ES2336728T3 - Procedimiento y dispositivo para aportar oxigeno a agua o soluciones acuosas. - Google Patents
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO PARA INTRODUCIR OXIGENO O UN GAS QUE CONTIENE OXIGENO EN AGUA O SOLUCIONES ACUOSAS, CARACTERIZADO PORQUE EL OXIGENO O EL GAS QUE CONTIENE OXIGENO SE INTRODUCE SIMULTANEAMENTE EN EL AGUA O SOLUCIONES ACUOSAS, DE FORMA CONTINUA O PERIODICA, A TRAVES DE UN INYECTOR, Y A TRAVES DE UN TUBO DE DISPERSION DE GAS, DURANTE EL TRATAMIENTO DE DICHA AGUA O SOLUCIONES ACUOSAS.
Description
Procedimiento y dispositivo para aportar oxígeno
a agua o soluciones acuosas.
La invención concierne a un procedimiento y un
dispositivo para aportar oxígeno a agua o soluciones acuosas según
el preámbulo de la reivindicación 1 y de la reivindicación 12.
En muchos sectores relacionados con la
preparación de agua o soluciones acuosas es necesario o ventajoso
incorporar adicionalmente oxígeno en el sistema acuoso.
Procedimientos de preparación de agua o soluciones acuosas son, por
ejemplo, procedimientos para el tratamiento de aguas residuales, la
depuración de aguas residuales, la preparación de agua potable, la
protección de las aguas o la cría de peces. Para lograr un modo de
procedimiento económico de incorporación de oxígeno, la aportación
de oxígeno, es decir, la relación entre la proporción de oxígeno
disuelto y la proporción de oxígeno alimentado, ha de ser lo más
alta posible, pero tiene que ser entonces lo más pequeño posible el
gasto energético para disolver el oxígeno.
Así, en procedimientos para la depuración de
aguas residuales en instalaciones de clarificación con el llamado
procedimiento de fangos activados, en el que los diferentes
constituyentes del agua son respirados en una primera etapa del
procedimiento, la llamada activación, por microorganismos
(bacterias) que flotan en el agua residual contenida en un estanque
de activación o son empleados en parte para la formación de nueva
biomasa, se airea la solución acuosa (agua residual) y, además, se
alimenta en parte oxígeno. La incorporación del aire o del oxígeno
se efectúa por medio de equipos de aireación, tales como aireadores
de bujías o aireadores de platos. Tales instalaciones de
clarificación y tales procedimientos se describen, por ejemplo, en
"Abwassertechnik", Hosang y Bischof, novena edición, Verlag
B.G. Teubner, 1989. Debido al endurecimiento de los requisitos
legales impuestos a la depuración de aguas residuales y
eventualmente debido al aumento de la carga de suciedad del agua
residual resulta frecuentemente necesaria una ampliación y mejora de
instalaciones de clarificación existentes, lo que conduce a que
resulte a menudo necesaria una aportación adicional de oxígeno. Esto
puede realizarse mediante equipos de aireación convencionales, por
ejemplo aireadores de bujías o aireadores de platos, mediante un
oxidador y mediante mangueras de gaseado o inyectores. Por el
término "oxidador" ha de entenderse un recipiente de presión
recorrido por agua; el término "manguera de gaseado" se emplea
aquí para una manguera perforada; el término "inyector"
significa un dispositivo que en principio consta de una bomba, un
tubo venturi y un trayecto de mezclado que está equipado, por
ejemplo, con toberas mezcladoras y tubos mezcladores.
Los documentos US 4,267,052, EP 0 302 708 y US
5,599,452 revelan procedimientos y dispositivos para aportar
oxígeno o un gas oxigenado, estando siempre conectados en serie una
tobera venturi y un tubo perforado, de modo que la relación de los
caudales volumétricos de la aportación de oxígeno efectuada a través
del inyector a la aportación de oxígeno efectuada a través del tubo
sea siempre de 1 : 1.
La invención se basa en el problema de mejorar
el procedimiento citado al principio de tal manera que se maximice
la aportación de oxígeno y al mismo tiempo sea relativamente pequeño
el consumo de energía adicional.
Este problema se resuelve por el hecho de que se
añade continua o temporalmente oxígeno o un gas oxigenado al agua o
a la solución acuosa por medio de un inyector y al mismo tiempo por
medio de al menos una manguera de gaseado. Se ha visto
sorprendentemente que la ventaja técnica lograda por esta
combinación es mayor que la de la utilización alternativa de los
distintos dispositivos (inyector o manguera de gaseado). Este efecto
sinérgico es sorprendente, ya que el rendimiento total es netamente
superior al de los sistemas parciales. La demanda de energía
adicional es aquí mínima y el campo de regulación económicamente
pertinente entre las alimentaciones máxima y mínima de oxígeno es
relativamente grande. El contenido óptimo de oxígeno y la cantidad
óptima de oxígeno a alimentar dependen del agua o solución acuosa a
tratar y del modo de procedimiento especial de la instalación en la
que se utiliza el procedimiento reivindicado, y pueden establecerse
para las respectivas condiciones marginales por medio de unos pocos
ensayos sencillos. Otra ventaja es que las mangueras de gaseado y
los inyectores ocasionan tan sólo costes de inversión relativamente
pequeños.
Como gas oxigenado se utiliza preferiblemente
oxígeno puro. Bajo el término de "oxígeno puro" se quiere dar
a entender aquí oxígeno que presenta una pureza mínima de
aproximadamente un 80% en volumen. Puede emplearse, por ejemplo,
oxígeno técnico que se obtiene por licuación del aire y que cumple
típicamente la especificación de pureza "Oxígeno 2.0" (pureza
mínima 99% en volumen) o bien "Oxígeno 2.5" (pureza mínima
99,5% en volumen). Es posible una utilización de estos gases
oxigenados técnicamente puros cuando se pueda conseguir así un modo
de procedimiento económico.
Según la invención, la relación de los caudales
volumétricos del oxígeno o gas oxigenado añadido a través del
inyector al oxígeno o gas oxigenado añadido a través de la manguera
de gaseado es de 10 a 1 hasta 1 a 10.
Según la invención, se ha previsto que el caudal
volumétrico de oxígeno o gas oxigenado añadido a través del
inyector sea de 0,01 a 0,5 Nm^{3}/h por m^{3} de agua o solución
acuosa y/o que el caudal volumétrico del oxígeno o gas oxigenado
añadido a través de la manguera de gaseado sea de 0,01 a 0,4
Nm^{3}/h por m^{3} de agua o solución acuosa.
Según la invención, el gas oxigenado o el
oxígeno se alimenta al agua residual en una instalación para la
depuración biológica de agua residual en la etapa de activación.
Preferiblemente, el inyector y la manguera de gaseado se disponen
entonces en la zona aerobia junto al fondo del estanque de
activación de la instalación para la depuración biológica de agua
residual.
Según la invención, el agua enriquecida con
oxígeno en el inyector entra en el estanque con el agua más pobre
en oxígeno a través de una o varias toberas mezcladoras y/o el agua
enriquecida con oxígeno se mezcla con el agua más pobre en oxígeno
del estanque a través de uno o varios tubos mezcladores.
El gas oxigenado o el oxígeno puro puede
alimentarse por medio de todos los métodos de suministro usuales,
por ejemplo tanque de almacenamiento de material licuado,
procedimiento in situ o una tubería de una red de
interconexión. Con el término "procedimiento in situ" se
quieren dar a entender procedimientos en los que se obtiene oxígeno
del aire ambiente directamente en el lugar de consumo del oxígeno.
Se prefiere el suministro a través de una tubería de una red de
interconexión, puesto que ésta hace posible una seguridad de
funcionamiento relativamente alta y una gran seguridad de
suministro junto con un gasto técnico relativamente pequeño y una
pequeña demanda de espacio. La conexión del suministro de oxígeno al
dispositivo para la aportación del oxígeno al agua o la solución
acuosa puede efectuarse ventajosamente con una manguera de
elastómero para simplificar el montaje.
Para determinados casos de aplicación es
ventajoso que el gas oxigenado o el oxígeno puro sustituya a la
aireación convencional tan sólo temporalmente, pero de preferencia
durante 5 a 50 minutos por hora. Preferiblemente, el gas oxigenado
o el oxígeno sustituye a la aireación convencional de una
instalación para la depuración biológica de aguas residuales en el
caso de una elevada carga hidráulica que pueda presentarse, por
ejemplo, como consecuencia de un evento de lluvia.
Asimismo, se ha previsto según la invención que
el gas oxigenado o el oxígeno se alimente al agua residual
adicionalmente a la aireación convencional en el caso de una mayor
carga de contaminantes del agua residual o en el caso de una
demanda incrementada de energía de la instalación para la depuración
biológica del agua residual.
El problema que sirve de base a la invención se
resuelve también por medio de un dispositivo en el que la
alimentación del oxígeno o de un gas oxigenado se efectúa por medio
de un inyector y al mismo tiempo por medio de al menos una manguera
de gaseado, estando asociados al tubo venturi del inyector dos
embudos cónicos con una pieza central agujereada y/o hendida y con
un manguito de alimentación de gas dispuesto en la pieza central.
El manguito presenta ventajosamente una boquilla o una brida para
conectar una manguera o una tubería destinada a alimentar el
oxígeno.
Según la invención, se ha previsto también que,
en lugar del tubo venturi descrito, se utilice un compresor de gas
por chorro de líquido que pueda aspirar el gas a presión atmosférica
o a una pequeña sobrepresión, por ejemplo a una sobrepresión de
hasta 100 milibares. Bajo el término de "compresor de gas por
chorro de líquido" han de entenderse aquí bombas eyectoras para
transportar y comprimir gases junto con un intensivo mezclado
simultaneo con el líquido propulsor. Estas bombas consisten en una
parte de cabeza, una tobera propulsora recambiable con cuerpo
rotativo y un difusor.
La manguera de gaseado consiste preferiblemente
en una manguera perforada de elastómero en la que las aberturas
para dar salida al gas oxigenado o al oxígeno se forman únicamente a
partir de una sobrepresión de aproximadamente 0,2 a 0,5 bares en el
interior de la manguera. Esto tiene la ventaja de que las aberturas
no pueden obstruirse aún cuando no salga gas oxigenado u oxígeno
por dichas aberturas.
Según la invención, detrás del inyector está
dispuesta una tubería en la que están dispuestas una o varias
toberas mezcladoras y/o uno o varios tubos mezcladores. Esta tubería
puede llevar antepuesta ventajosamente una tubería adicional como
trayecto de absorción para aumentar la aportación de oxígeno.
Según la invención, se ha previsto que en la
tubería estén dispuestas después del inyector unas estructuras
internas adicionales o unas variaciones de la sección transversal
del diámetro interior del tubo para aumentar la turbulencia en el
perfil de flujo. Se provoca así una dispersión mejorada o una
distribución finísima mejorada de las burbujas de gas. Según la
invención, en la tubería puede estar dispuesto también detrás del
inyector un mezclador estático para aumentar la turbulencia en el
perfil de flujo. El mezclador presenta estructuras internas
tridimensionales para variar el flujo de modo que se dividan más
fuertemente las burbujas de oxígeno.
\vskip1.000000\baselineskip
En un estanque de ensayo con agua pura y a una
profundidad del agua de 2 m se tuvieron que aportar, para lograr
una cantidad idéntica de oxígeno disuelto, 244 kg/h de oxígeno en el
caso de un empleo exclusivo de mangueras de gaseado y 222 kg/h de
oxígeno en el caso de un empleo exclusivo de un inyector, mientras
que, en el caso de una utilización combinada de mangueras de
gaseado e inyector, la cantidad de oxígeno a aportar ascendió
solamente a
200 kg/h.
200 kg/h.
En ensayos realizados en instalaciones de
clarificación, por ejemplo en una instalación de clarificación para
12000 valores equivalentes por habitante (EWG) con una profundidad
del agua de 2,5 m, las ventajas de la combinación según la
invención se destacaron con mayor calidad todavía. Así, para la
misma cantidad de oxígeno disuelto se necesitaron 304 kg/h de
oxígeno en el caso de un empleo exclusivo de mangueras de gaseado y
162 kg/h de oxígeno en el caso de un empleo exclusivo de un
inyector, pero la misma cantidad de oxígeno disuelto pudo lograrse
por una aportación de solamente 108 kg/h de oxígeno en el caso de un
empleo combinado de mangueras de gaseado e inyector.
Claims (19)
1. Procedimiento para aportar oxígeno o un gas
oxigenado a agua o soluciones acuosas durante la preparación de
agua o soluciones acuosas, caracterizado porque se añade
continua o temporalmente oxígeno o un gas oxigenado al agua o a la
solución acuosa por medio de un inyector y simultáneamente por medio
de al menos una manguera de gaseado elastómera, estando previsto
que la relación de los caudales volumétricos del oxígeno o gas
oxigenado añadido a través del inyector al oxígeno o gas oxigenado
añadido a través de la manguera de gaseado sea de 1 a 10 hasta 10 a
1.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se emplea oxígeno puro en calidad de gas
oxigenado.
3. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el caudal
volumétrico del oxígeno o del gas oxigenado añadido a través del
inyector es de 0,01 a 0,5 Nm^{3}/h por m^{3} de agua o de
solución acuosa.
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el caudal
volumétrico del oxígeno o gas oxigenado añadido a través de la
manguera de gaseado es de 0,01 a 0,4 Nm^{3}/h por m^{3} de agua
o de solución acuosa.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se añade el gas
oxigenado o el oxígeno al agua residual en la etapa de activación
de una instalación para la depuración biológica de agua
residual.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque el agua enriquecida con oxígeno en el
inyector entra en el estanque con el agua más pobre en oxígeno a
través de una o varias toberas mezcladoras.
7. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6,
caracterizado porque el agua enriquecida con oxígeno se
mezcla con el agua más pobre en oxígeno del estanque a través de
uno o varios tubos mezcladores.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque el gas oxigenado
o el oxígeno se alimenta al agua o la solución acuosa a través de
una tubería de una red de interconexión.
9. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque el gas oxigenado
o el oxígeno sustituye a la aireación convencional durante un
período de tiempo de 5 a 50 minutos por hora.
10. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 9,
caracterizado porque el gas oxigenado o el oxígeno sustituye
a la aireación convencional en el caso de una carga hidráulica
incrementada de la instalación para la depuración biológica de agua
residual.
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 8 y 9, caracterizado porque el gas oxigenado
o el oxígeno se alimenta al agua residual adicionalmente a la
aireación convencional en el caso de una mayor carga de
contaminantes del agua residual o en el caso de una demanda de
energía incrementada de la instalación para la depuración biológica
de agua residual.
12. Dispositivo para la puesta en práctica del
procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11,
caracterizado porque la alimentación del oxígeno o de un gas
oxigenado se efectúa por medio de un inyector y al mismo tiempo por
medio de al menos una manguera de gaseado elastómera, estando
asociados al tubo venturi del inyector dos embudos cónicos con una
pieza central agujereada y/o hendida y un manguito dispuesto en la
pieza central y destinado a alimentar el gas oxigenado o el
oxígeno.
13. Dispositivo para la puesta en práctica del
procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11,
caracterizado porque la alimentación del oxígeno o de un gas
oxigenado se efectúa por medio de un inyector y al mismo tiempo por
medio de al menos una manguera de gaseado elastómera, presentando el
inyector un compresor de gas por chorro de líquido.
14. Dispositivo según la reivindicación 12 ó 13,
caracterizado porque la manguera de gaseado consiste en una
manguera de elastómero perforada.
15. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque el inyector
y/o la manguera de gaseado llevan asociada una tubería de una red
de interconexión para su abastecimiento con un gas oxigenado o con
oxígeno.
16. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque detrás del
inyector está dispuesta una tubería en la que están dispuestas una
o varias toberas mezcladoras y/o uno o varios tubos
mezcladores.
17. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque están
dispuestas en la tubería, detrás del inyector, unas estructuras
internas adicionales o unas variaciones de sección transversal del
diámetro interior del tubo para aumentar la turbulencia en el perfil
de flujo.
18. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 17, caracterizado porque en la tubería
está dispuesto un mezclador estático detrás del inyector.
19. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 18, caracterizado porque el inyector y
la manguera de gaseado están dispuestos en la zona aerobia junto al
fondo del estanque de activación de una instalación para la
depuración biológica de agua residual.
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