ES2587888T3 - Procedimiento y reactor de tratamiento por floculación - Google Patents

Abstract

Procedimiento de tratamiento por floculación y separación de un fluido bruto que haya que tratar cargado de impurezas en suspensión, coloidales o disueltas, según el cual: - se hace circular el fluido bruto que haya que tratar con un reactivo floculante de modo que se obtenga una mezcla floculada en la cual las impurezas formen copos, - se hace circular esta mezcla floculada hacia una zona de separación en la que esta mezcla floculada se separa en un efluente aclarado y en lodos que comprenden estos copos, caracterizado por que: * se delimita en la cuba de floculación, por medio de un tubo guía de flujo completamente sumergido, una zona central en la cual se provoca, por agitación (8), un flujo axial turbulento de la mezcla del fluido bruto que haya que tratar y del floculante en una dirección axial de este tubo guía de flujo, * se reparte (5) angularmente este flujo, por medio de un dispositivo estático que se opone a la rotación de este flujo y dispuesto a la salida de este tubo guía de flujo. * se deja circular esta mezcla hacia una zona periférica (3) que rodea a esta zona central, en un sentido opuesto, hasta la entrada de la zona central, y * se hace pasar una fracción de esta mezcla hacia la zona de separación.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento y reactor de tratamiento por floculacion

I - Ambito tecnico de la invencion

La invencion concierne a un procedimiento y a un reactor para el tratamiento por floculacion de un fluido bruto que haya que tratar, especialmente utilizable en el ambito del tratamiento del agua de procesos industrials, el del agua potable y el de las aguas residuales municipales o industriales.

II - Estado de la tecnica anterior

Diversos tratamientos de fluido, especialmente en el ambito del tratamiento del agua, implican la mezcla de un fluido bruto que haya que tratar con un fluido o flujo secundario, con miras a hacer reaccionar el flujo secundario con componentes del fluido principal; este fluido secundario comprende en la practica un floculante y casi siempre un material granular sobre el cual se formaran los copos resultantes de la accion del floculante con las impurezas del fluido bruto que haya que tratar; se habla en la practica de tratamiento fisicoqmmico de copos lastrados; estas mezclas y reacciones entre los fluidos son realizadas habitualmente en reactores abiertos de mezcla integral equipados con agitadores de arbol vertical y flujo axial.

Un tratamiento de reaccion fisicoqmmica implica en principio la dispersion del o de los fluidos secundarios en el fluido bruto que haya que tratar, su mezcla intensiva, despues una duracion de reaccion (tan pequena como sea posible) con una intensidad de remocion baja (con respecto a la etapa de mezcla intensiva), etapas que conducen generalmente a la utilizacion de varias cubas o reactores en serie.

La existencia de posibles cortocircuitos (« baipases ») entre la entrada y la salida de las cubas, asf como la utilizacion incompleta en la practica del volumen de las mismas, facilmente puesta en evidencia por una modelizacion matematica acoplada a modelos ffsicos, conducen habitualmente al aumento del tamano de estos reactores y/o a la puesta en practica de potencias de agitacion suplementarias. Pero esto induce un aumento del coste de inversion igual que el de funcionamiento. De manera clasica, es ademas habitual buscar disponer la entrada y la salida de una cuba dada a la mayor distancia posible una de la otra, por ejemplo una entrada en posicion baja en una extremidad de la cuba, y la salida en posicion alta en otra extremidad, pero esto se revela molesto cuando hay que montar varias cubas en serie.

Por otra parte, a fin de evitar la puesta en rotacion de la masa lfquida, denominada habitualmente vortice, reconocida como nefasta para las caractensticas de la mezcla, se ha propuesto ya disponer tabiques verticales (baffles) contra las paredes laterales (vease el libro « Mixing in the chemical industry » - Sterbacek et Taust, Pergamon Press, 1965, paginas 278-301). De acuerdo con este documento, la adicion de tabiques verticales permite aumentar la turbulencia (y por tanto la mezcla) a condicion de que la anchura de los pasos en zigzag este comprendida entre 0,056 y 0,12 del diametro del agitador y es preferible que estos tabiques esten en el flujo mas bien que contra las paredes. En efecto, este documento menciona tambien por razones historicas, una cruceta formada por dos paredes verticales montadas sobre el fondo, en la proximidad del agitador, pero se indica que el proceso es entonces diffcil de controlar y que rapidamente se produce un atascamiento con las partfculas solidas del lfquido en circulacion. Se indica tambien que estas paredes inducen un aumento del consumo de energfa.

En el caso de cubas de gran profundidad, es conocido disponer varios moviles en el volumen de la cuba, a lo largo de arboles de agitacion, para aumentar la fraccion del volumen puesto en turbulencia; sin embargo, se ha reconocido que se podfa evitar la adicion de tales moviles superpuestos disponiendo un tubo concentrico (grna de flujo) alrededor del movil, estando este montado a la salida de este tubo (vease el libro antes citado de 1965). Tal grna de flujo actua a la manera de un tubo de aspiracion que contribuye a aumentar la fraccion del volumen que es removida, y tiene la ventaja de permitir una recirculacion interna. Pero este efecto de aspiracion esta asociado generalmente a un movimiento de rotacion de tipo vortice.

En el ambito del tratamiento de las aguas, especialmente en lo que concierne a la etapa de floculacion, se ha propuesto ya, por ejemplo en el documento FR-2 553 082, realizar una camara de reaccion con una zona central provista de una helice de flujo axial ascendente y una zona periferica alrededor de esta zona central. El agua que haya que tratar, eventualmente adicionada con los reactivos necesarios, y a la cual son mezclados lodos obtenidos anteriormente durante el tratamiento, es introducida en la base de la zona central mientras que un coadyuvante tal como un polfmero es introducido en esta zona, Se crea una recirculacion interna, constituyendo la zona periferica una zona de floculacion lenta. Esta zona central esta delimitada por un tubo vertical dispuesto en un recinto paralelepipedico de modo que se puede decir que esta zona central es doble. La mezcla pasa a continuacion a un recinto intermedio antes de pasar a una zona de separacion. Se puede observar que tal arquitectura hace intervenir un gran numero de zonas.

Se conoce, ademas, de acuerdo con el documento WO-98/14258, una instalacion en la cual un recinto central de recirculacion interna comprende un tubo central en el interior del cual estan dispuestas una o varias helices de movimiento axial ascendente, una llegada de material granular y una llegada de floculante. El fluido bruto que haya que tratar es introducido en la base de este tubo, pasa por rebosamiento a la zona anular de la zona central y

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despues, segun el tamano de los copos, asciende en el interior del tubo para ser recirculado o pasa a la zona periferica de aclarado. La helice aporta justo bastantes turbulencias para mantener los solidos en suspension sin cizallarles, lo que puede conducir a una mezcla lenta y por tanto a perjudicar las caractensticas.

El documento FR 2 380 056 se refiere a tecnicas de decantacion y en particular a un decantador mecanico destinado a separar en continuo solidos contenidos en una solucion, especialmente por mezcla con agentes de floculacion. El decantador mecanico esta destinado a tratar lodos minerales, residuos industriales y aguas residuales. El decantador mecanico comprende una cuba destinada a contener una masa de lfquido tranquila; una columna tubular montada verticalmente en el interior de esta cuba; un dispositivo que, montado en la extremidad superior de esta columna, vierte en la misma una corriente de la solucion primitiva; compartimientos que, superpuestos en el interior de la columna, estan destinados a recoger sucesivamente la solucion que se mezcla en la misma con los agentes de floculacion; organos que, montados en el interior de cada uno de estos compartimientos, estan destinados a remover el lfquido que los mismos contienen; tubenas que, montadas en el interior de cada uno de los compartimientos, estan destinadas a dispersar en la solucion que los mismos contienen un reactivo qmmico a fin de hacer flocular mas los solidos que la misma contiene en suspension; un conducto que, comunicando por una parte con el mas bajo de los compartimientos y por otra con la cuba, esta destinado a sacar la solucion tratada por los agentes de floculacion hacia la capa de lodo gruesa que esta en el fondo de la cuba; un mecanismo que, montado en el interior de la cuba y que comprende brazos rascadores, lleva el contenido solido de la capa antes citada hacia un conducto que le evacua por su parte inferior; y un desague que, montado en la cuba, evacua el lfquido aclarado que sobrenada en su parte superior.

III - Problemas tecnicos y soluciones de acuerdo con la invencion

La invencion tiene por objeto una combinacion mejorada de compacidad, de eficacia y de coste moderado, ya sea desde el punto de vista del equipo o desde el punto de vista del funcionamiento.

Asf, un objeto de la invencion es un reactor de floculacion en el cual, gracias a uno (o varios) agitadores y a la delimitacion de zonas de niveles de agitacion diferentes, se mejora la cinetica de reaccion entre un fluido bruto que haya que tratar y un floculante (y eventualmente un material granular que forma balasto de floculacion), aumenta la fraccion util del volumen del reactor al tiempo que se reducen los riesgos de baipas (es decir de no circulacion en las diversas zonas de niveles de agitacion diferentes), con un nivel moderado de la potencia consagrada a los niveles de agitacion.

Otro objeto de la invencion es un procedimiento de tratamiento por floculacion-separacion de un fluido bruto que haya que tratar que combine, en el volumen de una cuba unica, dos zonas de niveles de agitacion diferente, maximizando las turbulencias para un nivel de energfa dado y para un tiempo dado de puesta en contacto.

Otro objeto, subsidiario, de la invencion es facilitar el encadenamiento de varios reactores, del mismo tipo o no, en el momento de la construccion o posteriormente, que tengan un tamano identico o no.

A tal efecto, la invencion propone, en primer lugar, un procedimiento de tratamiento por floculacion de un fluido bruto que haya que tratar cargado de impurezas en suspension, coloidales o disueltas, segun el cual:

- se hace circular el fluido bruto que haya que tratar con un reactivo floculante en el interior de una cuba de floculacion de modo que se obtenga una mezcla floculada en la cual las impurezas formen copos,

- se hace circular esta mezcla floculada hacia una zona de separacion en la que se separa esta mezcla floculada en un efluente aclarado y en lodos que comprenden estos copos,

caracterizado por que:

* se delimita en la cuba de floculacion, por medio de un tubo grna de flujo completamente sumergido, una zona central en la cual se provoca, por agitacion (8), un flujo axial turbulento de la mezcla del fluido bruto que haya que tratar y del floculante en una direccion axial de este tubo grna de flujo,

* se reparte (5) angularmente este flujo, por medio de un dispositivo estatico que se opone a la rotacion de este flujo y dispuesto a la salida de este tubo grna de flujo.

* se deja circular esta mezcla hacia una zona periferica (3) que rodea a esta zona central, en un sentido opuesto, hasta la entrada de la zona central, y

* se hace pasar una fraccion de esta mezcla hacia la zona de separacion.

Puede observarse de esta manera que la invencion preconiza combinar una delimitacion de una zona central, de elevado nivel de agitacion, con respecto a una zona periferica de menor nivel de agitacion, con una distribucion angular del flujo axial que sale de la zona central, gracias a un dispositivo estatico que se opone a la rotacion del fluido a la salida del tubo grna de flujo, de manera que se maximizan las turbulencias y se minimizan las zonas muertas que escapan a la circulacion inducida en el volumen de las zonas central y periferica. Ahora bien, se ha expuesto anteriormente que la utilizacion de un dispositivo estatico para impedir girar a un flujo habfa sido

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abandonada como siendo diffcil de controlar, y solamente habfa sido propuesto en combinacion con un agitador; el especialista en la materia no tema por tanto ninguna razon para pensar que tal elemento estatico podfa contribuir a resolver el problema tecnico. Y nada pod^a hacer pensar que pod^a haber aqm un interes en utilizar un dispositivo estatico de este tipo en combinacion con un gma de flujo, incluso inspirandose en soluciones conocidas que ponen en practica un gma de flujo en una zona de floculacion.

De acuerdo con disposiciones de la invencion, eventualmente combinadas:

- se mantiene el flujo en la zona central con un caudal que vale entre 1 vez y 20 veces el caudal de entrada del fluido bruto que haya que tratar, lo que corresponde a una recirculacion suficiente para reducir los riesgos de cortocircuito (baipas) e inducir turbulencias suficientes para asegurar una buena mezcla sin necesitar un consumo demasiado importante de energfa.

- se divide la zona periferica en al menos una zona periferica aguas arriba que comunica con la entrada del fluido bruto que haya que tratar en la cuba de floculacion, y una zona periferica aguas abajo que comunica con la salida de la mezcla floculada, de modo que se imponga al fluido bruto que haya que tratar que entra en la cuba de floculacion pasar al menos una vez por la zona central antes de pasar hacia la zona de separacion; esto naturalmente contribuye a evitar los cortocircuitos, sin consumo significativo de energfa y sin implicar un gran numero de ciclos de recirculacion,

- se provoca el flujo axial turbulento de la mezcla segun una direccion vertical; esto corresponde a una configuracion clasica en sf, bien controlada,

- se provoca el flujo axial turbulento vertical por agitacion a media altura de la zona central, lo que contribuye a obtener un buen movimiento de aspiracion en la entrada de la zona central y una buena impulsion en la salida de la misma, por tanto con una distribucion angular en esta salida, sin por ello exigir mas de un solo agitador,

- se provoca el flujo axial turbulento de la mezcla en un movimiento descendente, y se reparte angularmente la mezcla sensiblemente en al menos los dos tercios de la altura entre el nivel de salida de la zona central y el nivel del fondo de la cuba de floculacion; merece observarse que este es el inverso del sentido utilizado actualmente, cuando hay una recirculacion interna hacia una zona de floculacion; pero estudios de modelacion recientes han demostrado que, contrariamente a lo que podfa pensar el especialista en la materia, es perfectamente realista prever un movimiento descendente, en combinacion con un dispositivo estatico de reparticion angular, sin por ello inducir obstruccion intempestiva de este ultimo por los copos en curso de formacion o de crecimiento; ahora bien, el hecho de elegir un sentido descendente evita provocar olas en superficie como consecuencia de las turbulencias inducidas, al tiempo que se aprovecha el fondo de la cuba para provocar un rapido cambio de sentido del flujo de la mezcla entre la zona central y la zona periferica.

En este caso de movimiento descendente, de manera preferida:

- se reparte angularmente la mezcla sensiblemente en toda la altura entre el nivel de la zona central y el nivel del fondo de la cuba de floculacion, lo que garantiza una reparticion angular de todo el flujo que sale del tubo gma de flujo,

- se dispone el tubo gma de flujo que delimita la zona central de tal manera que su extremidad inferior que forma salida este situada con respecto al fondo de la cuba de floculacion a una distancia comprendida entre 1/3 y 2/3 de la anchura media de este tubo; esto contribuye a obtener una inversion del sentido de flujo sin gran riesgo de ralentizacion intempestiva de este flujo,

- se dispone el tubo gma de flujo que delimita la zona central de tal manera que su extremidad superior que forma entrada este situada con respecto al nivel de la superficie libre del contenido de la cuba de floculacion a una distancia comprendida entre 1/3 y 2/3 de la anchura media de este tubo, lo que contribuye a asegurar una alimentacion eficaz del tubo gma de flujo sin inducir movimientos de superficie intempestivos,

- se divide esta zona periferica en una parte superior de su altura en al menos una zona periferica aguas arriba que comunica con la entrada del fluido bruto que haya que tratar en la cuba de floculacion, y una zona periferica aguas abajo que comunica con la salida de la mezcla floculada, de modo que se imponga al fluido bruto que haya que tratar que entra en la cuba de floculacion pasar al menos una vez por la zona central antes de pasar hacia la zona de separacion, lo que permite obtener de una manera particularmente simple las ventajas antes citadas a proposito de la utilizacion, de manera general, de tal division,

- se realiza esta division sensiblemente en la mitad superior de esta altura, lo que corresponde a una altura suficiente para minimizar los riesgos de contorneo de la zona central.

De acuerdo con otras caractensticas preferidas del procedimiento de la invencion:

- se hace entrar el fluido bruto que haya que tratar y se hace salir mezcla floculada sensiblemente a nivel de la zona de entrada del tubo gma de flujo; esto contribuye a permitir el montaje en serie de instalaciones para la puesta en

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practica del procedimiento, y participa en un guiado eficaz del fluido que haya que tratar hacia la zona central asf como de la mezcla que haya circulado hacia la zona periferica,

- el floculante es un polfmero natural, mineral o de smtesis,

- el reactivo floculante con el cual se mezcla el fluido bruto que haya que tratar en la cuba de floculacion ha sido introducido en el fluido que haya que tratar aguas arriba de esta cuba,

- en variante, el reactivo floculante con el cual se mezcla el fluido bruto que haya que tratar es introducido en la cuba de floculacion, por ejemplo entre la entrada de la cuba de floculacion y la entrada de tubo grna de flujo; pero se recomienda que el reactivo floculante sea introducido en la zona central, preferentemente en el lfmite de esta zona central, lo que asegura una mezcla muy rapida con el fluido que haya que tratar; este efecto resulta reforzado cuando se inyecta al menos una fraccion del reactivo floculante de modo anular en la periferia de la entrada de la zona central, coaxialmente con el tubo grna de flujo,

- se mezcla ademas con el fluido bruto que haya que tratar, en la cuba de floculacion, un material pulverulento, que preferentemente es un balasto constituido de un material granular insoluble mas pesado que el fluido bruto que haya que tratar, de manera que sirva de lastre para los copos en formacion o en curso de crecimiento, se trata ventajosamente de una arena fina de granulometna comprendida entre 20 micras y 300 micras, cuyo precio de coste es particularmente moderado,

- se tratan los lodos obtenidos a la salida de la zona de separacion, se recupera en los mismos balasto que se le recicla hacia la cuba de floculacion, lo que permite no perder el material pulverulento en los lodos desechados a la salida de la zona de separacion, al tiempo que se reduce el volumen de estos residuos,

- el fluido bruto que haya que tratar, previamente a su introduccion en la cuba de floculacion, ha sido mezclado con un coagulante, lo que contribuye tanto mas a la eficacia de la separacion final cuanto que el fluido bruto que haya que tratar sea agua que haya que tratar; en este caso, de manera preferida, el agua que haya que tratar, previamente a su introduccion en la cuba de floculacion, ha sido mezclada con un coagulante que comprenda una sal mineral, tal como una sal de hierro o de aluminio,

- la separacion es realizada por decantacion o, de acuerdo con una variante, por flotacion, ventajosamente con la ayuda de organos de ayuda a la separacion tales como placas, laminas, o tubos inclinados o verticales; de manera completamente ventajosa, la mezcla floculada es introducida de manera tangencial en la zona de separacion de modo que se anade un efecto de vortice que se anade al efecto de decantacion; la separacion resulta mejorada, para un tiempo de tratamiento dado, o resulta acelerada, para un nivel de separacion dado,

De acuerdo con otro aspecto de la invencion, la misma propone, para la puesta en practica del procedimiento de acuerdo con un modo preferido de puesta en practica, un reactor destinado al tratamiento por floculacion de un fluido bruto que haya que tratar cargado de impurezas en suspension, coloidales o disueltas, que comprende una cuba provista de al menos una entrada de fluido y de al menos una salida de fluido, y al menos una zona de floculacion en el seno de un bano en el que el fluido que haya que tratar es mezclado con un floculante para formar copos, que comprende:

- un tubo grna de flujo, abierto en sus dos extremidades y dispuesto verticalmente de modo que quede completamente sumergido en el bano de la cuba al tiempo que se mantenga a distancia del fondo de esta cuba, delimitando una zona central con respecto a una zona periferica, comunicando estas zonas central y periferica una con la otra en las extremidades de este tubo, comunicando la zona periferica con la entrada y la salida de fluido,

- un agitador de arbol vertical dispuesto en el interior de este tubo de modo que genere en el mismo un movimiento axial turbulento segun una direccion vertical,

- una cruceta formada por varias paredes verticales que se extienden horizontalmente a partir de una arista comun situada sensiblemente en la prolongacion del eje del agitador, aguas abajo del mismo, de modo que se reparta angularmente el flujo que sale del tubo hacia la zona periferica.

Tal reactor presenta las ventajas presentadas anteriormente en el caso de una puesta en practica del procedimiento con un movimiento turbulento vertical descendente.

De acuerdo con disposiciones preferidas de la invencion, a veces analogas a las mencionadas anteriormente a proposito del procedimiento de la invencion:

* el tubo grna de flujo tiene una seccion constante, lo que contribuye a asegurar un flujo rapido de la mezcla,

* el tubo grna de flujo tiene una forma cilmdrica (en el sentido restrictivo del termino, a saber que su seccion es un cfrculo), lo que corresponde a una estructura particularmente simple; en variante, la seccion es poligonal regular, etc...

* el agitador esta dispuesto sensiblemente a media altura en el interior del tubo,

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* el tubo grna de flujo tiene un diametro comprendido entre el 102% y el 120% del diametro del agitador, lo que asegura una buena agitacion en toda la seccion del tubo grna de flujo,

* el diametro hidraulico de la zona central esta comprendido entre el 40% y el 60% de la anchura media de la zona de floculacion formada por la zona central y la zona periferica,

* el agitador esta dispuesto y es mandado en movimiento de modo que se genere un movimiento vertical descendente en el interior del tubo, estando dispuesta la cruceta entre la parte inferior del grna de flujo y el fondo de la cuba,

* el tubo tiene una extremidad inferior situada con respecto al fondo de la cuba a una distancia comprendida entre 1/3 y 2/3 de su diametro,

* el tubo tiene una extremidad superior situada con respecto al nivel de la superficie del bano contenido en la cuba a una distancia comprendida entre 1/3 y 2/3 de su diametro,

* la distancia entre la extremidad inferior del tubo y el fondo de la cuba, y la distancia entre la extremidad superior del tubo y el nivel del bano valen al menos aproximadamente el 50% del diametro del tubo,

* la cruceta tiene una altura sensiblemente igual al menos a 2/3 de la distancia entre la extremidad inferior del tubo y el fondo de la cuba,

* la cruceta tiene una altura sensiblemente igual a la distancia entre la extremidad inferior del tubo y el fondo del tubo,

* las paredes verticales de la cruceta se extienden horizontalmente en una distancia comprendida sensiblemente entre 3/4 y 5/4 del radio del tubo, lo que asegura que la totalidad, o casi, de la mezcla floculada sea repartida angularmente; de manera preferida, las paredes verticales de la cruceta se extienden horizontalmente en una distancia sensiblemente igual al radio del tubo grna de flujo,

* la cruceta comprende cuatro paredes desplazadas 90° alrededor del eje del tubo grna de flujo, lo que corresponde a una estructura particularmente simple (dos placas que se cruzan en angulo recto),

* dos de las paredes estan dispuestas transversalmente a la direccion segun la cual el fluido bruto que haya que tratar llega a la cuba de floculacion, lo que contribuye a una buena reparticion del flujo,

* paredes verticales dividen la zona periferica, entre zonas de entrada y de salida, al menos en una parte de la altura total que separa el fondo de la cuba y la superficie del bano, lo que contribuye a garantizar que el fluido bruto que haya que tratar pase al menos una vez por el tubo grna de flujo,

* estas paredes verticales se extienden en una distancia que vale entre el 40% y el 60% de esta altura total, lo que es un buen compromiso con respecto a la altura, para asegurar una buena eficacia, sin por ello consumir demasiada superficie de tabique,

* el reactor comprende al menos dos tabiques verticales que se extienden sensiblemente en la mitad superior de la cuba, entre el tubo grna de flujo y la entrada de fluido y la salida de fluido, respectivamente, de modo que se imponga al fluido que haya que tratar pasar al menos una vez por la zona central entre la entrada de fluido y la salida de fluido; es en efecto en la parte superior, a nivel de la entrada del tubo grna de flujo, en la que estas paredes son las mas eficaces,

* estas paredes verticales se extienden en un altura comprendida entre el nivel de la entrada de fluido principal y el nivel del agitador,

* las paredes verticales se extienden desde la periferia de la zona periferica hasta el tubo, lo que asegura un buen posicionamiento de la zona periferica,

* las zonas de entrada y de salida estan dispuestas en la proximidad del nivel de la superficie y estan provistas cada una de una placa dispuesta transversalmente enfrente de la entrada y de la salida, respectivamente, de modo que forman un sifon, lo que contribuye a asegurar una llegada regular de fluido que haya que tratar, y a evitar movimientos intempestivos en la superficie del bano,

* el mismo comprende ademas una tubena de inyeccion de reactivo floculante conectada a una fuente de reactivo floculante,

* esta tubena de inyeccion de reactivo floculante esta situada entre la entrada de fluido bruto que haya que tratar y la entrada del tubo grna de flujo; de manera preferida, este reactor comprende una tubena anular de inyeccion de reactivo floculante dispuesta coaxialmente con la entrada del tubo grna de flujo,

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• el mismo comprende ademas una tubena de inyeccion de material pulverulento, conectada a una fuente de material pulverulento,

• esta fuente de material pulverulento es una fuente de arena fina,

• la cuba comprende una sola zona que comprende un tubo, pero la invencion cubre tambien casos en que una misma cuba comprenda varias zonas de floculacion yuxtapuestas.

La invencion cubre igualmente una instalacion para el tratamiento de un fluido, que comprenda un reactor del tipo antes citado y una zona de separacion conectada a la salida de la cuba de este reactor.

De manera preferida:

• este reactor comprende una tubena de inyeccion de material pulverulento, conectada a una fuente de material pulverulento, y la zona de separacion comprende una salida adaptada para recoger lodos que comprendan copos y conectada a un dispositivo de recuperacion de material pulverulento, estando la citada fuente de material pulverulento conectada a este dispositivo de recuperacion,

• la zona de separacion es un decantador dispuesto aguas abajo de la cuba,

• la zona de separacion es un decantador dispuesto alrededor de la cuba.

Asf, de acuerdo con una combinacion muy particularmente interesante de acuerdo con la invencion, el tubo grna de flujo esta dispuesto por encima de una cruceta, teniendo ventajosamente los dos dispositivos el mismo diametro, al menos de modo aproximado. El sentido de bombeo preconizado es descendente a fin de permitir la introduccion de uno o varios flujos o fluidos secundarios en superficie, asegurando asf un control permanente de su inyeccion. Los elevados gradientes de velocidad formados en la parte inferior de la cuba (produccion de energfa cinetica turbulenta) gracias a la cruceta presentan la ventaja de evitar la formacion de zonas de deposito, a pesar de que el especialista en la materia estimaba que se debenan excluir tales paredes horizontales de fondo para evitar tales zonas de deposito.

El efecto combinado de estos dispositivos conduce a convertir una parte importante de la componente radial de la helice del agitador en componente axial, aumentando asf significativamente el caudal de bombeo para la misma potencia absorbida,

Diversas observaciones merecen ser formuladas a proposito de ejemplos preferidos de realizacion de la invencion:

• La presencia de dos zonas perfectamente delimitadas y que tienen intensidades de mezcla radicalmente diferentes, permite realizar en la misma cuba las funciones que necesitan habitualmente dos cubas de intensidad de mezcla diferente,

• La utilizacion de una sola cuba, que comprende estas dos zonas de intensidades de mezcla diferentes, permite realizar las dos funciones con un solo agitador en lugar de dos,

• A volumen util identico, el volumen total de la cuba unica puede ser significativamente menor que el de las 2 cubas unidas, por la reduccion de las zonas muertas debido a un mejor control de la intensidad de mezcla y de su buena homogeneidad,

• A igual eficacia de tratamiento, para un mismo consumo de reactivo y un mismo caudal de bombeo, el consumo energetico puede ser disminuido por la conversion de una parte importante del flujo radial en flujo axial,

• En las cubas de gran profundidad que utilizan normalmente varios moviles superpuestos, la presencia del grna de flujo asociado a su cruceta permite obtener el mismo efecto hidraulico con un solo movil y una menor potencia electrica, tanto por la supresion del consumo propio de los moviles suplementarios como por la ganancia en eficacia obtenida gracias a la nueva concepcion,

• Los tabiques verticales pueden ser simplemente en numero de dos, cubrir completamente el espacio comprendido entre el grna de flujo y la cuba, y estar dispuestos unicamente en la mitad superior de la altura lfquida; en este caso los mismos son por tanto mas anchos y mas cortos que los indicados en la literatura. En el plano horizontal, las mismos son paralelos a las paredes de entrada y por tanto de salida,

• Las crucetas tienen preferentemente un diametro igual al del grna de flujo y una altura comprendida entre el grna de flujo y el fondo de la cuba,

• Puede obtenerse una ganancia optima de caractensticas por el presente reactor, fundado en el ensamblaje ventajoso de los grna de flujo, tabiques de superficie y crucetas, zonas de alimentacion y de salida, del posicionamiento del agitador y del modo de inyeccion de los fluidos secundarios.

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IV - Descripcion de la invencion

Objetos, caractensticas y ventajas de la invencion se deduciran de la descripcion que sigue, dada a tttulo ilustrativo no limitativo, en relacion con los dibujos anejos, en los cuales:

- la figura 1 es un esquema de principio, en perspectiva, de un reactor de acuerdo con un modo preferido de realizacion de la invencion,

- la figura 2 es un esquema de este reactor en vista desde arriba,

- la figura 3 es un esquema de principio de una instalacion de tratamiento de agua, que utiliza un reactor de acuerdo con las figuras 1 y 2,

- la figura 4 es un esquema de principio en vista desde arriba de otro reactor, segun una variante del reactor de las figuras 1 y 2,

- la figura 5 es un esquema de principio, en vista desde arriba, de todavfa otro reactor, segun todavfa otra variante del reactor de las figuras 1 y 2,

- la figura 6 es una vista esquematica de un ejemplo de realizacion de una instalacion segun la figura 3, y

- la figura 7 es una vista esquematica de otro ejemplo de realizacion de una instalacion segun la figura 3.

Forma del reactor

El reactor representado en las figuras 1 y 2 con la referencia 10 es de forma rectangular a fin de facilitar la disposicion en serie de varios reactores del mismo tipo. En variante no representada, este reactor puede ser cuadrado, lo que puede ser favorable habida cuenta de la simetna que tiene la zona central (vease lo anterior).

Conviene observar que la mayona de las disposiciones descritas en lo que sigue son aplicables igualmente a reactores circulares (vease la figura 5), cubiertos igualmente por la invencion, siendo los resultados obtenidos practicamente identicos.

De manera general, el reactor 10 comprende, en el ejemplo preferido aqrn considerado:

• Una zona de entrada de fluido 1 por la cual llega, generalmente segun un flujo turbulento, un fluido bruto que haya que tratar en el cual puede haber sido inyectado un primer reactivo, tal como un reactivo coagulante apropiado de cualquier tipo conocido,

• Una zona central 2, en el interior de un tubo 2A que sirve de gma de flujo, de fuerte energfa disipada, generada por un agitador 8, y en la que tiene lugar la dispersion asf como la mezcla integral del fluido bruto que haya que tratar con al menos un reactivo floculante; en la prolongacion de este tubo esta dispuesta una cruceta 5,

• Una zona periferica 3 (al exterior del gma de flujo) de baja energfa en la que se finaliza la floculacion deseada,

• Una zona de salida de fluido 4 que permite ventajosamente la disipacion de la energfa de remocion y la equirreparticion del fluido mezclado floculado, que sale aqrn en toda la anchura de la cuba, a fin de favorecer la separacion solido-lfquido en un eventual reactor aguas abajo de separacion,

• Un conjunto de tabiques verticales 6A y 6B que forman deflectores que minimizan los baipases entre la entrada y la salida y que mejoran la eficacia de la mezcla.

A fin de facilitar el encadenamiento (inicial o posterior) de varias etapas de tratamiento basadas en este mismo principio, la entrada y la salida de cada reactor estan dispuestas sensiblemente en un mismo nivel, preferentemente en la parte superior, sensiblemente a nivel de la entrada del tubo, aqrn en superficie; esta disposicion por otra parte permite minimizar el baipas dinamico y permite la evacuacion de los eventuales flotantes hacia aguas abajo, por ejemplo por subida del nivel del bano por encima de los desagues que comprende la salida de fluido o por modificacion de la posicion de estos desagues.

Zona de admision 1

El fluido bruto que haya que tratar, denominado tambien efluente, es introducido en cada reactor, ya sea en la superficie (como esta representado en la figura 1), repartido en toda la anchura (por un desague 1A sumergido o no, formado en la practica por el borde superior de la ranura que define la entrada en la pared del reactor) o (en variante no representada) en subdesbordamiento, o bien puntualmente (en la superficie libre o en carga).

De manera general, la introduccion puntual puede ser elegida en el caso de un reactor unico o en el caso del primer reactor de una serie, siendo realizada la comunicacion entre 2 reactores sucesivos preferentemente por derramamiento.

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Un tabique en forma de sifon 1B (o placa reguladora de chorro, que provoca un efecto de sifon) puede delimitar la zona de entrada o de admision con respecto al resto del reactor. Este tabique en forma de sifon permite disipar la energfa cinetica turbulenta aguas arriba, esencialmente en caso de entrada puntual, asf como cambiar la direccion de flujo (vertical en lugar de horizontal).

Un primer reactivo, por ejemplo un coaguante (por ejemplo una sal mineral, tal como una sal de hierro o de aluminio) puede ser introducido en esta zona de fuerte turbulencia a fin de facilitar su dispersion. Las modalidades de introduccion de este reactivo (o de otros eventuales reactivos) dependen del modo de introduccion del fluido bruto que haya que tratar: inyeccion puntual o en varios puntos en toda la anchura de la zona de admision.

Zona central 2

Se trata de la zona de turbulencia maxima situada en el interior del grna de flujo en el que se realiza la mezcla mtima de los diferentes componentes.

La utilizacion del grna de flujo permite utilizar solamente un unico agitador 8 por arbol, independientemente de la profundidad lfquida.

El tubo tiene un eje z-z de simetna, y preferentemente tiene una seccion constante, ventajosamente cilmdrica, aqrn de forma circular (es decir cilmdrica en el sentido habitual del termino), pero puede tener otras formas, por ejemplo poligonales.

Este tubo completamente sumergido en el bano es preferentemente vertical (z-z es por tanto vertical), aunque son posibles direcciones inclinadas (o incluso horizontales), si la configuracion general del conjunto del reactor, incluidas sus entrada/salida, lo hace deseable.

Como esta representado en la figura 4, pueden ser instalados en el interior de la misma cuba varios agitadores equipados con grna de flujo, en funcion de las necesidades y si las dimensiones longitudinal y transversal de la misma lo permiten. La eleccion del numero de agitadores que haya que disponer en cada una de las direcciones (longitudinal y transversal) depende de la relacion entre el diametro de los moviles de estos agitadores y los lados correspondientes, siendo a su vez el diametro maximo funcion de la altura del lfquido.

De manera particularmente ventajosa, este agitador es mandado de modo que provoque un flujo vertical descendente.

El caudal bombeado por el conjunto de los agitadores, que ventajosamente representa de 1 vez a 20 veces el caudal transverso (entre la entrada y la salida), es aspirado en la parte superior del tubo 2A (o vaina tubular) e impulsado hacia el fondo del reactor, por tanto segun un sentido descendente. Esta disposicion permite inyectar el/los reactivos en superficie, puntualmente o a traves de un tubo perforado anular, coaxial con el tubo, dispuesto en la entrada superior del mismo, esquematizado con la referencia 14. Por este tubo perforado es por el que es inyectado un reactivo floculante, pero en variante esta inyeccion puede ser realizada, en la entrada, entre la entrada y la zona central, o tambien en la entrada del tubo.

El agitador 8 esta dispuesto ventajosamente a media altura en el interior del tubo, y este ultimo tiene preferentemente un diametro comprendido entre el 102% y el 120% del diametro del agitador.

Ventajosamente, el diametro es como mucho igual al 60% y al menos igual al 40% de la mayor dimension horizontal de la zona periferica, preferentemente del orden del 50%. El diametro hidraulico de esta zona central esta comprendido entre el 40% y el 60% del lado medio de la cuba.

Su extremidad inferior esta situada ventajosamente con respecto al fondo a una distancia comprendida entre 1/3 y 2/3 del diametro del tubo, y lo mismo ocurre con la distancia entre la superficie y el nivel de la extremidad superior del tubo. Estas distancias son ventajosamente del orden del 50% del diametro del tubo.

La cruceta 5 dispuesta debajo del grna de flujo esta formada por varias paredes verticales 5A que se extienden a partir de una arista comun 7 situada sensiblemente en la prolongacion del eje Z-Z del agitador. Este es un dispositivo estatico que se opone al mantenimiento de la rotacion del flujo que sale del tubo grna de flujo; el mismo permite canalizar el flujo, dividirle angularmente en varias partes iguales e impedira la formacion de una corriente circular en el fondo del aparato. La supresion del efecto radial que es la causa de esto conduce paralelamente al aumento del efecto axial por tanto del caudal de bombeo sin aumento de la potencia consumida. Esto evita tambien que haya acumulacion de partmulas en las esquinas formadas por la cruceta.

La cruceta tiene ventajosamente un diametro comprendido entre el 75% y el 125% del diametro del tubo. Sus paredes se extienden en una fraccion sustancial (al menos los 2/3) de la altura entre el fondo de la cuba y la salida del tubo, preferentemente sensiblemente en la totalidad de esta altura.

La cruceta esta formada aqrn por cuatro paredes que se unen en angulo recto (por tanto a 90°) de las cuales dos estan preferentemente dispuestas transversalmente al sentido del flujo entre entrada y salida de la cuba. En

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variante, no representada, esta cruceta puede comprender un numero diferente de tabiques, tres solamente o por el contrario, cinco tabiques, o mas,

Zona periferica 3

Situada al exterior del tubo gma de flujo, la misma esta caracterizada por el movimiento ascensional del Kquido bombeado (bien mezclado pero solamente en curso de floculacion), de bajas velocidad y turbulencia, asf como de una fuerte homogeneidad, lo que permite llevar a cabo el proceso deseado durante una duracion minimizada.

La disposicion de los tabiques 6A y 6B (deflectores, o « baffles » en ingles) en superficie, transversalmente al flujo transverso, conduce a la supresion del movimiento rotacional formado en superficie asf como al encaminamiento preferente de la totalidad del fluido entrante hacia el tubo gma de flujo, garantizando que el fluido bruto que haya que tratar pase al menos una vez por el interior de este tubo a fin de ser mezclado con flujo recirculado y los reactivos inyectados.

Estos tabiques verticales se extienden en una parte solamente de la altura de la zona central, por tanto de la altura del bano, preferentemente en el 40% al 60% de la misma, ventajosamente en una mitad superior del bano (sobre todo cuando, como en el caso representado, las entrada y salida estan en la parte superior). Los mismos se extienden ventajosamente entre la superficie y el nivel al cual esta dispuesto el agitador en el interior del tubo.

En variante no representada, estas paredes pueden ser mas numerosas, por ejemplo en numero de tres (o cuatro (incluso mas)) paredes dispuestas, repartidas angularmente de modo regular o no entre la entrada y la salida.

Zona de salida 4

Esta zona esta situada en el lado opuesto de la zona de entrada, preferentemente a la misma altura y la misma comprende ventajosamente un tabique en forma de sifon 4B y un desague 4A sumergido que cubre en general toda la anchura del reactor.

Estos dos dispositivos, dispuestos a una distancia optima y a una profundidad de inmersion apropiada, permiten, por la adopcion de una velocidad ascensional apropiada, minimizar el baipas y disipar las turbulencias desfavorables para el tratamiento aguas abajo del reactor (por ejemplo cuando se desee una separacion de fase).

Un posicionamiento apropiado del espacio comprendido entre el tabique en forma de sifon y la pared aguas abajo (no representado) permite asegurar un caudal distribuido igualmente sobre toda la longitud del desague.

Configuraciones especificas

El reactor de las figuras 1 y 2 va seguido ventajosamente de una zona de separacion. Son posibles diversas configuraciones de utilizacion.

La figura 3 representa el reactor 10 seguido de tal zona de separacion esquematizada con la referencia 100.

Hay que comprender bien que, de acuerdo con las necesidades, es posible montar en serie varios reactores tales como el de las figuras 1 y 2.

En esta figura 3, la entrada se hace por la izquierda, despues de una eventual lmea 11 de inyeccion de reactivo coagulante, en una zona representada en gris, que esquematiza la porcion de la zona periferica en la que tiene lugar la circulacion ascendente que esta confinada angularmente por los tabiques 6A y 6b y en la que tiene lugar la mezcla con el fluido bruto que llegue para ser tratado. En la zona clara central esta esquematizada, con la referencia 14 la inyeccion de reactivo floculante (a partir de una fuente de floculante 14A), y con la referencia 15 la inyeccion de un eventual material pulverulento (a partir de una fuente 15A de material granular). Despues de la floculacion, fluido que sale de la porcion derecha de la zona periferica que esta representada en gris sale y entra en la zona de separacion. En esta zona de separacion, el fluido floculado es separado en un efluente aclarado y en lodos que contienen copos formados en el reactor 10.

El lfquido bruto es preferentemente agua, y esta agua es en principio precoagulada por inyeccion, por la lmea 11 o en una cuba aguas arriba, de un reactivo coagulante tal como una sal de hierro o de aluminio. La alimentacion en la cuba se efectua por rebosamiento o subdesbordamiento.

De manera ventajosa, el material pulverulento es inyectado para favorecer la formacion de copos a partir de las impurezas, en suspension, coloidales o disueltas contenidas en el fluido bruto que haya que tratar. Este material es preferentemente balasto constituido de un material granular insoluble (o muy poco soluble) en el agua y mas pesado que el fluido bruto que haya que tratar. De manera preferida, este material es arena, de granulometna comprendida ventajosamente entre 20 micras y 300 micras.

La figura 4 representa otro reactor 10' que comprende, en una misma cuba, no uno, sino tres tubos gmas de flujo combinados con un dispositivo estatico tal como la cruceta de las figuras 1 y 2. Designando por « zona de floculacion » la zona formada conjuntamente por cada zona central definida por un tubo y la zona periferica que le

rodea, se puede decir por tanto que el reactor de la figura 4 comprende varias zonas de floculacion, dispuestas en paralelo entre la entrada (en la parte superior, en el dibujo) y la salida (en la parte inferior, en este mismo dibujo).

La figura 5 representa otro reactor 10”, similar al de las figuras 1 y 2, salvo que la pared de la cuba es cilmdrica, y que el fluido floculado sale de esta cuba por rebosamiento en una fraccion importante de su periferia. Los tabiques 5 laterales de deflexion son aqrn en numero de 4, indicados por 6”A a 6”D, que delimitan en la parte superior de la zona periferica cuatro cuartos de los cuales uno (el situado en la parte superior en el dibujo) esta reservado para la entrada del fluido bruto que haya que tratar, y los otros tres permiten una salida de fluido floculado.

De manera general, lo copos formados debido a la mezcla intensiva crecen en la zona periferica, menos agitada, con reciclaje parcial hacia el grna de flujo antes del envfo hacia la zona de decantacion.

10 En el ejemplo de realizacion de la figura 6, la zona de decantacion es una cuba de separacion 100' independiente del reactor de floculacion 10; por otra parte, esta cuba comprende organos de ayuda a la decantacion esquematizados con la referencia 110, y constituidos aqrn por laminas inclinadas (en variante, estos organos estan omitidos); finalmente, los lodos, separados del efluente aclarado que en la practica salen por rebosamiento de la cuba de separacion, son aqrn bombeados por una bomba 112 conectada por una lmea a un elemento 113, en la 15 practica un hidrociclon o cualquier otro sistema capaz de asegurar la separacion, capaz de recuperar una parte significativa del material granular contenido en estos lodos, en cuyo caso este elemento 113 forma parte de la fuente de material pulverulento (naturalmente, el material inyectado en el reactor de floculacion esta en parte constituido por este material recuperado, en parte constituido por material nuevo).

Este material pulverulento que forma balasto es completamente inerte (tal como arena, granate, etc...), o un material 20 activo (tal como carbon activo en polvo, o resina), lo que explica que a veces se le mencione entre los « reactivos » de tratamiento de las aguas incluso cuando se trate de arena. Como se indico anteriormente, el mismo puede ser inyectado, ya sea en la entrada con el fluido precoagulado, o en la zona aguas arriba del movil de agitacion, preferentemente en la parte superior de un grna de flujo coaxial con este movil. La inyeccion de un balasto permite realizar en una sola cuba con dos zonas eficaces, por ejemplo, el tratamiento de floculacion con balasto preconizado 25 por ejemplo por las patentes francesas FR 2627704 y FR 2719234 correspondientes a un procedimiento denominado a veces « Actiflo » (con, o sin laminas), disminuyendo asf el coste global de realizacion, al tiempo que se minimizan las necesidades en energfa de agitacion. La cruceta preconizada en la presente invencion permite igualmente, de acuerdo con los ensayos realizados por la depositante y contrariamente a lo que habna podido prever el especialista en la materia, minimizar, gracias a una mejor eficacia de la agitacion, los depositos de arena 30 de balasto en el fondo de la cuba de agitacion.

La figura 7 representa otra instalacion de tratamiento de fluido bruto que haya que tratar, tipicamente de tratamiento de agua. Esta instalacion se distingue esencialmente de la figura 6 por el hecho de que la zona de separacion es aqrn una cuba 100” que no esta aguas abajo, sino alrededor de la cuba de floculacion 10; la configuracion del reactor 10 es la misma que en la figura 6, y la inyeccion de material pulverulento utiliza, como en la figura 6, material 35 recuperado en los lodos bombeados hacia el fondo de esta cuba 100”. En este ejemplo, no hay organo de ayuda a la decantacion, tales como laminas pero puede disponerse del mismo.

En variante no representada, la zona de separacion pone en practica, no una decantacion (en la que el efluente aclarado es mas ligero que los lodos desechados) sino un principio de flotacion, en el que los residuos flotan en la superficie del efluente aclarado; puede haber aqrn tambien organos de ayuda a la separacion.

40 La entrada de fluido floculado en la zona de separacion puede ser tambien ventajosamente tangencial con el fin de beneficiarse de un efecto de vortice que se anade al efecto de decantacion.

Estudio comparativo de la nueva configuracion con respecto a la configuracion clasica por modelacion

Se ha realizado una evaluacion de las ventajas de la invencion gracias al estudio de campos de velocidad, del gradiente turbulento y de las distribuciones de tiempo de estancia, con la ayuda del software de simulacion de 45 mecanica de los fluidos Fluent (v.5, Fluent Inc.)

Se han estudiado dos configuraciones en base a las mismas condiciones operatorias, que se diferencian como se indica a continuacion:

1- Exposicion de la ventaja de una entrada/salida en superficie, de la utilizacion de un arbol de rotacion mas corto y de una cruceta

50 La tabla 1 muestra las ventajas obtenidas al pasar de una configuracion A clasica, con entrada y salida del efluente por subdesbordamiento y/o rebosamiento, a una configuracion B de acuerdo con ciertos aspectos de la invencion, a saber, entrada y salida a la misma altura, presencia de una placa reguladora de chorro y de un tabique en forma de sifon, arbol de rotacion mas corto y cruceta colocada en el fondo de la cuba; se observa que los valores maximos y medios de los campos de velocidad y del gradiente turbulento son mas importantes y mas homogeneos con la nueva 55 configuracion B.

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Interes de la nueva configuracion:

- aumento de la eficacia de mezcla a igual consumo energetico;

- explotacion maxima del volumen de la cuba;

- reduccion del baipas;

- facilidad de la disposicion en serie;

- eliminacion de los problemas de vibracion del arbol de rotacion por reduccion de su longitud;

- reduccion del tiempo de estancia;

- eliminacion del riesgo de camino preferente en la cuba por la creacion de una zona de disipacion de la energfa cinetica a la salida.

2 - Exposicion de la ventaja del acoplamiento cruceta, grna de flujo y pasos en zigzag

La tabla 2 muestra las ventajas que hay al pasar, en funcionamiento continuo, de una configuracion C clasica con un simple agitador a una configuracion D con un cuba provista de un movil, de una cruceta, de un grna de flujo que reposa sobre la cruceta y de dos pasos en zigzag que sostienen el grna de flujo.

El analisis de los campos de velocidad y de gradiente turbulento con la ayuda del software de simulacion de mecanica de los fluidos FLuent muestra que para las mimas condiciones operatorias:

- los valores maximos y medios de los campos de velocidad y del gradiente turbulento son mas importantes y mas homogeneos con la nueva configuracion D.

- se crean dos zonas bien distintas: una zona fuertemente agitada con niveles de velocidad y de gradiente de velocidad muy importantes en el interior del grna de flujo y a nivel de las crucetas. Y una zona mas debilmente agitada fuera del grna de flujo.

Interes de la nueva configuracion:

- aumento de la eficacia de mezcla para el mismo consumo energetico;

- creacion de dos zonas de mezcla distintas en terminos de nivel de mezcla. Esto permitina asegurar una mezcla rapida y eficaz de un reactivo y del fluido en la zona fuertemente agitada, y un tiempo de circulacion optimo en la zona menos agitada para la accion del reactivo.

- creacion de una zona fuertemente agitada a nivel de las crucetas. Esto permite poner en suspension partfculas solidas que hayan decantado, o aumentar el area interfacial en el caso de un flujo gas-lfquido.

- reduccion del baipas.

- reduccion del tiempo de estancia.

3 - Exposicion de la ventaja de la adicion del reactivo por inyeccion toroidal alrededor del grna de flujo (vease la referencia 14 de la figura 3)

Una simulacion grafica de la distribucion de un reactivo muestra que la dispersion es mejor y mas rapida con una inyeccion anular que con una inyeccion puntual.

TABLA 1

Parametros

Relacion entre A y B Ganancia de B

Tiempo de estancia/Tiempo medio de estancia

0,9 +9%

Tiempo de mezcla/ Tiempo medio de estancia

0,79 +20%

Tasa de mezcla en 1 minuto

0,62 +40%

Velocidad media (m/s)

0,42 +60%

Gradiente turbulento medio (s'1)

0,21 +80%

TABLA 2

Parametros

Relacion entre C y D Ganancia de D

Tiempo de estancia/tiempo medio de de estancia

0,956 +4%

Tiempo de mezcla/ Tiempo medio de estancia

0,861 + 14%

Tasa de mezcla en 15 minutos

1 0%

Velocidad media (m/s-1)

0,17 +83%

Gradiente turbulento medio (s-1)

0,044 +96%

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   REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento de tratamiento por floculacion y separacion de un fluido bruto que haya que tratar cargado de impurezas en suspension, coloidales o disueltas, segun el cual:

   - se hace circular el fluido bruto que haya que tratar con un reactivo floculante de modo que se obtenga una mezcla floculada en la cual las impurezas formen copos,

   - se hace circular esta mezcla floculada hacia una zona de separacion en la que esta mezcla floculada se separa en un efluente aclarado y en lodos que comprenden estos copos,

   caracterizado por que:

   * se delimita en la cuba de floculacion, por medio de un tubo grna de flujo completamente sumergido, una zona central en la cual se provoca, por agitacion (8), un flujo axial turbulento de la mezcla del fluido bruto que haya que tratar y del floculante en una direccion axial de este tubo grna de flujo,

   * se reparte (5) angularmente este flujo, por medio de un dispositivo estatico que se opone a la rotacion de este flujo y dispuesto a la salida de este tubo grna de flujo.

   * se deja circular esta mezcla hacia una zona periferica (3) que rodea a esta zona central, en un sentido opuesto, hasta la entrada de la zona central, y

   * se hace pasar una fraccion de esta mezcla hacia la zona de separacion.
2. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que se mantiene el flujo en la zona central con un caudal que vale entre 1 vez y 20 veces el caudal de entrada del fluido bruto que haya que tratar.
3. 3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, caracterizado por que la zona periferica se divide en al menos un zona periferica aguas arriba que comunica con la entrada del fluido bruto que haya que tratar en la cuba de floculacion, y una zona periferica aguas abajo que comunica con la salida de la mezcla floculada, de modo que imponga al fluido que haya que tratar que entra en la cuba de floculacion pasar al menos una vez por la zona central antes de pasar hacia la zona de separacion.
4. 4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que se provoca el flujo axial turbulento de la mezcla segun una direccion vertical.
5. 5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 4, caracterizado por que se provoca el flujo axial turbulento vertical por agitacion (8) a media altura de la zona central.
6. 6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado por que se provoca el flujo axial turbulento de la mezcla en un movimiento descendente, y se reparte angularmente la mezcla sensiblemente en al menos los dos tercios de la altura entre el nivel de salida de la zona central y el nivel del fondo de la cuba de floculacion.
7. 7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 6, caracterizado por que se reparte angularmente la mezcla sensiblemente en toda la altura entre el nivel de la zona central y el nivel del fondo de la cuba de floculacion.
8. 8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 6 o la reivindicacion 7, caracterizado por que se dispone el tubo grna de flujo que delimita la zona central de tal manera que su extremidad inferior que forma salida este situada con respecto al fondo de la cuba de floculacion a una distancia comprendida entre 1/3 y 2/3 de la anchura media de este tubo.
9. 9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que se dispone el tubo grna de flujo que delimita la zona central de tal manera que su extremidad superior que forma entrada este situada con respecto al nivel de la superficie libre del contenido de la cuba de floculacion a una distancia comprendida entre 1/3 y 2/3 de la anchura media de este tubo.
10. 10. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado por que esta zona periferica se divide en una parte superior de su altura en al menos una zona periferica aguas arriba que comunica con la entrada del fluido bruto que haya que tratar en la cuba de floculacion, y una zona periferica aguas abajo que comunica con la salida de la mezcla floculada, de modo que se imponga al fluido bruto que haya que tratar que entra en la cuba de floculacion pasar al menos una vez por la zona central antes de pasar hacia la zona de separacion
11. 11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 10, caracterizado por que esta division se realiza sensiblemente en la mitad superior de esta altura.
12. 12. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 11, caracterizado por que se hace entrar el fluido bruto que haya que tratar y se hace salir mezcla floculada sensiblemente a nivel de la zona de entrada del tubo grna de flujo.

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13. 13. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que el floculante es un polfmero natural, mineral o de smtesis.
14. 14. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que el reactivo floculante con el cual se mezcla el fluido bruto que haya que tratar en la cuba de floculacion ha sido introducido en el fluido que haya que tratar aguas arriba de esta cuba.
15. 15. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que el reactivo floculante con el cual se mezcla el fluido bruto que haya que tratar es introducido en la cuba de floculacion.
16. 16. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 15, caracterizado por que el reactivo floculante es introducido entre la entrada de la cuba de floculacion y la entrada del tubo grna de flujo.
17. 17. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 15, caracterizado por que el reactivo floculante es introducido en la zona central.
18. 18. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 15, caracterizado por que el reactivo floculante es introducido en el lfmite de la zona central.
19. 19. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 18, caracterizado por que se inyecta al menos una fraccion del reactivo floculante de modo anular en la periferia de la entrada de la zona central, coaxialmente con el tubo grna de flujo.
20. 20. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado por que se mezcla ademas el fluido bruto que haya que tratar, en la cuba de floculacion, con un material pulverulento.
21. 21. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 20, caracterizado por que el material pulverulento es un balasto constituido de un material granular insoluble mas pesado que el fluido que haya que tratar.
22. 22. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 21, caracterizado por que el balasto esta constituido de una arena fina de granulometna comprendida entre 20 micras y 300 micras.
23. 23. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 21 o la reivindicacion 22, caracterizado por que se tratan los lodos obtenidos a la salida de la zona de separacion, se recupera balasto en los mismos que se recicla hacia la cuba de floculacion.
24. 24. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, caracterizado por que el fluido bruto que haya que tratar, previamente a su introduccion en la cuba de floculacion, ha sido mezclado con un coagulante.
25. 25. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, caracterizado por que el fluido principal es agua que haya que tratar.
26. 26. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 25, caracterizado por que el agua que haya que tratar, previamente a su introduccion en la cuba de floculacion, ha sido mezclada con un coagulante que comprenda una sal mineral, tal como una sal de hierro o de aluminio.
27. 27. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26, caracterizado por que la separacion es realizada por decantacion.
28. 28. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26, caracterizado por que la separacion es realizada por flotacion.
29. 29. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 27 o la reivindicacion 28, caracterizado por que la separacion es realizada con la ayuda de organos de ayuda a la separacion tales como placas, laminas, o tubos inclinados o verticales.
30. 30. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 27 a 29, caracterizado por que la mezcla floculada es introducida de manera tangencial en la zona de separacion con el fin de anadir un efecto de vortice que se anade al efecto de decantacion.
31. 31. Reactor destinado al tratamiento por floculacion de un fluido bruto que haya que tratar cargado de impurezas en suspension, coloidales o disueltas, que comprende una cuba (10, 10', 10”) provista de al menos una entrada de fluido y de al menos una salida de fluido y al menos una zona de floculacion en el seno de un bano en el que el fluido es mezclado con un floculante, que comprende:

    - un tubo grna de flujo (2A), abierto en sus dos extremidades y dispuesto verticalmente de modo que quede completamente sumergido en el bano de la cuba al tiempo que se mantenga a distancia del fondo de esta cuba, delimitando una zona central (2) con respecto a una zona periferica (3), comunicando estas zonas central y

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    periferica una con la otra en las dos extremidades de este tubo, comunicando la zona periferica con la entrada y la salida de fluido,

    - un agitador (8) de arbol vertical dispuesto en el interior de este tubo de modo que se genere en el mismo un movimiento axial turbulento segun una direccion vertical,

    - una cruceta (5) formada por varias paredes verticales que se extienden horizontalmente a partir de una arista (7) comun situada sensiblemente en la prolongacion del eje del agitador, aguas abajo del mismo, con el fin de repartir angularmente el flujo que sale del tubo hacia la zona periferica.
32. 32. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 31, caracterizado por que el tubo grna de flujo tiene una seccion constante.
33. 33. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 32, caracterizado por que el tubo grna de flujo tiene una forma cilmdrica.
34. 34. Reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 31 a 33, caracterizado por que el agitador esta dispuesto sensiblemente a media altura en el interior del tubo.
35. 35. Reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 31 a 34, caracterizado por que el tubo grna de flujo tiene un diametro comprendido entre el 102% y el 120% del diametro del agitador.
36. 36. Reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 31 a 35, caracterizado por que el diametro hidraulico de la zona central esta comprendido entre el 40% y el 60% de la anchura media de la zona de floculacion formada por la zona central y la zona periferica.
37. 37. Reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 31 a 36, caracterizado por que el agitador esta dispuesto y es mandado en movimiento de modo que genere un movimiento vertical descendente en el interior del tubo, estando dispuesta la cruceta entre la parte inferior del grna de flujo y el fondo de la cuba.
38. 38. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 37, caracterizado por que el tubo tiene una extremidad inferior situada con respecto al fondo de la cuba a una distancia comprendida entre 1/3 y 2/3 de su diametro.
39. 39. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 38, caracterizado por que el tubo tiene una extremidad superior situada con respecto al nivel de la superficie del bano contenido en la cuba a una distancia comprendida entre 1/3 y 2/3 de su diametro.
40. 40. Reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 37 a 39, caracterizado por que la distancia entre la extremidad inferior del tubo y el fondo de la cuba, y la distancia entre la extremidad superior del tubo y el nivel del bano valen al menos aproximadamente el 50% del diametro del tubo.
41. 41. Reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 37 a 40, caracterizado por que la cruceta tiene una altura sensiblemente igual al menos a 2/3 de la distancia entre la extremidad inferior del tubo y el fondo de la cuba.
42. 42. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 41, caracterizado por que la cruceta tiene una altura sensiblemente igual a la distancia entre la extremidad inferior del tubo y el fondo del tubo.
43. 43. Reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 37 a 42, caracterizado por que las paredes verticales de la cruceta se extienden horizontalmente en una distancia comprendida entre 3/4 y 5/4 del radio del tubo.
44. 44. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 43, caracterizado por que las paredes verticales de la cruceta se extienden horizontalmente en una distancia sensiblemente igual al radio del tubo grna de flujo.
45. 45. Reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 37 a 44, caracterizado por que la cruceta comprende cuatro paredes desplazadas 90° alrededor del tubo grna de flujo.
46. 46. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 45, caracterizado por que dos de las paredes estan dispuestas transversalmente a la direccion segun la cual el fluido bruto que haya que tratar llega a la cuba de floculacion.
47. 47. Reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 37 a 46, caracterizado por que paredes verticales dividen la zona periferica, entre zonas de entrada y de salida, en al menos una parte de la altura total que separa el fondo de la cuba y la superficie del bano.
48. 48. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 47, caracterizado por que estas paredes verticales se extienden en una distancia vertical que vale entre el 40% y el 60% de esta altura total.
49. 49. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 47 o la reivindicacion 48, caracterizado por que el reactor comprende al menos dos tabiques verticales que se extienden sensiblemente en la mitad superior de la cuba, entre el tubo grna de

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    flujo y la entrada de fluido y la salida de fluido, respectivamente, de modo que se imponga al fluido que haya que tratar pasar al menos una vez por la zona central entre la entrada de fluido y la salida de fluido.
50. 50. Reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 47 a 49, caracterizado por que estas paredes verticales se extienden en una altura comprendida entre el nivel de la entrada de fluido principal y el nivel del agitador.
51. 51. Reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 47 a 50, caracterizado por que las paredes verticales se extienden desde la periferia de la zona periferica hasta el tubo.
52. 52. Reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 37 a 51, caracterizado por que las zonas de entrada y de salida estan dispuestas en la proximidad del nivel de la superficie y estan provistas cada una de una placa dispuesta transversalmente enfrente de la entrada y de la salida, respectivamente de modo que forman un sifon.
53. 53. Reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 31 a 52, caracterizado por que el mismo comprende ademas una tubena de inyeccion de reactivo floculante, conectada a una fuente de reactivo floculante.
54. 54. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 53, caracterizado por que esta tubena de inyeccion de reactivo floculante esta situada entre la entrada de fluido bruto que haya que tratar y la entrada del tubo grna de flujo.
55. 55. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 53, caracterizado por que el mismo comprende una tubena anular de inyeccion de reactivo floculante dispuesta coaxialmente con la entrada del tubo grna de flujo.
56. 56. Reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 31 a 55, caracterizado por que el mismo comprende ademas una tubena de inyeccion de material pulverulento, conectada a una fuente de material pulverulento.
57. 57. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 56, caracterizado por que esta fuente de material pulverulento es una fuente de arena fina.
58. 58. Reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 31 a 57, caracterizado por que la cuba comprende una sola zona de floculacion, que comprende un tubo grna de flujo.
59. 59. Instalacion de tratamiento de fluido que comprende un reactor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 31 a 57 y una zona de separacion conectada a la salida de la cuba del reactor.
60. 60. Instalacion de acuerdo con la reivindicacion 59, caracterizada por que el reactor comprende una tubena de inyeccion de material pulverulento, conectada a una fuente de material pulverulento, y la zona de separacion comprende una salida adaptada para recoger lodos que comprenden copos y conectada a un dispositivo de recuperacion de material pulverulento, estando la citada fuente de material pulverulento conectada a este dispositivo de recuperacion.
61. 61. Instalacion de acuerdo con la reivindicacion 59 o la reivindicacion 60, caracterizada por que la zona de separacion es un decantador dispuesto aguas abajo de la cuba.
62. 62. Instalacion de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 59 a 61 caracterizada por que la zona de separacion es un decantador que esta dispuesto alrededor de la cuba.