ES2932676B2 - Procedimiento de generacion de microburbujas - Google Patents

Procedimiento de generacion de microburbujas

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Description

DESCRIPCIÓN
PROCEDIMIENTO DE GENERACION DE MICROBURBUJAS
OBJETO DE LA INVENCIÓN
El objeto de la invención se refiere a un procedimiento de generación de microburbujas mediante una boquilla en la que se introduce agua a baja presión (1,5 bar - 6 bar), sin necesidad de saturadores de aire ni compresores, suponiendo un coste energético bajo en estaciones de tratamiento de aguas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La eficiencia energética y la sostenibilidad cada vez tiene mayor importancia en las operaciones de tratamiento de aguas.
Las aguas superficiales, marinas y residuales contienen sólidos en suspensión, contaminantes disueltos y suspendidos, los cuales deben ser separados para que el agua potable o vertida cumpla estrictamente con las regulaciones gubernamentales.
Tecnologías encaminadas a mejorar la calidad final de las aguas residuales y potables han sido materia de continua investigación, un ejemplo de ello es la flotación, una operación utilizada para separar sólidos y líquidos inmiscibles suspendidos en una fase líquida.
Una de esas tecnologías se basa en el empleo de instalaciones que utilizan la flotación por aire disuelto o tecnología DAF (Dissolved Air Flotation) como etapa del proceso de tratamiento de aguas. La tecnología de flotación de aire disuelto o DAF es un método efectivo para la eliminación de sólidos de baja densidad o aceites y grasas que la sedimentación no puede eliminar en aplicaciones como el tratamiento de agua para consumo, agua de proceso y aguas residuales.
La flotación de sólidos se obtiene introduciendo finas burbujas, generalmente de aire, en la fase líquida, a través de unas boquillas generadoras de microburbujas. Las microburbujas se crean por cavitación del aire que previamente se ha disuelto en una corriente de agua tratada por el DAF y recirculada (del 8 al 15%) en un saturador.
La mezcla de aire/agua presurizada se envía a través de una serie de filas de boquillas o unos inyectores especiales, dependiendo del tipo de tecnología DAF. Para algunas aplicaciones, el nitrógeno es empleado como gas de flotación en vez de aire.
La diferencia de presión repentina a ambos lados de la boquilla precipita el aire de la solución y crea microburbujas, que se adhieren a los sólidos y los hacen flotar hasta la superficie de la zona de flotación. El agua sin sólidos se recolecta en la parte inferior del DAF
La fuerza de empuje generada hace que las partículas suban a la superficie donde pueden ser eliminadas con facilidad.
Al chocarse y adherirse finas burbujas a las partículas, decrece la densidad efectiva del aglomerado resultante y aumenta su diámetro efectivo. El resultado neto es que las partículas se elevan rápidamente hasta la superficie del fluido. Al igual que para las partículas, este fenómeno también se aplica a las gotas de fluidos inmiscibles en el agua que se encuentran suspendidas en el fluido.
El lodo formado por los sólidos en la parte superior del tanque es eliminado de forma hidráulica en una represa fija al subir el nivel del agua a un intervalo predeterminado o de forma mecánica con un rascador.
La flotación consta de varias etapas para que el proceso se lleve a cabo, siendo estas etapas las siguientes:
- Generación y distribución de microburbujas en el agua a tratar.
- Colisión entre las microburbujas y las partículas suspendidas en el agua.
- Contacto interfacial del sistema partícula/burbuja.
- Arrastre de otras partículas que se encuentran en la trayectoria de los aglomerados que ya se han formado.
- Ascenso del aglomerado a la superficie donde debe eliminarse.
La flotación por aire disuelto o DAF se produce con una dispersión de finas burbujas de aire al reducir drásticamente la presión de una corriente saturada con aire. El contenido de sólidos en suspensión es bajo y las concentraciones de flóculos entre 5 y 50 mg/l, como, por ejemplo, en la producción de agua potable, para el pretratamiento en la desalinización de agua de mar o para tratamientos para la reutilización de aguas depuradas.
Las instalaciones que llevan a cabo este proceso requieren de un compresor y un saturador, que es una cámara presurizada con sistema de recirculación para forzar el aire que va a disolverse hasta saturar la fase acuosa.
La corriente, rica en aire disuelto es llevada al DAF, donde se provoca una disminución controlada de presión para que el aire liberado genere microburbujas.
En un proceso de flotación por aire disuelto o DAF los valores típicos del tamaño de burbuja generado oscilan entre 10 y 100 micrómetros, siendo el proceso bastante costoso pues requiere el uso de un compresor que genere en el aire una presión cuyos valores se encuentran entre 5 y 8 bar
Además, se necesita una cámara presurizada con recirculación y un sistema para controlar la presión al liberar la corriente de agua saturada, lo que supone un encarecimiento de la instalación para tratamiento de agua.
Las boquillas generadoras que se incluyen en este tipo de instalación DAF presentan problemas en cuanto al tamaño de microburbujas y la relación existente entre dicho tamaño y la presión de trabajo tanto de columna de agua como presión propia de agua de la operación.
Por otro lado, las boquillas generadoras convencionales no son escalables para soportar diferentes condiciones de trabajo, estableciendo un tipo de boquilla generadora concreto para unas condiciones de trabajo determinadas.
Adicionalmente, algunas de las boquillas generadoras de microburbujas presentan problemas de obstrucción debido a que la introducción de la corriente de aire en la boquilla se realiza a través de capilares susceptibles de obstrucción por agua o partículas arrastradas en el sistema. Este tipo de obstrucciones impiden totalmente el funcionamiento de las boquillas generadoras de microburbujas.
Además, algunas de las boquillas generadoras de microburbujas basadas en la introducción de aire mediante capilares no pueden suministrar diferentes caudales de aire sin variar las condiciones de operación o los consumos y, por tanto, presentan menos flexibilidad para adaptarse a las condiciones de operación requeridas por cada tipo de agua.
Este tipo de boquillas basadas en la introducción de aire mediante capilares actualmente no son aplicables a plantas industriales con altos caudales de tratamiento debido a los limitados caudales de agua y de aire con los que operan.
El documento DE19950600A1 describe un dispositivo para gasear líquidos y suspensiones que comprende un tubo de alimentación de sección constante para el líquido a gasear desembocando en una cámara intermedia plana vertical que forma placas paralelas; y una conexión neumática con el aire exterior formada en la zona de la abertura del tubo de alimentación, de modo que en las placas están previstas aberturas, a través de las cuales se aspira aire gaseoso a través de una conexión, distribuyéndose el aire en finas burbujas. del tamaño requerido.
El documento US4743408A divulga un dispositivo para introducir continuamente un gas en un líquido, en relación con una operación de flotación, una unidad de destintado o similar. El líquido sale de una ranura anular sin fin que no tiene ningún obstáculo interno, como paredes delimitadoras o similares, y después de absorber el gas fluye hacia un difusor radial, del que sale el líquido enriquecido con burbujas de gas. , sale al recipiente de tratamiento del aparato. Por lo tanto, para un tanque de tratamiento de sección circular es suficiente un único dispositivo de gasificación que esté dispuesto centralmente cerca del fondo. Opcionalmente se puede generar un flujo turbulento mediante una desviación adecuada en la zona del difusor o en la cámara para el líquido, que está situada delante de la rendija anular.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El procedimiento de generación de microburbujas, objeto de la invención, permite eliminar elementos como el compresor y el saturador de una instalación de tratamientos de agua que emplea técnicas de flotación por aire disuelto o DAF, disminuyendo los costes de instalación, operación y mantenimiento del proceso.
En el procedimiento de generación se utiliza una boquilla que está destinada a localizarse inmersa en el interior de un tanque de agua de una instalación DAF, pero también en otros procesos de tratamiento de aguas que requieran la generación de burbujas o microburbujas, como desgrasadores, flotadores o biorreactores, y es utilizada para la producción de microburbujas que ayudará a separar las partículas sólidas y contaminantes del agua a tratar.
La boquilla generadora de microburbujas comprende un cuerpo principal con una primera entrada en la superficie superior; y con una segunda entrada en la pared lateral, pudiendo ser ambas entradas orificios roscados.
La primera entrada está destinada a recibir una primera conexión vinculada a un conducto por el que circula una corriente de agua y la segunda entrada está destinada a recibir una segunda conexión que, adicionalmente, se encuentra vinculada a un conducto por el que circula una corriente de aire o gas. Ambas corrientes, la corriente de agua y la corriente de aire o gas provienen de la instalación de la que forma parte la boquilla generadora de microburbujas.
Asimismo, la segunda entrada está localizada en un rebaje lateral realizado en el cuerpo principal, de forma que la entrada de aire o gas al interior del cuerpo principal sea lo más estanca posible y sobre una superficie plana, sin pérdidas de cantidad de aire o variación de presión, ya que, si la segunda entrada estuviera localizada en la pared lateral del cuerpo principal directamente, debido a la curvatura de la superficie de dicha pared, existirían holguras por donde podría haber pérdidas de cantidad o presión de la corriente de aire que se introduce en la boquilla.
La cantidad de aire que recibe la boquilla generadora de microburbujas es regulable mediante el empleo de una válvula de regulación de aire que puede localizarse en cualquier punto de la instalación, antes de la boquilla generadora.
La boquilla generadora de microburbujas funciona sin la presencia de capilares, evitando obstrucciones debidas a los mismos, y pudiendo trabajar en un intervalo muy amplio de condiciones de operación manteniendo su rendimiento y pudiéndose adaptar a diferentes tipos de agua a tratar.
Adicionalmente, la boquilla generadora comprende una galga situada en la parte inferior del cuerpo principal y unida a él mediante elementos de fijación, creando una separación entre la galga y el cuerpo principal, abarcando dicha separación desde 0,3 milímetros hasta 5 milímetros y permitiendo escalar la boquilla a condiciones operativas variables de presión y velocidad de corriente de aire y agua.
La separación formada por la unión entre la galga y el cuerpo principal es denominada "zona de contacto aire-agua” en donde entran en contacto el aire y el agua que circulan por el interior del cuerpo principal y que está destinado tras ese contacto a la producción de microburbujas.
La boquilla generadora de microburbujas comprende a su vez un primer conducto que se localiza en el interior del cuerpo principal, que parte de la primera entrada y comunica con la zona de contacto aire-agua, destinado a dirigir la corriente de agua entrante al interior del cuerpo principal hasta la zona de contacto aire-agua, lugar en el que desemboca dicho primer conducto.
Por otro lado, en el interior del cuerpo principal se localiza un segundo conducto que parte de la segunda entrada y que está destinado a hacer circular el aire por el interior de dicho cuerpo principal.
En el interior del cuerpo principal, además, un anillo interno hueco de sección diametral es situado envolviendo el primer conducto y recibiendo al segundo conducto. Dicho anillo está destinado a distribuir proporcionalmente la cantidad de aire que recibe desde el segundo conducto y comprende unos terceros conductos que desembocan en la zona de contacto aireagua, destinados a dirigir el aire que circula por el anillo interno mencionado hacia la zona de contacto de forma distribuida, produciéndose las microburbujas en esa zona de contacto aireagua, distribuyéndose en el tanque donde se encuentra inmersa la boquilla
Finalmente, la boquilla generadora de microburbujas genera burbujas con un tamaño de incluso 50 micrómetros sin emplear saturador ni un compresor en la instalación de tratamiento de aguas DAF, sólo introduciendo agua a una presión que abarca desde 1,5 bar hasta 6 bar, optimizando el proceso de separación de sólidos del agua mediante flotación al eliminar elementos de la instalación que pueden ocasionar fallos durante el proceso.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1 - Muestra una vista en perspectiva de la boquilla generadora de microburbujas.
Figura 2 - Muestra una vista seccionada de la boquilla generadora de microburbujas.
Figura 3 - Muestra una vista en perspectiva de la boquilla generadora de microburbujas con incorporación de algunas conexiones.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Se describe, a continuación, con ayuda de las figuras 1, 2 y 3, una realización preferente de la boquilla empleada en el procedimiento generador de microburbujas de la invención.
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de la boquilla generadora de microburbujas destinada a estar inmersa en un tanque de agua de una instalación de tratamiento de aguas, comprendiendo dicha boquilla generadora de microburbujas un cuerpo principal (1) con una primera entrada (11) en la superficie superior de dicho cuerpo principal (1) y una segunda entrada (12) localizada en un rebaje lateral (10) de la pared lateral del cuerpo principal (1), siendo ambas entradas (11, 12) orificios roscados.
La Figura 2 muestra una vista seccionada de la boquilla generadora, donde en el interior del cuerpo principal (1) un primer conducto (4) parte de la primera entrada (11) y un segundo conducto (5) que parte de la segunda entrada (12), circulando por el interior de dicho primer conducto (4) la corriente agua proveniente del conducto de agua de la instalación que desemboca en la primera conexión (2); y circulando por el segundo conducto (5), la corriente de aire proveniente del conducto de aire de la instalación que desemboca en la segunda conexión (3).
Por otro lado, el anillo hueco (6) está localizado envolviendo al primer conducto (4) y recibiendo transversalmente al segundo conducto (5); comprendiendo adicionalmente dicho anillo hueco (6) unos terceros conductos (7) por los que circula el aire que se ha distribuido proporcionalmente en el interior del anillo hueco (6).
La boquilla generadora de microburbujas adicionalmente comprende una galga (8) que se sitúa en la parte inferior del cuerpo principal (1), unida a dicho cuerpo principal (1) mediante elementos de fijación creando una separación (9) donde desemboca el primer conducto (4) y los terceros conductos (7); y que está destinada dicha separación (9) a producir las microburbujas debido al contacto entre el agua y el aire proveniente de los conductos (4, 7) y expulsar las microburbujas mencionadas en el interior de un tanque de agua de la instalación de tratamiento de aguas donde se encuentra inmersa la boquilla para conseguir la separación de sólidos mediante flotación.
Finalmente, la Figura 3 muestra una vista en perspectiva de la boquilla generadora de microburbujas y como la primera y segunda entrada (11, 12) están destinadas a recibir a una primera conexión (2) y a una segunda conexión (3) respectivamente. La primera conexión (2) comunica con un conducto por el que circula una corriente de agua y la segunda conexión (3) comunica con un conducto por el que circula aire o gas.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. - Procedimiento de generación de microburbujas en tanques de agua para instalaciones de tratamiento de agua por tecnología DAF, mediante la inmersión de boquillas generadoras de microburbujas en dichos tanques de agua, caracterizado por que dichas boquillas comprenden:
- un cuerpo principal (1) que, a su vez, comprende al menos una primera entrada (11) en una superficie superior de dicho cuerpo principal (1) y al menos una segunda entrada (12) en una pared lateral del cuerpo principal (1),
- un primer conducto (4) que parte de la primera entrada (11) destinado a conducir una corriente de agua por el interior del cuerpo principal (1),
- un segundo conducto (5) que parte de la segunda entrada (12) destinado a conducir una corriente de gas por el interior del cuerpo principal (1), previamente controlada dicha corriente de gas por una válvula de regulación de gas,
- un anillo hueco (6) de sección diametral que se localiza en el interior del cuerpo principal (1) envolviendo al primer conducto (4) y que recibe transversalmente al segundo conducto (5), estando destinado dicho anillo hueco (6) a distribuir el gas de forma equitativa y que, a su vez, comprende unos terceros conductos (7) que están destinados a dirigir el gas que circula por el anillo hueco (6) de forma equitativa, y - una galga (8) posicionada en la zona inferior al cuerpo principal (1), unida a dicho cuerpo principal (1) mediante elementos de fijación y que crea una separación (9) donde desembocan el primer conducto (4) y los terceros conductos (7),
y también por que el procedimiento comprende las siguientes etapas:
a) inyectar agua por el primer conducto (4);
b) inyectar una corriente de gas de flotación por el segundo conducto (5);
c) controlar dicha corriente de gas de flotación mediante una válvula de regulación de gas localizada en un punto de la instalación antes de la segunda entrada (12) de la boquilla;
d) producir las microburbujas en dicha separación (9) por el contacto entre el gas de flotación y el agua provenientes de los conductos y expulsar las microburbujas hacia el interior del tanque de agua.
2. El procedimiento de generación de microburbujas de la reivindicación 1, donde el gas de flotación es aire.
3. El procedimiento de generación de microburbujas de la reivindicación 1, donde el gas de flotación es nitrógeno.
4. - El procedimiento de generación de microburbujas de la reivindicación 1 donde, para mejorar la estanqueidad, la segunda entrada (12) se ubica en un rebaje lateral (10) del cuerpo principal (1).
5. - El procedimiento de generación de microburbujas de la reivindicación 1 donde la primera entrada (11) y la segunda entrada (12) son orificios roscados.
6. - El procedimiento de generación de microburbujas según la reivindicación 1 donde la primera entrada (11) recibe la primera conexión (2) de un conducto por el que circula la corriente de agua y la segunda entrada (12) recibe la segunda conexión (3) de un conducto por el que circula la corriente de aire o gas previamente regulado.
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