ES2334469T3 - Procedimiento e instalacion para la puesta en contacto del ozono en un flujo de liquido, en particular agua potable o agua residual. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la puesta en contacto del ozono en un flujo de líquido, en particular agua potable o agua residual, con miras a su tratamiento mediante ozono, según el cual se deriva una fracción del flujo de líquido, se inyecta en el flujo derivado un gas vector, aire y/u oxígeno, cargado de ozono con formación de burbujas de gas, se mezclan las burbujas de gas y el líquido para formar un flujo derivado bifásico, y se reintroduce el flujo derivado en una corriente vertical descendente del flujo principal de líquido, experimentando esta corriente vertical en la parte baja un cambio de dirección esencialmente en la horizontal, siendo realizada la reintroducción del flujo derivado por el extremo inferior de un tubo de inyección que se sumerge en la corriente vertical descendente del flujo principal, caracterizado porque: - la corriente vertical descendente (3a) forma una columna continua de líquido, - se asegura una mezcla estática en el tubo de inyección (16) hasta la proximidad de su salida para mantener el diámetro de los burbujas inferior a un valor predeterminado, - y la reintroducción del flujo derivado bifásico en la corriente vertical descendente (3a) se realiza en forma de al menos un chorro que presenta una componente de velocidad vertical hacia abajo, teniendo lugar esta reintroducción bajo una altura H de líquido y con una componente de velocidad vertical hacia abajo suficientes para que las burbujas de gas sean arrastradas hacia abajo, sin que suban.
Description
Procedimiento e instalación para la puesta en
contacto del ozono en un flujo de líquido, en particular agua
potable o agua residual.
La invención se refiere a un procedimiento para
la puesta en contacto del ozono en un flujo de líquido, en
particular agua potable o agua residual, con miras a su tratamiento
mediante ozono.
El documento FR 2.762.232 describe un
procedimiento y un dispositivo para la puesta en contacto del ozono
en líquidos, particularmente agua, según el cual se realiza una
mezcla bifásica del flujo de líquido a tratar y un gas cargado de
ozono y se envía a un aparato de disolución del ozono en el líquido,
tal como un tubo en forma de U. Aunque este procedimiento
proporciona resultados interesantes, no permite controlar la mezcla
bifásica agua y gas pues el caudal del flujo de líquido a tratar en
el cual se realiza la inyección de gas es variable. Además las
condiciones de mezcla del líquido a tratar y del gas cargado de
ozono no aseguran el control del diámetro de las burbujas de gas a
la entrada del aparato de disolución. Además, el dispositivo para
poner en práctica este procedimiento necesita obras de ingeniería
importantes y costosas.
El documento EP 0 086.019 se refiere igualmente
a un procedimiento y a un dispositivo para la puesta en contacto
del ozono en un flujo de líquido a tratar. Según este documento, se
deriva una fracción del flujo de líquido, se inyecta en el flujo
derivado un gas vector, aire y/u oxígeno, cargado de ozono con
formación de burbujas de gas, se mezclan las burbujas de gas y el
líquido para formar un flujo derivado bifásico, y se reintroduce el
flujo derivado en una corriente vertical descendente del flujo
principal de líquido. Esta corriente vertical experimenta en la
parte baja un cambio de dirección esencialmente en la horizontal. La
reintroducción del flujo derivado se realiza en el extremo inferior
de un tubo de inyección que se sumerge en la corriente vertical
descendente del flujo principal. Este dispositivo necesita
igualmente obras de ingeniería importantes para realizar una cuba
cilíndrica que comprenda en la parte alta una placa de circulación
de las aguas con un espacio libre que constituya una fase de
desgasificado y que cree una interrupción de la corriente de líquido
entre la parte baja de la cuba y la parte alta. La corriente
descendente se reforma en la parte baja. Una proporción nada
despreciable de burbujas sube a la superficie del líquido que se
encuentra en la parte baja de la cuba y se escapa en la fase de
desgasificado, luego hacia el exterior, de forma que el rendimiento
de disolución del ozono se encuentra con ello disminuido. Un
procedimiento y un dispositivo análogo son también expuestos en el
documento US-A-6001247.
La invención tiene por objeto, sobre todo,
proporcionar un procedimiento para la puesta en contacto del ozono
en un flujo de líquido que permite mejorar sustancialmente el
rendimiento de disolución del ozono en el líquido a tratar. La
invención tiene igualmente por objeto proponer un procedimiento que,
para su realización, no necesita obras de ingeniería específicas
importantes, y de preferencia permite utilizar instalaciones ya
realizadas para la recogida y/o la evacuación de agua potable o
residual.
Según la invención, un procedimiento para la
puesta en contacto del ozono en un flujo de líquido, en particular
agua potable o agua residual, con miras a su tratamiento mediante
ozono, procedimiento según el cual se deriva una fracción del flujo
de líquido, se inyecta en el flujo derivado un gas vector, aire y/u
oxígeno, cargado de ozono con formación de burbujas de gas, se
mezclan las burbujas de gas y el líquido para formar un flujo
derivado bifásico, y se reintroduce el flujo derivado en una
corriente vertical descendente del flujo principal, experimentando
esta corriente vertical en la parte baja un cambio de dirección
esencialmente en la horizontal, siendo realizada la reintroducción
del flujo derivado por el extremo inferior de un tubo de inyección
que se sumerge en el flujo principal, que se caracteriza
porque:
- la corriente vertical descendente forma una
columna continua de líquido,
- se asegura una mezcla estática en el tubo de
inyección hasta la proximidad de su salida para mantener el diámetro
de los burbujas inferior a un valor predeterminado,
- y la reintroducción del flujo derivado
bifásico en la corriente vertical descendente se realiza en forma de
al menos un chorro que presenta una componente de velocidad vertical
hacia abajo, teniendo lugar esta reintroducción bajo una altura de
líquido y con una componente de velocidad vertical hacia abajo
suficientes para que las burbujas de gas sean arrastradas hacia
abajo, sin que suban.
De preferencia, la reintroducción del flujo
derivado bifásico en el flujo principal se realiza a
co-corriente en forma de un chorro dirigido
verticalmente hacia abajo desde una altura suficiente por encima del
cambio de dirección para que el chorro se extienda por toda la
sección horizontal de la corriente vertical descendente.
Ventajosamente, el chorro de reintroducción del flujo derivado es un
chorro libre. El medio-ángulo de apertura del chorro es
generalmente de 15º a 20º.
El caudal del flujo derivado se mantiene
sustancialmente constante, sea cual fuere la variación del caudal
del flujo principal, eligiéndose el valor del caudal de flujo
derivado para aceptar la dosis de ozono necesaria para asegurar el
tratamiento del caudal máximo de flujo principal.
De preferencia la componente vertical
descendente de la velocidad del flujo bifásico a la salida del tubo
de inyección es superior a 3 m/s. La reintroducción del flujo
bifásico se realiza bajo una altura de líquido de al menos 10
metros.
El diámetro de las burbujas a la salida del tubo
de inyección es inferior a 5 mm, de preferencia inferior o igual a
2 mm.
La corriente vertical descendente puede situarse
en un conducto vertical de circulación de líquido que se conecta
por su extremo inferior con un conducto sustancialmente horizontal.
Este conducto horizontal puede conectarse con un conducto
ascendente vertical, o desembocar en una obra receptora, por ejemplo
río o lago.
La invención se refiere igualmente a una
instalación para la realización del procedimiento definido
anteriormente.
Una instalación de este tipo comprende un canal
de entrada del líquido a tratar, un conducto vertical descendente
que forma pozo hacia el extremo del canal de entrada, conectándose
el conducto descendente, en la parte baja, a un conducto
sustancialmente horizontal, estando previstos medios de bombeo para
extraer una fracción derivada del flujo río arriba del conducto
vertical descendente y para dirigir el flujo derivado hacia un
conjunto de mezclado que recibe un gas, aire y/u oxígeno, cargado
de ozono, caracterizándose esta instalación porque:
- el conjunto de mezclado está dispuesto en la
parte alta de un tubo de inyección vertical que se prolonga en el
conducto vertical descendente, el cual está libre de cualquier
obstáculo de forma que la corriente vertical descendente forma una
columna continua de líquido,
- el tubo de inyección vertical comprende en la
proximidad de su extremo inferior un mezclador estático para
mantener el diámetro de las burbujas inferior a un valor
predeterminado, y su extremo inferior comprende al menos una
abertura para asegurar la reintroducción del flujo derivado bifásico
en la corriente vertical descendente en forma de al menos un chorro
que presenta una componente de velocidad vertical hacia abajo.
estando previstas la longitud del tubo de
inyección y la abertura de salida del chorro para que la
reintroducción tenga lugar bajo una altura de líquido y con una
componente de velocidad vertical hacia abajo suficientes para que
las burbujas de gas sean arrastradas hacia abajo, sin que suban.
De preferencia el mezclador estático se
encuentra a menos de 50 cm del indicado extremo inferior del tubo
de inyección.
De preferencia, la abertura de inyección del
tubo se dirige hacia abajo y la reintroducción del flujo derivado
bifásico en el flujo principal se realiza a
co-corriente en forma de un chorro dirigido
verticalmente hacia abajo desde una altura suficiente por encima
del cambio de dirección para que el chorro se extienda por toda la
sección horizontal de la corriente vertical descendente.
Ventajosamente, el tubo de inyección es abierto siguiendo toda su
sección recta inferior y el chorro de reintroducción del flujo
derivado es un chorro libre.
Varios mezcladores estáticos están generalmente
repartidos en el tubo de inyección. Estos mezcladores estáticos
pueden ser instalados de forma desmontable. Cada mezclador estático
puede ser del tipo de pasos en zigzag formados mediante placas
inclinadas en sentidos opuestos, dispuestas en manguitos
cilíndricos.
La instalación comprende medios para mantener
sustancialmente constante el caudal del flujo derivado, sea cual
fuere la variación del caudal del flujo principal, siendo el valor
del caudal de flujo derivado elegido para aceptar la dosis de ozono
necesaria para el tratamiento del caudal máximo de flujo
principal.
La longitud de la parte del tubo de inyección
que se sumerge en la columna de líquido es de al menos 10
metros.
El conducto vertical descendente está
ventajosamente constituido por una parte de obra ya existente,
particularmente un desaguadero de agua residual o una traída de
agua potable, que se prolonga por un conducto horizontal que sube
por otro conducto vertical ascendente. Según otra posibilidad, el
conducto horizontal desemboca en un río o un lago o una obra de
embalse.
La invención consiste, aparte de las
disposiciones expuestas anteriormente, en un cierto número de otras
disposiciones de las cuales se indicarán más explícitamente a
continuación a propósito de ejemplos de realización descritos con
referencia a los dibujos adjuntos, pero que no son en modo alguno
limitativos. En estos dibujos:
La Figura 1 es una sección vertical esquemática
de una instalación que pone en práctica el procedimiento de la
invención.
La Figura 2 es una sección vertical a mayor
escala de una parte de instalación similar a la de la Figura 1,
estando el esquema de la Figura 2 girado 180º alrededor de un eje
vertical con relación al de la Figura 1.
La Figura 3 es una curva que ilustra la
variación de la velocidad ascensional, llevada en ordenadas, de una
burbuja de gas en el agua, siendo llevado el diámetro de la burbuja
en abscisas.
La Figura 4 es una vista en sección esquemática
a mayor escala de un tubo de inyección según la invención.
La Figura 5 es una vista esquemática en
perspectiva a mayor escala de un ejemplo de mezclador estático de
conductos en zigzag.
La Figura 6 es una sección horizontal del tubo
de inyección, y
La Figura 7 es una sección vertical esquemática
de una variante de instalación según la invención.
Haciendo referencia a los dibujos,
particularmente a la Figura 1 y 2, se puede apreciar una instalación
para la puesta en práctica de un procedimiento según la invención
para la puesta en contacto del ozono en un líquido a tratar. En el
ejemplo representado, el líquido está constituido por un agua
residual, urbana o industrial, que llega según un flujo principal 1
a un canal 2, cerrado o abierto, en ligera pendiente para permitir
la circulación por gravedad. El canal 2, hacia su extremo, se abre
por encima de un conducto vertical descendente 3, formando pozos.
El conducto vertical descendente 3 está libre de cualquier obstáculo
en su sección recta de forma que la corriente vertical descendente
3a forme una columna continua de líquido.
El conducto 3 se conecta por su parte inferior a
un conducto sustancialmente horizontal 4, en ligera pendiente para
favorecer la circulación. La corriente de líquido experimenta así un
cambio de dirección de 90º. Según el esquema de la Figura 1, el
conducto 4 se conecta por su extremo río abajo con un conducto
ascendente vertical 5 que desemboca en la parte alta en un canal 6,
cerrado o abierto al aire libre, ligeramente inclinado sobre la
horizontal.
A título de ejemplo no limitativo, el caudal del
flujo principal 1 puede ser superior a 20 m^{3}/s. La altura del
conducto vertical 3 puede sobrepasar 50 metros de forma que el
conducto horizontal 4 se encuentre a una profundidad de
aproximadamente 50 m por debajo del nivel S del suelo. El diámetro
de los conductos 3, 4 y 5 se adapta al caudal de líquido a evacuar
y puede ser del orden de varios metros, particularmente de
aproximadamente 6 metros.
El conjunto de los conductos 3, 4, 5 forma una
especie de U, precisándose que la longitud del conducto 4 horizontal
puede ser importante, por ejemplo de varios kilómetros.
Hay que notar igualmente que el equipamiento de
canales 2, 6, y de conductos 3, 4 y 5 corresponde a una instalación
ya realizada para la evacuación de las aguas residuales. Según otra
posibilidad, este equipamiento puede corresponder a una traída de
agua potable.
Para el tratamiento mediante el ozono con el
procedimiento según la invención, la instalación comprende al menos
un generador de ozono 7 alimentado por un gas vector 8 constituido
por aire seco, u oxígeno o una mezcla de aire y de oxígeno,
proporcionando a la salida 9 un gas vector rico en ozono bajo
presión relativa, particularmente de aproximadamente 1,5 bares.
Un flujo parcial 10 del líquido a tratar es
trasvasado al flujo principal 1 mediante una bomba 11, si es
necesario a través de un filtro 12. La proporción de flujo
trasvasado puede ser de aproximadamente un 5% del flujo principal;
esta proporción puede sin embargo estar comprendida entre un 1% y un
40%, de preferencia entre un 5% y un 20%. La bomba 11 puede
sumergirse como se ha ilustrado en la Figura 2. La bomba 11
proporciona el flujo parcial a un conducto 13 conectado con un
elemento de mezcla 14 del flujo derivado de líquido 10 y del gas
rico en ozono que llega por el conducto 9 conectado con el elemento
14. El elemento de mezcla 14 está dispuesto en la parte alta de un
aparato 15 de disolución del ozono y de su gas vector en el líquido,
funcionando este aparato 15 según el principio de la "mezcla
estática".
El aparato 15 comprende un tubo de inyección
cilíndrico 16 (Fig. 2) que se prolonga en el conducto 3,
sustancialmente de forma coaxial. El extremo inferior del tubo 16
está situado a una profundidad H, bajo el nivel del líquido en el
canal 1, suficiente para crear una presión hidrostática del orden de
1 bar al menos. Esta altura H, que corresponde a la longitud del
tubo sumergido en el líquido, es de aproximadamente 10 m al menos.
El tubo 16 pasa por el canal 2 para sumergirse en el conducto 3,
estando la parte alta del tubo situada por encima del nivel del
agua en el canal
1.
1.
Como se puede apreciar en la Figura 2, el
elemento de mezcla 14 comprende un codo 17 de conexión entre el
conducto horizontal 13 de descarga de la bomba 11 y el tubo vertical
16. Este codo 17 es atravesado por un conducto 18 vertical, coaxial
al tubo 16, conectado en la parte alta al conducto 9 de entrada de
gas rico en ozono. La parte inferior del conducto 18 está situada
en el tubo 16 y cerrada axialmente por una pared que comprende
orificios de paso del gas, estando tales orificios igualmente
previstos en la pared cilíndrica del conducto. En variante, el
elemento de mezclado 14 puede estar constituido por un
hidro-eyector.
El tubo 16 comprende interiormente, por debajo
del elemento de mezcla 14, varios mezcladores estáticos 19 (ver
Fig. 4), de preferencia de conductos en zigzag, repartidos según la
longitud del tubo, de forma desmontable.
El último mezclador estático hacia la parte baja
19i (Fig. 4) está situado cerca del extremo bajo del tubo 16. La
distancia d entre el extremo bajo y el mezclador 19i es de
preferencia inferior a 50 cm.
Los mezcladores 19, 19i pueden comprender placas
20a, 20b (Fig. 5) inclinadas en sentido contrario para constituir
deflectores opuestos, orientándose según el sentido de circulación
del líquido. Las placas 20a, están dispuestas en el interior de
manguitos cilíndricos 21 montados de forma deslizante en el interior
del tubo 16. Las placas 20a, 20b forman conductos en zigzag que
favorecen el control del diámetro de las burbujas de gas y la mezcla
de estas burbujas con el líquido. El montaje de los mezcladores 19,
19i en el tubo 16 puede ser realizado de forma deslizante con la
ayuda de carriles longitudinales 22 fijados contra la pared interior
del tubo 16, adecuados para acoplarse en ranuras 23 previstas en la
periferia de los manguitos 21. Tres carriles 22 repartidos en 120º
pueden estar previstos como se ha mostrado en la Fig. 6, a los
cuales corresponden tres ranuras 23.
Los diferentes mezcladores estáticos 19
repartidos según la longitud del tubo 16 se unen mediante un vástago
central 24 para formar un conjunto fácil de montar y de desmontar,
particularmente para una limpieza.
El tubo 16 es abierto por la parte baja en toda
su sección de forma que el aparato de disolución 15 produzca un
"chorro libre" 25 dirigido verticalmente hacia abajo del flujo
bifásico. Este chorro 25 se extiende progresivamente. El
medio-ángulo \alpha (Fig. 2) de apertura del chorro 25 es
generalmente del orden de 15º a 20º con relación a la dirección
axial del chorro. La distancia K entre el extremo bajo del tubo 16 y
el comienzo del codo que se conecta con el conducto 3 es suficiente
para que el chorro libre se extienda por toda la sección horizontal
del conducto 3 y se mezcle completamente con el fluido principal en
el conducto descendente 3 antes del cambio de dirección. Al
designar por R el diámetro del conducto 3, la distancia K debe ser
superior a R/tg\alpha, o sea del orden de 11 m para R igual a
3
m.
m.
La componente vertical Vz (Fig. 2) de la
velocidad de salida del chorro en el extremo bajo del tubo 16 es
descendente y es de al menos 3 m/s. El diámetro de las burbujas de
gas, esencialmente esféricas, es inferior a 15 mm, de preferencia
inferior a 2 mm. Estas condiciones, combinadas con una presión
hidrostática suficiente debida a la profundidad H, hacen que las
burbujas de gas sean arrastradas hacia abajo, con puesta en solución
progresiva casi completa del ozono, y de su gas vector, en el
líquido. Se obtiene una desaparición progresiva casi completa del
aspecto bifásico. En la parte baja del conducto 3 solo subsisten
burbujas de gas vector cuyo contenido en ozono está fuertemente
disminuido, sino nulo. La profundidad H+K del pozo vertical de
entrada suficiente para garantizar una buena mezcla y una puesta en
solución eficaz del ozono y de su gas vector.
Aunque la inyección en forma de un "chorro
libre" dirigido verticalmente hacia abajo sea preferida, se
podría prever una salida anular en el extremo bajo del tubo 16 de
forma que el chorro tuviese la forma de un cono hueco de eje
vertical. El eje del chorro podría incluso formar un ángulo con la
dirección vertical, en la medida en que la componente vertical
descendente de la velocidad, para las direcciones de inyección más
apartadas de la vertical, fuese de al menos 3 m/s.
De una manera general, la velocidad de salida
del chorro en el extremo bajo del tubo 16 es de preferencia al
menos ocho veces superior a la velocidad vertical ascensional de las
burbujas.
La parte sustancialmente horizontal que
corresponde al conducto 4 puede tener una longitud cualquiera. Esta
sección favorece, si es necesario, la consecución del ozono en el
líquido. El pozo vertical de salida 5 puede tener una altura
cualquiera y alimentar una obra de salida y/o de desagüe, tal como
un lago, un río, un canal o cualquier otra obra receptora.
Las características hidrodinámicas del tubo en U
formado por el conjunto de conductos 3, 4 y 5, del tubo de
inyección 16 y del chorro libre 25 están previstas para asegurar
velocidades de fluido mono- y bifásica suficientes para garantizar
el mantenimiento de una circulación "de flujo émbolo". Una
circulación "de flujo émbolo" es una circulación tal que las
partículas de líquido situadas en un plano ortogonal a la velocidad
de conjunto de la corriente tienen todas la misma velocidad y
permanecen en este plano.
Al designar por p gramos/m^{3} la dosis
de ozono expresada en masa necesaria para tratar 1 m^{3} de
líquido, y por Qmax el caudal máximo de flujo principal a tratar,
expresado en m^{3}/s, el caudal máximo de ozono que debe aceptar
el flujo derivado es igual a p* Qmax. Al designar por \beta
la proporción másica (que puede ser del orden del 12%) de ozono en
el gas vector, el caudal másico de gas vector para introducir el
caudal máximo de ozono se obtendrá por la fórmula p*
Qmax/\beta. Si el flujo derivado de líquido puede aceptar una
proporción másica \gamma de gas cargado de ozono, el caudal de
flujo derivado Qdv para tratar el caudal máximo de flujo principal
sera p* Qmax/\beta\gamma. El caudal de flujo derivado se
mantendrá en este valor sustancialmente constante que será
suficiente para el caudal máximo Qmax, y ventajosamente para
caudales inferiores de flujo principal.
La dosis de ozono utilizada para la purificación
del agua puede variar aproximadamente 15 mg/l, o sea 15 g/m^{3},
para un agua urbana hasta 200 mg/l, o sea 200 g/m^{3}, para un
agua industrial. En el caso del tratamiento de un agua potable, la
dosis típica es de 2 a 5 mg/l, o sea de 2 a 5 g/m^{3}.
Medios M, que comprenden por ejemplo una válvula
manual de ajuste y un indicador de caudal, están previstos para
mantener al valor constante anteriormente indicado el caudal del
flujo derivado, sea cual fuere la variación del caudal del flujo
principal 1. Esto permite controlar la inyección de gas rico en
ozono en el caudal líquido para el control del diámetro de las
burbujas.
El interés del ozono para el tratamiento del
agua se debe particularmente a que el ozono no solamente asegura
una desinfección del agua sino igualmente una oxidación de los
perturbadores tales como los endocrinianos (hormonas), colorantes,
espuma, o DCO duro. Además el ozono destruye la contaminación en
lugar de realizar un simple desplazamiento químico de la misma.
El funcionamiento de la instalación es el
siguiente.
La circulación del líquido se realiza según las
flechas F de la Fig. 1. El flujo principal de agua a tratar que
llega por el canal 1 desciende, en forma de una columna continua de
líquido, por el conducto vertical 3 donde está colocado el tubo 16
que inyecta un flujo parcial bifásico rico en ozono. Este flujo
bifásico es arrastrado hacia el fondo del conducto 3 por el flujo
descendente del agua a tratar y se mezcla completamente con éste
por el efecto de chorro libre 25. El chorro libre que sale del tubo
16 con una velocidad del orden de 3 a 4 m/2, pierde velocidad al
distanciarse para acabar con una velocidad del orden de 0,3 m/s
dirigida hacia abajo, suficiente para, en combinación con la
presión hidrostática, impedir una subida de las burbujas y un
efecto de retención gaseosa.
El tubo de inyección 16 con los mezcladores 19,
19i está calculado para que con un agua limpia, a la salida del
último mezclador 19i próximo a la salida del tubo 16, el diámetro de
las burbujas de gas sustancialmente esféricas en el líquido sea de
aproximadamente 2 mm. En el caso de un agua residual con materias
orgánicas, debido a la tensión superficial diferente con relación a
un agua limpia, el diámetro de las burbujas será aún más pequeño.
La curva de la Fig. 3 muestra que el diámetro de burbujas de 2 mm
corresponde a un máximo de la velocidad ascensional de las burbujas
en el líquido, correspondiendo este máximo sustancialmente a 30
cm/s. La velocidad de arrastre de las burbujas hacia abajo al ser
superior a este máximo, las burbujas no suben. El aumento de la
presión hidrostática acompañada de la disolución del gas en el
líquido provoca una disminución de su diámetro. Para diámetros de
burbujas superiores a 2 mm, las burbujas tienen tendencia a
deformarse y no se mantienen esféricas. Para diámetros de burbujas
inferiores a 2 mm, la forma esférica de las burbujas se mantiene
con una velocidad ascencional que disminuye.
El cizallamiento controlado provocado en el tubo
de inyección 16 por el principio de mezcla "estática" y los
pasos en zigzag de los mezcladores 19, 19i conducen a la formación
de pequeñas burbujas en el flujo parcial, burbujas cuyo diámetro
puede variar entre 0,5 y 5 mm y que se pueden calibrar, según la
calidad del fluido a tratar. En la zona del chorro libre 25 del
conducto vertical hacia abajo, río abajo de la salida del tubo 16,
y en el resto de la parte inferior del conducto vertical 3, el
residuo de ozono de la fase gaseosa es transferido en solución al
flujo de agua a tratar descendente al igual que una cierta parte del
gas vector. Según la cantidad de ozono cargada en el agua a tratar,
de la concentración de ozono en su gas vector y del tipo de gas
vector, la puesta en solución está más o menos
acusada.
acusada.
Cuando el gas vector es oxígeno, este efecto
resulta particularmente evidente, llegando hasta su disolución casi
completa.
En el conducto vertical 3 la circulación es en
cualquier lugar del tipo "de flujo de émbolo" es decir que el
líquido progresa según planos perpendiculares respecto al eje de
circulación. En la parte horizontal 4 la circulación sigue siendo
del tipo "de flujo de émbolo", incluso si un colchón de gas
vector se forma en la parte superior del conducto 4. En el conducto
vertical de salida 5, la circulación podrá perder su carácter "de
flujo émbolo", debido a que una parte del gas vector se
desgasificará, pero sin ozono completamente disuelto en el
líquido.
Debido a que la circulación es del tipo "de
flujo de émbolo" en el conducto vertical de entrada 3 y en la
parte horizontal 4 del "tubo en U", se puede afirmar que la
relación T_{10}/T_{h} (T_{10} es el tiempo de salida del 10%
de la cantidad de ozono inyectado) y T_{h} es el tiempo de
"permanencia hidráulica" igual a la suma de los volúmenes del
conducto vertical de entrada 3 y del conducto horizontal 4 dividido
por el caudal de líquido) es muy próximo al valor 1. La
consecuencia es que se puede así reducir sustancialmente el volumen
de la obra en cuestión para un "C T_{h}" dado con relación a
cualquier sistema que no tenga una circulación del tipo "de flujo
de émbolo" tan acusado. "C" es la concentración residual
media de ozono durante el lapso de tiempo T_{h}. En la parte
ascendente 5, las burbujas de gas pueden tener una velocidad
ascensional terminal superior a la velocidad del líquido, pudiendo
estas diferencias de velocidad generar una perturbación de la
circulación que afecta el carácter "flujo de émbolo" del
sistema.
Prácticamente, en una instalación donde la
salida 16a del tubo 16 está situada a una profundidad H de
aproximadamente 10 m, el ozono está completamente disuelto en el
líquido a una profundidad de aproximadamente 35 m. Esta disolución
completa del ozono permite evitar la necesidad de un destructor de
ozono en cabeza del canal de salida 6 ya que el gas vector
susceptible de desgasificarse en el conducto vertical de subida 5 no
comprende ya ozono.
Como ya se ha indicado, si todo el gas vector no
puede ser puesto en solución en el líquido, las burbujas disminuyen
sin embargo de diámetro y son mantenidas en suspensión en el líquido
como materias sólidas.
A título de ejemplo no limitativo, en el caso de
un flujo principal de 21 m^{3}/s el caudal de flujo derivado es
de aproximadamente 0,8 m^{3}/s y el diámetro interno del tubo 16
es de 0,6 m (60 cm).
La separación del chorro 25 produce un
distanciamiento de las burbujas e impide cualquier fenómeno de
coalescencia.
La Fig. 7 es un esquema de una variante de
realización según la cual el conducto horizontal 4 en lugar de
prolongarse por un conducto ascendente 5, desemboca en el fondo de
un río G o de un lago u otra obra receptora.
Hay que notar que la instalación y el
procedimiento propuestos no producen prácticamente ninguna pérdida
de carga, sino simplemente una cortina de burbujas.
Claims (18)
1. Procedimiento para la puesta en contacto del
ozono en un flujo de líquido, en particular agua potable o agua
residual, con miras a su tratamiento mediante ozono, según el cual
se deriva una fracción del flujo de líquido, se inyecta en el flujo
derivado un gas vector, aire y/u oxígeno, cargado de ozono con
formación de burbujas de gas, se mezclan las burbujas de gas y el
líquido para formar un flujo derivado bifásico, y se reintroduce el
flujo derivado en una corriente vertical descendente del flujo
principal de líquido, experimentando esta corriente vertical en la
parte baja un cambio de dirección esencialmente en la horizontal,
siendo realizada la reintroducción del flujo derivado por el
extremo inferior de un tubo de inyección que se sumerge en la
corriente vertical descendente del flujo principal,
caracterizado
porque:
porque:
- -
- la corriente vertical descendente (3a) forma una columna continua de líquido,
- -
- se asegura una mezcla estática en el tubo de inyección (16) hasta la proximidad de su salida para mantener el diámetro de los burbujas inferior a un valor predeterminado,
- -
- y la reintroducción del flujo derivado bifásico en la corriente vertical descendente (3a) se realiza en forma de al menos un chorro que presenta una componente de velocidad vertical hacia abajo, teniendo lugar esta reintroducción bajo una altura H de líquido y con una componente de velocidad vertical hacia abajo suficientes para que las burbujas de gas sean arrastradas hacia abajo, sin que suban.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la reintroducción del flujo derivado
bifásico en el flujo principal se realiza a
co-corriente en forma de un chorro (25) dirigido
verticalmente hacia abajo desde una altura (K) suficiente por
encima del cambio de dirección para que el chorro se extienda por
toda la sección horizontal de la corriente vertical
descendente.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el chorro de reintroducción del flujo
derivado es un "chorro libre".
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el caudal
del flujo derivado se mantiene sustancialmente constante, sea cual
fuere la variación del caudal principal, eligiéndose el valor del
caudal de flujo derivado para aceptar la dosis de ozono necesaria
para asegurar el tratamiento del caudal máximo de flujo
principal.
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
componente vertical descendente de velocidad del flujo bifásico a
la salida del tubo de inyección es superior a 3 metros/segundo.
6. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
reintroducción del flujo bifásico se realiza bajo una altura de
líquido (H) de al menos 10 metros.
7. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el diámetro
de las burbujas a la salida del tubo de inyección es inferior a 5
mm.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque el diámetro de las burbujas del tubo de
inyección es inferior o igual a 2 mm.
9. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
corriente vertical descendente (3a) se sitúa en un conducto
vertical (3) de circulación de líquido que se conecta por su
extremo inferior a un conducto sustancialmente horizontal (4).
10. Instalación para la realización del
procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, que comprende un canal de entrada (2) del líquido a
tratar, un conducto vertical descendente (3) que forma pozo hacia
el extremo del canal de entrada, conectándose el conducto de bajada,
en la parte baja, a un conducto sustancialmente horizontal (4),
estando previstos medios de bombeo (11) para extraer una fracción
derivada del flujo río arriba del conducto vertical descendente y
para dirigir el flujo derivado hacia un conjunto de mezclado (14)
que recibe un gas, aire y/u oxígeno, cargado de ozono,
caracterizada porque:
- -
- el conjunto (14) está dispuesto en la parte alta de un tubo de inyección vertical (16) que se prolonga en el conducto vertical descendente (3), el cual está libre de cualquier obstáculo de modo que la corriente vertical descendente (3a) forme una columna continua de líquido,
- -
- el tubo de inyección vertical (16) comprende en la proximidad de su extremo inferior un mezclador estático (19i) para mantener el diámetro de las burbujas inferior a un valor predeterminado, y su extremo inferior comprende al menos una abertura (16a) para asegurar la reintroducción del flujo derivado bifásico en la corriente vertical descendente en forma de al menos un chorro (25) que presenta una componente de velocidad vertical (Vz) hacia abajo,
estando la longitud del tubo de inyección (16) y
la abertura de salida (16a) del chorro previstas para que la
reintroducción tenga lugar bajo una altura (H) de líquido y con una
componente de velocidad vertical (Vz) hacia abajo suficientes para
que las burbujas de gas sean arrastradas hacia abajo, sin que
suban.
11. Instalación según la reivindicación 10,
caracterizada porque el mezclador estático (19i) se encuentra
a menos de 50 cm del extremo inferior del tubo de inyección
(16).
12. Instalación según la reivindicación 10 u 11,
caracterizada porque la abertura de inyección (16a) del tubo
está dirigida hacia abajo y la reintroducción del flujo derivado
bifásico en el flujo principal se realiza a
co-corriente en forma de un chorro (25) dirigido
verticalmente hacia abajo desde una altura suficiente (K) por
encima del cambio de dirección para que el chorro se extienda por
toda la sección horizontal de la corriente vertical
descendente.
13. Instalación según la reivindicación 12,
caracterizada porque el tubo de inyección (16) está abierto
por toda su sección recta inferior y el chorro de reintroducción
del flujo derivado es un "chorro libre".
14. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 13, caracterizada porque varios
mezcladores estáticos (19) están repartidos en el tubo de inyección
y están instalados de forma desmontable.
15. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 14, caracterizada porque cada mezclador
estático (19, 19i) es del tipo de pasos en zigzag formados por
placas inclinadas en sentidos opuestos, dispuestas en manguitos
cilíndricos.
16. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 15, caracterizada porque comprende
medios (M) para mantener sustancialmente constante el caudal del
flujo derivado, sea cual fuere la variación del caudal del flujo
principal, siendo el valor del caudal de flujo derivado elegido para
aceptar la dosis de ozono necesaria para el tratamiento del caudal
máximo de flujo principal.
17. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 16, caracterizada porque la longitud de
la parte del tubo de inyección (16) que se sumerge en la columna de
líquido es de al menos 10 metros.
18. Instalación según una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 17, caracterizada porque el conducto
vertical descendente (3) está constituido por una parte de obra ya
existente, desaguadero de agua residual o conducto de traída de
agua potable que se prolonga por un conducto sustancialmente
horizontal (4).
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