MXPA03010499A

MXPA03010499A - Sistema de aireacion de burbujas finas flotante.

Info

Publication number: MXPA03010499A
Application number: MXPA03010499A
Authority: MX
Inventors: T Redmon David
Original assignee: Midwest Water Man Llp
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2005-03-07
Also published as: WO2002098544A1; CA2447738A1; US6478964B1; CA2447738C

Abstract

Un sistema de aireacion de burbujas finas flotante para disolver un gas en un liquido en el cual flota el sistema. Una rejilla de difusores de burbujas finas uniformemente separados se utiliza para establecer una gran area de liquido cargado con burbujas que tienen una densidad sustancialmente uniforme. La densidad uniforme previene la formacion de cualesquier corrientes dirigidas hacia arriba dentro de la porcion interior del area. El tiempo de residencia de las burbujas es aumentado, debido a la ausencia de Corrientes, de este modo incrementando la eficiencia de disolver el gas en el liquido.

Description

SISTEMA DE AIREACIÓN DE BURBUJAS FINAS FLOTANTE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un aparato para la aireación de líquidos sostenidos en una estructura de contención. Más particularmente la invención se refiere a un aparato para la aireación de líquidos contenidos en estructuras grandes en donde el aparato se mantiene en una posición de operación mediante flotación. En el tratamiento de aguas residuales, el acondicionamiento del agua para la vida acuática y para varios procesos ambientales e industriales, es necesario disolver el oxigeno u otros gases en un líquido de manera que se promueva la acción bacterial, proporcionando el oxígeno para la supervivencia de la vida acuática, sustancias químicamente oxidadas y varias otras razones . En los procesos que requieren oxígeno es bien conocido la compresión del aire, (que contiene aproximadamente 21% de oxígeno) y la inyección en forma de burbujas debajo de la superficie de un líquido de manera que disuelva una porción del oxígeno de las burbujas de aire en el líquido que está siendo tratado. Los factores tales como el tamaño de las burbujas, la residencia de la burbuja en el líquido, la temperatura del aire y del líquido, la profundidad de la inyección, etc., determinan el porcentaje del oxígeno que se disuelve en el líquido antes de que las burbujas que contienen el oxígeno alcancen la superficie superior del líquido. Mediante varios factores de optimización un proceso de aireación más eficiente puede llevarse a cabo de manera que aumente el oxígeno disuelto por la unidad de entrada de energía al sistema de aireación. Los factores que contribuyen más a la eficiencia del sistema son el tamaño de la burbuja y la residencia en la burbuja en el líquido . Cuando las burbujas se producen de una cantidad dada de aire, el área de la interfase del líquido/gas es mayor para las burbujas pequeñas formadas de esa cantidad de aire que para las burbujas más grandes formadas de esa cantidad de aire. El tiempo de residencia de la burbuja en un líquido es primeramente dependiente en (1) el tamaño de la burbuja y (2) factores diferentes de aquellos de flotabilidad que mueven a una burbuja en una dirección vertical hacia la superficie superior del líquido. Con respecto al movimiento vertical debido al tamaño de la burbuja y la flotabilidad, entre más pequeña sea la burbuja más despacio ser el movimiento vertical. El factor principal en la residencia de las burbujas, diferentes a la flotabilidad y su relación al tamaño de la burbuja, se dirigen a las corrientes hacia arriba en el líquido que agregan velocidad a las burbujas y disminuyen el tiempo que toma una burbuja alcanzar la superficie superior del líquido. Las corrientes dirigidas hacia arriba pueden producirse por varias condiciones, sin embargo, una causa principal encontrada con la técnica anterior de los dispositivos de aireación son las corrientes inducidas por la densidad del líquido. Las corrientes inducidas por la densidad del líquido se describen con referencia a las Figuras 1 y 2. En la Figura 1 el cuerpo del líquido 22 tiene porciones 20, que tienen burbujas distribuidas completamente y porciones 24 que están sustancialmente libres de burbujas. Tal condición se encuentra, por ejemplo, en donde las áreas concentradas de los dispositivos que producen burbujas tales como 26 se separan a parte a una distancia relativamente grande (por ejemplo (6.096 a 12.192 metros) 20 a 40 pies) en un estanque de tratamiento de aguas residuales. Cuando una condición como la descrita existe, las porciones 20, que tienen burbujas completamente, tienen una densidad menor que las porciones 24 libres de burbuja circundantes y las corrientes dirigidas hacia arriba, indicadas por las flechas 28, se inducen por los gradientes de densidad. Otro ejemplo de las corrientes inducidas por la densidad se describe con referencia a la Figura 2. En la Figura 2, el tanque 30 reactor, tiene dispositivos 32 que proporcionan burbujas ubicado solamente a lo largo de dos lados del tanque. Las corrientes 34 de movimiento se inducen como un resultado de los gradientes de densidad e incrementan la velocidad vertical hacia arriba de las burbujas 36 además reduciendo el tiempo de residencia de la burbuja. Un problema adicional encontrado con algunos dispositivos de aireación de la técnica anterior que tienen miembros de soporte inferiores, experimentaron especialmente durante la instalación o mantenimiento, en la necesidad de drenar la estructura de contención. Tal necesidad puede presentar enormes problemas para muchas instalaciones. Los dispositivos de las Figuras 1 y 2 son ambas montadas en la parte inferior. E aparato y los métodos de la presente invención superan estos problemas y otras deficiencias encontradas en los aireadores de la técnica anterior. La Presente invención incluye una red de distribución de gas que tiene aberturas de entrada y salida para recibir un gas y llevarlo a las aberturas de salida que están en comunicación con los dispositivos que producen burbujas finas que reciben el gas, forman burbujas y descargan las burbujas finas en el líquido en el cual el aparato se sumerge. Un dispositivo de flotación se usa para mantener los dispositivos de producción de burbujas finas en una profundidad seleccionada abajo de la superficie superior del líquido ausente de cualquier soporte vertical de los miembros estructurales que están soportados en la estructura de contención que mantiene el líquido. Los dispositivos que producen burbujas finas, tales como los difusores de disco de membranas o los difusores de tubo de membrana se separan uniformemente para formar una rejilla de dos dimensiones con un espacio que proporciona una densidad sustancialmente uniforme de burbujas arriba de la rejilla. Las corrientes inducidas de densidad de líquidos se disminuyan y/o previenen de desarrollarse sobre una porción grande de la rejilla debido a la densidad sustancialmente uniforme de burbujas completamente en el área de la rejilla. Un tamaño de rejilla se determina la cual disminuya el efecto de las corrientes inducidas por la densidad del líquido inevitable encontrada cerca de la periferia de la rejilla. Otras características específicas y contribuciones de la invención se describen en más detalle con referencia que se hace a los dibujos que la acompañan. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIGURA 1 es una vista en elevación de un sistema de aireación de la técnica anterior para describir las corrientes inducidas por la densidad de líquido; la FIGURA 2 es una vista en elevación de un sistema de aireación de la técnica anterior que tiene miembros de soportes inferiores en uso en un tanque reactor; la FIGURA 3 es una vista en planta de un aparato de aireación de la invención que incorpora un sistema de soporte rígido para componentes del aparato; la FIGURA 4 es una vista en planta del aparato de aireación de la FIGURA 3 que se muestra sin el sistema de soporte; la FIGURA 5 es una vista en perspectiva de un aparato de aireación de la invención mostrado en la posición de operación de flotación en el líquido de una estructura de contención; la FIGURA 6 es una vista en elevación de un dispositivo de aireación de la invención para describir las corrientes inducidas de densidad de líquido encontradas en la periferia de una rejilla de los difusores de burbujas finas,- la FIGURA 7 es una vista transversal del aparato de la invención tomada en un plano indicado en 7-7 de la FIGURA 4 ; la FIGURA 8 es una vista en sección transversal vertical de un difusor de disco de membrana de burbujas finas ; la FIGURA 9 es una vista en perspectiva de un conducto alimentador de la invención para describir los medios de unión para los difusores de disco de burbujas finas; la FIGURA 10 es una vista transversal del aparato de la invención tomada en un plano indicado en 10-10 de la FIGURA 4; la FIGURA 11 es una vista en planta de una segunda modalidad de la invención en donde se utilizan los difusores de membrana cilindricamente conformados; la FIGURA 12 es una vista transversal de la segunda modalidad de la invención tomada en un plano indicado en 12-12 de la FIGURA 11; la FIGURA 13 es una vista en elevación del aparato para un método usado para determinar la eficiencia de los sistemas, de aireación; la FIGURA 14 es una gráfica que muestra la eficiencia de aireación del alambre estándar en contra de la densidad de energía suministrada para varios sistemas de aireación; la FIGURA 15 es una gráfica que muestra la eficiencia de la transferencia de oxígeno contra la densidad de la energía suministrada para varios sistemas de aireación. La FIGURA 3 es una vista en planta de una porción de la modalidad preferida del aparato para aireación de un líquido. El múltiple 40 prolongado tiene una pluralidad de conductos alimentadores 42 prolongados igualmente espaciados y unidos rígidamente. El múltiple 40 y los conductos 42 alimentadores de preferencia se fabrican de tubos de acero inoxidable que tienen una sección transversal rectangular. Sin embargo, otros tipos de tubería de material diferente y secciones transversales diferentes pueden usarse. La unión de preferencia se hace mediante soldadura. Con referencia a la FIGURA 7, la unión de cada conducto 42 alimentador para el múltiple 40 se hace en un sitio de una abertura 44 de salida formada en el múltiple 40 mediante taladrado, perforación de metal o los similares Para proporcionar el volumen necesario de gas a cada uno de los conductos 42 alimentadores , el múltiple 40 es una sección transversal más grande que los conductos 42 alimentadores y de preferencia alinea las partes inferiores de los conductos y el múltiple en el mismo plano como se muestra en 46 para facilitar el soporte de los conductos como se describió posteriormente. Aunque la abertura se muestra como siendo en forma circular, otras formas son posibles. En la modalidad preferida, el múltiple 40 tiene una dimensión nominal de 10.16 cm (4 pulgadas) x 15.24 cm (6 pulgadas), y los conductos 42 alimentadores tienen una dimensión nominal de 5.08 cm (2 pulgadas) x 5.08 (2 pulgadas). La unión se hace para el múltiple en las superficies de 15.24 cm (6 pulgadas). Ambos extremos del múltiple y los extremos no unidos de los conductos se cierran. Se suministra gas al múltiple a través de al menos una abertura de entrada como se muestra en 48 de la Figura 3 que puede incluir un accesorio roscado para la conexión a una línea de suministro de gas. Las aberturas de entrada adicionales pueden proporcionarse si se requiere para el volumen de aire que está siendo suministrado. En una instalación de estaque de tratamiento de aguas residuales, por ejemplo, el gas se suministra de un compresor en tierra mediante una manguera flexible. Una pluralidad de medios de producción de burbujas finas se une a cada conducto alimentador. En la Figura 3, los difusores de disco de membrana se muestran en 50, espaciados sustancialmente incluso a lo largo de los conductos 42. La Figura 8 es una sección transversal vertical de un difusor 50 de disco de membrana que muestra la cámara 52 de gas, el disco 54 de soporte de membrana, la membrana 56 perforada y la base 58. Otros tipos de medios de producción de burbujas finas están disponibles tales como los difusores de membrana cilindricamente conformados referidos como difusores de tubo de membrana. Cualquier difusor de burbujas finas del tipo de membrana puede usarse para llevar a cabo la invención. Las FIGURAS 9 y 10 muestran el método preferido para unir los difusores de disco a los conductos. En la FIGURA 9, un miembro 59 roscado, tal como un tornillo se suelda o de otra manera se une al conducto 42. Cerca del miembro roscado, al menos se proporciona una abertura a través de la pared del conducto como se muestra en 60. Con referencia a la FIGURA 10, un anillo 62 en forma de "0" se coloca entre el difusor 50 y el conducto 42 antes de colocar el difusor sobre el tornillo 59. La tuerca 64 se asegura al difusor en el conducto. En operación, el gas del conducto 42 pasa a través de la abertura 60, a través de los pasajes 66 en la base del difusor y en la cámara 52 de gas. El gas entonces pasa a través de una abertura 68 en la placa 54 de soporte para inflar ligeramente la membrana 56 perforada. Las burbujas finas se forman cuando el gas pasa a través de las perforaciones que son muy pequeñas en la sección transversal . Las burbujas de 1 mm a 10 mm en diámetro son típicamente formadas. Las burbujas que tienen un diámetro menor que 5 mm se prefieren. En la fabricación de los conductos, se prefiere proporcionar un exceso de miembros 59 roscados uniformemente espaciados y aberturas 60 asociadas para usarse si un incremento en la aireación se requiere en el futuro. Los tapones para las aberturas se insertan fácilmente para evitar el escape del gas. Para proporcionar la rigidez incrementada y en algunos casos en peso adicional, un armazón 70 (FIGURA. 3) de preferencia se fabrica de vigas "I" que se proporcionan abajo de los medios de distribución de gas del múltiple 40 y los conductos 42 alimentadores . El armazón rígido proporciona el soporte bajo el múltiple y bajo los conductos en un punto en cada conducto hacia su extremo no unido. Cualquier medio para unir el múltiple y los conductos al armazón es aceptable. Como se describirá posteriormente, el ensamble anteriormente descrito, cuando está en operación, debe tener un peso mayor que el líquido que se desplaza cuando se sumerge en el líquido tanto que es importante que la porción del aparato, como se representa en la Figura 3, no flote. La selección del múltiple, el conducto y el material del armazón y las dimensiones deberán coordinarse para lograr ese requerimiento. Aunque las vigas I de acero fundido se prefieren, otros materiales y formas pueden seleccionarse para usarse en las aplicaciones en donde el líquido es altamente corrosivo u otras condiciones prevalecientes. La FIGURA 4 representa los componentes de la invención, sin el soporte del armazón, para mejor claridad en la visión del múltiple 40, los conductos 42 alimentadores , y los difusores 50. La FIGURA 5 muestra el aparato completo para la aireación de líquido como se posiciona en el líquido cuando está en uso. Además al ensamble mostrado en la FIGURA 3, el aparato incluye medios de flotación para colocar apropiadamen e los difusores que producen burbujas finas. Los medios de flotación incluyen miembros flotantes 72 y cables 74 unidos a los dispositivos 76 de unión en el armazón 70. Los miembros flotantes son de cualquier fabricación apropiada para proporcionar la necesaria flotabilidad para mantener la rejilla de los difusores 50 uniformemente espaciados en una profundidad seleccionada abajo de la superficie superior del líquido (indicada en 77) en la cual se sumergen. Los difusores, que sustancialmente caen en un plano, se mantienen paralelos a la superficie superior del líquido mediante los medios de flotación. Aunque no se muestran los cables pueden extenderse desde el medio de flotación en una dirección generalmente horizontal para mantener la colocación del aparato en un estanque de tratamiento de aguas residuales o similares. La FIGURA 6 es una vista en elevación del aparato en posición de trabajo. Los dispositivos 78 de unión, que son libres para girar cerca del dispositivo 72 de flotación se utiliza para unir los cables 74 y también pueden usarse para la colocación horizontal descrita anteriormente. El objetivo primordial de la presente invención es obtener una alta eficiencia de trans erencia de oxígeno, que es el oxígeno disuelto en un líquido por entrada de energía. Aunque la descripción posterior se enfocará en el oxígeno del aire que está siendo disuelto en un líquido tal como aguas residuales, el sistema es aplicable a otros gases que están siendo disueltos en otros líquidos. Se obtiene una alta eficiencia de transferencia de oxígeno mediante proporcionar burbujas finas, por lo tanto proporcionando más área de interfase de líquido/gas, como se describió anteriormente y mediante promover un tiempo de residencia máximo de burbujas en el líquido. La presente invención usa difusores de burbujas finas, como se describió, de manera que aumente el área de interfase gas/líquido y para disminuir la velocidad vertical hacia arriba debido a la flotabilidad. El método para incrementar el tiempo de residencia ahora se describe. El concepto de corrientes inducidas por la densidad de líquido en líquidos se describió en relación a las FIGURAS 1 y 2 en donde, en la práctica de la técnica anterior de los medios de aireación de ubicación en una pluralidad de ubicaciones en un estanque de tratamiento de aguas residuales, por ejemplo, las burbujas descargadas desde los difusores 26 se impulsan a la superficie superior del líquido mediante tanto las corrientes y la flotabilidad, representada en 28, provocada por la diferencia en las densidad líquidas en 20 y 24. La presente invención supera la mayoría de la influencia debido a estas corrientes . La mejora de la eficiencia de transferencia de oxígeno se obtiene mediante la configuración del aparato de manera que las burbujas actúen por las corrientes inducidas que son un porcentaje menor del total de las burbujas descargadas de los difusores. Esa condición se obtiene mediante proporcionar un campo amplio de líquido que tiene sustancialmente la misma densidad para esa sola porción pequeña de las burbujas, que es aquella en la periferia del campo, están influenciadas mediante las corrientes inducidas de densidad de líquidos. Con referencia a la FIGURA 6, el aparato 80 de aireación tiene difusores 50 uniformemente espaciados colocados a una profundidad d abajo de la superficie 77 superior de líquido 82 que se está aireando. Los difusores se espacian sustancialmente uniformes en una rejilla de dos dimensiones como se muestra en la FIGURA . Un sistema coordina ortogonal de dos dimensiones con referencia al espacio en la rejilla se indica en 84. De nuevo con referencia a la FIGURA 6, con el espacio apropiado en las direcciones x-y una densidad sustancialmente uniforme de burbujas y por lo tanto la densidad del líquido, pueden lograrse en un plano horizontal, tal como el plano indicado como h-h iniciando en una distancia de aproximadamente 0.61 m a 1.219 m (2 a 4 pies) arriba de los difusores 50. Como se representa en la FIGURA 6 las burbujas descargadas alcanzan los difusores inicialmente en un patrón en forma de cono truncado de manera que formen el área de densidad uniforme arriba de la rejilla total. Con una densidad uniforme en el volumen de líquido definido horizontalmente por el plano indicado por h-h y la superficie 77 superior del líquido 82, y definido verticalmente por los cuatro bordes periféricos de la rejilla, no existen gradientes de densidad de líquidos significante dentro de ese volumen que provoquen las corrientes inducidas por la densidad del líquido. Solamente las porciones del sistema en el cual las corrientes se generan están en los límites de la rejilla como se representan por la flechas en 86 en la FIGURA 6. Las velocidades verticales hacia arriba relativas de las burbujas se indican por las flechas 88 y 90. La mayoría de las burbujas tienen una velocidad y dirección indicadas por las flechas 88. Una proporción menor de las burbujas, en la periferia de la rejilla, tiene una velocidad mayor y la dirección indicada por las flechas 90 más grandes. Las corrientes perjudiciales se encuentran en el límite de la rejilla, por lo tanto el porcentaje de las burbujas que esta siendo influenciado por las corrientes en relación a la cantidad total de burbujas descargadas puede reducirse mediante el incremento del tamaño de la rejilla de los difusores. La relación del área para los bordes para un cuadrado, que tiene un borde "A", por ejemplo, es A2 a 4A y puede observarse mediante sustituir los números del valor del incremento de esa área para la relación del borde que incrementa con el tamaño de incremento. El mismo tipo de relación ocurre con una configuración de rejilla rectangular. Un tamaño práctico para una rejilla de difusor preferido es aproximadamente 4.877 m por 9.754 m (16 pies por 32 pies) como las ventajas en el tamaño son firmes mediante los problemas prácticos encontrados cuando el tamaño es muy grande. Un tamaño mínimo para una rejilla rectangular es aproximadamente 3.658 m por 3.658m (12 pies por 12 píes). Un tamaño donde al menos 25% de las burbujas descargadas no se influencian por las corrientes inducidas por la densidad que mejoran significativamente la eficiencia. Las rejillas dimensionadas más grandes se prefieren de manera que incrementan el porcentaje de burbujas no influenciadas. La FIGURA 11 muestra una segunda modalidad del aparato de la invención que se proporciona con difusores 92 de tubo de membrana que tienen una forma cilindrica. Los difusores 92 se unen a un múltiple 94 rectangular, de preferencia de tubería que tiene una sección transversal rectangular, que tiene al menos una abertura 96 de entrada para ingresar el gas de la aireación. Los difusores son igualmente espaciados a lo largo de ambos lados de las patas más grandes del múltiple conformado rectangular. La unión puede hacerse, como se muestra en la FIGURA 12 mediante proporcionar aberturas en las paredes opuestas del múltiple como en 98 y pasar un niple 100 roscado, en el cual al menos una abertura 102 de suministro de gas se ha proporcionado, a través de las aberturas opuestas y posteriormente roscando un difusor 92 de tubo de membrana en cada uno de los extremos roscados del niple. El niple es de una longitud como para colocar una base 104 de cada difusor en contra de los lados de la tubería del múltiple. Un empaque 106 se coloca entre cada base y el múltiple. Un armazón apropiado por debajo del múltiple se proporciona para rigidez y peso, si es necesario, y el ensamble se suspende en una manera similar a esa mostrada en la FIGURA 5 con referencia a la primera modalidad. En el sistema difusor de disco de membrana de la FIGURA 4, el sistema difusor de tubo de membrana de la FIGURA 11, o cualquier otro sistema en donde los difusores se espacian uniformemente en una rejilla, un ordenamiento de dos dimensiones de áreas de espaciamiento de repetición uniforme tales como 107 de las FIGURAS 4 y 11 pueden describirse para definir una densidad "uniforme" aceptable de difusores y de este modo la densidad de líquido "uniforme". Para propósitos de diseño, es conveniente dividir el área de la rejilla en una pluralidad de áreas de repetición y uniformemente conformada que llena el área de la rejilla y proporciona un difusor por área uniformemente espaciada. Con tal método para describir la uniformidad del sistema, la forma de los difusores no está de acuerdo y la definición de "uniforme" puede cuantificarse . La forma ideal de las áreas de espaciamiento es un cuadrado. Sin embargo, se ha determinado que un área de espaciamiento rectangular que tiene mediciones de extremo y de lado con un radio de más de 4:1 solamente reduce ligeramente la eficiencia del sistema. Para los sistemas en donde el difusor no es un cuadrado o circular, de preferencia para igualar generalmente la forma del difusor con la forma de las áreas de espaciamiento como se muestra en la FIGURA 11 que representa los difusores cilindricamente conformados en áreas de espaciamiento rectangular. Se prefiere que una dimensión máxima para un lado de un área de espaciamiento sea de 154.4 cm (60 pulgadas) . La eficiencia de la transferencia de oxígeno para diferentes sistemas puede medirse usando un aparato representado en la FIGURA 13. Una capucha 108 de colección se coloca arriba del sistema de aireación para evaluarse tales bordes de la capucha que se extienden en el líquido para formar una cavidad 110 cerrada. Una línea 112 de succión, en comunicación con la cavidad 110 lleva la muestra fuera del gas, de las burbujas que se han emergido a un dispositivo 114 de análisis de oxígeno que analiza el porcentaje de oxígeno en el gas capturado. Conociendo el porcentaje de oxígeno en el gas capturado en la cavidad 110 de las burbujas y el porcentaje de oxígeno en el aire comprimido suministrado en el múltiple, el porcentaje transferido al líquido puede calcularse. Para facilitar las comparaciones de diferentes sistemas del análisis anterior se llevan a cabo típicamente bajo procesos de las condiciones del agua. Una consideración importante en la operación de los procesos de aireación en las plantas de tratamiento de agua y similares es la energía gastada por cantidad de oxígeno disuelto en el líquido. Las gráficas que muestran la eficiencia de los diferentes sistemas se representan en las FIGURAS 14 y 15. Los datos para ambas gráficas se obtienen en las pruebas llevadas a cabo en agua limpia con difusores ubicados a una profundidad de 4.572 m (15 pies) abajo de la superficie superior del agua. En la FIGURA 14, el eje x denota la densidad de energía enviada expresada en hp/304.8 m3 (1000 pies3) de aire comprimido; el eje y denota las libras de oxígeno disueltas por cable hp-hr (cable hp es la entrada de energía al compresor los similares) . La curva A denota la eficiencia de un aireador de burbujas burdo en donde la eficiencia se disminuye fuertemente debido al área relativamente baja de interfase de gas/agua por el volumen dado de gas y la velocidad hacia arriba más grande que las burbujas más grandes que se tienen en comparación con las burbujas más pequeñas. La curva B denota la eficiencia de un aireador en donde una bomba de líquido y un compresor de gas se utilizan para disolver el gas en el líquido. La energía adicional requerida para la bomba de líquidos, no se requiere en los procesos discutidos anteriormente, disminuye la eficiencia de ese tipo de sistema. Las curvas C y D denotan las eficiencias de los sistemas ubicados en tanques con paredes más grandes verticales similares aquella mostrada en la Figura 2. En el sistema de la curva C, los difusores de burbujas finas, similares a aquellos de la presente invención, se instalan a lo largo de dos paredes grandes del tanque como se muestra en la Figura 2. Como un resultado de tener las áreas diferentes de densidad de agua, las corrientes inducidas por la densidad de líquido tales como aquellas indicadas por las flechas 34 de la Figura 2 estuvieron presentes. El uso de difusores que producen burbujas finas mejora la eficiencia sobre los difusores de burbujas burdas. La curva D denota la eficiencia de un sistema aireador en un tanque con paredes verticales más grandes, tales como en la Figura 2, sin embargo, los difusores se colocan en una rejilla que tiene espaciamiento uniforme de manera que proporcione un líquido de densidad sustancialmente uniforme a través del tanque. Tal densidad uniforme previno las corrientes inducidas de densidad de líquido de ser establecidas. La alta eficiencia, denotada por la curva D, es atribuible a 1) burbujas pequeñas que tienen un área de interfase gas/líquido favorable, y 2) un tiempo de residencia largo debido a la ausencia de cualquier corriente hacia arriba pronunciada debido a los gradientes de densidad. Una eficiencia de aireación que mejora está indicada por la curva D que se logra con un sistema de burbujas finas de flotación grande de la invención a medida que las condiciones son similares dentro de una porción grande del sistema. Como se describió anteriormente, solamente una porción del sistema de la presente invención está influenciado por las corrientes inducidas de densidad de líquidos en la periferia de la rejilla.

La gráfica de la Figura 15 expresa la eficiencia de los sistemas de aireación como eficiencia de transferencia de oxígeno estándar expresada como un porcentaje de oxígeno transferido líquido. Las condiciones para las curvas A-D corresponden a aquellas descritas en relación a la gráfica de la Figura 14. Aunque los materiales específicos, dimensiones, etapas de fabricación, etc., se han establecido para propósitos de describir las modalidades de la invención, varias modificaciones pueden realizarse, a la luz de las enseñanzas anteriores, sin apartarse de las contribuciones novedosas del solicitante por lo tanto determinando el alcance de la presente invención se hará referencia a las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un aparato para la aireación de un líquido sostenido en una estructura de contención, caracterizado porque comprende 5 medios de distribución de gas que definen al menos una abertura de entrada y una pluralidad de aberturas de salida para recibir, transportar y salida un gas suministrado ; una pluralidad de medios de producción de burbujas 10 finas, igual en número al número de aberturas de salida, en comunicación con las aberturas de salida para recibir un gas, formando burbujas finas del gas y descargando las burbujas finas en un líquido mantenido en una estructura de contención dentro de la cual tales medios de producción de burbujas 15 finas se sumergen, tales medios de producción de burbujas finas siendo configurados para descargar las burbujas sustancialmente en un lano; un medio de flotación, independiente de la 20 distribución de gas y de los medios de producción de burbujas finas, para mantener los medios de producción de burbuja fina sustancialmente en un plano horizontal y sumergidos en una profundidad seleccionada abajo de una superficie superior de líquido sostenido cuando los medios de distribución de gas y 25 los medios de producción de burbuja fina se colocan en el líquido sostenido, ausente de soporte vertical de la estructura de contención.
2. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un armazón rígido unido a los medios de distribución de gas para proporcionar un refuerzo al mismo, el armazón teniendo una pluralidad de dispositivos unidos para la comunicación con los medios de flotación.
3. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque los medios de flotación incluyen una pluralidad de miembros de flotabilidad y una pluralidad de cables, los cables que conectan los miembros flotantes a los dispositivos de unió en el armazón rígido.
4. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de distribución comprenden un múltiple prolongado, definiendo al menos una abertura de entrada, y una pluralidad de conductos alimentadores prolongados, cada uno definiendo las aberturas de salida, extendiéndose del múltiple y en comunicación con el múltiple de manera que transporta el gas de al menos una abertura de entrada a la pluralidad de la aberturas de salida.
5. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de producción de burbujas finas se seleccionan de: difusores de disco de membrana y difusores de tubo de membrana .
6. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de producción de burbujas finas se colocan en una rejilla coordinada rectangular de dos dimensiones que tiene un espaciamiento uniforme a lo largo de un eje x, y un espaciamiento uniforme a lo largo de un eje y.
7. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la rejilla se divide en una pluralidad de áreas de espaciamiento uniformemente conformada, cada área de espaciamiento incorpora un difusor, y lados y extremos de cada área de espaciamiento que tiene dimensiones con un radio de entre 1:1 y 4:1.
8. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque los medios de producción de burbuja fina se coloca de manera que proporcionen un dispersamiento sustancialmente uniforme de burbujas en el líquido a medida que se miden en una ubicación de plano horizontal en una distancia de aproximadamente 0.914 m (3 pies) del plano de descarga de burbuja.
9. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque los medios de producción de burbuja fina se colocan con un espaciamiento de manera que las corrientes inducidas sustancialmente sin densidad se presentan en el líquido en las ubicaciones interiores de una periferia de la rejilla.
10. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la rejilla es de un tamaño de manera que al menos 25% de las burbujas finas que se descargan flotan a la superficie superior sustancialmente libres de influencia de las corrientes inducidas de densidad.
11. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque las rejillas tienen dimensiones de al menos 3.658 m por 3.658m (12 pies por 12 pies) .
12. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el múltiple y los conductos alimentadores se fabrican de acero inoxidable.
13. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el múltiple y los conductos alimentadores se fabrican de tubería que tiene una sección transversal rectangular.
14. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el múltiple se fabrica de tubería que tiene una dimensión nominal de 10.16 cm (4 pulgadas) x 15.24 cm (6 pulgadas), y el conducto alimentador se fabrica de tubería que tiene una dimensión nominal de 5.08 cm (2 pulgadas) x 5.08 (2 pulgadas) .
15. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el armazón de trabajo se fabrica de vigas I.
16. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de producción de burbujas finas descarga las burbujas que tienen diámetros entre 1 mm y 10 mm.
17. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque los medios de producción de burbujas finas es un difusor de disco de membrana, cada difusor se une al conducto alimentador por medio de un miembro roscado proyectándose del conducto, un anillo en forma de "O" se proporciona entre las superficies del conducto y cada difusor y las aberturas de salida se colocan de manera que salga el gas del interior de los anillos en forma de "O" .
18. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque los conductos alimentadores prolongados se sueldan en una manera hermética para el gas al múltiple prolongado en una dirección perpendicular al múltiple prolongado y una abertura se proporciona en el múltiple en la ubicación de cada conducto de manera que el gas transportado por el múltiple ingrese al conducto mediante la abertura.
19. Un aparato para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la dimensión máxima de un lado del área de espaciamiento es de 152.4 cm (60 pulgadas).
20. El aparato para la aireación de líquido mantenido en una estructura de contención, caracterizado porque comprende un múltiple prolongado, que define al menos una abertura de entrada; una pluralidad de conductos alimentadores prolongados, en comunicación con el múltiple, cada uno definiendo una pluralidad de aberturas de salida una pluralidad de difusores de membrana de producción de burbujas finas, igual en número al número de aberturas de salida, en comunicación con tales aberturas de salida para recibir un gas, formando burbujas finas del gas, y descargando las burbujas finas en un líquido mantenido en una estructura de contención dentro de la cual tales difusores se sumergen, un armazón rígido unido abajo de tal múltiple y los conductos alimentadores para proporcionar el soporte al mismo , una pluralidad de miembros de flotación y cables para mantener tales difusores de burbujas finas en una profundidad seleccionada abajo de la superficie superior de tal líquido, los difusores de burbujas finas siendo colocados uniformemente espaciados en una rejilla de dos dimensiones, cada uno dentro de un área de espaciamiento uniformemente conformada, cada área de espaciamiento teniendo un lado y un extremo con dimensiones de manera que el radio del lado al extremo es entre 1:1 y 1:4, cada lado teniendo una dimensión máxima de 152.4 cm (60 pulgadas), y la rejilla teniendo una dimensión de al menos 30.48 cm x 30.48 cm (12 pulgadas x 12 pulgadas) .
21. Un método para la aireación de líquido sostenido en una estructura de contención, caracterizado porque comprende : proporcionar un líquido para airear que se sostiene en una estructura de contención; flotar un aparato de aireamiento en el líquido para usarse en la introducción de gas en el líquido; comprimir el gas al introducirse y suministrarlo al aparato de aireación; introducir el gas sobre un área horizontalmente orientada en una profundidad seleccionada abajo de la superficie de líquido con las burbujas finas en una manera que la densidad de burbujas arriba del área de introducción es sustancialmente uniforme.
22. Un método para aireación de líquidos de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque las burbujas se generan con el uso de un difusor de membrana.
23. Un método para la aireación de líquidos de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque los difusores de membrana se colocan en una rejilla uniformemente espaciada de dos dimensiones sobre el área de introducción .
24. El método de aireación de líquidos de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la rejilla de difusores uniformemente espaciados es de al menos 30.48 cm x 30.48 cm (12 pulgadas x 12 pulgadas) .
25. Un método para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la rejilla es de un tamaño de manera que al menos 25% de las burbujas finas están libres de influencia de las corrientes inducidas por la densidad.
26. Un método para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque las burbuj s son de un diámetro entre 1 mm y 10 mm.
27. Un método para la aireación de líquido de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el área de la introducción de burbujas se divide en una pluralidad de áreas de espaciamiento uniformemente conformadas, cada área de espaciamiento incorpora un difusor y lados y extremos de cada área de espaciamiento que tienen dimensiones con un radio de entre 1:1 y 4:1.
28. Un método para la aireación de liquido de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque la dimensión máxima de un lado del área de espaciamiento es de 152.4 era (60 pulgadas) . RESTJ EN Un sistema de aireación de burbujas finas flotante para disolver un gas en un líquido en el cual flota el sistema. Una rejilla de difusores de burbujas finas uniformemente separados se utiliza para establecer una gran área de líquido cargado con burbujas que tienen una densidad sustancialmente uniforme. La densidad uniforme previene la formación de cualesquier corrientes dirigidas hacia arriba dentro de la porción interior del área. El tiempo de residencia de las burbujas es aumentado, debido a la ausencia de corrientes, de este modo incrementado la eficiencia de disolver el gas en el líquido.