MXPA99003136A - Sistema de tratamiento de agua y agua de desecho con recirculacion interna - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a:Un procedimiento para separar materiales sólidos suspendidos de un afluente mediante floculación lastrada y sedimentación diferencial, que comprende:combinar con agitación un flujo de afluente prestratado, floculado y partículas inertes, en una zona de flujo ascendente de un reactor (14) de recirculación interna, para producir una mezcla floculada que incluye los materiales sólidos suspendidos;pasar la mezcla floculada de la zona de flujo ascendente del reactor (14) de recirculación interna hacia una zona (34) de flujo diferencial sin agitación mecánica, en donde el afluente pretratado, el floculador y las partículas inertes son sometida agitación suficiente en la zona de flujo ascendente del reactor de recirculación interna para producir mezclado suficiente del afluente, floculador y partículas inertes, para formar los flóculos por floculación lastrada sin inducir esfuerzo cortante que evite la formación de los flóculos o separe los flóculos;reciclar una primera porción de la mezcla floculada desde la zona de flujo descendente del reactor de recirculación interna hasta la zona de flujo ascendente del reactor de recirculación interna hacia una zona de flujo ascendente del reactor (14) de recirculación interna;pasar una segunda porción de la mezcla floculada de la zona de flujo descendente del reactor de recirculación interna hacia una zona (5) de sedimentación;y remover el líquido clarificado desde una región superior de la zona (5) de sedimentación;y los flóculos sedimentados desde una región inferior de la zona de sedimentación.

Description

SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA Y AGUA DE DESECHO CON RECIRCULACION INTERNA CAMPO DE LA INVENCIÓN En términos generales, la presente invención se refiere a la separación gravitacional por sedimentación y, más particularmente, a sistemas para separar continuamente materiales sólidos suspendidos de una corriente de alimentación líquida por medio de sedimentación diferencial.

ESTADO DE LA TÉCNICA Los dispositivos de sedimentación que incorporan tanques de sedimentación son bien conocidos para separar sólidos suspendidos de corrientes de líquido, tales como agua y agua de desecho, mediante sedimentación gravitacional. Para aumentar la efectividad de la separación líquido-sólido, es bien conocido emplear varios agentes químicos de floculación (por ejemplo polielectrolitos) o agentes de coagulación (por ejemplo sales minerales). Cuando se mezclan con el afluente, los agentes se combinan con los sólidos suspendidos para formar agregados rápidamente sedimentables denominados fióculos. Dichos dispositivos de sedimentación se conocen de DE 2301718.

También se sabe que la floculación de partículas de floculo puede incrementarse en ciertas circunstancias mezclando los agentes floculadores con partículas inertes tales como arena. El mezclado de agentes floculadores y partículas inertes con el afluente se logra fuera del tanque de sedimentación en un conducto o cámara de mezclado, y puede llevarse a cabo mediante agitación mecánica de la mezcla para proveer oportunidad y tiempo de contacto para que crezca el floculo resultante. Se sabe utilizar la recirculación de impurezas para el crecimiento del floculo hasta que los fióculos alcanzan un tamaño suficiente para sedimentar. Sin embargo aún existen inconvenientes (tales como tiempos de tratamiento largos, costos, etc.) en los dispositivos de la técnica anterior que utilizan la adición de agentes floculadores químicos y algunas veces partículas inertes o que utilizan recirculación de impurezas para producir fióculos BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención, en términos muy generales, provee un método y un dispositivo de sedimentación para tratar agua y agua de desecho utilizando sedimentación diferencial y recirculación de partículas inertes para incrementar el tratamiento de agua y agua de desecho. La presente invención utiliza un reactor de recirculación interna que tiene una zona de flujo ascendente y una zona de flujo descendente para lograr mezclado y sedimentación diferencial. Se agregan partículas inertes al reactor de recirculación interna para aumentar la velocidad de crecimiento de los fióculos que se forman y para aumentar la sedimentación diferencial de los fióculos en la zona de flujo descendente. La entrada y salida del reactor de recirculación interna y la recirculación interna del reactor, están controladas de tal manera que requieren corto tiempo de residencia en el reactor de recirculación interna del afluente a tratar. La presente invención provee un dispositivo de sedimentación mejorado para tratar agua potable, agua de desecho industrial, agua de desecho municipal, agua de procesos industriales y similares, en el cual el dispositivo de sedimentación requiere tiempos de residencia muy cortos mientras que provee no obstante buena claridad en el afluente clarificado. Los afluentes que el dispositivo de sedimentación de la invención está destinado a tratar incluyen, por ejemplo, agua subterránea, agua de riachuelo, agua de arrollo y río, agua de lago, suspensiones minerales, suspensiones de pulpa y papel, suspensiones de depuración de gas combustible, y aguas de desecho municipal e industrial, etc. En un aspecto de la presente invención, se provee un procedimiento para tratamiento de afluente por floculación lastrada y sedimentación diferencial, que combina un flujo de afluente pretratado, floculante y partículas inertes, con agitación en un reactor de recirculación interna para producir una mezcla floculada, pasando la mezcla floculada desde una zona de flujo ascendente del reactor de recirculación interna hacia una zona de flujo descendente del reactor de recirculación interna utilizando sedimentación diferencial, recirculando una primera porción de la mezcla floculada de la zona de flujo descendente del reactor de recirculación interna hacia la zona de flujo ascendente del reactor de recirculación interna, pasando una segunda porción de la mezcla fluoculada desde la zona de flujo descendente del reactor de recirculación interna hasta una zona de sedimentación, y removiendo el líquido clarificado desde una región superior de la zona de sedimentación y los fióculos sedimentados desde una región inferior de la zona de sedimentación. En otro aspecto de la presente invención, se provee un aparato para tratamiento de afluente mediante floculación lastrada y una sedimentación diferencial que tiene un reactor de recirculación interna que tiene una entrada de afluente pretratado, una entrada de fluoculador, una entrada de partículas inertes, una zona de flujo ascendente y una zona de flujo descendente para producir una mezcla fluoculada, un recipiente en el reactor de circulación interna, teniendo el recipiente una abertura en una porción inferior para recibir una primera porción de la mezcla fluoculada de tamaño menor a un tamaño predeterminado desde la zona de flujo descendente que se ha de reciclar hacia la zona de flujo ascendente, la zona de flujo descendente conecta el reactor de recirculación interna con una zona de sedimentación que tiene una salida de fióculos sedimentados, para que la zona de flujo descendente pase por una segunda porción de la mezcla floculada de un tamaño mayor que la zona predeterminada y el afluente tratado posteriormente en la zona de sedimentación sin agitación mecánica, y una salida para remover el líquido clarificado desde una porción superior de la zona de sedimentación.

Definiciones REACTOR DE RECIRCULACION INTERNA.- Una zona en la cual el fluido a tratar se mezcla con floculador y partículas inertes, se mueve mediante fuerzas hidráulicas y gravitacionales a través de una zona de flujo descendente en la cual ocurre la sedimentación diferencial, y se separa por medio de fuerzas hidráulicas de tal manera que los floculantes (esto es, los fióculos) de tamaño menor a uno predeterminado, son reciclados y los floculantes de un tamaño más grande que el predeterminado sedimentan para ser removidos del proceso. RELACIÓN DE RECIRCULACION INTERNA.- La relación de mezcla floculada (IR) que es reciclada a través del reactor de recirculación interna en comparación con el flujo total hacia el sistema (Q).

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los anteriores aspectos y otros más de la presente invención pueden ser determinados fácilmente a partir de la siguiente descripción detallada y los dibujos anexos, que se ofrecen a manera de ejemplos solamente y no como limitación de la invención, el alcance de la cual está definida por las reivindicaciones anexas y sus equivalentes. En los dibujos: La figura 1 es una vista transversal de un dispositivo de sedimentación de conformidad con una modalidad de la presente invención, partes de las cuales se muestran esquemáticamente.

La figura 2 es una vista de sección transversal de un dispositivo de sedimentación de conformidad con otra modalidad de la presente invención, nuevamente con partes mostradas esquemáticamente. La figura 3 es una vista en sección transversal de un dispositivo de sedimentación de conformidad con otra modalidad de la presente invención, nuevamente con partes mostradas esquemáticamente. La figura 4 es una vista en sección transversal de un dispositivo de sedimentación de conformidad con otra modalidad de la presente invención, nuevamente con las partes mostradas esquemáticamente. La figura 5 es una gráfica que muestra TSS de afluente contra tiempo de floculación para tratamiento de aguas negras utilizando 4 mg/l de Al3+. La figura 6 es una gráfica que muestra TSS de agua de desecho tratada contra tiempo de floculación para un tiempo de residencia de 34 segundos en el reactor de recirculación interna. La figura 7 es una gráfica que muestra TSS de afluente contra tiempo de floculación para la variación de la lectura de TSS con el tiempo de mezclado a diferentes regímenes de dosificación de cloruro férrico.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADS PREFERIDAS Los dispositivos de sedimentación de cada una de las modalidades mostradas en las figuras 1-4, incluyen un tanque de sedimentación o recipiente principal 2, en el cual ocurre principalmente separación por sedimentación utilizando floculación lastrada y sedimentación diferencial. Preferiblemente, el tanque de sedimentación 2 es de configuración cilindrica, pero puede usarse una configuración rectangular o de otra forma. En las modalidades ilustradas en las figuras 1-4, el recipiente está definido por una pared lateral 1 1 y pared inferior 13. Preferiblemente, la pared inferior 13 está inclinada hacia abajo a un ángulo aproximadamente de 0 a 15 grados hacia un cono de recolección o caja 15 formada centralmente en la pared inferior 13 del tanque 2, que cuando se utiliza con un limpiarrejas 37 evita que se acumule cualquier lodo sobre la pared inferior 13 conforme los fióculos sedimentan en el tanque de sedimentación 2. En otras modalidades (no mostradas) sin un limpiarrejas, la pared inferior 13 se inclina un ángulo de 60 grados o más hacia el cono de recolección 15. Como se muestra además en las figuras 1 -4, en la pared lateral 1 1 de recipiente 2 está montado un sistema de recolección para afluente clarificado (por ejemplo, batea) 17. El sistema de recolección incluye un conducto de salida 19 y un vertedero 60 para derram, que define el nivel 29 de líquido en el tanque 2. En el tanque está dispuesto centralmente un recipiente 23 generalmente cilindrico que define generalmente un reactor de recirculación interna que incluye un tubo su flujo ascendente 14 referido frecuentemente como un tubo de aspiración. El recipiente 23 de flujo descendente puede ser sostenido desde el puente 24 por medio de colgaderas 26 como se muestra (u otras armaduras de trabajo que atraviesan el tanque) o puede ser sostenido por extensiones (no mostradas) que se extienden hacia adentro de las paredes internas del tanque de sedimentación 2 (el puente 24 puede ser provisto con baranda 20 y orejas 22 de levantamiento). Durante la operación del sistema de sedimentación, el recipiente de flujo descendente 23 forma la pared externa del reactor de recirculación interna y la pared interna de la zona de clarificación 5. También sostenida por colgaderas 21 desde el puente 24, está el tubo 14 de flujo ascendente del reactor de recirculación interna y en las modalidades mostradas en las figuras 1 y 3, el extremo inferior del tubo 14 del flujo ascendente se desliza hacia el cilindro de rotación 28 que está unido al limpiarrejas 37. En las modalidades mostradas en las figuras 2 y 4, el extremo inferior del tubo 14 de flujo ascendente se extiende a una posición en cercanía por arriba de la placa 64 de flujo que está unida a la flecha 9 de limpiarrejas. Puede apreciarse ahora que la superficie externa 30 del tubo 14 de flujo ascendente y la superficie interna 32 del recipiente 23 de flujo descendente, definen una zona 34 de flujo descendente; a continuación se describirá en mayor detalle la función y operación de la zona 34 de flujo descendente.

Como se muestra también en las figuras 1-4, por lo menos una alimentación 43 de entrada está provista en comunicación de fluido con el interior del tubo 14 de flujo ascendente del reactor de recirculación interna. Por medio de la alimentación 43 de entrada, se alimenta una corriente de afluente en la porción inferior 68 en el interior de la cámara 14. En las modalidades mostradas en las figuras 1 y 2, están montados uno o más propulsores de flujo ascendente o de recirculación de flujo radial cerca de la parte superior del tubo 14 de flujo ascendente. En las modalidades mostradas en las figuras 3 y 4, están montadas una o más turbinas de flujo ascendente axial en el tubo 14 de flujo ascendente. Estas disposiciones pueden usarse en combinación (no mostrado) en modalidades deseadas para ciertas aplicaciones. La sección superior 31 del tubo 14 de flujo ascendente puede ser de altura variable dependiendo del volumen deseado y el tiempo de residencia deseado y puede tener alturas cero en algunos casos. El propulsor 47 está acoplado a la unidad propulsora 25 a través de la flecha 7. También localizada en el tubo 14 de flujo ascendente del reactor de recirculación interna, está una entrada 16 que, como se explicará en mayor detalle más adelante, inyecta partículas inertes recicladas hacia la cámara desde un dispositivo de separación 6 o flujo descendente de hidrociclón. Además, una entrada 48 de polímero o agente floculador está localizada en el reactor 14 de recirculación interna. En la práctica, es particularmente conveniente introducir las partículas inertes y el floculador tan cerca como sea posible para promover rápido mezclado de las partículas inertes. Las partículas inertes empleadas en el sistema son típicamente de 150 mieras de diámetro o menos, pero deben ser suficientemente grandes para mantener una velocidad de sedimentación relativamente alta en la zona 34 de flujo descendente después de haber formado los flóculos alrededor de ellas. Las partículas inertes también ayudan a tomar ventaja del fenómeno de sedimentación diferencial basado en la teoría de floculación curvilínea heterogénea.

El propulsor 47 como se muestra en las figuras 1 y 2, está localizado típicamente en la sección de diámetro alargado del tubo del flujo ascendente del reactor de recirculación interna. La sección de diámetro alargada provee un volumen más grande y mayor tiempo de residencia en la zona para promover la formación de fióculos mezclados. La porción superior del tubo 14 de flujo ascendente es generalmente 2 a 3 veces el diámetro del tubo inferior. La velocidad más alta del tubo inferior suspende las partículas hasta el punto en el cual el propulsor continúa para suministrar la energía para suspender los fióculos mas grandes. El propulsor 47 es preferiblemente un propulsor ya sea tipo marino o de superficie de reacción hidráulica que provee mezclado suave durante tiempo de floculación adicional sin destruir los fióculos ya formados. El propulsor 47 mantiene la suspención de los fióculos y las partículas inertes antes de su movimiento fuera de la cámara de recirculación interna. En la práctica, el propulsor 47 se hace girar a una velocidad para proveer agitación suficiente para producir suficiente mezclado en el tubo de flujo ascendente del reactor de recirculación interna de los sólidos suspendidos en el afluente, partículas inertes y floculador para promover la formación de fióculos sin inducir esfuerzo cortante que pudiera romper y separar los fióculos formados. El propulsor 47 también provee el flujo de recirculación interna. Para las modalidades de las figuras 3 y 4, el tubo de flujo ascendente puede ser de un solo diámetro con una turbina axial de flujo ascendente para proveer el flujo hidráulico necesario. Además, en operación del sistema, el propulsor 47 está diseñado y opera para impartir la suficiente turbulencia para mantener los sólidos en suspensión en la sección superior del tubo 14 del flujo ascendente con el menor esfuerzo cortante posible conforme se forman los flóculos. El mezclado en el tubo 14 de flujo ascendente utiliza ventajosamente el fenómeno de sedimentación diferencial para la producción de fióculos con la adición de partículas inertes. De esta manera, los fióculos y el agua tratada que rebasan el borde superior 3 del tubo 14 de flujo ascendente del reactor de recirculación interna, hacia la zona 34 de flujo descendente, generalmente son mezclados de manera uniforme. En este contexto, debe apreciarse que el reactor 14 de recirculación interna está diseñado y dimensionado para proveer tiempos de residencia suficientemente cortos y que las velocidades hidráulicas ayudan a mantener suspendidas las partículas inertes. El propulsor 47 provee mezclado uniforme del floculador, afluente y las partículas inertes sobre la escala de operaciones de carga normal. El tiempo de residencia en el rector de recirculación interna varia dependiendo de la. aplicación particular aproximadamente desde 0.5 a 2 minutos para tratamiento típico de agua de desecho hasta aproximadamente 2 a 6 minutos para tratamiento típico de agua potable. Como los flóculos y el afluente tratado rebasan el borde superior 3 de la cámara de recirculación interna, la velocidad de fluido se acelera desde menos 100 metros/hora en la flecha 49 a mas de 90 metros/hora en la flecha 50. Las velocidades a través de la zona 34 de flujo descendente generalmente dependen de los diámetros relativos del reactor 14 de recirculación interna y el recipiente 23 de flujo descendente, por lo menos en una aproximación de primer orden. En la práctica, los diámetros relativos del reactor 14 de recirculación interna y el recipiente 23 de flujo descendente están dimensionados de tal manera que las velocidades de flujo descendente son relativamente altas sin crear esfuerzo cortante en el líquido que pudiera romper los flóculos. Después de que los flóculos y el afluente tratado pasan por debajo de la porción 27 de diámetro alargado del reactor 14 de recirculación interna, disminuye la velocidad de flujo de fluido en la flecha 51 a menos de 50 metros/hora. Fuera del recipiente 23 de flujo descendente, el afluente clarificado aumenta en la zona de clarificación 5 y a través de las placas de sedimentación opcionales 4 (por ejemplo a velocidades aproximadamente de 10 a aproximadamente 150 metros/hora) y, finalmente, se derrama hacia el sistema 17 de recolección. Como se discutió anteriormente, la relación de recirculación es la relación entre el volumen de los fióculos mezclados que son reciclados y el volumen de fióculos mezclados que sedimentan para ser removidos del reactor. Esta relación depende en mucho de la aplicación, incluyendo el afluente, el pretratamiento implicado, el tipo de floculante y la dosificación y otros varios factores. El proceso de floculación lastrada remueve generalmente 80% a 90% del material que está destinado a ser removido en el primer paso. Como con todos los procesos en los cuales son importantes varias variables, las muestras de afluente deben analizarse y el proceso debe diseñarse en base en los resultados de laboratorio para el grupo específico de variables de proceso implicadas. Para proveer las velocidades y tiempos de residencia cortos que se desean, para este reactor de recirculación interna específico que utiliza floculación lastrada y sedimentación diferencial, la relación de recirculación será generalmente de aproximadamente 5 a 10 Q o 5 a 10 veces la velocidad de flujo del afluente. Con respecto a la modalidad mostrada en las figuras 1-4, está montada una unidad de impulso 25 de construcción convencional arriba del puente 24 para impulsar el propulsor 47, y mecanismos 37 de limpiarrejas opcionales, (las velocidades de rotación de los dispositivos pueden ser diferentes, por su puesto; típicamente, el propulsor 47 gira a una velocidad mucho mayor que el mecanismo limpiarrejas). En la modalidad ilustrada, el mecanismo limpiarrejas 37 es de la construcción convencional y se monta para rastrillar sólidos sedimentados a través del fondo o piso 13 del tanque hacia el cono 15 de recolección de tal manera que no ocurre acumulación de lodo en la pared inferior. Para tanques de sedimentación más grandes, se utiliza una pared inferior 13 inclinada a cualquier ángulo de cero a aproximadamente 15 grados en combinación con el mecanismo limpiarrejas. El cucharón 65 de arrastre de lodo unido a la flecha 7 por abajo del soporte 62, gira con el cono 15 de recolección para evitar la acumulación de lodo en el cono. Desde el cono 15 de recolección en cualquiera de las figuras 1-4, los sólidos sedimentados y las partículas inertes se bombean hacia la entrada 12 del dispositivo 6 de separación (por ejemplo, hidrociclón) mediante el conducto 39 por medio de la bomba 8 de recirculación de alto esfuerzo cortante. La bomba 8 retira los sólidos sedimentados y las partículas inertes del cono 15 de recolección a través del conducto 66 a una velocidad suficiente para remover las partículas inertes y los sólidos sedimentados. En algunas operaciones, la bomba 8 evita la acumulación de Iodo en el fondo del tanque de sedimentación o en el cono de recolección. Durante la operación, la bomba 8 de alto esfuerzo cortante rompe los enlaces entre el lodo y las partículas inertes para ayudar al dispositivo 6 de separación a separar las partículas inertes, que son recicladas hacia el rector 14 de recirculación interna a través del flujo descendente 16 del dispositivo de separación, y el lodo que se descarga a través de la salida 18 del dispositivo 6 de separación. Puede proveerse una conexión 10 de limpieza en el conducto 66. Concomitantemente con la remoción de sólidos espesados y sedimentados mediante el cono 15 de recolección, el afluente clarificado es removido en la superficie del líquido 29 en el tanque 2 de sedimentación mediante el sistema 17 de recolección. Varios sistemas de recolección adecuados que pueden utilizarse en la presente invención son bien conocidos en la técnica de sedimentación. En este contexto, puede apreciarse que el dispositivo de sedimentación anteriormente descrito es una combinación única de un reactor químico y clarificador dentro de un solo recipiente. Es una unidad compacta que puede utilizarse en un proceso de separación líquido - sólido con mejorada eficiencia de separación (esto es, alta capacidad) debido a los cortos tiempos de residencia en el reactor 14 de recirculación interna. La eficiencia de separación mejorada se debe tanto a las velocidades altas de sedimentación en la zona de clarificación como a los tiempos de residencia cortos en el reactor de recirculación interna. Estos dos principios funcionan juntos. Las partículas inertes aumentan la velocidad de floculación dando como resultado un tiempo de residencia corto y un clarificador pequeño. La alta velocidad de sedimentación que se origina del uso de las partículas inertes y el polímero, reduce mucho el tamaño necesario de la zona de clarificación. Una característica importante del proceso es la introducción de partículas inertes en el proceso de tratamiento químico que son recuperadas y recicladas dentro del sistema. Las partículas inertes, con alta gravedad especifica, funcionan como núcleos para unirse con los sólidos suspendidos por medio de un polielectrolito de cadena larga para producir fióculos grandes y densos. Los fióculos formados de tal manera sedimentan rápidamente y se separan fácilmente de la fase líquida. Las partículas inertes también funcionan como auxiliar de froculación y proveen un área de superficie grande que aumenta substancialmente la probabilidad de colisión de partículas, acelerando la aglomeración de los fióculos y aumentando la eficiencia de separación. Como consecuencia directa, el tamaño global del clarificador se reduce significativamente y se reducen los costos de equipo en capital. En lo siguiente, se describirán varios pasos dei procedimiento empleando el dispositivo de sedimentación descrito anteriormente.

PASO 1 DEL PROCEDIMIENTO Se requiere pretratamiento del afluente (por ejemplo, tamizar, ajustar el pH, agregar coagulante y proveer otros acondicionadores químicos/físicos). En cada aplicación de tratamiento de agua o de agua de desecho, el afluente se analiza y se provee pretratamiento en base a lo que se requiere para llevar el afluente a una escala de procesamiento normal.

PASO 2 DEL PROCEDIMIENTO Se utiliza el reactor 14 de recirculación interna para poner el afluente a tratar, el floculador químico y las partículas inertes juntas de una manera controlada, lo cual da como resultado la floculación de sólidos suspendidos que después son removidos del afluente en el tanque 2 de sedimentación. El tiempo de residencia corto en el reactor de recirculación interna, en la escala de 10 a 300 segundos, da como resultado requerimientos de equipo mucho más pequeño para lograr un nivel equivalente de purificación de agua o de agua de desecho. Las reacciones, tanto químicas como físicas, que ocurren en el reactor 14 de recirculación interna, se controlan para proveer mezclado adecuado y contacto de los sólidos suspendidos con el floculador para proveer los fióculos. El mezclado no es tan turbulento ni dura tanto tiempo como para romper los delicados flóculos producidos. El mezclado adecuado pero no excesivo y el tiempo de residencia adecuado pero no excesivo se basan en las características del afluente y los mecanismos de coagulación. Los fióculos antes mezclados que no han alcanzado un tamaño y/o peso adecuado en la zona 34 de flujo descendente para resistir el flujo hidráulico hacia el tubo 14 de flujo ascendente, serán reciclados hasta el momento en el que crezca hasta un tamaño y/o peso suficientes para resistir el flujo hidráulico hacia el tubo 14 de flujo ascendente y sedimenten en el fondo de la zona de clarificación, y después hacia el cono de recolección para remoción de lodo y recirculación de las partículas inertes. Los ejemplos de las variables de proceso se enlistan en el siguiente cuadro I. Todos los valores son aproximados y por lo tanto pueden ser mayores o menores para cualquier operación particular. La escala para cada una de estas variables permite el ajuste en el proceso dependiendo de las variaciones en la velocidad de flujo del afluente que afecta el tiempo de residencia y por lo tanto las otras características de mezclado que se ajustan consecuentemente, por ejemplo, velocidades de flujo de afluente más bajas requieren cantidades menores de partículas inertes, pero dan como resultado tiempos de residencia más largos. Por lo tanto, la velocidad de rotación del propulsor debe reducirse para reducir los valores de la relación de recirculación interna. Así mismo, las escalas dadas permiten ajustes debido a sistemas mezcladores más grandes y diseños que son afectados por otros factores (tales como impurezas, temperatura, etc.) además de los requerimientos de los mezclados, por ejemplo, escalas en tamaños de propulsor y distancias desde la superficie de líquido y el fondo del reactor de recirculación interna, permiten la optimización de valores de la relación de recirculación interna.

CUADRO I Nominal Escala Tiempo de residencia en el reactor de recirculación interna (seg) 30 10-300 Concentración de partículas inertes (mg/L de afluente) 10 1-100 Concentración de floculador (mg/L de afluente) 0.1-10 Relación de recirculación interna (IR/Q) 0-10 PASO 3 DEL PROCEDIMIENTO La zona 34 de flujo descendente en el dispositivo de sedimentación provee una trayectoria de transporte hacia el tanque de sedimentación libre de turbulencia inducida mecánicamente y sin esfuerzo cortante o un mínimo del mismo para la mezcla floculada. Los parámetros de operación en este paso son tales que (a) no se induce turbulencia y cualquier esfuerzo cortante que ocurre no destruye los fióculos, y (b) la trayectoria hacia el tanque de sedimentación es corta y eficiente. En los sistemas que tienen una sección transversal circular mostrados en las figuras 1-4, esta zona está alrededor de la superficie externa 30 del reactor 14 de recirculación interna y está rodeada por la superficie interna 32 del recipiente 23 de flujo descendente. El recipiente 23 de flujo descendente evita el corto circuito de los flóculos y el afluente tratado en la zona de clarificación 5. En un sistema rectangular (no mostrado) esta zona es rectangular o circular desde el reactor 14 de recirculación interna hasta la zona de clarificación 5. No hay suspensión de partículas ni se requiere ni se induce mezclado en la zona de flujo descendente. El afluente tratado y los fióculos pasan a través de la zona de flujo descendente sin agitación mecánica adicional. Tiene lugar sedimentación diferencial en gran cantidad en la zona de flujo descendente en donde el tamaño de los fióculos y la remoción de impurezas aumenta significativamente. La configuración de la zona 34 de flujo descendente asegura que el afluente tratado y los flóculos pasen hacia abajo al fondo del tanque de sedimentación 2 sin turbulencia ni esfuerzo cortante perjudicial substanciales. No hay flujo turbulento en la región en donde el afluente mezclado se hace pasar de la zona de flujo descendente hacia la zona de clarificación 5. Típicamente, se mantienen velocidades de flujo bajas de menos de 60 metros/hora en esta región de transición, de tal manera que los fióculos cargados de partículas no se destruyen.

PASO 4 DEL PROCEDIMIENTO La zona de clarificación 5 puede operar con o sin separador o paletas laminares 4. En el sistema sin paletas laminares, se puede usar una velocidad de flujo de 20 metros/hora y mayores en comparación con velocidades de flujo de 1 a 2 metros/hora en los clarificadores de sistemas convencionales.

Las velocidades de flujo mas altas para este sistema en comparación con el sistema convencional,, se originan principalmente del uso de las partículas inertes y el polímero agregado al afluente. Las placas laminares se pueden utilizar para aumentar la capacidad del sistema. La parte superior de la zona de clarificación 5 contiene un sistema de recolección 17 para dirigir el afluente clarificado hacia la salida 19 del sistema. El lodo sedimentado del afluente es recolectado en el fondo del cono 15 de recolección y bombeado hasta un dispositivo de separación 6.

PASO 5 DEL PROCEDIMIENTO La operación de separación de lodo/partícula inerte separa las partículas inertes del lodo utilizando una bomba 8 de recirculación de alto esfuerzo cortante para transportar la mezcla del lodo al dispositivo de separación 6. Las partículas inertes se reciclan después hacia el reactor 14 de recirculación interna para ser reutilizadas. El lodo es transportado fuera del sistema para ser desechado utilizando los dispositivos conocidos tales como una prensa de banda.

PRUEBAS Se llevaron a cabo pruebas de los aparatos y procedimientos anteriormente descritos en el laboratorio y en el campo. El cuadro II muestra los resultados de las pruebas de la operación continua de una unidad de tres metros de diámetro.

Las figuras 5-7 ilustran los resultados de pruebas realizadas en aguas negras de desecho utilizando varios floculadores y tipos de agitación. Además, la figura 6 ¡lustra los resultados de rendimiento en escala completa a largo plazo de un dispositivo de sedimentación de 3 metros de diámetro. En las figuras 5-7, TSS es la abreviación de sólidos suspendidos totales, COD es la abreviación de demanda química de oxígeno, SCC representa el rector de recirculación interna y RT es la abreviación para tiempo de residencia. Lo anterior ha descrito los principios, modalidades preferidas y modos de operación de la presente invención. Sin embargo, la invención no debe considerarse como limitada a las modalidades particulares discutidas. En su lugar, las modalidades anteriormente descritas deben considerarse como ilustrativas mas bien que restrictivas, y debe apreciarse que los expertos en la materia pueden hacer variaciones en estas modalidades sin apartarse del alcance de la presente invención definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims (4)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un procedimiento para separar materiales sólidos suspendidos de un afluente mediante floculación lastrada y sedimentación diferencial, que comprende: combinar con agitación un flujo de afluente pretratado, floculador y partículas inertes, en una zona de flujo ascendente de un reactor (14) de recirculación interna, para producir una mezcla floculada que incluye los materiales sólidos suspendidos; pasar la mezcla floculada de la zona de flujo ascendente del reactor (14) de recirculación interna hacia una zona (34) de flujo descendente del reactor de recirculación interna utilizando sedimentación diferencial sin agitación mecánica, en donde el afluente pretratado, el floculador y las partículas inertes son sometidas a agitación suficiente en la zona de flujo ascendente del reactor de recirculación interna para producir mezclado suficiente del afluente, floculador y partículas inertes, para formar los flóculos por floculacíón lastrada sin inducir esfuerzo cortante que evite la formación de los flóculos o separe los fióculos; reciclar una primera porción de la mezcla floculada desde al zona de flujo descendente del reactor de recirculación interna hasta la zona de flujo ascendente del reactor (14) de recirculación interna; pasar una segunda porción de la mezcla floculada de la zona de flujo descendente del reactor de recirculación interna hacia una zona (5) de sedimentación; y remover el líquido clarificado desde una región superior de la zona (5) de sedimentación; y los fióculos sedimentados desde una región inferior de la zona de sedimentación.

2.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende separar los flóculos sedimentados en lodo y partículas inertes; y reciclar las partículas inertes hacia el reactor de recirculación interna.

3.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el afluente pretratado, el floculador y las partículas inertes están residentes en el reactor de recirculación interna durante un período en la escala de aproximadamente 10 a aproximadamente 300 segundos.

4.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque se hace variar la velocidad de recirculación variando la velocidad de un propulsor (47) localizado en el reactor (14) de recirculación interna.