ES2927357T3 - Filtro de disco de medios dobles prepantallla de filtro de disco - Google Patents

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Abstract

De acuerdo con varios aspectos y realizaciones, se proporciona un sistema y un método para la filtración en dos etapas. El sistema incluye una entrada que se puede conectar de forma fluida con aguas residuales, un conjunto de filtro de primera etapa que se puede conectar de forma fluida con la entrada y tiene un tambor giratorio con una superficie de filtro configurada para el flujo de fluido radialmente hacia adentro, un conjunto de filtro de segunda etapa que se puede conectar de forma fluida con la primera filtro de etapa y tiene una pluralidad de discos de filtro configurados para el flujo de fluido radialmente hacia afuera, y una salida que se puede conectar de manera fluida con el filtrado generado por el conjunto de filtro de disco de segunda etapa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Filtro de disco de medios dobles prepantallla de filtro de disco
Antecedentes
Campo técnico
El campo técnico se relaciona generalmente con los procesos de tratamiento de aguas residuales y, más particularmente, con filtración de medios en procesos de tratamiento de aguas residuales.
Discusión de antecedentes
Los procesos de filtración de agua típicamente incluyen procesos primarios, secundarios y terciarios para tratar aguas residuales para eliminar contaminantes, tales como sólidos en suspensión, compuestos orgánicos biodegradables, fósforo, nitrógeno, contaminantes microbiológicos y similares, para proporcionar un efluente limpio.
El primer proceso de tratamiento, o primario, típicamente implica la separación mecánica de sólidos grandes y otras materias suspendidas en las aguas residuales de los sólidos y líquidos menos densos en las aguas residuales. Los procesos de tratamiento primario típicamente se realizan en tanques de sedimentación que utilizan la gravedad y proporcionan un efluente primario.
El tratamiento secundario típicamente incluye el tratamiento biológico del efluente primario. Las unidades o recipientes de tratamiento biológico utilizados para el tratamiento secundario típicamente incluyen bacterias que descomponen los componentes de las aguas residuales, como los componentes orgánicos. Los procesos de tratamiento biológico en las unidades o recipientes de tratamiento biológico pueden reducir el contenido orgánico total y/o la demanda bioquímica de oxígeno de las aguas residuales. Esto se hace típicamente promoviendo el consumo del material carbonoso y nutritivo por bacterias y otros tipos de organismos beneficiosos ya presentes en las aguas residuales o mezclados con las aguas residuales.
Los procesos terciarios típicamente implican la eliminación de sólidos en suspensión y cualquier contaminante restante o contaminante de las aguas residuales para que el agua restante pueda ser *** Muchas plantas de tratamiento de aguas residuales utilizan un sistema de filtro de disco para filtrar el agua. Dichos sistemas típicamente incluyen una pluralidad de discos, cada uno de los cuales comprende una pluralidad de segmentos de filtro. Cada segmento de filtro incluye un par de paneles de filtro que se espacian y disponen en una superficie exterior de un tambor central. Una tapa se une a la parte superior de cada par de paneles de filtro para formar un segmento de filtro en forma de bolsillo para recibir agua. Cada panel de filtro incluye medios de filtro, como una tela finamente tejida, para filtrar el agua.
Cada panel de filtro se une al tambor mediante una disposición de soporte de filtro. Cada soporte de filtro incluye una pluralidad de aberturas de soporte que proporcionan una comunicación de fluidos entre segmentos de filtro adyacentes. Esto permite que el agua y el aire fluyan circunferencialmente entre segmentos de filtro adyacentes a medida que rota el tambor.
En funcionamiento, se hace rotar el tambor y el agua a filtrar se introduce en el tambor. Luego, el agua sale a través de conductos en el tambor y fluye entrando a segmentos de filtro dentro del soporte de filtro. El agua en el soporte de filtro luego se filtra a través de los medios de los paneles de filtro para proporcionar agua filtrada. Luego, el agua filtrada se recoge en una cámara y sale del filtro de disco a través de una tubería de efluente. Las partículas que son filtradas por los paneles de filtro permanecen dentro de los segmentos de filtro en la superficie interior de los medios de filtro de los paneles de filtro. Se utiliza un dispositivo rociador para rociar los paneles con agua para desprender las partículas y limpiar los medios de filtro. Luego, las partículas se recogen en una cubeta y se eliminan del sistema de filtro de disco.
Las aberturas en el tambor central que funcionan para proporcionar un pasaje para que el agua sea transferida al interior de los discos de filtro son típicamente más grandes que las aberturas de los medios de filtro en los paneles de filtro. Por lo tanto, las aguas residuales afluentes que tienen niveles altos de sólidos suspendidos totales (TTS) obstruirán los medios de filtro más rápidamente, lo que reduce el rendimiento. Además, objetos en las aguas residuales, como trapos y otros objetos grandes, pueden fluir a través de las aberturas del tambor hacia el interior de los paneles de filtro y quedar atrapados. Esto da como resultado la pérdida del área de filtración efectiva del panel de filtro y, por lo tanto, una pérdida de eficiencia. Por ejemplo, para eliminar estos objetos grandes, el filtro de disco debe desconectarse y los paneles de filtro deben retirarse y limpiarse, lo que requiere mucho trabajo y tiempo.
El documento DE 2505565 es un sistema de filtro que revela filtros de tambor. El documento GB 1278629 describe un proceso de filtrado recirculante.
Compendio
El documento US 1.278.629 describe un proceso de filtración continua con recirculación en el que una suspensión diluida se alimenta a un tanque y se concentra al extraer líquido a través de un filtro de disco a través de una tubería de succión al vacío. Luego, la suspensión espesada se alimenta a una cubeta en la que rota un filtro de tambor y los sólidos apelmazados se eliminan de la superficie del filtro de tambor en una banda de filtro sin fin.
Compendio
La invención se refiere a un dispositivo de filtro para filtrar aguas residuales según la reivindicación 1.
Aspectos y realizaciones se dirigen a un sistema de filtración de dos fases para filtrar aguas residuales que incluye un conjunto de filtro de primera fase que se dispone secuencialmente hacia y aguas arriba de un conjunto de filtro de segunda fase.
Según un aspecto de la presente divulgación, se proporciona un dispositivo de filtro para filtrar aguas residuales. El dispositivo de filtro comprende un filtro de tambor que incluye un tambor rotatorio con una superficie de filtro que tiene un primer lado que mira hacia el interior del tambor y un segundo lado que mira hacia el exterior del tambor rotatorio y que es conectable para transmisión de fluidos con una fuente de aguas residuales, y un filtro de disco que tiene una entrada conectable para transmisión de fluidos con el primer lado de la superficie de filtro del tambor rotatorio.
En algunas realizaciones, el filtro de disco incluye una pluralidad de miembros de filtro en forma de disco unidos a un tambor central que se configuran para recibir aguas residuales filtradas que pasan a través de la superficie de filtro del filtro de tambor y para filtrar las aguas residuales filtradas. En una realización, la entrada del filtro de disco es conectable para transmisión de fluidos con un interior del tambor central del filtro de disco. En otra realización, el tambor rotatorio del filtro de tambor y el tambor central del filtro de disco se posicionan a lo largo de un eje longitudinal común. En algunas realizaciones, el tambor rotatorio del filtro de tambor se acopla al tambor central del filtro de disco.
Según otra realización, el filtro de disco comprende además una carcasa que rodea al menos parcialmente el filtro de tambor y el filtro de disco, la carcasa tiene una cubeta de entrada que es conectable para transmisión de fluidos con las aguas residuales y el segundo lado de la superficie de filtro del filtro de tambor rotatorio, una cubeta de salida conectable para transmisión de fluidos con el producto filtrado, y una placa de sellado configurada para separar la cubeta de entrada de la cubeta de salida.
En algunas realizaciones, el filtro de disco comprende además una cubeta de recogida de filtro de tambor conectable para transmisión de fluidos con el exterior del tambor rotatorio.
En algunas realizaciones, el filtro de disco comprende además un sistema de retrolavado. Según una realización, el sistema de retrolavado comprende una primera pluralidad de boquillas de rociado configuradas para rociar producto filtrado sobre la pluralidad de miembros de filtro en forma de disco, una cubeta de retrolavado de filtro de disco configurado para recoger el producto filtrado retrolavado de la pluralidad de miembros de filtro en forma de disco, y una segunda pluralidad de boquillas de rociado configuradas para rociar producto filtrado sobre el primer lado de la superficie de filtro del tambor rotatorio, en donde la cubeta de recogida de filtro de tambor se configura para recoger el retrolavado de la superficie de filtro del tambor rotatorio.
Según al menos una realización, la superficie de filtro del tambor rotatorio se configura para retener sólidos en el segundo lado mientras permite que las aguas residuales se filtren a través del material filtrante hacia el primer lado del material filtrante y el interior del tambor rotatorio como aguas residuales filtradas. En algunas realizaciones, la superficie de filtro del filtro de tambor tiene aberturas con un diámetro en un intervalo de alrededor de 20 micrómetros a aproximadamente 800 micrómetros. Según ciertas realizaciones, la superficie de filtro del filtro de tambor comprende uno de material de pantalla de alambre en cuña o material de medios de filtro tejido. En una realización, la pluralidad de miembros de filtro en forma de disco incluyen medios de filtro con aberturas que tienen un diámetro en un intervalo de aproximadamente 6 micrómetros a aproximadamente 300 micrómetros.
Según algunas realizaciones, las aguas residuales provienen de un proceso de tratamiento primario o secundario.
Según otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un sistema de filtración de dos fases para filtrar aguas residuales que incluye una entrada que es conectable para transmisión de fluidos con las aguas residuales, un conjunto de filtro de primera fase que es conectable para transmisión de fluidos con la entrada y que tiene un tambor rotatorio con una superficie de filtro configurada para el flujo de fluido radialmente hacia dentro, un conjunto de filtro de segunda fase que es conectable para transmisión de fluidos con el conjunto de filtro de primera fase y que tiene una pluralidad de discos de filtro configurados para el flujo de fluido radialmente hacia fuera, y una salida que es conectable para transmisión de fluidos con el producto filtrado generado por el conjunto de filtro de segunda fase.
En algunas realizaciones, la pluralidad de discos de filtro se une a un tambor central que es conectable para transmisión de fluidos con un interior del tambor rotatorio del conjunto de filtro de primera fase.
Según al menos una realización, el conjunto de filtro de primera fase y el conjunto de filtro de segunda fase pueden rotar alrededor de un eje longitudinal común, y el sistema comprende además un conjunto de impulsión acoplado al conjunto de filtro de primera fase y al conjunto de filtro de segunda fase. En otra realización, el sistema de filtración de dos fases incluye además un sistema de retrolavado que tiene una primera pluralidad de boquillas de rociado configuradas para rociar el producto filtrado sobre la pluralidad de discos de filtro y una segunda pluralidad de boquillas de rociado configuradas para rociar el producto filtrado sobre un lado que mira hacia dentro de la superficie de filtro del tambor rotatorio.
En otra realización, el sistema de filtración de dos fases incluye además un sensor de nivel configurado para proporcionar mediciones del nivel de aguas residuales proporcionadas por la entrada al conjunto de filtro de la primera fase. En una realización adicional, el sistema de filtración de dos fases incluye además un controlador acoplado funcionalmente al sensor de nivel, el conjunto de impulsión y el sistema de retrolavado, el controlador configurado para controlar al menos uno del conjunto de impulsión y el sistema de retrolavado en función de las mediciones del sensor de nivel. En algunas realizaciones, la superficie de filtro del filtro de tambor tiene aberturas con un diámetro en un intervalo de alrededor de 20 micrómetros a aproximadamente 800 micrómetros. En algunas realizaciones, los discos de filtro incluyen medios de filtro con aberturas que tienen un diámetro en un intervalo de aproximadamente 6 micrómetros a aproximadamente 300 micrómetros.
En algunas realizaciones, la entrada del sistema de filtración de dos fases es conectable para transmisión de fluidos con un clarificador secundario de un proceso de tratamiento secundario. En otras realizaciones, la entrada es conectable para transmisión de fluidos con el afluente a un proceso de tratamiento primario.
Según una realización, el conjunto de filtro de disco de segunda fase incluye un tambor central configurado para recibir aguas residuales filtradas del conjunto de filtro de primera fase, incluyendo el tambor central una pluralidad de agujeros de tambor, un bastidor que comprende una pluralidad de soportes de bastidor, cada uno de los cuales tiene una parte de unión acoplada al tambor central y una parte de puntal radial que se extiende desde la parte de unión, cada uno de la pluralidad de soportes de bastidor define un solo agujero de bastidor que se extiende a través de la parte de unión y a lo largo de toda la longitud de la parte de puntal radial para corresponder con la forma del soporte de bastidor, y una pluralidad de segmentos de filtro adyacentes colocados alrededor del tambor central, cada uno de la pluralidad de segmentos de filtro adyacentes define una cavidad en comunicación de fluidos con al menos una de la pluralidad de agujeros de tambor y soportado en un primer lado por un primer soporte de bastidor y en un segundo lado por un segundo soporte de bastidor, la pluralidad de agujeros y cavidades del bastidor se disponen para formar un canal de fluido abierto circunferencial que se extiende continuamente alrededor del tambor central para permitir que el agua residual filtrada pase sustancialmente sin obstáculos a través de la pluralidad de agujeros de tambor y a través de la pluralidad de segmentos de filtro adyacentes. En algunas realizaciones, el único agujero de bastidor forma una configuración sustancialmente en forma de T invertida.
Según otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un método para tratar aguas residuales. El método incluye introducir el agua residual en una operación de filtración de primera fase que comprende un filtro de barrera para producir agua residual filtrada, e introducir el agua residual filtrada en una operación de filtración de segunda fase que comprende un filtro de disco para producir agua tratada.
En algunas realizaciones, el método incluye además medir un nivel de las aguas residuales introducidas en el filtro de barrera de la operación de filtración de primera fase. En otra realización, el método incluye además el retrolavado de una superficie de filtro del filtro de barrera en base al nivel medido de aguas residuales. En algunas realizaciones, el filtro de barrera comprende un tambor rotatorio configurado para el flujo de fluido radialmente hacia dentro. En algunas realizaciones, el filtro de disco se configura para un flujo de fluido radialmente hacia fuera.
Todavía otros aspectos, realizaciones y ventajas de estos ejemplos de aspectos y realizaciones se discuten en detalle a continuación. Además, debe entenderse que tanto la información anterior como la siguiente descripción detallada son meramente ejemplos ilustrativos de diversos aspectos y realizaciones, y pretenden proporcionar una visión general o marco para comprender la naturaleza y el carácter de los aspectos y realizaciones reivindicados. Las realizaciones descritas en esta memoria pueden combinarse con otras realizaciones, y referencias a "una realización", "un ejemplo", "algunas realizaciones", "algunos ejemplos", "una realización alternativa", "diversas realizaciones", "una realización", " al menos una realización", "esta y otras realizaciones", "ciertas realizaciones" o similares no son necesariamente mutuamente excluyentes y pretenden indicar que una característica, estructura o característica particular descrita puede incluirse en al menos una realización. Las apariciones de dichos términos en esta memoria no se refieren necesariamente a la misma realización.
Breve descripción de los dibujos
Diversos aspectos de al menos una realización se discuten a continuación con referencia a las figuras adjuntas, que no pretenden estar dibujadas a escala. Las figuras se incluyen para proporcionar una ilustración y una mayor comprensión de los diversos aspectos y realizaciones, y se incorporan y constituyen una parte de esta memoria descriptiva, pero no pretenden ser una definición de los límites de ninguna realización en particular. Los dibujos, junto con el resto de la memoria descriptiva, sirven para explicar los principios y operaciones de los aspectos y realizaciones descritos y reivindicados. Para mayor claridad, no todos los componentes pueden estar etiquetados en todas las figuras. En las figuras:
la FIG. 1A es una vista en perspectiva de un corte parcial de un filtro de disco según uno o más aspectos de la invención;
la FIG. 1B es una vista lateral en sección transversal del filtro de disco de la FIG. 1A tomada a lo largo de la línea de sección 1B;
la FIG. 2A es una vista en perspectiva de un tambor usado típicamente en el filtro de disco de las FIGS. 1A y 1B; la FIG. 2B es una vista lateral del tambor de la FIG. 2A;
la FIG. 3 es una vista lateral de una parte de un filtro de disco;
la FIG. 4A es una vista delantera de un panel de filtro en un bastidor de soporte unido a un tambor central en un filtro de disco;
la FIG. 4B es una vista en perspectiva del panel de filtro de la FIG. 4A;
la FIG. 4C es una vista lateral del panel de filtro de la FIG. 4A con una parte de una estructura de soporte retirada; la FIG. 5A es una vista en perspectiva del sistema de filtración de dos fases según uno o más aspectos de la invención; la FIG. 5B es una vista lateral en sección transversal de un sistema de filtración de dos fases según uno o más aspectos de la invención;
la FIG. 6A es una vista esquemática lateral de un filtro de tambor según uno o más aspectos de la invención;
la FIG. 6B es una vista ampliada de la parte circular (etiquetada como "6B") de la FIG. 5A;
la FIG. 6C es una fotografía de un filtro de tambor unido a un filtro de disco según uno o más aspectos de la invención; la FIG. 7A es una vista delantera esquemática de un filtro de tambor según uno o más aspectos de la invención; la FIG. 7B es una vista ampliada de la parte circular (etiquetada como "7B") de la FIG. 7A;
la FIG. 8 es una vista parcial en perspectiva de una parte superior de un filtro de tambor según uno o más aspectos de la invención;
la FIG. 9 es una fotografía de un filtro de tambor unido a un filtro de disco según uno o más aspectos de la invención; la FIG. 10 es un diagrama de flujo esquemático de un proceso de tratamiento de aguas residuales que incluye un sistema de filtración de dos fases según uno o más aspectos de la invención;
la FIG. 11 es una vista esquemática de un sistema de retrolavado según uno o más aspectos de la invención; la FIG. 12A es una vista en perspectiva de un soporte de bastidor;
la FIG. 12B es una vista en perspectiva del soporte de bastidor que se muestra en la FIG. 12A unido a un tambor central;
la FIG. 12C es una vista de extremo del soporte de bastidor de la FIG. 12A unido a un tambor central;
la FIG. 12D es una vista lateral de un disco de filtro que incluye varios paneles de filtro y soportes de bastidor; la FIG. 12E es una vista en perspectiva de un disco de filtro que incluye varios paneles de filtro;
la FIG. 13 es un diagrama esquemático de un sistema de filtración de dos fases;
la FIG. 14 es un esquema de una planta piloto utilizada según uno o más aspectos de la invención;
la FIG. 15 es un diagrama de flujo esquemático de un sitio de prueba y la colocación de la planta piloto de la FIG. 14; la FIG. 16 es un gráfico que muestra los resultados de una prueba realizada usando un sistema de filtración de dos fases según uno o más aspectos de la invención;
la FIG. 17 es un gráfico que muestra los resultados de otra prueba realizada usando un sistema de filtración de dos fases según uno o más aspectos de la invención;
la FIG. 18A es un gráfico que muestra los resultados de otra prueba realizada usando un sistema de filtración de dos fases según uno o más aspectos de la invención; y
la FIG. 18B es un gráfico que muestra los resultados de otra prueba realizada usando un sistema de filtración de dos fases según uno o más aspectos de la invención.
Descripción detallada
Los aspectos descritos en esta memoria según la presente invención no se limitan en su aplicación a los detalles de construcción y disposición de los componentes expuestos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos adjuntos. Estos aspectos son susceptibles de asumir otras realizaciones y de ser practicados o llevados a cabo de diversas maneras. En esta memoria se proporcionan ejemplos de implementaciones específicas únicamente con fines ilustrativos y no pretenden ser limitativos. En particular, los actos, componentes, elementos y características discutidos en relación con una o más realizaciones no pretenden ser excluidos de un rol similar en cualquier otra realización. Por ejemplo, las enseñanzas de esta invención se aplican no solo a un filtro de tambor de tipo "de fuera adentro" conectado a un filtro de disco de "de dentro afuera", sino que también se aplican a otros tipos de configuraciones de filtro, incluido un tipo de "dentro afuera". filtro de tambor conectado a un filtro de disco "de fuera adentro".
Además, la fraseología y la terminología utilizadas en esta memoria tienen fines descriptivos y no deben considerarse como limitantes. Cualquier referencia a ejemplos, realizaciones, componentes, elementos o actos de los sistemas y métodos a los que aquí se hace referencia en singular también puede abarcar realizaciones que incluyen una pluralidad, y cualquier referencia en plural a cualquier realización, componente, elemento o acto en esta memoria también puede abarcar realizaciones que incluyen únicamente una singularidad. Las referencias en singular o plural no pretenden limitar los sistemas o métodos divulgados actualmente, sus componentes, actos o elementos. El uso en esta memoria de "incluye", "comprende", "tiene", "contiene", "involucra" y variaciones de los mismos pretende abarcar los elementos enumerados a continuación y sus equivalentes, así como elementos adicionales. Las referencias a "o" pueden interpretarse como inclusivas, de modo que cualquier término descrito usando "o" puede indicar uno solo, más de uno o todos los términos descritos. Además, en caso de usos incongruentes de los términos entre este documento y los documentos incorporados aquí por referencia, el uso del término en la referencia incorporada es complementario al de este documento; en caso de incongruencias irreconciliables, prevalece el uso del término en esta memoria.
Si bien la invención ilustrada en esta memoria se describe como empleada en un entorno de tratamiento de aguas residuales y, en particular, como un sistema de tratamiento terciario, son posibles otros usos y disposiciones. Por ejemplo, la invención se puede utilizar como un sistema de tratamiento primario de aguas residuales. Otras aplicaciones de tratamiento de aguas residuales incluyen el uso como clarificador secundario en una planta de tratamiento de aguas residuales municipal. Además de los usos de tratamiento de aguas residuales, la presente invención también se puede utilizar para filtrar agua utilizada en procesos industriales y de fabricación, tales como industrias de la madera, papel y alimentos, así como instalaciones de producción.
Como se ha discutido anteriormente, los filtros de disco rotatorio se pueden usar para eliminar los sólidos en suspensión del agua. Los ejemplos de filtros de disco adecuados que pueden usarse según aspectos de la invención se discuten en las Solicitudes PCT n.° PCT/US2007/017847 y PCT/US2008/008671. Las FIGS. 1A y 1B ilustran un posible filtro de disco rotatorio 115, también denominado en esta memoria simplemente "filtro de disco" o "conjunto de filtro de disco". Ejemplos adecuados de filtros de disco para usar con la invención incluyen los filtros de disco Forty-X™ fabricados por Evoqua Water Technologies, aunque se pueden utilizar otros filtros de disco.
La configuración del filtro de disco 115 mostrada en las FIGS. 1A y 1B emplea medios de filtro 118 que son medios de filtro plisado. Los medios de filtro 118 puede ser tejidos o no tejidos. Además, como construcciones de medios puede emplearse tela de pelo, fieltro punzonado, microfiltración, nanofiltración, osmosis inversa u otras membranas. Los ejemplos no limitativos de materiales para usar en la fabricación de medios de filtro incluyen poliéster, poliéster revestido de metal, poliéster revestido de antimicrobiano, polipropileno, nailon, alambre de acero inoxidable, fibra de vidrio, fibra de alúmina, polipropileno relleno de vidrio (p. ej., 17 %), vidrio acetal relleno, nailon relleno de fibra de vidrio o cualquier combinación de los mismos. También se debe tener en cuenta que el término "medios de filtro" debe interpretarse de manera amplia para cubrir cualquier componente que filtre un fluido. Otros términos incluidos en la definición de medios de filtro incluyen membrana, elemento, dispositivo de filtro y similares. Como tal, el término "medios de filtro" no debe interpretarse estrictamente para excluir cualquier componente que filtre fluido.
Haciendo referencia otra vez a las FIGS. 1A y 1B, el filtro de disco 115 comprende una carcasa 125, como un tanque de metal que encierra sustancialmente un tambor central 119 que se configura para rotar y soporta una pluralidad de discos de filtro O miembros de filtro en forma de disco 117. Se apreciará que las variaciones en este diseño, incluidos los que emplean un bastidor destinado a facilitar el montaje de la unidad en un tanque de hormigón, también se pueden utilizar.
El filtro de disco 115 también incluye un conjunto de impulsión 170. El conjunto de impulsión 170 incluye al menos dos cojinetes que soportan el tambor central 119 para que rote. Una rueda dentada impulsada 50 se acopla al tambor central 119 y una rueda dentada de impulsión 45 se acopla a un motor 55 u otra fuente energética primaria. En la construcción ilustrada, una correa se acopla con la rueda dentada de transmisión 45 y la rueda dentada impulsada 50 de tal manera que la rotación del motor 55 produce una rotación correspondiente del tambor central 119. En construcciones preferidas, las ruedas dentadas 45, 50 se dimensionan para producir una reducción de velocidad significativa. Sin embargo, algunas construcciones pueden emplear un impulsor de baja velocidad sin reducción de velocidad si se desea. Mientras que la construcción ilustrada emplea un impulsor por correa, otras construcciones pueden emplear engranajes, árboles, cadenas, impulsión directa u otros medios para transferir la rotación del motor 55 al tambor central 119.
El filtro de disco 115 también incluye una tubería de afluente 155 (también denominada en esta memoria como entrada a la carcasa) que dirige el afluente al interior 65 (véase la FIG. 4A) del tambor central 119, una tubería de efluente 160 (también denominada en esta memoria como salida a la carcasa) que dirige el fluido filtrado desde una cubeta de salida o cámara 135 definida dentro de la carcasa 125 fuera del filtro de disco 115. El filtro de disco 115 también puede incluir una tubería de agua rociada 80 que proporciona agua a alta presión a una pluralidad de boquillas de rociado 147 (véase la FIG. 11) que se usa periódicamente para limpiar los medios de filtro 118. Una tubería de retrolavado 90 transporta el agua rociada después de su uso y la dirige fuera del filtro de disco 115.
Las barras de rociado 190 se pueden colocar entre discos de filtro adyacentes 117 y en los extremos del filtro de disco 115 para permitir el rociado de agua a alta presión en una dirección de flujo inversa a través de los medios de filtro plisados 118 para proporcionar un retrolavado de los medios de filtro 118. Debido a que los medios de filtro 118 están plisados y, por lo tanto, angulados con respecto al plano de los discos de filtro 117, el uso de boquillas (147) que tienen un ángulo similar puede proporcionar ciclos de retrolavado más eficientes. Por lo tanto, las boquillas tienen un ángulo de aproximadamente 45 grados con respecto a una dirección normal a los planos de los discos de filtro 117. Además, se pueden proporcionar dos boquillas en cada punto de rociado, con las boquillas en ángulo entre sí en aproximadamente 90 grados tal que ambos lados de los pliegues se rocían directamente durante el retrolavado. En algunos casos, se puede utilizar un rociado directo. Además, hacer rebotar el rociado en los medios de filtro en ángulo mejora el efecto de limpieza y la eficiencia para una determinada cantidad de flujo de retrolavado y velocidad de rociado.
El filtro de disco 115 de las FIGS. 1A y 1B emplea una pluralidad de discos de filtro 117 para aumentar el área de filtro total. El número y tamaño de los discos de filtro 117 pueden variar dependiendo de los requisitos de flujo del sistema. Por ejemplo, se pueden unir discos de filtro 117 adicionales al tambor central 119 para aumentar la capacidad del filtro de disco 115 sin tener que pasar flujo adicional a través de alguno de los discos de filtro 117 ya existentes. Según diversas realizaciones, el filtro de disco 115 se configura como una configuración "de dentro afuera", lo que significa que el agua a filtrar entra al tambor central 119 y fluye desde el tambor central 119 hacia los discos de filtro 117, y desde allí hacia el exterior a través de los medios de filtro 118, como se describe más adelante. Este tipo de configuración también puede denominarse en esta memoria flujo de fluido radialmente hacia fuera.
Las FIGS. 2A y 2B ilustran una posible configuración de tambor central 119 que puede usarse según una o más realizaciones. El tambor central 119 incluye una superficie exterior 95 y dos superficies extremas 156 que cooperan para definir un espacio interior. Un extremo está abierto para permitir el flujo y el otro extremo está sellado contra el flujo. Varios agujeros de tambor 158 se disponen en una serie de filas axiales, cada fila incluye varios agujeros de tambor 158 que se extienden circunferencialmente alrededor de una parte de la superficie exterior 95. Los agujeros de tambor 158 son rectangulares, aunque se entiende que pueden ser adecuadas otras formas. Los agujeros de unión 159 se posicionan a cada lado de cada agujero de tambor 156. Cada agujero de tambor 158 se asocia con un conjunto de agujeros de unión 159. Como se ilustra en la FIG. 2A, la superficie exterior 95 del tambor central 119 incluye una serie de superficies planas llanas que contactan entre sí para definir una sección transversal poligonal. Debe apreciarse que una sección transversal circular o una forma cilíndrica o de otro tipo también está dentro del alcance de esta divulgación.
Haciendo referencia a la FIG. 3, se muestra una vista lateral de uno de los discos de filtro 117 de las FIGS. 1A y 1B. Cada disco de filtro 117 incluye una pluralidad de conjuntos de paneles de filtro 300. Cada conjunto de paneles de filtro 300 incluye dos paneles de filtro 116 asociados. En la FIG. 3, se muestra uno de los paneles de filtro 116 de cada conjunto de paneles 300. El disco de filtro 117 en la FIG. 3 representa doce paneles de filtro 116 y, por lo tanto, el disco de filtro 117 incluye un total de veinticuatro paneles de filtro 116. Sin embargo, debe apreciarse que otras construcciones pueden emplear más o menos paneles de filtro 116 según se desee.
Después de filtrar y durante la rotación del tambor central 119, los paneles de filtro 116 salen del líquido y pasan por las barras de rociado 190. Durante un ciclo de retrolavado, se usan boquillas de rociado 147 (véase la FIG. 11) para rociar los paneles de filtro 116 con agua a alta presión o productos químicos para desprender las partículas y limpiar los medios de filtro 118 a medida que rota el tambor central 119. La vibración del impacto de gotitas de agua y la penetración de los medios de filtro 118 por una parte del agua elimina los desechos que quedan atrapados en la superficie aguas arriba de los medios de filtro plisados 118. Los desechos y el agua se recogen en la cubeta 142 y se transportan fuera del filtro de disco 115 por la tubería de retrolavado 90.
Las FIGS. 4A y 4B ilustran posibles disposiciones de los paneles de filtro 116. La FIG. 4A ilustra el panel 116 montado en la estructura de soporte 121. La FIG. 4B ilustra un panel plisado. Los paneles de filtro 116 incluyen medios de filtro plisados 118, un bastidor perimetral 210 y varios refuerzos o largueros 215 de soporte. En algunas construcciones, los largueros 215 se moldean como pieza integral del bastidor 210 siendo otros medios de unión también adecuados para su utilización. En algunas construcciones, los medios de filtro plisados 118 se forman por una sola pieza de material que tiene el tamaño y la forma adecuados para encajar dentro del bastidor perimetral 210. En las construcciones ilustradas, los pliegues se extienden en una dirección sustancialmente radial, siendo también posibles otras orientaciones. En una construcción, se emplea una pantalla de acero inoxidable como medios de filtro 118. Otras construcciones pueden emplear poliéster tejido, tela u otros materiales. Los materiales utilizados y el tamaño de las aberturas (también denominados en esta memoria como tamaño de poro) se eligen en función de los contaminantes probables en el efluente, el caudal del efluente y otros factores. En una realización, las aberturas tienen un diámetro entre 10 y 30 micrómetros. Aberturas más pequeñas y más grandes también están dentro del alcance de esta divulgación. Por ejemplo, en algunas aplicaciones, los medios de filtro pueden tener aberturas que están en un intervalo de 6 a 300 micrómetros de diámetro. Según otro ejemplo, los medios de filtro tienen aberturas que tienen un diámetro de aproximadamente 100, 150 o 200 micrómetros. Como se indica en los ejemplos discutidos a continuación, según algunas realizaciones, el producto filtrado 122 generado por el filtro de disco puede tener una concentración de TSS de menos de 5 mg/L.
Como se ilustra en la FIG. 4B, una construcción del bastidor 210 se forma con una sección transversal de un miembro en ángulo que incluye una pata paralela al flujo 230 y una pata transversal al flujo 235. La pata transversal al flujo 235 recibe el sello 165 de diámetro interior respectivo como se ilustra en la FIG. 4C, y proporciona rigidez adicional a las patas paralelas al flujo 230. Las patas paralelas al flujo 230 se dimensionan para coincidir sustancialmente con la altura de pico a pico de los medios de filtro plisados 118. El bastidor 210 también incluye dos lados sustancialmente paralelos 236 y dos lados no paralelos 237 que se disponen de manera sustancialmente radial con respecto al tambor central 119.
Haciendo referencia a la FIG. 4C, se muestra uno de los conjuntos de paneles de filtro 300. La FIG. 4C es una vista lateral de la FIG. 4A con una parte derecha de una estructura de soporte 121 (véase la FIG. 4A) retirada. Los paneles de filtro 116 se montan en la estructura de soporte 121 de manera que los paneles de filtro estén espaciados entre sí. Una placa de unión 123 que tiene un agujero 146 se acopla con los agujeros de unión 159 alrededor de un agujero de tambor 158 para unir la estructura de soporte 121 al tambor central 119. Una tapa 175 se ubica sobre la parte superior de los paneles de filtro 116. Los paneles de filtro 116, la estructura de soporte 121 en la que se montan, la tapa 175 y la placa de unión 123 definen un espacio parcialmente cerrado 180. El espacio parcialmente cerrado 180 se extiende circunferencialmente alrededor del tambor central 119 a través de cada conjunto de paneles de filtro 300 en el disco de filtro 117. El fluido puede pasar desde dentro del tambor central 119, a través del agujero de tambor 158 y el agujero 146 en la placa de unión 123 y al espacio cerrado 180 para permitir que el fluido fluya circunferencialmente dentro de cada panel de filtro colocado en el disco de filtro 117. Un perímetro el sello 165 se ubica en un perímetro 161 de cada panel de filtro 116 y sirve para inhibir la fuga de agua alrededor del panel de filtro 116.
Haciendo referencia a la FIG. 1B junto con la FIG. 3, la tubería de agua de rociado 80 se extiende por toda la longitud del filtro de disco 115 y define un colector de distribución 185. Una barra de rociado 190 se posiciona entre discos de filtro adyacentes 117 y en cada extremo del filtro de disco 115. Una tubería de distribución 195 se extiende entre el colector 185 y la barra de rociado 190 para proporcionar una comunicación de fluidos de agua a alta presión a la barra de rociado 190. La barra de rociado 190 incluye boquillas que rocían agua sobre los paneles de filtro 116 para limpiar periódicamente los paneles de filtro 116 como se describe con mayor detalle a continuación con referencia a la FIG.
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Una cubeta de retrolavado de filtro de disco 142 se coloca debajo de la barra de rociado 190 entre discos de filtro adyacentes 117 para recoger el agua de rociado o el retrolavado, incluida cualquier materia particulada eliminada de los paneles de filtro 116. El retrolavado y las partículas se eliminan luego del filtro de disco 115 a través del tubo de retrolavado 90.
Como se ha mencionado anteriormente, las aberturas en el tambor central 119 (por ejemplo, los agujeros 158) proporcionan un pasaje para que el agua se envíe al interior de los paneles de filtro (por ejemplo, el espacio cerrado 180). Dado que las aberturas o el tamaño de poro de los medios de filtro 118 son más pequeños que estas aberturas, los sólidos que son más grandes que el tamaño de poro se adhieren a los medios de filtro. Además, los objetos más grandes, como trapos, también pueden fluir a través de las aberturas de tambor y quedar atrapados en el interior de los paneles de filtro, lo que no solo reduce el área de filtración del panel del filtro, sino que también disminuye la eficiencia, ya que el filtro de disco debe desconectarse para eliminar estos objetos más grandes atrapados ya que el proceso de retrolavado es ineficaz para eliminar objetos tan grandes.
Según una o más realizaciones, se proporciona un sistema de filtración de dos fases para filtrar aguas residuales que aborda los problemas discutidos anteriormente relacionados con los sólidos atrapados. El sistema de filtración de dos fases incluye un filtro de tambor, también denominado en esta memoria "filtro de barrera" que funciona como un proceso de filtración de primera fase que se coloca aguas arriba de un filtro de disco que funciona como un proceso de filtración de segunda fase. El filtro de tambor funciona como un filtro anterior o un prefiltro que proporciona un cierto grado de filtración a un proceso de filtración de segunda fase, como el filtro de disco. Por ejemplo, el filtro de tambor se puede configurar para eliminar material de más de 100 micrómetros, incluidos los desechos grandes de las perturbaciones de la planta causadas por marejadas ciclónicas, etc. El filtro de tambor se puede conectar directamente al filtro de disco de modo que el filtro de tambor actúe como una extensión del filtro de disco y funcione para proteger el filtro de disco contra desechos grandes y objetos extraños. El agua residual afluente pasa primero por el filtro de tambor, como operación de filtración de primera fase. El filtro de tambor elimina las partículas más grandes y genera aguas residuales filtradas que luego se dirigen a través del filtro de disco. El filtro de disco funciona como una operación de filtración de segundo estado al eliminar las partículas más finas del agua residual filtrada que ha pasado por el filtro de tambor para generar el producto filtrado.
La FIG. 5A es una vista en perspectiva de una realización de un sistema de filtración de dos fases 100, también denominado en esta memoria "dispositivo de filtro". El dispositivo de filtro 100 incluye un filtro de tambor 105, también denominado en esta memoria "conjunto de filtro de primera fase" o "conjunto de filtro de tambor de primera fase", y un filtro de disco 115, también denominado en esta memoria "conjunto de filtro de segunda fase" o "conjunto de filtro de disco de segunda fase". El filtro de tambor 105 incluye un tambor rotatorio 110 y el filtro de disco 115 incluye un tambor central 119. El tambor rotatorio 110 y el tambor central 119 se posicionan a lo largo de un eje longitudinal común 120. El filtro de tambor 105 y el filtro de disco 115 se disponen dentro de una carcasa 125 que rodea al menos parcialmente el filtro de tambor 105 y el filtro de disco 115. La configuración que se muestra en la FIG. 5A tiene un panel frontal de la carcasa 125 que se retira para mostrar el filtro de tambor 105 y otras características del sistema de filtración 100. Haciendo referencia otra vez al filtro de disco 115, la FIG. 1B, el filtro de tambor 105 se puede colocar en el espacio definido por la cubeta de entrada 130 de la carcasa 125.
La FIG. 5B es una vista lateral de un sistema de filtración de dos fases 100. La carcasa 125 incluye una entrada 155 para recibir aguas residuales 102 a filtrar que se recogen en una cubeta de entrada 130 que está en comunicación de fluidos o de otro modo conectable para transmisión de fluidos con el tambor rotatorio 110 del filtro de tambor 105. Como se discute con más detalle a continuación, el agua residual 102 pasa a través de la superficie de filtro 112 del filtro de tambor 105 como agua residual filtrada 104. El agua residual filtrada 104 que ha sido filtrada por el filtro de tambor 105 entra a una o más aberturas 150 en el tambor central 119 del filtro de disco 115 al interior del tambor central 119 donde luego se transfiere a los discos de filtro 117 del filtro de disco 115. El agua residual filtrada 104 pasa luego a través de los medios de filtro 118 de los discos de filtro 117 y se recoge en una cubeta de salida 135 de la carcasa 125 como producto filtrado 122. Una salida 160 de la carcasa 125 permite que el producto filtrado 122 salga del sistema. El sistema de filtración de dos fases 100 también puede incluir una placa de sellado 126 que se configura para separar la cubeta de entrada 130 de la cubeta de salida 135 y un conjunto de impulsión 170 que funciona para rotar el tambor rotatorio 110 del filtro de tambor 105 y el tambor central 119 del filtro de disco 115.
La carcasa 125 incluye una entrada 155 que está en comunicación de fluidos o de otro modo conectable para transmisión de fluidos con aguas residuales a filtrar 102. Las aguas residuales a filtrar 102 pueden canalizarse a la entrada desde cualquiera de diversas fuentes. En algunas realizaciones, las aguas residuales 102 proceden de un proceso de tratamiento de aguas residuales anterior, incluido cualquiera de los procesos de tratamiento primario, secundario o terciario. Según una realización, el agua residual 102 proviene de un proceso de tratamiento secundario, y el sistema de filtración de dos fases 100 puede funcionar como al menos una parte de un proceso de tratamiento terciario. Por ejemplo, el agua residual 102 puede provenir de un clarificador secundario de un proceso de tratamiento secundario, como se muestra en la FIG. 10. Según otras realizaciones, las aguas residuales 102 pueden ser afluentes a un sistema de tratamiento primario (es decir, "aguas residuales afluentes" en la FIG. 10), y el sistema de filtración de dos fases 100 puede funcionar como al menos una parte de un proceso de tratamiento primario.
Según algunas realizaciones, el agua residual 102 tiene una concentración de sólidos suspendidos totales (TSS), también denominados en esta memoria simplemente "sólidos suspendidos" en un intervalo de aproximadamente 10­ 30 mg/L. En otras realizaciones, el agua residual 102 tiene una concentración de TSS superior a 30 mg/l, por ejemplo, en aplicaciones de filtración primaria y en los casos en que el agua residual 102 incluye escorrentía de aguas pluviales o efluentes de un proceso de "eructo" del clarificador, el agua residual 102 puede tener una concentración en un intervalo de aproximadamente 100-500 mg/L.
El filtro de tambor 105 incluye un tambor rotatorio 110 con una superficie de filtro 112 que tiene un primer lado 114a que mira hacia el interior del tambor rotatorio 110 y un segundo lado 114b que mira hacia el exterior del tambor rotatorio. Según las realizaciones discutidas en esta memoria, el filtro de tambor 105 se configura como un filtro "de fuera adentro", de modo que las aguas residuales que se filtrarán 102 (véase la FIG. 6A) pasan a través de la superficie de filtro 112 desde el segundo lado 114b (exterior del tambor rotatorio) al primer lado 114a (interior del tambor rotatorio) para generar un agua residual filtrada. Este tipo de configuración también puede denominarse en esta memoria flujo de fluido radialmente hacia dentro.
La superficie de filtro 112 del tambor rotatorio 110 puede ser cualquiera de varios tipos diferentes de medios de filtración que tienen aberturas o poros que permiten que el agua pase a través de la superficie de filtro pero retienen sólidos u otras sustancias indeseables. El tamaño de las aberturas puede depender de las características de las aguas residuales entrantes 102 y/o del tipo de superficie de filtro 112 utilizada. En algunas realizaciones, la superficie de filtro 112 tiene aberturas que están en un intervalo de aproximadamente 1-1000 micrómetros de diámetro, y según una realización, las aberturas en la superficie de filtro 112 tienen un diámetro que está en un intervalo de aproximadamente 20-800 micrómetros, aunque las aberturas de tamaño más pequeño y más grande para la superficie de filtro del filtro de tambor están dentro del alcance de esta divulgación.
La superficie de filtro 112 se puede construir con cualquier material metálico resistente a la corrosión. En algunas realizaciones, la superficie de filtro 112 es un material de malla metálica. Ejemplos no limitativos de material de malla metálica incluyen acero inoxidable, aleaciones de níquel, otras aleaciones metálicas, latón, bronce, titanio o cualquier combinación de los mismos. En una realización, la superficie de filtro 112 es un material de pantalla de alambre en cuña. En otras realizaciones, la superficie de filtro 112 es un material polimérico. En algunas realizaciones, la superficie de filtro 112 es un material tejido de medios de filtro.
La FIG. 6A muestra un ejemplo de una operación de filtración utilizando el filtro de tambor 105. El agua residual a filtrar 102 entra al cubeta de entrada 130 de la carcasa 125 a través de la entrada 155. Al menos una parte del tambor rotatorio 110 descansa en el agua residual 102. Por ejemplo, según una realización, una parte del área de tambor permanece por encima del nivel del agua (consúltese el ejemplo que se muestra en la FIG. 7B que indica un nivel máximo de agua) con el fin de acomodar las boquillas de rociado (discutido a continuación y véanse las FIGS. 7A y 7B) que rocían la superficie de filtro 112 del tambor rotatorio 110 de dentro afuera. Sin embargo, como se apreciará, según otros diseños, el tambor rotatorio 110 puede sumergirse completamente en el agua residual 102. Este tipo de configuración puede ser útil para eliminar los materiales flotantes arrastrados dentro del agua residual 102.
Haciendo referencia otra vez a la FIG. 6A, al menos una parte del segundo lado 114b de la superficie de filtro 112 está en comunicación de fluidos o es conectable de otro modo para transmisión de fluidos con el agua residual 102. Durante el funcionamiento, el conjunto de impulsión 170 aplica una fuerza impulsora al tambor rotatorio 110 para rotar el tambor rotatorio 110 a través de las aguas residuales 102. Como muestra la flecha en la FIG. 6A, la configuración del filtro de tambor 105 de la FIG. 6A indica que el tambor rotatorio rota en el sentido contrario a las agujas del reloj, aunque debe apreciarse que la rotación en el sentido de las agujas del reloj también está dentro del alcance de esta divulgación.
Según una realización, el agua residual 102 fluye a través del segundo lado 114b de la superficie de filtro 112 al primer lado 114a como agua residual filtrada 104. El agua residual 102 es forzada a través de la superficie de filtro 112 del tambor rotatorio 110 por un diferencial de presión provocado por una diferencia en la altura de agua entre una fuente de alta presión (agua a un nivel más alto) en el exterior del tambor rotatorio 110 (es decir, la presencia de aguas residuales 102 en la cubeta de entrada 130 en el que el tambor rotatorio 110 está al menos parcialmente sumergido) y el interior del tambor rotatorio 110, que está a una presión más baja (y un nivel de agua de menor altura). La fuente de alta presión en el exterior del tambor rotatorio 110 empuja el agua residual 102 a través de la superficie de filtro 112 hacia la cámara interior del tambor rotatorio 110. El agua residual filtrada 104 luego fluye a través de una o más aberturas 150 en el tambor central 119 del filtro de disco a través de fuerzas gravitatorias (véanse las flechas en la FIG. 6A). Por lo tanto, las aberturas 150 pueden funcionar como entrada al filtro de disco 119, incluido el interior del tambor central 119. Con referencia a la fotografía que se muestra en la FIG. 6C, se puede usar un reborde 152 u otro mecanismo de unión para unir el tambor rotatorio 110 del filtro de tambor 105 al tambor central 119 del filtro de disco 115. En algunas realizaciones, las aberturas 150 en el tambor central 119 pueden ser ranuras, como los que se muestran en la FIG. 6C. El agua residual filtrada 102 pasa a través de las aberturas 150 en el tambor central 119 donde luego se transfiere a los discos de filtro 117.
Los sólidos 106 demasiado grandes para pasar a través de las aberturas en la superficie de filtro 112 se adhieren al exterior (segundo lado 114b) de la superficie de filtro 112. Una cuchilla raspadora 162 u otro dispositivo raspador funciona para raspar o eliminar las sustancias sólidas filtradas 106 del segundo lado 114b de la superficie de filtro 112 a medida que rota el tambor rotatorio 110, que se muestra en la FIG. 6B. Por ejemplo, un borde raspador de la cuchilla raspadora 162 descansa contra la superficie exterior del tambor rotatorio 110 y raspa los sólidos 106 de la superficie exterior de la superficie de filtro 112 a medida que rota el tambor rotatorio 110. Los sólidos raspados 106 pasan a lo largo de una superficie superior de la cuchilla raspadora 162, por ejemplo, por la fuerza de la gravedad, y se recogen en una cubeta de recogida de filtro de tambor 140, que se muestra en las FIGS. 5A, 6B, 7A y 7B. Por lo tanto, la cubeta de recogida de filtro de tambor 140 está en comunicación de fluidos o es conectable de otro modo para transmisión de fluidos con el exterior del tambor rotatorio 110. Una parte de la cubeta de recogida de filtro de tambor 140 puede estar al menos parcialmente encerrada por un recinto 141 (véase la FIG. 6B) que ayuda a confinar los sólidos 106 y dirigirlos al cubeta de recogida 140. La cuchilla raspadora 162 puede montarse en una parte interna del recinto 141 y puede estar cargada por resorte o tener algún otro ajuste de tensión. El recinto 141 también puede incluir un punto de acceso, como una puerta, como se muestra en la FIG. 6B, que puede usarse para eliminar manualmente los sólidos atrapados y/o para acceder a la cuchilla raspadora 162.
Según al menos una realización, el dispositivo de filtro 100 también incluye un sistema de retrolavado. El sistema de retrolavado funciona para limpiar los medios de filtro 118 de los filtros de disco 117 y la superficie de filtro 112 del tambor rotatorio 110 a intervalos periódicos o predeterminados. En la FIG. 11 se muestra un esquema de un sistema de retrolavado 145. El sistema de retrolavado 145 incluye una primera pluralidad de boquillas de rociado 147 que se configuran para rociar el producto filtrado 122 sobre la pluralidad de discos de filtro 117. Durante la limpieza, el conjunto de impulsión 170 hace girar los discos de filtro 117 a baja velocidad (por ejemplo, 1 -3 rpm) y el producto filtrado 122 o cualquier otro fluido de retrolavado se bombea desde la cubeta de salida 135 de la carcasa 125 (o cualquier otra fuente de producto filtrado) a la primera pluralidad de boquillas de rociado 147 que se posicionan en la parte superior de los filtros de disco 117. La primera pluralidad de boquillas 147 funciona para limpiar los sólidos filtrados de los medios de filtro 118. La configuración que se muestra en la FIG. 11 incluye boquillas de rociado 147 que se posicionan entre dos discos adyacentes 117 de manera que ambos lados de cada disco se rocían desde el lado "limpio". El producto filtrado 122 penetra a través de los medios de filtro 118 y lava los sólidos recogidos. Se usa una cubeta de retrolavado de filtro de disco 142 para recoger los sólidos recogidos (materia particulada eliminada de los medios de filtro 118) y el agua de rociado usada (producto filtrado retrolavado), que se denomina colectivamente en esta memoria efluente de retrolavado, y transporta el efluente de retrolavado fuera del filtro de disco 115, como se muestra con la flecha en la FIG. 11. Según una realización, la cubeta de retrolavado del filtro de disco 142 (también mostrado en la FIG. 5B) se posiciona dentro del tambor central 119 del filtro de disco 115.
El sistema de retrolavado 145 también incluye una segunda pluralidad de boquillas de rociado 149 configuradas para rociar producto filtrado 122 sobre la superficie de filtro 112 del tambor rotatorio 110. La segunda pluralidad de boquillas de rociado 149 funciona de manera similar a la primera pluralidad de boquillas de rociado 147. La segunda pluralidad de boquillas de rociado 149 también se muestra en la FIG. 6B. Como se muestra, la segunda pluralidad de boquillas de rociado 149 se disponen en el interior del tambor rotatorio 110 y se posicionan para rociar el lado "limpio" (primer lado 114a) de la superficie de filtro 112. Mientras el tambor rotatorio 110 rota (también a baja velocidad durante el retrolavado), el producto filtrado 122 u otro fluido de retrolavado se bombea a la segunda pluralidad de boquillas de rociado 149 y se rocía sobre el primer lado 114a de la superficie de filtro 112. El producto filtrado 122 pasa a través de la superficie de filtro 112 al segundo lado 114b y las partículas eliminadas de la superficie de filtro 112 y el agua de rociado usada se recogen en la cubeta de recogida de filtro de tambor 140, que transporta el efluente de retrolavado fuera del filtro de tambor 105.
Según algunas realizaciones, la primera pluralidad de boquillas de rociado 147 y/o la segunda pluralidad de boquillas de rociado 149 pueden incluir una o más características o elementos que minimizan o reducen la obstrucción. Por ejemplo, las boquillas de rociado pueden incluir un elemento retráctil que incluye una punta de rociado dividida u otro elemento que se configura para retraerse en un orificio de la carcasa de la boquilla de rociado durante las operaciones que no son de retrolavado. Cuando se retrae, la punta de rociado dividida se "divide" hacia fuera de tal manera que se liberan desechos que de otro modo obstruirían el orificio de la boquilla de rociado. Una vez presurizado, el elemento retráctil se extiende hacia fuera desde la abertura y la punta de rociado dividida se une para formar un patrón de rociado. Boquillas adecuadas que tienen estas características incluyen boquillas MOMOJet® disponibles de Ikeuchi USA, Inc.
Como se muestra en las FIGS. 6B, la segunda pluralidad de boquillas de rociado 149 se inclinan y posicionan de tal manera que el patrón de rociado dirigido hacia fuera da como resultado que el efluente de retrolavado se dirija hacia la cubeta de recogida de filtro de tambor 140. Según una realización, las boquillas de rociado 149 se posicionan para alinearse adyacentes entre sí a lo ancho del tambor rotatorio 110. Las boquillas de rociado 149 también se pueden colocar e inclinar para que coincidan con la cuchilla raspadora 162 de modo que las boquillas de rociado 149 rocíen en la superficie de filtro 112 de tal manera que la cuchilla raspadora 162 es capaz de raspar más fácilmente los desechos en la cubeta de recogida de filtro de tambor 140. En algunos casos, la orientación en ángulo de las boquillas de rociado 149 puede ser de 90 grados con respecto a la superficie de filtro 112, pero en otras configuraciones, las boquillas de rociado 149 pueden no orientarse a 90 grados. La FIG. 7A indica una posición potencial para las boquillas de rociado 149, y la FIG. 7B es una vista ampliada de la parte circular de la FIG. 7A que indica la colocación y dirección aproximada del rociado. En este caso, la cubeta de recogida de filtro de tambor 140 se posiciona externo al tambor rotatorio 110, pero se debe apreciar que otras ubicaciones también están dentro del alcance de esta divulgación, incluido el interior del tambor rotatorio 110.
La FIG. 8 es una vista de una parte superior del filtro de tambor 105 instalado dentro de la carcasa 125 (el panel frontal de la carcasa 125 se muestra en la FIG. 8). Según diversos aspectos, el filtro de tambor 105 se configura para sellarse para evitar que las aguas residuales 102 entren inadvertidamente en el filtro de disco 115. La realización que se muestra en la FIG. 8 incluye un sello 164, como un sello de anillo en V que sella el filtro de tambor 105 a una parte de la carcasa 125, y una abrazadera de banda 166 para evitar que el sello de anillo en V 164 se mueva. También se puede colocar un segundo mecanismo de sellado, como un sello y una abrazadera de banda, en el otro lado del filtro de tambor 105 donde el tambor central 119 penetra a través de la placa de sellado 126, que se puede ver en la fotografía de la FIG. 9). La placa de sellado 126, como se ha discutido anteriormente, también evita que las aguas residuales 102 en la cubeta de entrada 130 entren y contaminen el producto filtrado 122 en la cubeta de salida 135. La FIG. 9 es una fotografía del filtro de tambor 105 unido al tambor central 119 del filtro de disco 115. La placa de sellado 126 también es visible en la FIG. 9.
El tamaño del filtro de tambor 105 puede depender de varios factores, incluida el área y el tamaño de la abertura del panel de filtro 116 del filtro de tambor 10 y el caudal de las aguas residuales para una pérdida de carga determinada.
Con referencia ahora a la FIG. 12A, se muestra un soporte de bastidor 245 (también denominado en esta memoria soporte de filtro), para un filtro de disco 115 según al menos una realización. El soporte de bastidor 245 sirve para soportar una parte de un lado 255 y la parte inferior 250 de un par de paneles de filtro 116 (véase la figura 4B). El soporte de bastidor 245 incluye una parte de unión 260 y una parte de puntal 270 orientada transversalmente. La parte de unión 260 incluye una primera sección 265 que se extiende desde un extremo 267 de la parte de puntal 270. La parte de unión 260 también incluye una segunda sección 269 que se extiende desde el extremo 267 en dirección opuesta a la primera sección 265 para formar así un soporte de bastidor en forma de T invertida 245. La parte de unión 260 incluye además un único agujero 275 que se extiende a lo largo de las secciones primera 265 y segunda 269 de la parte de unión 260 y a lo largo de la parte de puntal 270 para formar así un agujero en forma de T sustancialmente invertida que corresponde a la forma del soporte de bastidor 245.
Haciendo referencia a la FIG. 12B, el soporte de bastidor 245 se muestra posicionado en el tambor central 119. La parte de unión 260 se diseña para mantenerse alineada con el agujero de tambor 158 de modo que el agujero 275 esté en comunicación de fluidos o de otro modo conectable para transmisión de fluidos con una apertura de tambor asociada 158 en el tambor central 119. El agujero 275 es sustancialmente del mismo tamaño o más grande que el agujero de tambor 158. En otra realización, el soporte de bastidor 245 se coloca en el tambor central 119 de tal manera que la parte de unión 260 se extiende a horcajadas sobre una sección de soporte del tambor central 119 ubicado entre agujeros de tambor adyacentes 158. En esta realización, partes de dos agujeros de tambor adyacentes 158 están en comunicación de fluidos con el agujero 275.
Haciendo referencia a la FIG. 12C, se muestra un par de paneles de filtro 116 instalados en el soporte de bastidor 245. Los paneles de filtro 116 se espacian entre sí. Haciendo referencia a la FIG. 12D junto con la FIG. 12E, se muestra una vista lateral de una pluralidad de soportes de bastidor 245 y paneles de filtro 116. Se usa una tapa 295 para asegurar cada par de paneles de filtro 116. Cada tapa 295 se asegura de manera retirable a puntales radiales adyacentes 270 para permitir la retirada de cada panel de filtro 116 para limpieza o reemplazo según sea necesario. Cada par de paneles de filtro, el soporte de bastidor 245 y la tapa asociada 295 forman un conjunto de paneles de filtro 300 para recibir agua contaminada. Además, los paneles de filtro 116, la tapa 295 y el agujero 275 forman un volumen 182 cuya sección transversal es igual o mayor que el área del agujero de tambor 158. El volumen 182 se extiende circunferencialmente alrededor del tambor central 119 a través de cada conjunto de paneles de filtro 300 en el disco de filtro 117 y es continuo. Haciendo referencia a las FIGS. 12B, 12C y 12D junto con la FIG. 12E, el agujero 275 permite la comunicación de fluidos entre el agujero de tambor 158 y los conjuntos de paneles de filtro adyacentes 300. Esto permite que el agua y el aire fluyan circunferencialmente entre los conjuntos de paneles de filtro adyacentes 300 a medida que rota el tambor central 119, lo que puede aumentar la capacidad del filtro de disco 115.
Con referencia ahora a la FIG. 13, según una o más realizaciones, el sistema de filtración de dos fases 100 puede incluir además uno o más sensores 178 (por ejemplo, 178a y 178b) y un controlador 176, que se acopla funcionalmente a uno o más sensores 178. Los sensores pueden configurarse para medir una o más propiedades del sistema de filtración de dos fases y enviar estas mediciones al controlador 176. El controlador 176 puede acoplarse funcionalmente a uno o más componentes del sistema 100, como el conjunto de impulsión 170, el sistema de retrolavado 145, así como otros componentes, como bombas y válvulas (no mostrados en la FIG. 13). Por ejemplo, el controlador 176 también puede controlar una o más válvulas o bombas utilizadas en el sistema para controlar la ruta de los fluidos a través del sistema. El controlador 176 se configura para recibir medidas tomadas por los sensores 178 y para controlar uno o más componentes del sistema, como el conjunto de impulsión 170 y el sistema de retrolavado 145.
Según al menos un aspecto, el sistema puede incluir un sensor de nivel, como el sensor de nivel 178a que se coloca en la cubeta de entrada 130 de la carcasa 125 que aloja el filtro de tambor 105 y el filtro de disco 115. El sensor de nivel 178a se puede configurar para medir el nivel de aguas residuales 102 (agua afluente) en la cubeta de entrada 130 de la carcasa 125. En la FIG. 7B se muestra un nivel de agua máximo aproximado (es decir, un nivel predeterminado) para al afluente. El agua residual se introduce en la cubeta de entrada 130 a un caudal constante, lo que significa que el nivel del agua en la cubeta de entrada aumentará a medida que los sólidos se acumulen en las superficies del filtro de tambor 105 (es decir, la superficie de filtro 112 se obstruye más) y el filtro de disco 115. El sensor de nivel 178a puede tomar mediciones periódicas y enviar estas mediciones al controlador 176. Por lo tanto, cuando el nivel de agua en la cubeta de entrada 130 excede el nivel de agua predeterminado (por ejemplo, un nivel de agua como el que se muestra en la figura 7B), el controlador 176 puede enviar una o más señales al sistema que den como resultado la detención de un proceso de filtración y el inicio de un proceso de limpieza. Por ejemplo, el controlador 176 puede controlar un motor en el conjunto de impulsión 170 para hacer rotar el filtro de tambor 105 y el filtro de disco 115 a una velocidad más baja y controlar los rociadores en el sistema de retrolavado 145 para rociar fluido de limpieza sobre las superficies de filtro de cada uno del filtro de tambor 105 y el filtro de disco 115 como se describe anteriormente.
El uno o más sensores también pueden incluir uno o más sensores de parámetros que se configuran para medir otros parámetros del proceso además del nivel de afluente, que se ejemplifica en 178b en la FIG. 13. Por ejemplo, TSS, BOD, demanda química de oxígeno (COD), presión y/o uno o más caudales también pueden ser monitorizados por el controlador 176 y usados para controlar uno o más componentes del sistema sobre la base de las medidas tomadas por el uno o más sensores de parámetros.
Según al menos una realización, se proporciona un método para tratar aguas residuales que incluye introducir las aguas residuales (p. ej., 102) en una operación de filtración de primera fase que comprende un filtro de barrera (p. ej., 105) para producir aguas residuales filtradas (p. ej., 104) y luego introducir el agua residual filtrada en una operación de filtración de segunda fase que comprende un filtro de disco (p. ej., 115) para producir agua tratada (p. ej., 122). El método también puede incluir medir un nivel de aguas residuales introducidas en el filtro de barrera de la operación de filtración de primera fase y retrolavar una superficie de filtro del filtro de barrera basándose en el nivel medido de aguas residuales. En una realización, el filtro de barrera comprende un tambor rotatorio configurado para un flujo de fluido radialmente hacia dentro y el filtro de disco se configura para un flujo de fluido radialmente hacia fuera.
Ejemplos
Los siguientes ejemplos ilustran adicionalmente la invención y no pretenden limitar el alcance de la divulgación.
Ejemplo 1: Filtración terciaria de dos fases con filtro de tambor de 200 micrómetros
Se reconfiguro una planta piloto que contiene dos discos de filtro Forty-X™ para incluir un filtro de tambor como se muestra en la FIG. 14. El filtro de tambor se añadió a la caja de afluente (consulte la FIG. 14) que típicamente se usa para medir el nivel de agua afluente a medida que el filtro de disco captura los sólidos. Esta ubicación también permite que el filtro de tambor se selle en una placa para evitar fugas de agua afluente al agua filtrada. Cada filtro de disco en la planta piloto tenía 2,19 m (7,2 pies) de diámetro e incluía medios de filtro de panel plisado de 10 o 20 micrómetros.
En la FIG. 15 se muestra un esquema de la colocación de la planta piloto dentro de una planta existente de tratamiento de aguas residuales (es decir, sitio de prueba). El sitio de prueba incluía un proceso de tratamiento secundario que consistía en un reactor biológico Orbal® (Evoqua Water Technologies) seguido de clarificadores Tow-Bro® (Evoqua Water Technologies) que proporcionaron una clarificación secundaria. El sitio de prueba también incluyó un proceso de tratamiento terciario que consistió en dos filtros de disco Hydrotech™ (disponibles de Veolia) instalados en una configuración paralela. La planta piloto se configuró para tomar el afluente designado originalmente para el segundo filtro de disco existente, de modo que el efluente del clarificador secundario se proporcionara como afluente a la planta piloto, como se muestra en la FIG. 15.
Inicialmente se instaló una pantalla de 200 micrómetros en el filtro de tambor. El filtro de tambor logró atrapar sólidos grandes y desechos y evitar que estos artículos entraran al filtro de disco, que estaba equipado con medios de filtro de 10 micrómetros. Después de cuatro meses de uso, el filtro de tambor no mostró signos de desgaste. Datos de TSS (consúltese el eje y izquierdo de la FIG. 16) tomados durante un período aproximado de 11 días de la corriente afluente (es decir, agua residual 102, etiquetada como "TSS afluente") y el efluente del filtro de disco (es decir, 122, etiquetado como "TSS efluente") se muestra en la FIG. 16. Con un caudal promedio aproximado de aproximadamente 210 gpm, los valores de TSS del afluente oscilaron entre 7 y 22 mg/L y los valores de TSS del efluente fueron, en promedio, inferiores a 5 mg/L. También se tomaron medidas de TSS y demanda bioquímica de oxígeno (DBO) de ambas corrientes de rechazo (es decir, sólidos capturados por el filtro de tambor y sólidos capturados por el filtro de disco) y se muestran a continuación en la Tabla 1. Los resultados de esta prueba indican que el filtro de tambor puede aliviar parte de la carga de TSS del filtro de disco. Por ejemplo, ambos filtros eliminaron los TSS de las aguas residuales, como se indica en la Tabla 1.
Tabla 1: datos de flujo de rechazo terciario de filtros de tambor de 200 micrómetros y de disco de 10 micrómetros
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Ejemplo 2 - Filtración terciaria de dos fases con filtro de tambor de 75 micrómetros
El experimento del filtro de tambor de 200 micrómetros discutido anteriormente en el Ejemplo 1 dio como resultado una pérdida de carga mínima a través del filtro de tambor en aplicaciones de tratamiento terciario y primario (los resultados del tratamiento primario se discuten más adelante). Se probaron filtros de tambor que tenían pantallas con diversos tamaños de aberturas que oscilaban entre 25 micrómetros y 220 micrómetros. Los resultados (no mostrados) de las pruebas cronometradas de extracción y turbidez indicaron que una pantalla de 75 micrómetros produjo los mejores resultados.
Luego se instaló un material de filtro de 75 micrómetros en el filtro de tambor y se inició un proceso de filtración terciaria de dos fases con un filtro de disco de panel plisado de 10 micrómetros. La FIG. 17 incluye datos similares a los que se muestran en la FIG. 16 tomados durante un período aproximado de 24 días. El caudal fue mayor, con valores que fluctuaron en un intervalo de aproximadamente 222 gpm a aproximadamente 436 gpm, y los valores de TSS del afluente fueron casi los mismos que en el Experimento 1. Nuevamente, los valores de TSS del efluente fueron, en promedio, inferiores a 5 mg/L. Se tomaron medidas de TSS y DBO de ambas corrientes de rechazo y se muestran a continuación en la Tabla 2. Los resultados de esta prueba reconfirman que el filtro de tambor alivia al menos una parte de la carga de TSS del filtro de disco. El mayor caudal también produjo una mayor concentración de sólidos atrapados por ambos filtros (en comparación con los resultados de la Tabla 1).
Tabla 2: datos de la corriente de rechazo terciario del tambor de 75 micrómetros y el filtro de disco de 10 micrómetros
Figure imgf000013_0001
Ejemplo 3 - Filtración primaria de dos fases con filtro de tambor de 200 micrómetros
Con el fin de probar la planta piloto en una aplicación de tratamiento primario, se instaló una bomba de basura a gas en la corriente afluente sin tratar que alimentaba el sitio de prueba. La bomba era capaz de alcanzar caudales de afluente de hasta 130 gpm y se utilizó una bomba secundaria para complementar el caudal hasta 400 gpm.
Se combinó un filtro de tambor de 200 micrómetros con dos filtros de disco de diferentes tamaños. El primer filtro de disco probado fue un filtro de disco de panel plisado de 10 micrómetros y se realizó una filtración primaria de dos fases usando esta configuración durante aproximadamente 6 días. La FIG. 18A es un gráfico que muestra los resultados de medición de TSS (eje y derecho) y DBO (eje y izquierdo) tomados de las corrientes de afluente y efluente, así como el caudal, que osciló entre 49 y 98 gpm. El segundo filtro de disco que se probó estaba equipado con un panel plano de acero inoxidable de 25 micrómetros y también se probó durante un período aproximado de 9 días. Los resultados de medición de TSS y DBO de las corrientes de afluente y efluente se muestran en el gráfico de la FIG. 18B, así como el caudal, que osciló entre 92 y 415 gpm.
Los resultados mostrados en las Figs. 18A y 18B indican una eliminación promedio del 55 % de la DBO afluente y del 85 % de los niveles de TSS de afluente. Los valores de TSS y DBO de efluente son similares a los que se logran sin un filtro de tambor que funcione como un proceso de filtración de primera fase, pero el proceso de filtración de dos fases permite que el filtro de disco funcione de manera más continua sin obstruirse inmediatamente y tener que desconectarse y limpiarse. El filtro de tambor como prefiltro o proceso de filtración de primera fase también aumenta la capacidad del sistema cuando los valores de TSS de afluente son muy altos.
Los datos combinados de TSS de afluentes y efluentes de los tres ejemplos también se muestran en la FIG. 17
Habiendo descrito así diversos aspectos de al menos un ejemplo, se apreciará que a los expertos en la técnica se les ocurrirán fácilmente diversas alteraciones, modificaciones y mejoras. Por ejemplo, los ejemplos descritos en esta memoria también pueden usarse en otros contextos. Dichas alteraciones, modificaciones y mejoras pretenden ser parte de esta divulgación y están destinadas a estar dentro del alcance de los ejemplos discutidos en esta memoria. En consecuencia, la descripción y los dibujos anteriores son únicamente a modo de ejemplo.
Lo que se reivindica es:

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de filtro para filtrar aguas residuales, comprendiendo el dispositivo de filtro:
un filtro de tambor (105) que incluye un tambor rotatorio (110) con una superficie de filtro (112) que tiene un primer lado (114a) que mira hacia el interior del tambor y un segundo lado (114b) que mira hacia el exterior del tambor rotatorio (110) y que es conectable para transmisión de fluidos con una fuente de aguas residuales; y
un filtro de disco (115) que tiene una entrada (150) conectada para transmisión de fluidos con el primer lado de la superficie de filtro del tambor rotatorio (110); en donde, el filtro de disco (115) incluye una pluralidad de miembros de filtro en forma de disco (115, 117) unidos a un tambor central (119) que se configuran para recibir aguas residuales filtradas (104) que pasan a través de la superficie de filtro del filtro de tambor (105) y filtrar las aguas residuales filtradas; en donde la entrada (150) del filtro de disco (115) se conecta para transmisión de fluidos con un interior del tambor central (119) del filtro de disco (115).
2. El dispositivo de filtro de la reivindicación 1, en donde el tambor rotatorio (110) del filtro de tambor (105) y el tambor central (119) del filtro de disco (105) se posicionan a lo largo de un eje longitudinal común (120).
3. El dispositivo de filtro de la reivindicación 2, en donde el tambor rotatorio (110) del filtro de tambor (105) se acopla al tambor central (119) del filtro de disco (115).
4. El dispositivo de filtro de la reivindicación 3, que comprende además una carcasa (125) que rodea al menos parcialmente el filtro de tambor (105) y el filtro de disco (115), teniendo la carcasa una cubeta de entrada (130) conectable para transmisión de fluidos con las aguas residuales y conectado con el segundo lado de la superficie de filtro del filtro de tambor rotatorio, una cubeta de salida (135) conectable para transmisión de fluidos con el producto filtrado, y una placa de sellado (126) configurada para separar la cubeta de entrada de la cubeta de salida.
5. El dispositivo de filtro de la reivindicación 4, que comprende además una cubeta de recogida de filtro de tambor (140) conectada para transmisión de fluidos con el exterior del tambor rotatorio (110).
6. El dispositivo de filtro de la reivindicación 5, que comprende además un sistema de retrolavado (145) que comprende:
una primera pluralidad de boquillas de rociado (147) configuradas para rociar producto filtrado (122) sobre la pluralidad de miembros de filtro en forma de disco;
una cubeta de retrolavado de filtro de disco (142) configurada para recoger el producto filtrado retrolavado de la pluralidad de miembros de filtro en forma de disco; y
una segunda pluralidad de boquillas de rociado (149) configuradas para rociar producto filtrado sobre el primer lado de la superficie de filtro del tambor rotatorio (110), en donde la cubeta de recogida de filtro del tambor se configura para recoger el retrolavado de la superficie de filtro del tambor rotatorio (110).
7. El dispositivo de filtro de la reivindicación 1, en donde la superficie de filtro del filtro de tambor (105) tiene aberturas con un diámetro en un intervalo de aproximadamente 20 micrómetros a aproximadamente 800 micrómetros.
8. El dispositivo de filtro de la reivindicación 7, en donde la superficie de filtro del filtro de tambor comprende uno de material de pantalla de alambre en cuña o material de medios de filtro tejido.
9. El dispositivo de filtro de la reivindicación 7, en donde la pluralidad de miembros de filtro en forma de disco incluye medios de filtro con aberturas que tienen un diámetro en un intervalo de aproximadamente 6 micrómetros a aproximadamente 300 micrómetros.
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