PT100066A

PT100066A - Aparelho de filtragem e elemento de filtragem

Info

Publication number: PT100066A
Application number: PT100066A
Authority: PT
Inventors: Edward Victor Byers; Michael Richard Byers
Original assignee: Sev Trent Water Ltd
Priority date: 1991-01-30
Filing date: 1992-01-29
Publication date: 1994-03-31
Also published as: GB9315297D0; GB2267658A; IE920296A1; WO1992013626A1; GB2267658B

Description

73 601 PSR/P1100 -2-

MEMORIA DESCRTTTVÃ O presente invento refere-se a aparelhos de filtragem para a separação de resíduos de sólidos de filtrados líquidos, tais como no tratamento de esgotos ou na filtração de água bruta, como parte de um processo de tratamento de água potável.

Quando é requerido um aparelho de filtração para filtrar um fluxo contínuo de líquido, devem ser dados passos para assegurar que o material removido do líquido não é deixado desenvolver-se no elemento ou elementos de filtro, porque isto impediria cada vez mais o fluxo do líquido através do aparelho e podia causar, no limite, o seu bloqueio completo. É conhecida a limpeza por meio de lavagem de retorno de um elemento de filtragem, por exemplo, com a forma de uma rede de fios de arame finos, suportados por uma armação periférica; isto é, forçando o líquido de retorno através do elemento, na direcção oposta ao fluxo normal, para desalojar material que se tenha acumulado na face a jusante (quando em utilização normal) da rede.

Em situações, em que um fluxo de líquido a ser filtrado não possa ser interrompido, pode ser utilizado um arranjo rotativo. Num aparelho de filtração de líquido rotativo conhecido, é montado um filtro de disco, compreendendo uma rede segura em torno de sua periferia a um anel tubular rígido, numa conduta de transporte de líquido. Um vedante entre a periferia do filtro de disco e da conduta provoca que todo o fluxo de líquido passe através do filtro de disco. Em utilização normal, apenas a porção inferior do disco fica submersa no líquido a ser filtrado. Para evitar que a rede de filtro fique bloqueada com matéria, o filtro de disco é rodado para elevar as porções anteriormente emersas para fora do líquido para lavagem de retorno, sendo qualquer matéria, assim desalojada, da rede transportada para fora como desperdício. 0 sistema de filtro de disco conhecido tem desvantagens, -3- 73 601 PSR/P1100 particularmente, é difícil manter uma vedação efectiva entre a periferia do disco e da conduta. 0 presente invento proporciona, num primeiro dos seus aspectos, um aparelho de filtragem para separar resíduos de sólidos dos filtrados líquidos, compreendendo um vaso de filtragem montado rotativamente, meios de filtragem dispostos em torno do eixo de rotação numa ou mais paredes do vaso para proporcionar saídas de filtragem do vaso, meios de alimentação que permitem aos materiais a serem filtrados serem introduzidos no vaso, meios para recolherem o filtrado que emerge das saídas de filtragem a um nível mais baixo, meios de limpeza para desalojarem os resíduos dos meios de filtragem a um nível mais elevado, e meios dentro do vaso para recolherem os resíduos desalojados dos meios de filtragem pelos meios de limpeza, sendo as porções dos meios de filtragem conduzidas sucessivamente entre os níveis mais baixo e mais elevado pela rotação do tambor. 0 vaso pode ser rodado contínua ou periodicamente. Pode ser utilizada rotação intermitente, por exemplo, quando o processo de filtragem faça parte de um processo de tratamento de águas ou processo semelhante.

Montando os meios de filtragem nas paredes de um vaso rotativo, pode ser obviada a necessidade de uma vedação entre componentes com movimento relativo.

Os meios de limpeza podem funcionar realizando a lavagem de retomo dos meios de filtragem. Numa concretização preferida, os meios de limpeza compreendem um ou mais pulverizadores de líquido dispostos exteriormente ao vaso e que funcionam para provocarem que uma pulverização de líquido embata nos meios de filtragem.

Os ou cada um dos meios de filtragem podem ter a forma de um crivo de rede esticado através de uma armação. É preferível proporcionar uma pluralidade de elementos de filtragem discretos que são montados individualmente nas paredes do vaso de filtra-

73 601 PSR/P1100 -4- gem. Deste modo, os danos numa pequena secção dos meios de filtragem são restringidos nos seus efeitos ao elemento no qual os danos ocorreram. 0 vaso de filtragem pode ser um tambor geralmente cilíndrico, sendo os elementos de filtragem montados, pelo menos, numa parede de extremidade do tambor.

Numa concretização preferida, os meios de alimentação e os meios de recolha de resíduos compreendem condutas que se prolongam através do vaso, geralmente ao longo do eixo de rotação, para a distribuição para o vaso dos materiais a serem filtrados e para a remoção dos resíduos do vaso. 0 vaso pode ser montado rotativamente numa única conduta que tenha um ou mais acessos de descarga para a distribuição dos materiais a serem filtrados para o vaso, e um ou mais acessos de recepção dos resíduos resultantes da limpeza dos meios de filtragem, estando os acessos de descarga separados dos acessos de recepção por uma divisória vedada dentro da conduta. Os meios de recolha de resíduos podem compreender meios de funil ou chaminé para alimentarem os resíduos resultantes da lavagem de retorno dos meios de filtragem para uma calha de recolha estacionária, que descarrega para um ou mais acessos de recepção.

Verificou-se que os elementos de filtragem construídos a partir de uma rede presa na sua periferia a uma armação anular rígida podem estar sujeitos a falhas prematuras, isto é principalmente devido à repetição do fluxo dianteiro e lavagem de retorno, que provocam esforços cíclicos nos fios de arame da rede perto da armação, que conduzem à fadiga dos fios. 0 invento proporciona, num segundo aspecto, um elemento de filtragem que compreende um crivo de rede, e meios periféricos que suportam o crivo, sendo o crivo retido entre superfícies de apoio convexas e opostas dos meios de suporte, que formam uma entrada convergente para o crivo.

Num elemento de filtragem tal como este, os fios do crivo 73 601 PSR/P1100 -5-

são Impedidos pelas superfícies de apoio de serem dobrados de modo agudo, quando o crivo for deflectido devido à pressão exercida pelo fluido que flui através do mesmo. Assim, a grandeza das tensões cíclicas nos fios e, consequentemente, a tendência dos fios para a fadiga, é reduzida.

Este aspecto do invento pode ser particularmente benéfico, quando a rede é composta por fios metálicos.

As superfícies de apoio convexas podem prolongar-se para cada lado de uma linha de grande proximidade entre as superfícies opostas.

Numa concretização preferida, os meios de suporte compreendem uma armação à qual é preso o crivo de rede, retido dentro de um alojamento de secção de caixa. As superfícies de apoio são formadas ao longo das paredes de uma abertura no alojamento de caixa, que formam a entrada convergente. Numa concretização, o alojamento de caixa é formado por duas partes (que podem ser ajustadas em relação uma à outra, de modo a manterem as superfícies de apoio em contacto com os fios da rede).

Numa concretização alternativa, as superfícies de apoio são representadas por componentes de um material elastomérico, que farão com que os fios se apoiem contra os mesmos numa extensão dependente da quantidade de pressão cíclica aplicada. Com efeito, são proporcionadas porções de superfície de apoio curvilíneas variáveis pelas propriedades elásticas do material elastomérico, que se adaptam às variações na pressão na rede. 0 elemento de filtragem, de acordo com o segundo aspecto do invento pode, mais vantajosamente, ser utilizado num aparelho de filtragem de acordo com o primeiro aspecto do invento.

Serão agora descritas em detalhe concretizações do invento, por meio de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

73 601 PSR/P1100 -6- a fig. 1 é uma vista em diagrama de uma parede de extremidade de um vaso de filtragem rotativo, dentro de um tanque de recolha, visto num corte através do vaso; a fig. 2 é um corte vertical e longitudinal através do aparelho da fig. 1; a fig. 3 mostra, em corte parcial, um primeiro elemento de filtragem; a fig. 4 é uma vista em corte pela linha A-A da fig. 3; e a fig. 5 é uma vista em corte transversal correspondente à fig. 4, mas mostrando uma construção modificada do elemento de filtragem.

Como mostrado nas figs. 1 e 2 dos desenhos, é proporcionada uma câmara de filtração de um aparelho de filtragem concretizando o invento, por um vaso de filtração com a forma de um tambor 1. 0 tambor compreende duas chapas de extremidade circulares e rígidas 2 nas extremidades opostas de uma parede cilíndrica 3 presa e vedada nas chapas de extremidade 2. As chapas de extremidade 2 estão localizadas e fixas relativamente entre si por hastes de ligação 4 dispostas anularmente, para proporcionarem uma estrutura rígida.

As chapas de extremidade 2 estão munidas com uma pluralidade de aberturas, através das quais os elementos de filtragem 5 são presos por, por exemplo, parafusos que não são mostrados, estando os elementos dispostos em distribuições circulares uniformes em torno das chapas. Cada um dos elementos de filtragem discretos 5 (descritos com maior pormenor em seguida), consiste num anel de suporte periférico 6 ao qual a periferia de um crivo de rede de arame de filtragem M é presa, cobrindo a rede completamente a abertura, que está rodeada pelo anel 6. As aberturas nas chapas de extremidade, cobertas pelos elementos de filtragem, proporcionam as saídas de filtragem do tambor.

73 601 PSR/P1100

Os elementos de filtragem 5 estão mostrados como tendo uma forma circular, sendo isto preferido para facilidade de fabrico, mas podem ser utilizadas outras formas.

As chapas de extremidade 2 são montadas em chumaceiras 7, para permitir ao tambor 1 rodar em torno de uma conduta cilíndrica prolongando-se axial e horizontalmente 8 que, em parte, forma uma conduta de alimentação estacionária através do tambor. Os materiais a serem filtrados podem ser admitidos numa extremidade da conduta 8 (como indicado por uma seta 9) caindo os materiais no interior do tambor 1, através dos acessos de descarga com a forma de ranhuras 10. A progressão axial dos materiais na conduta 8 para além das ranhuras 10 é evitada por uma divisória de vedação interna 11 na conduta.

Um prolongamento axial tubular 12 no tambor 1 permite ao tambor l ser rodado através de uma roda de polia ou de engrenagem 13 do prolongamento, por meios de accionamento adequados (não mostrados). A conduta 8 está suportada fora do tambor 1, adjacente às extremidades opostas do tambor, pelas paredes de um tanque de recolha, no qual o filtrado líquido, que sai do tambor 1 através dos elementos de filtragem 5, pode ser recolhido. 0 líquido pode ser extraído do tanque através de um tubo de saída 15 que é telescopicamente prolongável para cima (não mostrado) para permitir a alteração do nível de saída do filtrado.

Uma proporção do líquido filtrado (até cerca de 10%, dependendo das condições de trabalho e do grau de contaminação dos efluentes) pode ser bombeada através dos dispositivos de pulverização 16, mantidos acima do tanque 14 em posições fixas adjacentes a ambas as chapas de extremidade 2 do tambor 1. Os dispositivos 16 estão munidos com pulverizadores para provocarem que o efluente filtrado seja pulverizado em jactos 17, que embatem em crivos opostos dos elementos de filtragem 5, de modo a desagregarem os resíduos de sólidos que se possam ter acumulado nos crivos e fazê-los retornar para o interior do

73 601 PSR/P1100 tambor 1.

As chapas aparadoras 18, que formam dispositivos de funil em forma de V, um para cada elemento de filtragem, são fixas na superfície interior de cada chapa de extremidade 2 adjacente aos elementos 5. O vértice do V está dirigido para o eixo de rotação do tambor l, enquanto que os braços do V passam para cada lado de um elemento de filtragem 5 correspondente para recolher os resíduos da lavagem de retorno. Cada dispositivo de funil forma um bocal 19 no vértice da forma em V. Os bocais 19 alimentam os resíduos provenientes da lavagem de retorno dos elementos de filtragem numa calha de recolha estacionária 20 fixa à porção mais elevada da conduta central 8 ao longo do seu comprimento dentro do interior do tambor 1. A calha 20 conduz o material recolhido para um acesso de recepção 21 na calha ao mesmo tempo que ele cai através de uma abertura alinhada na conduta 8 no lado afastado da divisória 11 a partir das ranhuras 10. O material pode então ser drenado da conduta 8 (como indicado pela seta 22).

Na utilização do aparelho, o material a ser filtrado escoa-se para o tambor 1 através dos meios de alimentação, compreendendo a conduta 8 e as ranhuras 10. o filtrado passa para fora do tambor 8 através daqueles dos elementos de filtragem 5 num nível inferior dentro do tanque de recolha 14. 0 nível do líquido no tanque de recolha 14 é mantido, por ajustamento do tubo de saída 15, num nível tal que, um elemento de filtro 5 na sua posição mais inferior, fica totalmente submerso. A pressão hidrostática do líquido no tambor 1 é suficiente para provocar que o filtrado passe através dos elementos de filtro 5. O tambor 1 é rodado continuamente, de modo que cada elemento de filtragem 5 é reciclado continuamente entre um nível inferior, no qual o mesmo filtra o líquido, e um nível superior no qual o mesmo passa muito perto em frente dos jactos de pulverização 17 e sofre a lavagem de retorno. t? 73 601 PSR/P1100 -9-

Será agora descrita em maior detalhe uma primeira construção de elemento de filtragem 5 com referência às figs. 3 e 4. 0 anel de suporte 6 de cada elemento de filtragem 5 compreende uma armação rígida, anular e circular 30, através da qual está esticado um crivo de rede M. A armação 30 está montada dentro de um alojamento anular em secção de caixa 32 formado por duas partes 34, 36, seguras em conjunto por parafusos em orifícios de parafusos 38 através das partes.

As duas partes 34 e 36 do alojamento 32 são munidas com superfícies de apoio anulares 40, as quais são convexas em corte transversal como mostrado na fig. 4, para formarem uma entrada convergente para o crivo. As superfícies prolongam-se para cada lado de uma linha anular de grande proximidade entre si.

Quando as duas partes 34 e 36 do alojamento 32 são seguras em conjunto, como mostrado na fig. 4, as superfícies de apoio 40, opostas uma à outra, assentam contra os arames individuais do crivo de rede M, adjacentes ao ponto de emergência da rede M do anel de suporte 30.

Na concretização mostrada na fig. 4, as superfícies de apoio 40 assentam na circunferência de um círculo, cujo raio é escolhido de modo que quando os arames do crivo de rede M flec-tem, os mesmos conformam-se à forma das superfícies 40, limitando assim as fadigas de flexão que se manifestam contra o início da fadiga metálica.

Numa construção modificada mostrada na fig. 5, as superfícies de apoio são formadas por anéis elastoméricos 42 com secção transversal circular posicionados em recessos de acomodação 44 nas partes 34, 36 do alojamento 32.

Quando um crivo de rede M está em flexão, as superfícies

73 601 PSR/P1100 dos anéis elastoméricos 42, sendo resilientes, assumem um raio que é algo maior do que o seu raio quando em descanso num grau que depende das propriedades elásticas do material e à tensão dos arames de rede. Deste modo é criada uma folga para quantidades variáveis de flexão no crivo de rede M. isto resulta na redução das fadigas de flexão através de uma gama ampla de movimento cíclico dos arames do crivo de rede M.

As vantagens do invento assim descrito podem ser representadas, pela consideração das fadigas presentes nos arames individuais do crivo de rede de um dispositivo de filtração, quando em utilização. Este compreende uma força de tracção, que é a soma da fadiga induzida pela tensão inicial aplicada à rede, conduzindo a fadiga induzida adicionalmente pela alongação dos arames do crivo de rede, à distensão e aparecendo uma fadiga adicionalmente sobreposta como uma consequência dos arames serem flectidos nos seus pontos de suporte pela pressão de funcionamento .

Em virtude da introdução das superfícies de apoio, esta fadiga sobreposta é composta pela fadiga de tracção no bordo convexo dos arames flectidos (indicados por M' nas figs. 4 e 5) e a fadiga de compressão de grandeza igual nos bordos côncavos medida em relação ao ponto de contacto com as superfícies de apoio opostas. É a fadiga de tracção adicional assim induzida que a concretização alternativa compensa, dependendo a sua grandeza do diâmetro do arame e do raio das superfícies de apoio curvas. A grandeza da fadiga adicional pode ser calculada utilizando um conhecimento da teoria da elasticidade e das propriedades do arame.

Sem haver a previsão das superfícies de apoio curvilíneas com raio correcto, o incremento da fadiga pode ser muito alto e suficiente para provocar que a fadiga total do arame se eleve para além do limite que resistirá com segurança à fadiga, que-

73 601 PSR/P1100 -li brando através de um número ilimitado de flutuações de fadiga.

Este limite de fadiga seguro será conhecido e predeterminado para os arames de um material particular. Como um exemplo, para um arame de aço inoxidável de 0,1 mm de diâmetro, o mesmo será normalmente adequado para utilização num raio de superfície de apoio de 6 mm.

Claims

73 601 PSR/P1100 -12

REIVINDICAÇÕES 1 - Aparelho de filtragem para a separação de resíduos de sólidos de filtrados líquidos, caracterizado por compreender um vaso de filtração montado rotativamente (1), meios de filtragem (5) dispostos' em torno do eixo de rotação numa ou mais paredes do vaso para proporcionarem saídas de filtragem do vaso, meios de alimentação (8, 10) que permitem aos materiais a serem filtrados serem introduzidos no vaso, meios (14) para recolherem o filtrado vindo das saídas de filtragem para um nível mais baixo, meios de limpeza (16) para desalojarem os resíduos dos meios de filtragem a tua nível mais alto, e meios (18, 19, 20) dentro do vaso para recolherem os resíduos desalojados dos meios de filtragem pelos meios de limpeza, sendo as porções dos meios de filtragem transportadas sucessivamente entre os níveis mais baixo e mais alto pela rotação do tambor.
2 - Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os meios de limpeza (17) permitirem a lavagem de retorno dos meios de filtragem (5).
3 - Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os meios de limpeza compreenderem um ou mais pulverizadores dispostos em oposição aos meios de filtragem (5) a um nível mais alto e operativos para provocarem uma pulverização do líquido para embater nos meios de filtragem (5).
4 - Aparelho de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por os meios de filtragem (5) compreenderem uma pluralidade de elementos de filtragem discretos dispostos em torno do eixo de rotação do vaso.
5 - Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por cada elemento de filtragem compreender um crivo de rede (M).
6 - Aparelho de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por o vaso de filtração (1) ser um tambor geralmente cilíndrico, estando os meios de filtragem montados, pelo 73 601 PSR/P1100 -13-

menos, numa parede de extremidade (2) do vaso.
7 - Aparelho de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por os meios de alimentação e os meios de recolha de resíduos compreenderem condutas (8), que se prolongam através do vaso, geralmente ao longo do eixo de rotação, para a distribuição de materiais a serem filtrados no vaso (1) e para a remoção dos resíduos do vaso.
8 - Aparelho de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por as condutas compreenderem uma única conduta (8) que tem um ou mais acessos de descarga (10) para distribuição dos materiais para o vaso (1) e um ou mais acessos de recepção (21) para a recepção dos resíduos de limpeza dos meios de filtragem (5), existindo uma divisória de vedação (11) dentro da conduta entre um ou mais dos acessos de descarga (10) e um ou mais dos acessos de recepção (21).
9 - Aparelho de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por os meios de recolha de resíduos compreenderem meios de chaminé (18) fixos dentro do vaso adjacentes às saídas de filtragem para recolherem os resíduos desalojados dos meios de filtragem e para alimentarem os resíduos para uma calha de recolha.
10 - Elemento de filtragem, caracterizado por compreender um crivo de rede (M) e meios periféricos para suportarem o crivo, sendo o crivo retido entre superfícies de apoio convexas opostas (40) dos meios de suporte que formam uma entrada convergente para o crivo.
11 - Elemento de filtragem de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por as superfícies de apoio convexas (40) se prolongarem para cada lado de uma linha de grande proximidade entre as superfícies opostas.
12 - Elemento de filtragem de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado por os meios de suporte compreenderem uma -14- 73 601 PSR/P1100 armação (30) à qual é fixo o crivo de rede (M) e um alojamento (32) no qual é retida a armação (30), sendo as superfícies de apoio representadas pelo alojamento (32).
13 - Elemento de filtragem de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o alojamento (32) ter secção em caixa.
14 - Elemento de filtragem de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o alojamento ser construído a partir de duas partes (34, 36) fixas em conjunto, sendo uma superfície de apoio (40) representada por cada parte (34, 36).
15 - Elemento de filtragem de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado por as superfícies de apoio (40) serem representadas por componentes (42) de secção circular.
16 - Elemento de filtragem de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 15, caracterizado por as superfícies de apoio (40) serem representadas por um material elastomérico.
17 - Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por os meios de filtragem compreenderem uma pluralidade de elementos de filtragem (5) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 16. Lisboa, 1992 Por SEVERN TRENT WATER LIMITED