ES2325359T3 - Esparcidor de cal de conducciones de agua. - Google Patents

Abstract

Aparato (10) destinado al tratamiento de una masa de agua con partículas de carbonato de calcio, que comprende: un tambor (52) que presenta una primera pared extrema (84) y una segunda pared extrema, presentando dicha primera pared extrema (84) una abertura (56) que conduce al interior de dicho tambor (52); y un motor de accionamiento (16) apto para hacer girar dicho tambor (52) alrededor de un eje; caracterizado porque el aparato (10) comprende: una cinta transportadora (30) que se puede hacer funcionar para alimentar a dicho tambor (52) con los trozos de roca de piedra caliza, causando el giro de dicho tambor (52) mediante dicho motor de accionamiento (16), que dichos trozos de roca de piedra caliza se machaquen, se abrasen y se trituren a fin de producir dichas partículas de carbonato de calcio; una bomba (44) que se puede hacer funcionar para enviar agua al interior de dicho tambor (52); unas aberturas (64) y/o unas ranuras (62) en una o en ambas de dicha primera pared extrema (84) y de dicha segunda pared extrema, estando dimensionadas dichas aberturas (64) y/o ranuras (62) de modo que permitan únicamente el paso a través de las mismas de dichas partículas menores que un tamaño predeterminado, estando separadas las extremidades exteriores de dichas aberturas (64) y/o ranuras (62) con respecto a una parte exterior de dicho tambor (52) en una dirección radial de tal modo que la parte anular externa de dicha primera pared extrema (84) y/o de dicha segunda pared extrema no comprende ninguna de dichas aberturas (64) y/o de dichas ranuras (62); un sumidero (50) dispuesto alrededor de una parte inferior de la parte exterior de dicho tambor (52) destinado a recibir una mezcla de agua aportada por dicha bomba (44) y dichas partículas que han pasado a través de dichas aberturas (64) y/o dichas ranuras (62); y un venturi (78) que se puede accionar para aspirar dicha mezcla de agua y dichas partículas de dicho sumidero (50) y descargar dicha mezcla en dicha masa de agua.

Description

Esparcidor de cal de conducciones de agua.

La presente invención se refiere a un aparato destinado a tratar masas de agua, tales como conducciones de agua y cursos de agua afectados por el escurrimiento de suelos sulfatados ácidos, y a una corrección general del pH.

Tal como ha expuesto Mitch Tulau en un documento titulado "Gestión de suelos sulfatados ácidos en Nueva Gales del Sur - Política, Organización y Normativa" publicado en la Australian Journal of Natural Resources Law and Policy (Revista australiana sobre legislación y política de recursos naturales) Volumen 6 Nº 1, 1999, los suelos sulfatados ácidos (SSA) son sedimentos depositados en condiciones estuarinas, es decir, próximas al nivel del mar, conteniendo dichos sedimentos el mineral sulfuroso pirita (disulfuro de hierro, FeS_{2}). En Australia, los SSA más preocupantes son los formados en los últimos 10000 años, tras la última subida importante del nivel del mar. Cuando subió el nivel del mar e inundó tierras, el sulfato del agua marina se mezcló con los sedimentos terrestres que contenían óxidos de hierro y materia orgánica. La reacción química resultante produjo grandes cantidades de sulfuros de hierro. Se estima que existen dos millones de hectáreas de suelos sulfatados ácidos en Australia que contienen aproximadamente un billón de toneladas de sulfuros de hierro.

Mientras los suelos sulfatados ácidos no se vean sometidos a transformaciones o drenajes, resultan relativamente inofensivos y se les denomina "SSA potenciales (SSAP)", ya que las piritas se encuentran en una capa de suelo anegado. Sin embargo, si los sedimentos permanecen expuestos al aire, la pirita se oxida, y se genera ácido sulfúrico. Una tonelada de sulfuro de hierro puede producir aproximadamente 1,5 toneladas de ácido sulfúrico. Como resultado de la generación de ácido sulfúrico, la acidez del suelo (pH) puede llegar a alcanzar unos valores inferiores a 4, y con dichos valores los elementos tales como el hierro, el arsénico y el aluminio pasan a ser solubles en cantidades tóxicas, y sus precipitados afectan a la calidad del agua. El escurrimiento de los suelos sulfatados ácidos en conducciones de agua y cursos de agua puede tener consecuencias desastrosas: pueden producirse destrucciones masivas de la vida acuática debido a un pH bajo y a la toxicidad del aluminio. Los efectos crónicos sobre los sistemas acuáticos son comunes y extensos y comprenden la degradación del hábitat, la alteración de las comunidades de plantas acuáticas, las invasiones de la maleza por parte de plantas que toleran el ácido, las variaciones secundarias en la calidad del agua, la presencia de enfermedades, la reducción de recursos alimentarios acuáticos, la reducción del potencial de emigración de los pe-
ces, la reducción de las tasas de repoblación, la supervivencia y crecimiento en una amplia gama de especies acuáticas.

Las áreas de SSA son generalmente humedales de retrociénagas degradados. Los suelos sulfatados ácidos de dichas áreas se han activado históricamente mediante el drenaje de las áreas de SSA potenciales a fin de convertirlas en tierras agrícolas. La limpieza en el año 1972 de 700 ha de manglar dentro del alcance visual de la ciudad de Cairns en North Queensland dio como resultado, en el año 1999, el vertido diario al océano del equivalente a una "pequeña piscina" de ácido sulfúrico.

Más recientemente, la transformación de los suelos sulfatados ácidos es más probable que se produzca como consecuencia del desarrollo de las áreas de SSA destinadas a uso residencial, comercial y de ocio. Muchas de las zonas costeras de Nueva Gales del Sur y de Queensland que se ven sometidas a la presión del desarrollo son áreas de SSA: sólo en el sureste de Queensland se han identificado 60000 hectáreas de SSA. El gobierno de la Commonwealth, así como los gobiernos de los estados y gobiernos locales de Queensland y Nueva Gales del Sur, y el sector agrícola han constatado la disminución de la calidad del agua en la franja costera Gold Coast/Tweed, cuya causa se ha identificado, mediante un estudio académico, en el escurrimiento de sulfato ácido resultante del desarrollo urbano, del desarrollo agrícola y del desarrollo natural. El escurrimiento constituye un problema de contaminación importante, tal como se ha descrito anteriormente en la presente memoria, causando muchas muertes de peces tal como pudo observarse en las secuelas de las inundaciones de Lismore y Grafton a principios del año 2001.

La política del gobierno de Queensland pretende minimizar las transformaciones de los suelos sulfatados ácidos y en gestionar los efectos de dichas transformaciones minimizando los impactos económicos y medioambientales a largo plazo. Puesto que el escurrimiento de suelo sulfatado ácido ya se está produciendo en zonas tales como la Gold Coast de Queensland y en el norte de Nueva Gales del Sur, y puesto que el desarrollo de las áreas de SSA en por lo menos dichos estados continuará, se requiere un sistema eficaz y económico destinado a contrarrestar los efectos de dicho escurrimiento en las conducciones de agua y cursos de agua.

La patente US nº 5.702.614 describe un dispositivo destinado al tratamiento y a la mejora de la calidad del líquido tal como el de conducciones de agua y cursos de agua contaminados por sulfatos o fosfatos. El dispositivo comprende una cámara cilíndrica que comprende unas aberturas de entrada/salida en ambos extremos, que se inunda del líquido que se debe tratar, y se sumerge parcialmente en el mismo, montando la cámara sobre unos pontones flotantes. El reactivo destinado al tratamiento se carga manualmente en la cámara, que se hace girar a fin de mezclar el reactivo con el líquido formando de este modo una solución/suspensión alcalina en el interior de la cámara. Para descargar la solución/suspensión de la cámara hacia el cuerpo circundante del líquido, para el tratamiento del líquido, se emplea una paleta dispersadora o una rueda de paletas motorizada.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un aparato destinado al tratamiento de conducciones de agua y cursos de agua a fin de contrarrestar los efectos del escurrimiento de los suelos sulfatados ácidos, de los drenajes ácidos de minas o de cualquier otra forma de corrección del pH.

La presente invención proporciona un aparato destinado al tratamiento de una masa de agua según la reivindicación 1.

Las características opcionales pero a veces preferidas de la presente invención se definen en las reivindicaciones 2 a 10.

En lo sucesivo se describe con detalle una forma de realización de la presente invención, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es una vista en alzado lateral del aparato destinado al tratamiento de una conducción de agua o un curso de agua;

La figura 2 es una vista en alzado extremo del aparato de la figura 1;

La figura 3 es una sección transversal parcial de una forma de tambor destinado a un volteador de rocas empleado en dicho aparato;

La figura 4 es una sección transversal esquemática de un tambor alternativo destinado a un volteador de rocas empleado en el aparato;

La figura 5 es una vista esquemática en alzado desde el extremo de una forma de realización de un volteador de rocas apto para emplearse en un esparcidor de cal de conducciones de agua como el de las figuras 1 y 2;

La figura 6 es una vista esquemática en alzado lateral de un controlador del nivel de agua apto para emplearse en un esparcidor de cal de conducciones de agua del tipo representado en las figuras 1 y 2;

La figura 7 es una vista esquemática en alzado lateral de un sistema de relleno de la tolva sin polvo, destinado a emplearse en un esparcidor de cal de las conducciones de agua del tipo representado en las figuras 1 y 2;

La figura 8 es una vista esquemática en alzado desde el extremo de una disposición de un tornillo sinfín de reactivo en polvo destinado a emplearse en un esparcidor de cal de las conducciones de agua del tipo representado en las figuras 1 y 2; y

La figura 9 es una vista en alzado lateral del montaje de la figura 8.

Las formas de realización de la presente invención se describen en relación con el tratamiento de masas de agua tales como las conducciones de agua y cursos de agua afectados por el escurrimiento de los SSA.

Anteriormente, en la presente memoria, se ha expuesto la química del escurrimiento del suelo sulfatado ácido. El tratamiento de las conducciones de agua y cursos de agua que se han sometido a un escurrimiento de SSA, no es una simple cuestión de neutralización del ácido, devolviendo el pH del agua a un valor que se aproxime al pH de 7 neutralizando el ácido sulfúrico en el escurrimiento. Resulta necesario tratar las aguas de efluente a fin de neutralizar los metales tales como el hierro, el aluminio y el arsénico. Mientras que la cal (carbonato cálcico (CaCO_{3})) es un reactivo que se emplea en el tratamiento de las conducciones de agua afectadas por los SSA, pueden emplearse asimismo otros reactivos, y también resultan importantes el tiempo de aplicación y la cantidad de reactivos empleados.

El aluminio pasa a ser soluble con un pH de 5,4, el hierro con un pH de 3,3, y el arsénico con un pH de 8,2. Se ha descubierto que las aguas de efluente que contienen unas altas cargas de aluminio y que presentan un pH bajo como por ejemplo de 1,7 pueden tratarse de forma óptima mediante una dosificación inicial lenta de carbonato cálcico fino. Dicha dosificación fija o retira por floculación el aluminio sin afectar significativamente al pH del agua. Se cree que el mecanismo de la retirada por fijación del aluminio es el siguiente.

La introducción de partículas de CaCO_{3} finas en las aguas de efluente con un pH bajo produce un aumento inmediato en el pH que rodea cada partícula. Esto hace precipitar el aluminio, que se adhiere a la partícula. Se ha constatado que cuanto más fina es la partícula, mayor es la eficacia del resultado de la fijación. El tamaño de partícula preferido es de menos de 5 \mum, si bien unos tamaños de hasta 20 \mum pueden resultar asimismo eficaces. La atracción del aluminio a la partícula de carbonato cálcico continúa hasta que la partícula se haya recubierto completamente con aluminio. Esto "blinda" a la partícula frente a una reacción ulterior, y en el curso del procedimiento la partícula se hace más pesada y se hunde depositándose en el fondo de la conducción de agua. Tras la fijación o floculación inicial del aluminio se pueden introducir uno o más reactivos adicionales, tales como el hidróxido de calcio de cal hidratada, con un alto factor neutralizante, destinados al tratamiento de la acidez del agua de efluente.

Un factor importante a destacar, al realizar la corrección del pH, es que el pH no constituye un indicador preciso de la cantidad de acidez o del ión H^{+}, sino que constituye meramente una indicación de que hay presencia de H^{+}. El hierro y el aluminio tienden a enmascarar la cantidad de H^{+}, y en realidad liberan grandes cantidades de H^{+} en el proceso de abandono del estado de disolución. Si se inyecta el hidróxido de calcio (Ca(OH)_{2}) directamente en aguas de efluente con un bajo pH y con altas cargas metálicas, se producen unos grandes grumos de "flóculos" (producto de floculación). En un procedimiento preferido que puede realizarse empleando el aparato según la presente invención, la adición inicial de CaCO_{3} destinada a aumentar el pH hasta aproximadamente 3,3, va seguida de la adición de otro reactivo, tal como el Ca(OH)_{2} hasta que el pH alcanza aproximadamente el valor de 5,5. Entonces puede añadirse de nuevo el carbonato cálcico hasta que se alcance el pH neutro de 7,0. Empleando dicho procedimiento puede evitarse un producto de "floculación" intenso, y no puede producirse una sobre corrección del nivel del pH. Esto cobra una importancia vital en lugares sensibles en el aspecto medioambiental tales como los estuarios y lagos.

Los reactivos típicos que se emplean en la dosificación de conducciones de agua y cursos de agua que están afectados por el escurrimiento de SSA son el CaCO_{3}, el Ca(OH)_{2} y el NaOH. Preferentemente se proporciona el CaCO_{3} (factor de neutralización 8,8) en forma de partículas, más preferentemente partículas finas, más preferentemente producidas in situ a partir de rocas de piedra caliza, tal como se describe a continuación en la presente descripción. El Ca(OH)_{2} (factor de neutralización 12,4) puede proporcionarse en forma de polvo. El NaOH (factor de neutralización 14,0) puede proporcionarse en forma líquida.

A continuación se describe el aparato que puede realizar el procedimiento mencionado anteriormente.

Las figuras 1 y 2 ilustran una forma de realización de un esparcidor de cal de conducciones de agua. El esparcidor 10 se representa en la figura 1 montado sobre la base 12. El esparcidor 10 puede montarse sobre un pontón que se dispone sobre la superficie de una masa de agua, si bien debe entenderse que puede montarse de cualquier otro modo. Por ejemplo, el esparcidor puede disponerse sobre un vehículo tal como un camión, sobre un trailer, sobre un bote o barcaza, puede dotarse de un acoplamiento de tres puntos destinado a la sujeción a un tractor, o puede disponerse simplemente sobre el banco de una conducción de agua, sobre un embarcadero o malecón o similares. Sin embargo, una disposición montada sobre un pontón es la más apta para la instalación en una conducción de agua o curso de agua.

El esparcidor de cal de conducciones de agua 10 comprende una disposición de un tambor giratorio 14 destinada a producir CaCO_{3} a partir de roca de piedra caliza. Dicha roca (no representada) se voltea en la disposición 14, que produce abrasión en la roca destinada a producir partículas de CaCO_{3}. El tambor 52 de la disposición 14 se acciona mediante un motor primario 16. El motor 16 es preferentemente eléctrico, y puede proporcionarse un generador 18 destinado a suministrar energía eléctrica al motor 16 y otros motores que se describen a continuación en la presente descripción. Una tolva de aporte de roca 22 proporciona la roca al volteador 14, de un modo que se describe a continuación en la presente memoria.

Un sistema de relleno de tolva 20 destinado a alimentar a una tolva de reactivo 28 con reactivo en polvo, se dispone en la parte superior del esparcidor 10. El sistema de relleno 20 comprende un extractor de polvo 24 (figura 2) que proporciona un sistema de relleno por tolva exento de polvo (figura 7). Se prevé un depósito de reactivo líquido 26 destinado a unos reactivos tales como el NaOH, y una tolva de reactivo en polvo 28 destinado a unos reactivos tales como el Ca(OH)_{2}. Pueden emplearse otros reactivos: el óxido de calcio (CaO) y el Bauxol (marca comercial) constituyen unos ejemplos de los mismos.

El esparcidor 10 comprende asimismo una cinta transportadora 30 que transporta el reactivo en roca desde la tolva de roca 22 hasta el interior del volteador de tambor giratorio 14, a través de una rampa de descarga 32. Se prevé asimismo un tornillo sinfín 34 destinado al transporte de un reactivo en polvo desde la tolva 28, proporcionando el tornillo sinfín 34 el reactivo en polvo a la disposición de tambor giratorio 14, suministrando el reactivo al interior del tambor en el punto de descarga del tornillo sinfín 36. El segundo motor 38 acciona la cinta transportadora 30, y el tercer motor 40, que puede consistir en un motor con velocidad de rotación variable, acciona el tornillo sinfín 34. Un panel de control 42 controla el funcionamiento del volteador de tambor giratorio 14, de la cinta transportadora 30 y del tornillo sinfín 34. En el esparcidor 10 se prevé asimismo un carrete de manguera de rebobinado automático 70.

El esparcidor 10 incorpora asimismo una bomba primaria 44 (figura 2) y una bomba de lodos 46. Se prevé una unidad de control del nivel de agua 48. La estructura y la utilización de dichas dotaciones se describen a continuación en la presente memoria.

La disposición de volteador por tambor giratorio 14 del esparcidor de cal de conducciones de agua 10 presenta un sumidero exterior 50 que comprende una tapa. En el interior del sumidero 50 se prevé un tambor redondo 52 que puede tener las dimensiones que se pretenda. Sin embargo, se han conseguido buenos resultados con un diámetro de un metro y una anchura de 500 mm. El tamaño del tambor se rige sustancialmente por la magnitud de la aplicación y, por consiguiente, es relativo. El tambor 52 puede realizarse de acero suave, acero inoxidable, aluminio o plástico extruído. Se ha realizado un prototipo de esparcidor a partir de chapa de acero suave de 4,5 mm.

El tambor 52 se dispone de modo que gire alrededor de un eje generalmente horizontal 54, y presenta una abertura 56 no obstruida que se hace posible por la utilización de un cojinete tipo collar exterior 58, realizado preferentemente de acero suave e incorpora rodillos realizados de politetrafluoretileno o de goma de alta densidad, con rodamientos de agujas.

El tambor 52 presenta un eje fijo 60 en el extremo opuesto al que acomoda el cojinete de soporte principal y presenta el accionamiento del motor de accionamiento 16. El motor de accionamiento 16 es preferentemente un motor de velocidad variable, más preferentemente con una reducción 68:1 y más preferentemente con una potencia nominal de 745,7 vatios (1 caballo). El sentido de giro es preferentemente el sentido horario y las revoluciones por minuto son preferentemente variables de 12 rpm a 33 rpm. Con una velocidad de 15 rpm, la producción es del 10% de la capacidad del tambor giratorio 52 y con una velocidad de 33 rpm la producción es del 30% de la capacidad del tambor 52. Las tasas de producción se rigen pues por la escala de dureza de la roca volteada en el tambor 52.

Los extremos (uno de ellos se indica con la referencia 84) del tambor 52, en la proximidad de la parte exterior del mismo, se dotan preferentemente de unas ranuras de difusor puntiagudas 62 (figura 3) y/o de unas aberturas de difusor de tamaño variable 64 (figura 3), que pueden ser preferentemente pequeñas en el extremo exterior y aumentando de tamaño hacia el eje del tambor. Las ranuras 62 o los grupos de aberturas 64 pueden estar separadas radialmente entre sí. Un espaciamiento radial preferido es de 5º; otro es de 8º. Las extremidades exteriores de los grupos de orificios de difusor 64 o ranuras 62 están separadas preferentemente desde el exterior del tambor 52, tal como se representa en 86. Más preferentemente, se posicionan aproximadamente 100 mm desde el exterior del tambor. Dicha distancia es importante ya que en esa zona se contiene todo el material no machacado superior a 20 \mum, permitiendo únicamente que las partículas muy finas de material machacado se laven y se difundan a través de las ranuras 62 o de las aberturas 64 hacia el sumidero 50 o hacia el agua circundante. La superficie interior del cuerpo cilíndrico 66 del tambor 52 comprende un recubrimiento abrasivo 68. El prototipo de esparcidor de cal de conducciones de agua 10, como recubrimiento 68 utilizó con éxito chapa dotada de teselado, de acero suave de 6 mm, constatándose muy poco desgaste. Puede emplearse otra placa, y otro material apto para el recubrimiento 68 puede consistir en Bisalloy, carborundo, material resistente al desgaste o cualquier otro material de desgaste apto para el producto que se debe machacar, abrasar o amolar.

Inicialmente se pensó que con roca de piedra caliza en el interior del tambor 52, y con el tambor 52 girando, la roca se voltease en el interior del tambor 52, estableciendo contacto con la superficie abrasiva 68, causando la abrasión de la roca produciendo las partículas de carbonato cálcico. Dichas partículas pueden salir entonces del tambor 52 por las ranuras 62 o las aberturas 64 por lavado y difusión a través de las mismas. Los trozos de roca que se alimentan al tambor 52 pueden tener un diámetro de 10 mm a 150 mm o incluso superior.

Posteriormente se descubrió que la acción de desintegración hasta partículas no se debía únicamente al contacto abrasivo de los trozos de roca 74 con la superficie abrasiva 68. En la observación minuciosa de la acción del tambor giratorio 52 se constató que el procedimiento es de abrasión y machacado como resultado del contacto de los trozos de roca 74 entre sí, mientras se voltean en el tambor 52. A fin de mejorar dicho procedimiento, se diseñó la disposición de la figura 4. En dicha vista en sección esquemática a lo largo del eje del tambor 52 se disponen asimismo aletas de guía 72 en la superficie interior del cuerpo del tambor 52. Las aletas de guía 72 pueden tener la forma que se pretenda, y se disponen preferentemente formando un ángulo que puede ser, más preferentemente, un ángulo agudo, con respecto a la superficie interior mencionada anteriormente. Las aletas 72 actúan desviando los trozos de roca 74, incluido el desvío de costado, a medida que se voltean en el tambor 52, aumentando eficazmente la distancia que cada trozo de roca recorre dentro de los límites del tambor 52, tal como se representa con las flechas en la figura 4.

Con la disposición de la figura 4 no se observó ningún desgaste significativo en el tambor 52, resultante del contacto entre los trozos de roca 74 y el recubrimiento abrasivo 68. Se cree que ello se debe a que cada trozo de roca 74 permanece estacionariamente en contacto con el recubrimiento abrasivo 68 m que puede tener forma de postizos abrasivos. De este modo, un trozo de roca 74 se ve transportado hacia arriba por un postizo abrasivo 68 a medida que el tambor 52 gira, tras lo cual cae por el efecto de la gravedad, estableciendo contacto con otros trozos de roca 74 con un alto grado de agitación, optimizando dicha acción las aletas de guía 72 que pueden impartir un desplazamiento lateral a los trozos de roca 74.

El procedimiento de relleno y de mantenimiento del régimen de trabajo del material de roca de piedra caliza en el tambor giratorio 52 se realiza empleando la cinta transportadora 30, que preferentemente está encauchada, y que preferentemente se incorpora a la tolva de almacenamiento 22. El control del flujo de material hacia el tambor giratorio 52 se alcanza empleando un sensor del par resistente (no representado) en el motor de accionamiento principal 16, con la secuencia siguiente:

\sqbullet

Se detecta una baja demanda de par

\sqbullet

Se activa el motor de la cinta transportadora de rocas

\sqbullet

El material se desplaza desde la tolva de reserva 22 hacia el tambor giratorio 52

\sqbullet

El sensor del motor de accionamiento detecta un aumento del par resistente

\sqbullet

Se alcanza el nivel de par preestablecido y se desconecta la cinta transportadora de rocas 30

Dicho procedimiento se va repitiendo automáticamente por sí mismo hasta que se haya vaciado la tolva de rocas 22. Cuando el sensor del motor de accionamiento 16 detecta un par bajo durante un tiempo superior a dos minutos aproximadamente, el esparcidor de cal de conducciones de agua 10 se desconecta completamente, indicando que la tolva 22 está vacía.

El sumidero 50 (figura 5) se diseña de modo que encaje alrededor de la mitad inferior del tambor giratorio 52, y comprende tres componentes clave, un fondo de sumidero 76, un venturi extractor del producto 78 y un tamiz de filtro de lodos e impurezas de subproductos 80, pudiendo preferentemente extraerse este último. En la figura 5 se representa asimismo una toma de entrada de agua 82.

La función del sumidero 50 es recoger el agua cargada de producto finamente machacado. El venturi extractor del producto 78 utiliza un agua de derivación de la bomba principal a fin de "succionar" el agua cargada de partículas difusas, y descargarla directamente en la conducción de agua en la que, o en cuya proximidad, se dispone el esparcidor 10. Los lodos e impurezas de subproductos que puedan existir se recogen en el fondo del sumidero 76 y pueden extraerse retirando el tamiz de filtro y limpiándolo.

La caja de almacenamiento o tolva 22 es preferentemente una caja estándar realizada de chapa de acero suave de 3 mm. Un esparcidor de cal de conducciones de agua 10 ilustrado a título de ejemplo presenta una tolva con una capacidad de un metro cúbico, con los lados en rampa de 30 grados que convergen sobre un transportador de cadena y cinta de goma 30 accionado preferentemente mediante un reductor con una potencia de 93,2 vatios (1/8 de caballo) y una relación de reducción de 60:1, proporcionando 8 rpm. El motor de la cinta transportadora 38 se activa mediante la acción del sensor de par mencionado anteriormente asociado al motor 16.

La función específica de la bomba de agua 44 es bombear agua hacia el tambor giratorio 52 con un caudal de 2273,05 litros por hora (500 galones por hora), creando un flujo positivo de producto machacado hacia el sumidero 50 a través de los orificios difusores 62, 64. La bomba 44 dispone de una capacidad de 11.365,23 litros por hora (2500 galones por hora). El agua sobrante se desvía a través de una válvula derivadora variable a fin de energizar el venturi 46 que, a su vez, aspira del sumidero 50 (fondo del sumidero 76) limpiándolo.

Hasta aquí se han descrito las características básicas de la forma de realización del esparcidor de cal de conducciones de agua/dispensador de cal activo. A continuación se describirán otras características adicionales del aparato 10, resultantes del desarrollo importante realizado en el producto a fin de mejorar la capacidad del aparato destinado al tratamiento del agua de efluente utilizando otros productos alcalinos más "potentes" y a fin de ampliar la utilización del aparato incorporando actividades tales como rociado de sumidero remoto, rociado de manguera remoto, mezclado y combinado de reactivos calibrados, y funcionamiento con supervisión mínima.

Un reactivo preferido que se propone utilizar en el aparato 10 modificado es la cal hidratada, si bien el aparato 10 aún trabaja igualmente bien con la roca de piedra caliza y su capacidad para dispensar la cal fina (CaCO_{3}) utilizando roca de 150 mm no queda comprometida en absoluto.

Se pretendió utilizar reactivos preferidos tales como el Bauxol (marca comercial), el hidróxido de sodio, el hidróxido de calcio, el óxido de calcio en el aparato 10 modificado. Dichos reactivos presentan factores de neutralización de 30 a 40 veces más rápidos que el CaCO_{3,} y se percibió la necesidad de combinar los reactivos en algunas aplicaciones. Dichos factores de neutralización altos significaban que se precisaba una calibración exacta a fin de eliminar la posibilidad de sobrecorrección del nivel del pH.

Tal como se ha descrito anteriormente en la presente memoria, el dosificador de cal activa 10 se diseñó originalmente para machacar, afinar y dispensar el CaCO_{3} en forma de roca de piedra caliza de conglomerado de 100 mm a 150 mm en masas de agua con un pH bajo. Se constató que en una situación de pH de menos de 4, con ácido hasta 40 mgfP/l, y en la que el aluminio y/o hierro presente en la solución era superior a 400 mg/l, la cantidad de roca que se había de machacar y dispersar resultaba muy poco económica.

En su forma descrita anteriormente, el dosificador de cal activo 10 podía producir solamente de 30 kg a 40 kg por hora de CaCO_{3} a partir de roca de piedra caliza en bruto. La alta presencia de Al, Fe y H_{2}SO_{4} puede haber precisado una reconstrucción del volteador 14 hasta una capacidad de 1000 kg de conglomerado, con una tasa de descarga de 300 kg a 800 kg por hora de cal fina.

El dosificador de cal activo modificado 10 se adapta para introducir en la masa de agua cantidades calibradas de hidróxido de calcio, hasta que se haya conseguido un pH de 5,5, mientras se sigue aplicando el CaCO_{3}, el hidróxido de calcio, el óxido de calcio, el hidróxido de sodio, el Bauxol (marca comercial), o una combinación pretendida de dichos reactivos. Se cree que esto tendrá como resultado la eliminación de una sobre corrección del nivel de pH no pretendida, y asimismo proporcionará unos ahorros de costes enormes en materiales, mano de obra, y desgaste y averías de la máquina.

En el dosificador de cal activo 10 se instala una bomba de lodos 46, destinada a drenar el producto desde el fondo del sumidero 76. La bomba, preferentemente una bomba mono de serie 200, utiliza un husillo helicoidal de desplazamiento positivo dispuesto en el interior de una membrana de goma, produciendo una presión aproximada de 413,4 kPa (60 psi). A fin de proteger a dicha bomba contra una presión excesiva, comprende una válvula de alivio de presión, que devuelve al sumidero 50 el agua aliviada.

La bomba de lodos 46 se dota asimismo de un sistema "seguro al fallo" de bomba de nivel de agua (no representado). Esto asegura que la bomba de lodos 46 no funcionará en seco y parará inmediatamente la bomba 46 si el nivel del agua en el sumidero 50 desciende por debajo de un nivel seguro.

\newpage

A fin de provocar un cebado eficaz de la bomba de lodos 46, se instala una válvula de derivación (no representada) en la bomba principal del dosificador activo 16, que desvía agua a una presión media hacia la bomba de lodos 46, garantizando de este modo un cebado rápido y eficaz y una reducción del riesgo de funcionar en seco.

Se constató que cebar manualmente la bomba primaria 16 del dosificador de cal activo requería mucho tiempo y a veces suponía un riesgo para el usuario, que tenía que acarrear agua desde los bancos de conducciones de agua y cursos de agua empinados y resbaladizos. Por consiguiente, se instaló en el dosificador de cal activo 10 una disposición integrada de cebado de la bomba. Un recipiente de 20 litros (no representado), apto para contener agua, se dispone en el lateral del dosificador de cal activo 10, permitiendo que se conduzca agua directamente hacia la bomba primaria 16 a través de una válvula de bola, y a continuación se deriva directamente hacia el alojamiento del rodete. De este modo se alcanza una gran reducción del tiempo de cebado.

Uno de los problemas de funcionamiento que se constataron mientras se utilizó la forma básica del dosificador de cal activo 10 fue la vigilancia constante que se requiere por parte del usuario a fin de mantener un nivel de agua estático en el sumidero 50. Mientras se utilizaba la bomba de lodos 46, se precisaba una mayor profundidad de agua en el sumidero 50 a fin de facilitar el mezclado de la cal hidratada. Esto se convirtió esencialmente en un trabajo de dos personas, una destinada a vigilar la manguera del rociado remoto, y la otra destinada a vigilar y mantener el nivel de agua.

La figura 6 representa, esquemáticamente, una disposición destinada a subsanar dicho inconveniente. Un depósito de 10 litros 88 se conecta a distancia, mediante una manguera de 25 mm 94, que actúa como un tubo de compensación del nivel de agua, con el sumidero 50, trasladando el nivel de agua al sumidero 50. En el depósito 88, una válvula de bola flotante 90 se ajusta para controlar el caudal de agua hacia el sumidero 50. La profundidad requerida en el sumidero 50 se controla fácilmente haciendo subir y bajar el depósito remoto 88 a fin de preestablecer la profundidad. Asimismo se representa el nivel de agua del sumidero (92), la bomba 16, y la salida de agua 96 hacia el volteador 14. Dicha modificación permitió eficazmente que la máquina pudiera funcionar con una sola persona.

Para conseguir la máxima precisión cuando se aplican reactivos con un alto grado de reactividad, por ejemplo el hidróxido de calcio Ca(OH)_{2}, se precisaba un control variable absoluto de la cinta de alimentación del elevador. Se instaló un variador manual de 1 rpm a 10 rpm en el motor de accionamiento 38 en la cinta de alimentación del transportador (30), asegurando una calibración precisa.

Cuando se utilizan polvos muy finos se observó que los reactivos en polvo, por ejemplo el Ca(OH)_{2} tenían capacidad de adherirse a la superficie de la cinta de alimentación 30. Como resultado, dichos polvos se transportaron a otras partes de la máquina, y se depositaron en puntos no pretendidos creando una limpieza no pretendida y un problema de manipulación. Se dispusieron rascadores eficaces (no representados) en la parte de la descarga de la cinta de alimentación, eliminando el transporte no pretendido de reactivo hacia otros puntos de descarga.

Una pantalla de goma grande (no representada) se dispuso sobre la rampa de descarga 32 y se prolongó hacia el tambor 52 del volteador. Dicha pantalla protege eficazmente la rampa de descarga 32 a fin de evitar que entre en contacto con agua que puede salpicar dentro del volteador 14 debido a la acción de trabajo del volteador. Se constató que es importante mantener la rampa de descarga 32 lo más seca que sea posible debido a la naturaleza higroscópica de los reactivos en polvo, que causa que se vuelvan pegajosos en la rampa de descarga 32. Con dicha modificación, tras la acumulación inicial no se produjeron restricciones adicionales en las prestaciones.

A fin de asegurar una alimentación uniforme desde la tolva 22, se dispuso otra falda de goma (no representada) en el punto de descarga de la cinta del elevador 30. Dicha falda de goma se comprime hacia abajo en los últimos 200 mm del punto de descarga de la cinta del elevador 30. Esto crea una "válvula de lengüeta" eficaz que alisa el flujo del polvo del reactivo hasta un "espesor específico" y asimismo se puede ajustar a fin de obtener el "espesor deseado". Este constituye un componente importante para la consecución de una calibración eficaz del aporte del reactivo en polvo, es decir, haciendo equivalente la velocidad de la cinta transportadora 30 a gramos de aporte por minuto.

La naturaleza extremadamente alcalina de los reactivos tales como el hidróxido de calcio y el óxido de calcio requiere que el usuario del dosificador de cal activo 10 esté protegido frente a riesgos tales como quemaduras alcalinas. En el acto del vertido del reactivo en la tolva 28 se crea polvo. A fin de desplazar eficazmente el polvo desde la estación de relleno 98 dispuesta en el lateral de la tolva del reactivo en polvo 28, se decidió instalar una tapa estanca al polvo 100 en la tolva 28. Dispuesto en la tolva 28, preferentemente en la parte superior de la tapa, existe un pequeño ventilador extractor con filtro 102. El ventilador 102 crea eficazmente un ligero vacío en la tolva 28. Dicho ligero vacío en la tolva 28 aspira eficazmente el polvo devolviéndolo a la tolva 28. La estación de relleno 98 se diseña de modo que minimice el contacto de un usuario con el reactivo. Se carga un saco de reactivo en polvo en el cortador de saco químico 102 dispuesto sobre la tapa 100 de la tolva, en el que se activa un abridor de saco remoto, soltando el contenido en el interior de la tolva 28. El ligero vacío y el abridor de saco encerrado minimizan la emisión de polvo. Dichas modificaciones se diseñan con el objetivo de reducir riesgos para el usuario pero en ningún caso dejarán de usarse la mascarilla de respiración, los guantes y la ropa de protección. La tapa 100 puede retirarse para la utilización de sacos de reactivos a granel. La parte superior de la tolva 28 presenta una forma que la hace apta para aceptar un saco de carga a granel, creando eficazmente un cierre estanco con el saco de carga a granel. De nuevo, puede activarse un abridor de saco remoto para soltar el contenido del saco.

El ventilador extractor 102 descarga en el filtro de agua (no representado) que se drena automáticamente a través del conducto 104 hacia el sumidero 50 del dosificador de cal activo 10, a través del volteador 14.

La utilización de reactivos químicos tales como el hidróxido de sodio requiere unas precauciones extremas y una calibración exacta. En una forma de realización se ha abordado este tema eficazmente instalando un depósito de plástico de 20 litros (no representado) en el lateral de la tolva de reactivo líquido 26. El reactivo líquido, calibrado como un líquido, por ejemplo 1 mol p/litro de hidróxido de sodio, se introduce a continuación en la bomba primaria 16 a través de llaves de paso calibradas y se inyecta en el alojamiento del rodete, asegurando un mezclado completo. Dicho sistema de introducción del reactivo líquido puede realizarse de modo que se adapte a la magnitud del
trabajo.

A fin de asegurar una precisión absoluta en la calibración de la dosificación del reactivo, deben conocerse unos cuantos factores que influyen en ella. Dichos factores son la velocidad de la cinta transportadora 30 (calibrada), la velocidad del tornillo sinfín (calibrada), la proporción de la mezcla, el caudal de agua que pasa a través del aparato 10, y los resultados de laboratorio de las muestras tomadas en campo.

El caudal de agua a través de la máquina se mide en litros por minuto, el peso de reactivo se mide en gramos por minuto, y el producto resultante se mide en gramos por litro.

Las figuras 8 y 9 ilustran una forma de realización que permite la combinación de los reactivos alcalinos a la vez que mantiene la absoluta precisión con la calibración de elementos reactivos extremadamente alcalinos en forma de polvo.

A fin de resolver los problemas asociados al "puenteado" (la tendencia que presentan los polvos a resistirse a fluir y tienden a saltar o "puentear" de un punto a otro), la tolva de reactivos en polvo 22 presenta dos lados 106, 108, que convergen hacia el tornillo sinfín 34. Preferentemente, cada pared 106, 108 forma un ángulo aproximado de 45º con un plano vertical que pasa por el eje del tornillo sinfín 34. Esto proporcionaría un ángulo aproximado de 90º en la base 112 de la tolva 22. Preferentemente, un círculo con el mismo eje que el del tornillo sinfín, y aproximadamente un 10% mayor que el diámetro del tornillo sinfín, tocaría tangencialmente los lados 106, 108. Más preferentemente, el espacio 110 creado por dicha disposición sería del orden de 5 mm de huelgo entre las trayectorias del tornillo sinfín 34 y la base 112 de la tolva 22. Esto es con dimensiones del tornillo sinfín preferidas de 150 mm de diámetro, y un paso de 150. El tornillo sinfín 34 se diseña de modo que se mantenga descubierto por un tubo de tornillo sinfín, que permite un contacto máximo con el material del reactivo.

Si bien el diseño elimina el "puenteado" del material reactivo a lo largo del tornillo sinfín 34, se decidió posicionar un único vibrador industrial 114 en el extremo opuesto al punto de descarga 36 del tornillo sinfín en el exterior de la tolva 22. Dichas modificaciones realizadas en la tolva eliminaron totalmente los problemas de "puenteado" con el elemento reactivo en polvo y mantuvieron la capacidad de calibración del reactivo.

Se proporciona asimismo al dosificador de cal activo 10 un sistema de parada "seguro al fallo" destinado a parar el dosificador 10 a través del sistema de baja presión del aceite, parando esencialmente el generador 18 y, por consiguiente, parando instantáneamente todos los sistemas. Las situaciones que pueden activar el sistema "seguro al fallo" pueden comprender fugas a tierra en el sistema eléctrico, bajo nivel de agua en el sumidero 50, detectada sobrevelocidad del variador, o detectada una alcalinidad extrema.

Puede incorporarse un sistema de inyección de aire en el dosificador de cal activo 10. Utilizando el principio del venturi de Bernoulli, el sistema venturi permite la sobresaturación de O_{2} en el agua de descarga, que permite la reposición de O_{2} que se ha rescatado del agua debido al desplazamiento de monosulfuro en el perfil de agua. Esto es lo que ocurrió en Lismore, Nueva Gales del Sur, en 1994.

El dosificador de cal activo 10 se diseñó originalmente para utilizar el CaCO_{3} en forma de roca, pero ahora ha visto mejorada su capacidad de forma excepcional para permitirle jugar un papel múltiple mezclando las cantidades calibradas de reactivos produciendo resultados mucho mejores en diversas situaciones de descarga de ácido, a la vez que sigue utilizando el reactivo de base CaCO_{3}. El volteador de roca 14 presenta la capacidad única de "abrasar por golpe", machacar y mezclar completamente los reactivos en un producto altamente dispersable a fin de satisfacer las condiciones específicas del emplazamiento.

El esparcidor de cal de conducciones de agua 10 se diseña para dosificar en las conducciones de agua ácidas la piedra caliza de calcio machacada, aumentando de este modo los niveles del pH hasta un nivel aceptable. La combinación de principios de ingeniería idóneos ha producido una máquina única destinada a la dosificación segura y precisa de unas zonas problemáticas asociadas al escurrimiento de los suelos sulfatados ácidos.

El esparcidor de cal de conducciones de agua de la presente invención se ha diseñado específicamente para que sea respetuoso con el medio ambiente, requiriendo muy poca energía consumiendo aproximadamente 1.304,98 watios (1,75 caballos) para realizar el procedimiento completo.

Si bien en las formas de realización descritas de la presente invención se ha preferido un generador 18 destinado al suministro de energía eléctrica, otras fuentes de alimentación aptas comprenden la energía solar, la energía eólica (ambas pueden precisar el almacenamiento de energía con batería, o puede emplearse un almacenamiento por batería de por sí), la alimentación desde la red eléctrica, un motor de combustión interna con gas propano líquido, una combinación de solar/hidrógeno/combustión interna o solar/hidrógeno/membrana bipolar.

Se considera que el esparcidor de cal de conducciones de agua de la presente invención puede dejarse anegado en una conducción de agua o curso de agua durante tiempo, requiriendo el usuario una monitorización mínima.

Claims (10)

1. Aparato (10) destinado al tratamiento de una masa de agua con partículas de carbonato de calcio, que comprende:

un tambor (52) que presenta una primera pared extrema (84) y una segunda pared extrema, presentando dicha primera pared extrema (84) una abertura (56) que conduce al interior de dicho tambor (52); y

un motor de accionamiento (16) apto para hacer girar dicho tambor (52) alrededor de un eje;

caracterizado porque el aparato (10) comprende:

una cinta transportadora (30) que se puede hacer funcionar para alimentar a dicho tambor (52) con los trozos de roca de piedra caliza, causando el giro de dicho tambor (52) mediante dicho motor de accionamiento (16), que dichos trozos de roca de piedra caliza se machaquen, se abrasen y se trituren a fin de producir dichas partículas de carbonato de calcio;

una bomba (44) que se puede hacer funcionar para enviar agua al interior de dicho tambor (52);

unas aberturas (64) y/o unas ranuras (62) en una o en ambas de dicha primera pared extrema (84) y de dicha segunda pared extrema, estando dimensionadas dichas aberturas (64) y/o ranuras (62) de modo que permitan únicamente el paso a través de las mismas de dichas partículas menores que un tamaño predeterminado, estando separadas las extremidades exteriores de dichas aberturas (64) y/o ranuras (62) con respecto a una parte exterior de dicho tambor (52) en una dirección radial de tal modo que la parte anular externa de dicha primera pared extrema (84) y/o de dicha segunda pared extrema no comprende ninguna de dichas aberturas (64) y/o de dichas ranuras (62);

un sumidero (50) dispuesto alrededor de una parte inferior de la parte exterior de dicho tambor (52) destinado a recibir una mezcla de agua aportada por dicha bomba (44) y dichas partículas que han pasado a través de dichas aberturas (64) y/o dichas ranuras (62); y un venturi (78) que se puede accionar para aspirar dicha mezcla de agua y dichas partículas de dicho sumidero (50) y descargar dicha mezcla en dicha masa de agua.

2. Aparato según la reivindicación 1, que comprende una tolva (22) destinada a contener dichos trozos de roca de piedra caliza, pudiendo descargar dicha tolva (22) dichos trozos en dicha cinta transportadora (30).

3. Aparato según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende una tolva (28) que puede contener otro reactivo en forma de polvo.

4. Aparato según la reivindicación 3, que comprende unos medios (34) destinados a transportar dicho reactivo en forma de polvo desde dicha tolva (28) hasta el interior de dicho tambor (52).

5. Aparato según la reivindicación 4, en el que dicho medio de transporte (34) es un tornillo sinfín (34) sobre el que se descarga dicho reactivo en forma de polvo empleado por dicha tolva (28), disponiéndose dicho tornillo sinfín (34) de tal modo que se extiende a través de dicha abertura (56) a fin de aportar dicho reactivo en forma de polvo al interior de dicho tambor (52).

6. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un depósito (26) que puede contener otro reactivo adicional en forma de líquido, pudiendo descargar dicho depósito (26) dicho reactivo en forma de líquido en dicha bomba (44) para aportar agua al interior de dicho tambor.

7. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que por lo menos una parte del interior de dicho tambor (52) comprende un recubrimiento abrasivo (68).

8. Aparato según la reivindicación 7, en el que dicho recubrimiento abrasivo (68) está constituido por placas o postizos.

9. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho tamaño predeterminado es de
20 \mum.

10. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho sumidero (50) presenta un fondo de sumidero (76) que comprende un tamiz de filtro de impurezas de subproductos extraíble (80).