ES2281657T3 - Procedimiento y dispositivo para el tratamiento continuo de agua. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para el tratamiento continuo de agua, en el que se añade al agua de manera proporcional una sustancia soluble en agua en forma de polvo o granulada y se mezclan ambas para dar una premezcla, alimentándose la premezcla a través de un tubo de mezcla a una zona de disolución y mezcla de un recipiente con corriente turbulenta, y tratándola para dar una mezcla de disolución de agua, sustancia disuelta, partículas no disueltas, en determinadas circunstancias flotantes, y productos de reacción ya presentes, dirigiéndose la mezcla de disolución que sale de la zona de disolución y mezcla al menos durante un tiempo de reacción predeterminado a una zona de reacción de un recipiente de reacción y, finalmente, extrayéndose el agua tratada con sus propiedades modificadas a través de la salida de la zona de reacción hacia un depósito o a otra etapa de tratamiento, caracterizado porque la mezcla de disolución que sale de la zona (LM) de disolución y mezcla en la región de un espacio (3) colector se distribuye de manera uniforme por la sección transversal de entrada de una zona (R) de reacción de sección transversal constante, porque la mezcla (WL) de disolución distribuida en la transición del espacio (3) colector al reactor (5) por medio de un convertidor (4) hidrodinámico, que tiene una pluralidad de aberturas (43) distribuidas uniformemente por la sección transversal de entrada del reactor (5), que están dotadas de secciones (43b) de difusor orientadas a la zona (R) de reacción, se dirige a la zona (R) de reacción del reactor (5), y porque la mezcla (WL) de disolución en la zona (R) de reacción, que empieza en el plano de las secciones (43b) de difusor por prácticamente toda la sección transversal del reactor (5), forma una corriente turbulenta-laminar de remolino pequeño con, predominantemente, una velocidad (F) de transporte uniforme de entre 2 mm/seg y 25 mm/seg hacia la salida de la zona (R) de reacción.
Description
Procedimiento y dispositivo para el tratamiento
continuo de agua.
La invención se refiere a un procedimiento y a
un dispositivo para el tratamiento continuo de agua, en el que se
añade al agua de manera proporcional una sustancia soluble en agua
en forma de polvo o granulada y se mezclan ambas para dar una
premezcla, alimentándose la premezcla a través de un tubo de mezcla
a una zona de disolución y mezcla de un recipiente con corriente
turbulenta, y tratándola para dar una mezcla de disolución de agua,
sustancia disuelta, partículas no disueltas, en determinadas
circunstancias flotantes, y productos de reacción ya presentes,
dirigiéndose la mezcla de disolución que sale de la zona de
disolución y mezcla al menos durante un tiempo de reacción
predeterminado a una zona de reacción de un recipiente de reacción
y, finalmente, extrayéndose el agua tratada con sus sustancias
contenidas modificadas a través de la salida de la zona de reacción
hacia un depósito o a otra etapa de tratamiento.
Un procedimiento de este tipo se propuso ya en
el documento DE 199 15 808 A1. El agua bruta y el polvo que debe
dosificarse se juntan y se premezclan de manera proporcional de tal
manera que el polvo se distribuye en gran medida de manera uniforme
dentro de un tubo de mezcla de continuación y entonces empieza a
disolverse. Directamente a continuación del proceso de disolución
empiezan los procesos químicos de disolución con el agua o con las
sustancias contenidas en la misma, distribuidas de manera más o
menos uniforme.
La premezcla llega en este caso a través del
tubo de mezcla hasta la región del fondo estrechada hacia abajo de
un reactor de mezcla combinado (zona de disolución y mezcla). Allí,
en la región del fondo del recipiente, se absorbe la premezcla con
partículas todavía no disueltas mediante una bomba de mezcla, se
sigue mezclando de manera intensiva en un espacio separado y se
recircula con la corriente del tubo de presión en una corriente
orientada hacia el fondo del reactor de mezcla. Por encima de la
región del fondo se encuentra en el recipiente una zona de
transición grande, en la que se retienen partículas no disueltas
incontroladas que con la turbulencia existente incontrolable
también pueden llegar a través del desbordamiento al reactor
contiguo. Uno o más recipientes de reacción conectados en serie se
encargan de la reacción final de la sustancia en el agua. Los
productos de desecho se separan en
filtros.
filtros.
Entre los recipientes de reacción, unas bombas
previstas transportan la mezcla de disolución de reacción a la
región del fondo del siguiente reactor. Se encargan a su vez de una
mezcla intensiva en el sistema de conducción tubular y en la región
del fondo del reactor posterior respectivo.
El respectivo segundo recipiente de reactor y
cada uno de los siguientes está claramente más alto y tiene una
sección inferior en cuña pronunciada para la descomposición gradual
de la turbulencia y una zona de transición grande. La mezcla de
disolución que se encuentra en cada caso en la región del fondo se
absorbe a su vez mediante una bomba de mezcla, se mezcla en un
espacio separado y se recircula de nuevo a través del tubo de
presión de la bomba a la zona de mezcla del reactor. Igualmente en
este caso es necesaria también una zona de transición que se
extiende en vertical, relativamente grande, por encima de la sección
en cuña, debido a la gran turbulencia en la zona de mezcla de cada
reactor.
La necesidad de espacio es considerable
especialmente en condiciones de agua bruta desfavorables. Los costes
declarados de la instalación y sus costes de funcionamiento son
elevados.
Por el documento DE 200 09 961 U1 se ha dado a
conocer el tratamiento de agua de manantial, pozo o superficial que
fluye libremente ya suficientemente limpia. Con esta instalación se
ahorran bombas de mezcla, como perfeccionamiento de la instalación
de tratamiento anteriormente descrita. El agua que fluye crea en la
región del fondo que se estrecha hacia abajo del primer recipiente
de reactor una turbulencia constante, pero limitada. La disolución
generada a partir de las partículas se distribuye de manera
suficientemente uniforme en el agua.
Las partículas no disueltas, que son más pesadas
que el agua, se recirculan, siempre que no se arrastren por la
corriente, de nuevo a la región del fondo del reactor. Por el
contrario las partículas en suspensión permanecen en la corriente
que se dirige hacia arriba. Se disuelven allí poco a poco. La
disolución ya no se distribuye de manera suficiente en la corriente
laminar existente en el agua. La disolución permanece en parte sin
efecto en el agua ya tratada. Si por el contrario las
concentraciones de disolución entran en contacto en cualquier
momento con sustancias que deben eliminarse, entonces ya no se
dispone de tiempo suficiente para finalizar el proceso de reacción
y finalmente separar los productos de desecho generados.
Estos últimos se forman en su caso después de
los procesos de filtración. Los productos de desecho se depositan
en el recipiente colectores o incluso ya en los conductos
tubulares.
Para garantizar un tiempo de reacción suficiente
se emplea un reactor especialmente alto con una sección cónica
grande inferior para la supresión de la turbulencia y con una zona
de transición suficientemente grande. El reactor muy alto se hunde
en gran parte en el suelo. La utilización de varios reactores, entre
los que los granos de sustancia no disueltos no pueden moverse de
manera incontrolada, precisa de nuevo de bombas adicionales y
grandes secciones cónicas y zonas de transición para tranquilizar la
corriente.
Esta disposición se limita en su aplicación
generalmente al tratamiento final (por ejemplo, al ajuste del valor
de pH) de agua relativamente limpia en cantidades limitadas por
unidad de tiempo.
Por el documento US 5 409 672 A se conoce
disponer dispositivos de mezcla estacionarios para lograr una mezcla
homogénea de gases y fluidos o de diferentes fluidos dentro de un
tubo de mezcla.
Estos dispositivos de mezcla se dispusieron en
la dirección de la corriente directamente después de la introducción
del componente de mezcla adicional. Consisten en secciones
tubulares perforadas, dispuestas coaxialmente al tubo de mezcla,
que se atraviesan desde dentro hacia fuera. Entre las secciones
tubulares se generan en el extremo superior del dispositivo de
mezcla corrientes anulares coaxiales, que pronto se unen para dar
una corriente tubular axial
habitual.
habitual.
El objetivo de la presente invención es proponer
un procedimiento y un dispositivo, especialmente para el
tratamiento continuo de agua de calidad definible, que permitan
distribuir de la manera más continua posible la disolución generada
con la disolución de partículas de sustancias químicas en todas las
fases del proceso de mezcla, disolución y reacción en cantidades de
agua suficientemente grandes. A este respecto debe evitarse
especialmente que las partículas que todavía no se han disuelto en
su totalidad lleguen a través de las corrientes no controlables a
las fases del proceso de reacción, en las que ya no se garantiza
dentro de una fase controlable una distribución de la disolución y
una reacción con sustancias no deseadas.
Los costes de producción, de funcionamiento y
mantenimiento del dispositivo o la instalación de tratamiento no
deben superar un límite razonable.
Según la invención se resuelve este objetivo con
las características del procedimiento según la reivindicación 1 y/o
con el dispositivo según la reivindicación 6 de una manera
sorprendentemente sencilla.
Con la turbulencia de grandes dimensiones se
consigue en la zona de disolución y mezcla una distribución continua
de la disolución generada en un volumen de agua suficientemente
grande. El convertidor hidrodinámico protege a la turbulencia de
grandes dimensiones de la zona de reacción. También evita que
partículas no disueltas, que aún siguen a la fuerza de gravedad o
al empuje ascendente, lleguen a la zona de reacción.
En el interior de la zona de reacción ahora
delimitada, el convertidor hidrodinámico genera una corriente
turbulenta-laminar de remolino pequeño por toda la
sección transversal del reactor. Ésta se encarga de la distribución
de la disolución de partículas no disueltas, ya sólo muy pequeñas
arrastradas de manera flotante en el plano correspondiente. No
tiene lugar una anticipación incontrolada de partículas flotantes o
de su disolución.
El proceso de disolución y reacción transcurre
sin excepción en todas las fases de manera controlada. La
turbulencia, necesaria para la distribución de la disolución por la
sección transversal, se mantiene con una energía mínima. Se evitan
secciones de recipiente en cuña largas para tranquilizar las
corrientes turbulentas y grandes zonas de transición para evitar
turbulencias que surjan, especialmente, por la conversión
hidrodinámica.
Los recipientes de reacción o reactores se
limitan a un tamaño mínimo. El agua tratada tiene en todas las
partes una calidad uniforme. El uso del procedimiento no se limita a
calidades de agua bruta especiales y puede utilizarse igualmente
con cantidades pequeñas de agua por unidad de tiempo, así como en
caso de caudales de agua extremadamente grandes.
Con el uso de convertidores hidrodinámicos según
la reivindicación 2 se crea con medios técnicos sencillos el
arremolinamiento parcial por toda la sección transversal de la zona
de reacción.
También ha resultado ser conveniente, según la
reivindicación 3, orientar la zona de reacción a lo largo de un eje
vertical. Las relaciones de fricción en la región de la pared
influyen en este caso sólo mínimamente sobre la configuración de la
corriente de transporte.
Para la corrección eventualmente necesaria de la
velocidad de transporte por toda la sección transversal de la zona
de reacción se proponen las medidas según la reivindicación 4.
Con la abertura de extracción anular según la
reivindicación 5 se previene un aumento de la velocidad de
transporte en el centro de la zona de reacción.
El dispositivo definido en la reivindicación 6
para la realización del procedimiento según la reivindicación 1 se
refiere a elementos de disolución, con los que se hace posible el
procedimiento con un reactor lo más pequeño posible y con la menor
aplicación de energía.
Con la configuración de la corriente en el
espacio colector por debajo (la sustancia tiene una densidad
superior que el agua) o por encima (la sustancia es más ligera que
el agua) del convertidor hidrodinámico según la reivindicación 7 se
genera una corriente de distribución, que mayoritariamente tiene
componentes horizontales y prácticamente no afecta a la corriente
al otro lado del convertidor hidrodinámico. En caso de disponerse
en el espacio colector elementos de guía de corriente adicionales
según la reivindicación 8, puede utilizarse este espacio colector
como zona de disolución y mezcla en función de la cantidad de la
sustancia que ha de dosificarse.
El uso de las secciones transversales de flujo
según la reivindicación 9 lleva a condiciones de corriente óptimas
en la región de entrada de la zona de reacción.
La configuración del convertidor hidrodinámico
según la reivindicación 10 garantiza una fabricación económica del
mismo.
El convertidor hidrodinámico según la
reivindicación 11 garantiza una velocidad de transporte uniforme por
toda la sección transversal de la zona de reacción, también en caso
de tiempos de disolución y reacción relativamente largos.
Con las modificaciones del convertidor
hidrodinámico según la reivindicación 12 se evitan corrientes
nucleares especialmente de gran energía en las aberturas de los
convertidores hidrodinámicos.
La orientación y la configuración en sección
transversal de la zona de reacción según la reivindicación 13 se
encargan de una velocidad de transporte óptima distribuida por la
sección transversal del reactor, de una adaptación óptima a eventos
relacionados con el espacio y de una adaptación a diferentes
caudales de agua.
Las modificaciones de la configuración de
corriente según la reivindicación 14 y la reivindicación 15 llevan
a una función de mezcla óptima en el espacio colector y se encargan
de una amplia distribución de la disolución recién formada por toda
la sección transversal de la zona de reacción conectada aguas
abajo.
El uso de secciones transversales giratorias,
elípticas de elementos individuales de la rejilla tubular según la
reivindicación 16 ofrece posibilidades para una modificación de las
características de arremolinamiento según el convertidor
hidrodinámico.
Las medidas según la reivindicación 17 sirven
para el mantenimiento y cuidado del convertidor hidrodinámico.
El tipo de fijación de la rejilla tubular según
la reivindicación 18 es adecuado sobre todo en instalaciones con un
caudal de agua reducido y recipientes de reacción cilíndricos,
cuando se utilizan tubos de plástico ligeros.
El uso de tubos o barras con determinados
valores de rugosidad, según la reivindicación 19, tiene influencia
sobre la configuración del tamaño de la turbulencia y de los
arremolinamientos que se forman directamente aguas abajo del
convertidor hidrodinámico. Los valores de rugosidad bajos son
especialmente ventajosos.
Con la instalación según la reivindicación 20 se
crea la condición para poder finalizar en un momento muy temprano
el proceso de disolución y mezcla. Las partículas flotantes ya
pueden disolverse completamente en el tubo de disolución. Entonces
el espacio colector ya sólo sirve para la distribución final de la
mezcla de disolución antes de alcanzar el espacio de reacción. El
tamaño del reactor puede limitarse adicionalmente.
La configuración de la zona de premezcla según
la reivindicación 21 se encarga de una distribución proporcional
muy temprana de la sustancia en el agua excluyendo zonas de
diferente concentración.
El modo de trabajo con dos recipientes de
almacenamiento asociados a un reactor, según la reivindicación 22,
facilita el mantenimiento del reactor y de los recipientes de
almacenamiento en caso de un funcionamiento continuo.
A continuación se explicará más detalladamente
la invención con ejemplos de realización. En los dibujos
pertenecientes a los mismos, muestran:
la figura 1 una representación esquemática
del proceso de mezcla, disolución y reacción en una instalación de
tratamiento de agua,
la figura 2 una sección transversal a lo
largo de la línea II-II de la figura 1 utilizando un
recipiente de reacción redondo,
la figura 3 una sección transversal
análoga a la figura 2 utilizando un recipiente de reacción
rectangular,
la figura 3a una sección a lo largo de la
línea III-III de la figura 3,
la figura 4 una sección parcial ampliada a
través del espacio colector, el convertidor hidrodinámico y una
parte de la zona de reacción en un reactor,
la figura 5 una representación en sección
transversal de un detalle a través de un convertidor hidrodinámico
con una sección transversal de corriente ajustable,
la figura 6 una vista en planta de una
parte de un convertidor hidrodinámico redondo con un soporte de
tipo bayoneta en el reactor con una línea de visión hacia el espacio
colector,
la figura 7 una vista en planta de un
detalle de un convertidor hidrodinámico con una pluralidad de
aberturas de paso redondas,
la figura 7a una sección transversal a lo
largo de la línea a – a de la figura 7,
la figura 8 una representación global de
una instalación de tratamiento con zona de disolución y mezcla
separadas,
la figura 9 una representación esquemática
de la zona de premezcla, de la zona de disolución y mezcla en el
reactor y de la disposición del convertidor hidrodinámico en caso de
utilizar sustancias que son más ligeras que el agua y
la figura 10 una disposición global de una
instalación de tratamiento para caudales de agua grandes con una
zona de premezcla en la región de un conducto de derivación y
rectores dispuestos en horizontal.
El dispositivo para el tratamiento de agua se
compone de una disposición V de premezcla, de una zona LM de
disolución y mezcla y de una zona R de reacción delimitada en un
reactor 5. Se prevén, en caso necesario, dispositivos para la
separación de productos de desecho eventualmente generados, sin
embargo no se muestran.
En la disposición V de premezcla, por medio de
un dispositivo 1 de dosificación conocido, de funcionamiento
continuo, se dosifica un sustrato S en una corriente axial con forma
de embudo del agua WR bruta. El agua WR bruta llega formando esta
corriente con forma de embudo a través de un conducto 21 tubular a
una tobera 212 anular, que se encuentra concéntrica con respecto al
embudo 22 receptor y por encima del mismo.
En este embudo 22 receptor se forma la corriente
de embudo axial. En el centro de este embudo 22 receptor, la
sustancia S que cae por el tubo 11 de protección llega a la
corriente extremadamente turbulenta del agua WR bruta. Se genera
con gran turbulencia una premezcla, en la que el agua WR bruta y la
sustancia S se distribuyen proporcionalmente. La premezcla se
dirige hacia abajo en el tubo 23 de mezcla manteniendo una
turbulencia necesaria. En este tubo 23 de mezcla ya comienza el
proceso de disolución. Se distribuye la disolución generada,
siempre que lo permita el movimiento en el interior de la sección
transversal del tubo de mezcla, y finalmente se dirige al espacio 3
colector en la región del fondo del reactor 5.
En la región del fondo del reactor 5, la boca
del tubo 23 de mezcla se orienta mediante el tubo 231 acodado,
preferiblemente en el caso de un reactor redondo, en el sentido de
las agujas del reloj (hemisferio norte) en la dirección
circunferencial. Los elementos 24, 24' y 24'' de guía de la
corriente dirigen partes de la corriente tangencial radialmente
hacia el centro y permiten en la turbulencia de grandes dimensiones
la distribución de la disolución generada en un volumen
suficientemente grande. La disolución se distribuye uniformemente
con mínimas tolerancias en la mezcla WL de disolución.
Esta zona LM de mezcla de disolución descrita en
el presente documento en la región del fondo del reactor 5 también
se puede denominar espacio 3 colector, cuando el proceso de
disolución finaliza ya en el tubo 23 de mezcla o en una zona LM de
disolución y mezcla dispuesta anteriormente (véase la figura 8). En
un caso de este tipo, el espacio 3 colector ya sólo tiene funciones
de corrección y una función de distribución de la mezcla WL de
disolución homogénea para la preparación de la reacción controlada
en el interior del reactor 5.
La mezcla WL de disolución proporcionada en el
espacio 3 colector se conduce a través de un convertidor 4
hidrodinámico, que se extiende por toda la sección transversal de
entrada del reactor 5, hacia la zona R de reacción. En este caso la
sección transversal de entrada corresponde a la sección A_{R}
transversal de la zona R de reacción. La zona R de reacción se
extiende manteniendo su sección A_{R} transversal verticalmente
hacia arriba. La altura de la zona R de reacción se obtiene a partir
del caudal de agua de la instalación por unidad de tiempo, la
sección A_{R} transversal del reactor 5 y los tiempos de reacción
necesarios de la sustancia S utilizada habitualmente.
El convertidor 4 hidrodinámico se compone, en el
caso de la figura 1, de una rejilla 4a tubular, que se compone de
una pluralidad de tubos 41, que se disponen distribuidos en
separaciones uniformes y reducidas entre sí por toda la sección
transversal del reactor 5. La sección A_{libre} transversal de la
suma de todas las aberturas 431 de paso se encuentra entre el 2% y
el 15% de la sección A_{R} transversal del reactor 5 sobre el
convertidor 4 hidrodinámico.
Las corrientes nucleares que pasan a través de
las aberturas 431 del convertidor 4 hidrodinámico generan, tal como
puede observarse especialmente a partir de la figura 4, directamente
por encima de la rejilla 4, 4a ó 4b tubular una corriente uniforme
y de turbulencia intensa con remolinos relativamente pequeños, que
al menos en la región inferior de la zona R de reacción permite una
distribución de la disolución con partículas aún flotantes de la
sustancia S por toda la sección A_{R} transversal del reactor
5.
La corriente generada en el reactor 5 se designa
como la denominada corriente turbulenta-laminar. La
velocidad F de transporte de esta corriente es prácticamente
constante por toda la sección A_{R} transversal, exceptuando las
regiones de borde. No existen corrientes incontroladas, en las que
pueden sacarse del reactor con antelación partículas no
disueltas.
La altura del reactor, tal como ya se mencionó,
puede determinarse mediante cálculo en función de la potencia de
caudal, de la sección A_{R} transversal del rector 6 y del tiempo
de reacción necesario. La disolución que se forma, al completo
puede reaccionar con el agua o con las sustancias allí presentes de
la forma deseada. Puede evitarse en gran parte una
sobredosificación.
El proceso químico deseado finaliza en todas las
partes del agua, antes de conducir el agua WA tratada a través de
la abertura 51 de extracción a un recipiente 8 colector o a una
etapa de tratamiento adicional, por ejemplo un filtro.
Para obtener una velocidad F de transporte
uniforme en el reactor 5 por toda la sección A_{R} transversal
hasta el interior de la región de cabeza se forma en la proximidad
de la circunferencia del reactor una abertura 53 de extracción
anular por medio de una placa 52 de corriente, antes de que el agua
WA tratada alcance la abertura 51 de extracción. Con ello se evita
que la velocidad F de transporte aumente en la zona R de reacción
cerca del eje del reactor 5 hacia la región de la cabeza.
Para cantidades de caudal relativamente pequeñas
se recomienda prever secciones transversales redondas para el
reactor 5. La organización de la corriente turbulenta en el espacio
colector con la zona de disolución y mezcla se consigue de manera
suficiente mediante la entrada tangencial de la mezcla de disolución
y al menos un elemento 24 de guía de corriente orientado
radialmente (figura 2).
Los componentes principales de la corriente
turbulenta de grandes dimensiones en este espacio 3 colector son
elementos de corriente tangenciales y radiales. Los elementos de
corriente axiales sólo existen en órdenes de magnitud
secundarios.
Como reactores 5' para cantidades de caudal
superiores se recomiendan aquéllos con secciones transversales
rectangulares (figuras 3 y 3a). La organización de las corrientes
turbulentas en el espacio 3 colector se realiza en este caso
mediante un denominado tubo 232 distribuidor. Este tubo 232
distribuidor se extiende prácticamente sobre el fondo cerrado del
reactor 5. Tiene una abertura 2321 frontal, a través de la que la
corriente principal llega a la pared opuesta del espacio 3 colector
y forma dos corrientes aproximadamente tangenciales en el espacio 3
colector. En el lado inferior este tubo 232 distribuidor tiene
varias aberturas 2322, a través de las que sale una parte de la
mezcla WL de disolución en forma de rayos contra el fondo. Allí se
forman corrientes transversales orientadas hacia fuera, que con las
corrientes tangenciales generan una turbulencia de dimensiones
suficientemente grandes. Esta turbulencia de grandes dimensiones
garantiza que la disolución en la mezcla se distribuya de manera
uniforme y homogénea.
El convertidor 4 hidrodinámico, configurado en
este caso como rejilla 4b tubular, se compone de una pluralidad de
tubos 41, que se fijan mediante alojamientos correspondientes en la
región de borde del espacio del reactor. Estos tubos 41 pueden
desmontarse preferiblemente de forma individual y de este modo
pueden limpiarse o mantenerse de manera sencilla.
En este caso también se produce por encima del
convertidor 4 hidrodinámico una corriente
turbulenta-laminar de la forma ya descrita
anteriormente con una velocidad F de transporte aproximadamente
constante (véase la figura 1).
La constitución de la superficie de los tubos 41
no se supedita a ningún requisito de calidad especial. Sin embargo
debería evitarse la existencia en los tubos de irregularidades
considerables, que ocasionan la acumulación de partículas no
disueltas o la deposición de productos de desecho. Un valor de
rugosidad de entre K = 0,001 (tubos de plástico) y K = 0,1 (tubos
de acero) ha dado buen resultado.
El funcionamiento del convertidor 4
hidrodinámico se ilustra de nuevo de forma visual en la figura 4 con
respecto a su modo de funcionamiento. El fluido o la mezcla WL de
disolución mezclada de nuevo ampliamente en el espacio 3 colector
se acelera a modo de tobera en primer lugar en la región 43a
inferior de las aberturas 432 limitadas curvadas. Esta corriente
forma en la región más estrecha un cono de corriente que se amplía
hacia arriba, desde el que en la sección 43b de difusión se separan
de forma irregular y en un espacio limitado corrientes
remolinantes. La turbulencia así generada está limitada
espacialmente. Es suficiente para distribuir la disolución de
partículas flotantes, no disueltas, eventualmente existentes por la
sección A_{R} transversal de manera uniforme. Sin embargo esta
turbulencia no puede distribuir la disolución por secciones más
grandes en la dirección de la velocidad F de transporte. Con ello
se garantiza que para todas las partes de la disolución se dispone
de un tiempo de reacción uniforme.
La ventaja de este modo de funcionamiento con el
convertidor 4 hidrodinámico por toda la sección transversal del
reactor 5 se encuentra, finalmente, en que no pueden formarse
corrientes incontroladas entre la zona LM de disolución turbulenta
y la abertura 51 de extracción del reactor.
Por norma general no se requiere ninguna energía
adicional para la formación de la turbulencia en la zona LM de
disolución y en la región inferior del recipiente 5 de reacción. Es
suficiente la energía de corriente de la alimentación, que mantiene
las turbulencias necesarias de forma continua.
En lugar de las aberturas con forma de ranura en
el convertidor 4 hidrodinámico en las realizaciones de las rejillas
4a y 4b tubulares pueden preverse también aberturas 431 redondas en
el convertidor 4'' hidrodinámico, figura 7 y figura 7a. Sin
embargo, es importante que la secciones transversales de las
aberturas 431 estén conformadas de tal manera que en la parte
inferior de la abertura dirigida hacia el espacio colector se forme
una sección 43a de tobera y hacia arriba una denominada sección 43b
de difusor. En la elección de las dimensiones es importante que
entre las aberturas 431 no se formen en el lado superior superficies
planas, sobre las que puedan depositarse partículas.
En función del agua WR que ha de tratarse y en
función de la sustancia S química que ha de añadirse, cuya
capacidad de disolución puede ser diferente, puede ser necesario
corregir el funcionamiento del convertidor 4 hidrodinámico en
límites predeterminados. Con este fin se propone dotar algunos de
los tubos o barras 42 de una sección transversal elíptica y
disponerlos alrededor de un eje de manera giratoria (véase la figura
5). También es posible prever diferentes alojamientos angulares, en
los que puede introducirse la barra 42 con la sección transversal
elíptica en diferentes posiciones angulares.
Un modo de fijación de una rejilla 4a tubular se
representa en la figura 6 a modo de ejemplo. Los tubos 41 de la
rejilla 4a tubular están unidos entre sí de manera firme debido a
sus diferentes dimensiones y formas. Tal como puede observarse a
partir de la figura 4, todos los tubos 41 tiene en la parte inferior
una perforación o están abiertos en la parte frontal. Pueden
manipularse de manera sencilla con el reactor 5 vacío, durante el
funcionamiento se llenan con agua y de este modo tienen un empuje
ascendente inferior. Una escotadura en la circunferencia de la
rejilla 4a tubular permite la introducción libre de la rejilla
tubular sobre el anillo 54 de apoyo, pasando por la sección 55 de
sujeción. Si entonces se gira la rejilla 4a tubular, la sección de
sujeción retiene los tubos 41 de longitud normal contra la acción de
la corriente y/o el empuje ascendente. En la circunferencia de la
rejilla 4a tubular pueden preverse varias escotaduras y varias
secciones 55 de sujeción.
La figura 8 muestra de nuevo, en una
representación esquemática, una instalación de tratamiento, similar
a la de la figura 1, con una instalación algo modificada. La zona
LM de disolución y mezcla se encuentra en este caso directamente
por debajo de la instalación V de premezcla. El tubo 23 de mezcla
conduce a la región del fondo estrechada de un recipiente 25 de
mezcla de disolución. El desbordamiento de este recipiente 25 de
mezcla de disolución se conecta a través de un tubo 26 de disolución
con el espacio 3 colector.
La ventaja de esta disposición se basa en que
las partículas grandes de la sustancia S no llegan en ningún caso
al interior del recipiente 5 de reacción. Al interior del tubo 26 de
disolución sólo llegan aquellas partículas que ya pueden
arrastrarse por la corriente. Su disolución ya finaliza con gran
seguridad en el espacio 3 colector. El convertidor 4 hidrodinámico
tiene predominantemente funciones de seguridad y se encarga de una
velocidad F de transporte constante en la zona R de reacción y con
ello de un tiempo de reacción uniforme para todas las regiones de
sección transversal de la corriente.
En la figura 9 se representa una sección del
procedimiento, en la que se añade una sustancia al agua, que es más
ligera que el agua. La instalación de premezcla con la unidad 1 de
dosificación tiene aún la configuración habitual. Sin embargo se
dispone en un denominado conducto B de derivación. Una bomba 7
aspira la premezcla WV procedente del tubo 23 de mezcla así como el
agua WR bruta procedente de un conducto adicional y la transporta a
través de válvulas 71 de ajuste al interior de un espacio 3''
colector dispuesto en una región de la cabeza de un reactor 5''. El
espacio 3'' colector está equipado con elementos 24'' de guía de
corriente y sirve como zona LM de disolución y mezcla. Esta zona de
disolución y mezcla está limitada en la parte inferior por un
convertidor 4'' hidrodinámico de la forma descrita. La velocidad F'
de transporte se dirige hacia abajo.
Una configuración adicional de la instalación
con el procedimiento según la invención se observa en la figura 10.
Este tipo puede aplicarse preferiblemente en el tratamiento de
cantidades de agua muy grandes por unidad de tiempo.
La preparación de la premezcla se realiza en
este caso según el denominado procedimiento de derivación, tal como
ya se mencionó con respecto a la figura 9. El agua WR bruta se
conduce en paralelo temporalmente a través de tres sistemas de
conducción. La primera conducción dirige el agua WR bruta hacia la
instalación V de premezcla. Se genera una premezcla V' de
concentración elevada. La bomba 7 aspira la premezcla V' y el agua
WR de un segundo tramo con un depósito 6 de agua bruta llenado
mediante reguladores 61 del nivel de llenado y suministra a través
de las válvulas 71 de ajuste una premezcla WV'' menos concentrada. A
través del tubo de presión de la bomba 7, que cierra la denominada
derivación B, se consigue añadiendo agua WR bruta adicional a partir
de un tercer tramo la concentración definitiva de la premezcla WV,
que entonces se conduce hacia el espacio 3a colector del primer
reactor 5a.
En esta instalación están dispuestos tres
reactores 5a, 5b, 5c orientados horizontalmente, que están
conectados en serie unos detrás de otros mediante tubos 56
intermedios. En cada uno de los reactores están previstos espacios
3a, 3b, 3c colectores y zonas Ra, Rb, Rc de reacción. La separación
de las zonas se produce en cada caso a través de convertidores 4 o
4' hidrodinámicos. Los tubos de los convertidores 4 y 4'
hidrodinámicos están desplazados entre sí 90º.
- 1
- dispositivo de dosificación
- 11
- tubo de protección
- 2
- dispositivo de mezcla
- 21
- alimentación de agua bruta
- 211
- válvula de ajuste
- 212
- tobera anular
- 22
- embudo receptor
- 23
- tubo de mezcla
- 231
- tubo acodado
- 232
- distribuidor
- 2321
- abertura frontal
- 2322
- aberturas radiales
- 24, 24', 24''
- elemento de guía de corriente
- 25
- recipiente de mezcla de disolución
- 26
- tubo de disolución
- 3, 3''
- espacio colector
- 3a, 3b, 3c
- espacio colector (cadena horizontal de reactores)
- 4, 4', 4''
- convertidor hidrodinámico
- 4a
- rejilla tubular, redonda
- 4b
- rejilla tubular, rectangular
- 41
- tubo, barra
- 42
- tubo, barra, elíptico
- 431
- abertura, redonda
- 432
- abertura, con forma de ranura
- 43a
- sección de tobera
- 43b, 43b'
- sección de difusor
- 5, 5', 5''
- reactor
- 5a, 5b, 5c
- reactor, horizontal
- 51, 51'
- abertura de extracción
- 52
- placa de corriente
- 53
- abertura de extracción, anular
- 54
- anillo de apoyo
- 55
- sección de seguridad
- 56
- tubo intermedio
- 6
- depósito de agua bruta
- 61
- regulador del nivel de llenado
- 7
- bomba
- 71
- válvulas de ajuste
- 8
- recipiente alto
- A_{R}
- sección transversal, reactor
- A_{libre}
- sección transversal, convertidor hidrodinámico, libre
- A_{Z}
- sección transversal, alimentación
- V
- disposición de premezcla
- LM
- zona de disolución y mezcla
- B
- derivación de mezcla
- R, R''
- zona de reacción
- Ra, Rb, Rc
- zona de reacción, reactores horizontales
- F, F'
- velocidad de transporte (dirección)
- WR
- agua bruta
- WV, WV', WV''
- premezcla
- WL
- mezcla de disolución, sustrato más pesado que el agua
- WL'
- mezcla de disolución, sustrato más ligero que el agua
- WA
- agua, tratada
- S
- sustancia
Claims (22)
1. Un procedimiento para el
tratamiento continuo de agua, en el que se añade al agua de manera
proporcional una sustancia soluble en agua en forma de polvo o
granulada y se mezclan ambas para dar una premezcla, alimentándose
la premezcla a través de un tubo de mezcla a una zona de disolución
y mezcla de un recipiente con corriente turbulenta, y tratándola
para dar una mezcla de disolución de agua, sustancia disuelta,
partículas no disueltas, en determinadas circunstancias flotantes,
y productos de reacción ya presentes, dirigiéndose la mezcla de
disolución que sale de la zona de disolución y mezcla al menos
durante un tiempo de reacción predeterminado a una zona de reacción
de un recipiente de reacción y, finalmente, extrayéndose el agua
tratada con sus propiedades modificadas a través de la salida de la
zona de reacción hacia un depósito o a otra etapa de tratamiento,
caracterizado porque la mezcla de disolución que sale de la
zona (LM) de disolución y mezcla en la región de un espacio (3)
colector se distribuye de manera uniforme por la sección transversal
de entrada de una zona (R) de reacción de sección transversal
constante, porque la mezcla (WL) de disolución distribuida en la
transición del espacio (3) colector al reactor (5) por medio de un
convertidor (4) hidrodinámico, que tiene una pluralidad de
aberturas (43) distribuidas uniformemente por la sección transversal
de entrada del reactor (5), que están dotadas de secciones (43b) de
difusor orientadas a la zona (R) de reacción, se dirige a la zona
(R) de reacción del reactor (5), y porque la mezcla (WL) de
disolución en la zona (R) de reacción, que empieza en el plano de
las secciones (43b) de difusor por prácticamente toda la sección
transversal del reactor (5), forma una corriente
turbulenta-laminar de remolino pequeño con,
predominantemente, una velocidad (F) de transporte uniforme de
entre 2 mm/seg y 25 mm/seg hacia la salida de la zona (R) de
reacción.
2. Procedimiento según la
reivindicación 1, caracterizado porque la mezcla (WL) de
disolución en el convertidor (4) hidrodinámico se conduce a través
de aberturas en forma de ranuras (432) paralelas entre sí con
secciones transversales cóncavas limitadas en forma de arco
(secciones 43b de difusor, secciones 43a de tobera) en la zona (R)
de reacción.
3. Procedimiento según la
reivindicación 1, caracterizado porque la mezcla (WL) de
disolución que reacciona en la zona (R) de reacción se conduce
dentro de una corriente que transcurre a lo largo de un eje
extendido, predominantemente vertical, con una velocidad (F) de
transporte con una sección (A_{R}) transversal que permanece
constante.
4. Procedimiento según la
reivindicación 1, caracterizado porque en la mezcla (WL) de
disolución que reacciona dentro de la zona (R) de reacción en la
dirección de la corriente, a una distancia aguas abajo del primer
convertidor (4) hidrodinámico se induce de nuevo la corriente
turbulenta-laminar de remolino pequeño con ayuda de
un convertidor (4') hidrodinámico adicional.
5. Procedimiento según la
reivindicación 1 y 3, caracterizado porque la mezcla (WL) de
disolución que reacciona se extrae al final de la zona (R) de
reacción vertical a través de una abertura (53) de extracción
anular, orientada aproximadamente de forma coaxial con respecto a la
sección transversal de la zona (R) de reacción.
6. Un dispositivo para el
tratamiento de agua, con una alimentación para una premezcla (WV) de
agua (WR) bruta y una sustancia (S) soluble, distribuida en la
misma uniformemente, con una zona (LM) de disolución y mezcla que
se encuentra en un recipiente, en la que están dispuestos elementos
de mezcla fijos y/o móviles, con una zona (R) de reacción en un
reactor (5) con forma de recipiente, en la que la mezcla (WL) de
disolución reacciona químicamente, en una corriente a lo largo de
una distancia predeterminada, con el agua y/o con sustancias
distribuidas en la misma, para la realización del procedimiento
según la reivindicación 1, caracterizado porque el reactor
(5) con forma de recipiente presenta al menos en la región de la
zona (R) de reacción, transversalmente a la corriente de la mezcla
(WL) de disolución que reacciona, una sección (A_{R}) transversal
que permanece constante, que es superior a 0,05 m^{2}, porque en
la región de entrada de la zona (R) de reacción, que corresponde
aproximadamente a la sección transversal del reactor (5), está
dispuesto un convertidor (4, 4'', 4''') hidrodinámico con una
pluralidad de aberturas (43) distribuidas por la sección (A_{R})
transversal de la zona (R) de reacción, cuyas secciones
transversales están configuradas como toberas de tipo Venturi
(sección 43a de tobera, sección 43b de difusor), y porque aguas
arriba de la región de entrada de la zona (R) de reacción, en la
dirección de flujo aguas arriba del convertidor (4, 4'', 4''')
hidrodinámico, está dispuesto un espacio (3) colector para la
mezcla (WL) de disolución.
7. Dispositivo según la
reivindicación 6, caracterizado porque el tubo (23) de mezcla
o tubo (26) de disolución que conduce la premezcla (WV) o la mezcla
(WL) de disolución tratada desemboca en el espacio (3) colector con
su eje paralelo al plano del convertidor (4, 4'', 4''')
hidrodinámico.
8. Dispositivo según la
reivindicación 6, caracterizado porque el espacio (3)
colector está configurado como zona (LM) de disolución y mezcla y
porque dentro del espacio (3) colector están dispuestos elementos
(231; 2321; 2322; 24; 24'; 24'') de guía de corriente fijos y/o
móviles.
9. Dispositivo según la
reivindicación 6, caracterizado porque la suma de las
secciones (A_{libre}) transversales de flujo de las aberturas del
convertidor (4, 4', 4'', 4''') hidrodinámico asciende a entre el 2%
y el 15% de la sección (A_{R}) transversal de la zona (R) de
reacción del reactor (5).
10. Dispositivo según la reivindicación
6, caracterizado porque el convertidor (4, 4', 4'')
hidrodinámico está configurado como rejilla (4a, 4b) de barras o
tubular con barras o tubos (41) orientados entre sí en
paralelo.
11. Dispositivo según la reivindicación
6, caracterizado porque el convertidor (4) hidrodinámico se
compone de dos rejillas (4a; 4b ó 4, 4') tubulares dispuestas
separadas entre sí, cuyos tubos (41) se cruzan entre sí.
12. Dispositivo según la reivindicación
6, caracterizado porque la sección (A_{libre}) transversal
de flujo del convertidor (4, 4') hidrodinámico es igual o superior
a la sección (A_{Z}) transversal de la alimentación a través del
tubo (23) de mezcla o tubo (26) de disolución.
13. Dispositivo según la reivindicación
6, caracterizado porque la zona (R) de reacción del reactor
(5) está dispuesta a lo largo de un eje perpendicular y porque la
sección (A_{R}) transversal del reactor (5, 5') está configurada
de forma rectangular, circular u ovalada.
14. Dispositivo según la reivindicación
6, caracterizado porque el tubo (23) de mezcla o el tubo (26)
de disolución desemboca tangencialmente en el espacio (3) colector
redondo u ovalado configurado como zona (LM) de disolución y mezcla
y porque al menos al final de la primera circulación de la corriente
tangencial está dispuesto un elemento (24) de guía de corriente
orientado radialmente hacia dentro.
15. Dispositivo según la reivindicación
6, caracterizado porque el tubo (23) de mezcla se extiende
como distribuidor (232) radialmente por el medio del espacio (3)
colector configurado como zona (LM) de disolución y mezcla, porque
la abertura (2321) frontal del distribuidor (232) se encuentra a una
distancia aguas arriba de la pared opuesta del espacio (3')
colector y porque el distribuidor (232) tiene en el interior del
espacio (3) colector, en el lado dirigido hacia la pared frontal
cerrada del espacio (3) colector, varias aberturas (2322) radiales
separadas entre sí.
16. Dispositivo según la reivindicación 6
y 10, caracterizado porque la rejilla (4a, 4b) tubular
presenta al menos una barra o un tubo (42) con una sección
transversal elíptica, que puede ajustarse con respecto a un eje
longitudinal.
17. Dispositivo según la reivindicación
6, caracterizado porque la rejilla (4a) tubular como unidad
o los tubos (41) de la rejilla (4b) tubular pueden retirarse
individualmente y porque la rejilla (4a, 4b) tubular como unidad o
los tubos (41) están guiados y sujetados individualmente en la
posición de trabajo.
18. Dispositivo según la reivindicación
6, caracterizado porque la rejilla (4a) tubular como unidad
puede fijarse como un cierre de tipo bayoneta en el recipiente (5)
de reactor.
19. Dispositivo según la reivindicación
6, caracterizado porque los tubos (41) o barras de la rejilla
(4a, 4b) tubular presentan en su superficie un valor de rugosidad
de entre K = 0,001 y K = 0,1.
20. Dispositivo según la reivindicación
6, caracterizado porque por encima del reactor (5) está
dispuesta una cámara de dosificación con el dispositivo (2) de
premezcla y un recipiente (25) de disolución y mezcla, porque el
tubo (23) de mezcla del dispositivo (2) de premezcla desemboca en la
región del fondo del recipiente (25) de disolución y mezcla y
porque la mezcla (WL) de disolución se conduce a través de un tubo
(26) de disolución desde la zona de cabeza del recipiente (25) de
mezcla al espacio (3) colector del reactor (5).
21. Dispositivo según la reivindicación 6
ó 20, caracterizado porque el dispositivo (2) de premezcla
tiene una alimentación de agua bruta anular (tobera 212 anular), que
desemboca en la región circunferencial de un embudo (22) receptor
plano y porque a cierta distancia sobre el centro del embudo (22)
receptor plano está previsto un dispositivo (1) de dosificación
para sustancias (S) en forma de polvo o granuladas.
22. Dispositivo según la reivindicación 6
ó 20, caracterizado porque el reactor (5) está dispuesto
entre dos recipientes de almacenamiento (recipientes 8 altos) para
agua (WA) tratada y porque el reactor (5) está conectado a través
de su salida opcionalmente a uno o ambos recipientes (8) de
almacenamiento.
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