ES2282409T3 - Metodo de separacion de suspensiones, en particular para el tratamiento de aguas residuales y un aparato para llevar a cabo el mismo. - Google Patents

Abstract

Método de separación de suspensiones, en particular para el tratamiento de aguas residuales, en el que se separa una suspensión floculante del líquido mediante filtración en una capa fluidizada de un manto de lodo que tiene un margen externo esencialmente inclinado y así la suspensión se espesa y la fluidización se mantiene mediante la corriente ascendente de líquido, mientras que el líquido con suspensión entra en la capa fluidizada desde la parte inferior, el líquido liberado de la suspensión se descarga por encima de la superficie del manto de lodo representada por la interfase entre la capa fluidizada y el líquido sin suspensión y la suspensión espesa se retira de la capa fluidizada, y la velocidad de flujo ascendente en la capa fluidizada disminuye sustancialmente en sentido ascendente, caracterizado porque se retira la suspensión espesa en exceso en el margen externo inclinado de la capa fluidizada de corrientes de densidad que caen a lo largo del margen externo inclinado de la capa fluidizada.

Description

Método de separación de suspensiones, en particular para el tratamiento de aguas residuales, y un aparato para llevar a cabo el mismo.

Campo de la invención

La invención se refiere a un método de separación de suspensiones, en particular para el tratamiento de aguas residuales, en el que una suspensión floculante se separa del líquido mediante filtración en una capa fluidizada de un manto de lodo y así se espesa la suspensión y se mantiene la fluidización mediante la corriente ascendente del líquido, mientras que el líquido con suspensión se introduce en la capa fluidizada desde la parte inferior, se descarga el líquido liberado de la suspensión por encima de la superficie del manto de lodo representado por la interfase entre la capa fluidizada y el líquido sin suspensión y se retira la suspensión espesada de la capa fluidizada, y la velocidad de flujo ascendente en la capa fluidizada disminuye sustancialmente en sentido ascendente.

Además se refiere a un aparato para la separación de una suspensión floculante mediante filtración en una capa fluidizada de un manto de lodo, en particular para el tratamiento de aguas residuales, que contiene un separador de ensanchamiento esencialmente ascendente que tiene paredes externas inclinadas, cuyo volumen interno contiene un espacio de separación y está dotado de la entrada de líquido con suspensión en su parte inferior y medios para la retirada del líquido sin suspensión en su parte superior, formándose en el espacio de separación en funcionamiento una capa fluidizada de manto de lodo, por encima de cuyo nivel se sitúa el agua purificada, y la suspensión espesada se retira del espacio de separación.

Descripción de la técnica anterior

Uno de los métodos más avanzados para la separación de una suspensión floculante durante la purificación y el tratamiento de agua es la filtración de fluidos en un manto de lodo. El manto de lodo consiste en una capa fluidizada de floculación que se producen por aglomeración de partículas de la suspensión separada. El agua con la suspensión que ha de eliminarse se introduce en el manto de lodo mediante corriente ascendente. Este flujo mantiene la capa de flóculos en una estado fluidizado. Durante el flujo a su través de aguas con suspensión a través de la capa fluidizada las partículas en suspensión entran en contacto con los flóculos con la posterior captura de partículas en suspensión debido a su adhesión a los flóculos. Esta filtración libera agua desde la suspensión que se transforma en flóculos que son sustancialmente mayores que las partículas en suspensión entrantes.

La capa fluidizada produce una interfase superior entre la capa fluidizada y el líquido sin suspensión, la denominada superficie de manto de lodo, retirándose el líquido liberado de la suspensión separada por encima de la superficie de manto de lodo. Se establece la interfase, si la velocidad de flujo del líquido directamente por encima de la interfase es inferior a la velocidad de sedimentación no retardada de las distintas partículas que producen la capa fluidizada. Puesto que los flóculos producidos en el manto de lodo mediante aglomeración de la suspensión son sustancialmente mayores que las partículas en suspensión entrantes, esta velocidad supera sustancialmente la velocidad de sedimentación de la suspensión separada. La retirada de líquido transparente se separará suficientemente de la superficie del manto de lodo, para impedir que los flóculos salgan del manto de lodo debido a irregularidades de la retirada. Debido a eso, una capa de líquido transparente en la zona de separación por encima del manto de lodo siempre es indispensable.

La capa fluidizada estará soportada desde la parte inferior. Un método usado frecuentemente para soportar la capa fluidizada es el soporte hidrodinámico que consiste en que el flujo rápido de líquido por debajo de la capa de fluido impide su caída. En tal caso, la velocidad de flujo del líquido en la capa fluidizada disminuye en sentido ascendente.

Un manto de lodo con flóculos producidos por la suspensión floculante se caracteriza por el equilibrio dinámico que determina el tamaño de los flóculos en el punto dado. Atrapando partículas de la suspensión y mediante aglomeración, crecen los flóculos individuales, mientras que los flóculos grandes se disgregan en flóculos más pequeños bajo la influencia de fuerzas hidrodinámicas. La capa fluidizada por su parte afecta al flujo de líquido, estableciéndose así retroalimentación.

La continua intercepción de la suspensión da como resultado el aumento del volumen total de flóculos y, en consecuencia, los flóculos superfluos deben eliminarse del manto de lodo. Así, se retira la suspensión separada del manto de lodo en forma de flóculos en exceso.

Se conocen dos tipos de mantos de lodo: el completamente fluidizado, también especificado como perfectamente fluidizado, y el parcialmente fluidizado, especificado también como imperfectamente fluidizado. Difieren en cuanto a la velocidad del líquido en la superficie del manto de lodo y en cuanto al tipo de retirada de los flóculos en exceso. En un manto de lodo parcialmente fluidizado, la velocidad del líquido en la superficie del manto de lodo es menor que el límite de fluidización y los flóculos en exceso se retiran de la parte inferior, en un manto de lodo completamente fluidizado, la velocidad del líquido en la superficie del manto de lodo supera el límite de fluidización y los flóculos en exceso se retiran de la superficie del manto de lodo.

Debido al hecho de que la velocidad del líquido tiende a ser inferior al límite de fluidización en la superficie del manto de lodo parcialmente fluidizado, se encuentran ahí fallos de fluidización. Se producen aglomeraciones grandes de flóculos que caen a través de la capa fluidizada. Su caída conduce a corrientes ascendentes en las proximidades, aumentando así la velocidad local del flujo ascendente, que contribuye al mantenimiento de la fluidización en otras zonas cerca de la superficie del manto de lodo. Puesto que la velocidad promedio del flujo ascendente en una capa fluidizada aumenta en sentido descendente, algunos aglomerados se descomponen en el flujo más rápido y sus flóculos vuelven al manto de lodo. Sin embargo, algunos aglomerados, caen por debajo de la capa fluidizada de la que se eliminan. Dentro de un determinado intervalo de parámetros, se alcanza un equilibrio entre la cantidad de suspensión que fluye en el manto de lodo y la cantidad de suspensión que cae fuera del manto de lodo y se retira por medio del mecanismo descrito. Si la cantidad de suspensión entrante supera la cantidad de suspensión que cae fuera, el volumen del manto de lodo aumenta, y si supera la capacidad de la planta, el manto de lodo comienza a eliminarse por lavado en la retirada de agua purificada, es decir, rebosa. Si la cantidad de suspensión entrante es menor que la cantidad de suspensión que cae fuera, el volumen del manto de lodo disminuye, y si cae por debajo de un valor crítico, el manto de lodo cae por debajo del separador o, en otras palabras, cae fuera del espacio de separación.

La concentración de flóculos en el manto de lodo depende de la velocidad de flujo ascendente. Cuanto menor es la velocidad de flujo, mayor es la concentración. La concentración de flóculos en los aglomerados que caen fuera de un manto de lodo parcialmente fluidizado es mayor que la que correspondería a la velocidad del límite de fluidización. Esto es por lo que la concentración de la suspensión separada eliminada de un manto de lodo parcialmente fluidizado puede ser superior que la concentración de una suspensión eliminada de un manto de lodo completamente fluidizado. Por el contrario, sin embargo, la velocidad de flujo en la superficie del manto de lodo y, en consecuencia, el comportamiento hidráulico de un manto de lodo completamente fluidizado es superior que el de un manto de lodo parcialmente fluidizado. Esto es por lo que el uso de un manto de lodo completamente fluidizado es favorable para la separación de suspensiones diluidas, mientras que el manto de lodo parcialmente fluidizado es adecuado para separar suspensiones concentradas.

Por esta razón se ha usado el manto de lodo completamente fluidizado en el tratamiento químico de agua en la que la concentración de la suspensión, por lo general, es de décimas partes de gramos de materia seca por metro cúbico. La velocidad de flujo del líquido en la superficie del manto de lodo alcanza actualmente los valores de 4 - 4,5 m por hora mientras que la suspensión retirada de la superficie del manto de lodo es de cuatro veces a ocho veces más espesa, sometiéndose después los flóculos retirados a un espesamiento secundario mediante sedimentación. Puede usarse un manto de lodo parcialmente fluidizado en el tratamiento biológico de aguas fecales en las que las concentraciones actuales de la suspensión son de 4 a 6 kg de materia seca por metro cúbico y la suspensión espesada separada se devuelve al procedimiento de tratamiento. La velocidad de flujo del líquido en la superficie del manto de lodo alcanza actualmente valores de 0,8 - 1 metro por hora y la suspensión retirada puede espesarse desde 1,5 veces hasta el doble.

Por supuesto todos los valores límite dependen de varios parámetros, de los cuales especialmente la temperatura del agua y la naturaleza de la suspensión tienen una influencia extraordinaria. Mediante la monitorización de muchas plantas durante varios años, se ha descubierto que estos parámetros tienen influencia en los valores límite dentro del 10 al 30 por ciento, por lo general.

Los espacios de separación en los que tiene lugar la filtración descrita en el manto de lodo tienen normalmente la forma de un prisma, pirámide o cono de ensanchamiento ascendente, que garantiza la disminución de la velocidad de flujo del líquido en sentido ascendente. Están limitados por paredes inclinadas, normalmente con una inclinación de 5 a 60 grados que, por un lado, impide que los flóculos depositen capas sobre estas paredes y por otro lado, proporciona suficiente superficie para la superficie del manto de lodo.

Los separadores para el manto de lodo están equipados además con la retirada del líquido puro sin suspensión en la parte superior, normalmente en la forma de surcos de rebosamiento o tubos perforados, y en la parte inferior están dotados con una entrada de líquido con suspensión que va a separarse.

La solución más sencilla de esta entrada es un simple orificio que conecta el espacio de separación con otro espacio funcional, tal como un espacio de activación en el caso de tratamiento de residuos biológicos o un espacio de coagulación en el caso de tratamiento de aguas químicas. Sin embargo, también se conocen soluciones más complejas, tales como en forma de canales de alimentación inclinados a lo largo de las paredes del espacio de separación, o en forma de una tubería de entrada central que pasa verticalmente a través del centro del espacio de separación. Tales canales o tuberías de entrada se conectan entonces con otro espacio funcional desde el que fluye normalmente el líquido con suspensión hacia abajo hasta el punto de la entrada real al espacio de separación en el que el líquido fluye hacia arriba. Si la disposición global de la entrada al espacio de separación es más compleja, entonces, en relación al mecanismo descrito anteriormente de soporte hidrodinámico de la capa fluidizada del manto de lodo, bajo el concepto de entrada al espacio de separación se entiende la superficie horizontal al nivel superior del orificio a través del que fluye el agua hasta dicha entrada al espacio de separación. La parte superior del espacio de separación para un manto de lodo completamente fluidizado esta dotada con la retirada de la suspensión separada que delimita la posición de la superficie del manto de lodo, mientras que para un manto de lodo parcialmente fluidizado la retirada de la suspensión separada está dispuesta por debajo del nivel de entrada del líquido con suspensión al espacio de separación. El área de flujo a su través de la entrada del líquido con suspensión al espacio de separación, por lo general, es del 2,2 al 2,5 por ciento del espacio de separación para un manto de lodo completamente fluidizado, y del 10 al 15 por ciento del mismo para un manto de lodo parcialmente fluidizado. Cuanto mayor sea el área de flujo a su través de la entrada al espacio de separación en un manto de lodo parcialmente fluidizado, mayores concentraciones de suspensión pueden separarse mediante este manto de lodo, pero también es mayor el límite para que este manto de lodo caiga fuera.

Los principios descritos todavía aclaran otra diferencia sustancial entre un manto de lodo parcialmente fluidizado y uno completamente fluidizado. La altura de la superficie del manto de lodo en un manto de lodo completamente fluidizado es constante, y si hubiese cualquier cambio del flujo a su través o de la concentración de la suspensión entrante, solo varía la concentración de la suspensión espesada retirada. La superación del rendimiento máximo se manifiesta por la extracción de flóculos fuera del manto de lodo o porque su superficie se elimina por lavado. En un manto de lodo parcialmente fluidizado su altura superficial varía con los cambios del flujo a su través y de la concentración de la suspensión entrante, y la superación del rendimiento máximo se manifiesta por la subida del manto de
lodo hasta el nivel de retirada del líquido purificado, con el subsiguiente rebosamiento del manto de lodo a la retirada.

La experiencia de funcionamiento ha demostrado que el manto de lodo es funcional de forma apropiada siempre sólo dentro de un determinado intervalo de parámetros de diseño. Si el flujo a su través cae por debajo de aproximadamente el 50 por ciento del rendimiento nominal en un manto de lodo completamente fluidizado usado para el tratamiento de aguas químicas, tienen lugar alteraciones de fluidización que tienen la tendencia a empeorar, y en el plazo de un tiempo determinado dan como resultado fallos funcionales. Si la concentración del lodo activado cae por debajo de 1 - 2 kg de materia seca por metro cúbico en el caso de un manto de lodo parcialmente fluidizado usado para el tratamiento biológico de aguas, no se establece un manto de lodo en el espacio de separación, o si la concentración de la suspensión ha caído por debajo del límite mencionado, es probable que el manto de lodo caiga fuera del espacio de separación, es decir, se hundirá por debajo del espacio de separación.

Los principios del manto de lodo completamente fluidizado y diversas disposiciones de los aparatos correspondientes se describen, por ejemplo, en la memoria descriptiva de la patente checa número 88634 (S. Mackrle, V. Mackrle, I. Tesa\check{r}ík, V. Mi\check{c}an, Reactor for water treatment by sludge blanket) y la memoria descriptiva de la patente checa número 123929 (S. Mackrle, V. Mackrle, O. Dra\check{c}ka, L. Paseka, Clarifier for water treatment by coagulation and filtration by perfectly fluidized sludge blanket) y su correspondiente memoria descriptiva de la patente canadiense número 769769. Se describe un manto de lodo parcialmente fluidizado con caída espontánea de la suspensión separada de nuevo al procedimiento de tratamiento, por ejemplo, en la memoria descriptiva de la patente checa número 159811 (S. Mackrle, V. Mackrle, Modular apparatus for biological treatment of organically polluted liquids) y sus correspondientes memorias descriptivas de patentes extranjeras, la memoria descriptiva canadiense número 921626 y la memoria descriptiva estadounidense número 3627136, y también se describe en la memoria descriptiva de la patente checa número 173893 (S. Mackrle, V. Mackrle, O. Dra\check{c}ka, Reactor for biological purification of liquid, in particular sewage water) y sus correspondientes memorias descriptivas de patentes extranjeras, la canadiense número 1038090, alemana número 2456953, francesa número 7439337 y la japonesa número 1044405. Un manto de lodo parcialmente fluidizado con la aplicación de eliminación por succión de la suspensión separada caída se describe en la memoria descriptiva de la patente checa número 275746 (S. Mackrle, V. Mackrle Method of biological activation purification of water y apparatus for performing the same), con la correspondiente memoria descriptiva de patente estadounidense número 5032276 y EP 345669.

Además de los dos modos básicos de retirada de flóculos en exceso descritos anteriormente, de la superficie del manto de lodo y de la parte inferior del manto de lodo, también se conocen soluciones que consisten en la retirada de los flóculos en exceso del interior del manto de lodo (es decir, documento JP 56 010394 A - Tamaki Yukihiko/Toyo Giken KK Kawasaki Heavy Ind. Ltd., Disposing device for sewage at high capability, documento JP 61 192391 A - Kitawaga Masami, Yamamoto Koitchi, Iritani Mohorito/Ebara Infilco Co. Ltd., Method and apparatus for treatment of organic sewage, documento EP 1 023 117 B1 - Dieter Eppler/Dieter Eppler Wasseraufbereitung, Schwebefilteranlage zur Trinkwaseraufbereitung). Se ha mostrado un análisis detallado de que estas soluciones no proporcionan ninguna ventaja en comparación con los modos básicos descritos anteriormente. Por el contrario, una desventaja en comparación con el manto de lodo completamente fluidizado es la sustitución de un procedimiento inherentemente automático por un procedimiento que requiere regulación externa. Además, en el caso de que la retirada se realice mediante una bomba (documento EP 1 023 117 B1) los flóculos se rompen, lo que complica el espesamiento adicional del lodo retirado. En comparación con el manto de lodo parcialmente fluidizado, la desventaja de estas soluciones consiste en la baja concentración de la suspensión retirada.

Fundamento de la invención

Los inconvenientes de la técnica anterior se eliminan sustancialmente mediante el método y aparato según la presente invención.

El fundamento del método según la invención consiste en que se retira una suspensión espesada en exceso en el margen externo inclinado de la capa fluidizada de corrientes de densidad que caen a lo largo del margen externo inclinado de la capa fluidizada.

Es beneficioso que por encima del nivel de la retirada de la suspensión espesada en exceso, se forme una capa fluidizada como un manto de lodo parcialmente fluidizado, en la que se producen aglomerados de flóculos de la suspensión espesada que caen a lo largo del margen externo inclinado al punto de retirada, y por debajo del nivel de la retirada se forme una capa fluidizada como un manto de lodo completamente fluidizado, en la que la corriente del líquido con suspensión se distribuye en el manto de lodo parcialmente fluidizado.

También es importante que en la interfase del manto de lodo parcialmente fluidizado y manto de lodo completamente fluidizado la velocidad de flujo ascendente disminuya bruscamente.

Es preferible si la concentración de la suspensión de flujo entrante supera 1 kg de materia seca por metro cúbico, la velocidad de flujo del agua ascendente inmediatamente por encima de la superficie de manto de lodo está en el intervalo de 1,6 a 2,2 metros por hora.

Es preferible que la velocidad de flujo de agua en la entrada al manto de lodo esté dentro del intervalo de 2 a 6 cm por segundo y el volumen de la suspensión espesada en exceso retirada sea múltiplo de 1,5 a múltiplo de 3 del volumen de agua sin suspensión retirado por encima de la superficie del manto de lodo.

El fundamento del aparato según la invención consiste en que el espacio de separación en el separador que tiene paredes externas inclinadas al menos en un lugar por encima de la entrada al separador y por debajo de la superficie del manto de lodo se ensancha bruscamente hacia arriba, y al nivel de este ensanchamiento brusco, al menos cerca de una de dichas paredes externas inclinadas, al menos un punto de retirada de un exceso de suspensión espesada en exceso que cae como corrientes de densidad a lo largo de dicha pared externa inclinada desde una capa fluidizada del manto de lodo se sitúa dentro del espacio de separación en el separador.

El fundamento de una realización del aparato consiste también en que el espacio de separación dentro del separador, en su parte inferior, se limita al menos en una parte al menos por una pared interna inclinada, mientras que el espacio entre la parte inferior de la pared externa y la pared interna crea un espacio de espesamiento, mientras que el hueco entre el borde superior de esta pared interna y la pared externa representa el lugar del ensanchamiento brusco y también el punto de retirada de la suspensión espesada en exceso del espacio de separación.

Es beneficioso que el hueco entre el borde superior de la pared interna y la pared externa cree una entrada al espacio de espesamiento que está dotado con medios para retirar la suspensión espesada en exceso en su parte inferior.

También se ofrece una contribución mediante una realización en la que la pared externa inclinada del separador incluye un ángulo en la zona de retirada de la suspensión espesada y su parte superior por encima de este nivel está más inclinada que la parte inferior de la misma situada por debajo.

En una realización preferida en el punto de retirada se sitúan y se crean medios para retirar la suspensión espesada mediante un tubo de recogida perforado y el ensanchamiento brusco del espacio de separación en este lugar se realiza mediante una desviación de la pared externa, que tanto desde arriba como desde abajo está unida al tubo de recogida, realizándose orificios para retirar la suspensión espesada en exceso en el lateral del tubo de recogida orientado hacia la parte superior de la pared externa inclinada desviada.

Es una estructura preferida del aparato en la que el área de entrada al espacio de separación es superior al 3 por ciento e inferior al 6 por ciento de la superficie del espacio de separación al nivel de retirada de líquido sin suspensión, el área del espacio de separación inmediatamente por debajo del nivel de retirada de la suspensión espesada en exceso es superior al 20 por ciento, e inmediatamente por encima del nivel de eliminación de la suspensión espesada en exceso es inferior al 70 por ciento de la superficie del espacio de separación al nivel de retirada de líquido sin suspensión, y tanto el nivel de entrada al espacio de separación como el nivel de retirada del líquido sin suspensión están a una distancia vertical de más de un metro desde el nivel de retirada de la suspensión espesada.

Para la función del aparato es beneficioso que la altura del nivel de retirada de la suspensión espesada en exceso por encima del nivel de entrada al espacio de separación esté en el intervalo de desde ¼ hasta ¾ de la altura del nivel de retirada del líquido sin suspensión por encima del nivel de entrada al espacio de separación, además de que el aparato esté dotado con tubos funcionales, al menos un tubo funcional del grupo creado por tubos de recogida de la suspensión espesada en exceso, tubos de recogida para retirar la suspensión espesada en exceso, tubos de recogida para retirar líquido sin suspensión, tubos de descarga, tuberías de entrada de aire comprimido y los tubos de enjuague, formando parte también de la estructura de soporte de las paredes externas del espacio de separación y que el ángulo de la pared externa inclinada en su parte superior esté dentro del intervalo de 52° a 60°.

El ángulo de la pared interna inclinada está preferiblemente dentro del intervalo de 52° a 60°, mientras que el ángulo de la pared externa inclinada en su parte inferior está dentro del intervalo de 30° a 40°.

La ventaja más esencial del método y el aparato según la presente invención es una mejora sustancial de la eficacia de separación, que se permite en particular mediante el aumento de la carga de sólidos de la separación cuando se separa una suspensión concentrada, y concretamente hasta el doble que puede alcanzarse mediante los sistemas conocidos de filtración de fluidos usando un manto de lodo parcialmente fluidizado. Esto puede usarse para, o bien aumentar la carga hidráulica y, en consecuencia, para potenciar la capacidad de separación, o bien para aumentar la concentración de la suspensión que entra en el manto de lodo o, posiblemente, para una combinación óptima de ambos efectos. Tal mejora cuantitativa de la eficacia de separación será una contribución especial para el tipo de activación del tratamiento de aguas residuales biológicas en relación al ahorro en el diseño de reactores biológicos integrados. El aumento de la carga hidráulica debido a la aplicación del método y aparato según la presente invención permite acortar el espacio de separación, y concretamente hasta el 50 por ciento frente a las dimensiones de las plantas conocidas hasta la fecha que usan un manto de lodo parcialmente fluidizado. Esto no sólo conlleva ahorros en relación a la construcción del separador, sino también ahorros de construcción adicionales, tales como por la reducción de la altura necesaria del reactor biológico integrado y un alojamiento más fácil del separador en el reactor. La concentración aumentada de lodo activado en el reactor biológico se refleja también en la reducción de los volúmenes funcionales que son necesarios para los procesos biológicos y de ese modo reduciendo también el tamaño global del reactor. La reducción del tamaño del separador y la optimización de la construcción y de las dimensiones del reactor permiten conseguir ahorros considerables de material, coste de fabricación, transporte e instalación. Otra ventaja del método y el aparato para poner en práctica el método según la presente invención es su funcionamiento dentro de un intervalo sustancialmente más amplio de parámetros que, en el caso de un manto de lodo parcialmente fluidizado. Esto amplía el alcance de
la utilización del método y el aparato y permite su flexibilidad sustancialmente mejorada durante el funcionamiento.

Breve descripción de los dibujos

Se describirán cuatro realizaciones a modo de ejemplo de la invención, en la que la figura 1 muestra el primer ejemplo de realización de un aparato según la invención en sección lateral, la figura 2 muestra el primer ejemplo de realización de un aparato según la invención en representación axonométrica, la figura 3 es una integración del primer ejemplo de la realización en un reactor integrado a modo de ejemplo para el tratamiento de activación de aguas residuales, la figura 4 es una segunda realización a modo de ejemplo del aparato en sección lateral, la figura 5 es la segunda realización a modo de ejemplo en representación axonométrica, la figura 6 es una tercera realización a modo de ejemplo del aparato en sección lateral dentro de un reactor biológico integrado a modo de ejemplo, la figura 7 es una representación axonométrica de una realización a modo de ejemplo según la figura 6, la figura 8 muestra las cuatro realizaciones a modo de ejemplo del aparato en sección lateral y la figura 9 es la cuarta realización a modo de ejemplo en representación axonométrica dentro de un reactor biológico integrado a modo de ejemplo.

Ejemplos de realizaciones de la invención

Para el completo entendimiento se describen siempre los ejemplos de los aparatos como partes de un reactor integrado a modo de ejemplo para el tratamiento de activación de aguas residuales, con nitrificación y desnitrificación mediante lodo activado suspendido uniforme; los ejemplos de aparatos en tal reactor integrado a modo de ejemplo sirven para separar la suspensión floculante que se produce durante el tratamiento mencionado. Se designan las partes que son similares en la forma de funcionamiento y construcción con los mismos números de referencia en diversos ejemplos de realización.

Ejemplo 1

La parte básica del aparato para la separación de la suspensión floculante según esta invención es un separador 1 en forma de un cono de ensanchamiento ascendente limitado por una pared 2 externa con forma de una cubierta cónica (figuras 1, 2). La forma del cono del separador 1 también puede ser discontinua en el sentido de que puede comprender partes cilíndricas cortas no ilustradas, o incluso partes ahusadas de inclinación opuesta, por ejemplo, debido a razones de fabricación o diseño.

El espacio interno del separador 1 contiene un espacio de separación; según este ejemplo de realización, el espacio interno del separador 1 coincide prácticamente con el espacio de separación. La pared 2 externa comprende un medio insertado para retirar la suspensión espesada, y concretamente en forma de un tubo 3 de recogida enrollado circular de sección angular y su parte superior alberga otro medio para retirar líquido sin suspensión en forma del tubo 4 de recogida enrollado circular de sección triangular.

La altura del nivel de retirada de la suspensión espesada por encima del nivel de entrada 5 en el separador 1 y, en consecuencia, en el espacio de separación, está dentro del intervalo de ¼ a ¾ de la altura del nivel de retirada de líquido sin suspensión por encima del nivel de entrada 5 en el espacio de separación. Es preferible disponer el medio para retirar la suspensión espesada a una altura media del separador 1. Los tubos 3 y 4 de recogida pueden tener otras secciones, siendo sólo ventajosas las formas mencionadas.

Se proporciona un retranqueo de la pared 2 externa en el diámetro al nivel del tubo 3 de recogida inferior, pero la pared 2 externa puede realizarse también como un área cónica continua sin ningún cambio abrupto. La parte inferior de la pared 2 externa se termina por la entrada 5 en el separador 1 que se realiza como la abertura de entrada.

El tubo 4 de recogida superior para retirar líquido sin suspensión está dotado de un orificio 6 en su lateral inclinado externo, mientras que el tubo 3 de recogida inferior para retirar la suspensión espesada está dotado de orificios 7 en su lateral horizontal superior. Ambos tubos 3 y 4 perforados representan también elementos de construcción que crean la estructura de soporte del separador 1. El tubo 4 de recogida superior desemboca en la descarga 8 que dispone el rebosamiento 9 para mantener constante la superficie 10 del agua en el separador 1. Se conecta el tubo 3 de recogida inferior a una bomba 12 de recirculación a través del tubo 11. La pared 2 externa por encima del tubo 4 de recogida superior puede terminar con otra forma en lugar de un cono, debido a razones de funcionamiento, tal como una pieza 13 de extremo cilíndrica. Durante el funcionamiento del aparato, la superficie 14 del manto de lodo se sitúa entre el tubo 3 de recogida inferior perforado y el tubo 4 de recogida superior perforado.

El ejemplo descrito de una realización para separar una suspensión floculante crea una parte de un reactor para el tratamiento de activación biológico de aguas residuales que consiste, según este ejemplo de realización, en un tanque 15 dividido de modo que forma un espacio 16 óxico y un espacio 17 anóxico que se comunican a través de una conexión 18. Esta conexión 18, por ejemplo, puede realizarse como una muesca en la pared 19 divisoria que separa el espacio 16 óxico del espacio 17 anóxico.

El espacio 16 óxico del reactor según el ejemplo de realización alberga al separador 1 descrito cuya entrada 5 se comunica por tanto con el espacio 16 óxico, mientras que la salida 20 de la bomba 12 de recirculación desemboca en el espacio 17 anóxico. La parte 21 inferior del tanque 15, por debajo de la entrada 5 en el separador 1, alberga un cono 22 invertido (figura 3) que tiene orificios 23 en su parte superior. El espacio 16 óxico está dotado de elementos 24 de aireación conectados con la tubería 25 de entrada de aire comprimido (figura 3); mientras que el espacio 17 anóxico está dotado de una entrada 26 de aguas residuales y un agitador 27 dirigido entre dos paredes 28 deflectoras paralelas que están dispuestas verticalmente en el espacio 17 anóxico. La entrada 26 de aguas residuales y la salida 20 de la bomba 12 de recirculación desembocan en esquinas opuestas del espacio 17 anóxico a la parte 21 inferior o, posiblemente, a una profundidad media del tanque 15, realizándose la conexión 18 con el espacio de separación cerca de la superficie 10 de agua en el tanque 15.

El aparato descrito funciona como sigue. El agua con la suspensión floculante compuesta de lodo activado biológicamente fluye hacia el espacio de separación a través de la entrada 5. En el espacio de separación el agua fluye hacia arriba, y puesto que el espacio de separación en el separador 1 se ensancha sustancialmente en sentido ascendente, la velocidad de flujo de agua disminuye sustancialmente en sentido ascendente. Dentro del espacio de separación, un procedimiento conocido da como resultado una capa fluida de un manto de lodo en la que queda atrapada la suspensión del líquido que fluye. La capa fluidizada del manto de lodo en el espacio de separación crea la superficie 14 del manto de lodo por encima del nivel del tubo 3 de recogida inferior para retirar la suspensión espesada y por debajo del nivel del tubo 4 de recogida superior para retirar líquido sin suspensión, mientras que por encima de la superficie 14 del manto de lodo se sitúa una capa de líquido sin suspensión (figuras 1, 2).

Puede resumirse que la suspensión floculante se separa del líquido mediante filtración en la capa fluidizada del manto de lodo en la que se crean los flóculos de la suspensión separada y se mantiene la fluidización mediante el flujo ascendente de líquido. El líquido con suspensión entra en la capa fluidizada desde la parte inferior y el líquido liberado de la suspensión se retira por encima de la superficie 14 del manto de lodo representada mediante una interfase entre la capa fluidizada y el líquido sin suspensión. Se retira la suspensión espesada separada en forma de flóculos del manto de lodo de la zona de la capa fluidizada, mientras que la velocidad de flujo ascendente en la capa fluidizada disminuye esencialmente en sentido ascendente.

La capa del manto de lodo por encima del nivel de retirada de la suspensión espesada funciona como un manto de lodo parcialmente fluidizado en el que la suspensión espesada se densifica adicionalmente, concretamente se forman aglomerados de la suspensión espesada y después se retiran. La capa del manto de lodo por debajo del nivel de retirada de la suspensión espesada funciona como un manto de lodo completamente fluidizado en el que el flujo de líquido está distribuido uniformemente en el manto de lodo parcialmente fluidizado. Tal distribución se debe al hecho de que una capa fluidizada funciona como un entorno poroso cuya resistencia distribuye el flujo, especialmente el flujo ascendente, hasta el perfil de todo el flujo a su través. En consecuencia, en la capa fluidizada inferior del manto de lodo completamente fluidizado, se distribuye la corriente de suspensión en todo el perfil del espacio de separación, entrando así uniformemente la capa fluidizada del manto de lodo parcialmente fluidizado. En analogía, cerca de la superficie 14 del manto de lodo, el flujo está distribuido uniformemente en todo el área.

Estando conectado el separador 1 mediante una entrada 5 con el espacio 16 óxico que está conectado a través de una conexión 18 con el espacio 17 anóxico, el rebosamiento 9 mantiene la superficie 10 de agua constante en todo el tanque 15. En consecuencia, exactamente el mismo volumen de líquido que ha entrado en el tanque 15 a través de la entrada 26 de aguas residuales (figura 3) fluirá fuera del tanque 15 a través del tubo 4 de recogida superior y los orificios 6 en el mismo y adicionalmente a través de la descarga 8 sobre el rebosamiento 9. Si el volumen de agua sin suspensión que ha fluido a través de la descarga 8 desde el espacio de separación es Q_{o}, y el volumen de la suspensión espesada retirada mediante la bomba 12 de recirculación desde el espacio de separación es Q_{s}, entonces el volumen de agua con suspensión que va a través de la entrada 5 al espacio de separación es igual a Q_{o} + Q_{s}. Si la concentración de suspensión en el agua que fluye hacia el espacio de separación a través de la entrada 5 es C, mientras que la concentración de suspensión espesada que se está retirando es C_{s}, entonces el volumen de suspensión que ha ido hacia el espacio de separación es C(Q_{o}+Q_{s}), mientras que el volumen de suspensión que se retira del espacio de separación es C_{s}Q_{s}. En un estado de equilibrio ambos volúmenes serán iguales y, en consecuencia, es válido para la concentración de la suspensión espesada retirada en estado de equilibrio: C_{ss} = C(Q_{o}+Q_{s})/Q_{s}. Si la concentración de la suspensión espesada retirada es inferior a C_{ss}, el volumen de suspensión en el manto de lodo crece y debido a eso la superficie 10 de manto de lodo asciende, si la concentración de la suspensión espesada retirada es superior a C_{ss}, el volumen de suspensión en el manto de lodo disminuye y la superficie 10 del manto de lodo se hunde. Se especifican todas las cantidades Q en unidades de volumen por unidad de tiempo, tal como metros cúbicos por hora, mientras que se especifican las concentraciones, por ejemplo, como kg por metro cúbico. En consecuencia, la altura de la superficie 14 del manto de lodo varía y depende del equilibrio de masas, del mismo modo que en el manto de lodo parcialmente fluidizado. En un determinado intervalo de parámetros, un manto de lodo tiene propiedades autorreguladoras: la concentración C_{s} de la suspensión espesada retirada crece junto con la altura ascendente de la superficie 14 del manto de lodo, y debido a eso; para un determinado valor ajustado de Q_{s} y el valor Q_{o} dado, la superficie 14 del manto de lodo se estabilizará automáticamente a un nivel que permite cumplir la condición de C_{s} = C_{ss}. Los símbolos aplicados deben entenderse como sigue:

C concentración de suspensión en la mezcla de activación que fluye hacia el espacio de separación

Q_{o} cantidad de volumen de agua sin suspensión que fluye fuera del espacio de separación

Q_{s} cantidad de volumen de suspensión espesada retirada del espacio de separación

C_{s} concentración de suspensión espesada retirada

C_{ss} concentración de suspensión espesada retirada en estado de equilibrio.

La corriente de líquido en las zonas de separación tiene, debido a su forma, además de un componente ascendente vertical, también un componente horizontal dirigido a las paredes inclinadas. Contra el componente vertical de flujo, los flóculos están sometidos a fuerzas gravitatorias en sentido descendente. La combinación de estas fuerzas da como resultado una fuerza horizontal que impulsa los flóculos en la dirección de las paredes inclinadas. Debido a eso, la concentración de la suspensión aumenta en las paredes inclinadas, dando como resultado corrientes de densidad descendentes a lo largo de estas paredes. En un manto de lodo parcialmente fluidizado, los aglomerados de flóculos que caen continúan, tras haber entrado en contacto con la pared inclinada, también como corrientes de densidad. La concentración de la suspensión en las corrientes de densidad está influenciada además por dos efectos contrarios: por un lado, debido a la fuerza gravitatoria, tiene lugar un espesamiento adicional de la suspensión en la corriente de densidad que fluye hacia abajo a lo largo de una pared inclinada; por otro lado, el flujo en sentido contrario del líquido que fluye hacia el espacio de separación en sentido ascendente se lava a través del flujo de densidad diluyendo, por el contrario, la suspensión en el flujo de densidad.

Corrientes de densidad con la suspensión espesada que fluyen por debajo de la superficie 14 del manto de lodo a lo largo del lado interno de la pared 2 externa inclinada del separador 1 en sentido descendente, bajan hasta el tubo 3 de recogida para la retirada de la suspensión espesada, desde el que se eliminan por succión mediante el funcionamiento de la bomba 12 de recirculación. Puesto que los orificios 7 en la tubería de recogida sirven para la retirada de la suspensión espesada están situados en el lateral superior, se someten las corrientes de densidad por encima del tubo 3 de recogida a retirada. Tal disposición reduce la dilución de la suspensión espesada retirada.

Un límite viable teóricamente para la velocidad de flujo máxima a la altura de la superficie 14 del manto de lodo corresponde con una velocidad de aproximadamente 2 - 2,2 mph, durante la que el manto de lodo completamente fluidizado empieza a convertirse en un manto de lodo parcialmente fluidizado, es decir, el 50 por ciento de las velocidades alcanzadas actualmente, 4 - 4,5 metros por hora en un manto de lodo completamente fluidizado.

Experimentos con el aparato descrito en el que el área de flujo a su través del espacio de separación justo por debajo del nivel de retirada de la suspensión espesada a través del tubo 3 de recogida ascendía al 25 por ciento del área del espacio de separación al nivel de retirada de líquido sin suspensión a través del tubo 4 de recogida, demostraron que la velocidad de flujo máxima en la superficie 14 del manto de lodo en este aparato está dentro del intervalo de 1,6 - 1,9 mph. En caso de superar este valor, el manto de lodo ya rebosaría a los medios de retirada de líquido purificado. La consecuencia es un rendimiento aproximadamente del doble comparada con los equipos conocidos hasta la fecha con manto de lodo parcialmente fluidizado. Los experimentos demuestran que es preferible si la cantidad de volumen de suspensión espesada eliminada mediante la bomba 12 de recirculación iguala aproximadamente el doble de la cantidad de volumen de agua sin suspensión que se ha salido a través de la descarga 8, es decir, Q_{s} = aprox. 2 Q_{o}.

Puesto que se elimina la suspensión espesada en exceso del manto de lodo en la zona de su circunferencia externa en el aparato descrito, sin salir a través de la entrada 5, el área de flujo a su través de la entrada 5 puede ser inferior que en los equipos conocidos con manto de lodo parcialmente fluidizado y, en consecuencia, el manto de lodo por debajo del nivel de retirada de la suspensión espesada a través de tubo 3 de recogida puede funcionar como uno completamente fluidizado. Esto permite inhibir el efecto de salirse del manto de lodo durante un flujo inferior de la suspensión, que limita actualmente el alcance de la aplicación de un manto de lodo parcialmente fluidizado. Con el fin de permitir que el manto de lodo por debajo del nivel de retirada de la suspensión espesada funcione como uno completamente fluidizado, la velocidad de flujo del agua en la entrada al manto de lodo debe cumplir con valores para un manto de lodo completamente fluidizado, es decir, estará en el intervalo de 2 a 6 centímetros por segundo. Considerando la cantidad de volumen de suspensión recirculada y la salida del aparato, es preferible disponer el área de entrada 5 de modo que sea superior al 3 por ciento e inferior al 6 por ciento del área del espacio de separación al nivel de retirada del líquido sin suspensión a través de la trayectoria del tubo 4 de recogida.

La cantidad de volumen de la suspensión espesada retirada está en el intervalo de 1,5 veces a 3 veces la cantidad de volumen de agua sin suspensión retirada por encima de la superficie del manto de lodo.

En el espacio 16 óxico y el espacio 17 anóxico del reactor para el tratamiento de activación biológico de aguas residuales, en presencia de lodos activados devueltos por la bomba 12 de recirculación, se realiza el tratamiento de activación conocido de aguas residuales que se lleva hasta el reactor mediante la entrada 26 de aguas residuales, fluyendo el agua purificada mediante la descarga 8 en el rebosamiento 9. Si las aguas residuales contienen compuestos de nitrógeno, tales como aguas fecales, el espacio 17 anóxico funciona como un espacio de desnitrificación central en el que se reducen los nitratos a nitrógeno gaseoso. Los nitratos mencionados formados mediante la oxidación de los compuestos de nitrógeno en el espacio 16 óxico se devuelven al espacio 17 anóxico en el agua que fluye de nuevo desde el espacio 16 óxico en el separador 1 junto con los lodos activados devueltos a través de la salida 20 de la bomba 12 de recirculación. La disposición de la entrada 26 descrita anteriormente de las aguas residuales y la salida 20 de la bomba 12 de recirculación, junto con el flujo inducido mediante el agitador 27 y canalizado mediante las paredes 28 deflectantes conduce, en una parte del espacio 17 anóxico, a la creación de condiciones anaerobias que apoyan la eliminación biológica del fósforo, mientras que la ubicación descrita de la conexión 18 garantiza que las aguas residuales llevadas pasarán a través de todo el espacio 17 anóxico antes de rebosar al espacio 16 óxico.

Si se interrumpe el funcionamiento del aparato, tal como debido a una caída de potencia o durante una parada, se interrumpe la fluidización del manto de lodo, el manto de lodo sedimenta y los lodos activados sedimentados se acumulan en la zona de entrada 5 al separador 1. Si la interrupción dura un tiempo mayor, los lodos activados sedimentados adquieren una estructura de gel, lo que puede dar como resultado un tapón en la zona de entrada 5 impidiendo que se reanude la función del aparato cuando se reinicia el funcionamiento. Este es el motivo por el que entra agua a presión y aire comprimido en el cono 22 invertido tras el reinicio del funcionamiento. Se inyectan ambos medios a través de aberturas 23 en la parte superior del cono 22 invertido, lo que provoca una turbulencia intensiva que rompe las capas de los lodos sedimentados y limpia la zona de entrada 5 hacia el separador 1. Además de esta función, el cono 22 invertido tiene otro fin que reside en dirigir el flujo por debajo de la entrada 5 hacia el separador 1 para impedir la sedimentación de la suspensión en la parte inferior del tanque 15 por debajo del centro de la entrada 5.

Ejemplo 2

El segundo ejemplo de realización del aparato según la invención se ilustra en las figuras 4 y 5. El separador 1 está, en analogía con el ejemplo 1, limitado esencialmente por la pared 2 cónica de ensanchamiento ascendente. La parte inferior del separador 1 alberga una pared 29 interna cónica que está unida al borde inferior de la pared 2 externa con su borde inferior (figura 4). La pared 29 interna limita también el espacio que se amplía en sentido ascendente y alcanza el nivel de un tercio a la mitad de la altura del espacio de separación. El espacio de separación, en consecuencia, está limitado por la pared 29 interna en la parte inferior del separador 1 y por la pared 2 externa en la parte superior del espacio de separación. Así el espacio de separación es una parte del espacio interno de separador 1, que también puede expresarse diciendo que el espacio interno del separador 1 contiene un espacio de separación. La pared 2 externa por encima del borde 30 superior de la pared 29 interna tiene forma cónica, mientras que por debajo del nivel del borde 30 superior tiene la forma de una cúpula elíptica y su inclinación en esta parte disminuye desde 52° - 60° hasta 30° - 40°.

La zona entre la pared 2 externa y la pared 29 interna produce un espacio 31 de espesamiento de la suspensión dotado, en su parte inferior, con una retirada de la suspensión espesa en forma de tubo 32 de recogida enrollado para formar un círculo. Este tubo 32 de recogida tiene preferiblemente sección circular y forma también una estructura de soporte que lleva en su exterior el borde inferior de la pared 2 externa y en el interior el borde inferior de la pared 29 interna. El borde inferior de la pared 29 interna produce una entrada que presenta la entrada 5 al espacio de separación del separador 1. Las aberturas no ilustradas del tubo 32 de recogida para la retirada de la suspensión espesa se practican en el borde inferior de la pared 2 externa. El tubo 32 de recogida está conectado a través del tubo 11 a la bomba 12 de recirculación de forma similar al ejemplo 1.

Puede resumirse que la parte inferior del espacio de separación está limitada por al menos una pared 29 interna al menos parcialmente inclinada, produciendo el espacio entre la parte inferior de la pared 2 externa y la pared 29 interna el espacio 31 de espesamiento. El hueco, o posiblemente el área del hueco entre el borde superior de esta pared 29 interna y la pared 2 externa que tiene la forma de un anillo anular en este ejemplo, representa el punto de eliminación de suspensión espesa en el que se retira la suspensión espesa del espacio de separación. Este hueco forma también la entrada al espacio 31 de espesamiento cuya parte inferior está dotada con medios para la retirada de la suspensión espesa.

La parte superior de la pared 2 externa, en analogía con el ejemplo 1, alberga medios para la retirada de líquido sin suspensión en forma de un tubo 4 de recogida enrollado de manera circular insertado de sección triangular con aberturas 6 en el lateral interno inclinado para la retirada de líquido sin suspensión. El tubo 4 de recogida desemboca en la descarga 8 en la que está instalada el rebosamiento 9 para mantener constante la superficie 10 de agua en el separador 1.

El reactor para el tratamiento de activación biológica de aguas residuales que alberga el aparato descrito según el ejemplo 2 es el mismo que en el ejemplo 1. El aparato según el ejemplo 2 funciona de la misma manera que el aparato según el ejemplo 1, con la única diferencia de que las corrientes de densidad con suspensión espesa que fluyen por debajo de la superficie 14 del manto de lodo a lo largo del lado interno de la pared 2 externa inclinada, hacia abajo, fluyen al nivel del borde 30 superior de la pared 29 interna a través del anillo anular entre este borde 30 superior y la pared 2 externa al espacio 31 de espesamiento. Aquí tiene lugar un espesamiento adicional de la suspensión antes de que la elimine por succión la bomba 12 de recirculación a través de los orificios en el tubo 32 de recogida. Este espesamiento tiene lugar debido al hecho de que el efecto de dilución del flujo en sentido contrario del líquido que entra en el espacio de separación se inhibe en el espacio 31 de espesamiento y, en consecuencia, durante el flujo de corrientes de densidad a lo largo del lado interno de la pared 2 externa hacia abajo, prevalece el efecto de densificación. El líquido o, posiblemente, la suspensión diluida que se ha empujado fuera de la corriente de densidad durante el proceso de espesamiento, fluye hacia fuera a lo largo del lado externo de la pared 29 interna inclinada, hacia abajo, volviendo así al manto de lodo. Esto está apoyado por el flujo de líquido con suspensión en el espacio de separación que se une, por encima del borde 30 superior de la pared 29 interna inclinada, con el flujo de líquido que se ha empujado hacia fuera. Debido a la densidad superior de la suspensión eliminada mediante la bomba 12 de recirculación y, en consecuencia, también la mayor concentración C_{s} de la suspensión espesa, con los mismos valores de Q_{o} y Q_{s}, la concentración C de la suspensión en el agua que fluye al espacio de separación a través de la entrada 5 es mayor que en el ejemplo 1. Dado que, debido a que la suspensión espesa se está eliminando por succión mediante el tubo 32 de recogida en la parte inferior del espacio 31 de espesamiento, el flujo global en el espacio 31 de espesamiento está disminuyendo, apoyando así el movimiento descendente de la suspensión, la inclinación de la pared 2 externa en esta región puede ser menor que la inclinación en la parte superior del separador 1. La experiencia experimental relacionada con el deslizamiento de una suspensión floculante a lo largo de las paredes inclinadas en presencia de un flujo descendente ha mostrado que en el caso de una inclinación de 30º a 40º de las paredes, no se observan sedimentos de flóculos de suspensión sobre estas paredes, y en consecuencia, se ha aplicado esta inclinación para la parte inferior de la pared 2 externa en la parte inferior del espacio 31 de espesamiento.

Ejemplo 3

El tercer ejemplo de aparato según la invención se ilustra en las figuras 6 y 7.

Esta realización tiene un separador 1 longitudinal en forma de un prisma de ensanchamiento ascendente producido por paredes 33 y 34 externas inclinadas de las cuales cada una alberga en su altura media, de forma similar al ejemplo 1, tubos 35 y 36 de recogida para la retirada de suspensión espesa que están conectados con la bomba 12 de recirculación. El espacio interno del separador 1 representa el espacio de separación. Los tubos 35 y 36 de recogida son parte de las paredes 33 y 34 externas inclinadas cuyas partes están unidas a estos tubos. En el lugar de los tubos 35 y 36 de recogida, las partes superiores de las paredes 33 y 34 externas se desplazan contra las partes inferiores de modo que el separador 1 y, en consecuencia, también el espacio de separación, se ensanchan mediante un resalto en este lugar. Los tubos 35 y 36 de recogida para la retirada de suspensión espesa están dotados con orificios 37 que se proporcionan en los laterales de los tubos 35 y 36 que están orientados hacia la parte superior de las paredes 33 y 34 externas inclinadas desplazadas.

Los bordes inferiores de las paredes 33 y 34 externas inclinadas producen la entrada 38 al separador 1 en forma de un hueco rectangular alargado. Al nivel de la entrada 38, las paredes 33 y 34 externas inclinadas están dotadas con tuberías 39 y 40 de enjuague que tienen orificios 41 para la entrada de agua y aire al menos en dos filas.

La parte superior del separador 1 alberga tubos 42 y 43 de recogida para la retirada de líquido sin suspensión que tienen rebosamientos 9 en analogía con la realización anterior. Se ajustan todos los rebosamientos 9 al mismo nivel con el fin de garantizar un flujo de salida uniforme de líquido. Los tubos 42 y 43 de recogida están dotados con orificios 48 en sus partes superiores para la entrada de agua purificada (figura 7). El borde superior de las paredes 33 y 34 externas inclinadas llevan tuberías 44 y 45 de entrada que sirven para la entrada de aire comprimido.

Al menos algunos de los tubos funcionales o, posiblemente, todos los tubos funcionales en las paredes 33 y 34 externas, es decir, los tubos 35 y 36 de recogida que sirven para la retirada de suspensión espesa, los tubos 42 y 43 de recogida para la retirada de líquido sin suspensión, las tuberías 44 y 45 de entrada que sirven para la entrada de aire comprimido, y los tubos 39 y 40 de enjuague son partes componentes de la estructura de soporte de las paredes 33 y 34 externas inclinadas. A esta estructura de soporte se unen los elementos de pared que producen la superficie de las paredes 33 y 34 externas inclinadas. El ejemplo descrito de aparato para la separación de suspensión floculante es una parte del reactor para el tratamiento de activación biológica de aguas residuales, que consiste, en esta realización, de un tanque 15 dividido en un espacio 16 óxico y un espacio 17 anóxico que se comunican a través de la conexión 18. El espacio 16 óxico alberga el separador 1 descrito cuya entrada 38 se comunica así con el espacio 16 óxico, mientras que la salida 20 de la bomba 12 de recirculación desemboca en el espacio 17 anóxico.

El separador 1 está cerrado por caras frontales verticales que están producidas por partes de la pared 19 divisoria que dividen el tanque 15 en un espacio 16 óxico y un espacio 17 anóxico, y una parte de la pared frontal del tanque 15 que no es visible en las figuras 6 y 7.

Adyacente al borde inferior de una pared 34 externa inclinada está dispuesta una pared 46 de cierre que llega por abajo hasta la parte inferior del tanque 15, hasta la pared 19 divisoria y hasta la pared frontal del tanque 15. De este modo, la parte del espacio 16 óxico entre la pared 34 externa inclinada derecha y las paredes del tanque 15 está cerrada, mientras que se comunica con otros espacios solamente a través de la conexión 18 en la pared 19 divisoria y los conductos 47 (figura 7) que están dispuestos esencialmente en la parte inferior del tanque 15 en la pared 46 de cierre en su parte que está más alejada del espacio 17 anóxico. También vale la pena mencionar que la pared 19 divisoria junto con la pared 34 externa inclinada derecha divide el espacio 16 óxico en dos partes que están interconectadas con conductos 47. La primera parte del espacio 16 óxico se comunica a través de la conexión 18 con el espacio 17 anóxico y la otra parte del espacio 16 óxico se comunica con el separador 1 a través de la entrada 38. La pared 46 de cierre también puede estar unida a la pared 33 externa inclinada izquierda, aunque en tal caso la conexión 18 debe realizarse en el lado izquierdo, puesto que ambos elementos deben situarse en la misma parte del espacio 16 óxico.

El espacio 16 óxico está dotado además con elementos 24 de aireación conectados a la tubería 25 de entrada de aire comprimido. La disposición y equipamiento del espacio 17 anóxico son los mismos que en los ejemplos anteriores.

El tercer aparato descrito a modo de ejemplo funciona de manera similar al primer aparato descrito a modo de ejemplo con la diferencia de que la pared 46 de cierre elimina los cortes de flujo en el espacio 16 óxico y, en consecuencia, la mezcla de activación tras haber pasado a través de la conexión 18 debe fluir a través de la primera parte del espacio 16 óxico en primer lugar, y sólo tras haber fluido a través de conductos 47 puede avanzar desde la segunda parte del espacio 16 óxico a través de la entrada 38 al espacio de separación. Otra diferencia se basa en el hecho de que se realiza la limpieza de la zona de la entrada 38 al separador 1, tras una interrupción del funcionamiento, introduciendo aire comprimido y agua a presión en las tuberías 39 y 40 de enjuague en las que, con la introducción simultánea de ambos medios, fluye aire a través de los orificios 41 en la parte superior de las tuberías 39 y 40 de enjuague, mientras que se expulsa agua a través de los orificios 41 que se practican en la parte inferior de las tuberías 39 y 40 de enjuague.

Ejemplo 4

La cuarta realización a modo de ejemplo del aparato se ilustra en las figuras 8 y 9.

El separador 1 según este ejemplo está limitado sustancialmente por paredes 50 y 51 externas inclinadas de ensanchamiento ascendente. La parte inferior del separador 1 alberga paredes 52 y 53 internas inclinadas cuyos bordes inferiores están unidos a los bordes inferiores de las paredes 50 y 51 externas (figura 8), lo que es una analogía con la realización según el ejemplo 2. Las paredes 52 y 53 internas encierran también el espacio que se ensancha hacia arriba y llega hasta el nivel de un tercio a la mitad de la altura del separador 1. El espacio de separación en el que tiene lugar la propia separación, en consecuencia, está limitado por paredes 52 y 53 internas en la parte inferior del separador 1, y por paredes externas 50 y 51 en la parte superior del separador 1. Las paredes externas 50 y 51 están inclinadas dentro del intervalo de 52° a 60° por encima del nivel de los bordes 54 y 55 superiores de las paredes 52 y 53 internas. Por debajo del nivel de los bordes 54 y 55 superiores de las paredes 52 y 53 internas, y aproximadamente al nivel de retirada de suspensión espesa, las paredes externas 50 y 51 están dotadas con inclinaciones dentro del intervalo de 30° a 40°.

La zona entre la pared 50 ó 51 externa y la pared 52 ó 53 interna produce el espacio 56 de espesamiento de suspensión, mientras que la parte inferior de este espacio está dotada con la retirada de suspensión espesa en forma de tubos 57 y 58 de retirada. La entrada al espacio 56 de espesamiento al nivel de los bordes 54 y 55 superiores de las paredes 52 y 53 internas tiene la forma de dos rectángulos y representa el punto de retirada de suspensión espesa del espacio de separación.

Los tubos 57 y 58 de retirada sirven también como una estructura de soporte para el exterior al que están unidos los bordes inferiores de las paredes 50 y 51 y para el interior que lleva el borde inferior de las paredes 52 y 53 internas. El borde inferior de las paredes 52 y 53 internas junto con la pared 19 divisoria y la pared frontal del tanque 15 producen una abertura de entrada rectangular que representa la entrada 59 al separador 1, y así al espacio de separación. Las aberturas 60 en los tubos 57 y 58 de retirada para la retirada de la suspensión espesa se practican cerca del borde inferior de las paredes externas 50 y 51. Los tubos 57 y 58 de retirada se comunican a través del tubo 11 con la bomba 12 de recirculación en analogía con el ejemplo 2.

De forma similar al ejemplo 3, adyacente al borde inferior de una pared 51 externa inclinada está dispuesta la pared 46 de cierre que llega hacia abajo hasta la parte inferior del tanque 15, hasta la pared 19 divisoria y hasta la pared frontal del tanque 15 y tiene el mismo fin que en el ejemplo 3. También la realización de conductos 47 es la misma. Para una mejor orientación en el dibujo, los conductos 47 y la pared 46 de cierre se ilustran solamente en la figura 9, no en la figura 8.

La parte superior del espacio de separación aloja los tubos 61 y 62 de recogida para la retirada de líquido sin suspensión. Están dotados con orificios 48 para la entrada de líquido purificado en sus partes superiores. Las partes verticales (figura 9) de los tubos 61 y 62 de recogida están conectadas con el tubo 67 de descarga (figuras 8 y 9) de líquido purificado, y concretamente en el punto en el que las paredes 50 y 51 externas inclinadas se curvan (incluyen un ángulo), y también produce una parte de la estructura de soporte de las paredes externas 50 y 51. El tubo 67 de descarga de líquido purificado está dispuesto al nivel de eliminación de suspensión espesa del espacio de separación, que corresponde sustancialmente al nivel de los bordes 54 y 55 superiores de las paredes 52 y 53 internas.

Los tubos 61 y 62 de recogida están dotados con rebosamientos 63. Todos rebosamientos 63 se ajustan al mismo nivel con el fin de garantizar un flujo de salida regular de líquido. Los bordes superiores de las paredes 50 y 51 externas inclinadas albergan las tuberías 64 y 65 de entrada para la entrada de aire comprimido que también son parte de la estructura de soporte de las paredes 50 y 51 externas. Cerca de la parte 21 inferior del tanque 15, está dispuesta la tubería 66 de limpieza (figura 8) que no se ilustra en la figura 9 con el fin de mantener una buena comprensibilidad del dibujo.

Un reactor a modo de ejemplo para el tratamiento de activación biológica de aguas residuales que alberga la realización descrita a modo de ejemplo de un aparato para la separación de una suspensión floculante es básicamente el mismo que según el ejemplo 3.

Una realización según el ejemplo 4 funciona en analogía con la realización descrita anteriormente según el ejemplo 2, con la diferencia de que en vez de un cono 22 invertido, se usa una tubería 66 de limpieza que puede funcionar como una tubería de enjuague tras haberse conectado con un suministro de agua y aire, para la limpieza de la zona de la entrada 59 al separador 1. Otra diferencia proviene del hecho de que la pared 46 de cierre con conductos 47 dirige el flujo en el espacio 16 óxico en analogía con el reactor anterior según el ejemplo 3.

Además de las partes funcionales descritas, todas las realizaciones a modo de ejemplo usan diversas columnas de soporte, elementos de soporte y posiblemente elementos de diseño actuales adicionales, principalmente no mostrados. En todas las realizaciones, se mantiene que el espacio de separación en el separador 1 se ensancha esencialmente en sentido ascendente, y concretamente tanto por encima del nivel de retirada de la suspensión espesa, como por debajo.

El método y aparato para llevar a cabo el método según la invención no se limitan solamente a los ejemplos descritos, sino que comprenden también todas las modificaciones que sean obvias para los expertos en la técnica basándose en las realizaciones básicas descritas de la invención. El separador 1 de ensanchamiento ascendente 1 puede contener, por ejemplo, también una parte cilíndrica o similar, es decir, no es necesario que se ensanche de manera continua. También pueden realizarse las paredes 29, 52, 53 internas de manera similar. Sólo las partes preponderantes de los tubos funcionales, especialmente los tubos 3, 4, 32, 35, 36, 57, 58 de recogida, pueden estar dispuestos en las paredes del separador 1, mientras que las partes restantes pueden estar dispuestas en el interior o el exterior del separador 1. Sin embargo, es importante que al menos la parte predominante de los tubos 3, 35, 36 de recogida para la suspensión espesa deben estar dispuestos en la pared externa o paredes externas del espacio de separación o, posiblemente, en sus zonas de margen externo.

Además de esto, los tubos 3, 35, 36 de recogida para la suspensión espesa están dispuestos con sus partes funcionales a de ¼ a ¾ de la altura entre la entrada 5, 18, 59 al espacio de separación y el nivel de retirada de líquido purificado. Se entiende que las partes funcionales son las partes de los tubos 3, 35, 36 de recogida en cuyos orificios 7, 37 entra directamente la suspensión espesa.

Los tubos 32, 57, 58 de recogida en el espacio 31, 56 de espesamiento sirven para la retirada de la suspensión espesa. Preferiblemente están dispuestos aproximadamente al nivel de la entrada 5, 38, 59 al espacio de separación, sin embargo, pueden estar albergados ligeramente por encima o por debajo de mismo.

Aplicabilidad industrial

El método y el aparato según la presente invención están concebidos en particular para la separación de una suspensión floculante en el procedimiento de tratamiento de aguas residuales, y concretamente tanto para aguas fecales municipales o del espacio conurbano como para unidades más pequeñas, tales como hoteles o casas individuales. También son adecuados para el tratamiento de aguas residuales de plantas industriales y minas, o de empresas agrícolas, tales como estiércol líquido de animales de granja.

Claims (18)

1. Método de separación de suspensiones, en particular para el tratamiento de aguas residuales, en el que se separa una suspensión floculante del líquido mediante filtración en una capa fluidizada de un manto de lodo que tiene un margen externo esencialmente inclinado y así la suspensión se espesa y la fluidización se mantiene mediante la corriente ascendente de líquido, mientras que el líquido con suspensión entra en la capa fluidizada desde la parte inferior, el líquido liberado de la suspensión se descarga por encima de la superficie del manto de lodo representada por la interfase entre la capa fluidizada y el líquido sin suspensión y la suspensión espesa se retira de la capa fluidizada, y la velocidad de flujo ascendente en la capa fluidizada disminuye sustancialmente en sentido ascendente, caracterizado porque se retira la suspensión espesa en exceso en el margen externo inclinado de la capa fluidizada de corrientes de densidad que caen a lo largo del margen externo inclinado de la capa fluidizada.

2. Método de separación de suspensiones según la reivindicación 1, caracterizado porque se forma por encima del nivel de retirada de la suspensión espesa en exceso, una capa fluidizada como un manto de lodo parcialmente fluidizado, en la que se producen aglomerados de flóculos de la suspensión espesa que caen hacia abajo a lo largo del margen externo inclinado hasta el punto de retirada, y por debajo del nivel de retirada se forma una capa fluidizada como un manto de lodo completamente fluidizado, en la que la corriente del líquido con suspensión se distribuye en el manto de lodo parcialmente fluidizado.

3. Método según la reivindicación 2, caracterizado porque en la interfase del manto de lodo parcialmente fluidizado y el manto de lodo completamente fluidizado disminuye bruscamente la velocidad de flujo ascendente.

4. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque si la concentración de la suspensión entrante supera 1 kg de materia seca por metro cúbico, la velocidad de flujo del agua ascendente inmediatamente por encima de la superficie del manto de lodo está en el intervalo de 1,6 a 2,2 metros por hora.

5. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la velocidad de flujo del agua en la entrada al manto de lodo está dentro del intervalo de 2 a 6 cm por segundo.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque del volumen de la suspensión espesa en exceso retirada es de múltiplo de 1,5 a múltiplo de 3 del volumen de agua sin suspensión retirada por encima de la superficie del manto de lodo.

7. Aparato para la separación de suspensión floculante mediante filtración en una capa fluidizada de un manto de lodo, en particular para el tratamiento de aguas residuales, para llevar a cabo el método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que contiene un separador (1) de ensanchamiento esencialmente ascendente que tiene paredes (2, 33, 34, 50, 51) externas inclinadas, el volumen interno de dicho separador (1) contiene un espacio de separación y está dotado con la entrada (5, 38, 59) de líquido con suspensión en su parte inferior y medios (4, 42, 43, 61, 62) para la retirada de líquido sin suspensión en su parte superior, formándose en el espacio de separación en funcionamiento una capa fluidizada de manto de lodo, por encima de la superficie (14) de la cual se sitúa agua purificada, y la suspensión espesa se retira del espacio de separación, caracterizado porque el espacio de separación en el separador (1) se ensancha bruscamente hacia arriba al menos en un lugar sobre la entrada (5, 38, 59) al separador (1) y bajo la superficie (14) del manto de lodo, y al nivel de este ensanchamiento brusco al menos cerca de una de dichas paredes (2, 33, 34, 50, 51) externas inclinadas, se sitúa al menos un punto de retirada de la suspensión espesa en exceso que cae como corrientes de densidad a lo largo de dicha pared externa inclinada desde la capa fluidizada del manto de lodo, en el interior del espacio de separación en el separador (1).

8. Aparato según la reivindicación 7, caracterizado porque el espacio de separación dentro del separador (1), en su parte inferior, está limitado al menos en una parte al menos por una pared (29, 52, 53) interna inclinada, mientras que el espacio entre la parte inferior de la pared (2, 50, 51) externa y la pared (29, 52, 53) interna produce un espacio (31, 56) de espesamiento, mientras que el hueco entre el borde (30, 54, 55) superior de esta pared (29, 52, 53) interna y la pared (2, 51, 52) externa representa el lugar del ensanchamiento brusco y también el punto de retirada de la suspensión espesa en exceso del espacio de separación.

9. Aparato según la reivindicación 8, caracterizado porque el hueco entre el borde (30, 54, 55) superior de la pared (29, 52, 53) interna y la pared (2, 51, 52) externa produce una entrada al espacio (31, 56) de espesamiento que está dotado con un medio (32, 57, 58) para retirar la suspensión espesa en exceso en su parte inferior.

10. Aparato según la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque la pared (50, 51) externa inclinada del separador (1) incluye un ángulo en la zona de retirada de suspensión espesa y su parte superior por encima de este nivel está más inclinada que la parte inferior de la misma que está por debajo.

11. Aparato según la reivindicación 7, caracterizado porque en el punto de retirada se sitúa un medio para la retirada de suspensión espesa y está producido por un tubo (3, 35, 36) de recogida perforado y el ensanchamiento brusco del espacio de separación en este lugar se realiza mediante un desplazamiento de la pared (2, 33, 34) externa, que se une, tanto desde abajo como desde arriba al tubo (3, 35, 36) de recogida, practicándose orificios (7, 37) para la retirada de suspensión espesa en exceso en el lateral del tubo (3, 35, 36) de recogida orientado hacia la parte superior de la pared (2, 33, 34) externa inclinada desplazada.

12. Aparato según la reivindicación 7, caracterizado porque el área (5, 38, 59) de entrada al espacio de separación es superior al 3 por ciento e inferior al 6 por ciento de la superficie del espacio de separación al nivel de retirada de líquido sin suspensión.

13. Aparato según la reivindicación 7, caracterizado porque el área del espacio de separación inmediatamente debajo del nivel de retirada de la suspensión espesa en exceso constituye más del 20 por ciento, e inmediatamente por encima del nivel de eliminación de la suspensión espesa en exceso es inferior al 70 por ciento de la superficie del espacio de separación al nivel de retirada de líquido sin suspensión.

14. Aparato según la reivindicación 7, caracterizado porque tanto el nivel de entrada (5, 38, 59) al espacio de separación y el nivel de retirada del líquido sin suspensión están a una distancia vertical de más de un metro del nivel de retirada de suspensión espesa.

15. Aparato según la reivindicación 7, caracterizado porque la altura del nivel de retirada de la suspensión espesa en exceso por encima del nivel de entrada (5, 38, 59) al espacio de separación está en el intervalo desde ¼ hasta ¾ de la altura del nivel de retirada del líquido sin suspensión por encima del nivel de la entrada (5, 38, 59) al espacio de separación.

16. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 15, caracterizado porque está dotado con tubos funcionales, al menos un tubo funcional del grupo producido por tubos (3, 35, 36) de recogida de la suspensión espesa en exceso, tubos (32, 57, 58) de recogida para la retirada la suspensión espesa en exceso, tubos (4, 42, 43, 61, 62) de recogida para la retirada líquido sin suspensión, tubos (11, 67) de descarga, tuberías (25, 44, 45, 64, 65) de entrada de aire comprimido y los tubos (39, 40) de enjuague, que también forman parte de la estructura de soporte de las paredes (2, 33, 34, 50, 51) externas del espacio de separación.

17. Aparato según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque el ángulo de la pared (2, 33, 34, 50, 51) externa inclinada en su parte superior está dentro del intervalo de 52° a 60°.

18. Aparato según la reivindicación 10, caracterizado porque el ángulo de la pared (29, 52, 53) interna inclinada está dentro del intervalo de 52° a 60°, mientras que el ángulo de la pared (2, 50, 51) externa inclinada en su parte inferior está dentro del intervalo de 30° a 40°.