ES2288867T3 - Aparato y procedimiento para eliminar los contaminantes contenidos en suelos de grano fino, arcilla y limo. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo para purificar partículas contaminadas con un diámetro no mayor de 5 mm, partículas que son arrastradas en un vehículo líquido para formar una suspensión (50), y en el que el dispositivo está situado dentro de un recipiente sustancialmente cerrado (20), estando el recipientes provisto de unos medios para fijar un bastidor (400) que tiene un dispositivo de tobera que incorpora unos medios de soporte (402) fijados dentro de dicho recipiente, que comprende: a) al menos dos dispositivos de tobera (24, 500) de alta presión fijados de manera cooperante al bastidor y teniendo cada dispositivo de tobera capacidad para descargar líquido a una presión entre 13, 8 MPa y 137, 9 MPa; b) una entrada (23) de la suspensión en el que la entrada de la suspensión está situada para descargar una corriente de entrada de la suspensión hacia un área de descarga desde cada uno de dichos dispositivos de tobera; c) unos medios para dirigir una corriente de descarga (9) desde cada uno de dichos dispositivos de tobera hacia un punto de intersección situado en el interior del bastidor; d) unos medios de ajuste (407) fijados de manera cooperante a dicho bastidor y a dichos dispositivos de tobera, en el que dichos medios de ajuste posibilitan que la corriente de descarga procedente de cada uno de dichos dispositivos de tobera sea dirigida hacia el punto de intersección y corten la corriente de entrada de la suspensión que está siendo descargada desde el dispositivo de entrada de la suspensión; e) unos medios para ajustar un ángulo (401) de la corriente de descarga procedente de cada uno de dichos dispositivos de tobera con respecto a la corriente de entrada de la suspensión; f) unos medios para inyectar dicha corriente (21) de entrada de la suspensión en dicha área de descarga, por medio de lo cual la corriente de descarga procedente de cada uno de dichos dispositivos de tobera actúa para eliminar los contaminantes contenidos en dichas partículas contaminadas y formar una suspensión lavada;y g) unos medios para ajustar la corriente de descarga procedente de cada uno de dichos dispositivos de tobera para que un ángulo de intersección entre la corriente de descarga y la corriente de entrada de la suspensión se sitúe entre 0 grados y 180 grados.

Description

Aparato y procedimiento para eliminar los contaminantes contenidos en suelos de grano fino, arcilla y limo.

La presente invención se refiere a un dispositivo y a un procedimiento para eliminar de modo efectivo los contaminantes contenidos en los suelos de grano fino, las partículas de sedimentos y el limo arcilloso.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo para eliminar los contaminantes contenidos en las partículas de los suelos, las arcillas y los sedimentos que pueden encontrarse en áreas contaminadas por los productos químicos industriales, aceites y productos similares. El dispositivo utiliza líquido para eliminar de modo efectivo los contaminantes contenidos en las superficies de la partícula del suelo. El dispositivo crea una zona de extrema turbulencia por medio de unos chorros de líquido de alta presión lanzados desde direcciones opuestas dirigidos sobre un único punto. Un dispositivo de entrada de una suspensión que inyecta una suspensión de suelo contaminado en el área donde se produce la descarga procedente de los dispositivos de tobera. Los contaminantes son eliminados de las partículas del suelo de la suspensión cuando pasan a través de la zona de intersección de la descarga procedente de los chorros de agua y de las toberas. De esta manera, los contaminantes son separados de la superficie de la partícula de suelo. Ello deja una fracción de las partículas sustancialmente libre de contaminantes, y los contaminantes pueden ser separados del líquido por medios bien conocidos en la técnica.

Descripción de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama esquemático que muestra las etapas de la fase de pretratamiento de separación de los suelos contaminados por el tamaño de las partículas, la preparación de la suspensión que va a tratarse y la utilización de la cámara de colisión de tratamiento. El diagrama muestra también la adición de diversos potenciadores que mejoran la tasa de eliminación del líquido de lavado.

La Figura 2 es una vista lateral de la cámara de colisión.

La Figura 3 es una vista desde arriba de la tapa de la cámara de colisión.

La Figura 4 es una vista recortada del tercio superior de la cámara de colisión.

La Figura 5 es un diagrama detallado del montaje de toberas y chorros de alta presión mostrado en posición en las Figuras 2 y 4.

Antecedentes de la invención

La eliminación de los contaminantes contenidos en el suelo y el sedimento es una preocupación importante para la industria y los organismos gubernamentales. Los compradores y vendedores de propiedades a menudo deben presentar certificados acreditativos de que la propiedad está libre de contaminantes medioambientales, como por ejemplo productos químicos y aceites, antes de que se obtengan los medios de financiación. La conciencia medioambiental ha también puesto en primer término la demanda de unos sistemas efectivos de eliminación de contaminantes.

Los suelos expuestos a contaminación pueden encontrarse en cualquier área de fabricación. Las compañías que fabrican, utilizan o almacenan productos químicos o petróleo a menudo experimentan episodios de vertidos, como por ejemplo fugas en los tanques de almacenamiento o vertidos durante el transporte. Las estaciones de servicio u otras instalaciones que utilizan tanques de almacenamiento subterráneos a menudo tienen contaminantes alrededor de los tanques debido a pequeñas fugas o vertidos que se producen en el llenado de los tanques.

Los suelos que son afectados por episodios de vertido son una combinación de muchos tamaños de partículas. Las partículas de suelos contaminados pueden oscilar de tamaño desde grandes rocas a partículas finas y arcillas, que tienen unos tamaños de partícula pequeñísimos.

Los protocolos de limpieza medioambiental generalmente requieren la separación del suelo contaminado en sus fracciones en base al tamaño. La base de dicha separación es que las partículas de suelo de mayor tamaño son más fáciles de limpiar. Así, las partículas de un tamaño superior a aproximadamente 0,6 mm son separadas de las partículas más pequeñas.

En general, las partículas de mayor tamaño son limpiadas utilizando medios convencionales conocidos en la técnica. Las fracciones de suelos contaminados de tamaño de partículas más pequeños son transportadas hasta instalaciones de almacenaje y eliminación apropiadas.

Este procedimiento no limpia la totalidad de las partículas del suelo contaminado. La práctica habitual simplemente transfiere la fracción contaminada de partículas de tamaño fino hasta la instalación en la que dichas partículas son almacenadas. En ciertos casos los suelos contaminados son tratados como vertidos peligrosos.

La arena, la gravilla y la piedra, con partículas mayores de 0,063 mm pueden limpiarse con relativa facilidad. Partículas del suelo más pequeñas son más difíciles de limpiar y, por consiguiente, estas partículas generalmente han sido retiradas del suelo para ser tratadas como vertidos peligrosos o especiales. Así, la limpieza del suelo ha venido acompañada de una reducción del volumen del suelo contaminado total mediante la eliminación de los contaminantes y polucionantes respecto de partículas de suelos de granos de mayor tamaño y la separación de las partículas de grano fino para su eliminación.

Los costes de eliminación son elevados en relación con el transporte y almacenaje de suelos y arcilla contaminados. La disponibilidad de emplazamientos de eliminación de dichos suelo y lodo contaminados está limitada por la disponibilidad de tierra apropiada para su eliminación. Las opciones de eliminación y almacenaje están también limitadas por el deseo de reservar los contaminantes en un sistema esencialmente cerrado en el que los contaminantes no se filtren hasta una capa freática próxima.

En la técnica existen procedimientos bien conocidos de limpieza de tamaños de suelos de granos grandes que utilizan tensioactivos, calor o procedimientos mecánicos tales como la agitación. Mediante estos medios, que pueden ser utilizados solos o en combinación, los contaminantes son vertidos en un líquido limpiador el cual puede ser posteriormente tratado mediante distintos procedimientos para eliminar o reducir los contaminantes químicos existentes en el líquido.

La limpieza de los suelos (que en la presente memoria abarca la limpieza de sedimento, tierra, partículas menudas y partículas grandes y arcillas) se basa en el principio de la separación y optimización del tratamiento dirigido al ámbito de específicos tamaños de partículas. La limpieza de los suelos puede aplicarse a una amplia variedad de proyectos en los que estén presentes los contaminantes.

Estos procedimientos son ineficaces en la eliminación de contaminantes contenidos en partículas más pequeñas de aproximadamente 0,6 mm de diámetro. Así, las técnicas bien conocidas para eliminar contaminantes contenidos en los suelos y sedimentos son únicamente efectivos en suelos con partículas de gran tamaño. La tecnología actual requiere la separación de los suelos contaminados en dos clases especiales, la de los suelos con partículas de tamaño considerable (con un diámetro mayor de aproximadamente 0,5 mm) y partículas menudas y arcillas.

Las partículas de tamaño considerable pueden ser limpiadas de modo efectivo utilizando procedimientos estándar, y el suelo lavado puede ser devuelto sin problemas a la zona después del tratamiento. Las partículas menudas más pequeñas de aproximadamente 0,063 mm no son susceptibles de ser limpiadas utilizando procedimientos estándar. Las partículas de este tipo de tamaño son segregadas de la totalidad del suelo contaminado y a continuación vertidas en una instalación apropiada, o almacenadas.

Así, las técnicas de limpieza de suelo actuales no son efectivas para partículas de suelo grandes. Las partículas más pequeñas no son limpiadas en absoluto, sino simplemente transferidas a una instalación de almacenaje, como por ejemplo una instalación de vertidos peligrosos autorizada. Esto requiere que el propietario u operador del emplazamiento pague elevados costes de transporte y almacenaje de partículas contaminadas. La instalación de vertido también debe estar cuidadosamente construida y controlada para impedir las fugas desde la zona en cuestión hasta el agua del subsuelo. En esencia, esto simplemente traslada el problema desde el punto de contaminación original hasta la instalación de almacenaje. El tratamiento del suelo contaminado no ha tenido éxito en la limpieza del material de suelos de grano fino.

La presente invención elimina de manera efectiva los contaminantes contenidos en la totalidad de suelos contaminados y evita el problema de la eliminación de la fracción de suelo contaminado que incluye las partículas diminutas y las arcillas. La aplicación del presente dispositivo a un emplazamiento de contaminación evita la eliminación de grandes cantidades de suelo contaminado como vertido peligroso.

Los suelos contaminados presentan, en términos generales, contaminantes de tres condiciones típicas; como material libre, como material absorbido superficialmente o como material pequeño o coloidal en el que los contaminantes son constreñidos física o electroquímicamente hasta convertirse en granos más finos de suelo. El procedimiento estándar de reducción de la contaminación del suelo mediante el empleo de la separación de las partículas por su tamaño se basa en el hecho de que la mayoría de los contaminantes orgánicos o inorgánicos tenderá a asociarse con la fracción de suelo de grano fino generalmente representada por arcillas y limos. La retirada y eliminación de las partículas finas y de las arcillas extraerá del suelo una gran cantidad de los contaminantes. Sin embargo, realmente ello no limpia todo el suelo contaminado.

La descontaminación del suelo requiere una comprensión de la naturaleza de la matriz del suelo en la cual los contaminantes están contenidos. En general, una matriz de suelo de grano grueso, compuesta fundamentalmente por partículas del suelo de tamaño grande es el candidato ideal para la limpieza o lavado de suelo convencionales.

Los suelos contaminados son generalmente tratados mediante los procedimientos estándar de separación por tamaños y el lavado de las partículas de gran tamaño. Los contaminantes apropiados para la eliminación mediante procedimientos convencionales son elementos orgánicos semivolátiles, pesticidas, bifenoles policlorados (PCB) metales, determinados radionucleótidos, hidrocarbonos poliaromáticos o partículas de suelo > de 2 mm de diámetro. Los compuestos orgánicos volátiles (VOC's) no son particularmente apropiados como materiales preferentes de tratamiento de contaminantes porque la manipulación de los materiales y de las mezclas genéricamente agresivas del proceso de limpieza se traduce en la posibilidad de la liberación resultante de los VOC's a la atmósfera.

La limitación usual en el lavado o descontaminación de los suelos depende del tipo de matriz de suelo y del contaminante implicado. Los contaminantes generalmente se adhieren o son absorbidos a mayor velocidad tratándose de materiales de grano fino. Ello es el resultado de las fuerzas de aglutinación complejas y enérgicas que son ejercidas por los materiales de grano fino. Los materiales de grano grueso pueden también contener contaminantes como resultado de las fuerzas de aglutinación absorbentes, sin embargo los materiales de grano grande son en general más fáciles de limpiar cuando la fuerza de aglutinación absorbente es genéricamente inferior cuando el tamaño de las partículas aumenta.

El resultado de la aplicación de procedimientos estándar de lavado de suelos es que las partículas finas y las arcillas son enviadas a los emplazamientos de eliminación o almacenaje debido a la limitación de los procedimientos de limpieza convencionales. Así, la segregación de partículas finas respecto de la matriz de suelo de partículas mayores reduce el volumen del suelo contaminado que exige eliminación. Sin embargo, la separación de las partículas finas y las arcillas no resuelve el problema. Ello únicamente se traduce en un problema de almacenaje. Los suelos contaminados deben ser transportados y almacenados con costes que oscilan entre 20 y 200 \textdollar por 0,9144 metros cúbicos, dependiendo del tipo de contaminante.

El procedimiento convencional puede separar fracciones de suelo relativamente no contaminadas respecto de partículas finas muy contaminadas. La suspensión de partículas finas resultante puede entonces ser tratada mediante la aplicación de un tratamiento bioactivado o quelación metálica. Las partículas finas de arcilla son esencialmente tratadas para producir un producto de cieno menos contaminado. Este procedimiento concentra, en términos generales, los contaminantes en unas suspensiones finas contaminadas que pueden dar cuenta de la mayoría de los contaminantes orgánicos en peso, pero que resulta ser inicialmente una fracción más pequeña de la producción total del proceso. Así mismo, estos materiales de grano fino son más difíciles de deshidratar para formar una pasta de cieno debido a la afinidad de las partículas más pequeñas para absorber una diversidad de materiales incluidos el agua y otros contaminantes hidrofílicos.

Los procedimientos estándar de lavado de suelos empiezan con un pretratamiento mediante unos dispositivos de separación y desmenuzado para segregar el suelo y el sedimento por tamaño de las partículas. El suelo es a continuación dirigido hasta una criba oscilante que separa las partículas en corrientes en base al tamaño de las partículas. El material mayor de 1 a 2 mm es tratado en una máquina estándar de lavar suelos de partículas grandes, lo que supone la aplicación de calor, la agitación, y tensioactivos para separar el material absorbido del material con partículas de gran tamaño. Las partículas de tamaño más pequeño son destinadas a su eliminación. Estas partículas pueden ser deshidratadas, si es necesario, en un hidrociclón para su separación líquida y sólida.

A menudo se añaden tensioactivos al líquido de limpieza para acelerar el proceso y contribuir al proceso de romper los enlaces adsortivos y absorbentes entre el contaminante y la partícula contaminada. Sin embargo, los tensioactivos pueden presentar dificultades adicionales debido a la toxicidad de dichos tensioactivos. En la técnica son conocidos muchos dispositivos para eliminar contaminantes contenidos en las partículas del suelo. Estos dispositivos no descontaminan partículas de suelo finas, arcillas, limos y similares.

En la Patente estadounidense 4,415,368 de Kroon, se divulga un procedimiento en el que un tubo inyector es empleado para crear un vacío destinado teóricamente a eliminar los contaminantes a base de hacer pasar las partículas a través de una cortina de pulverización de agua. Kroon utiliza la cortina de agua para separar las partículas hasta convertirlas en su unidad básica más pequeña, rompiendo con ello las masas de suelo contaminado. Las partículas de mayor tamaño son entonces limpiadas en este procedimiento, y las partículas más pequeñas y los contaminantes son separados mediante floculación. De acuerdo con un Informe de la OTAN, Demostración de las Tecnologías de Acción Correctora Destinadas a la Tierra Contaminada y al Agua del Subsuelo, Informe Final, 1986-1991 [NATO Report, Demostration of Remedial Action Technologies for Contaminated Land and Groundwater, Final Report, 1986-1991] publicado por la Oficina de Protección del Medioambiente de los EE.UU. [U.S. Environmental Protection Agency] Febrero 1993, las pequeñas partículas de diámetro inferior entre 0,03 y 0,05 mm no son limpiadas de manera efectiva por los chorros de agua en la configuración y a las presiones expuestas por Kroon.

En el procedimiento de Kroon los contaminantes son teóricamente separados de las partículas del suelo mediante la aplicación de una corriente de agua que crea un vacío. La presión de la corriente de agua es de 250 barias que son aproximadamente 24,11 MPa. Sin embargo, este procedimiento no elimina de manera efectiva los contaminantes contenidos en las arcillas o suelos de grano más fino.

Darley, en la Patente estadounidense 3,764,008 divulga un procedimiento para separar el aceite de la arena utilizando una combinación de ciclones de inyección y disposición Venturi. Darley utiliza fuerzas centrífugas para separar el vertido oleaginoso de la arena. Su procedimiento requiere varios pases a través del dispositivo para eliminar únicamente una porción del contaminante. Sin embargo, este procedimiento no elimina de manera efectiva el contaminante de partículas de grano fino como lo hace la presente invención. Así mismo, el dispositivo divulgado no trata de manera efectiva las partículas de arena muy fina que habitualmente se presentan y que son clasificadas como arenas, arcilla, o limo. Así mismo, su proceso no utiliza un procedimiento que sea similar a la presente invención, ya sea en cuanto a su procedimiento, configuración o resultado.

Se han divulgado otros procedimientos que esencialmente emplean la aplicación de calor para volatilizar o incinerar los contaminantes. El inconveniente de estos procedimientos es que los contaminantes pueden ser liberados a la atmósfera y, el procedimiento de incineración requiere una aportación enorme de energía térmica que no resulta tan económicamente rentable como en la presente invención.

Descripción detallada de la invención

La presente invención utiliza un aparato para eliminar mecánicamente los contaminantes contenidos en la superficie del suelo, el limo, la arcilla y las partículas finas. Estas partículas son arrastradas dentro de un vehículo líquido para formar una suspensión. El vehículo líquido es introducido en una región de intersección de corrientes de descarga desde unas toberas previamente situadas. Las corrientes de descarga pueden ser solo de agua, o de agua mezclada con un tensioactivo. Estas descargas de agua son descargadas desde uno o más dispositivos de tobera sustancialmente opuestos. Los dispositivos de tobera están fijados a un bastidor. El bastidor es utilizado para soportar los medios de tobera, y también funciona para posibilitar la adecuada colocación de los dispositivos de tobera.

Los dispositivos de tobera descargan líquido a una presión preferente de entre 13,8 MPa y 138 MPa. La fijación de la presión se determina en base al tamaño de las partículas tratadas y del tipo de contaminante que va a ser eliminado de la superficie de la partícula. Así mismo, la utilización de una tobera única puede ponerse en práctica utilizando una descarga procedente de la tobera entre aproximadamente 69 MPa y aproximadamente 138 MPa.

Una corriente del suelo que va a ser tratado es inyectada o insertada en el área en la que las corrientes de líquido de lavado son descargadas desde la tobera o en la que la descarga procedente de al menos dos toberas convergen. En este área, las partículas de suelo son sometidos a una fuerza total de entre aproximadamente 27,6 MPa y aproximadamente 414 MPa dependiendo del número de dispositivos de tobera empleado.

En la forma de realización de máxima preferencia, analizada más adelante, el número total de dispositivos de tobera utilizado es cuatro. Sin embargo, el operador puede encontrar que el empleo de una, dos, tres, cuatro, cinco o más dispositivos de tobera puede ser el apropiado y efectivo para llevar a cabo la eliminación de contaminantes contenidos en la superficie de las partículas de suelo, limo y sedimento de pequeño tamaño.

La invención puede también modificarse para afectar al ángulo de colisión entre la descarga de los dispositivos de tobera y la corriente de entrada de la suspensión. Debe recordarse que la suspensión puede contener un líquido vehicular, como por ejemplo agua con la suspensión. La suspensión puede también tener tensioactivo añadido a ella durante el pretratamiento o durante el tratamiento dentro de la cámara de colisión.

La descarga de suspensión es dirigida sobre un punto de descarga desde la tobera. Si se emplea más de una tobera, la descarga de la suspensión debe ser dirigida al punto de intersección de las toberas. Esto puede llevarse a cabo ajustando el bastidor de soporte de las toberas, dirigiendo las toberas en una dirección determinada, o alterando el ángulo de inserción de la corriente de la suspensión de suelo.

La zona de convergencia de las corrientes procedentes de los dispositivos de tobera es una zona en la que los objetos o partículas inyectados dentro del área estarán sometidas a una gran fuerza. El contaminante resulta eliminado de las partículas contaminadas que son insertadas dentro de esta zona. La mayoría de los contaminantes resultan ser los situados sobre la superficie de las partículas de suelo más pequeñas. Así, el enlace entre el contaminante y la partícula de suelo es adsortiva. Este enlace resulta fácilmente roto en cuanto tal enlace es fundamentalmente un enlace electromecánico débil. De esta forma, la partícula de suelo es automáticamente separada de forma mecánica del contaminante. Las partículas contaminantes permanecen en el vehículo líquido y las partículas de suelo son dirigidas hasta el fondo del recipiente de colisión por medio de la gravedad. Desde allí, el vehículo, las partículas de suelo limpiadas y el líquido de limpieza utilizado son descargados por medio de un mecanismo de drenaje, de acuerdo con técnicas bien conocidas.

Es la fuerza del líquido descargado desde el dispositivo de tobera, o en la zona de convergencia de las descargas opuestas procedentes del mecanismo de tobera, lo que elimina los contaminantes de la superficie de las partículas que son limpiadas. Esta turbulencia debe ser suficientemente grande. Se ha determinado que el número de toberas determina la tasa de descarga de los dispositivos de tobera.

Cuando se emplea una sola tobera, se encontró que una descarga de entre aproximadamente 69 MPa hasta aproximadamente 138 MPa producía una eliminación de contaminantes del orden de entre aproximadamente el 85% de la eliminación y aproximadamente el 90% de la eliminación. La utilización de dos o más toberas incrementaba la velocidad de eliminación de los contaminantes. Cuando se utilizan dos o más toberas, la tasa de descarga desde las toberas de aproximadamente 13,8 MPa a aproximadamente 138 MPa resultaba efectiva en la eliminación de aproximadamente el 90% de los contaminantes.

La descarga del líquido de limpieza a una presión suficientemente alta puede ser potenciada mediante la adición de tensioactivo al líquido de lavado o mediante la adición de tensioactivo al vehículo de la corriente de la suspensión de suelo. La interacción de las fuerzas mecánicas con tensioactivo es de esta forma suficiente para llevar a cabo la separación mecánica de los contaminantes respecto de las partículas del suelo.

El resultado de la aplicación del dispositivo actual es una suspensión de arcillas, partículas finas y limos que son limpiados dentro de un margen de entre aproximadamente el 89% de eliminación de contaminantes y aproximadamente el 99% (o más) de eliminación de contaminantes. Este margen posibilita que el material tratado sea utilizado como suelo incontaminado.

Pueden llevarse a cabo múltiples ciclos de limpieza mediante la reintroducción del material tratado dentro del recipiente de limpieza y repitiendo el ciclo.

Una ventaja concreta del empleo del presente dispositivo es que los contaminantes ensayados en la utilización del dispositivo reivindicado, dieron como resultado unas partículas de suelo limpias (arcillas, partículas finas y limos) apropiadas para su uso en cualquier área. La eliminación de contaminantes fue tan completa como para precluir la eliminación de estos materiales en cualquier instalación de vertidos peligrosos u otra instalación de vertido especial.

Así, el presente dispositivo proporciona la limpieza de estas partículas más finas evitando al tiempo el coste adicional de eliminación. Se considera que el coste por cada 0,9144 metros cúbicos utilizados en el presente dispositivo es sustancialmente inferior al coste de eliminación de materiales contaminados en un margen de entre 4,00 \textdollar y 350,00 \textdollar y más por cada 0,9144 metros cúbicos de suelo contaminado. Dicha eliminación debe llevarse a cabo en una instalación autorizada de vertidos peligrosos o especiales y requiere el transporte del material que va a ser regulado por varios organismos.

La presente invención es capaz de limpiar polutantes pesados hidrocarbonados que incluyen petroleo crudo, hidrocarburos poliaromáticos, fueloil y diésel procedentes de la mayoría de las matrices, incluyendo partículas finas y arcillas. El procedimiento es apropiado para contaminantes dentro de la amplia gama de compuestos orgánicos, inorgánicos y metálicos, en los que la arcilla y el limo son a menudo los medios predominantes que pueden ser descontaminados de manera efectiva o limpiados utilizando la presente solicitud.

La presente invención resuelve tres obstáculos para la implantación generalizada de la tecnología de lavado de suelos. Estos obstáculos son, la incapacidad para manejar contaminantes o polucionantes de peso molecular elevado, la incapacidad para lavar sedimentos pequeños, como por ejemplo partículas de limo y arcilla, y el enorme coste en capital y con relación a la inmovilización de grandes plantas de procesamiento en tecnologías de lavado de suelos.

La presente invención incorpora también la aplicación de productos químicos sintéticos biotensioactivos (Biogenesis Enterprises, Inc., Milwaukee, Wisconsin) que pueden utilizarse dependiendo de los contaminantes encontrados. Estos productos químicos biotensioactivos pueden proporcionar una acción correctora de continuidad después de que se ha completado el lavado para reducir más a fondo los niveles de contaminación del producto del suelo lavado.

La presente invención es una tecnología in situ que puede utilizarse para todo tipo de suelos contaminados por polucionantes orgánicos y metálicos. Las partículas mayores de 0,5 mm son tratadas mediante procedimientos de lavado de suelos estándar y el líquido empleado para dicho tratamiento es a continuación tratado ulteriormente para eliminar los contaminantes contenidos en ese líquido. Las partículas con un tamaño inferior a aproximadamente 0,5 mm pueden ser fácilmente tratadas en el dispositivo de la presente invención, esto es, el presente procedimiento de lavado de sedimentos y suelos.

El fluido de limpieza, el cual puede ser únicamente agua, puede ser tratado adicionalmente y el suelo y sedimento limpiados son a continuación devueltos al emplazamiento o utilizados de otra forma.

La solicitud de la presente invención puede emplearse en conjunción con una mezcla tensioactivos biocorrectora compleja, en combinación con agua, calor, mezclado y fricción para limpiar las partículas de suelo. Es bien conocido en la técnica que las unidades de lavado de partículas de gran tamaño pueden limpiar más de 73,15 m^{3} a la hora sin necesidad de eliminación adicional de partículas finas y arcillas.

Las exigencias de equipamiento incluyen el equipamiento adecuado para el tamaño de las partículas, tanques, equipamiento de hidratación y agua y un birreactor todos los cuales son elementos estándar de la técnica. La cámara de colisión que es el objeto de la presente invención, posibilita que el operador limpie las partículas finas y las arcillas.

El dispositivo de lavado de sedimentos puede ser configurado como una unidad de flujo continuo.

La segregación de las partículas por su tamaño puede ser llevada a cabo utilizando la Clasificación Wentworth u otro sistema bien conocido en la técnica. La única condición que debe ser cumplida es que el tamaño de grano sea inferior a aproximadamente 5 mm de diámetro.

Descripción de la configuración del dispositivo

En la presente exposición, el dispositivo se muestra en las Figuras 1 a 4. La configuración es apropiada para su uso en la limpieza de una gran cantidad de suelos tomados de áreas contaminadas que son utilizados como área industrial. Los suelos contaminados de estas áreas consistían en una combinación de arena, gravilla, barro, arena fina y
arcilla.

El sistema de lavado de sedimentos fue configurado en dos secciones básicas. Estas secciones suministraron el tamaño de sedimento y la preparación de los suelos para el tratamiento de la Parte 1 y la limpieza de las partículas de suelo en el recipiente de limpieza en la Parte 2.

En la primera etapa, y con referencia a la Figura 1, se aprecia que el material contaminado, también designado como sedimento, es primeramente separado de acuerdo con el tamaño de las partículas. El material fue tomado del estanque de sedimento 10 y canalizado por medio del conducto de suspensión 14 hasta el aparato de cribado húmedo 4. La bomba de alimentación 11 del cribado húmedo utilizada fue la Pit Hog 900 Hidraulic Pump de Liquid Waste Technology of Somerset, WI. La suspensión fue desplazada a lo largo del conducto de suspensiones 14 por medio de la bomba de alimentación 11 de la criba húmeda. Cuando el material de suspensión es procesado a través de la criba húmeda 4 (Vibro-Energy Separator LSZ4S4S461 SWECO Inc., Florence KY) son separados los materiales con un material mayor de aproximadamente 0,5 mm. Los materiales más pequeños son transportados hasta un tanque 50 de almacenaje de arcillas finas por medio de una manga 49 de arcillas finas. Pueden emplearse unos mezcladores en linea para impedir que el material se asiente para contribuir al desplazamiento (Model 50-FT-2 Inliner, Grey Lightnin, Toronto, CAN). Los materiales de tamaño mayor son tratados por medios convencionales bien conocidos en la técnica.

En la cámara de mezcla 50 de arcilla y partículas finas el material es removido por medio de un montaje mezclador 2 (Litnin, Mezclador Modelo V5P55 VEKTOR con 30 cm en una turbina, Litnin Co., Rochester, NY). Los montajes mezcladores son bien conocidos en la técnica. La mezcla de arcillas finas tiene agua añadida a dicha mezcla para constituir una suspensión. La suspensión de arcillas finas a continuación fluye desde el tanque 50 de arcillas finas a través de un aparato medidor 51 de alimentación de arcillas finas hasta la bomba 21 de alimentación de la cámara de colisión en la que es canalizada a través del tubo 22 de arcillas finas hasta la cámara de colisión 20.

La etapa 2 del procedimiento tiene lugar en la cámara de colisión 20 en la que se produce la eliminación de los contaminantes. Tras la entrada en la cámara de colisión 1, la suspensión de arcillas finas es conducida a través del punto de intersección de la pulverización proyectada por los dispositivos de tobera 24. La suspensión tratada a continuación desciende por medio de la gravedad hasta el tanque 25 de retención de la suspensión tratada en la cámara de colisión 20. La suspensión existente en la cámara de mezclado de la cámara de colisión 20 fue a continuación suavemente agitada con un montaje mezclador 2 para mantener el material limpiado en suspensión dentro del líquido vehicular. Esto se lleva a cabo por medio de un mezclador 2 (Litnin W5P55 VEKTOR Litnin, Rochester, NY). Los suelos tratados fueron a continuación retirados del recipiente de mezcla de colisión por medio de la gravedad o de una bomba de alimentación auxiliar 31, a través del medio de drenaje 304 y, de ahí, a través de la manga de salida 31.

El dispositivo de tobera 24 está montado sobre un brazo de ajuste 407 de la tobera. Este brazo de ajuste 407 de la tobera está compuesto por una barra 401 de la tobera, la cual está fijada al collarín 402 de la tobera. Este montaje está fijado al bastidor 400 de la tobera. La barra 401 de la tobera puede ser ajustada con referencia al nivel de cualquiera de las restantes toberas 24, si se utiliza más de una tobera. Así mismo, los dispositivos de tobera 24 pueden ser ajustados para que la descarga procedente del dispositivo de tobera, o de cualquiera de ellas, pueda situarse en un ángulo determinado con respecto a la descarga desde el tubo 231 de entrada de la suspensión. Estas características de ajuste están diseñadas para posibilitar que el operador ajuste el ángulo de descarga de la tobera. El brazo de ajuste 407 de la tobera y la abrazadera 341 de ajuste de anclaje de la tobera están fijadas de manera cooperante al esquinero 342 de soporte de la tobera. Los diversos elementos de los medios de soporte de la tobera pueden a continuación ser acoplados de manera ajustable a la barra 401 de la tobera, la cual forma parte de los medios de bastidor para retener los dispositivos de tobera en un ángulo determinado y a la altura deseada dentro del recipiente de limpieza.

El mecanismo de ajuste de las toberas está hecho de acero inoxidable. La barra de las toberas está hecha de acero al carbono. En la presente invención, los cabezales de tobera destinados a la descarga del líquido de limpieza son bien conocidos en la técnica.

La tobera 500 para la descarga del fluido de limpieza fue obtenida en Quality Spray Products de Elmhurst, Illinois y es un modelo número 1/4M6.5-7E Tungston Carbide Spray Nozzle. Es una tobera de alta presión para la descarga de un fluido de limpieza a una temperatura deseada entre 13,8 MPa y 138 MPa, dependiendo de la configuración de los dispositivos de tobera 500, del contaminante que debe ser eliminado y de la naturaleza del material contaminado que es limpiado en este dispositivo.

El bastidor de ajuste 400 de las toberas (y el dispositivo de colocación) posibilita que el operador seleccione el ángulo apropiado de intersección de la descarga desde el dispositivo de tobera con relación al cabezal 231 de descarga de entrada del sedimento que está montado de forma que la descarga de entrada de sedimento preferentemente se sitúe por encima del plano de intersección de la descarga procedente de los dispositivos de tobera 500. Sin embargo, el operador puede desear que la entrada de sedimento proceda de la parte superior del dispositivo, dependiendo de los condicionantes espaciales y de las preferencias de diseño. La posición del dispositivo de entrada de flujo del sedimento no es crítica con respecto a la función del dispositivo, en tanto en cuanto el dispositivo de entrada de flujo del sedimento posibilite que el operador determine que la suspensión existente en la entrada de flujo de sedimento 23 pase a través del plano de intersección desde la descarga de los dispositivos de tobera 500, como se muestra en las Figuras 3 y 4.

En el funcionamiento del presente dispositivo, el operador puede desear llevar a cabo ciclos adicionales de limpieza del material tratado. Este material tratado por primera vez puede ser reciclado haciendo que pase a través de la cámara de colisión 20 o puede ser dirigido hasta una segunda o una tercera unidad para realizar ciclos de tratamiento adicionales. Sin embargo, se ha determinado que los ciclos de tratamiento adicionales son en buena medida innecesarios si el primer ciclo de limpieza se efectúa correctamente.

La correcta realización tiene lugar mediante el ajuste del ángulo del plano formado por la descarga desde los dispositivos de tobera mediante el ajuste del elemento apropiado existente en el bastidor de tobera, ajustando la temperatura de la entrada de flujo de la suspensión. Así mismo, la temperatura del líquido de limpieza puede ser ajustada para incrementar la efectividad de la eliminación. Se ha encontrado que la elevación de la temperatura del líquido de limpieza puede incrementar la eficacia de la eliminación hasta aproximadamente 37,8ºC.

En el caso de que no sean necesarios ciclos de tratamiento adicionales, el material tratado es a continuación canalizado por medio del tubo 33 del cieno tratado hasta un hidrociclón 30. Los hidrociclones son bien conocidos en la técnica, por ejemplo (Encyclon, Inc. Kenosha, WI). Después de llevar a cabo la separación de agua/cieno en el hidrociclón 30 los sólidos resultantes son conducidos hasta una tolva 40 de recogida de sólidos y a continuación transportados por medio de una bomba 42 de transferencia de sólidos o de otro mecanismo apropiado hasta el almacén de sólidos 44.

El agua que fue separada en el hidrociclón 30 es canalizada por medio de una bomba 41 de transferencia de líquidos hasta un tanque 43 de almacenaje de líquidos para su posterior tratamiento, o puede ser reciclada a través del proceso de lavado de suelos por medio de una tubuladura adicional que puede ser suministrada por el operador de acuerdo con las exigencias de aplicación de la presente invención.

En este ejemplo, el material de limpieza es agua, la cual puede ser agua ordinaria del grifo procedente de una fuente urbana o municipal la cual es canalizada a través del conducto 17. El material puede ser calentado entre aproximadamente 37,8ºC hasta aproximadamente 71,1ºC. Se ha determinado que el líquido de limpieza puede situarse a cualquier temperatura por encima de la de congelación hasta una temperatura próxima a la de 93,3ºC, o desde aproximadamente 0,66ºC hasta aproximadamente 93,3ºC.

Adicionalmente, un líquido de limpieza, como por ejemplo agua, puede ser combinado con una cantidad medida de un tensioactivo seleccionado desde el dispensador de tensioactivo 6. El tensioactivo que fue empleado en la presente invención fue un tensioactivo procedente de Biogenesis Enterprises Inc. Milwaukee WI.

La combinación de líquido tensioactivo/de limpieza puede ser canalizada a través del tubo 180 de alimentación del tensioactivo o puede ser introducido más tarde dentro del dispositivo mediante su inyección posterior en el agua dentro del tubo 18. Esto proporciona una cantidad medida de tensioactivo la cual, en combinación con el agua, actúa para potenciar la eficacia de limpieza del líquido limpiador.

El agua, sola o en la mezcla de agua y tensioactivo 17, es entonces dirigida a través de la bomba 9 de pistón de alta presión en la que la presión es elevada hasta un límite entre aproximadamente 13,8 MPa y hasta un máximo de aproximadamente 138 MPa. El agua o la mezcla de tensioactivo con agua sometida a alta presión es dirigida a través de una conducción de alta presión 16 hasta el montaje de tobera 24. El montaje de tobera 24 está dispuesto para que una pulverización de agua del grifo, sola o de una combinación de agua del grifo con tensioactivo 17 sea dirigida para chocar con una corriente procedente del tubo de entrada 23 de la suspensión dentro de la cámara de colisión 20.

Con referencia a la Figura 2, una vista frontal del montaje de la cámara de colisión, en ella se aprecia que el bastidor 301 soporta el cuerpo de la cámara de colisión 20. Se proporciona también un pasillo 303 que está encuadrado por un pasamanos 302 destinado a posibilitar ajustes y observación por parte del operador. En la parte superior de la cámara de colisión 20, el conducto de presión 16 está operativamente acoplado e insertado a través de la tapa 307 de la cámara de colisión por medio de unas bridas 308.

La tapa 7 de la cámara de colisión está acoplada de manera cooperante con el cuerpo de la cámara de colisión 20 por medio de las bridas 306.

La cámara de colisión 20 está también equipada con unos sensores de nivel 303 los cuales están diseñados para asegurar que la cámara de colisión 20 permanezca a su nivel apropiado para el rendimiento óptimo del montaje de tobera 24. El dispositivo de la cámara de colisión está equipado con un montaje mezclador 2 que es un dispositivo estándar en la técnica. Este ensamblaje mezclador 2 se utiliza para impedir que los sólidos tratados se separen constituyendo los componentes de cieno pesado y agua. La utilización del montaje mezclador 2 asegura que las partículas y otros sólidos no se sedimenten; manteniendo de esta forma la mezcla sigue formando una suspensión.

El material tratado es dirigido desde la cámara mezcladora 1 del montaje de la cámara de colisión 20 por medio de una válvula de aislamiento 304. Esta válvula 304 es de un tipo sobradamente conocido en la técnica. La suspensión tratada es a continuación desplazada por medio de un mecanismo de bomba 31 hasta, o bien un hidrociclón 30, o bien es nuevamente puesta en circulación a través de la cámara de colisión 20 por medio de un montaje de tubuladura 16. Un panel eléctrico 305 está dispuesto para su montaje oportuno sobre el miembro de bastidor 301. Este panel de control eléctrico 305 se utiliza para controlar la bomba, por ejemplo la bomba 31. También se incorpora una ventana de ojo de buey 330 que está montada en el lado de la cámara de colisión 20. Este montaje de ojo de buey 330 se proporciona para posibilitar que el operador observe el proceso de interacción de la mezcla de agua y tensioactivo o la mezcla de agua y de la suspensión de la arcilla y las partículas finas.

Con referencia ahora a la Figura 3, que es una vista desde arriba de la cámara de colisión, en ella se muestra la cubierta 307. El conducto de alta presión 16 es aquí mostrado sobre la parte superior de la cámara de colisión en la que los conductos de alta presión están conectados al mecanismo de tobera 24 por medio de una soldadura 318 con tope para tubo que está unida de manera cooperante con la manga 319 de tensioactivo a alta presión. Los expertos en la materia podrán fácilmente advertir la existencia de otras disposiciones del sistema de suministro de agua y tensioactivo en la tobera de alta presión 24.

La cubierta 307 de la cámara de colisión está fijada al cuerpo de la cámara de colisión por medio de unas bridas de montaje 306. En esta disposición, las toberas 24 están fijadas a la cubierta 307. La vista de la Figura 3 muestra una disposición de unos tubos 319 de alimentación de alta presión que están situados sobre la tapa 307 de la cámara de colisión 20. El punto de intersección de las conducciones 319 de alimentación de alta presión es una brida 320 que sujeta el tubo 319 de alimentación de alta presión en una relación estable con respecto a un segundo tubo 319 de alimentación de alta presión. El profesional puede escoger el empleo de una disposición de únicamente dos únicas toberas opuestas 24 si lo desea. Ello requeriría únicamente un solo tubo 319 de alimentación de alta presión. El tubo 319 de alimentación de alta presión está fijado al montaje de tobera por medio de una soldadura 318 con tope para tubo. El montaje de tobera 24 se describe con mayor detalle en la Figura 4.

La Figura 4 es una vista parcial de la porción de más arriba de la cámara de colisión 20. Esta Figura muestra el montaje de válvula y tobera 24 que es mantenido en posición sobre la tapa 307 de la cámara de colisión por medio de un montaje de anclaje 340, un esquinero de soporte 342 que está fijado de manera cooperante por medio de unas tuercas y pernos hexagonales 403. El montaje de tobera está acoplado con unos medios de ajuste 341 que posibilitan que el operador mantenga el montaje de tobera 24 en posición nivelada. La suspensión es dirigida hacia el interior de la cámara de colisión por medio del tubo 23 de entrada de la suspensión. Después de que es canalizada hacia el interior de la cámara, la suspensión es posteriormente dirigida hacia arriba y sale por el tubo 23 de entrada de la suspensión desde una tobera 231 de entrada de la suspensión, y a continuación la suspensión es dirigida hacia el interior del área de intersección de la descarga procedente del dispositivo o dispositivos de tobera 24. La suspensión que es introducida en la cámara de colisión a presión, la cual se requiere únicamente que sea la suficiente para provocar el flujo de salida desde la tobera 231 de la entrada de la suspensión para que sea suficiente para determinar que la suspensión efectivamente alcance un área que esté lo suficientemente próxima a la descarga de tobera procedente de la tobera 24 para permitir que el líquido de limpieza efectivamente actúe sobre la suspensión para la eliminación de los contaminantes contenidos en la suspensión.

Este caudal permite que la suspensión sea inyectada hacia arriba hasta el interior del punto de intersección de la descarga, del montaje de tobera 24 en el que tiene lugar el lavado o limpieza de la suspensión.

Así mismo, en esta figura 4 se dispone una ventana de vidrio de cuarzo 330 que está acoplada dentro de la pared lateral 201 de la cámara de colisión 20 con el fin de permitir que el operador visualice el proceso de lavado. A pesar del carácter de la suspensión, la infusión continuada de fluido de limpieza, el cual es o bien agua o bien una mezcla de agua con tensioactivo, rápidamente limpia el vidrio, en el caso de que se interrumpa momentáneamente el flujo a través del tubo 23, o si la suspensión es predominantemente líquida, el proceso de limpieza de la suspensión dará también como resultado un lavado por debajo de los laterales 201 de la cámara de colisión 20.

La Figura 5 muestra el montaje de tobera en su forma de realización de máxima preferencia. Este montaje se caracteriza por una interacción estabilizadora de unos medios de soporte y esquinero que cada uno mantienen cuatro barras de tobera 401. Cada barra de tobera 401 está acoplada a la tobera 500 por medio de un collarín 402 de la tobera. El collarín 402 de la tobera es entonces acoplado de manera cooperante con el conducto 16 del tensioactivo a alta presión por medio de las tuercas hexagonales 404.

Las ménsulas 342 de los esquineros de las toberas están dispuestos por encima del nivel de descarga de las toberas 500 para no impedir el flujo desde la tobera 500.

Las barras 401 de las toberas, en cooperación con los esquineros 343 y 342 de las toberas forman un bastidor que suspende la estructura de tobera 24 dentro de la cámara de colisión 20. Las barras 401 de las toberas están acopladas con unos medios de ajuste como los sobradamente conocidos en la técnica. En este ejemplo las barras 401 de las toberas son fácilmente ajustadas mediante el ajuste de la consola de ajuste 341.

Esta entera estructura de la Figura 5 está acoplada a la cámara de colisión 20, como se muestra en la Figura 4. Otras disposiciones para la colocación del mecanismo de tobera resultarán obvias para el profesional que lleve a cabo la presente invención. La disposición particular del dispositivo mostrada en los dibujos puede ser modificada sin afectar a la eficacia del dispositivo.

El montaje 24 de las toberas está situado de forma que la descarga desde todas y cada una de las toberas 500 descargue en un punto que esté aproximadamente al nivel con todas y cada una de las demás toberas 500. Esta descarga forma una capa de agua que se aproxima a la forma geométrica de un plano. En un punto aproximadamente en la mitad de la zona de descarga se crea una zona de chorros de agua de intersección procedentes de las toberas. Esta zona es el área sobre la que será dirigida la descarga procedente de la entrada 231 de la suspensión. El ángulo del plano definido por la descarga de las toberas 500 y por la entrada 231 de la suspensión puede afectar a la eficacia del funcionamiento del presente dispositivo.

El líquido de limpieza, que es descargado desde la(s) tobera(s) 500, puede ser agua sola, agua en combinación con tensioactivo, agua calentada, agua calentada en combinación con agua de grifo. El líquido de limpieza en combinación con el agua de grifo que puede ser una mezcla o tensioactivo puede ser inyectado en el tubo 12 del fluido de limpieza, el cual transporta el líquido de limpieza desde la bomba 9 de pistón de alta presión hasta el conducto 309 de alimentación de la tobera, y desde ahí, hasta la tobera 500.

Las condiciones y parámetros de la descripción precedente fueron utilizados en la aplicación del dispositivo, tal como se expone en los ejemplos siguientes.

Ejemplo 1

El dispositivo, tal como ha sido configurado para este Ejemplo, fue una unidad de flujo continuo para la limpieza de partículas finas y arcillas. Unas capacidades de 61,2 a 76,5 m^{3} fueron procesadas utilizando un procesamiento paralelo en una serie de cámaras de colisión.

Fue seleccionado para su limpieza un sedimento contaminado con más de 4000 ppm de hidrocarburos poliaromáticos (PAH). El sedimento contaminado era predominantemente (un 81%) un limo medio con un tamaño medio de las partículas de menos de 38 micrones. El sedimento fue inicialmente procesado para separar el material de gran tamaño. Los materiales con tamaños de partícula grandes fueron desviados hasta una máquina lavadora de partículas grandes estándar para su tratamiento. El material, después de pasar por la criba de barrotes fluyó hasta una máquina desmenuzadora y a continuación hasta los tanques de pretratamiento. El material desmenuzado fue combinado, calentado, y mezclado con agua y productos químicos biotensioactivos. De esta forma se constituyó una suspensión.

La suspensión fue entonces canalizada hasta un separador de criba oscilante que dividió las partículas por su tamaño constituyendo dos corrientes. El material mayor de 0,5 mm de diámetro fue dirigido hasta una máquina lavadora estándar de suelos con partículas grandes. El material de 0,5 mm y más pequeño continuó hasta la tolva de alimentación de la máquina lavadora de sedimento. Desde allí la suspensión fue bombeada hasta la cámara de mezcla de sedimentos, en la que fue tratada con una solución compuesta por un 2% de biotensioactivo (Biogenesis, Milwaukee, WI) y agua de grifo. Esto llevó a cabo una disgregación primaria de los enlaces entre el contaminante y la partícula. La suspensión fue calentada hasta 71,1ºC.

Después de calentar la mezcla de sedimento, agua y tensioactivo, la mezcla (designada en este ejemplo como suspensión) fue canalizada hasta la cámara de colisión en la que la suspensión fue inyectada en el área de intersección de cuatro dispositivos de tobera.

La suspensión tratada fue entonces recogida en la porción inferior de la cámara de colisión por medio de la gravedad, cuando el material tratado cayó hasta el fondo de la cámara de colisión.

Tres conjuntos de cámara de colisión/purificador de colisión fueron conectados en serie para llevar a cabo sucesivos lavados. Se hizo entonces fluir la suspensión tratada a través de unos bancos de hidrociclón para separar los sólidos rebajándolos de 5 a 10 micrones de tamaño. El líquido libre fue canalizado a una centrifugadora para una separación sólidos - líquidos final.

Los sólidos fueron dirigidos hasta una pila de suelos limpios, mientras que el líquido fue canalizado hasta su tratamiento de agua de vertido para eliminar los contaminantes orgánicos e inorgánicos. El agua descontaminada fue reciclada de nuevo por todo el proceso. Los sedimentos tratados y las partículas finas fueron verificadas para comprobar la eficacia de la limpieza. Se determinó que la eficacia de la limpieza excedía el 90% de la eliminación mediante la aplicación de estos procedimientos.

En los Ejemplos 2 a 7 se emplearon las siguientes condiciones generales.

Los tamaños de las partículas fueron seleccionados para que las partículas pasaran por una malla de 10, 50, 100 y 200. El contaminante de prueba fue aceite lubricante que fue aplicado a las partículas para dejar que permaneciera sobre las partículas durante aproximadamente 12 horas. El aceite lubricante fue seleccionado como un contaminante representativo de un tipo de contaminante orgánico de peso medio. Sería de esperar que contaminantes con un peso molecular más ligero ofrecerían unos porcentajes de eliminación más altos cualesquiera que fueran las condiciones, mientras que sería de esperar que contaminantes con un peso molecular más alto tendrían una eficacia de eliminación algo más baja.

Sin embargo, en todos los usos de la presente invención deberá esperarse que, cuando el aparato se utilice en su máxima eficacia para una tarea de eliminación de contaminantes concreta, la eficacia de limpieza será mayor del
90%.

El líquido de limpieza seleccionado fue agua. En los siguientes ejemplos, no se añadió al líquido de limpieza evaluado ningún tensioactivo ni otro producto químico de limpieza para no afectar a la evaluación de la eficacia mecánica del dispositivo. Pueden ser añadidos tensioactivos al líquido de limpieza para incrementar la eficacia de la invención, de acuerdo con lo anteriormente expuesto.

Como se observó en el Ejemplo 1, el uso de los productos químicos de limpieza del líquido de limpieza, o alternativamente mezclados con la suspensión de suelo y sedimento elevará la efectividad de la eliminación del
contaminante.

En cada uno de los ejemplos siguientes, el flujo procedente de las toberas al descargar el fluido de limpieza esencialmente forma un plano. Cada una de las toberas está fijada al miembro de bastidor del aparato con la porción de descarga de la tobera señalando hacia el punto central del aparato.

El plano definido por la descarga de los dispositivos de tobera, cada uno de los cuales tiene sustancialmente la misma altura en el dispositivo, se define en los ejemplos siguientes como alfa. Si alfa es igual a 0, el plano definido por la descarga desde los dispositivos de tobera y la dirección de la corriente de entrada de la suspensión de sedimento son paralelos, esto es, fluyen en la misma dirección. En este caso, no hay colisión entre el flujo de entrada de sedimento y la descarga procedente de los dispositivos de tobera. Si el ángulo entre la descarga procedente de los dispositivos de tobera y el flujo de entrada de sedimento es de 90 grados, la dirección de descarga de las toberas y del sedimento existente en ellas es aproximadamente perpendicular. Cuando el ángulo de descarga aumenta, la corriente de entrada y las corrientes de las toberas se oponen entonces entre sí directamente.

Hay un ajuste adicional que puede llevarse a cabo en el ángulo entre el material descargado desde los dispositivos de flujo de tobera y los dispositivos de entrada de flujo de sedimento. Es de máxima preferencia conseguir el ángulo en el cual el flujo procedente de los dispositivos de tobera, que sustancialmente descargan dentro de un único plano, sea aproximadamente 30 grados respecto de la entrada de flujo procedente de la descarga de sedimento.

En cada uno de los siguientes ejemplos el número de toberas fue modificado entre una tobera de descarga y cuatro dispositivos de tobera de descarga. Se llegó a la conclusión, en base a la evaluación de estos resultados, que las descargas procedentes de los dispositivos de tobera alcanzaron óptimos resultados con cuatro dispositivos de tobera. La eliminación o efectividad mínima se consiguió con la descarga de un solo dispositivo de tobera.

En cada uno de los ejemplos siguientes, se puso de manifiesto que el ángulo del plano definido por la descarga de las toberas con respecto a la dirección de descarga del flujo de entrada de la suspensión era importante para definir la eficiencia de la invención. Cuando el ángulo entre el plano que define la descarga de las toberas y la entrada de flujo de sedimento se incrementa hasta los 30 grados, se consiguieron los resultados óptimos.

La información precedente se utilizó en todos y cada uno de los ejemplos siguientes.

Ejemplo 2

En este ejemplo, los granos fueron seleccionados para una malla por encima de 50 y para una malla por debajo de 50. En este ejemplo, la temperatura del fluido de limpieza se mantuvo en 37,8ºC. El número de dispositivos de tobera empleado fue cuatro. El ángulo de intersección entre el plano definido por las descargas de las toberas y la corriente de entrada se mantuvo en 135 grados.

Se efectuó la prueba de las presiones a una descarga de 41,4 MPa desde cada tobera y a 82,7 MPa por tobera. Se determinó que cuando el tamaño de grano es inferior a la malla 50, la descarga procedente de los dispositivos de tobera entre 55,7 y 82,7 MPa produjo un 99% de efectividad de eliminación sobre las partículas al pasar por una malla 200. Véase la Tabla 1.

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TABLA 1

1

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Ejemplo 3

En este ejemplo, el número de toberas empleadas fue cuatro, descargando cada tobera un fluido de limpieza de aproximadamente 41,4 MPa. El ángulo de descarga entre el plano definido por la descarga de los dispositivos de tobera y el flujo de entrada se mantuvo en 90 grados.

En este ejemplo, las temperaturas del fluido de limpieza se ensayaron oscilando por encima y por debajo de los 37,8ºC. Estas temperaturas fueron menos efectivas tanto en tamaños de grano grandes como en tamaños pequeños (véase la Tabla 2).

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TABLA 2

2

Se determinó que las temperaturas debían mantenerse entre 37,8 y 71,1ºC para obtener un 99% de efectividad en partículas que pasaron una malla 200 en la eliminación de un contaminante, como por ejemplo el aceite utilizado en este Ejemplo. Otras aplicaciones del dispositivo pueden utilizar una temperatura del líquido de limpieza óptima más alta o más baja dependiendo del tipo de contaminante y del tamaño medio de la partícula tratada de la suspensión.

Ejemplo 4

En este ejemplo el ángulo de intersección entre el plano definido por la descarga desde la tobera y el flujo de entrada se ajustó en 45º con relación al flujo de la suspensión. En este ejemplo, la descarga procedente de cada una de las toberas se mantuvo en unos constantes 41,4 MPa. La temperatura del fluido del lavado se mantuvo en 37,8ºC.

En este ejemplo, el incremento del número de toberas produjo un incremento aproximadamente lineal de la efectividad con independencia del tamaño de las partículas. Sin embargo, el ángulo entre la descarga de los dispositivos de tobera y el flujo de entrada en un ángulo alfa igual a 45º únicamente produjo unas tasas de eliminación de alrededor del 90% con independencia del tamaño ensayado de los granos. Por consiguiente, se determinó que el ángulo de descarga en 45 grados puede ser el límite inferior aproximado de efectividad de materiales con una malla 200. Véase la Tabla 3.

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TABLA 3

3

Ejemplo 5

En este ejemplo, la descarga procedente de los dispositivos de tobera se mantuvo en 41,4 MPa; la temperatura del líquido de lavado se mantuvo en 37,8ºC.

En este ejemplo, el ángulo de intersección de la descarga desde los dispositivos de tobera y el flujo de entrada se incrementó de 45 a 90 grados. Ello incrementó drásticamente la efectividad de la eliminación de contaminante para los granos de tamaño más pequeño. En este ejemplo, el uso de, o bien 3 o bien 4 toberas, consiguió la eliminación de aproximadamente entre el 95% y aproximadamente el 97% de todos los tamaños de los granos. Véase la Tabla 4.

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TABLA 4

5

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Ejemplo 6

En este ejemplo, la descarga procedente de los dispositivos de tobera se mantuvo de nuevo en 41,4 MPa. La temperatura del líquido de lavado se mantuvo en 37,8ºC. En este ejemplo, el incremento del ángulo entre el punto de descarga de los tubos de tobera y el flujo de entrada de 90 a 135º produce una mejora menos espectacular en la eliminación de contaminantes que los resultados obtenidos en el ejemplo 5. Véase la Tabla 5.

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TABLA 5

6

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Ejemplo 7

En este ejemplo se varió el ángulo entre la descarga desde los dispositivos de tobera y el ángulo determinado entre la dirección de la entrada de flujo del sedimento y el acceso determinante de la dirección del flujo desde los dispositivos de tobera. En este ejemplo, la presión de descarga desde los dispositivos de tobera se mantuvo en 41,4 MPa. Como se observa en la Tabla 8 el incremento del ángulo entre el flujo de las toberas y la entrada de flujo del sedimento alrededor de 30 grados tuvo muy poco efecto.

Cuando el ángulo entre el plano que define la descarga de las toberas y la entrada de flujo del sedimento se incrementó hasta los 30 grados se obtuvieron los resultados óptimos reflejados en la Tabla 6.

TABLA 6

8

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TABLA 7

9

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TABLA 8

10

Pueden llevarse a cabo otras variantes y ajustes del dispositivo y del procedimiento divulgados en la presente memoria sin apartarse de la invención divulgada en la presente memoria.

Claims (27)

1. Un dispositivo para purificar partículas contaminadas con un diámetro no mayor de 5 mm, partículas que son arrastradas en un vehículo líquido para formar una suspensión (50), y en el que el dispositivo está situado dentro de un recipiente sustancialmente cerrado (20), estando el recipientes provisto de unos medios para fijar un bastidor (400) que tiene un dispositivo de tobera que incorpora unos medios de soporte (402) fijados dentro de dicho recipiente, que comprende:

a)

al menos dos dispositivos de tobera (24, 500) de alta presión fijados de manera cooperante al bastidor y teniendo cada dispositivo de tobera capacidad para descargar líquido a una presión entre 13,8 MPa y 137,9 MPa;

b)

una entrada (23) de la suspensión en el que la entrada de la suspensión está situada para descargar una corriente de entrada de la suspensión hacia un área de descarga desde cada uno de dichos dispositivos de tobera;

c)

unos medios para dirigir una corriente de descarga (9) desde cada uno de dichos dispositivos de tobera hacia un punto de intersección situado en el interior del bastidor;

d)

unos medios de ajuste (407) fijados de manera cooperante a dicho bastidor y a dichos dispositivos de tobera, en el que dichos medios de ajuste posibilitan que la corriente de descarga procedente de cada uno de dichos dispositivos de tobera sea dirigida hacia el punto de intersección y corten la corriente de entrada de la suspensión que está siendo descargada desde el dispositivo de entrada de la suspensión;

e)

unos medios para ajustar un ángulo (401) de la corriente de descarga procedente de cada uno de dichos dispositivos de tobera con respecto a la corriente de entrada de la suspensión;

f)

unos medios para inyectar dicha corriente (21) de entrada de la suspensión en dicha área de descarga, por medio de lo cual la corriente de descarga procedente de cada uno de dichos dispositivos de tobera actúa para eliminar los contaminantes contenidos en dichas partículas contaminadas y formar una suspensión lavada; y

g)

unos medios para ajustar la corriente de descarga procedente de cada uno de dichos dispositivos de tobera para que un ángulo de intersección entre la corriente de descarga y la corriente de entrada de la suspensión se sitúe entre 0 grados y 180 grados.

2. El dispositivo de la reivindicación 1 en el que hay al menos tres dispositivos de tobera dispuestos sobre el bastidor estando el punto de intersección en un punto de convergencia de las corrientes de descarga procedentes de cada uno de los dispositivos de tobera.

3. El dispositivo de la reivindicación 1 en el que tres dispositivos de tobera están dispuestos sobre el bastidor en situación aproximadamente equidistante uno de otro.

4. El dispositivo de la reivindicación 1 en el que cuatro dispositivos de tobera están dispuestos sobre el bastidor en situación aproximadamente equidistante uno respecto de otro.

5. El dispositivo de la reivindicación 1 en el que 5 dispositivos de tobera están dispuestos sobre el bastidor en situación aproximadamente equidistante uno respecto de otro.

6. El dispositivo de la reivindicación 1 en el que 6 dispositivos de tobera están dispuestos sobre el bastidor en situación aproximadamente equidistante uno respecto de otro.

7. El dispositivo de la reivindicación 1 en el que cada uno de los dispositivos de tobera descarga líquido a una presión entre 69,0 y 137,9 MPa.

8. El dispositivo de la reivindicación 1 en el que las corrientes de descarga procedentes de cada uno de los dispositivos de tobera cortan la corriente de entrada de la suspensión en un ángulo de intersección de entre 10 grados y 170 grados con respecto a la dirección de descarga de la corriente de entrada de la suspensión.

9. El dispositivo de la reivindicación 8 en el que el ángulo de intersección entre las corrientes de descarga y la corriente de entrada de la suspensión se sitúa entre 30 y 90 grados.

10. El dispositivo de la reivindicación 8 en el que el ángulo de intersección entre las corrientes de descarga y la corriente de entrada de la suspensión se sitúa entre 80 y 100 grados.

11. El dispositivo de la reivindicación 8 en el que el ángulo de intersección entre las corrientes de descarga y la corriente de entrada de la suspensión es de 90 grados.

12. El dispositivo de la reivindicación 8 en el que el ángulo de intersección entre las corrientes de descarga y la corriente de entrada de la suspensión es de 30 grados.

13. El dispositivo de la reivindicación 1 en el que cada uno de los dispositivos de tobera descarga líquido a una presión entre 345 MPa y 103,4 MPa.

14. El dispositivo de la reivindicación 2 en el que cada dispositivo de tobera descarga líquido a una presión entre 34,5 MPa y 103,4 MPa.

15. El dispositivo de la reivindicación 1 en el que las corrientes de descarga procedentes de los dispositivos de tobera están a una temperatura entre 1,7 grados C y 93,3 grados C.

16. El dispositivo de la reivindicación 1 en el que las corrientes de descarga procedentes de dichos dispositivos de tobera están a una temperatura de 37,8ºC.

17. El dispositivo para la purificación de partículas contaminadas de acuerdo con la reivindicación 1, comprendiendo así mismo:

h)

unos medios para recoger la suspensión lavado (25) y separar una porción importante de las partículas de la suspensión lavada (30).

18. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 17, en el que el líquido de lavado es expelido desde cada uno de dichos dispositivos de tobera a una presión de entre 13,8 MPa y 137,9 MPa.

19. Un procedimiento para purificar suelo contaminado utilizando un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende las etapas de:

a)

Separar (4) el suelo contaminado para obtener partículas contaminadas con un diámetro de no más de 5 mm,

b)

combinar dichas partículas contaminadas con un vehículo líquido para formar una suspensión (50);

c)

descargar al menos dos corrientes de un líquido de lavado a través de los dispositivos de tobera (24, 500) por medio de lo cual al menos dos corrientes del líquido de lavado se cortan entre sí y de esta forma crean una zona de turbulencia en las inmediaciones del punto de intersección;

d)

inyectar dicha suspensión (23) dentro de dicha zona de turbulencia por medio de lo cual la suspensión se combinará con al menos dos corrientes de líquido de lavado para formar una suspensión tratada; y

e)

recuperar la suspensión (25) tratada al salir de la zona de turbulencia; y

f)

separar dicha suspensión tratada (30) en fracciones de líquidos y partículas.

20. El procedimiento de la reivindicación 19 en el que las corrientes de líquido de lavado son agua.

21. El procedimiento de la reivindicación 19 en el que las corrientes de líquido de lavado son una mezcla de agua y tensionado, y el contenido de tensionado del líquido de lavado se sitúa entre el 0,1 por ciento y el 5 por ciento.

22. El procedimiento de la reivindicación 19 en el que la suspensión contiene del 5% al 50% en peso de sólidos.

23. El procedimiento de la reivindicación 19 en el que la suspensión contiene un 35% en peso de sólidos.

24. El procedimiento de la reivindicación 19 en el que una temperatura de dicha suspensión es de 0,6ºC a 93,3ºC.

25. El procedimiento de la reivindicación 19 en el que una temperatura de dicha suspensión es de 37,8ºC a 71,1ºC.

26. El procedimiento de la reivindicación 19 en el que el número de toberas es 4.

27. El procedimiento de la reivindicación 19 en el que la suspensión contiene un 49% de agua, un 50% de suelo y un 1% de tensionado.