ES2911333T3

ES2911333T3 - Sistemas de aireación difusa y métodos para limpiar difusores sucios en sistemas de aireación

Info

Publication number: ES2911333T3
Application number: ES15833443T
Authority: ES
Inventors: Joseph Krall; Scott Hatch; Jesse Jones
Original assignee: Xylem Water Solutions USA Inc
Current assignee: Xylem Water Solutions USA Inc
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2022-05-18
Anticipated expiration: 2035-08-18
Also published as: CA2958569C; US10093569B2; MX2017002208A; AR101579A1; CA2958569A1; PL3183218T3; US20160046516A1; EP3183218A1; EP3183218B1; SA517380920B1; EP3183218A4; SG11201701263RA; WO2016028729A1

Abstract

Método para limpiar difusores (32) en un sistema de aireación (10) que comprende: a) transportar una solución ácida líquida a una tubería de bajada (26) y/o una línea de purga (34) colocada en un depósito (14) de un sistema de aireación (10) que contiene una masa de agua de manera que la solución ácida líquida fluya hacia un colector (28) y tuberías de distribución de aire (30); b) permitir que la solución ácida líquida se vaporice; y c) soplar la solución ácida vaporizada a una pluralidad de difusores (32) soportados por las tuberías de distribución de aire (30), y caracterizado por que la solución ácida líquida se transporta a la tubería de bajada (26) y/o a la línea de purga (34) en una cantidad suficiente para llenar el 40% o menos del volumen total de cada tubo de distribución de aire individual (30) que se conecta al colector (28).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas de aireación difusa y métodos para limpiar difusores sucios en sistemas de aireación

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

Esta solicitud reclama prioridad de la solicitud de patente provisional estadounidense N.° 62/038.643 presentada el 18 de agosto de 2014.

Antecedentes de la invención

Campo de la invención

La presente invención se dirige a un sistema y un método para limpiar sistemas de aireación difusa y, en particular, un sistema de aireación y un método para limpiar la suciedad de difusores.

Descripción de la técnica relacionada

Los sistemas de aireación de burbujas finas con difusores se suelen hacer de materiales porosos o materiales poliméricos con orificios cortados o rendijas. El funcionamiento de estos sistemas puede ser continuo o intermitente. Si bien estos sistemas son útiles para airear aguas residuales, son susceptibles de ensuciarse cuando se sumergen en un entorno de aguas residuales. Hay dos tipos de ensuciamiento que ocurren comúnmente. El ensuciamiento tipo 1 es provocado por materiales inorgánicos y la dureza del agua. En particular, cuando las condiciones del agua son las adecuadas, la dureza del agua y los materiales inorgánicos llenan los poros o rendijas del difusor, lo que provoca un aumento de la presión y, finalmente, el fallo del difusor. El ensuciamiento tipo 2 es un ensuciamiento orgánico. En entornos de aguas residuales, se cultivan bacterias orgánicas para eliminar los constituyentes no deseados. Estas bacterias pueden entrar en los poros de los difusores porosos y obstruirlos o adherirse a los materiales poliméricos y formar una capa gruesa que provoca la coalescencia de finas burbujas, lo que también aumenta la presión y disminuye la eficiencia de forma similar al ensuciamiento de tipo 1. El documento US5051193 describe un proceso de tratamiento para eliminar obstrucciones de los poros y superficies de los elementos difusores de aireación utilizados en un proceso de tratamiento de lodos activados o similar. En este proceso se prepara una solución ácida para llenar la red de tuberías de aireación, se alimenta a través de las cámaras impelentes que soportan los respectivos elementos a tratar, y en los poros de dichos elementos para que reaccionen con las obstrucciones a eliminar. El proceso se realiza de modo que la solución ácida llene los poros y entre en contacto con las superficies de los difusores y las cámaras impelentes y la red de tuberías sumergidas. La solución ácida se hace reaccionar con las obstrucciones y luego se agita en contacto con los difusores y con las obstrucciones en los poros y en las superficies de los difusores para rejuvenecer estos elementos. La patente europea EP1647530 describe un sistema de filtración por membrana que comprende uno o más conjuntos de membranas de ultrafiltración o microfiltración sumergidos a presión ambiental, cada conjunto de membrana colocado a 100-240 mm de la pared, deflector o conjunto de membrana adyacente más cercano y a no más de 1 metro por encima del suelo y al menos 150 mm por debajo del nivel de líquido. El licor mezclado se descarga debajo de cada conjunto de membrana para crear una velocidad de flujo vertical en un intervalo de 1-8 mm/segundo a lo largo de toda la longitud del conjunto de membrana. En un sistema de reactor por lotes secuenciado, se suministra aire a un difusor de aire de burbuja gruesa para fregar cada conjunto de membrana solo durante el ciclo de retrolavado del sistema de filtración y no durante el ciclo de filtración.

Si bien se han desarrollado diversos métodos y aparatos para superar estos inconvenientes, el ensuciamiento de los sistemas de aireación sigue siendo una preocupación. Por lo tanto, existe la necesidad de métodos y aparatos mejorados para limpiar y eliminar el ensuciamiento de los sistemas de aireación tal como el ensuciamiento de difusores.

Compendio de la invención

La presente invención se dirige a un método para limpiar difusores en un sistema de aireación que incluye: transportar una solución ácida líquida a una tubería de bajada y/o una línea de purga colocada en un depósito de un sistema de aireación que contiene una masa de agua de manera que la solución ácida líquida fluya hacia un colector y tuberías de distribución de aire; permitir que la solución ácida líquida se vaporice; y soplar la solución ácida vaporizada a una pluralidad de difusores soportados por las tuberías de distribución de aire. El método puede incluir además mezclar la solución ácida vaporizada con agua dentro y sobre la superficie de los difusores para volver a licuar la solución ácida vaporizada. La solución ácida relicuada puede disolver incrustaciones minerales y materiales inorgánicos y/o matar o destruir las bacterias que se encuentran dentro o sobre los difusores.

La solución ácida líquida utilizada con el método puede incluir, aunque sin limitación a esto, una solución ácida diluida que se vaporiza a concentraciones de ácido del 10% en peso o más dentro del sistema de aireación. Ejemplos no limitativos de soluciones ácidas líquidas adecuadas incluyen una solución ácida líquida que comprende una concentración de ácido clorhídrico del 10% al 37% en peso, una concentración de ácido fórmico del 20% al 50% en peso, o una combinación de los mismos.

Además, la solución ácida líquida se transporta a la tubería de bajada y/o la línea de purga en una cantidad y manera que evita que al menos el 90% de la solución ácida líquida suministrada a la tubería de bajada y/o la línea de purga entre en la pluralidad de difusores en forma líquida. En algunas realizaciones, la solución ácida líquida se transporta a la tubería de bajada y/o a la línea de purga mientras fluye aire a través de la tubería de bajada, el colector y las tuberías de distribución de aire. Según la invención, la solución ácida líquida se transporta a la tubería de bajada y/o a la línea de purga en una cantidad suficiente para llenar del 1% al 40% del volumen total de cada tubería de distribución de aire individual unida al colector. En algunas realizaciones, la solución ácida líquida se transporta a la tubería de bajada y/o a la línea de purga en una cantidad suficiente para llenar desde 1,27 cm pulgada) hasta 1,9 cm (% de pulgada) de profundidad en cada una de las tuberías de distribución de aire. La cantidad de solución ácida líquida transportada a la tubería de bajada y/o la línea de purga se puede determinar en función de la longitud total, el tamaño y la cantidad de tuberías utilizadas para formar el colector y las tuberías de aireación.

En algunas realizaciones, la solución ácida líquida se transporta a la tubería de bajada y/o a la línea de purga mediante un recipiente que tiene una línea de distribución de ácido. El depósito utilizado con el presente puede incluir una zona de reacción previa, una zona de reacción principal y una pared deflectora que separa la zona de reacción previa y la zona de reacción principal. El deflector puede incluir ranuras que permiten que el fluido fluya entre la zona de reacción previa y la zona de reacción principal.

Además, el método descrito en esta memoria para limpiar el ensuciamiento de difusores de un sistema de aireación se puede operar de forma manual, semiautomática o totalmente automática. El método también se puede realizar in situ durante un proceso de tratamiento de agua.

La presente invención también incluye un sistema de aireación que incluye: un depósito que contiene una masa de agua; una tubería de bajada que se extiende adentro de la masa de agua contenida en el depósito; un colector sumergido dentro de la masa de agua y conectado a la tubería de bajada; una pluralidad de tuberías de distribución de aire sumergidas dentro de la masa de agua y conectadas al colector; una pluralidad de difusores soportados por las tuberías de distribución de aire; opcionalmente, una línea de purga que se extiende adentro de la masa de agua y se conecta al colector o a las tuberías de distribución de aire; y medios para proporcionar una solución ácida líquida adentro de la tubería de bajada y/o la línea de purga de manera que la solución ácida líquida fluya a través del colector y hacia las tuberías de distribución de aire donde se vaporiza adentro de la pluralidad de difusores, en donde los medios se configuran de tal manera que la solución ácida líquida se transporta a la tubería de bajada y/o a la línea de purga en una cantidad suficiente para llenar el 40% o menos del volumen total de cada tubería de distribución de aire individual que se une al colector.

Los medios para proporcionar una solución ácida líquida pueden incluir un recipiente que tenga una línea de distribución de ácido que se conecte a la tubería de bajada y/o a la línea de purga. Además, el depósito puede incluir una zona de reacción previa, una zona de reacción principal y una pared deflectora que separa la zona de reacción previa y la zona de reacción principal como se ha descrito anteriormente. En tales realizaciones, tanto la zona de reacción previa como la zona de reacción principal pueden incluir una pluralidad de difusores y tuberías de distribución de aire. Además, los medios para proporcionar la solución ácida líquida se pueden configurar para suministrar la solución ácida líquida a la tubería de bajada y/o a la línea de purga in situ durante un proceso de tratamiento de agua.

En algunas realizaciones, el sistema de aireación incluye además un controlador de proceso que se configura para operar el sistema de aireación de forma semiautomática o completamente automática.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un sistema de aireación según una realización de la presente invención; la Figura 2 es un corte de un recipiente unido a una tubería de bajada a través de una línea de suministro de ácido de acuerdo con una realización de la presente invención;

la Figura 3 es un corte de un recipiente unido a una línea de purga a través de una línea de suministro de ácido según una realización de la presente invención;

la Figura 4 es un corte de dos recipientes para almacenar y diluir soluciones ácidas líquidas según una realización de la presente invención;

la Figura 5 es un diagrama de flujo de dos recipientes y un suministro de agua utilizados para almacenar, diluir y suministrar soluciones ácidas líquidas según una realización de la presente invención; y

la Figura 6 es un diagrama de flujo de un método para limpiar el ensuciamiento de los sistemas de aireación según una realización de la presente invención.

Descripción de la invención

A efectos de la descripción que sigue, los términos "superior", "inferior", "derecho", "izquierdo", "vertical", "horizontal", "arriba", "abajo", "lateral", "longitudinal" y los derivados de los mismos se relacionarán con la invención tal como se orienta en las figuras de los dibujos. Sin embargo, debe entenderse que la invención puede asumir variaciones y secuencias de etapas alternativas, excepto cuando se especifique expresamente lo contrario. También debe entenderse que los dispositivos y procesos específicos ilustrados en los dibujos adjuntos, y descritos en la memoria descriptiva, son simplemente realizaciones ejemplares de la invención. Por lo tanto, las dimensiones específicas y otras características físicas relacionadas con las realizaciones descritas en esta memoria no deben considerarse como limitantes.

Además, debe entenderse que la invención puede asumir diversas variaciones alternativas y secuencias de etapas, excepto cuando se especifique expresamente lo contrario. Además, excepto en cualquier ejemplo operativo, o donde se indique lo contrario, todos los números que expresan, por ejemplo, cantidades de ingredientes utilizados en la memoria descriptiva y las reivindicaciones deben entenderse modificados en todos los casos por el término "aproximadamente". En consecuencia, a menos que se indique lo contrario, los parámetros numéricos establecidos en la siguiente memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas son aproximaciones que pueden variar dependiendo de las propiedades deseadas a obtener por la presente invención. Como mínimo, y no como un intento de limitar la aplicación de la doctrina de los equivalentes al alcance de las reivindicaciones, cada parámetro numérico debe interpretarse al menos a la luz del número de dígitos significativos informados y aplicando técnicas de redondeo ordinarias.

A pesar de que los intervalos numéricos y los parámetros que establecen el amplio alcance de la invención son aproximaciones, los valores numéricos establecidos en los ejemplos específicos se informan con la mayor precisión posible. Cualquier valor numérico, sin embargo, contiene inherentemente ciertos errores que resultan necesariamente de la variación estándar encontrada en sus respectivas mediciones de prueba.

Además, debe entenderse que cualquier intervalo numérico mencionado en esta memoria pretende incluir todos los subintervalos incluidos en él. Por ejemplo, un intervalo de "1 a 10" pretende incluir todos los subintervalos entre (e incluyendo) el valor mínimo mencionado de 1 y el valor máximo mencionado de 10, es decir, que tenga un valor mínimo igual o mayor que 1 y un valor máximo igual o inferior a 10.

En esta solicitud, el uso del singular incluye el plural y el plural abarca el singular, a menos que se indique específicamente lo contrario. Además, en esta solicitud, el uso de "o" significa "y/o" a menos que se indique específicamente lo contrario, aunque "y/o" se puede usar explícitamente en ciertos casos.

Como se indica, la presente invención se dirige a un sistema y un método para limpiar ensuciamiento tal como el ensuciamiento que se encuentran en los difusores cerámicos y los difusores de membrana 32 utilizados en un sistema de aireación 10. Como se muestra en la Figura 1, el sistema de aireación 10 incluye un depósito 14, como una cubeta u otro dispositivo de contención que contiene una masa de agua. El depósito 14 puede incluir una zona de reacción principal 16 y, opcionalmente, una zona de reacción previa 18. Cuando se usa una zona de reacción previa 18, se puede colocar una pared deflectora 20 entre la zona de reacción principal 16 y la zona de reacción previa 18. La pared deflectora 20 puede incluir además lumbreras 22 que permiten que fluya agua desde la zona de reacción previa 18 hacia la zona de reacción principal 16.

Como se muestra además en la Figura 1, el sistema de aireación 10 puede incluir un soplante 24 u otro dispositivo que proporcione una fuente de aire. El soplante 24 se puede conectar a una tubería de bajada 26 que se extiende verticalmente dentro del depósito 14. El término "tubería de bajada" se usa indistintamente con el término "tramo de caída". La tubería de bajada 26 se conecta a un colector de aire 28 colocado a lo largo de la parte inferior del depósito 14. Filas paralelas de tuberías de distribución de aire 30 se conectan al colector de aire 28. Las tuberías de distribución de aire 30 también soportan una pluralidad de difusores 32 que liberan aire en la masa de agua contenida en el depósito 14. Como se emplea en esta memoria, un "difusor" se refiere a un dispositivo que distribuye oxígeno, tal como en una masa de agua. Los difusores 32 pueden incluir difusores cerámicos, difusores de membrana o una combinación de los mismos. Ejemplos específicos no limitativos de difusores 32 que son adecuados para usar con la presente invención incluyen difusores de burbujas finas y difusores de burbujas gruesas. Para proporcionar oxígeno a una masa de agua contenida en el depósito 14, el soplante 24 transporta aire a través de la tubería de bajada 26 y adentro del colector 28, que luego entrega el aire a las tuberías de distribución de aire 30. Los difusores 32 que son soportados y se unen a las tuberías de distribución de aire 30 liberan el aire que fluye a través de las tuberías de distribución de aire 30.

En algunas realizaciones, las tuberías distribuidoras de aire 30 y los difusores 32 forman una cuadrícula a lo largo de toda la parte inferior del depósito 14. Por ejemplo, y como se muestra en la Figura 1, la tubería de bajada 26 puede extenderse verticalmente adentro del depósito 14 y conectarse a un colector 28 que discurre a lo ancho del depósito 14. Una pluralidad de tuberías de distribución de aire 30 pueden extenderse desde ambos lados del colector 28 para formar filas paralelas de tal manera que los difusores 32 se colocan a lo largo de toda la longitud del depósito 14. Cuando hay una pared deflectora 20, las tuberías de distribución de aire 30 pueden extenderse a través de las lumbreras 22 para que los difusores 32 se coloquen tanto en la zona de reacción previa 18 como en la zona de reacción principal 16.

Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, el sistema de aireación 10 puede incluir además una línea de purga 34, como una tubería o tuberías, por ejemplo, que se extiende verticalmente adentro del depósito 14. La línea de purga 34 se puede conectar al colector 28 o a las tuberías de distribución de aire 30 que se extienden a lo largo de la parte inferior del depósito 14. La línea de purga 34 proporciona un pasaje a un área por encima de la masa de agua y se puede usar para eliminar el condensado del colector 28 y/o las tuberías de distribución de aire 30.

El sistema de aireación 10 también puede incluir dispositivos mezcladores 36 tales como hélices para mezclar las aguas residuales, bombas 38 y decantadores 40 para eliminar el sobrenadante clarificado. Se aprecia que la zona de reacción previa 18, la zona de reacción principal 16, o ambas, pueden incluir una tubería de bajada 26, una cuadrícula de difusores 32 y tuberías de distribución de aireación 30, líneas de purga 34, dispositivos mezcladores 36, bombas 38 y otros Dispositivos que se pueden utilizar en un sistema de aireación 10.

De acuerdo con la presente invención, el sistema de aireación 10 puede incluir un medio 50 para distribuir una solución ácida líquida, o una mezcla de soluciones ácidas líquidas, a la tubería de bajada 26, la línea de purga 34, o ambas. Como se emplea en esta memoria, una "solución ácida líquida" se refiere a una solución líquida con un pH de menos de 7, como menos de 6, menos de 5, menos de 4, menos de 3, menos de 2, menos de 1 o menos que 0. En algunas realizaciones, como se muestra en las Figuras 2-3, el medio 50 para distribuir la solución ácida líquida, o la mezcla de soluciones ácidas líquidas, incluye un recipiente 52 que se configura para contener y distribuir la solución ácida líquida. El recipiente 52 puede incluir una entrada de ácido líquido 54, una salida de fluido 56 y una línea de distribución de ácido 58 conectada a la salida de fluido 56 del recipiente 52. En algunas realizaciones, el recipiente 52 también incluye una entrada de agua 60 que puede usarse para diluir la solución ácida líquida contenida en el recipiente 52. La línea de distribución de ácido 58 puede incluir, aunque sin limitación a esto, una manguera, un tubo, una tubería o combinaciones de los mismos. Como se muestra en la Figura 2, la línea de distribución de ácido 58 se puede conectar a una línea de entrada de fluido 62, como una tubería, que está en comunicación de fluidos con la tubería de bajada 26. Por ejemplo, la línea de entrada de fluido 62 puede incluir una tubería con un primer extremo 61 conectado a un lado de la tubería de bajada 26 y un segundo extremo 63 que se puede conectar a la línea de distribución de ácido 58. Como se muestra en la Figura 3, la línea de distribución de ácido 58 también se puede conectar a una válvula de entrada 64 de la línea de purga 34. En algunas realizaciones, la línea de purga 34 se conecta al colector 28 como se muestra en la Figura 3. En otras realizaciones, la línea de purga 34 se conecta a las tuberías de distribución de aire 30.

En ciertas realizaciones, como se muestra en la Figura 4, los medios 50 para distribuir la solución ácida líquida, o mezcla de soluciones ácidas líquidas, incluyen un primer recipiente 52, como se ha descrito anteriormente, y un segundo recipiente 70 con una línea de transferencia de ácido 72 que se puede conectar a la entrada de ácido líquido 54 del primer recipiente 52. Se puede transferir una solución ácida líquida concentrada desde el segundo recipiente 70 al primer recipiente 52 donde se diluye a una concentración más baja. La solución ácida diluida puede luego distribuirse en la tubería de bajada 26 y/o la línea de purga 34. La Figura 5 ilustra un diagrama de flujo de este proceso. Como se muestra en la Figura 5, se puede conectar un suministro de agua 74 a la entrada de agua 60 del primer recipiente 52. El primer recipiente 52 puede incluir opcionalmente un dispositivo mezclador 76 para mezclar la solución ácida líquida concentrada con agua. Esta disposición permite el almacenamiento y la dilución de soluciones ácidas líquidas concentradas in situ en la instalación de aguas residuales.

Las soluciones ácidas líquidas utilizadas con la presente invención pueden incluir, aunque sin limitación a esto, ácidos líquidos volátiles y anhídridos ácidos en algunas realizaciones, que se evaporarán o vaporizarán por encima de una determinada concentración dentro de las condiciones del sistema de aireación 10 al que se distribuye. Como se emplea en esta memoria, el uso de "evaporación" y "vaporización" abarca el término humo. La evaporación o vaporización de la solución ácida líquida puede incluir la transformación de la solución líquida que fluye libremente en forma gaseosa, forma atomizada, forma de aerosol o una combinación de las mismas.

En ciertas realizaciones, la solución ácida líquida o la mezcla de soluciones ácidas líquidas incluyen ácidos líquidos que se evaporarán o vaporizarán por encima de concentraciones de ácido del 10% o más en peso, o del 15% o más en peso, o del 20% o más en peso, dentro de las condiciones del sistema de aireación 10 al que se distribuye.

En algunas realizaciones, la solución ácida líquida o la mezcla de soluciones ácidas líquidas incluyen una solución ácida líquida que tiene una concentración de ácido del 10% o más en peso, o una solución ácida líquida que tiene una concentración de ácido del 12% o más en peso, o una solución ácida líquida que tiene una concentración de ácido del 15% o más en peso, o una solución ácida líquida que tiene una concentración de ácido del 20% o más en peso. Además, la solución ácida líquida o la mezcla de soluciones ácidas líquidas también puede incluir una solución ácida líquida que tenga una concentración de ácido del 10% al 60% en peso, o del 10% al 50%, o del 10% al 40% en peso, o del 10% al 30% en peso, o del 12% al 30% en peso, o del 15% al 25% en peso. Todos los subintervalos también se incluyen como se ha descrito anteriormente.

Las soluciones ácidas líquidas también pueden incluir, aunque sin limitación a esto, soluciones ácidas líquidas acuosas que comprenden ácidos líquidos mezclados con agua. En algunas realizaciones, se puede preparar una concentración de ácido deseada de la solución ácida líquida mezclando una solución ácida líquida concentrada con agua para obtener una concentración de ácido deseada. Por ejemplo, una solución ácida líquida concentrada se puede mezclar con agua en una relación de volumen de solución ácida líquida concentrado a agua de 1:0,2 a 1:5, o de 1:0,5 a 1:4, o de 1:1 a 1:3, o 1:1 a 1:2, para obtener una concentración de ácido deseada como cualquiera de las concentraciones descritas en esta memoria. Dichas soluciones ácidas líquidas se pueden preparar mediante métodos conocidos en la técnica.

Los tipos de soluciones ácidas líquidas o mezcla de soluciones ácidas se elegirán en función de los difusores sucios que se van a limpiar. Ejemplos no limitativos de soluciones ácidas líquidas adecuadas incluyen soluciones de ácido clorhídrico tales como soluciones líquidas acuosas de ácido clorhídrico, soluciones de ácido fórmico tales como soluciones líquidas acuosas de ácido fórmico o combinaciones de las mismas. Las soluciones de ácido clorhídrico pueden comprender, aunque sin limitación a esto, una concentración de ácido clorhídrico de al menos el 10% en peso, tal como del 10% al 37% en peso, o del 10% al 32% en peso, o del 10% al 30% en peso, o del 12% al 30% en peso, o del 15% al 30% en peso, o del 15% al 25% en peso. La solución de ácido fórmico puede comprender, aunque sin limitación a esto, una concentración de ácido fórmico de al menos el 20% en peso, como del 20% al 50% en peso, o del 25% al 40% en peso, o del 25% al 35% en peso. Las soluciones ácidas líquidas se pueden proporcionar a una instalación de aguas residuales a la concentración deseada o las soluciones ácidas líquidas se pueden preparar a la concentración deseada en el emplazamiento en la instalación de aguas residuales como se ha descrito anteriormente.

Las soluciones ácidas líquidas también se pueden elegir en función de los grados Baume. En algunas realizaciones, la solución ácida líquida incluye, aunque sin limitación a esto, una solución de ácido clorhídrico líquido que comprende un grado Baume de 6,5 a 22,5 o de 6,5 a 20 o de 8 a 19, o de 8 a 16, o de 8 a 13, o de 10 a 13. La solución ácida líquida también puede incluir, aunque sin limitación a esto, una solución líquida de ácido clorhídrico que comprende una molaridad (mol/dm3) de 2,9 mol/dm3 a 12 mol/dm3, o desde 2,9 mol/dm3 a 10 mol/dm3, o desde 2,9 mol/dm3 a 9,5 mol/dm3, o desde 4,5 mol/dm3 a 9,5 mol/dm3, o desde 4,5 mol/dm3 a 7,8 mol/dm3, o desde 6 mol/dm3 a 9,5 mol/dm3, o desde 7,8 mol/dm3 a 10 mol/dm3.

Haciendo referencia a la Figura 1, el sistema de aireación 10 puede incluir además un controlador de proceso central 80. El controlador de proceso central 80 se puede usar para controlar el proceso de tratamiento de agua, el proceso de limpieza del difusor o cualquier otro proceso que el sistema de aireación 10 esté diseñado para realizar. Ejemplos no limitativos de controladores de procesos centrales 80 incluyen un controlador lógico programable, un microprocesador y/o cualquier otro dispositivo similar capaz de procesar datos. Por ejemplo, el controlador de proceso central 80 puede incluir una unidad informática central que tiene un conjunto de instrucciones programables que, cuando las ejecuta un procesador, implementa o facilita ciertas etapas de procesamiento del sistema de aireación 10.

En ciertas realizaciones, la presente invención incluye un método para limpiar difusores sucios 32 en un sistema de aireación 10. El sistema de aireación 10 puede incluir, aunque sin limitación a esto, el sistema de aireación 10 descrito anteriormente. Como tal, el sistema de aireación 10 incluye un depósito 14 que contiene una masa de agua como aguas residuales, una tubería de bajada 26 que se extiende verticalmente hacia el depósito 14 y que se conecta a un colector de aire 28, tuberías de distribución de aire 30 que se extienden desde el colector 28, y una pluralidad de difusores 32 soportados por las tuberías de distribución de aire 30. El sistema de aireación 10 también puede incluir cualquiera de los componentes y características descritos anteriormente, como una línea de purga 34.

Como se ilustra mediante el diagrama de flujo de la Figura 6, el método de limpieza de difusores sucios 32 en un sistema de aireación 10 puede incluir una etapa de transporte de una solución ácida líquida a una tubería de bajada 26 y/o una línea de purga 34 colocada en un depósito 14 que contiene una masa de agua. La solución ácida líquida puede incluir cualquiera de las soluciones ácidas líquidas descritas anteriormente. Las soluciones ácidas utilizadas con un sistema de aireación particular 10 se elegirán en función de los tipos de difusores y suciedad presentes. Como tal, de acuerdo con una realización de la presente invención, el método puede incluir opcionalmente primero probar los difusores sucios 32 para determinar la solución ácida líquida que debe usarse para limpiar los difusores sucios 32.

La etapa de transportar la solución ácida líquida a la tubería de bajada 26 y/o a la línea de purga 34 puede incluir los medios 50 descritos anteriormente para distribuir la solución ácida líquida. Por lo tanto, en una realización, la solución ácida líquida se puede transportar a la tubería de bajada 26 y/o a la línea de purga 34 mediante un recipiente 52 que tiene una línea de distribución de ácido 58 que se puede conectar a una línea de entrada de fluido 62 en comunicación de fluidos con la tubería de bajada 26, o que se puede conectar a una válvula de entrada 64 de la línea de purga 34. La etapa de transportar la solución ácida líquida a la tubería de bajada 26 y/o la línea de purga 34 también puede utilizar el segundo recipiente 70 como se muestra en las Figuras 4-5.

La solución ácida líquida transportada a la tubería de bajada 26 y/o la línea de purga 34 fluye hacia el colector 28 y las tuberías de distribución de aire 30. En ciertas realizaciones, la solución ácida líquida puede transportarse a la tubería de bajada 26 y/o la línea de purga 34 en una cantidad que impida que la solución ácida líquida entre en los difusores 32 soportados por las tuberías de distribución de aire 30 en forma líquida. Por ejemplo, la solución ácida líquida se puede enviar a la tubería de bajada 26 y/o a la línea de purga 34 en una cantidad que impida que al menos el 90%, al menos el 95%, al menos el 98% o el 100% de la solución ácida líquida se suministre a la tubería de bajada 26 y/o la línea de purga 34 entren en los difusores 32 en la forma líquida transportada original. En algunas de estas realizaciones, la solución ácida líquida se transporta a la tubería de bajada 26 y/o a la línea de purga 34 en una cantidad suficiente para llenar un recipiente de 1,27 cm ( ^ pulgada) a 1,9 cm (% de pulgada) de profundidad cada uno o al menos algunas de las tuberías de distribución de aire 30. En ciertas realizaciones, la solución ácida líquida se transporta a la tubería de bajada 26 y/o a la línea de purga 34 en una cantidad suficiente para llenar el 30% o menos, o el 25% o menos, o 20% o menos, o 15% o menos del volumen total de cada tubo de distribución de aire individual 30 que se conecta al colector 28. Por ejemplo, la solución ácida líquida se puede transportar a la tubería de bajada 26 y/o a la línea de purga 34 en cantidad suficiente para llenar del 1% al 40%, del 1% al 30%, del 5% al 25%, del 8% al 20%, o del 10% al 15% del volumen total de cada tubería de distribución de aire individual 30 que se une al colector 28. La cantidad de solución ácida líquida utilizada para cada proceso de limpieza se puede determinar en función de la longitud total, tamaño y cantidad de las tuberías utilizadas para formar el colector 28 y las tuberías de distribución de aire 30. La cantidad de solución ácida líquida utilizada para cada proceso de limpieza también se puede determinar experimentando con los difusores 32 obtenidos del depósito 14 durante una etapa de prueba previa.

La solución ácida líquida también se puede transportar a la tubería de bajada 26 y/o a la línea de purga 34 bajo ciertas condiciones. Por ejemplo, la solución ácida líquida se puede transportar a la tubería de bajada 26 y/o a la línea de purga 34 mientras el aire fluye a través del sistema 10. En tales realizaciones, el flujo de aire se mantiene a una presión que evita que al menos el 90%, al menos el 95%, al menos el 98% o el 100% de la solución ácida líquida entregada en la tubería de bajada 26 y/o la línea de purga 34 entre a los difusores 32 en la forma líquida original transportada.

Después de transportar la solución ácida líquida a la tubería de bajada 26 y/o a la línea de purga 34, se permite que la solución ácida líquida se evapore o vaporice, como se describe en la Figura 6. En algunas realizaciones, el aire soplado a través de las tuberías de distribución de aire 30 hace que la solución ácida líquida se evapore o vaporice a una velocidad mayor. Se aprecia que las condiciones en las que se sopla el aire pueden ajustarse para aumentar la evaporación o vaporización de la solución ácida líquida. Tales condiciones incluyen, aunque sin limitación a esto, aumentar y/o disminuir la temperatura y/o la presión del aire soplado. En algunas realizaciones, al menos el 80%, al menos el 90%, al menos el 95% o al menos el 98% de la solución ácida líquida suministrada a la tubería de bajada 26 y/o la línea de purga 34 se evapora/vaporiza a los difusores 32.

A continuación, la solución ácida evaporada/vaporizada se transfiere a los poros u orificios y rendijas de los difusores 32 por el aire que sopla a través de las tuberías de distribución de aire 30. En algunas realizaciones, al menos una parte de la solución ácida evaporada/vaporizada puede disolverse y/o destruir el ensuciamiento provocado por el ensuciamiento tipo 1 y/o el ensuciamiento tipo 2. Como se ha indicado anteriormente, los difusores 32 se sumergen dentro de la masa de agua contenida en el depósito 14. En algunas realizaciones, al menos una parte de la solución ácida evaporada/vaporizada puede mezclarse con agua dentro y sobre la superficie de los difusores 32 y volver a licuar para disolver y/o destruir el ensuciamiento provocado por el ensuciamiento tipo 1 y/o el ensuciamiento tipo 2. Es decir, la solución ácida relicuada puede disolver incrustaciones minerales (p. ej., CaCO3) y matan o destruyen las bacterias que se encuentran sobre y dentro de los difusores 32. A continuación, se elimina la suciedad de los difusores 32 del aire que se sopla a través de los difusores 32.

Se ha encontrado que el uso de soluciones ácidas líquidas con el método de limpieza descrito en esta memoria puede limpiar y eliminar eficazmente todo el ensuciamiento (es decir, el 100%), esencialmente todo (es decir, 90%-100%) o sustancialmente todo (es decir, 75%-100%) de los difusores 32 usados en un sistema de aireación 10 en un corto período de tiempo rentable. Además, el método descrito en esta memoria no requiere y puede estar completamente libre de materiales adicionales, como canales adicionales y líneas de transferencia de ácido conectadas al colector 28, tuberías de distribución de aire 30 y/o difusores 32.

Además, el método de limpieza de difusores sucios 32 se puede realizar antes, durante o después de un proceso de tratamiento de aguas residuales. Por ejemplo, el método se puede realizar in situ durante un proceso de tratamiento de agua. Como se emplea en esta memoria, el término "in situ" se refiere a las etapas de realizar el método de limpieza de difusores sucios 32 durante un proceso de tratamiento de agua. Cuando el método de limpieza de los difusores 32 se lleva a cabo in situ durante un proceso de tratamiento de agua, el método de limpieza puede implementarse durante cualquier estadio del proceso de tratamiento de agua.

Típicamente, durante un proceso de tratamiento de agua usando el sistema de aireación 10 descrito aquí, el agua residual entra a la zona de reacción previa 18 donde puede ser pretratada bajo diversas condiciones tales como condiciones aeróbicas, anóxicas y/o anaeróbicas. Luego, el agua residual fluye a través de las lumbreras sumergidas 22 en la pared deflectora 20 hacia la zona de reacción principal 16. Luego, el agua residual se trata en la zona de reacción principal 16 en las mismas o diferentes condiciones que la zona de reacción previa 18. Por ejemplo, el agua residual en la zona de reacción principal 16 puede tratarse en condiciones aeróbicas, anóxicas y/o anaeróbicas.

En condiciones aeróbicas, en una masa de agua contenida en el depósito 14 se introduce oxígeno disuelto y se mezcla con las aguas residuales entrantes y diversos microorganismos. Las condiciones aeróbicas convierten en nitrato el amonio y el nitrógeno orgánico que se encuentran en las aguas residuales. Esto se conoce comúnmente como ^{nitrificación. Como se emplea en esta memoria, se utiliza amonio (NH}4^{) para describir el amoníaco (NH3), amoníaco como nitrógeno (NH3-N) y amonio como nitrógeno (NH}4^{-N). Así, durante una fase de tratamiento aeróbico, los difusores}32 distribuyen oxígeno a las aguas residuales en la zona de reacción previa 18 y/o la zona de reacción principal 16 para convertir en nitrato el amonio y el nitrógeno orgánico que se encuentran en las aguas residuales.

En condiciones anóxicas, el nitrato se convierte en nitrógeno gaseoso y, en condiciones anaeróbicas, el fósforo se elimina mezclando aguas residuales y microorganismos en ausencia de oxígeno disuelto y enlazado químicamente. Las condiciones aeróbicas, anóxicas y/o anaeróbicas se pueden usar solas o en cualquier combinación para tratar las aguas residuales.

Una vez tratadas las aguas residuales, se permite que los sólidos en suspensión se asienten en el fondo del depósito 14. A continuación, se puede utilizar un decantador 40 o un aparato similar para extraer el sobrenadante clarificado y descargarlo en la línea de efluentes. Mientras el decantador 40 elimina el sobrenadante clarificado, las aguas residuales continúan fluyendo hacia el depósito 14. El proceso de tratamiento puede entonces reiniciarse para tratar las nuevas aguas residuales entrantes.

Como se ha indicado, el método para limpiar los difusores 32 puede implementarse durante cualquier estadio del proceso de tratamiento. En algunas realizaciones, el método se realiza durante una fase de tratamiento aeróbico en la que se suministra aire/oxígeno a través de la tubería de bajada 26, el colector 28, las tuberías de distribución de aire 30 y los difusores 32, y a la masa de agua contenido en el depósito 14.

El método de limpieza de los difusores 32, así como el proceso de tratamiento del agua, se pueden controlar de forma manual, semiautomática o completamente automática. Como se emplea en esta memoria, "semiautomatizado" y términos similares se refieren a un sistema o método que es activado por el operador y requiere asistencia/entrada manual adicional para funcionar correctamente. Además, "totalmente automatizado" y términos similares se refieren a un sistema o método que no requiere asistencia/entrada manual adicional para funcionar correctamente después de la activación y configuración inicial por parte del operador.

En ciertas realizaciones, la función manual se basa en el tiempo. Por ejemplo, una instalación de tratamiento de agua puede decidir con qué frecuencia le gustaría usar el método para limpiar los difusores 32 en función del tiempo (por ejemplo, una vez al mes o una vez al año). En algunas realizaciones, el método de limpieza se controla de forma semiautomática utilizando un dispositivo de monitorización de presión que puede ser analógico o digitalizado y conectado a un sistema SCADA. Con un sistema analógico semiautomatizado, un operador puede medir manualmente el aumento de presión en el sistema provocado por el ensuciamiento. Luego, los intervalos de limpieza se pueden determinar cuando la presión aumenta cierto porcentaje sobre la presión de la línea de base original. Con un sistema digital semiautomatizado, se puede usar monitorización de presión digital, lo que permite que el sistema mida la presión de forma continua y solicite al operador que limpie los difusores a una diferencia de presión establecida. En ciertas realizaciones, se utiliza un sistema totalmente automatizado para medir la presión de forma continua y, cuando se alcanza la diferencia de presión del punto de ajuste, puede iniciar un ciclo de limpieza por sí mismo.

Los siguientes ejemplos se presentan para demostrar los principios generales de la invención. La invención no debe considerarse limitada a los ejemplos específicos presentados. Todas las partes y porcentajes en los ejemplos son en peso a menos que se indique lo contrario.

EJEMPLO 1

Evaluación de un proceso de limpieza con ácido líquido de un sistema de aireación difusa

Se evaluó un sistema de aireación ICEAS™ el de Sanitaire en cuanto al ensuciamiento del difusor. El sistema incluía tres cubetas separadas (cubeta 1, cubeta 2 y cubeta 3). Cada cubeta tenía: una zona de reacción previa, una zona de reacción principal y una pared deflectora colocada entre la zona de reacción previa y la zona de reacción principal; una tubería de bajada, así como una línea de purga, que se extiende hacia abajo en cada depósito y se conecta a un colector; una pluralidad de tuberías de distribución de aire que se extienden desde el colector; y una pluralidad de difusores soportados por las tuberías de distribución de aire. El ciclo de proceso del sistema se encendía y apagaba hasta 35 veces al día. La planta también tenía agua extremadamente dura debido al clima árido, así como a una sequía prolongada. Debido al agua dura, la operación de encendido/apagado y las altas temperaturas del aire ambiente, se encontró una acumulación de carbonato de calcio debajo del lado de aire de los difusores de la cubeta 1. Como resultado, la cubeta 1 exhibió un aumento en la presión de funcionamiento y los costes de energía eléctrica, funcionamiento errático, pérdida de transferencia de oxígeno durante el funcionamiento y difusores rotos. Las cubetas 2 y 3 también exhibieron una mayor presión de funcionamiento y burbujeo grueso debido a los difusores sucios. Para limpiar los difusores sucios en las cubetas 1, 2 y 3, se realizó un proceso experimental de limpieza con ácido líquido. En primer lugar, se proporcionó una bombona que contenía ácido clorhídrico con una concentración del 30% en peso. La bombona y un suministro de agua se conectaron a un recipiente separado. El ácido clorhídrico y el agua se transfirieron luego a un recipiente separado y se mezclaron con agua para formar una solución de ácido clorhídrico que tenía una concentración del 15% al 25% en peso. Se conectó una línea de distribución de ácido en el recipiente a una línea de purga de cada cubeta. A continuación, la solución ácida se transportó a la línea de purga asociada con cada cubeta durante la operación de un proceso de tratamiento de agua de acuerdo con la presente invención. Se agregó la cantidad de ácido para llenar una profundidad de 1,27 cm ( ^ pulgada) a 1,9 cm (% de pulgada) en cada tubería de distribución de aire, que se determinó a partir de la longitud total, el tamaño y la cantidad de las tuberías utilizadas para formar el colector y las tuberías de distribución de aire. La presión de aire de cada cubeta se evaluó durante cuatro días para determinar si el método limpiaba el ensuciamiento de los difusores. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1

Como se muestra en la Tabla 1, la presión disminuyó para cada cubeta después de realizar el proceso de limpieza con ácido líquido según la presente invención. Esta reducción de la presión muestra que el proceso de limpieza con ácido líquido elimina el ensuciamiento de los difusores.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método para limpiar difusores (32) en un sistema de aireación (10) que comprende:

a) transportar una solución ácida líquida a una tubería de bajada (26) y/o una línea de purga (34) colocada en un depósito (14) de un sistema de aireación (10) que contiene una masa de agua de manera que la solución ácida líquida fluya hacia un colector (28) y tuberías de distribución de aire (30);

b) permitir que la solución ácida líquida se vaporice; y

c) soplar la solución ácida vaporizada a una pluralidad de difusores (32) soportados por las tuberías de distribución de aire (30), y caracterizado por que la solución ácida líquida se transporta a la tubería de bajada (26) y/o a la línea de purga (34) en una cantidad suficiente para llenar el 40% o menos del volumen total de cada tubo de distribución de aire individual (30) que se conecta al colector (28).

2. Método de la reivindicación 1, que comprende además d) mezclar la solución ácida vaporizada con agua en la superficie de liberación de los difusores (32) para volver a licuar la solución ácida vaporizada.

3. Método de la reivindicación 2, en donde la solución ácida relicuada disuelve incrustaciones minerales y materiales inorgánicos y/o mata o destruye bacterias.

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la solución ácida líquida comprende un ácido líquido que se vaporiza a concentraciones de ácido del 10% en peso o mayores.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la solución ácida líquida comprende una concentración de ácido clorhídrico del 10% al 37% en peso, una concentración de ácido fórmico del 20% al 50% en peso, o una combinación de los mismos.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la solución ácida líquida se transporta a la tubería de bajada (26) y/o la línea de purga (34) en una cantidad y manera que evita que al menos el 90% de la solución ácida líquida entregada a la tubería de bajada (26) y/o línea de purga entren en la pluralidad de difusores (32) en forma líquida.

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la solución ácida líquida se transporta a la tubería de bajada (26) y/o a la línea de purga (34) a medida que el aire fluye a través de la tubería de bajada (26), el colector (28) y las tuberías de distribución de aire (30).

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la solución ácida líquida se transporta a la tubería de bajada (26) y/o la línea de purga (34) en una cantidad suficiente para llenar desde:

- el 1% al 40% del volumen total de cada tubería de distribución de aire individual (30) unida al colector (28); y/o - una profundidad de 1,27 cm ( ^ pulgada) a 1,9 cm (% de pulgada) en cada tubería de distribución de aire individual (30) conectada al colector (28).

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cantidad de solución ácida líquida transportada a la tubería de bajada (26) y/o la línea de purga (34) en la etapa a) se determina en función de la longitud total, el tamaño y la cantidad de las tuberías utilizadas para formar el colector (28) y las tuberías de distribución de aire (30).

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la solución ácida líquida se transporta a la tubería de bajada (26) y/o a la línea de purga (34) mediante un recipiente (52) que comprende una línea de distribución de ácido (58).

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el método para limpiar los difusores (32):

- se opera de forma semiautomática o totalmente automática; y/o

- se realiza in situ durante un proceso de tratamiento de agua.

12. Sistema de aireación (10) que comprende:

- un depósito (14) que contiene una masa de agua;

- una tubería de bajada (26) que se extiende hacia la masa de agua contenida en el depósito (14);

- un colector (28) sumergido dentro de la masa de agua y conectado a la tubería de bajada (26);

- una pluralidad de tuberías de distribución de aire (30) sumergidas dentro de la masa de agua y conectadas al colector (28);

- una pluralidad de difusores (32) soportados por las tuberías de distribución de aire (30); opcionalmente, una línea de purga (34) que se extiende hacia la masa de agua y se conecta al colector (28) o a las tuberías de distribución de aire (30); y

- medios (50) para proporcionar una solución ácida líquida a la tubería de bajada (26) y/o la línea de purga (34) de manera que la solución ácida líquida fluya hacia el colector (28) y las tuberías de distribución de aire (30) donde se vaporiza a la pluralidad de difusores (32), caracterizado por que los medios (50) se configuran de tal manera que la solución ácida líquida se transporta a la tubería de bajada (26) y/o a la línea de purga (34) en una cantidad suficiente para llenar el 40% o menos del volumen total de cada tubo de distribución de aire individual. (30) que se une al colector (28).

13. Sistema de aireación (10) de la reivindicación 12, en donde los medios (50) para proporcionar una solución ácida líquida comprenden un recipiente (52) que tiene una línea de distribución de ácido (58) que se conecta a la tubería de bajada (26) y/o a la línea de purga (34).

14. Sistema de aireación (10) de la reivindicación 12 o 13, en donde el depósito (14) comprende una zona de reacción previa (18), una zona de reacción principal (16) y una pared deflectora (20) que separa la zona de reacción ^{previa (}18 ^{) y la zona de reacción principal (16), comprendiendo dicha pared deflectora (20) ranuras que permiten que}el fluido fluya entre la zona de reacción previa (18) y la zona de reacción principal (16).

15. Sistema de aireación (10) de la reivindicación 14, en donde tanto la zona de reacción previa (18) como la zona de reacción principal (16) comprenden una pluralidad de tuberías de distribución de aire (30) y difusores (32).

16. Sistema de aireación (10) según cualquiera de las reivindicaciones 12-15, en donde la solución ácida líquida comprende un ácido líquido que se vaporiza a concentraciones de ácido del 10% en peso o mayores.

17. Sistema de aireación (10) según cualquiera de las reivindicaciones 12-16, que comprende además un controlador (80) que se configura para hacer funcionar el sistema de aireación (10) de forma semiautomática o completamente automática.