WO2010034852A1 - Procedimiento para la preparación de lechos de calcita de altura constante con control de aguas turbias - Google Patents

Procedimiento para la preparación de lechos de calcita de altura constante con control de aguas turbias Download PDF

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Fundacion Canaria Centro Canario De Agua
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    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/68—Treatment of water, waste water, or sewage by addition of specified substances, e.g. trace elements, for ameliorating potable water
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    • C02F1/688—Devices in which the water progressively dissolves a solid compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/11—Turbidity

Definitions

  • the present patent refers to a new process for the preparation of beds of calcite of constant height by means of the continuous dosing of calcite by gravity and below water, as well as the control of turbid waters that could be generated during the use of the process.
  • Granite calcite beds or filters are used for the remineralization of soft and corrosive waters and, especially, in the after-treatment of water from desalination plants. As they run through the beds, this type of water dissolves the calcite stones, generating soluble calcium bicarbonate until they reach the chemical equilibrium known as the saturation point. •
  • Each type of water requires a specific contact time within the calcite bed to reach the desired chemical equilibrium. This contact time can vary between 4 and 30 minutes depending on the type of water and the temperature.
  • the calcite beds can be both upflow and downflow, the granulometry varies between 1-5 mm and have a height between 1, 5-3.5 meters.
  • the consumption of calcite produces a continuous descent of bed height. This obliges recharge them periodically and build the beds with a height greater than what would be necessary, in order to ensure that the contact time is always longer than desired between recharging and recharging.
  • recharges are normally made every 10-14 days. This supposes to add in each replacement between 25 and 40 centimeters of calcite, depending on the consumption of the treated water.
  • the replacements are made by directly pouring the calcite into the upper part of the bed, either dry, or wet and with a drag system with a water jet.
  • the calcite beds are always submerged and the height of the water surface is generally about 80-100 cm above the surface of the bed.
  • Granulated calcite is always accompanied by a dust that generates turbidity and needs to be removed. Therefore, calcite refills must be accompanied by strong backwashes.
  • the backwashing water is turbid and is poured into decanting tanks or, in some cases, directly into the sewer system since it is not toxic.
  • the downflow beds require backwashing every certain time, to avoid the obstruction caused by the fines deposited at the bottom of the bed and which can clog the holes in the drainage floor. Generally these backwashes are made to coincide with filling operations.
  • the beds of upward flow do not have the problem of obstruction in the bottom of the bed, although they do generate a serious turbidity problem during the recharging processes.
  • the water consumption of the backwashers, and the control of turbid waters are the factors that currently limit the application of calcite beds in processes such as the remineralization of desalinated water, where the cost of water is high and spaces are limited.
  • This behavior has made it possible to design a recharge method for the beds that functions by gravity and that continuously replenishes the calcite that is consumed in the bed.
  • the calcite slowly descends through dosing funnels that cross the water-flooded area located above the beds, replacing the calcite on the surface of the bed, grain by grain, and according to the demand, maintaining this forms a bed of constant height.
  • the surface of the calcite bed acts as a natural stop and controls the descent of granulated material through the dosing tubes. Only the descent of the bed allows the descent of the material. The dosage is thus carried out slowly and grain by grain and under water, thereby avoiding turbidity problems. 4.
  • the procedure for the preparation of calcite beds of constant height employs a cell or tank that houses a calcite bed that has a filtering floor in its lower part and also a series of new elements to guarantee constant dosing, the uniform collection of treated water and the control of the turbid waters.
  • the process of this patent uses a plate formed by large metering funnels and resting on a grid-like structure. The plate of dosing funnels is in turn the base of a silo where the calcite is stored.
  • the calcite passes directly from the silo to the surface of the bed through the floor of the dosing cones and through the sheet of water that covers the bed. This guarantees a continuous and uniform dosing process on the entire surface of the bed.
  • This special silo is an integral part of the process object of this patent.
  • the method uses an internal perimeter spillway located below the cones support structure that adapts to the walls of the cell or the tank and allows a uniform collection of water along the entire perimeter.
  • the assembly of the dosing funnel plate, the supporting structure, the upper silo and the filtering floor under the bed form an integral part of the process object of this invention. 5. Origin of the turbid water control procedure
  • the procedure object of this patent avoids turbidity problems associated with periodic refills, it is still necessary to control the turbid waters generated during the first filling of the filters, as well as during the processes of swelling with air that usually take place once or twice a year to avoid the formation of preferential channels in the bed.
  • the process incorporates a circuit for collecting these waters and their recirculation at the beginning of the process and before remineralization.
  • the water enters the lower part of the tank and is distributed through the filtering floor. Then ascend through the bed. As it crosses the bed, the water corrects its chemical composition, improving its condition. The time it takes the water to cross the bed will depend in each case on the design conditions of each project.
  • the water enters a backwater area of approximately 80 cm and overflows through a perimeter interior spillway.
  • the perimeter interior spill collects the water and conducts it to a lateral outlet.
  • a support structure in the form of a grill that holds the plate of dosage funnels.
  • the dosing funnels make up the floor of a calcite storage silo located on the bed and which forms an integral part of the same deposit.
  • the recharge of calcite is done directly in the silo, thus feeding the dosing funnels.
  • the dosing funnels cross the backwater zone and dose the calcite directly on the surface of the bed and below the water. With this procedure, the dosage is carried out very slowly through the dosing funnels and without creating turbulence.
  • the system self-feeds by gravity as the calcite bed is consumed.
  • the calcite silo allows independent operation of the procedure for several weeks.
  • the product in this reserve silo remains dry while the dosing zone is under water.
  • the calcite is only wetted in the funnels down tubes, but since the granulated material is practically inert, this does not absorb water or dissolve easily, there are no problems of obstruction.
  • FIG. 1 illustrates the elements of an installation with two identical tanks (1) and (2) placed in parallel. Said deposits house calcite beds of ascending flow and constant height and each have an independent recirculation circuit.
  • a preferred scheme of the process has been materialized by way of example and without limitation.
  • FIG. 1 The elements that appear in Figure 1 are the following: (1) Deposit with calcite bed of ascending flow and constant height; (2) Deposit with ascending flow calcite bed and constant height identical to the tank (1); (3) Untreated water inlet; (4) Pressurized air injection point for bedding; (5) Filter floor area for the uniform distribution of air and water under the calcite beds; (6) Granite calcite bed; (7) Backwater area, (8) Perimeter interior landfill; (9) Support structure of the dosing funnels; (10) Plate of metering funnels; (11) Calcite silo for feeding the dosing funnels; (12) Loading mouth of the calcite silo; (13) Deviation for the turbid water recirculation circuit; (14) Exit of treated water; (15) Turbid water recirculation pipe; (16) Tank for turbid waters with level control; (17) Turbid water injection pump; (18) Control panel.
  • the water to be treated enters through the tube (3), which is divided into two branches. One to the deposit (1) and another to the deposit (2). These two deposits are identical and will work in parallel.
  • the injection of pressurized air (4) Prior to the entrance to each of the tanks, the injection of pressurized air (4) is located. Said injection is used at specific moments for the sponge or cleaning of the calcite bed located inside the corresponding deposit.
  • the water penetrates through the lower part of the tank and is distributed evenly through a filtering floor (5) specially designed to facilitate the uniform distribution of water or air. Then, it ascends through the bed of granulated calcite (6), crosses the backwater area (7) and overflows through the pehmetral landfill (8).
  • the Turbid water is injected by means of the pump (17) to the general inlet pipe (3) to the remineralization process.
  • the level gauges of the turbid water tank (16) and the recirculation pump (17) are connected to a control panel (18).
  • the variant of detail is also protected, and thus the size and shape of the dosing funnels, the support plate of the dosing funnels, the size of the perimeter landfills, or the configuration of the system may vary. of recirculation or filtering floor under the bed.

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Abstract

La presente patente se refiere a un nuevo procedimiento para la preparación de lechos de calcita de altura constante mediante la dosificación continua de calcita por gravedad y por debajo del agua, así como el control de las aguas turbias que pudieran generarse durante la utilización del procedimiento. El procedimiento está caracterizado por el hecho de emplear una estructura de embudos dosificadores que permiten la aplicación continua de calcita por gravedad y por debajo del agua y directamente sobre a superficie del lecho. También dispone de una parrilla para la sustentación de los embudos dosificadores, de un silo cuyo piso lo conforman los embudos dosificadores, de un vertedero interior perimetral debajo de la estructura de soporte de conos, de un piso filtrante para la distribución uniforme de agua o aire debajo del lecho de calcita y por último, de un circuito de recogida y recirculación de aguas turbias.

Description

Procedimiento para Ia preparación de lechos de calcita de altura constante con control de aguas turbias
La presente patente se refiere a un nuevo procedimiento para Ia preparación de lechos de calcita de altura constante mediante Ia dosificación continua de calcita por gravedad y por debajo del agua, así como el control de las aguas turbias que pudieran generarse durante Ia utilización del procedimiento. 1. Introducción Los lechos o filtros de calcita granulada se utilizan para Ia remineralización de las aguas blandas y corrosivas y, en especial, en el postratamiento de las aguas procedentes de plantas desaladoras. A medida que discurren por los lechos, este tipo de aguas van disolviendo las piedras de calcita, generando bicarbonato calcico soluble hasta que alcanzan el equilibrio químico que se conoce como punto de saturación. •
Cada tipo de agua requiere de un tiempo de contacto determinado dentro del lecho de calcita para poder alcanzar el equilibrio químico deseado. Este tiempo de contacto puede variar entre 4 y 30 minutos según el tipo de agua y Ia temperatura. 2. Estado de Ia técnica
En Ia actualidad, los lechos de calcita pueden ser tanto de flujo ascendente como de flujo descendente, Ia granulometría varía entre 1-5 mm y tienen una altura entre 1 ,5-3,5 metros. Tanto en los lechos de flujo ascendente como lechos de flujo descendente, el consumo de calcita produce un descenso continuo de Ia altura de los lechos. Esto obliga a recargarlos periódicamente y a construir los lechos con una altura mayor de Ia que sería necesaria, con el fin de garantizar que el tiempo de contacto sea siempre superior al deseado entre recarga y recarga. Atendiendo a limitaciones técnicas, las recargas se hacen normalmente cada 10-14 días. Esto supone añadir en cada reposición entre 25 y 40 centímetros de calcita, dependiendo del consumo del agua tratada. Las reposiciones se realizan vertiendo directamente Ia calcita en Ia parte superior del lecho, bien sea seca, o bien por vía húmeda y con un sistema de arrastre con un chorro de agua. Los lechos de calcita están siempre sumergidos y Ia cota de Ia superficie del agua está generalmente unos 80-100 cm por encima de Ia superficie del lecho.
La calcita granulada va siempre acompañada de un polvillo que genera turbidez y que necesita ser eliminado. Por ello, las recargas de calcita han de ir acompañadas de fuertes retrolavados. Las aguas de retrolavados son turbias y se vierten en depósitos de decantación o, en algunos casos, directamente al alcantarillado ya que no son tóxicas. Adicionalmente y de forma específica, los lechos de flujo descendente requieren de retrolavados cada cierto tiempo, para evitar Ia obstrucción que causan los finos que se depositan en fondo del lecho y que pueden llegar a obstruir los orificios del piso drenante. Generalmente estos retrolavados se hacen coincidir con las operaciones de llenado. Por su parte, los lechos de flujo ascendente no tienen el problema de obstrucción en el fondo del lecho, aunque sí generan un problema grave turbidez durante los procesos de recarga. El consumo de agua de los contralavados, y el control de las aguas turbias son los factores que limitan actualmente Ia aplicación de los lechos de calcita en procesos como Ia remineralización de las aguas desaladas, donde el coste del agua es elevado y los espacios limitados.
5 3. Origen del procedimiento de dosificación en continuo
Analizado el estado de Ia técnica, se puede concluir que hasta ahora no ha sido nunca utilizado, en Ia forma en que Io hace el procedimiento objeto de esta patente, el hecho de que Ia calcita granulada no se apelmaza cuando se encuentra bajo el agua, sino que mantiene unao estructura granular suelta y similar a Ia arena.
Este comportamiento ha permitido diseñar un procedimiento de recarga de los lechos que funciona por gravedad y que repone de forma continua Ia calcita que se va consumiendo en el lecho. En el procedimiento objeto de esta invención, Ia calcita desciende5 lentamente por unos embudos dosificadores que atraviesan Ia zona inundada de agua situada encima de los lechos, reponiendo Ia calcita sobre Ia superficie del lecho, grano a grano, y según Ia demanda, manteniendo de esta forma un lecho de altura constante. La superficie del lecho de calcita hace de tope natural y controla elo descenso de material granulado por los tubos de dosificación. Solo el descenso del lecho permite el descenso del material. La dosificación, se realiza así de forma lenta y grano a grano y bajo el agua, con Io que se evitan los problemas de turbidez. 4. Origen del procedimiento para Ia preparación de lechos de5 calcita de altura constante El descubrimiento del procedimiento de dosificación constante descrito en el párrafo anterior ha permitido desarrollar todo el procedimiento completo para Ia preparación de lechos de calcita de altura constante. El procedimiento emplea una celda o depósito que acoge en su interior un lecho de calcita que dispone de un suelo filtrante en su parte inferior y también una serie de elementos nuevos para garantizar Ia dosificación constante, Ia recogida uniforme del agua tratada y el control de las aguas turbias. El procedimiento de esta patente utiliza una placa formada por embudos dosificadores de gran tamaño y que se apoyan sobre una estructura en forma de rejilla. La placa de embudos dosificadores es a su vez Ia base de un silo donde se almacena Ia calcita. De esta forma, Ia calcita pasa directamente del silo a Ia superficie del lecho por medio del piso de los conos dosificadores y atravesando Ia lámina de agua que cubre el lecho. Se garantiza así un proceso de dosificación continua y uniforme en toda Ia superficie del lecho. Este silo especial forma parte integral del procedimiento objeto de esta patente.
Adicionalmente el procedimiento emplea un vertedero perimetral interior situado debajo de Ia estructura de soporte de los conos que se adapta a las paredes de Ia celda o del depósito y que permite una recogida uniforme del agua a Io largo de todo el perímetro. El conjunto de Ia placa de embudos dosificadores, Ia estructura de soporte, el silo superior y el suelo filtrante bajo el lecho forman parte integral del procedimiento objeto de esta invención. 5. Origen del procedimiento de control de las aguas turbias Aunque como se ha explicado en los párrafos anteriores, el procedimiento objeto de esta patente evita los problemas de turbidez asociados a las recargas periódicas, sigue siendo necesario controlar las aguas turbias que se generan durante el primer llenado de los filtros, así como durante los procesos de esponjamiento con aire que suelen realizarse una o dos veces al año para evitar Ia formación de cauces preferenciales en el lecho.
Con el fin de controlar estos caudales de aguas turbias, el procedimiento incorpora un circuito de recogida de estas aguas y su recirculación al comienzo del proceso y antes de Ia remineralizacion.
Las partículas de calcita causantes de las aguas turbias se disuelven así con rapidez en el agua corrosiva antes de Ia entrada a los lechos. De esta forma se elimina el vertido de aguas turbias. 6. Mejoras que aporta el procedimiento objeto de esta patente El procedimiento objeto de esta patente supone, atendiendo al estado de Ia técnica, las siguientes mejoras:
• Se trata de un procedimiento que permite Ia creación de lechos de calcita de altura constante con Io que se puede mantener siempre el mismo tiempo de contacto y, consecuentemente, un rendimiento constante.
• Se trata de un procedimiento que permite Ia creación de lechos de calcita de altura constante, evitando así desequilibrios hidráulicos en todas aquellas unidades que funcionen en paralelo, independiente de su número. • Se trata de un procedimiento que permite que una dosificación lenta y continua que evita los problemas de aguas turbias asociados a las recargas periódicas.
• Se trata de un procedimiento que permite una autonomía de funcionamiento hasta cuatro veces superior a Ia permitida hasta ahora.
• Por último, se trata de un procedimiento permite Ia recogida y recirculación de aguas turbias durante Ia carga inicial y los procesos de esponjado de los lechos evitando así los vertidos. 7. Modo de realización de Ia invención
El procedimiento objeto de esta patente puede utilizarse, con los correspondientes ajustes, tanto en lechos de flujo ascendente como en lechos de flujo descendente. A continuación se describe el funcionamiento del aparato propuesto en base uno lecho de tipo ascendente.
El agua entra en Ia parte inferior del depósito y se distribuye a través del piso filtrante. A continuación asciende a través del lecho. A medida que atraviesa el lecho el agua va corrigiendo su composición química mejorando su condición. El tiempo que tarda el agua en atravesar el lecho dependerá en cada caso de las condiciones de diseño de cada proyecto.
Una vez superado el lecho, el agua entra en una zona de remanso de aproximadamente 80 cm y rebosa a través de un vertedero interior perimetral. El vertedero interior perimetral recoge el agua y Ia conduce hasta una salida lateral. Por encima del vertedero perimetral se encuentra una estructura de soporte en forma de parrilla que sostiene Ia placa de embudos de dosificación.
Los embudos de dosificación conforman el piso de un silo de almacenamiento de calcita situado sobre el lecho y que forma parte integral del mismo depósito. La recarga de calcita se hace directamente en el silo, alimentando así los embudos dosificado res. Los embudos dosificadores atraviesan Ia zona de remanso y dosifican Ia calcita directamente sobre Ia superficie del lecho y por debajo del agua. Con este procedimiento, Ia dosificación se realiza, de forma muy lenta a través de los embudos dosificadores y sin crear turbulencias. El sistema se auto-alimenta por gravedad según se vaya consumiendo el lecho de calcita. El silo de calcita permite un funcionamiento autónomo del procedimiento de varias semanas. El producto en este silo de reserva permanece seco mientras que Ia zona de dosificación está bajo el agua. La calcita se humedece sólo en los tubos de bajada de los embudos, pero dado que el material granulado es prácticamente inerte, esto es no absorbe agua ni se disuelve fácilmente, no hay problemas de obstrucción.
En el tipo de lecho de flujo ascendente descrito en este apartado, el agua necesita de una presión suficiente para superar Ia pérdida de carga del piso filtrante, del lecho de calcita y de Ia zona de remanso. En el lecho descrito Ia salida del agua tratada se hace a presión atmosférica. 8. Elementos principales del procedimiento objeto de Ia patente
Los elementos principales que conforman el procedimiento objeto de esta patente se enumeran sobre Ia Figura 1 adjunta. Dicha figura ilustra los elementos de una instalación con dos depósitos idénticos (1 ) y (2) colocados en paralelo. Dichos depósitos alojan en su interior unos lechos de calcita de flujo ascendente y altura constante y disponen, cada uno, de un circuito de recirculación independiente. En Ia Figura 1 se ha materializado un esquema preferido del procedimiento a título de ejemplo y sin carácter limitativo. Los elementos que aparecen en Ia Figura 1 son los siguientes: (1 ) Depósito con lecho de calcita de flujo ascendente y altura constante; (2) Depósito con lecho de calcita de flujo ascendente y altura constante idéntico al depósito (1 ); (3) Entrada de agua sin tratar; (4) Punto de inyección de aire a presión para el esponjado de los lechos; (5) Zona del piso filtrante para el reparto uniforme de aire y agua bajo los lechos de calcita; (6) Lecho de calcita granulada; (7) Zona de remanso, (8) Vertedero interior perimetral; (9) Estructura de soporte de los embudos dosificadores; (10) Placa de embudos dosificadores; (11 ) Silo de calcita para Ia alimentación de los embudos dosificadores; (12) Boca de carga del silo de calcita; (13) Desviación para el circuito de recirculación de aguas turbias; (14) Salida del agua tratada; (15) Tubería de recirculación de aguas turbias; (16) Depósito para aguas turbias con control de nivel; (17) Bomba de inyección de aguas turbias; (18) Cuadro de control. A continuación se describe el funcionamiento del procedimiento objeto de esta invención de acuerdo con el esquema que se presenta en Ia Figura 1. El agua a tratar entra por el tubo (3), que se divide en dos ramales. Uno al depósito (1 ) y otro al depósito (2). Estos dos depósitos son idénticos y funcionarán en paralelo. Antes de Ia entrada a cada uno de los depósitos está ubicada Ia inyección de aire a presión (4). Dicha inyección se utiliza en momentos puntuales para el esponjado o limpieza del lecho de calcita situado dentro del depósito correspondiente. El agua penetra por Ia parte inferior del depósito y se reparte uniformemente a través de un piso filtrante (5) especialmente diseñado para facilitar Ia distribución uniforme de agua o aire. A continuación, asciende por el lecho de calcita granulada (6), atraviesa Ia zona de remanso (7) y rebosa por el vertedero pehmetral (8). Un poco más arriba del vertedero perimetral se encuentra anclada a las paredes del depósito Ia estructura de soporte de los embudos dosificadores (9), sobre Ia que se coloca Ia placa que conforman dichos embudos dosificadores (10). Sobre los embudos dosificadores se encuentra el silo de calcita para Ia alimentación de dichos embudos (11 ) y que dispone de una boca de carga en su parte superior (12). Una vez terminado el paso por el lecho, el agua rebosa por el vertedero perimetral y abandona el sistema por Ia tubería (14). En caso de necesidad de control de aguas turbias se activa Ia desviación a Ia salida del deposito por Ia tubería (13) que conduce el agua a través de Ia tubería de recirculación de aguas turbias (15) hacia el depósito de aguas turbias (16). Desde este depósito (16) el agua turbia se inyecta por medio de Ia bomba (17) a Ia tubería general de entrada (3) al proceso de remineralización. Los medidores de nivel del depósito de aguas turbias (16) y Ia bomba de recirculación (17) están conectadas a un cuadro de control (18). Dentro de Io esencial de Ia invención cabe Ia variante de detalle, asimismo protegidas, y así podrán variar el tamaño y forma de los embudos dosificadores, Ia placa de sustentación de los embudos dosificadores, el tamaño de los vertederos perimetrales, o Ia configuración del sistema de recirculación o del piso filtrante bajo el lecho.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Procedimiento para Ia preparación de lechos de calcita de altura constante con control de aguas turbias - caracterizado por el hecho de emplear una estructura de embudos dosificadores que permiten Ia aplicación continua de calcita por gravedad y por debajo del agua y directamente sobre Ia superficie del lecho.
2.- Procedimiento para Ia preparación de lechos de calcita de altura constante con control de aguas turbias - caracterizado según 1a reivindicación, por disponer de una parrilla para Ia sustentación de los embudos dosificadores.
3.- Procedimiento para Ia preparación de lechos de calcita de altura constante con control de aguas turbias - caracterizado según 1a y 2a reivindicación, por disponer de un silo cuyo piso Io conforman los embudos dosificadores.
4.- Procedimiento para Ia preparación de lechos de calcita de altura constante con control de aguas turbias - caracterizado según 1a, 2a y 3a reivindicación, por disponer de un vertedero interior perimetral debajo de Ia estructura de soporte de conos.
5.- Procedimiento para Ia preparación de lechos de calcita de altura constante con control de aguas turbias - caracterizado según 1a, 2a, 3a y 4a reivindicación, por disponer de un piso filtrante para Ia distribución uniforme de agua o aire debajo del lecho de calcita.
6.- Procedimiento para Ia preparación de lechos de calcita de altura constante con control de aguas turbias - caracterizado según 1a, 2a, 3a, 4a Y 5a reivindicación, por tener un circuito de recogida y recirculación de aguas turbias.
PCT/ES2009/000435 2008-09-25 2009-09-02 Procedimiento para la preparación de lechos de calcita de altura constante con control de aguas turbias WO2010034852A1 (es)

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AL-DEFFEERI, N.S.: "The release of C02 in MSF distillers and its use for the recarbonation plant: a case study", DESALINATION, vol. 222, 19 January 2008 (2008-01-19), pages 579 - 591 *
WITHERS, A.: "Options for recarbonation, remineralisation and disinfection for desalination plants", DESALINATION, vol. 179, 10 July 2005 (2005-07-10), pages 11 - 24 *

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