ES2824465T3

ES2824465T3 - Dispositivo de eliminación de partículas sólidas de anillo

Info

Publication number: ES2824465T3
Application number: ES15832386T
Authority: ES
Inventors: Francis M Noonan; Dale White; Rodney S Mrkvicka
Original assignee: Smith and Loveless Inc
Current assignee: Smith and Loveless Inc
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2015-08-11
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2035-08-11
Also published as: WO2016025483A3; NZ728886A; US9932731B2; US20180148918A1; MX2017001828A; US20160038952A1; AU2015301862B2; EP3180100B1; AU2015301862A1; EP3180100A4; EP3180100A2; WO2016025483A2; CA2957553C; US10309090B2; CA2957553A1

Abstract

Unidad de eliminación de partículas sólidas para un sistema de aguas residuales, que comprende: una cámara (12) de eliminación de partículas sólidas redonda definida por una superficie inferior (16) y una pared vertical (13) sustancialmente anular que se extiende hacia arriba desde dicha superficie inferior; un anillo (50) anular sustancialmente horizontal que se extiende hacia el interior desde la pared vertical (13) sustancialmente anular de la cámara hasta un borde interior que tiene un radio Ri, estando dicho anillo (50) separado por encima de dicha superficie inferior (16) de la cámara; un canal afluente (40) a través de una abertura en dicha pared vertical (13) sustancialmente anular de la cámara por debajo de dicho anillo (50), teniendo dicho canal afluente (40) una pared lateral (46) exterior del afluente sustancialmente tangencial a dicha pared vertical (13) sustancialmente anular de la cámara en dicha abertura del canal afluente en dicha pared vertical (13) sustancialmente anular de la cámara, y una pared lateral (48) interior del afluente que tiene una porción (80) sustancialmente plana paralela a dicha pared lateral (48) exterior del afluente, y una porción curvada (90) que se extiende entre la superficie inferior (16) de la cámara y el anillo (50), teniendo dicha porción curvada (90) de la pared lateral interior del afluente dicho radio Ri y extendiéndose a través de un arco, como mínimo, de aproximadamente 90 grados, teniendo dicho canal afluente (40) su salida en un extremo de la porción curvada (90) de la pared lateral interior del afluente; y un canal efluente (60) a través de una abertura en dicha pared vertical (13) sustancialmente anular de la cámara por encima de dicho anillo (50), teniendo dicho canal efluente una pared lateral (64) exterior del efluente sustancialmente tangencial a dicha pared vertical (13) sustancialmente anular de la cámara en dicha abertura del canal efluente en dicha pared vertical (13) sustancialmente anular de la cámara, y una pared lateral (68) interior del efluente que tiene una porción (82) sustancialmente plana paralela a dicha pared lateral (64) exterior del efluente y una porción curvada (92) que se extiende hacia arriba desde dicho anillo (50), teniendo dicha porción curvada (92) de la pared lateral interior del efluente dicho radio Ri y extendiéndose a través de un arco, como mínimo, de aproximadamente 90 grados, teniendo dicho canal efluente (60) su entrada en un extremo de la porción curvada (92) de la pared lateral interior del efluente.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de eliminación de partículas sólidas de anillo

REFERENCIA A SOLICITUDES RELACIONADAS

Esta es una solicitud no provisional que reivindica la prioridad a la Solicitud Provisional de Estados Unidos de N° de Serie 62/035,594 y a la Solicitud de N° de Serie 14/823,488, presentada el 11 de agosto de 2015, ambas tituladas “Ring Grit Remover”.

SECTOR DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un selector o colector de partículas sólidas para eliminar selectivamente arena y partículas sólidas de una corriente de fluido circulante.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

Las partículas sólidas son uno de los materiales más impredecibles y difíciles que debe manejar una planta de tratamiento de aguas residuales. Las partículas sólidas se pueden definir como la materia mineral pesada presente en las aguas residuales. Está compuesta, principalmente, por arena, grava y material inorgánico que llega a una planta de eliminación de aguas residuales. Es deseable eliminar este material, ya que no puede ser tratado, reducido de tamaño o eliminado mediante procedimientos de tratamiento biológico. Presenta un problema para el tratamiento de residuos, ya que es duro y abrasivo. Produce desgaste en bombas y otros dispositivos mecánicos. Es pesado y se acumula en clarificadores, cubetas de tratamiento, digestores, etc., donde, en ocasiones, debe ser eliminado manualmente.

Se han propuesto dispositivos de eliminación de partículas sólidas de diversos diseños, para eliminar las partículas sólidas de una corriente de agua circulante. Varios de dichos dispositivos se muestran, por ejemplo, en las Patentes de U.S. 3,941,698, 4,107,038, 4,519,907, 6,811,697, 6,881,350 y 8,906,233.

La Patente de U.S. 3,941,698 incluye una cámara de sedimentación superior y una cámara de almacenamiento de partículas sólidas inferior. La cámara de sedimentación, siendo de gran diámetro, comunica con la cámara de almacenamiento a través de una abertura relativamente pequeña en una superficie de transición sustancialmente plana entre ellas. Paletas giratorias posicionadas en el interior de la cámara de sedimentación, una pequeña distancia por encima de la superficie de transición, pueden mejorar el flujo giratorio natural de líquido que entra en la cámara de sedimentación adyacente a la periferia exterior para girar alrededor de la cámara como un vórtice forzado que tiene como resultado un flujo en espiral hacia arriba que impulsa las partículas sedimentadas a través de la superficie de transición hacia la abertura. Las partículas sedimentadas más pesadas caen a través de la abertura hacia la cámara de almacenamiento y las partículas orgánicas más ligeras se elevan en el flujo en espiral. El contenido de la cámara de almacenamiento es limpiado ligeramente con aire antes de retirarlo, para hacer que cualquier materia orgánica en la misma sea extraída por arriba de la cámara de almacenamiento y devuelta a la cámara de sedimentación.

Un tipo similar de dispositivo de eliminación de partículas sólidas se da a conocer en la Patente de U.S. 4,107,038, en el que está situada una rampa en comunicación con la porción de garganta del canal de entrada, para hacer que las partículas sólidas continúen rampa abajo hacia la superficie de transición. Asimismo, un deflector está dispuesto en la cámara de sedimentación, contra el cual el líquido giratorio incide para desviar el líquido hacia abajo en un patrón de flujo, en general, toroidal, que gira en espiral alrededor de la periferia de la cámara de sedimentación. El movimiento toroidal del líquido desplaza las partículas sólidas en la superficie de transición hacia la abertura central. Los dispositivos de la técnica anterior descritos anteriormente funcionan según el principio de vórtice forzado. En estos dispositivos, la cabeza en la periferia de la cámara de sedimentación es más alta que en el centro de la cámara de sedimentación. Esto hace que el líquido fluya hacia abajo por la pared de la cámara de sedimentación hasta la parte inferior de la misma y, a través de la parte inferior, hasta el punto de la cabeza inferior en el centro de la misma. Es este patrón de flujo circulatorio transversal el que permite que el dispositivo funcione. El material en partículas en suspensión debe seguir este camino para llegar a la parte inferior de la cámara de sedimentación y ser transportado al centro de la superficie de transición a la cámara de almacenamiento. Esto lleva algo de tiempo y es posible que una parte del material en partículas no recorra todo el circuito antes de quedar atrapado en el flujo que sale del efluente, lo que tiene como resultado una disminución de la eficacia de eliminación de partículas sólidas. En otros dispositivos adicionales de eliminación de partículas sólidas, tales como los que se muestran en las Patentes de U.S, 4,767,532, 6,811,697 y 8,906,233, el flujo hacia el centro de una cámara es facilitado por una hélice o paleta giratoria. La Patente de U.S. 8,906,233 incluye, asimismo, un anillo alrededor de la periferia interior de la cámara de sedimentación que bloquea el fluido que fluye alrededor del exterior de la cámara para que no suba hasta el nivel de la salida de la cámara.

Los dispositivos de eliminación de partículas sólidas tales como los descritos anteriormente, ya sea que funcionen por sedimentación o por la acción de un vórtice, requieren una huella relativamente grande, presentando problemas de espacio en el diseño de instalaciones de tratamiento global, en las que los dispositivos de eliminación de partículas sólidas son solo una parte. Por supuesto, los dispositivos más grandes son inherentemente más costosos y pueden consumir más energía. Además, dichos dispositivos no están tan bien adaptados como se podría desear para funcionar de manera eficaz en entornos en los que el caudal varía ampliamente. Además, siempre se puede mejorar la capacidad de los dispositivos para eliminar las partículas sólidas de manera eficaz.

La Patente US-A-2013/0270169 se refiere a un dispositivo de eliminación de partículas sólidas que tiene una abertura central entre una cámara de separación cilíndrica por encima de una cámara de almacenamiento de partículas sólidas. Una garganta de flujo hacia el interior introduce una corriente de líquido directamente en una porción inferior de la periferia de la cámara de separación y una garganta efluente elimina una corriente a través de una abertura en una porción superior de la pared de la cámara de separación. Las palas en espiral hacia el exterior se extienden hacia arriba en el centro de la parte inferior de la cámara de separación, y un conducto cilíndrico vertical está soportado por encima de las palas. Un túnel está definido en la cámara de separación por una pared superior en la parte inferior de esa abertura y una pared interior concéntrica con la pared de la cámara de separación. Un anillo se extiende hacia el interior desde la pared de la cámara de separación, definiendo la pared superior del túnel una porción del anillo. Una hélice en el interior del conducto gira para extraer el flujo de fluido hacia arriba a través del conducto hacia la parte superior de la cámara de separación.

La Patente US-A-2003/0085164 se refiere a un extractor de partículas sólidas que incluye gargantas de entrada y salida dispuestas para inyectar y extraer líquido tangencialmente en una cámara redonda para extraer partículas de una corriente de fluido.

La Patente US-A-3965013 se refiere a un clarificador por gravedad para separar lodos biológicos del agua por sedimentación mediante gravedad.

La presente invención está dirigida, entre otros, a uno o varios de los problemas expuestos anteriormente.

CARACTERÍSTICAS DE LA INVENCIÓN

Según la presente invención, se da a conocer una unidad de eliminación de partículas sólidas para un sistema de aguas residuales, tal como el definido en la reivindicación 1.

En una forma de la presente invención, la salida del canal afluente y la entrada del canal efluente están alineadas para evitar sustancialmente que el canal afluente salga a la entrada del canal efluente sin rodear primero completamente la cámara.

En otra forma de la presente invención, el extremo de la porción curvada de la pared lateral interior del afluente está sustancialmente alineado con el extremo de la porción curvada de la pared lateral interior del efluente y por debajo de la misma.

En otra forma más de la presente invención, la porción curvada de la pared lateral interior del afluente y la porción curvada de la pared lateral interior del efluente se extienden ambas a través de un arco comprendido entre aproximadamente 90 grados y aproximadamente 270 grados en el interior de la pared anular de la cámara.

Otros objetivos, características y ventajas de la presente invención resultarán evidentes a partir de una revisión de la memoria descriptiva completa, que incluye las reivindicaciones y los dibujos adjuntos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 es una vista, en perspectiva, de un dispositivo de eliminación de partículas sólidas que tiene, como mínimo, una de las nuevas características ventajosas de la presente invención;

la figura 2 es una vista, en corte parcial, del dispositivo de la figura 1;

la figura 3 es una segunda vista, en perspectiva, del dispositivo de la figura 1;

la figura 4 es una tercera vista, en perspectiva, del dispositivo de la figura 1;

la figura 5 es una vista, en perspectiva, de deflectores que pueden definir ventajosamente las paredes interiores del afluente y canales afluentes, según la presente invención; y

las figuras 6 y 7 son vistas, en perspectiva, de dispositivos de eliminación de partículas sólidas que tienen diferentes orientaciones de los canales afluente y efluente con respecto a la orientación de las figuras 1 a 4.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA REALIZACIÓN PREFERENTE

Las figuras muestran un dispositivo 10 para separar partículas sólidas de residuos líquidos entrantes (afluente), según la presente invención. Una cámara de separación cilíndrica circular o cubeta 12 que tiene una pared lateral 13 vertical, anular, está dispuesta inmediatamente por encima y es concéntrica con una cámara 14 cilíndrica de almacenamiento de partículas sólidas (véase la figura 2) de menor diámetro.

Una superficie inferior o suelo 16 de transición, sustancialmente plana, que incluye una placa 18 extraíble centrada en la cámara de separación 12 separa las cámaras de almacenamiento y de separación 14, 12. Aberturas 19 adecuadas a través de la placa 18 permiten la comunicación entre las cámaras 12, 14.

Una hélice 20 de múltiples álabes puede estar montada en un árbol 24 cilíndrico para rotación, estando conectada la parte superior del árbol 24, por ejemplo, a un accionamiento 30 adecuado para hacer girar la hélice 20. Dichas configuraciones se muestran, por ejemplo, en las Patentes de U.S. 4,107,038, 4,767,532 y 8,906,233. Asimismo, se pueden utilizar otras construcciones de hélice y de cámara de almacenamiento dentro del alcance de algunos aspectos de la presente invención tal como se describe en el presente documento.

Un canal afluente o canal de entrada 40 tiene una porción 42 de garganta afluente cubierta que se extiende hacia abajo para introducir una corriente de líquido afluente directamente en una porción inferior (es decir, la parte inferior) de la cámara de separación 12 a través de una abertura en la parte inferior de la pared lateral 13 anular de la cámara de separación. La porción 42 de garganta incluye una rampa en su parte inferior que puede estar ventajosamente inclinada, por ejemplo, aproximadamente 20 grados, siendo la rampa y el techo de la porción 42 de garganta sustancialmente paralelos.

El canal afluente 40 tiene también una pared lateral 46 exterior que es sustancialmente tangencial a la pared lateral 13 anular de la cámara de separación en un lado de la abertura de la cámara inferior y una pared lateral interior o deflector 48 que se describe con mayor detalle a continuación.

Un reborde en forma de anillo, anular, o anillo 50 está fijado o unido alrededor de la pared lateral 13 anular de la cámara de separación a una altura por encima del suelo 16 de la cámara que es sustancialmente igual a la altura vertical en el extremo inferior de la porción 42 de garganta y la altura vertical de la parte inferior de un canal efluente o canal de salida 60 a través de una abertura en la parte superior de la pared lateral 13 anular de la cámara de separación. Por lo tanto, el anillo 50 tiene un diámetro exterior igual al radio de la pared vertical de la cámara de separación 12 (Rvw) y una dimensión radial (Rd), y un borde interior que tiene un radio interior (Ri), donde Rvw - Rd = Ri. El anillo 50 se puede extender, ventajosamente, alrededor de la totalidad de la cámara de separación 12, aunque se debe apreciar que se podría utilizar también, ventajosamente, un anillo 50 de menos de 360 grados en algunos aspectos de la presente invención.

Cabe destacar que los componentes anulares tal como están descritos en el presente documento están curvados alrededor de un centro 62 que está alineado, en general, con el árbol 24 cilíndrico de la hélice 20.

El canal efluente 60 permite que el fluido fluya fuera de la cámara de separación 12 a través de una abertura en la parte superior de la pared lateral 13 anular de la cámara de separación. El canal efluente 60 tiene también una pared lateral 64 exterior que es sustancialmente tangencial a la pared lateral 13 anular de la cámara de separación en un lado de la abertura de la cámara superior y una pared lateral interior o deflector 68 que se describe en mayor detalle a continuación, en el presente documento.

Específicamente, las paredes laterales 48, 68 interiores están definidas por deflectores 70, 72 verticales en forma de J inferior y superior, fijados al anillo 50, en donde cada uno incluye una porción recta 80, 82 y una porción curvada 90, 92, en donde la porción curvada 90, 92 está fijada al borde interior del anillo 50. Según la presente invención, las porciones rectas 80, 82 son sustancialmente paralelas a las respectivas paredes laterales 46, 64 exteriores, separadas de ellas por una distancia de aproximadamente Rd. Las porciones curvadas 90, 92 son sustancialmente concéntricas con la pared exterior 13 de la cámara de separación cilíndrica, con un diámetro menor que la pared exterior 13 de la cámara de aproximadamente Rd.

Según un ejemplo que no forma parte de la presente invención, alternativamente, las porciones curvadas 90, 92 pueden no ser sustancialmente concéntricas con la pared exterior 13 de la cámara de separación cilíndrica, siendo el radio en un punto dado en un arco (R^a) una función de la posición arqueada (0) en ese punto, o R^a= f(0). Por ejemplo, la curva de las porciones curvadas 90, 92 podría girar en espiral en el sentido del flujo, disminuyendo el radio de curvatura en la dirección del flujo.

El deflector 70 inferior en forma de J se extiende hacia arriba desde el suelo 16 de la cámara hasta el anillo 50, de modo que el canal afluente 40 esté rodeado en la parte superior e inferior, por el anillo 50 y el suelo 16, y en lados opuestos, por la pared lateral 46 exterior y la pared lateral 48 (deflector) interior. El deflector 72 superior en forma de J se extiende hacia arriba desde el anillo 50, de modo que el canal efluente 60 esté en la parte superior del anillo 50 y entre la pared lateral 46 exterior de la cámara y la pared lateral 68 (deflector) interior.

Las porciones curvadas 90, 92 de los deflectores 70, 72 en forma de J se extienden a través de un arco, como mínimo, de aproximadamente 90 grados y, ventajosamente, hasta aproximadamente 270 grados (es decir, más o menos 10 grados).

Se debe apreciar que extender el deflector 70 de la parte inferior a través de un arco dentro de la cámara de separación 12 garantizará que todo el afluente fluya a través de, como mínimo, ese arco, sin salir a la cámara 12 y sin entrar en el canal efluente 60. Además, cuando la porción curvada 90 del deflector 70 inferior en forma de J se extiende a través de un arco de, por ejemplo, 180 grados, se debe reconocer que, a medida que el flujo de ese afluente continúa alrededor de la cámara 12, después de salir del canal afluente 40 continuará alrededor de 180 grados dentro del deflector 70 inferior en forma de J (véase la flecha 100 en las figuras 1 y 3), más un arco en el que el radio interior cambia con la parte recta del deflector 80. Por lo tanto, las partículas sólidas en el interior del fluido serán forzadas hacia el centro y la cámara de almacenamiento 14, con la distancia radial máxima para que las partículas sólidas se desplacen hacia la cámara de almacenamiento 14 reducida en Rd (es decir, desde el interior del deflector 70 en forma de J en lugar de desde la pared exterior de la cámara de almacenamiento).

Asimismo, se debe apreciar que la combinación de ambos deflectores 70, 72 en forma de J con el anillo 50 puede garantizar, además, que el fluido que entra en la cámara de separación 12 se desplazará alrededor de la cámara 12, como mínimo, una vez, para proporcionar una separación eficaz. Esto es especialmente así en configuraciones en las que las porciones curvadas 90, 92 del deflector se extienden lo suficiente para que sus extremos 110, 112 distales de las porciones rectas 80, 82 estén sustancialmente alineadas o superpuestas, tal como se muestra mejor en las figuras 2 y 3 (por ejemplo, la salida del canal afluente 40 puede estar ventajosamente por debajo o más allá de la entrada al canal efluente 60. Se debe apreciar que la salida del canal afluente 40 a la cámara de separación 12 está sustancialmente alineada debajo del canal efluente 60, de tal modo que cualquier afluente debe fluir esencialmente, como mínimo, 360 grados alrededor de la cámara antes de poder entrar en el canal efluente 60.

Asimismo, se debe comprender que las porciones rectas 80, 82 podrían estar orientadas en diferentes posiciones con respecto a las mostradas en las figuras 1 a 3 (en donde están sustancialmente alineadas entre sí). Por ejemplo, se podrían utilizar deflectores según, como mínimo, un aspecto de la presente invención si el entorno del dispositivo 10’ requiere que el efluente fluya de regreso en la dirección de la que vino el afluente, tal como se muestra en la figura 6, o el dispositivo de 10” requiere flujo afluente y efluente en ángulo recto, tal como se muestra en la figura 7. Al igual que con la realización de las figuras 1 a 4, los extremos de los deflectores podrían estar alineados también, superpuestos o no entre sí (es decir, la salida del canal afluente 40 podría terminar debajo del anillo 50 antes de la entrada al canal efluente 60 por encima del anillo 50, donde el anillo 50 es suficiente para bloquear que se produzca el flujo directamente desde la salida del canal afluente hacia la entrada del canal efluente), dependiendo de la elección del arco de 90 a 270 grados de las porciones curvadas del deflector 90, 92. En dichas configuraciones, el deflector o deflectores, pueden mejorar de manera similar ventajosamente la eficacia, reduciendo la distancia radial máxima que puede ser necesaria para separar las partículas sólidas en la cámara de almacenamiento 14, y puede ayudar, además, de manera ventajosa, a evitar que cualquier afluente entre de manera inmediata y no deseable en el canal efluente 60 sin fluir completamente alrededor del interior de la cámara, como mínimo, una vez.

Otros aspectos y ventajas adicionales de la presente invención se pueden obtener a partir de un estudio de la presente invención en el presente documento.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Unidad de eliminación de partículas sólidas para un sistema de aguas residuales, que comprende:

una cámara (12) de eliminación de partículas sólidas redonda definida por una superficie inferior (16) y una pared vertical (13) sustancialmente anular que se extiende hacia arriba desde dicha superficie inferior;

un anillo (50) anular sustancialmente horizontal que se extiende hacia el interior desde la pared vertical (13) sustancialmente anular de la cámara hasta un borde interior que tiene un radio Ri, estando dicho anillo (50) separado por encima de dicha superficie inferior (16) de la cámara;

un canal afluente (40) a través de una abertura en dicha pared vertical (13) sustancialmente anular de la cámara por debajo de dicho anillo (50), teniendo dicho canal afluente (40)

una pared lateral (46) exterior del afluente sustancialmente tangencial a dicha pared vertical (13) sustancialmente anular de la cámara en dicha abertura del canal afluente en dicha pared vertical (13) sustancialmente anular de la cámara, y

una pared lateral (48) interior del afluente que tiene una porción (80) sustancialmente plana paralela a dicha pared lateral (48) exterior del afluente, y una porción curvada (90) que se extiende entre la superficie inferior (16) de la cámara y el anillo (50), teniendo dicha porción curvada (90) de la pared lateral interior del afluente dicho radio Ri y extendiéndose a través de un arco, como mínimo, de aproximadamente 90 grados, teniendo dicho canal afluente (40) su salida en un extremo de la porción curvada (90) de la pared lateral interior del afluente; y

un canal efluente (60) a través de una abertura en dicha pared vertical (13) sustancialmente anular de la cámara por encima de dicho anillo (50), teniendo dicho canal efluente

una pared lateral (64) exterior del efluente sustancialmente tangencial a dicha pared vertical (13) sustancialmente anular de la cámara en dicha abertura del canal efluente en dicha pared vertical (13) sustancialmente anular de la cámara, y

una pared lateral (68) interior del efluente que tiene una porción (82) sustancialmente plana paralela a dicha pared lateral (64) exterior del efluente y una porción curvada (92) que se extiende hacia arriba desde dicho anillo (50), teniendo dicha porción curvada (92) de la pared lateral interior del efluente dicho radio Ri y extendiéndose a través de un arco, como mínimo, de aproximadamente 90 grados, teniendo dicho canal efluente (60) su entrada en un extremo de la porción curvada (92) de la pared lateral interior del efluente.

2. Unidad de eliminación de partículas sólidas, según la reivindicación 1, en la que dicha salida del canal afluente y dicha entrada del canal efluente están alineadas, para evitar sustancialmente que el afluente de dicho canal afluente (40) salga a dicha entrada del canal efluente sin rodear primero por completo dicha cámara (12).

3. Unidad de eliminación de partículas sólidas, según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que el extremo de la porción curvada de la pared lateral (90) interior del afluente está sustancialmente alineada con el extremo de dicha porción curvada (92) de la pared lateral interior del efluente y por debajo del mismo.

4. Unidad de eliminación de partículas sólidas, según la reivindicación 1,2 o 3, en la que dicha porción curvada (90) de la pared lateral interior del afluente y dicha porción curvada (92) de la pared lateral interior del efluente se extienden a través de un arco comprendido entre aproximadamente 90 grados y aproximadamente 270 grados en el interior de la pared anular (13) de la cámara.