ES2371192A1 - Pre-treatment and water conditioning filter of pressure-closed granular body type with cooling washing machines (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Filtro de pretratamiento y acondicionamiento de agua del tipo de lecho granular cerrado a presión con medios de lavado a contracorriente.Pretreatment and conditioning filter water of the closed-bed granular bed type with means of backwash
La presente invención pertenece al campo del tratamiento de agua, ya sea en procesos de potabilización de agua dulce, tratamiento de aguas residuales, tratamiento de reutilización o de regeneración de aguas residuales, y desalación de agua salobre o marina, especialmente en plantas desaladoras de ósmosis inversa, y más concretamente se relaciona con la etapa de pre-tratamiento y acondicionamiento a la que se somete dicha fuente de agua antes de proceder a su desalación, desinfección y/o potabilización. Entre la gran variedad de sistemas de pre-tratamiento conocidos, la invención es aplicable a todos los dispositivos de filtración a presión sobre lechos granulares, tales como arena, grava, antracita, carbón activo, granate, roca porosa, piedra pómez, basalto... o cualquier combinación de los mismos, independientemente de la presión de diseño o trabajo (funcionamiento) del dispositivo.The present invention belongs to the field of water treatment, whether in water purification processes sweet, sewage treatment, reuse treatment or wastewater regeneration, and brackish water desalination or marine, especially in reverse osmosis desalination plants, and more specifically it relates to the stage of pre-treatment and conditioning to which submit said water source before desalination, disinfection and / or purification. Among the wide variety of systems known pretreatment, the invention is Applicable to all pressure filtration devices on granular beds, such as sand, gravel, anthracite, coal active, garnet, porous rock, pumice stone, basalt ... or any combination thereof regardless of the pressure of design or work (operation) of the device.
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El agua bruta a tratar en procesos de potabilización, tratamiento de aguas residuales, tratamiento de reutilización o regeneración de aguas residuales y desalación debe cumplir con una serie de requisitos de calidad antes de su entrada en la planta de tratamiento, entre otras razones para evitar obstrucciones y reducir el número de lavados. Con objeto de cumplir los estándares de calidad requeridos, generalmente se incluye una o varias etapas de pre-tratamiento en dichos procesos.The raw water to be treated in processes of purification, wastewater treatment, treatment of wastewater reuse or regeneration and desalination must meet a series of quality requirements before its entry in the treatment plant, among other reasons to avoid obstructions and reduce the number of washes. In order to comply the required quality standards, usually one or several stages of pre-treatment in said processes
Entre los sistemas de pre-tratamiento conocidos (coagulación/floculación, decantación, filtración, flotación, adición de diferentes reactivos para ajuste de pH, desinfección...), el más generalizado por su sencillez, reducidos costes de inversión y explotación es la filtración a través de lechos granulares en filtros cerrados a presión. Estos filtros tienen por objeto eliminar la mayor parte de los sólidos decantables y en suspensión contenidos en el agua dulce, de mar o salobre y en aguas residuales desde la fuente de captación. La filtración sobre lechos granulares es una técnica conocida y muy implantada especialmente en las plantas de tratamiento convencionales de agua potable (aguas de río, embalses, lagunas, acuíferos de agua dulce, etc.), por lo que puede encontrarse una extensa bibliografía al respecto, entre la que se puede citar de manera destacada: "Ingeniería de aguas residuales. Tratamiento, vertido y reutilización", Metcalf&Eddy, Tercera Edición (1998), Ed. McGraw-Hill (capítulos 6.8 y 11.3); y "Manual Técnico del Agua", Degrémot, Cuarta Edición (1979), Ed. Grafo, S.A. (capítulos 3 y 4).Among the systems of known pretreatment (coagulation / flocculation, decantation, filtration, flotation, addition of different reagents for pH adjustment, disinfection ...), the most widespread by its simplicity, reduced investment and exploitation costs is the filtration through granular beds in closed filters at Pressure. These filters are intended to eliminate most of the decantable and suspended solids contained in fresh water, from sea or brackish and in sewage from the source of collection. Filtration on granular beds is a known and very well known technique. implanted especially in treatment plants Conventional drinking water (river waters, reservoirs, lagoons, freshwater aquifers, etc.), so you can find a extensive bibliography in this regard, among which one can cite of Featured way: "Wastewater engineering. Treatment, pouring and reuse ", Metcalf & Eddy, Third Edition (1998), Ed. McGraw-Hill (chapters 6.8 and 11.3); Y "Water Technical Manual", Degrémot, Fourth Edition (1979), Ed. Grafo, S.A. (chapters 3 and 4).
En la actualidad se utilizan baterías de filtros en una o dos etapas en serie para realizar esta función. El funcionamiento de los filtros se basa en la retención progresiva de los mencionados sólidos sobre la capa de arena filtrante. Una vez que el filtro se colmata y pierde por tanto su capacidad de seguir filtrando es necesario sacarlo de la línea de producción (es decir, finaliza su ciclo de servicio) y lavarlo en contracorriente para retirar la materia retenida en el mismo; normalmente se lava con agua de mar bruta o con la salmuera producida en los bastidores de ósmosis y/o soplado de aire a presión atmosférica. Una vez lavado el filtro, se pone de nuevo en servicio para realizar un nuevo ciclo de filtrado.Currently filter batteries are used in one or two stages in series to perform this function. He Filter operation is based on the progressive retention of the mentioned solids on the layer of filter sand. One time that the filter is clogged and therefore loses its ability to follow filtering it is necessary to remove it from the production line (that is, end its service cycle) and wash it countercurrently to remove the material retained therein; normally washed with raw seawater or brine produced in the racks of osmosis and / or air blowing at atmospheric pressure. Once washed the filter, is put back into service to perform a new cycle of filtered out.
Una clara desventaja de este proceso es que la
mayor parte de los sólidos retenidos en los filtros se localizan en
los primeros centímetros del lecho de arena, lo que supone una
infrautilización de la capacidad filtrante del volumen total del
lecho y, como consecuencia, una rápida colmatación lo que se traduce
en cortos periodos de servicio o altas frecuencias de lavado, mayor
consumo de agua de contralavado y de desplazamiento, agua que hay
que bombear con el consiguiente gasto energético. Otro inconveniente
del proceso convencional es la necesidad de disponer de mayor
superficie filtrante para prever la elevadas frecuencias de lavado
y, por tanto, un número mayor de unidades de filtros y todos sus
elementos auxiliares, en definitiva un mayor coste de inversión de
las plantas
desaladoras.A clear disadvantage of this process is that most of the solids retained in the filters are located in the first centimeters of the sand bed, which implies an underutilization of the filtering capacity of the total bed volume and, as a consequence, a rapid clogging which translates into short periods of service or high washing frequencies, increased consumption of backwash and displacement water, water that must be pumped with the consequent energy expenditure. Another drawback of the conventional process is the need to have a larger filter surface to provide for high washing frequencies and, therefore, a greater number of filter units and all their auxiliary elements, ultimately a higher investment cost of the plants.
desalination plants
A la vista de estos inconvenientes, uno de los objetivos fundamentales de la presente invención consiste en incorporar un sistema de inyección y evacuación de aire comprimido a los filtros actuales de lecho granular a presión con el fin de incrementar significativamente su capacidad de filtración, medida como kilogramos de materia retenida del agua a filtrar por kilogramo de material de lecho filtrante, y como consecuencia la reducción del número de unidades de filtración necesarias para conseguir el mismo fin.In view of these inconveniences, one of the fundamental objectives of the present invention consists of incorporate an injection and evacuation system of compressed air to the current pressure granular bed filters in order to significantly increase its filtration capacity, measured as kilograms of water retained matter to filter per kilogram of filter bed material, and as a consequence the reduction of number of filtration units needed to achieve the same finish.
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La presente invención se refiere a una unidad de filtro del tipo de lecho granular cerrado a presión, como los comúnmente empleados en el pre-tratamiento y acondicionamiento de agua de procesos de desalación de agua marina o salobre, potabilización de agua dulce, tratamiento de aguas residuales y tratamiento de reutilización o regeneración de aguas residuales, al que se han incorporado unos medios de inyección de aire comprimido a la misma presión de funcionamiento del filtro durante el ciclo de servicio o filtrado del mismo, así como unos medios de extracción-evacuación simultánea de dicho aire inyectado por la parte superior del filtro al exterior. Como agua dulce, salobre o marina, tal cual se citan en la presente invención, se entiende aquella que presenta un contenido en sales menor del 0,05%, entre 0,05% y 3%, y entre 3% y 5%, respectivamente.The present invention relates to a unit of filter of the closed pressure granular bed type, such as commonly used in pre-treatment and water conditioning of seawater desalination processes or brackish, fresh water purification, water treatment Waste and water reuse or regeneration treatment residuals, to which injection means of compressed air at the same filter operating pressure during the service cycle or filtering thereof, as well as some means of simultaneous extraction-evacuation of said air injected from the top of the filter to the outside. How fresh, brackish or marine water, as cited herein invention, it is understood that which has a salt content less than 0.05%, between 0.05% and 3%, and between 3% and 5%, respectively.
La inyección de aire comprimido al interior del filtro, que puede ser continua o pulsante, se realiza en la parte inferior de una placa sobre la que se sostiene el lecho granular filtrante y que separa dicho lecho y la cámara superior donde éste se aloja de un falso fondo (cámara inferior), de forma similar a la inyección de aire de soplado atmosférico en la fase de lavado cuando el filtro está fuera de servicio. La placa está provista de al menos una boquilla o crepina que permite la distribución de agua y de aire, como las que posibilitan el lavado a contracorriente en este tipo de filtros a presión con falso fondo.The injection of compressed air into the filter, which can be continuous or pulsating, is done in the part bottom of a plate on which the granular bed is held filter and separating said bed and the upper chamber where it it is housed in a false bottom (lower chamber), similar to the atmospheric blowing air injection in the washing phase when The filter is out of order. The plate is provided with at least a nozzle or crepe that allows the distribution of water and air, such as those that enable backwashing in this type of pressure filters with false bottom.
Al ser el filtro un sistema cerrado a presión, es necesario evacuar de su interior el aire inyectado en el falso fondo, y que se acumula en la cámara superior tras atravesar el lecho granular, para conseguir la continuidad del funcionamiento de la fase de filtración. La extracción del aire comprimido de la cámara superior se realiza mediante unos medios de evacuación, conectados a la carcasa, que comprenden al menos un medio de aeración ubicado en la parte más alta de dicha carcasa; dicho medio de aeración puede ser preferiblemente una ventosa, y más preferentemente una ventosa trifuncional.Since the filter is a closed pressure system, it is necessary to evacuate the air injected into the fake inside background, and that accumulates in the upper chamber after crossing the granular bed, to achieve the continuity of the operation of the filtration phase The extraction of compressed air from the upper chamber is performed by means of evacuation, connected to the housing, which comprise at least one means of aeration located in the highest part of said housing; said medium aeration may preferably be a suction cup, and more preferably a trifunctional suction cup.
Entre las principales ventajas derivadas de la incorporación de ambos medios a un filtro de lecho granular a presión cabe destacar el incremento significativo en su capacidad de filtración, y como consecuencia la reducción del número de unidades de filtrado en las instalaciones de pre-tratamiento de agua para conseguir el mismo rendimiento que un sistema constituido por un mayor número de filtros sin los dos dispositivos objeto de la presente invención.Among the main advantages derived from the incorporation of both media to a granular bed filter at pressure should be noted the significant increase in its ability to filtration, and as a consequence the reduction in the number of units of filtering in pre-treatment facilities of water to achieve the same performance as a system constituted by a greater number of filters without the two devices object of the present invention.
La invención también se refiere a una instalación de pre-tratamiento y acondicionamiento de agua que comprende al menos un filtro como el descrito anteriormente, así como específicamente a una planta desaladora, más preferiblemente de ósmosis inversa, que comprende dicha instalación de pre-tratamiento que incorpora uno o varios filtros con el dispositivo de inyección-evacuación de aire comprimido. Asimismo, la invención divulga el uso de dicho filtro para el pretratamiento y acondicionamiento de agua en procesos de potabilización de agua dulce, desalación de agua marina o salobre, tratamiento de aguas residuales y tratamiento de reutilización o regeneración de aguas residuales, y más específicamente se refiere al uso de dicha instalación de pre-tratamiento de agua salobre o marina en una planta de desalación de ósmosis inversa.The invention also relates to a pre-treatment and conditioning installation of water comprising at least one filter as described previously, as well as specifically to a desalination plant, more preferably reverse osmosis, comprising said installation of pre-treatment that incorporates one or several filters with the injection-evacuation device of compressed air. Also, the invention discloses the use of said filter for pretreatment and conditioning of water in freshwater purification processes, seawater desalination or brackish, sewage treatment and treatment of wastewater reuse or regeneration, and more specifically refers to the use of said installation of pre-treatment of brackish or marine water in a reverse osmosis desalination plant.
Otro objeto de la presente invención consiste en un procedimiento de pre-tratamiento y acondicionamiento de agua mediante la unidad de filtro antes descrita, que comprende al menos inyectar aire comprimido en el interior del filtro a la presión de funcionamiento del mismo, y evacuar simultáneamente dicho aire al exterior durante el funcionamiento del filtro, es decir, durante el proceso de filtración del agua.Another object of the present invention consists in a pre-treatment procedure and water conditioning by the filter unit before described, which comprises at least injecting compressed air into the inside the filter at its operating pressure, and simultaneously evacuate said air to the outside during operation of the filter, that is, during the process of water filtration
El objeto principal de la presente invención es un filtro de pretratamiento y acondicionamiento de agua del tipo de lecho granular cerrado a presión con medios de lavado a contracorriente, que comprende al menos:The main object of the present invention is a water pretreatment and conditioning filter of the type of Pressed granular bed with washing means a countercurrent, which comprises at least:
- --
- una carcasa (1) compartimentada en dos cámaras cerrada a presión,a housing (1) compartmentalized in two chambers closed to Pressure,
- --
- una cámara superior (2) que contiene en su interior el lecho granular filtrante (4), dotada al menos de medios de entrada o alimentación del agua a filtrar (3),a upper chamber (2) that contains the granular bed inside filter (4), provided with at least input or feed means of the water to be filtered (3),
- --
- una cámara inferior (5) a modo de falso fondo del filtro, dotada al menos de medios de salida (6) del agua filtrada y acondicionada, ya lower chamber (5) as a false bottom of the filter, equipped with less means of exit (6) of filtered and conditioned water, Y
- --
- una placa (7) de sustentación del lecho granular filtrante que separa ambas cámaras superior e inferior, estando dicha placa provista de al menos una boquilla o crepina (8) de distribución de agua y aire, que forma parte de los medios (9) de lavado a contracorriente del filtro;a support plate (7) of the separating granular filter bed both upper and lower chambers, said plate being provided with at least one nozzle or crepe (8) of water and air distribution, which is part of the backwashing means (9) of the filter;
caracterizado porque el filtro comprende además:characterized in that the filter comprises also:
- --
- medios de inyección de aire comprimido (10) a la presión de trabajo del filtro y durante el funcionamiento del mismo, conectados al falso fondo mediante una toma de inyección (11) ubicada en la carcasa; ymedia compressed air injection (10) at the working pressure of the filter and during its operation, connected to the false bottom by an injection socket (11) located in the housing; Y
- --
- medios de evacuación (12) al exterior de dicho aire inyectado, conectados a la cámara superior mediante una toma de evacuación (13) ubicada en la parte más elevada de la carcasa (1), y que comprenden al menos una tubuladura (14) y un medio de aeración (15).media of evacuation (12) outside said injected air, connected to the upper chamber by means of an evacuation socket (13) located in the highest part of the housing (1), and comprising at least a pipe (14) and aeration means (15).
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Preferiblemente, el pretratamiento y acondicionamiento de agua mediante el filtro descrito se engloba dentro de procesos de potabilización de agua dulce, desalación de agua marina o salobre, tratamiento de aguas residuales y tratamiento de reutilización o regeneración de aguas residuales.Preferably, the pretreatment and water conditioning using the filter described is included within freshwater purification processes, desalination of seawater or brackish water, sewage treatment and treatment of reuse or regeneration of wastewater.
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Para una mejor comprensión del filtro aquí descrito se presenta en la Figura 1 un esquema ilustrativo del mismo, sin que dicha figura tenga carácter limitativo de la invención.For a better understanding of the filter here described, an illustrative scheme of the same, without said figure having a limiting nature of the invention.
El aire comprimido se inyecta en la cámara inferior (5) que corresponde al falso fondo del filtro de forma similar a como se inyecta el aire de soplado atmosférico en la fase de lavado a contracorriente. Sin embargo, existen claras diferencias entre ambos procesos de inyección de aire: por un lado, el aire de lavado es inyectado al interior de la unidad de filtro cuando éste está en parada o fuera de servicio y a presión atmosférica, mientras que el aire comprimido es inyectado en la presente invención durante el funcionamiento o servicio del filtro y a la misma presión de trabajo del mismo, que nunca es a presión atmosférica, sino mayor. En definitiva, el lavado a contracorriente del filtro se puede realizar única y exclusivamente en parada, es decir, cuando éste se ha detenido y sacado de la línea de filtración debido a su colmatación. Por el contrario, los dispositivos de inyección (10) y evacuación (12) de aire comprimido de la presente invención funcionan simultáneamente y durante el ciclo de trabajo del filtro, es decir, durante el proceso de filtrado del agua, desde que comienza hasta que se termina. Esta función no es posible en el caso del sistema de lavado (9), ya que ningún dispositivo conocido de lavado a contracorriente por soplado está diseñado y habilitado para inyectar aire a la presión a la que comúnmente trabajan los filtros de lecho granular (una presión considerablemente mayor que la requerida para el lavado a contracorriente), y en ella residen los efectos beneficiosos conseguidos respecto al acondicionamiento del agua a filtrar en un proceso de desalación.Compressed air is injected into the chamber bottom (5) corresponding to the false bottom of the shape filter similar to how atmospheric blowing air is injected in the phase backwash However, there are clear differences. between both processes of air injection: on the one hand, the air of washing is injected into the filter unit when it It is stopped or out of service and at atmospheric pressure, while that compressed air is injected into the present invention during the operation or service of the filter and at the same pressure of its work, which is never at atmospheric pressure, but greater. In short, the backwash of the filter can be perform only and exclusively at stop, that is, when it has stopped and removed from the filtration line due to its clogging On the contrary, the injection devices (10) and evacuation (12) of compressed air of the present invention they work simultaneously and during the filter duty cycle, that is, during the water filtration process, since It starts until it ends. This function is not possible in the case of the washing system (9), since no known device of backwash blown is designed and enabled for inject air at the pressure at which filters commonly work granular bed (a pressure considerably greater than the required for backwashing), and in it reside the beneficial effects achieved with respect to the conditioning of water to be filtered in a desalination process.
El aire comprimido es inyectado al interior del filtro por su falso fondo (5) a la misma presión que la del agua que está siendo filtrada, es decir, a la presión de trabajo establecida en el interior del filtro. Como a la misma presión el aire tiene una densidad inferior a la del agua, ascenderá en forma de burbujas a la cámara superior (2) a través de una o varias boquillas (8) distribuidoras ubicadas en la placa de sustentación (7) del lecho granular, atravesando dicho lecho granular (4) y levantando y rompiendo las capas más próximas a la superficie del lecho, dejando canales de paso para que continúe el proceso de filtración. Además, de esta manera, al levantar el manto de sólidos depositado en las primeras capas superficiales, se facilita la penetración de las partículas de menor tamaño en el lecho, que serán retenidas a mayor profundidad, con lo que se incrementa la capacidad de retención de materia en el filtro. También de esta manera la presión diferencial entre entrada de agua de alimentación a filtrar y salida de agua filtrada en el filtro, que mide el grado de atascamiento o colmatación del mismo, disminuirá bien gradualmente con la inyección de aire continua o bien escalonadamente con cada pulso de inyección de aire, logrando así alargar el tiempo que media entre la presión diferencial inicial de servicio y la final, antes de la parada del filtro para proceder a su lavado. Este fenómeno puede verse representado en las Figuras adjuntas 3 y 4 donde se muestra la evolución del caudal de agua filtrada y de la carga de sólidos retenida por el filtro (Figura 3), y la presión diferencial del mismo en función del tiempo de servicio o fase de filtración (Figura 4).Compressed air is injected into the filter by its false bottom (5) at the same pressure as that of the water that is being filtered, that is, at the set working pressure inside the filter. As at the same pressure the air has a density lower than that of water, it will rise in the form of bubbles to the upper chamber (2) through one or more nozzles (8) distributors located on the bed support plate (7) granular, going through said granular bed (4) and lifting and breaking the layers closest to the bed surface, leaving passage channels for the filtration process to continue. Further, in this way, when lifting the mantle of solids deposited in the first superficial layers, the penetration of the smaller particles in the bed, which will be retained to greater depth, thereby increasing the retention capacity of Matter in the filter. Also in this way the differential pressure between feed water inlet to be filtered and water outlet filtered in the filter, which measures the degree of clogging or clogging of the same, will gradually decrease well with the injection continuous air or staggered with each injection pulse of air, thus extending the time between the pressure initial and final service differential, before the stop of the filter to proceed to its washing. This phenomenon can be seen. represented in the attached Figures 3 and 4 where the evolution of filtered water flow and solids load retained by the filter (Figure 3), and the differential pressure of the same depending on the service time or filtration phase (Figure 4).
El aire comprimido inyectado al falso fondo (5) se distribuye por la parte inferior de las boquillas (8), formando dicho aire un colchón que asciende homogéneamente por todas ellas hacia el lecho granular (4). De esta forma, aunque los medios de evacuación (12) pueden estar conectados al filtro en cualquier parte de la zona más elevada de la carcasa (1), preferentemente estarán alojados hacia la mitad del filtro (y, por tanto, también la toma de evacuación (13)), siendo ésta la situación hidráulica más favorable para la evacuación del aire comprimido.Compressed air injected to the false bottom (5) It is distributed along the bottom of the nozzles (8), forming said air a mattress that rises homogeneously through all of them towards the granular bed (4). In this way, although the means of evacuation (12) can be connected to the filter anywhere of the highest area of the housing (1), preferably they will be housed towards the middle of the filter (and therefore also the socket of evacuation (13)), this being the most favorable hydraulic situation for the evacuation of compressed air.
Preferentemente, el lecho granular filtrante (4) se compone de un material seleccionado dentro del grupo compuesto por arena, grava, antracita, carbón activo, granate, roca fragmentada, roca porosa, piedra pómez, fragmentos cerámicos, fragmentos plásticos, fragmentos metálicos, basalto y cualquier combinación de los mismos. A su vez, la carcasa (2) del filtro puede estar construida con cualquier material de los comúnmente empleados, ya sea acero, materiales plásticos u otro.Preferably, the granular filter bed (4) It consists of a material selected within the composite group by sand, gravel, anthracite, activated carbon, garnet, rock fragmented, porous rock, pumice, ceramic fragments, plastic fragments, metal fragments, basalt and any combination thereof. In turn, the filter housing (2) can be constructed with any material commonly used, be it steel, plastic materials or other.
El sistema de
inyección-evacuación de aire comprimido aquí
descrito funciona y permite alcanzar las mejoras antes citadas para
cualquier presión de diseño o trabajo del filtro. Preferiblemente,
la presión de funcionamiento del filtro y de inyección del aire
comprimido está comprendida entre 2 y 8 bares, y más preferentemente
es de 6
bares.The compressed air injection-evacuation system described here works and allows to achieve the abovementioned improvements for any design or working pressure of the filter. Preferably, the operating pressure of the filter and injection of the compressed air is between 2 and 8 bar, and more preferably it is 6
pubs.
En una realización preferida, la inyección de aire comprimido a la misma presión de funcionamiento del filtro durante todo el ciclo de servicio del mismo se realiza a caudal continuo. En otra realización, la inyección es pulsante, es decir a intervalos de tiempo regulares o irregulares. Cada pulso de inyección de aire comprimido tienen preferentemente una duración comprendida entre 1 y 10 segundos, más preferentemente entre 3 y 6 segundos, y siendo más preferentemente todavía de 3 segundos, mientras que la frecuencia (o intervalo de tiempo entre pulsos) está comprendida preferentemente entre 1 y 60 minutos, siendo más preferentemente de 30 minutos. En una realización preferida en la que se emplea inyección de aire pulsante, los pulsos de aire son más cortos y espaciados en el tiempo al comienzo del periodo de funcionamiento del filtro que al final de dicho periodo, en el que los pulsos tienen mayor duración y están menos espaciados entre sí.In a preferred embodiment, the injection of compressed air at the same filter operating pressure during the entire service cycle it is carried out at flow continuous. In another embodiment, the injection is pulsating, that is to say regular or irregular time intervals. Every pulse of compressed air injection preferably have a duration between 1 and 10 seconds, more preferably between 3 and 6 seconds, and being more preferably still 3 seconds, while the frequency (or time interval between pulses) is preferably between 1 and 60 minutes, being more preferably 30 minutes. In a preferred embodiment in the Pulsed air injection is used, the air pulses are more short and spaced in time at the beginning of the period of operation of the filter that at the end of said period, in which the pulses have a longer duration and are less spaced between yes.
En otra realización de la invención, en la que el filtro incluye en su falso fondo una tubería de distribución de aire de soplado/lavado a contracorriente (elemento (23) de la Figura 1), el aire comprimido se inyecta en la corona circular que existe entre la tubuladura de salida (6) y dicho tubo de distribución o reparto de aire (23), constituyendo en este caso la toma de inyección de aire comprimido (11').In another embodiment of the invention, in which the filter includes in its false bottom a distribution pipe of blow air / backwash (element (23) of Figure 1), the compressed air is injected into the circular crown that exists between the outlet pipe (6) and said distribution tube or air distribution (23), constituting in this case the intake of compressed air injection (11 ').
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Preferiblemente, los medios de inyección comprenden al menos:Preferably, the injection means They comprise at least:
- --
- un equipo de aire comprimido (16) que comprende una válvula automática de inyección (17), un manorreductor con válvula de control de presión (18), un rotámetro (19) para medida del caudal de aire comprimido inyectado y un dispositivo de programación de pulsos de aire (20); ya compressed air equipment (16) comprising an automatic valve injection (17), a pressure reducer with control valve pressure (18), a rotameter (19) for air flow measurement injected tablet and a pulse programming device air (20); Y
- --
- una tubuladura (21) que conecta la válvula del equipo de aire comprimido con la toma de inyección del falso fondo del filtro.a tubing (21) that connects the compressed air equipment valve with the injection socket of the false bottom of the filter.
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Preferentemente, la válvula automática de inyección es una electrovávula.Preferably, the automatic valve of Injection is an electrovalve.
Por su parte, en otra realización preferida los medios de evacuación (12) del aire inyectado comprenden, además de una tubuladura (14) y un medio de aeración (15), una tubería que conduce el aire evacuado desde dicho medio de aeración hasta una arqueta de desagüe. Más preferentemente, el medio de aeración (15) es una ventosa de evacuación de aire, más preferentemente aún es una ventosa trifuncional. También preferentemente, la tubuladura (14) tiene un diámetro nominal comprendido entre 1'' y 8'', siendo más preferentemente de 4''.On the other hand, in another preferred embodiment the evacuation means (12) of the injected air comprise, in addition to a pipe (14) and aeration means (15), a pipe that conducts the evacuated air from said aeration means to a drainage box More preferably, the aeration means (15) it is an air evacuation suction cup, more preferably it is still a three-function suction cup Also preferably, the tubing (14) It has a nominal diameter between 1 '' and 8 '', being more preferably 4 ''.
Los dispositivos de inyección y evacuación de aire comprimido aquí descritos, ya sea en flujo continuo o pulsante, pueden emplearse sin restricciones en cualquier tipo de filtro a presión de lecho granular, no sólo independientemente de la presión de diseño o trabajo del mismo, sino también de su disposición, ya sea vertical, horizontal u otra, o de su geometría, pudiendo tener la carcasa del filtro una forma cilíndrica, paralelepipédica, cónica, esférica u otra forma distinta a las enunciadas, aunque preferiblemente el filtro es cilíndrico y horizontal. Un filtro como el aquí reivindicado, que incorpora los dispositivos de inyección (10) y evacuación (12) de aire comprimido, también puede emplearse en cualquier conjunto o batería de filtros en serie o paralelo, e independientemente de la granulometría del lecho (4), la longitud y el diámetro del filtro. De forma preferente, la granulometría del lecho puede estar comprendida entre 0,1 y 10 milímetros, el diámetro de la carcasa (2) tiene un valor máximo de 6 metros y es más preferentemente de 4 metros, y la longitud de la carcasa está comprendida entre 1 y 25 metros, siendo más preferiblemente de 14 metros.The injection and evacuation devices of compressed air described here, either in continuous or pulsating flow, can be used without restrictions on any type of filter a granular bed pressure, not only regardless of pressure of design or work of the same, but also of its disposition, already be it vertical, horizontal or other, or of its geometry, being able to have the filter housing a cylindrical, parallelepipedic shape, conical, spherical or another way different to those stated, although preferably the filter is cylindrical and horizontal. A filter like the one claimed here, which incorporates the injection devices (10) and evacuation (12) of compressed air, can also be used in any set or battery of series or parallel filters, and regardless of the granulometry of the bed (4), the length and The diameter of the filter. Preferably, the granulometry of the bed can be comprised between 0.1 and 10 millimeters, the diameter of the housing (2) has a maximum value of 6 meters and is more preferably 4 meters, and the length of the housing is between 1 and 25 meters, being more preferably 14 meters
Constituye otro objeto de la presente invención un proceso de pretratamiento y acondicionamiento de agua mediante filtración a presión con la unidad de filtro aquí descrita, que comprende los medios de inyección (10) y evacuación (12) simultánea de aire comprimido, caracterizado porque comprende al menos las siguientes etapas:It constitutes another object of the present invention a process of pretreatment and conditioning of water by pressure filtration with the filter unit described here, which comprises the means of simultaneous injection (10) and evacuation (12) of compressed air, characterized in that it comprises at least following stages:
- (a) (to)
- inyectar aire comprimido al interior del falso fondo (5) del filtro a la presión de funcionamiento del mismo, mediante los medios de inyección (10), yinject compressed air into the false bottom (5) of the filter at the operating pressure thereof, by the injection means (10), and
- (b) (b)
- evacuar al exterior del filtro el aire inyectado en la etapa (a) mediante los medios de evacuación (12) conectados a la cámara superior (2),evacuate the air injected into the outside of the filter step (a) by means of evacuation means (12) connected to the upper chamber (2),
y caracterizado porque el aire comprimido se inyecta y evacúa simultáneamente durante el funcionamiento del filtro, es decir, durante el ciclo de filtración del agua. Dicho proceso de pretratamiento y acondicionamiento de agua se lleva a cabo preferiblemente dentro de procedimientos de potabilización de agua dulce, desalación de agua marina o salobre, tratamiento de aguas residuales, o tratamientos de reutilización o regeneración de aguas residuales, entre otros.and characterized in that the compressed air is inject and evacuate simultaneously during operation of the filter, that is, during the water filtration cycle. Saying water pretreatment and conditioning process takes to preferably carried out within purification processes of fresh water, desalination of sea or brackish water, treatment of wastewater, or reuse or regeneration treatments of wastewater, among others.
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Preferentemente, la presión de funcionamiento del filtro y, en consecuencia, de inyección del aire comprimido, está comprendida entre 2 y 8 bares, incluyéndose ambos limites, y más preferentemente es de 6 bares.Preferably, the operating pressure of the filter and, consequently, of compressed air injection, It is between 2 and 8 bars, including both limits, and more preferably it is 6 bars.
En una realización preferida, el aire comprimido se inyecta en el falso fondo (5) de forma continua en la etapa (a). En otra realización, el aire se inyecta de manera pulsante, es decir, mediante pulsos de inyección a intervalos de tiempo regulares o irregulares. Cada pulso de inyección de aire comprimido tienen preferentemente una duración comprendida entre 1 y 10 segundos, más preferentemente entre 3 y 6 segundos, y siendo más preferentemente todavía de 3 segundos, mientras que la frecuencia (o intervalo de tiempo entre pulsos) está comprendida preferentemente entre 1 y 60 minutos, siendo más preferentemente de 30 minutos. En una realización preferida en la que se emplea inyección de aire pulsante, los pulsos de aire son más cortos y espaciados en el tiempo al comienzo del periodo de funcionamiento del filtro que al final de dicho periodo, en el que los pulsos tienen mayor duración y están menos espaciados entre sí. Además, la inyección del aire mediante pulsos se lleva a cabo más preferentemente de manera automática mediante el dispositivo de programación de pulsos de aire.In a preferred embodiment, the compressed air it is injected into the false bottom (5) continuously in step (a). In another embodiment, the air is injected in a pulsating manner, it is that is, by injection pulses at regular time intervals or irregular. Each pulse of compressed air injection have preferably a duration between 1 and 10 seconds, more preferably between 3 and 6 seconds, and being more preferably still 3 seconds while the frequency (or interval of time between pulses) is preferably between 1 and 60 minutes, being more preferably 30 minutes. In a preferred embodiment in which air injection is employed pulsating, the air pulses are shorter and spaced apart in the time at the beginning of the filter's operating period than at end of that period, in which the pulses have longer duration and They are less spaced apart. In addition, air injection by pulses it is carried out more preferably in a manner automatic using the pulse programming device air.
La presente invención también se refiere al uso del filtro aquí descrito, que comprende medios de inyección (10) y evacuación (12) de aire comprimido a la presión de funcionamiento del filtro, para el pre-tratamiento y acondicionamiento de agua en procesos de potabilización de agua dulce, desalación de agua marina o salobre, tratamiento de aguas residuales y tratamiento de reutilización o regeneración de aguas residuales. Específicamente, se refiere también al uso del filtro en una instalación de pretratamiento de agua salobre o de mar de una planta desaladora; preferentemente, la planta desaladora es de ósmosis inversa.The present invention also relates to the use of the filter described herein, comprising injection means (10) and evacuation (12) of compressed air at operating pressure of the filter, for pre-treatment and water conditioning in water purification processes fresh, desalination of sea or brackish water, water treatment Waste and water reuse or regeneration treatment residual Specifically, it also refers to the use of the filter in a brackish or seawater pretreatment facility of a desalination plant; preferably, the desalination plant is of Inverse osmosis.
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Asimismo, se contempla en la presente invención una instalación de pre-tratamiento y acondicionamiento de agua, caracterizada porque comprende al menos un filtro de lecho granular a presión como el aquí descrito, es decir, que comprende medios de inyección (10) y evacuación (12) del aire comprimido. Si dicha instalación comprende más de un filtro, preferentemente los filtros o unidades de filtrado están conectados en serie o en paralelo.Likewise, it is contemplated in the present invention a pre-treatment facility and water conditioning, characterized in that it comprises at least a pressure granular bed filter like the one described here is that is, comprising means of injection (10) and evacuation (12) of the compressed air. If this installation comprises more than one filter, preferably the filters or filtering units are connected in series or in parallel.
Otro objeto de la presente invención es una planta desaladora que comprende al menos una instalación de pre-tratamiento y acondicionamiento de agua salobre o marina mediante filtración de lecho granular a presión, caracterizada porque dicha instalación de pretratamiento comprende al menos un filtro como el aquí reivindicado. Preferentemente, la planta desaladora es de ósmosis inversa.Another object of the present invention is a desalination plant comprising at least one installation of brackish water pre-treatment and conditioning or marine by pressure granular bed filtration, characterized in that said pretreatment installation comprises At least one filter like the one claimed here. Preferably, the desalination plant is reverse osmosis.
Entre las ventajas más relevantes tanto del presente filtro, que comprende dispositivos de inyección (10) y evacuación (12) de aire comprimido a la presión de filtrado, como del procedimiento de pre-tratamiento y acondicionamiento de agua que se lleva a cabo mediante dicho filtro, cabe citar:Among the most relevant advantages of both present filter, comprising injection devices (10) and evacuation (12) of compressed air at the filtrate pressure, such as of the pre-treatment procedure and conditioning of water that is carried out by said filter, It is worth mentioning:
- Reducción significativa de los costes de inversión de los sistemas de pre-tratamiento convencionales.- Significant reduction of the costs of investment of pre-treatment systems conventional.
- Reducción del número de unidades necesarias para la misma capacidad de filtración que un sistema convencional, y reducción de todos los elementos auxiliares del filtro inherentes al proceso de filtración como son las fundaciones y bancadas de apoyo de los filtros, tuberías de distribución, soportes, válvulas de alimentación y filtrado, válvulas de entrada y salida de agua de contralavado, válvulas de entrada de aire de soplado y válvula de venteo, electroválvulas asociadas a los actuadores neumáticos, actuadores eléctricos, cableado de fuerza y control, y la parte correspondiente del montaje mecánico y eléctrico del conjunto.- Reduction of the number of units needed for the same filtration capacity as a conventional system, and reduction of all auxiliary filter elements inherent in filtration process such as foundations and support benches of filters, distribution pipes, brackets, valves feeding and filtering, water inlet and outlet valves backwash, blow air inlet valves and valve venting, solenoid valves associated with pneumatic actuators, electric actuators, force and control wiring, and the part corresponding mechanical and electrical assembly assembly.
- Reducción significativa de la frecuencia de lavado y, como consecuencia directa, un menor consumo de agua de contralavado. Además, en los casos en los que el contralavado se realiza con agua bruta de alimentación (la mayoría de las plantas desaladoras utilizan agua bruta para el contralavado), se reducen las necesidades de caudal de diseño de agua bruta del pre-tratamiento lo que implica una reducción del tamaño y capacidad de todos los equipos y elementos que conforman el pre-tratamiento (inmisarios y bombas de captación, obra civil asociada, tuberías de alimentación, válvulas y accesorios, etc.).- Significant reduction in the frequency of washing and, as a direct consequence, lower water consumption of backwash In addition, in cases where the backwash is performed with raw feed water (most plants desalination plants use raw water for backwashing), they are reduced the raw water design flow needs of the pre-treatment which implies a reduction of size and capacity of all the equipment and elements that make up the pre-treatment (immissaries and collection pumps, associated civil works, supply pipes, valves and accessories, etc.).
- Menor consumo energético de las bombas de contralavado al reducir el consumo total de agua de dicho contralavado.- Lower energy consumption of pumps backwash by reducing the total water consumption of said backwash
- Mayor concentración de sólidos en las aguas de lavado de filtros, lo que permite de acuerdo con las exigencias medioambientales de extracción y tratamiento de fangos, reducir el tamaño de la planta de tratamiento ad hoc (menor inversión) y la disminución del consumo de reactivos de coagulación y floculación necesarios para obtener la misma sequedad final de fango tratado.- Higher concentration of solids in the filter wash waters, which allows, in accordance with the environmental requirements of sludge extraction and treatment, to reduce the size of the ad hoc treatment plant (lower investment) and the decrease in reagent consumption of coagulation and flocculation necessary to obtain the same final dryness of treated sludge.
- Factibilidad y sencillez en la aplicación de la presente invención para todos los sistemas actuales de pre- tratamiento que utilicen filtración en lechos granulares a un bajo coste.- Feasibility and simplicity in the application of the present invention for all current pre- systems treatment using granular bed filtration at a low cost.
- Reducción de coste de mantenimiento, al disminuir el número de equipos y elementos asociados.- Maintenance cost reduction, by decrease the number of equipment and associated elements.
- Por último, pero no por ello menos importante, la oxidación natural e inherente al proceso de inyección de aire comprimido de iones contenidos en el agua bruta y potencialmente nocivos para el proceso de ósmosis inversa como son el Fe^{+2} y el Mn^{+2}, reduciendo o eliminando la dosificación de productos oxidantes tradicionalmente usados en el pre-tratamiento como el hipoclorito sódico, el dióxido de cloro, el permanganato potásico o el bisulfito sódico. Las formas oxidadas Fe_{2}O_{3} y MnO_{2}, quedarían retenidas en el lecho filtrante, evitando daños irreversibles en el dispositivo de desalación.- Last but not least, natural oxidation and inherent to the air injection process ion tablet contained in raw and potentially water Harmful to the reverse osmosis process such as Fe + 2 and the Mn + 2, reducing or eliminating the dosage of products oxidizers traditionally used in the pre-treatment such as sodium hypochlorite, the Chlorine dioxide, potassium permanganate or sodium bisulfite. The oxidized forms Fe 2 O 3 and MnO 2 would be retained in the filter bed, avoiding irreversible damage to the desalination device.
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La Figura 1 ilustra una realización del filtro objeto de la presente solicitud, sin ser limitante de la misma.Figure 1 illustrates an embodiment of the filter object of the present application, without being limiting of the same.
Así, se muestra una vista seccionada de un filtro cilíndrico horizontal convencional de pre-tratamiento y acondicionamiento de agua del tipo de lecho granular cerrado a presión que comprende los medios de inyección y evacuación de aire comprimido a la presión de filtración, según la invención. Dicha vista muestra los siguientes elementos:Thus, a sectional view of a conventional horizontal cylindrical filter pre-treatment and water conditioning of the type closed pressure granular bed comprising the means of injection and evacuation of compressed air at the pressure of filtration according to the invention. This view shows the following elements:
- (1) (one)
- Carcasa compartimentada o envolvente externa del filtroExternal compartmentalized housing or enclosure filter
- (2) (2)
- Cámara superiorUpper chamber
- (3) (3)
- Medios (tubuladura) de entrada de agua bruta a filtrarRaw water inlet means (tubing) a filter
- (3.1) (3.1)
- Tubería de agua bruta a filtrarRaw water pipe to filter
- (3.2) (3.2)
- Válvula de entrada de agua brutaRaw Water Inlet Valve
- (4) (4)
- Lecho granular filtranteGranular filter bed
- (5) (5)
- Falso fondo (o cámara inferior)False bottom (or lower chamber)
- (6) (6)
- Medios (tubuladura) de salida de agua filtradaWater outlet means (tubing) filtered
- (6.1) (6.1)
- Tubería de agua filtradaFiltered water pipe
- (6.2) (6.2)
- Válvula de salida de agua filtradaFiltered water outlet valve
- (7) (7)
- Placa de sustentación/soporte del lecho granularSupport plate / bed support granular
- (7.1) (7.1)
- Soportes de sustentación del lecho filtranteBed support filter
- (8) (8)
- Boquilla o crepina de distribuciónDistribution nozzle or crepe
- (9) (9)
- Medios de lavado a contracorriente del filtroMeans for backwashing of filter
- (9.1) (9.1)
- Válvula de entrada de agua de lavadoWater inlet valve
- (9.2) (9.2)
- Válvula de salida de agua de lavadoWash water outlet valve
- (9.3) (9.3)
- Válvula de entrada de aire de sopladoBlown air inlet valve
- (9.4) (9.4)
- Válvula de salida de aire de sopladoBlown air outlet valve
- (10) (10)
- Medios de inyección de aire comprimidoCompressed air injection means
- (11) (eleven)
- Toma (tubuladura) de inyección de aire comprimido, en el caso de filtros sin tubería de reparto de aire de soplado. Esta tubuladura se sitúa entre el plano de la placa de soporte (7) y el plano formado por los extremos de las colas de las boquillas (8)Compressed air injection socket (tubing), in the case of filters without blow air distribution pipe. This tubing is located between the plane of the support plate (7) and the plane formed by the ends of the nozzle tails (8)
- (11') (eleven')
- Toma (tubuladura) de inyección de aire comprimido, en el caso de filtros con tubería (23) de distribución/reparto de aire de soplado para la limpieza del filtro. El aire comprimido se inyecta en la corona circular que existe entre la tubuladura de salida (6) y dicho tubo de reparto (23)Compressed air injection socket (tubing), in the case of filters with distribution / distribution pipe (23) blow air for cleaning the filter. The compressed air is injected into the circular crown that exists between the tubing of outlet (6) and said delivery tube (23)
- (12) (12)
- Medios de evacuación del aire comprimido inyectadoMeans for evacuating compressed air injected
- (13) (13)
- Toma de evacuación del aire comprimidoOutlet of compressed air
- (14) (14)
- TubuladuraTubing
- (15) (fifteen)
- Medio de aeración, por ejemplo una ventosa automática de salida de aire comprimidoAeration medium, for example a suction cup automatic compressed air outlet
- (16) (16)
- Equipo de aire comprimidoCompressed air equipment
- (17) (17)
- Válvula automática de inyección, por ejemplo electroválvula todo-nada de paso de aire comprimidoAutomatic injection valve, for example all-nothing air solenoid valve compressed
- (18) (18)
- Manurreductor con válvula de control de presión del aire comprimidoPressure gauge with pressure control valve compressed air
- (19) (19)
- Rotámetro para medida del caudal de aire comprimido inyectadoRotameter for compressed air flow measurement injected
- (20) (twenty)
- Programador de pulsos de aire comprimidoCompressed air pulse programmer
- (21) (twenty-one)
- tubuladura de conexión entre la válvula del equipo (16) y la toma de inyección (11)connection pipe between the valve of the equipment (16) and the injection socket (11)
- (22) (22)
- Válvula de vaciado del filtroFilter drain valve
- (23) (2. 3)
- Tubería de distribución de aire de soplado para la limpieza del filtro, opcional para filtros de longitud cilíndrica inferior a 12 metrosBlow air distribution pipe for the filter cleaning, optional for cylindrical length filters less than 12 meters
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
La Figura 2 muestra un diagrama de flujo de una instalación piloto de pre-tratamiento y acondicionamiento de agua salobre y marina destinada a su desalación, diseñada para incorporar 2 filtros de lecho granular a presión: un filtro A que trabaja en las mismas condiciones que un filtro real convencional y un filtro B similar al mostrado en la Figura 1 y que representa la presente invención, es decir, similar al filtro A pero que además incorpora medios de inyección y de evacuación de aire comprimido a la presión de filtración durante el funcionamiento del filtro. El diagrama muestra los siguientes elementos:Figure 2 shows a flow chart of a pre-treatment pilot installation and brackish and marine water conditioning for your desalination, designed to incorporate 2 granular bed filters to pressure: a filter A that works in the same conditions as a conventional real filter and a B filter similar to that shown in the Figure 1 and depicting the present invention, that is, similar to filter A but which also incorporates injection and evacuation of compressed air at the filtration pressure during filter operation The diagram shows the following elements:
\global\parskip0.970000\baselineskip\ global \ parskip0.970000 \ baselineskip
- (1) (one)
- Carcasa compartimentada o envolvente externa del filtro, de PCV transparente DN 160 y PN6External compartmentalized housing or enclosure Filter, transparent PCV DN 160 and PN6
- (2) (2)
- Cámara superior del filtroUpper filter chamber
- (3) (3)
- Medios (tubuladura) de entrada de agua bruta a filtrarRaw water inlet means (tubing) a filter
- (4) (4)
- Lecho granular filtrante de arena de sílice de 0,45 mm de talla efectiva, 1,6 de coeficiente de uniformidad y 1 metro de altura de lecho. Éste es el mismo tipo de medio granular y altura de lecho que el correspondiente a un filtro a escala real actualmente en funcionamiento.0.45 silica sand filter granular bed mm effective size, 1.6 uniformity coefficient and 1 meter of bed height This is the same type of granular medium and height of bed than that corresponding to a real-scale filter currently working.
- (5) (5)
- Falso fondo (o cámara inferior)False bottom (or lower chamber)
- (6) (6)
- Medios (tubuladura) de salida de agua filtradaWater outlet means (tubing) filtered
- (6.1) (6.1)
- Tubería de agua filtradaFiltered water pipe
- (7) (7)
- Placa de sustentación/soporte del lecho granularSupport plate / bed support granular
- (8) (8)
- Boquilla o crepina de distribución; la superficie de influencia de la boquilla sigue la relación de un filtro a escala real, es decir, 50 boquillas/m^{2}Distribution nozzle or crepe; the surface of nozzle influence follows the ratio of a scale filter real, that is, 50 nozzles / m2
- (9.1) (9.1)
- Válvula de entrada de agua de lavado del filtroWater inlet valve filter
- (10) (10)
- Medios de inyección de aire comprimidoCompressed air injection means
- (11) (eleven)
- Toma (tubuladura) de inyección de aire comprimidoAir injection socket (tubing) compressed
- (15) (fifteen)
- Medio de aeración del tipo ventosa automática de salida de aire comprimido, de 1''Aeration means of the automatic suction cup type 1 '' compressed air outlet
- (16) (16)
- Equipo de aire comprimidoCompressed air equipment
- (17) (17)
- Válvula automática de inyección del tipo electroválvula todo-nada de 1'', para el control manual de pulsos de aire comprimidoAutomatic type injection valve 1-inch all-nothing solenoid valve, for control manual compressed air pulses
- (18) (18)
- Válvula manorreductora de 1'', para regulación de la presión de entrada de aire comprimido, con un rango de regulación de 0-8 bares1 '' pressure reducing valve, for regulating the compressed air inlet pressure, with a regulation range of 0-8 bars
- (19) (19)
- Rotámetro para medida del caudal de aire de soplado/lavado, con un rango de 0-1,5 Nm^{3}/h, y también de aire comprimido para la columna B de filtraciónRotameter for measuring the air flow of blown / washed, with a range of 0-1.5 Nm3 / h, and also of compressed air for column B of filtration
- (20) (twenty)
- Programador de pulsos de aire comprimidoCompressed air pulse programmer
- (22) (22)
- Válvula de vaciado del filtroFilter drain valve
- (24) (24)
- Rotámetro para la medida de caudal de agua bruta a filtrar, con un rango de medida entre 0-500 1/hRotameter for the measurement of raw water flow a filter, with a measuring range between 0-500 1 hour
- (25) (25)
- Manómetro para medida de presión de agua bruta a filtrar, con un rango de medida de 0-6 baresPressure gauge for measuring raw water pressure a filter, with a measurement range of 0-6 pubs
- (26) (26)
- Válvula para toma de muestras, para medida en laboratorio de sólidos en suspensión, SDI y turbidez del agua filtradaValve for sampling, for measurement in suspended solids laboratory, SDI and water turbidity filtered
- (27) (27)
- Manómetro para medida de la presión de agua filtrada, con un rango de medida de 0-6 baresPressure gauge for water pressure measurement filtered, with a measurement range of 0-6 pubs
- (28) (28)
- Válvula de regulación de la presión de agua filtrada, con un rango de 0-4 baresWater pressure regulating valve filtered, with a range of 0-4 bars
- (29) (29)
- Rotámetro para la medida del agua de lavado del filtro, con un rango de medida de 0-1000 1/hRotameter for measuring the wash water of the filter, with a measuring range of 0-1000 1 hour
- (30) (30)
- Manómetro de presión diferencial para medir pérdida de carga en el lecho, con un rango de medida de 0-2 baresDifferential pressure gauge to measure loss of load in the bed, with a measurement range of 0-2 pubs
- (31) (31)
- Válvula de selección de lavado y soplado para cada una de las columnasSelect wash and blow valve for each one of the columns
- (32) (32)
- Entrada de aire de sopladoBlow air inlet
- (33) (33)
- Entrada de agua de lavado del filtroFilter wash water inlet
\global\parskip1.000000\baselineskip\ global \ parskip1.000000 \ baselineskip
La Figura 3 muestra la evolución del caudal de agua filtrada q (medido en m^{3}/h) y sólidos retenidos m (medido en kg/h) en función del tiempo T de ciclo de servicio del filtro.Figure 3 shows the evolution of the flow rate of filtered water q (measured in m 3 / h) and retained solids m (measured in kg / h) as a function of the service cycle time T filter.
La línea representada por \blacksquare se
denomina Curva real del filtro sin inyección del aire, ó q en
función del tiempo (q(T)), ó m en función del tiempo
(m(T)). La línea representada por \ding{53} se denomina
Curva teórica de inyección de aire comprimido en continuo, ó
q_{ic} en función del tiempo (q_{ic}(T)), ó m_{ic} en
función del tiempo (m_{ic}(T)). La línea más gruesa
- Volumen de agua filtrada (lo mismo aplica también a los sólidos retenidos):- Volume of filtered water (the same applies also to retained solids):
donde
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
A su vez, la Figura 4 muestra la evolución de la
presión diferencial \DeltaP (en bares) en función del tiempo T de
servicio del filtro, donde la línea representada por \blacksquare
muestra la Curva real del filtro sin inyección de aire. La línea
representada por \ding{53} muestra la Curva teórica de inyección
de aire comprimido en continuo. La línea más gruesa
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
A continuación se detalla, a modo de ejemplo y con carácter no limitante de la invención, una realización del filtro en cuestión en una instalación piloto a escala de pre-tratamiento de agua que correspondería con el diagrama de flujo mostrado en la Figura 2, con el fin de mejorar la comprensión de la invención.Below is detailed, by way of example and non-limiting nature of the invention, an embodiment of the filter in question in a pilot installation at scale of water pre-treatment that would correspond to the flow chart shown in Figure 2, in order to improve the understanding of the invention
Actualmente, se ha diseñado y construido una planta piloto de pre-tratamiento y acondicionamiento de agua mediante filtración, especialmente concebida para su instalación en una planta de desalación por ósmosis inversa. La planta piloto dispone de un filtro A, de lecho granular a presión convencional, y un segundo filtro B, similar al primero pero implementado con los medios de inyección y evacuación de aire comprimido a la presión de filtración objeto de la presente invención, lo que permite comparar en tiempo real el funcionamiento de cada filtro en condiciones similares de trabajo. Los dos filtros o columnas de filtración son filtros cilíndricos verticales que tienen una carcasa (1) de PVC transparente de 160 mm de diámetro exterior, PN6, 4 mm de espesor y 2,1 m de longitud, compartimentada en dos cámaras, una superior (2) con dimensiones y otra inferior o de falso fondo (5). En ambos filtros, el falso fondo (5) o cámara inferior está separada de la cámara superior por una placa de sustentación (7) del lecho. Dicha placa está provista boquillas (8) o crepinas típicas que sirven tanto para retener las partículas del lecho como de distribución del aire y agua de contralavado y, en el caso del segundo filtro, también del aire comprimido a inyectar; para el diseño y construcción de la planta de pre-tratamiento se ha buscado la semejanza geométrica del pilotaje en cuanto al ratio de 50 boquillas/m^{2} de superficie filtrante, que es el normalmente utilizado en este tipo de sistemas de filtración. Por su parte, el lecho granular (4) es de arena de sílice de 0,45 mm de talla efectiva, 1,6 de coeficiente de uniformidad y 1 metro de altura de lecho. Éste es el mismo tipo de medio granular y altura de lecho que el correspondiente a un filtro a escala real actualmente en funcionamiento.Currently, it has been designed and built a pilot pre-treatment and conditioning plant of water by filtration, specially designed for installation in a reverse osmosis desalination plant. The pilot plant has a filter A, of granular bed under pressure conventional, and a second filter B, similar to the first but implemented with the means of injection and evacuation of air compressed at the filtration pressure object of the present invention, which allows real-time operation to be compared of each filter under similar working conditions. The two filters or filtration columns are vertical cylindrical filters that they have a transparent PVC casing (1) 160 mm in diameter exterior, PN6, 4 mm thick and 2.1 m long, compartmentalized in two chambers, one upper (2) with dimensions and one lower or of false bottom (5). In both filters, the false bottom (5) or camera lower is separated from the upper chamber by a plate bed support (7). Said plate is provided with nozzles (8) or typical crepes that serve both to retain particles of the bed as distribution of the air and water of backwashing and, in the case of the second filter, also of the compressed air to be injected; for the design and construction of the plant pre-treatment similarity has been sought geometry of the pilot as for the ratio of 50 nozzles / m2 of filter surface, which is normally used in this type of filtration systems. For its part, the granular bed (4) It is 0.45 mm effective silica sand, 1.6 of uniformity coefficient and 1 meter of bed height. This is the same type of granular medium and bed height as the corresponding to a real-scale filter currently in functioning.
Los filtros de la planta piloto están equipados con medios de entrada (3) de agua bruta a filtrar con válvula, provistos de un rotámetro para medida del caudal de agua de entrada (24) y un manómetro de presión (25), así como medios de salida (6), también con válvula de regulación (28) para controlar la contrapresión del flujo de agua filtrada, manómetro para medida de dicha presión (27) y un rotámetro (29) de medida de caudal de agua de lavado.Pilot plant filters are equipped with inlet means (3) of raw water to be filtered with valve, provided with a rotameter to measure the flow of inlet water (24) and a pressure gauge (25), as well as outlet means (6), also with regulating valve (28) to control the back pressure of filtered water flow, pressure gauge for measuring said pressure (27) and a rotameter (29) for measuring water flow washing
Ambos filtros están provistos de medios de lavado con agua/soplado de aire a presión atmosférica (9). Para seleccionar uno de los dos métodos de limpieza que incluye este tipo de filtros, lavado con agua o soplado con aire, la planta que se describe incluye una válvula de selección (31).Both filters are provided with means of water washing / air blowing at atmospheric pressure (9). For select one of the two cleaning methods that includes this type of filters, washed with water or blown with air, the plant that describe includes a selection valve (31).
El filtro implementado con los medios de inyección y evacuación de aire comprimido contiene, como medios de inyección (10): un equipo convencional de aire comprimido (16), adicional al de contralavado, con una electroválvula de alimentación y corte de entrada de aire (17) conectada a un manorreductor de aire comprimido (18), un programador de pulsos de aire (20) y un rotámetro (19) para medida de caudal de aire, tanto para el aire de soplado en la fase de lavado del filtro como para la medida del caudal de aire comprimido inyectado. Dichos medios (10) están conectados a la toma de inyección del filtro (11) mediante una tubuladura (21). Por otra parte, los medios de evacuación (12) están conectados a la cámara superior del filtro en su parte más alta y opuesta a la parte donde están conectadas las válvulas de entrada de agua a filtrar, por una toma de evacuación (13) mediante una tubuladura (14) no mayor de 4'', estando dichos medios constituidos por una ventosa trifuncional como medio de aeración (15).The filter implemented with the means of injection and evacuation of compressed air contains, as means of injection (10): a conventional compressed air equipment (16), additional to backwash, with a feed solenoid valve and air inlet cut (17) connected to an air pressure reducer compressed (18), an air pulse programmer (20) and a rotameter (19) for air flow measurement, both for the air of blown in the filter wash phase as for the measurement of compressed air flow injected. These means (10) are connected to the filter injection socket (11) by means of a tubing (21). On the other hand, the evacuation means (12) are connected to the upper chamber of the filter at its highest part and opposite to the part where the inlet valves of are connected water to be filtered, by an evacuation outlet (13) by means of a tubing (14) not larger than 4 '', said means being constituted by a trifunctional suction cup as aeration means (15).
La planta piloto dispone asimismo de toma-muestras (26) con válvula de corte tanto en los medios de entrada de agua bruta (3) como en los medios de salida de agua filtrada (6), que corresponden en este caso a los medios de salida de agua de lavado. Esto permite la obtención de muestras para la medida del contenido en sólidos y la turbidez de cada una de las corrientes referidas. Todo el conjunto está alojado y fijado a un marco de acero inoxidable.The pilot plant also has Sampling (26) with shut-off valve in both raw water inlet means (3) as in the outlet means of filtered water (6), which in this case correspond to the means of wash water outlet. This allows to obtain samples for the measurement of solids content and turbidity of each of the referred currents. The whole set is housed and fixed to a stainless steel frame.
Una planta piloto de pre-tratamiento como la que aquí se describe, que puede incorporar más de un filtro con medios de inyección y evacuación de aire comprimido, puede ubicarse en cualquier planta desaladora de agua de mar en funcionamiento, como las que OHL Medio Ambiente INIMA tiene actualmente en explotación con un sistema de filtración convencional como etapa de pre-tratamiento. Al incorporar la planta piloto a una planta desaladora convencional, se puede emplear sin problemas el mismo lecho granular que el utilizado en dichas plantas convencionales. Del mismo modo, las dimensiones y parámetros antes expuestos para los elementos que componen el filtro objeto de la presente invención (altura del lecho, número de boquillas, presión de funcionamiento...) pueden adaptarse sin problemas a los correspondientes a los filtros reales de la planta desaladora. La transposición de los elementos de la planta piloto a la escala industrial es sencilla. Todos los elementos necesarios son comerciales y no requieren de especificaciones de fabricación singulares que dificulten su adquisición.A pilot plant of pre-treatment like the one described here, which can incorporate more than one filter with injection means and compressed air evacuation, can be located in any plant seawater desalination plant in operation, such as OHL Medio Ambiente INIMA currently has an operating system with conventional filtration as a stage of pretreatment By incorporating the pilot plant to a conventional desalination plant, can be used without problems the same granular bed as used in said plants conventional. Similarly, the dimensions and parameters before exposed for the elements that make up the filter object of the present invention (bed height, number of nozzles, pressure of operation ...) can be adapted without problems to corresponding to the real filters of the desalination plant. The transposition of the elements of the pilot plant to the scale Industrial is simple. All the necessary elements are commercial and do not require manufacturing specifications singular that hinder its acquisition.
En cuanto a las pruebas y ensayos concretos que permite realizar la planta piloto a escala, se incluye la medida y registro de las siguientes variables:As for the specific tests and trials that allows the pilot plant to be carried out at scale, the measure is included and record of the following variables:
- \bullet?
- Caudales de filtración, agua de lavado y aire de soplado.Filtration flows, water from washing and blowing air.
- \bullet?
- Caudales de aire comprimido en inyección en continuo.Compressed air flow rates in continuous injection.
- \bullet?
- Caudales de aire comprimido en inyección pulsante.Compressed air flow rates in pulsating injection.
- \bullet?
- Frecuencia y duración de pulsos.Frequency and duration of pulses
- \bullet?
- Presión diferencial entre entrada de agua bruta y salida de agua filtrada.Differential pressure between raw water inlet and filtered water outlet.
- \bullet?
- Concentración de sólidos y turbidez en cada fase del ciclo completo servicio-lavado del filtro, en al menos tres intervalos de tiempo en cada fase.Solids concentration and turbidity in each phase of the complete cycle filter wash-service, in at least three time intervals in each phase.
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
Cada una de las magnitudes anteriores tiene siempre referencia a la escala de tiempos del ciclo completo de servicio-lavado del filtro.Each of the previous magnitudes has always reference to the time scale of the complete cycle of filter wash-service.
El análisis de todos estos datos permite establecer experimentalmente las tres curvas clave mostradas en las Figuras 3 y 4, a saber, caudal de agua filtrada y caudal másico retenido en el filtro (Figura 3) y presión diferencial (Figura 4), las tres variables como función del tiempo de servicio del filtro, tanto para la columna de filtración A de referencia (o convencional, es decir el filtro que opera en las mismas condiciones que una planta de pre-tratamiento real) como para la columna de filtración B que incorpora los medios de inyección y evacuación de aire comprimido. Estas curvas se representan para el valor paramétrico de caudal de aire de inyección (aire en continuo y/o pulsante).The analysis of all this data allows experimentally establish the three key curves shown in the Figures 3 and 4, namely filtered water flow and mass flow retained in the filter (Figure 3) and differential pressure (Figure 4), the three variables as a function of filter service time, for both the reference (or conventional) filtration column A that is the filter that operates in the same conditions as a real pre-treatment plant) as for the column of filtration B that incorporates the means of injection and evacuation of compressed air. These curves are represented for the value parametric injection air flow (continuous air and / or pulsating).
Claims (18)
- --
- una carcasa (1) compartimentada cerrada a presión,a enclosure (1) compartmentalized closed under pressure,
- --
- una cámara superior (2) dotada al menos de medios de entrada del agua a filtrar (3), que contiene en su interior el lecho granular (4),a upper chamber (2) provided with at least means of entering the water to filter (3), which contains the granular bed inside (4),
- --
- una cámara inferior (5) a modo de falso fondo del filtro, dotada al menos de medios de salida del agua filtrada (6), ya lower chamber (5) as a false bottom of the filter, equipped with less than filtered water outlet means (6), and
- --
- una placa (7) de sustentación del lecho granular que separa ambas cámaras, estando dicha placa provista de al menos una boquilla de distribución (8) de agua y aire como parte del medio de lavado a contracorriente del filtro (9);a granular bed support plate (7) that separates both cameras, said plate being provided with at least one nozzle of distribution (8) of water and air as part of the washing medium a filter countercurrent (9);
- --
- medios de inyección de aire comprimido (10) a la presión de trabajo del filtro y durante el funcionamiento del mismo, conectados al falso fondo mediante una toma de inyección (11) ubicada en la carcasa; ymedia compressed air injection (10) at the working pressure of the filter and during its operation, connected to the false bottom by an injection socket (11) located in the housing; Y
- --
- medios de evacuación (12) al exterior de dicho aire inyectado, conectados a la cámara superior mediante una toma de evacuación (13) ubicada en la parte más elevada de la carcasa (1), y que comprenden al menos una tubuladura (14) y un medio de aeración (15).media of evacuation (12) outside said injected air, connected to the upper chamber by means of an evacuation socket (13) located in the highest part of the housing (1), and comprising at least a pipe (14) and aeration means (15).
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
- --
- un equipo de aire comprimido (16) que comprende una válvula automática de inyección (17), un manorreductor con válvula de control de presión (18), un rotámetro para medida del caudal de aire comprimido inyectado (19) y un dispositivo de programación de pulsos de aire (20); ya compressed air equipment (16) comprising an automatic valve injection (17), a pressure reducer with control valve pressure (18), a rotameter for compressed air flow measurement injected (19) and an air pulse programming device (twenty); Y
- --
- una tubuladura (21) que conecta la válvula del equipo de aire comprimido con la toma de inyección del falso fondo del filtro.a tubing (21) that connects the compressed air equipment valve with the injection socket of the false bottom of the filter.
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
- a) to)
- inyectar aire comprimido al interior del falso fondo del filtro a la presión de funcionamiento del mismo, mediante los medios de inyección (10), yinject compressed air into the false bottom of the filter at the operating pressure thereof, by means of injection means (10), and
- b) b)
- evacuar al exterior del filtro el aire inyectado en la etapa a) anterior mediante los medios de evacuación (12) conectados a la cámara superior (2),evacuate the air injected into the outside of the filter step a) above by means of evacuation (12) connected to the upper chamber (2),
\newpage\ newpage
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-
2009
- 2009-12-17 ES ES200931184A patent/ES2371192B1/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2371192B1 (en) | 2013-05-07 |
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