ES2197855T3 - Medida de la densidad de unos lodos para el control de una etapa del tratamiento de los lodos. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento en el cual se controla una etapa de tratamiento de unos lodos, en respuesta a la densidad o contenido en sólidos de los lodos, el cual comprende: flujo de lodos a lo largo de la tubería de fluido hacia la etapa de tratamiento, toma de una muestra de la tubería de fluido, desgasificación de dicha muestra para producir una muestra desgasificada, medición de la densidad o contenido en sólidos de la muestra desgasificada, y utilización de la densidad o contenido en sólidos desgasificados medidos, de la muestra desgasificada, para el control de la etapa de tratamiento.

Description

Medida de la densidad de unos lodos para el control de una etapa del tratamiento de los lodos.

Esta invención se refiere a la medición de la densidad o contenido en sólidos de unos lodos como p. ej., unos lodos de aguas residuales, una suspensión de bajo contenido en sólidos o un material similar conteniendo burbujas de gas.

El tratamiento de unos lodos de aguas residuales o suspensiones similares incluye generalmente un proceso de deshidratación. Para facilitar este procedimiento es una práctica normal añadir un material a los lodos para ayudar a la separación de sólidos del líquido, siendo estos aditivos por ejemplo, floculantes sintéticos, polielectrolitos y polímeros. La dosificación requerida de estos aditivos está normalmente directamente relacionada con el contenido en sólidos de los lodos. En consecuencia por lo tanto, para un tratamiento óptimo de los lodos es necesaria la medición exacta del contenido en sólidos de los lodos.

Los métodos conocidos para determinar el contenido en sólidos de unos lodos comprenden la medición del caudal en peso de los lodos de, por ejemplo, un depósito de almacenamiento masivo de lodos y la medición del caudal en peso del soporte líquido, a partir de los cuales puede calcularse el caudal en peso de los sólidos, como sigue:

Caudal en peso de sólidos = caudal en peso de los lodos - caudal en peso del soporte líquido.

Un problema con esta clase de mediciones es que, debido por ejemplo al proceso de digestión de los lodos o a la fermentación natural, muchos tipos de lodos contienen gas disuelto, burbujas de gas ocluidas o ambas cosas. La presencia de este gas dificulta seriamente la medición de la densidad de los lodos o contenido de sólidos. Los detectores basados en ultrasonidos o microondas ``ven'' las burbujas de gas como grandes partículas de sólidos, mientras que para aquellos aparatos que miden la densidad de los lodos en base a principios radiométricos o de Coriolis, la presencia de burbujas de gas produce el efecto de una lectura reducida de la densidad. Además, el contenido de gas de los lodos es muy probable que sea variable, de manera que no es posible fijar una corrección estándar fiable debido al contenido de gas en el cálculo del contenido de sólidos.

Con el fin de solventar este problema, se han colocado desgasificadores en la tubería principal de lodos. Aunque éstos ayudan, se ha encontrado que en la práctica no es posible la medición exacta, en línea, de la densidad de los lodos. Por todo ello, se ha propuesto proporcionar un sistema de by-pass con un aparato de medir sólidos/densidad, a través del cual se deriva una muestra de los lodos a partir de la tubería principal de alimentación de lodos en determinadas condiciones. Después de efectuar la medición, la muestra puede devolverse a la tubería principal de los lodos, puede devolverse al recipiente de almacenamiento de la mole de lodos o simplemente puede desecharse. En algunos casos, la muestra se somete a un aumento de presión con el fin de intentar reducir el efecto de las burbujas de gas de los lodos en la medición de los sólidos/densidad. Sin embargo, hay algunos lodos cuyo contenido en gas es demasiado alto y/o demasiado variable para obtener resultados fidedignos.

La presente invención se ha llevado a cabo con el fin de solventar estas dificultades.

De acuerdo con la invención, se proporciona un procedimiento en el cual se controla una etapa de tratamiento de los lodos en respuesta a la densidad o contenido en sólidos de los lodos, el cual procedimiento comprende:

lodos fluyendo a lo largo de una tubería de fluido hacia la etapa de tratamiento,

toma de una muestra de la tubería de fluido,

desgasificación de dicha muestra para producir una muestra desgasificada,

medición de la densidad o contenido de sólidos de la muestra desgasificada, y

utilización de la densidad o contenido de sólidos medido de la muestra desgasificada, para el control de la etapa de tratamiento.

La desgasificación de la muestra puede efectuarse mediante un reciclado contínuo de la muestra, a manera de un lote, a través de un aparato de desgasificación. Durante este reciclado el desgasificado comprende la alimentación de la muestra a un primer depósito, dejando deslizar la muestra por un plano inclinado hacia un segundo depósito. La muestra desgasificada puede obtenerse mediante la repetición del paso de desgasificación del proceso hasta que se obtenga un valor substancialmente constante para el contenido de sólidos. Alternativamente, la muestra desgaseada puede obtenerse mediante la repetición del paso de desgasificación durante un tiempo predeterminado.

En una versión de la invención, la muestra se toma de la tubería de fluido a través de un tubo de alimentación y se conduce a la cámara principal de un depósito con dos cámaras a través de una válvula. Como resultado, el nivel de los lodos de la cámara principal aumenta hasta que alcanza un sensor que lleva un interruptor que interrumpe el flujo de los lodos al interior de la cámara principal cerrando dicha válvula. Los lodos salen de la cámara principal a través de una segunda válvula, por ejemplo, mediante la aspiración producida por una bomba. La densidad o contenido en sólidos de los lodos se mide mediante uno o más dispositivos medidores de la densidad o contenido en sólidos, en línea, manteniendo una presión positiva sobre los lodos mediante dicha bomba durante la medición en cuestión. Esta presión se mantiene de preferencia a un nivel constante durante dicha medición, por ejemplo, mediante una válvula de contrapresión. Después de la medición, los lodos se conducen a la otra cámara de dicho depósito de dos cámaras, a partir de donde fluyen por un rebosadero deslizándose por un plano inclinado hasta caer en dicha cámara principal. Los lodos son, o bien recirculados a través del sistema, o se eliminan de la cámara principal a través de una válvula transfiriéndolos a un depósito de almacenamiento o se devuelven a la tubería de fluido. Si se desea, el depósito de las dos cámaras puede ser purgado con lodos nuevos de la tubería de fluido antes de efectuar la desgasificación.

La invención puede aplicarse particularmente en un proceso de tratamiento de lodos, el cual comprende un tratamiento con un floculante y/o un coagulante. El tratamiento puede comprender también una deshidratación para producir una torta.

La invención proporciona también el aparato para desgasificar los lodos, el cual comprende:

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medios para la extracción de los lodos de una tubería de fluido, y

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un circuito de desgasificación, el cual comprende:

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un depósito de desgasificación,

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medios para la retirada de los lodos del depósito de desgasificación,

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uno o más dispositivos para la medición de la densidad o contenido de sólidos,

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medios para transferir los lodos desde el depósito de desgasificación a uno o más dispositivos de medición de la densidad o contenido de sólidos,

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medios para devolver los lodos de nuevo al depósito de desgasificación a partir del o de los dispositivos para la medición de la densidad o contenido en sólidos, y

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medios para desviar los lodos desgasificados a partir de dicho depósito de desgasificación.

Los lodos desviados de dicho depósito de desgasificación, por ejemplo, mediante una válvula de salida, pueden ser devueltos a la tubería de fluido o pueden transferirse al depósito de almacenamiento masivo.

En una versión preferida del aparato de la invención figura un tubo de alimentación para la toma de lodos de la tubería de fluido, en el cual se encuentra una válvula para el control del fluido de lodos mediante un tubo de alimentación. Un depósito de desgasificación con dos cámaras recibe los lodos por el tubo de alimentación. El depósito de desgasificación consta de una primera y una segunda cámara separadas por un rebosadero y un plano inclinado y un sensor para detectar el nivel de los lodos en el depósito de desgasificación y para el control de admisión de lodos nuevos al depósito de desgasificación. En el depósito de desgasificación está dispuesta una válvula de salida para la transferencia de los lodos a uno o más dispositivos de medición, y una bomba que actúa contra una válvula de contrapresión proporciona una presión positiva que actúa sobre los lodos mientras está sometido a la medición de la densidad o contenido de sólidos.

En esta especificación, el término ``desgasificado'' no significa necesariamente que tiene lugar una total eliminación del gas de los lodos sino que la cantidad de gas de los lodos ha sido reducida a un nivel en el que es posible efectuar mediciones estables de la densidad o contenido de sólidos. Las referencias a la ``desgasificación'' de los lodos deben ser comprendidas de la misma manera.

A continuación, se describe una versión específica de la invención a título de ejemplo con referencia al dibujo anexo, en el cual se muestra diagramáticamente, un sistema para la desgasificación de una muestra de lodos y para la medición de la densidad o contenido de sólidos de la muestra desgasificada.

Con referencia al dibujo, los lodos de un depósito de almacenamiento masivo 25, se conducen a través de la tubería principal 1 de fluido de lodos, a la etapa de tratamiento 24. Un tubo de alimentación 2 conduce desde la tubería de fluido 1 para depositar los lodos, al depósito 5. Una válvula 3 controla el flujo de lodos mediante el tubo de alimentación 2. El depósito 5 consta de dos cámaras, una cámara principal 5a y una segunda cámara 12 que tiene un rebosadero 12a al cual está unida una placa inclinada de descarga 13 que se extiende hacia abajo hasta la cámara 5a. Aunque no está mostrado en el dibujo, el ángulo de inclinación de la placa de descarga es, de preferencia, ajustable. En la parte superior de la cámara 5a y debajo de la salida del tubo de alimentación 2, figura un filtro basto en forma de cesta. Hay un interruptor de nivel superior 17 en la pared lateral de la cámara 5a. El interruptor controla la operación de la válvula 3 y así regula la alimentación de los lodos desde el tubo de alimentación 2 a la cámara 5a.

El fondo de la cámara 5a tiene la forma de un cono invertido para prevenir la sedimentación. En el vértice del cono hay una salida 14 que conduce a través de la válvula 15 a una bomba 6. La salida de la bomba 6 conduce mediante la tubería 6a a un dispositivo 8 de medición de la densidad/ sólidos, a partir del cual, los lodos se devuelven mediante la tubería 8a y la cámara 12 a la cámara 5a. En la tubería 8a hay colocada una válvula 9 de contrapresión entre el dispositivo de medición 8 y la cámara 12. La cámara 12 puede tener también un fondo inclinado para prevenir la sedimentación. En la versión ilustrada, la válvula 9 es del tipo no bloqueable operada por aire, y un suministro de aire comprimido 11 se aplica a la válvula 9 a una presión que puede medirse con el aparato 10. La contrapresión producida y mantenida en el dispositivo 8 y las tuberías 6a y 8a gracias a la válvula 9 y la bomba 6 puede controlarse mediante el medidor de presión 7.

Un tubo de ventilación 22, cuya finalidad será descrita más adelante, figura antes de la bomba 6. El tubo 22 está provisto de un pequeño tope de retroceso 20 de forma que no entra aire en el sistema a través del tubo de ventilación. Hay una válvula 21 para el aislamiento del tubo de ventilación 22 del resto del sistema. Nótese también que la parte superior del tubo de ventilación debe estar a un nivel más alto que el nivel máximo posible de lodos en la cámara 5a. En la versión ilustrada el nivel máximo de lodos en la cámara 5a está definido por el tubo 16 de rebosado en la pared lateral de la cámara 5a. La instalación del tubo de ventilación 22, del tope de retroceso 20 y de la válvula 21 no es esencial pero son de utilidad cuando los lodos que hay que muestrear tiene un alto contenido de gas.

Una tubería de drenaje 18a sale a través de la pared lateral de la cámara 5a hacia el fondo de la misma y conduce mediante la válvula de drenaje 18 al sumidero 19. Si se desea, el sumidero puede reemplazarse por una bomba para el retorno de los lodos drenados a través de la tubería 18a al tubo de fluido 1 ó al depósito de almacenaje en masa 25.

El sistema opera como sigue: La válvula 15 permanece abierta en todo momento excepto cuando el sistema se para por labores de mantenimiento. La válvula 18 se cierra y la válvula 3 se abre. Los lodos del tubo de fluido 1 son conducidos por medio del tubo de alimentación 2 a la cámara 5a. Cuando el nivel de los lodos en la cámara 5a alcanza el interruptor del nivel de altura 17, la válvula 3 se cierra y se interrumpe la alimentación de los lodos. Los lodos retirados del fondo de la cámara 5a mediante la bomba 6 se llevan a través del dispositivo 8 de medición de la densidad/sólidos a la cámara 12, vertiéndose sobre el rebosadero 12a y deslizándose hacia abajo por la placa de descarga 13 de nuevo a la cámara 5a. De preferencia, debe haber un flujo constante de lodos a través de la placa de descarga en forma de un film delgado lo cual se logra ajustando el ángulo de inclinación de la placa y, si es necesario, ajustando la posición del depósito 5, por ejemplo mediante patas ajustables (no mostradas). Como ya se ha descrito, se aplica una presión a los lodos mientras están sometidos a la medición por el dispositivo 8. Para unos resultados óptimos la presión debe ser constante.

Cuando los lodos penetran por primera vez en la cámara 5a, se libera alguna gran bolsa de gas ocluido a la atmósfera; en realidad todo el tiempo que los lodos están en la cámara 5a se va liberando gas a la atmósfera. Cuando los lodos son arrastrados a través de la salida 14, tiene lugar un aumento de velocidad que ocasiona una pequeña caída de presión local que a su vez ocasiona que tenga lugar una desgasificación. El gas liberado en esta etapa puede escapar a la atmósfera desde el sistema a través del tubo de ventilación 22.

Después de pasar por la válvula 9 de contrapresión, los lodos experimentan una fuerte caída de presión lo cual promueve también una desgasificación. De forma similar, cuando los lodos se vierten por el rebosadero 12a, tiene lugar un aumento de velocidad que ocasiona una caída de presión local que promueve una desgasificación adicional.

Las microburbujas de gas tienden a ser ocluidas en los lodos debido a su viscosidad. En circunstancias normales estas microburbujas pueden tardar un tiempo largo hasta que alcanzan la superficie y escapan a la atmósfera. Cuando los lodos fluyen hacia abajo por la placa de descarga en forma de un film delgado, las microburbujas ocluidas pueden alcanzar más fácilmente la superficie.

El sistema funciona de manera contínua de forma que se produce una progresiva desgasificación hasta que se obtienen lecturas substancialmente estables en el dispositivo de medida 8. Esto puede durar alrededor de diez a quince minutos pero en la práctica depende de la cantidad de gas ocluido en los lodos. La media de las lecturas substancialmente estables, esto es, las lecturas durante los dos minutos finales, pueden emplearse seguidamente para el control de la dosificación de aditivos en la etapa de tratamiento 24.

A continuación, se abre la válvula 18 y se vacían los lodos del depósito 5. Si se desea, la cámara 5a puede ser purgada, después de lo cual el ciclo de operaciones empieza de nuevo con una muestra nueva. Normalmente la velocidad de cambio de sólidos retirados del depósito de almacenado en masa es baja, de forma que un intervalo de tiempo de diez a quince minutos entre mediciones de sucesivas muestras de lodos no perjudicará razonablemente el control de la dosificación.

El sistema que se acaba de describir puede ser controlado por un PLC 23, un ordenador o por un panel de control fuertemente cableado con procesadores de señal.

Es aparente que con el sistema de la invención, la densidad/sólidos puede monitorizarse casi continuamente y puede hacerse un fino ajuste de las dosificaciones en la etapa de tratamiento al tener en cuenta las variaciones de las mediciones de densidad/sólidos de los lodos.

En lugar de que el sistema funcione con una muestra hasta que se obtienen lecturas estables, es posible limitar el procedimiento de desgasificación de una muestra a un tiempo predeterminado.

Claims (12)

1. Un procedimiento en el cual se controla una etapa de tratamiento de unos lodos, en respuesta a la densidad o contenido en sólidos de los lodos, el cual comprende:

flujo de lodos a lo largo de la tubería de fluido hacia la etapa de tratamiento,

toma de una muestra de la tubería de fluido,

desgasificación de dicha muestra para producir una muestra desgasificada,

medición de la densidad o contenido en sólidos de la muestra desgasificada, y

utilización de la densidad o contenido en sólidos desgasificados medidos, de la muestra desgasificada, para el control de la etapa de tratamiento.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la desgasificación se efectúa mediante un reciclado continuado de la muestra, a manera de un lote, mediante el aparato de desgasificación.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el cual durante el reciclado, la desgasificación comprende la alimentación de la muestra a un primer depósito, rebosando la muestra por un plano inclinado a un segundo depósito.

4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual

la muestra tomada de la tubería de fluido mediante un tubo de alimentación (2) se admite mediante una válvula (3) al segundo depósito que es la cámara principal de un depósito de dos cámaras (5),

el nivel de los lodos en el segundo depósito aumenta hasta que alcanza un sensor (17) y la entrada de lodos nuevos se interrumpe por el cierre de dicha válvula (3),

los lodos se retiran del segundo depósito mediante una segunda válvula (15) por aspiración,

la densidad o contenido en sólidos de los lodos se mide mediante uno o varios dispositivos, en línea, de medición de la densidad o contenido en sólidos (8),

se mantiene una presión positiva sobre los lodos durante dicha medición,

después de dicha medición, los lodos se conducen al primer depósito (12), caen por un rebosadero (12a) y fluyen por un plano inclinado al segundo depósito, y los lodos se recirculan a través del sistema o se eliminan de este segundo depósito.

5. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el cual el aparato de desgasificación se purga con lodos nuevos de la tubería de fluido antes de efectuar la desgasificación.

6. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la muestra desgasificada se obtiene por desgasificación continuada hasta que se mide un valor substancialmente constante para la densidad o contenido en sólidos.

7. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual la muestra desgasificada se obtiene por desgasificación continuada durante un tiempo predeterminado.

8. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la etapa de tratamiento comprende un tratamiento con floculante y/o un coagulante.

9. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la etapa de tratamiento comprende una deshidratación para producir una torta.

10. Un aparato para desgasificar los lodos, que comprende:

medios para la extracción de lodos a partir de la tubería de fluido, y

un circuito de desgasificación, que comprende:

un depósito de desgasificación,

medios para la retirada de los lodos del depósito de desgasificación,

uno o varios dispositivos en línea, para la medición de la densidad o contenido en sólidos,

medios para transferir los lodos desde el depósito de desgasificación a uno o varios dispositivos de medición de la densidad o contenido en sólidos,

medios para reconducción los lodos de nuevo a dicho depósito de desgasificación desde uno o varios dispositivos de medición de la densidad o contenido en sólidos, y

medios para desviar los lodos desgasificados desde dicho depósito de desgasificación.

11. Aparato de acuerdo con la reivindicación 10, en el cual,

los medios para la extracción de los lodos de la tubería de fluido comprenden un tubo de alimentación y una válvula para controlar el flujo de los lodos a través del tubo de alimentación,

el depósito de desgasificación comprende dos cámaras separadas por un rebosadero y un plano inclinado,

existe un sensor en el depósito de desgasificación, para detectar el nivel de los lodos en el depósito de desgasificación y controlar la admisión de lodos nuevos al depósito de desgasificación,

existe una válvula de salida en el depósito de desgasificación para la transferencia de los lodos a uno o varios dispositivos de medición, y

existe una bomba que actúa contra una válvula de contrapresión para imponer una presión positiva sobre los lodos mientras están sometidos a la medición de la densidad o contenido en sólidos.

12. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 10 ó reivindicación 11, en el cual,

los medios para desviar los lodos desgasificados del depósito de desgasificación, comprenden una válvula mediante la cual los lodos desgasificados pueden devolverse a la tubería de fluido o transferirse al depósito de almacenamiento masivo.