras el enfriamiento conduce a un cuerpo moldeado estable y con una adherencia fuerte, que no obstante es poroso. La temperatura, a la que los granos del polvo y/o producto granulado de plástico únicamente se unen por fusión en la superficie, pero no se funden completamente a través de ella, se denomina en lo sucesivo como "temperatura de unión por fusión".

El cuerpo moldeado de plástico debe ser preferiblemente de un material de peso molecular alto o ultraalto, para evitar que el material de plástico se una fundiéndose demasiado y la formación de poros sea de baja calidad. En la presente invención se utiliza preferiblemente polietileno (con un peso molecular alto (aproximadamente 200.000 - 5 millones de g/mol), signo convencional: HD-HMW-PE, o un peso molecular ultraalto (3 millones - 6 millones de g/mol), signo convencional: UHMW-HD-PE) o si no polipropileno. A veces también puede utilizarse polietileno de densidad media, siempre que se realice el tratamiento térmico para evitar una fusión completa con cuidado. Sin embargo preferiblemente se utilizan los materiales de mayor peso molecular.

El tamaño de grano medio del polvo o producto granulado de plástico debe encontrarse preferiblemente en el intervalo de entre 1 \mum y 5 mm. De manera especialmente preferible se utiliza un producto granulado, en el que el 80% de los granos es mayor de 500 \mum, un polvo, en el que el 65% de los granos presenta un tamaño de desde 250 hasta 500 \mum, o una mezcla de éstos.

La temperatura de sinterización y la duración del tratamiento de sinterización se seleccionan de tal modo, que se consigue el grado de material compuesto deseado con la porosidad deseada. Preferiblemente la temperatura de sinterización se encuentra en el intervalo de entre 80ºC y 220ºC, preferiblemente entre 120ºC y 160ºC, según que material de plástico se utilice. Por ejemplo para un material de plástico que presenta una temperatura de unión por fusión de 80ºC debería seleccionarse de manera ideal una temperatura de sinterización de 150ºC. La duración del tratamiento térmico se encuentra preferiblemente en el intervalo de entre 30 minutos y 180 minutos, especialmente de 60 minutos a 120 minutos. La duración del tratamiento térmico debe seleccionarse de tal modo, que se garantice un calentamiento a fondo completo del polvo o producto granulado de plástico desde el lado (A) hasta el lado (B) opuesto.

Ha demostrado ser especialmente ventajoso si durante el tratamiento térmico se ajusta un gradiente de temperatura entre el lado (A) y el lado (B) de desde 1 hasta 25ºC, preferiblemente de 5 a 15ºC.

Los poros del elemento de aireación presentan en el lado de salida de aire (A) preferiblemente un diámetro medio en el intervalo de desde 1 \mum hasta 1.500 \mum, especialmente preferible de 10 \mum a 1.000 \mum, y en el lado de entrada de aire (B) preferiblemente un diámetro en el intervalo de desde 5 \mum hasta 3.000 \mum, especialmente preferible de 20 \mum a 1.500 \mum. Además el diámetro de poro medio en el lado de salida de aire (A) es preferiblemente del 20 al 80% menor que el diámetro de poro medio en el lado de entrada de aire (B).

Preferiblemente el elemento de aireación presenta un espesor de desde 2 hasta 30 mm, especialmente preferible de desde 3 hasta 12 mm.

Además de la producción extremadamente sencilla puede ajustarse a voluntad el tamaño de poro mediante la selección del tamaño del material granulado de plástico o en forma del polvo, mediante la duración del tratamiento térmico y la temperatura de calentamiento. Con esto pueden producirse de manera sencilla elementos de aireación de distinta porosidad. Una ventaja adicional consiste en que para la producción de los elementos de aireación no se requiere ningún aditivo tales como resinas, adhesivos o similares.

Ha demostrado ser especialmente conveniente si al final del tratamiento térmico tiene lugar un aumento de temperatura de corta duración para el calentamiento intencionado de la capa superficial externa del lado (A) del elemento de aireación. Con esto se calienta la capa externa del elemento de aireación brevemente más intensamente, de modo que el material de plástico se funde o se une por fusión allí algo más y se produce allí un diámetro de poro aún menor.

Con el proceso de producción descrito anteriormente pueden fabricarse elementos de aireación de cualquier tipo, preferiblemente elementos de aireación de placas o de tubos.

La invención se describe a continuación mediante las figuras adjuntas, en las que

la figura 1 y la figura 2 representan elementos de aireación. Especialmente la figura 1 es una vista de un elemento de aireación, que puede utilizarse como elemento de aireación de placas, mientras que la figura 2 representa una vista de un elemento de aireación que puede utilizarse como elemento de aireación de tubos. Las flechas en las figuras 1 y 2 marcan la dirección de flujo del aire a través del elemento de aireación.

El elemento de aireación de placas representado en la figura 1 presenta en su lado de salida de aire marcado con (A) poros menores que el lado de entrada de aire marcado con la letra (B). En el caso de su utilización en una instalación de depuración de aguas residuales se utiliza el elemento de aireación de tal modo que el lado de salida de aire (A), que presenta los poros menores, se orienta hacia el agua residual, en las que debe introducirse aire.

En el caso del elemento de aireación de tubos, que se representa en la figura 2, los poros menores se encuentran en el lado externo del tubo (A) y los poros más grandes en el lado interno del tubo (B). También en este caso el lado (A) que presenta los poros menores, o sea el lado externo del tubo, está orientado hacia el agua residual que ha de airearse. Durante la aireación del agua residual fluye aire desde el lado interno del tubo (B) hacia el lado externo del tubo (A), donde se introduce en el agua residual.

En el caso del elemento de aireación de tubos es posible colocar en el lado interno del tubo un tubo central provisto de ranuras a modo de refuerzo. Este tubo está compuesto preferiblemente de PVC o de polietileno resistente a la temperatura.

Durante la producción del elemento de aireación de tubos reforzado con un tubo central pueden preverse, que antes o después de la finalización del tratamiento térmico se enfríe por dentro el tubo central. El tubo central, que durante el tratamiento térmico también se calienta algo, casi se templa con esto, para evitar que se comprima debido al encogimiento que se produce del material de plástico durante el enfriamiento.

Debido a la propiedad, de que el diámetro de poro en el lado de salida de aire (A) es menor que en el lado de entrada (B) de aire opuesto, se consigue durante la circulación con aire una pérdida de presión menor que con un material con tamaños de poro uniformes. Una pérdida de presión menor posibilita a su vez una gasificación eficaz a presiones reducidas, mediante lo cual se consigue un rendimiento elevado del caudal del elemento de aireación que está disponible. Además puede liberarse muy fácilmente la superficie del elemento de aireación de deposiciones e incrustaciones, por ejemplo mediante una aireación de choque sencilla. Finalmente los elementos de aireación son extraordinariamente estables y resistentes a la rotura desde el punto de vista mecánico.

Ejemplo Producción de un elemento de aireación de tubos

Como horno de sinterización se utiliza una forma de aluminio circular que puede calentarse con una camisa calentadora, en cuyo centro se ajusta un mandril, también de aluminio. Se rellena el espacio intermedio entre el mandril y la forma de aluminio con 610 g de HDPE en forma de grano gordo (\rho = 0,952 - 0,956 g/cm^{3}, el 80% de los granos > 500 \mum) y se vibra. El espacio intermedio entre la forma de aluminio y el mandril asciende a 5 mm, de modo que el elemento de aireación resultante presenta un grosor de pared, es decir un espesor, correspondiente. Se sinteriza la mezcla mediante el calentamiento de la forma de aluminio a través de una camisa calentadora hasta 150ºC durante 70 min. El gradiente de temperatura entre el lado orientado hacia la forma de aluminio y el lado orientado hacia el mandril asciende aproximadamente a 7ºC. Entonces se enfría hasta temperatura ambiente y se desmolda.

El elemento de aireación producido de esta manera presenta en el lado de salida de aire (A) un tamaño de poro en el intervalo de desde 150 hasta 350 \mum con una diámetro de poro medio de 290 \mum y en el lado de entrada de aire (B) un tamaño de poro en el intervalo de desde 400 hasta 850 \mum con un diámetro de poro medio de 490 \mum.

Para la determinación del tamaño de poro se cortan del elemento de aireación trozos de muestra y se estudian tanto en el microscopio estereoscópico como bajo el microscopio electrónico de barrido. En las fotografías correspondientes se determinan los tamaños de poro mediante medición.

Los diámetros de poro medios indicados en este caso representan la media aritmética que se determinó a partir de un gran número de diámetros de poro medidos concretamente.

Claims (5)

1. Uso de un cuerpo moldeado poroso de plástico con poros, que son menores en el lado de salida de aire (A) que en el lado de entrada de aire (B) opuesto, como elemento de aireación.

2. Uso según la reivindicación 1, siendo el cuerpo moldeado de plástico de polietileno o polipropileno.

3. Uso según la reivindicación 1 ó 2, presentando los poros en el lado de salida de aire (A) un diámetro medio de desde 1 \mum hasta 1.500 \mum y en el lado de entrada de aire (B) un diámetro medio de desde 5 \mum hasta 3.000 \mum.

4. Uso según una o varias de las reivindicaciones 1 a 3, siendo el diámetro de poro medio en el lado de salida de aire (A) del 20% al 80% menor que el diámetro de poro medio en el lado de entrada de aire (B).

5. Uso según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, siendo el elemento de aireación un elemento de aireación de placas o un elemento de aireación de tubos.