ES2962456T3 - Instalación para el tratamiento del agua por floculación lastrada y decantación integradas, y procedimiento correspondiente - Google Patents

Instalación para el tratamiento del agua por floculación lastrada y decantación integradas, y procedimiento correspondiente Download PDF

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Hervé Paillard
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Abstract

Planta de tratamiento de agua que comprende: medios (1) para suministrar agua para su tratamiento, donde dicha agua ha sido coagulada previamente, un dispositivo de floculación-decantación (11) con medios (5) para dispensar al menos un reactivo floculante, medios (6) para dispensar al menos un lastre, medios (20d) para extraer los lodos de decantación, medios (9) para descargar el agua tratada, medios (14) para separar dicho lastre contenido en los lodos lastrados, y medios (8) para reciclar el lastre así limpiado regresa al dispositivo de floculación-decantación (11), caracterizado porque: dicho dispositivo de floculación-decantación (11) tiene un único tanque (12) en cuya parte inferior se encuentra un mecanismo de agitación (13).) está dispuesto; en el que dicho tanque único (2) comprende listones (10) en su parte superior; y dichos listones están separados del mecanismo de agitación (13) por una distancia "d" que está entre aproximadamente 0,5 metros y aproximadamente 3 metros. La invención también se refiere a un método que utiliza dicha planta. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
instalación para el tratamiento del agua por floculación lastrada y decantación integradas, y procedimiento correspondiente
Campo de la invención
La invención se refiere al campo del tratamiento físico-químico del agua.
Más en particular, la invención se refiere a una técnica para tratar agua contaminada, tal como agua potabilizable, aguas residuales municipales e industriales, agua de lluvia o agua de mar, y para eliminar el contenido de sólidos en suspensión de dicha agua, así como, según corresponda, su turbidez, concentración de algas, contenido de materia orgánica y color.
La invención se utiliza, en particular, para tratar el agua con el fin de potabilizarla, pero también para tratar las aguas residuales municipales o industriales con el fin de purificarlas.
Técnica anterior
Entre las técnicas fisicoquímicas de tratamiento del agua conocidas por los expertos en la materia, se utilizan con mucha frecuencia las que implican una etapa de coagulación, una etapa de floculación y una etapa de decantación de flóculos.
Para aumentar el rendimiento de estas técnicas, la etapa de floculación se ve asistida por la adición de un material de lastrado. En la práctica, la decantación de flóculos lastrados consiste en añadir un lastre, por ejemplo microarena, durante la etapa de floculación para aumentar la densidad de los flóculos y acelerar la velocidad de decantación. Por lo general, el lastre se recicla tras separarse del lodo de decantación. El documento EP 0932436 muestra un sistema en el que las etapas de floculación y decantación se llevan a cabo en un único tanque.
Por la patente FR2627704B1 se conoce un procedimiento de tratamiento de agua que comprende una etapa de coagulación, una etapa de floculación lastrada y una etapa de separación de flóculos por decantación. Esta técnica incluye el reciclado del lastre mediante hidrociclonado del lodo.
Un procedimiento de este tipo permite eliminar la materia orgánica contenida en el agua, pero requiere un reactor de coagulación, un reactor de floculación y un tanque de decantación. Por lo tanto, el espacio ocupado de las instalaciones correspondientes es grande, pese a que a menudo se requiere que estén cerca del efluente, no lejos de él, o en un entorno urbano donde el espacio disponible para este tipo de instalaciones es limitado y caro.
Por consiguiente, existe la necesidad real de reducir el espacio ocupado de estas instalaciones de tratamiento de agua. Además, en las instalaciones del tipo descrito en el documento FR267704B1, es necesario raspar continuamente el lodo decantado y, en algunos casos, empujarlo hacia una tolva para su extracción. El uso de rascadores y, si es necesario, de tolvas, complica la construcción de estas instalaciones y aumenta su coste.
Otra desventaja de las instalaciones de la técnica anterior es que los hidrociclones utilizados para reciclar el lastre consumen mucha energía. Además, su eficacia disminuye con el diámetro de las partículas a separar, lo que puede dar lugar a importantes pérdidas de lastre. Por lo tanto, existe la necesidad real de mejorar el rendimiento del reciclado del lastre en este tipo de procedimiento.
Objetivos de la invención
El objetivo de la invención es proponer una instalación para el tratamiento del agua por floculación y decantación con flóculos lastrados que alivie al menos algunos de los inconvenientes de la técnica anterior mencionados anteriormente. En particular, un objetivo de la presente invención es proponer una instalación de este tipo que pueda ocupar menos espacio que las instalaciones de la técnica anterior, con capacidades de tratamiento equivalentes.
Otro objetivo de la presente invención es proponer una instalación de este tipo cuya utilización suponga una mejora del rendimiento de la separación líquido-sólido.
Otro objetivo de la presente invención es proponer una instalación de este tipo que pueda adaptarse a diferentes caudales de tratamiento y/o a diferentes calidades de agua a tratar.
Otro objetivo de la presente invención es describir una instalación de este tipo que permita evitar las fugas de lastre durante el reciclado del mismo.
Otro objetivo de la presente invención es proponer un procedimiento que utilice una instalación de tratamiento de agua de este tipo.
Descripción de la invención
Todos o algunos de estos objetivos se logran mediante la invención, que se refiere a una instalación para el tratamiento de agua, que comprende:
medios de conducción de agua previamente coagulada que se va a tratar,
un dispositivo de floculación-decantación provisto de medios de distribución de al menos un reactivo floculante, medios de distribución de al menos un lastre, medios de extracción de lodo de decantación, medios de evacuación de agua tratada,
medios de separación de dicho lastre contenido en el lodo lastrado,
y medios de reciclado de dicho lastre limpiado de este modo hacia dicho dispositivo de floculaciónsedimentación,
caracterizada por que:
dicho dispositivo de floculación-decantación comprende un único tanque en cuya parte inferior está dispuesto un agitador;
la parte superior de dicho único tanque está provista de láminas;
dichas láminas están separadas de dicho agitador en una distancia "d" comprendida entre aproximadamente 0,5 metros y aproximadamente 3 metros.
El agua a tratar se coagula previamente, bien inyectando coagulante en la tubería de conducción de agua, bien en un reactor previsto corriente arriba de la instalación.
Cuando se utiliza este tipo de instalación, la floculación y la decantación del agua están integradas en el sentido de que se realizan en el mismo compartimento, es decir, en el tanque único que contiene el agitador.
En comparación con las instalaciones de la técnica anterior, en las que la floculación se lleva a cabo en un tanque y la decantación en otro, el espacio ocupado por la instalación de acuerdo con la invención es, por tanto, menor. El dispositivo de floculación-decantación de acuerdo con la invención permite así agrupar la etapa de floculación lastrada y la etapa de decantación durante su implementación, y reducir así significativamente el tamaño de la instalación necesaria para esta implementación.
Cuando se utiliza una instalación de este tipo, la floculación tiene lugar en la parte inferior del tanque equipado con el agitador. En esta parte, el agitador pone en estrecho contacto el lastre, el polímero y el agua coagulada, lo que da lugar a la formación de agregados (flóculos) apelmazados por el lastre.
La separación entre estos flóculos y el agua se produce en la zona comprendida entre las palas del agitador y las láminas. La distancia "d" que separa estos dos elementos, comprendida de acuerdo con la invención entre aproximadamente 0,5 metros y aproximadamente 3 metros, está diseñada para crear durante la implementación de la instalación una zona en la que el agua no es agitada o es muy poco agitada por el agitador. Esta zona tranquila favorece la separación de la materia sólida, compuesta de lastre y lodo, del resto del agua. La distancia "d" se entiende aquí como la distancia entre el plano horizontal que contiene el borde inferior de las láminas y el plano horizontal que contiene la parte superior del agitador (excluyendo el eje vertical y el motor).
También de acuerdo con la invención, la parte superior del tanque está provista de láminas fijas o giratorias montadas paralelamente entre sí. Preferentemente, estas láminas están inclinadas en un ángulo formado por las láminas y el plano horizontal comprendido entre 15° y 60°. Estas láminas permiten crear una barrera física para las partículas finas que no se han floculado y generan una caída de presión que garantiza una distribución equitativa entre las aberturas del conjunto laminar. Preferentemente, estas láminas se organizan en un conjunto laminar con una altura H comprendida entre 0,3 metros y 1,4 metros.
Cabe señalar que la instalación de acuerdo con la invención no requiere un rascador de lodo en la parte inferior del tanque.
En la práctica, el lastre se elige entre arena, microarena, granate, ilmenita y cualquier otro material granular con una densidad real superior a 2,3 toneladas/m3. La adición de un lastre de este tipo aumenta la densidad de los flóculos y acelera su velocidad de decantación. El término "lodo lastrado" se refiere al lodo de decantación mezclado con lastre. De acuerdo con una variante de la instalación de la invención, dichos medios de separación de dicho lastre contenido en dicho lodo lastrado incluyen una bomba y un dispositivo de separación, siendo dicha bomba capaz de conducir dicho lodo lastrado al interior de dicho dispositivo de separación.
De acuerdo con otra variante, estos medios incluyen medios de inyección de aire en dicho lodo lastrado y un dispositivo de separación.
Dichos medios de inyección de aire constituyen una elevación por aire al inyectar burbujas de aire en una tubería vertical para evacuar el lodo lastrado. Esta elevación por aire favorece el arrastre del lastre gracias a las burbujas y limpia el lastre gracias a los movimientos creados por las burbujas, generando la abrasión del aglomerado formado a su alrededor, lo que permite separar el lastre del resto del lodo.
Preferentemente, dicho dispositivo de separación de lodo y lastre comprende un mezclador con palas o un dispositivo similar que gira a gran velocidad asociado a un pequeño decantador. El mezclador de alta velocidad permite disociar el lastre del resto del lodo, lo que puede haber comenzado ya durante el transporte del lodo lastrado hacia el dispositivo de separación mediante elevación por aire. El pequeño decantador permite recoger el lastre en su parte inferior y el lodo flotante en su parte superior. La flotación del lodo puede mejorarse inyectando un fluido, tal como aire. Este lodo, separado del lastre, se extrae para su tratamiento específico.
El agitador instalado en el tanque único puede adoptar diversas formas. De manera ventajosa, comprende unas palas montadas de manera que giran sobre un eje vertical. De acuerdo con un modo particularmente interesante, dicho agitador comprende también una guía de flujo cilíndrica dispuesta alrededor de las dichas palas.
Cuando se utiliza un agitador de este tipo, el agua circula por el interior del tubo de guiado de flujo de arriba abajo, y por el exterior del mismo de abajo arriba. Esto permite optimizar la mezcla del agua con el floculante y el lastre. De acuerdo con otra variante interesante de la invención, dicho agitador comprende también un obstáculo estático colocado en el fondo del tanque centrado globalmente alrededor de dicho eje en la prolongación del agitador, teniendo dicho obstáculo estático una superficie externa que presenta, en un plano que pasa por el eje, una dimensión transversal externa que aumenta cuando las palas se alejan paralelamente a dicho eje, con una pendiente con respecto a este eje que es constante o creciente. La mezcla es arrastrada a lo largo de este eje hacia el obstáculo estático, imponiendo trayectorias generalmente en forma de U que permiten que el agua ascienda hacia la zona tranquila. El obstáculo estático también permite que los flóculos lastrados que se decantan se depositen en las esquinas.
La invención también se refiere a un procedimiento de tratamiento del agua que utiliza la instalación descrita anteriormente, comprendiendo dicho procedimiento una etapa de coagulación, una etapa de floculación lastrada, una etapa de decantación y una etapa de separación y reciclado del lastre hacia dicha etapa de floculación lastrada, y se caracteriza por que dicha etapa de floculación lastrada y dicha etapa de decantación se realizan en dicho tanque único. Preferentemente, el procedimiento comprende etapas según las cuales:
un floculante y un lastre se añaden a agua previamente coagulada en el tanque único;
el agua coagulada, el lastre y el floculante se mezclan en la parte inferior del tanque único equipado con el agitador;
se proporciona una zona tranquila, no agitada, en la parte superior del tanque único, entre el agitador y el conjunto laminar, que es adecuada para la decantación de los flóculos formados;
el agua tratada es evacuada por dichos medios de evacuación de agua tratada provistos en la parte superior de dicho tanque después de haber pasado por dichas láminas;
el lodo es evacuado por dichos medios de evacuación de lodo lastrado; y,
se inyecta aire en dicho lodo para extraer el lastre que contiene y limpiarlo sin hidrociclonado;
el lastre limpiado se recicla hacia el tanque único y se extrae el lodo.
El procedimiento de acuerdo con la invención no implica, por tanto, una etapa de hidrociclonado. Esto permite reducir el consumo de energía necesario para la separación y reducir las fugas de material de lastre.
Preferentemente, el tiempo que permanece el agua en el interior de dicho tanque interior está comprendido entre 2 minutos y 30 minutos. Este tiempo de permanencia dependerá de la naturaleza del agua a tratar y también del tipo de lastre utilizado.
Lista de figuras
Otras características y ventajas de la invención quedarán más claras al leer la siguiente descripción de una realización preferida, dada meramente como ejemplo ilustrativo y no limitativo, y de los dibujos adjuntos, en los que:
• la figura 1 es una representación esquemática de un ejemplo de una realización de una instalación de acuerdo con la invención; y
• la figura 2 es un dibujo del agitador de la instalación de acuerdo con la figura 1.
Descripción de una realización de la invención
En referencia a la figura 1, la instalación de acuerdo con la invención comprende medios de conducción 1 de agua a tratar que se ha coagulado previamente mediante la adición de un reactivo coagulante. La coagulación del agua se puede realizar en un reactor de coagulación equipado con medios de distribución de un reactivo coagulante, así como un medio de agitación que consiste en un agitador de palas que gira alrededor de un eje vertical. Esta coagulación también se puede realizar en línea inyectando un reactivo coagulante en una tubería de conducción de agua bruta que se va a tratar.
En la práctica, el reactivo coagulante puede ser orgánico o mineral. De manera ventajosa se elegirá entre sulfato de aluminio, aluminato de sodio, cloruro férrico, sulfato férrico, sulfato ferroso, poliaminas (epiclorhidrina o Polydadmac®), resinas de melamina-formol, polietileniminas, así como ciertos polímeros vegetales cationizados.
La instalación también comprende un dispositivo de floculación-decantación 11 que comprende un único tanque 12 equipado con un agitador 13. Este tanque 12 está equipado en su parte central con un tubo 2 que recoge el agua coagulada conducida por los medios 1 para llevarla a la parte inferior del tanque 2 por encima del agitador 13.
Este agitador 13 comprende unas palas 16 montadas de manera móvil que giran alrededor de un eje vertical 19. En referencia también a la figura 2, el agitador 13 también comprende una guía de flujo cilíndrica 17 constituida por una sección de tubo y un obstáculo estático 18 centrado alrededor del eje 19. Este obstáculo 18 tiene una forma aproximadamente piramidal. El tubo de guiado de flujo se mantiene en su lugar alrededor de las palas gracias a cuatro tabiques verticales 3, dos de los cuales son visibles en la figura 1, que se fijan a las paredes laterales del tanque 12 y se utilizan para mejorar el flujo hidráulico.
La instalación también comprende medios de distribución 5 de un reactivo floculante en el tubo 2 del tanque 12. A modo de ejemplo, el reactivo floculante puede elegirse entre polímeros hidrosolubles de origen animal o vegetal, y polielectrolitos hidrosolubles de alto peso molecular y de diferentes ionicidades.
La instalación también comprende medios de distribución 6 de un lastre en el tubo 2 del tanque 12. De acuerdo con la invención, este lastre está constituido por un material en polvo o en grano que presenta una densidad real superior a 2,3 toneladas por metro cúbico. Se trata preferentemente de arena, polvo de granate o polvo de ilmenita.
La parte superior del tanque 12 también está equipada con un conjunto laminar constituido por láminas inclinadas10. De forma ventajosa, este conjunto laminar puede tener una altura H comprendida entre 0,3 m y 1,4 m. La parte inferior de este conjunto está dispuesta a una distancia "d" del agitador que puede variar en la práctica, de acuerdo con las realizaciones, entre 0,5 m y 3 m. Esta distancia "d" es la que hay entre el plano horizontal que contiene la parte superior del agitador (excluyendo el eje 19), en este caso la parte superior de la guía de flujo cilíndrica 17, y el plano horizontal que contiene el extremo inferior de las láminas del conjunto laminar 10.
En la parte superior del tanque 12 se proporcionan medios de evacuación 9 del agua tratada, incluido un canal.
La instalación comprende además una tubería de evacuación vertical 14 del lodo, estando prevista dicha tubería 14 en el interior del tanque 12.
La instalación también comprende medios de separación de dicho lastre contenido en dicho lodo lastrado seguidos de medios de reciclado 8 de dicho lastre limpiado de este modo hacia dicho dispositivo de floculación-decantación.
A modo de ejemplo, dichos medios de separación incluyen medios de inyección de aire 15 en forma de burbujas en la tubería 14, lo que permite la formación de una elevación por aire, y un dispositivo de separación 20 del lastre contenido en el lodo transportado mediante esta elevación por aire. El dispositivo de separación, al que llega la tubería 14, está equipado con un mezclador 20a con palas giratorias de alta velocidad seguido de un pequeño decantador 20B equipado con una rampa de inyección de aire 20C y un canal de evacuación 20D de lodo flotante.
El uso de una elevación por aire no solo permite transportar el lodo al dispositivo de separación, sino que también inicia la separación del lastre que contiene y, por lo tanto, reduce la pérdida de lastre causada por la separación.
De acuerdo con la invención, los medios de separación no incluyen un hidrociclón.
A continuación se describirá el funcionamiento de una instalación de este tipo.
El agua coagulada se introduce por el medio 1 en el tanque 12 por la parte inferior de éste, pasando a través del tubo 2. El floculante y el lastre se conducen a través del tubo 2 a la parte inferior del tanque 12, por los medios 5 y 6 respectivamente. En esta parte inferior, el movimiento giratorio de las palas 16 permite mezclar estrechamente el agua coagulada, el lastre y el floculante. Esta mezcla y la floculación se optimizan gracias a la guía de flujo cilíndrica 17 y al obstáculo estático 18. Esta mezcla experimenta un movimiento en el interior de la guía de flujo 17 de arriba abajo y, a continuación, en el exterior de la guía de flujo 17 de abajo arriba, como se indica mediante las flechas de la figura 1.
La velocidad de las palas 16 del agitador 13 está diseñada de tal manera que, entre el agitador y el conjunto laminar, la mezcla de agua, lastre y polímero experimenta una zona de tranquilidad adecuada para la decantación de los flóculos hacia el fondo del tanque. La decantación de estos flóculos se acelera gracias a la presencia del lastre que contienen.
A continuación, el agua separada de los flóculos pasa a través del conjunto laminar 10, que retiene las partículas finas que contiene y que no se han floculado. A continuación, el agua tratada se evacúa a través de los medios 9, que comprenden una canal, en la parte superior del tanque 12.
El lodo se extrae del tanque 12 por la tubería 14 al pie de la cual se suministra aire a través de los medios 15. La elevación por aire creada conduce el lodo hacia el dispositivo de separación 20 y permite iniciar la separación del lastre del resto del lodo. Esta separación se completa en el dispositivo 20. El lastre limpiado se reintroduce por la tubería 8 en el tanque 12 del dispositivo 11 y el lodo se extrae por el canal 20D para su tratamiento específico.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. instalación para el tratamiento de agua, que comprende:
medios de conducción (1) de agua previamente coagulada que se va a tratar,
un dispositivo de floculación-decantación (11) provisto de medios de distribución (5) de al menos un reactivo floculante, medios de distribución (6) de al menos un lastre, medios de extracción de lodo de decantación (20d),
medios de evacuación (9) de agua tratada,
medios de separación (14) de dicho lastre contenido en el lodo lastrado, y
medios de reciclado (8) de dicho lastre limpiado de este modo hacia dicho dispositivo de floculación-sedimentación (11),
caracterizada por que:
dicho dispositivo de floculación-decantación (11) comprende un único tanque (12) en cuya parte inferior está dispuesto un agitador (13) que comprende palas (16) montadas de manera giratoria sobre un eje vertical (19) y una guía de flujo cilíndrica (17) dispuesta alrededor de dichas palas (16);
la parte superior de dicho único tanque (2) está provista de láminas (10);
dichas láminas están separadas de dicho agitador (13) en una distancia "d" entre el plano horizontal que contiene el borde inferior de las láminas y el plano horizontal que contiene la parte superior de dicha guía de flujo (17) y comprendida entre aproximadamente 0,5 metros y aproximadamente 3 metros.
2. Instalación de acuerdo con la reivindicación 1,caracterizada por quedicho lastre presenta una densidad real superior a 2,3 toneladas por metro cúbico y se elige preferentemente entre arena, ilmenita y granate.
3. Instalación de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,caracterizada por quedichos medios de separación de dicho lastre contenido en dicho lodo lastrado incluyen una bomba y un dispositivo de separación.
4. Instalación de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,caracterizada por quedichos medios de separación (14) de dicho lastre contenido en dicho lodo lastrado incluyen medios de inyección de aire (15) en dicho lodo lastrado y un dispositivo de separación (20).
5. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 o 4,caracterizada por quedicho dispositivo de separación (20) incluye un mezclador de palas (20a) asociado a un decantador (20b).
6. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5,caracterizada por quedicho agitador comprende además un obstáculo estático (18) centrado globalmente alrededor de dicho eje en la prolongación del agitador, teniendo dicho obstáculo estático (18) una superficie externa que presenta, en un plano que pasa por el eje, una dimensión transversal externa que aumenta cuando las palas (16) se alejan paralelamente a dicho eje (13), con una pendiente con respecto a este eje que es constante o creciente.
7. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5,caracterizada por quedichas láminas se organizan en un conjunto laminar con una altura H comprendida entre 0,3 metros y 1,4 metros.
8. Procedimiento de tratamiento de agua que utiliza una instalación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, comprendiendo dicho procedimiento una etapa de conducción de agua previamente coagulada, una etapa de floculación lastrada, una etapa de decantación y una etapa de separación y reciclado del lastre hacia dicha etapa de floculación lastrada,caracterizado por quedicha etapa de floculación lastrada y dicha etapa de decantación se realizan en el tanque único de dicho dispositivo de floculación-decantación de dicha instalación.
9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8,caracterizado por quecomprende etapas según las cuales: un floculante y un lastre se añaden a agua previamente coagulada en el tanque único;
el agua coagulada, el lastre y el floculante se mezclan en la parte inferior del tanque único equipado con el agitador; se proporciona una zona tranquila, no agitada, en la parte superior del tanque único, entre el agitador y el conjunto laminar, que es adecuada para la decantación de los flóculos formados;
el agua tratada es evacuada por dichos medios de evacuación de agua tratada provistos en la parte superior de dicho tanque después de haber pasado por dichas láminas;
el lodo lastrado es evacuado por dichos medios de evacuación de lodo lastrado; y,
se inyecta aire en dicho lodo lastrado para extraer el lastre que contiene y limpiarlo sin hidrociclonado;
el lastre limpiado se recicla hacia el tanque único y se extrae el lodo de decantación.
10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9,caracterizado por queel tiempo que permanece el agua en el interior de dicho tanque único está comprendido entre 2 minutos y 30 minutos.
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