ES2728275T3 - Sistema para purificar agua contaminada y método de purificación - Google Patents

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Abstract

Comprende al menos un primer depósito principal inferior (1) dispuesto en un nivel inferior y al menos un segundo depósito principal superior (2) dispuesto en un nivel superior, conteniendo ambos agua contaminada a depurar, a la vez que los fondos de los depósitos principales (1-2) de gran superficie se comunican entre si mediante al menos una tubería intermedia (3) por la que el agua contaminada se hace circular en ambos sentidos sucesiva y alternativamente en régimen turbulento. Del fondo de los depósitos principales (1-2) se purgarán o extraerán los contaminantes precipitados o decantados hasta una cavidad (9) que recibe parte del agua junto con una elevada concentración de elementos contaminantes decantados y precipitados en el fondo de tales depósitos principales (1-2), siendo tratados y separados dichos elementos contaminantes en esa cavidad (9).

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema para purificar agua contaminada y método de purificación
Objeto de la invención
La presente invención, tal y como se expresa en la declaración de la presente solicitud, se refiere a un sistema para purificar agua contaminada, urbana o industrial, en particular, se dirige a agua de drenaje de minas, así como al método de purificación de esa agua contaminada.
El sistema y el método de la invención se pueden aplicar a todos los tipos de agua contaminada, tanto de origen urbano como de origen industrial o de escorrentía pluvial, tanto si es de naturaleza ácida o básica, ambos con la presencia de sólidos en suspensión y en estado coloidal o disuelto, con la presencia de metales pesados, sustancias peligrosas y sales disueltas. El presente sistema es de aplicación especial para aguas residuales de drenaje de minas, de manera que un objetivo de la invención es lograr durante el método de purificación la decantación de contaminantes en suspensión, favoreciendo también la precipitación de los contaminantes a través de la oxigenación del agua, así como la eliminación o la reducción de compuestos volátiles en el agua contaminada.
El sistema y el método se pueden aplicar, por lo tanto, a todos los tipos de agua contaminada, tanto de origen urbano como de origen industrial o de escorrentía pluvial, tanto si es de naturaleza ácida o básica, ambos con la presencia de sólidos en suspensión y en estado coloidal o disuelto, con la presencia de metales pesados, sustancias peligrosas y sales disueltas.
Este sistema de purificación es de especial aplicación para las aguas residuales del drenaje de minas tal como se refiere anteriormente, de tal manera que durante el método de purificación, el objetivo es lograr la decantación de los contaminantes en suspensión, favoreciendo también la precipitación de los contaminantes a través de la oxigenación del agua, así como la eliminación o la reducción de compuestos volátiles en el agua contaminada.
Para lograr el objetivo esencial de la invención, se usa un dispositivo para desviar o transferir el agua contaminada sucesivamente y de manera alternativa entre los principales depósitos con capacidad adecuada, localizados a diferentes alturas.
El sistema y el método de la invención generan los siguientes efectos favorables para el medio ambiente:
- Elevado tiempo de retención hidráulica del agua contaminada en el sistema.
- Elevada oxigenación y elevada agitación (régimen turbulento) del agua que facilita la separación de los contaminantes para que sea capaz de tratarlos de manera adecuada.
- Precipitación y decantación de los contaminantes eficaz y rápida.
- Aislamiento rápido y eficaz de los contaminantes.
- Generación de energía manejable y de buena calidad.
Antecedentes de la invención
En la actualidad, la purificación de aguas contaminadas es un tema suficientemente desarrollado. Actualmente hay muchos sistemas que se basan en las características del agua contaminada sin tratar que se pretende purificar. En pocas palabras, la purificación del agua contaminada consiste en una serie de procesos unitarios en cadena (físicos, químicos y biológicos) que reproducen en un recinto la autopurificación natural y están pensados para separar de manera sucesiva los contaminantes del agua contaminada que los contiene.
La técnica de separación de partículas en suspensión se basa principalmente en el fenómeno físico de la decantación, con diferentes variantes y configuraciones. Sin embargo, la separación de contaminantes disueltos y coloidales es más problemática, requiriendo tratamientos fisicoquímicos y otros más avanzados.
En el caso del agua contaminada de origen urbano, se diseñan diferentes tipos de plantas de tratamiento en función del caudal de agua que se va a tratar, de las características del agua contaminada y de la zona de terreno disponible. Por lo tanto, se pueden encontrar desde las más simples, tales como los tanques sépticos, hasta las más complejas, tales como las denominadas estaciones de tratamiento de aguas residuales (ETAR).
En el caso del agua contaminada de origen industrial, los diferentes sistemas de purificación están altamente condicionados principalmente por tres factores, tales como el caudal a tratar, la naturaleza del agua (ácida o básica), las sustancias contaminantes que tiene y la concentración de dichos contaminantes.
Descripción de la invención
El sistema para la purificación del agua contaminada, comprende en principio al menos un primer depósito principal inferior dispuesto a un nivel inferior y al menos un segundo depósito principal superior dispuesto a un nivel superior, conteniendo ambos agua contaminada que se va a purificar, mientras que, al mismo tiempo, la parte inferior de los depósitos principales mencionados anteriormente se comunican entre sí a través de al menos una tubería intermedia mediante la cual el agua contaminada circula a través de dicha tubería intermedia en ambas direcciones de manera sucesiva y alternativa en régimen turbulento.
En dichos depósitos principales se instalan sistemas conocidos de extracción de lodos o de purga, los cuales, a través de tuberías o conductos fluyen hacia una cavidad (canal perimetral) que recibe parte del agua junto con una alta concentración de contaminantes precipitados y decantados en la parte inferior de dichos depósitos principales, tratando dichos contaminantes de manera adecuada en esa cavidad.
El agua contaminada, una vez capturada, se puede dirigir a cualquiera de los depósitos, el inferior o el superior, incluso a ambos si hay varias fuentes de aguas contaminadas localizadas a diferentes alturas.
Mediante los elevados tiempos de retención hidráulica, combinados con la oxigenación lograda en el agua contaminada cuando se transfiere entre los depósitos localizados a diferente altura, se logran concentraciones de oxígeno disuelto capaces de oxidar el metal a estados de oxidación adecuados, de modo que se produce la precipitación de los mismos en forma de óxidos o hidróxidos.
Por otro lado, la agitación promueve que el transporte de las partículas coloidales provoque colisiones entre ellas, favoreciendo su aglomeración, dado que las partículas deben colisionar para aglomerarse y la mezcla promueve la colisión. Mientras que, al mismo tiempo, la oxigenación oxida la materia orgánica y rompe los enlaces en los coloides naturales, lo que ayuda a una mejor floculación posterior.
Asimismo, este proceso de agitación y oxigenación mejorará la eliminación de determinados contaminantes volátiles que pueden estar presentes en el agua contaminada.
Como dispositivos de transferencia entre los depósitos localizados a diferentes alturas, se usan, por ejemplo, un conjunto de bombas y turbinas capaz de bombear el agua contaminada desde el depósito inferior hasta el superior y activar las turbinas, igualmente, dicha agua contaminada va desde el depósito superior al inferior, logrando a través de esta transferencia la oxigenación del agua.
De acuerdo con las sustancias contaminantes presentes en el agua y su concentración, las variables que determinan las dimensiones del sistema de purificación son el tiempo de retención, la frecuencia de transferencia del agua contaminada entre los depósitos y la cantidad de oxígeno requerida para proporcionarle al sistema.
Asimismo, de acuerdo con los contaminantes presentes en el agua y su concentración, puede haber tratamientos de purificación previos o complementarios, antes de la entrada de agua a los depósitos principales o después de la salida de agua de dichos depósitos principales.
De acuerdo con las necesidades de purificación, el sistema puede usar solo el caudal de agua contaminada para reponer las pérdidas por evaporación o capturar, en todo momento, la totalidad del agua contaminada y puede, en el último caso, existir un caudal de agua en exceso, que se devolverá a las masas de agua ya purificadas.
Las sustancias contaminantes decantadas y precipitadas en la parte inferior de los depósitos en forma de lodos, se pueden retirar por métodos tradicionales y dirigir a otras instalaciones de tratamiento o a un tanque de lodos que cumpla con la legislación de implementación, o bien, se pueden recolectar en una cavidad especial unida a los depósitos de donde salen las tuberías perimetrales dispuestas alrededor de la boquilla de cada uno de los depósitos principales, divididos en dos circuitos iguales que pueden funcionar de manera simultánea o independiente, lo que permite su limpieza sin detener la purificación, mientras que al mismo tiempo, dicha cavidad especial tiene un diseño adecuado para lograr, mediante la adición o no de reactivos adecuados, la continuación de la precipitación de contaminantes y la concentración de los contaminantes precipitados y decantados a través del desbordamiento y la filtración de las purgas y los lodos extraídos de los depósitos principales.
El agua tratada en estas cavidades perimetrales se puede recircular de manera parcial o total hacia los respectivos depósitos principales a través de tuberías de recirculación y válvulas adecuadas, mientras que, al mismo tiempo, el agua tratada en estas cavidades perimetrales se puede drenar de manera parcial o total a un sistema de purificación adicional a través de una tubería de drenaje, si esta purificación adicional fuese necesaria, drenando el agua tratada en la estación de purificación adicional en un flujo de agua a través de una tubería terminal.
Como alternativa, el sistema de la invención comprende un depósito inicial que recibe el agua contaminada previamente antes de verterla en uno de los depósitos principales, el depósito inicial en donde el agua contaminada recibe los tratamientos conocidos para ajustar el pH, eliminar posibles sólidos en suspensión y otras acciones con el fin de permitir la precipitación de contaminantes en fases posteriores y proteger los conductos y los elementos mecánicos de las instalaciones. También se llevarán a cabo las funciones de regulación y laminación de los vertederos de los caudales.
El agua contenida en el depósito inicial mencionado anteriormente se descarga en el respectivo depósito principal a través de una tubería inicial. Al mismo tiempo, los contaminantes precipitados y decantados en este depósito inicial se retirarán o purgarán a la cavidad perimetral que bordea el respectivo depósito principal.
Otra característica de la invención es que, en una primera actuación, el agua pasa del depósito principal inferior al depósito principal superior a través de una bomba principal, mientras que en una segunda actuación, el agua circula por gravedad desde el depósito principal superior al depósito principal inferior, pasando a través de una o más turbinas, generando energía.
En una realización, las bombas y las turbinas se integran en una planta hidroeléctrica reversible intercalada en la tubería intermediaria que conecta ambos depósitos principales, superior e inferior.
Otra característica de la invención es que la purga o extracción del lodo de los depósitos principales es eficaz porque se puede llevar a cabo cuando los depósitos están vacíos y solo permanece una pequeña cantidad de agua en la parte inferior del depósito y el decantado y los precipitados que no son transferibles por altura entre los depósitos principales. Sin embargo, la extracción y/o la purga del lodo también se pueden llevar a cabo de manera continua sin la necesidad de que los depósitos estén vacíos.
El método de purificación se caracteriza por que el agua contaminada que se va a purificar se transfiere de manera sucesiva y alternativa en ambas direcciones entre al menos un depósito principal inferior dispuesto a un nivel inferior y al menos un depósito principal superior dispuesto a un nivel superior, aguas arriba a través de bombeo y aguas abajo mediante gravedad, pasando el caudal de agua a través de una o más turbinas, cuya rotación proporciona energía, que se acumula en la parte inferior de los depósitos principales por precipitación y decantación de una masa de agua con contaminantes que se desvía hacia una cavidad (canal perimetral) en donde se tratan de una manera conocida.
Desde esta cavidad, el agua parcialmente purificada se puede recircular a los depósitos principales o desviar fuera del circuito. Como alternativa y cuando sea necesario, el agua se desvía de la cavidad mencionada anteriormente hacia una estación de purificación adicional y de ahí a un flujo de agua.
Asimismo, en el caso en el que es necesario una purificación adicional del agua ya decantada y precipitada, dicha agua se puede extraer de los depósitos y proporcionarle un tratamiento de purificación adicional, antes de que se descargue a las masas de agua de forma directa o indirecta a través del subsuelo, en los canales perimetrales a través de tratamientos de purificación adicionales existentes, ya sea por filtración, cloración, ozonación, rayos UV, lagunaje avanzado o tratamientos biológicos tales como la nitrificación - desnitrificación, eliminación biológica de fósforo o sulfatos y/o cloruros.
De acuerdo con la diferencia en altura entre los depósitos principales, es probable que el agua ya decantada y precipitada se someta a un proceso complementario de microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración, ósmosis inversa o desionización capacitiva, utilizando cualquiera de ellos como tratamientos complementarios a la salida del circuito de purificación, o colocando los filtros o las membranas necesarias a la altura adecuada y utilizando como presión de la columna el agua presente entre los depósitos superior e inferior. Para lo último, dicha agua se pondrá en circulación, a través de las tuberías que interconectan dichos depósitos principales y que proporcionan una ramificación en su parte inferior donde se alojará el dispositivo de filtración o de ósmosis inversa necesario, o bien a través de una tubería independiente de la tubería principal. En relación con el dispositivo de desionización capacitiva, dado que para esta operación no se necesita presión, dicho dispositivo se colocará generalmente a la salida del circuito.
El agua contaminada dispuesta en los depósitos principales pasa previamente a través de un depósito inicial en donde se trata la acidez del agua y también se eliminan los sólidos en suspensión.
Finalmente, cabe destacar que la transferencia entre los depósitos principales se lleva a cabo a través de al menos una tubería intermedia que conecta las zonas de mayor profundidad de la parte inferior de los depósitos principales. Otra característica de la invención es que los dispositivos principales se colocan fuera del curso del río y de otros flujos de agua, así como fuera de los lagos u otras depresiones naturales en donde hay una masa de agua en movimiento o estática, buscando sitios con las superficies más apropiadas o convenientes. En los casos en los que la superficie disponible para la instalación de los depósitos de agua contaminada del purificador es menos de la superficie necesaria para purificar por completo el volumen de agua disponible, el sistema descrito se puede complementar con otros depósitos conectados a los anteriores a través de nuevos conductos hidráulicos. Con esta solución se forma una cadena de decantación de agua contaminada entre los depósitos, obteniendo una mayor capacidad de purificación aumentando la superficie de agua contaminada en contacto con la atmósfera, y su oxigenación, mejorando la precipitación y la decantación de los contaminantes. De acuerdo con la localización del terreno disponible para la instalación de estos nuevos depósitos y de la altura de dicho terreno, se pueden establecer circuitos hidráulicos abiertos o cerrados.
Por lo tanto, el sistema de la invención consiste en purificar agua contaminada a través de su introducción en un circuito de una planta hidroeléctrica reversible, que consiste en al menos dos depósitos principales fabricados de manera artificial, unidos entre sí a través de la tubería intermedia, diseñado especialmente de acuerdo con la cantidad y calidad del agua que se va a tratar, para promover los procesos de purificación, así como para la eliminación de los contaminantes precipitados y decantados durante el proceso.
Durante el proceso, parte del agua se evapora, reduciendo el volumen. La agitación del agua, que tiene lugar cuando se bombea y pasa por las turbinas entre los depósitos principales, produce su oxigenación, favoreciendo los procesos de precipitación de contaminantes disueltos y coloidales que se concentran hasta alcanzar tal grado que precipitan en la parte inferior de los depósitos. Asimismo, el proceso de agitación favorece la eliminación o la reducción de los contaminantes volátiles presentes en el agua.
Los contaminantes precipitados y decantados se extraen periódicamente a través de sistemas conocidos de la parte inferior de los depósitos a las cavidades perimetrales donde se tratan de manera adecuada. Asimismo, los sólidos precipitados y decantados en estas cavidades se eliminan periódicamente y se gestionan de la forma más conveniente para el ambiente, e incluso se pueden recuperar.
El agua evaporada en los depósitos y cavidades durante el proceso, y la posible agua drenada se repone dejando más agua contaminada en el circuito, repitiendo el proceso descrito anteriormente, enfatizando en que el sistema de la invención incluye dos depósitos artificiales o más conectados entre sí.
La implementación del sistema y el método de la invención se puede aplicar a todos los tipos de agua contaminada, agua usada previamente y agua residual o de vertidos.
De acuerdo con las características fisicoquímicas del agua contaminada, este proceso se usa de manera exclusiva o se complementa con otros procesos de purificación existentes, tanto antes como después del sistema de la invención. Estos procesos complementarios son uno de los siguientes: homogeneización, corrección del pH, coagulación/floculación, neutralización, tratamientos de lagunaje, humedales o cualquier otro de los actualmente existentes.
Hay una única implementación, como es el caso del exceso de pluviosidad o las aguas de drenaje de minas, que normalmente vienen contaminadas de sólidos y otros compuestos contaminantes. En la purificación del agua contaminada del drenaje de minas, tanto subterráneas como a cielo abierto, se usa una planta reversible como una parte central del proceso de purificación, lo que facilita y mejora los procesos de eliminación de contaminantes a través de procesos sostenibles de oxigenación y agitación que favorecen la precipitación y la decantación de algunos de los principales contaminantes de este tipo de drenaje.
El proceso de purificación que usa una planta hidroeléctrica reversible es adecuado para todos los tipos de agua contaminada, porque permite la reducción de una gran parte del agua a tratar mediante evaporación, así como favorece la precipitación de gran parte de metales y compuestos tóxicos, y se puede completar con otros procesos que favorecen la eliminación del resto de contaminantes presentes en el agua.
El sistema de purificación de agua contaminada también se caracteriza por que:
- El agua contenida en los depósitos principales, una vez que ha precipitado una mayor parte de los contaminantes, se dirige a un segundo canal de perímetro anexo al primer canal perimetral, sometiéndose en dicho segundo canal perimetral a procesos adicionales de purificación convencional, tales como tratamientos de lagunaje, nitrificación-desnitrificación, reducción de sulfato por bacterias o eliminación biológica de fósforo.
- Comprende medios de filtración de agua contaminada, a través de los cuales, al menos una parte del caudal de agua contaminada se filtra durante su transferencia entre los dos depósitos principales, superior e inferior, obteniendo, por lo tanto, a la salida de tales medios de filtración un caudal de agua purificada.
- Comprende al menos un canal de derivación que se prolonga desde la tubería intermedia y cuyo extremo libre es una boca de salida de agua no sumergida que descarga todo o parte del caudal de agua en al menos uno de los depósitos principales.
Los medios de filtración del agua contaminada comprenden un dispositivo de filtración que conecta con la tubería intermedia a través de un canal de derivación que integra una válvula de apertura y de cierre para bloquear o liberar el paso del fluido.
Los medios de filtración de agua contaminada comprenden, en otra realización, un dispositivo de filtración que conecta con una tubería adicional independiente de la tubería intermedia para la interconexión entre los dos depósitos principales. Dicha tubería adicional se comunica por uno de sus extremos con al menos el depósito superior.
En otra realización, los medios de filtración de agua contaminada comprenden un dispositivo de osmosis inversa que conecta con la tubería intermedia por al menos una tubería de derivación que también integra una válvula de derivación y de parada para permitir el bloqueo o desbloqueo del paso del fluido.
Los medios de filtración del agua contaminada comprenden en otra realización un dispositivo de ósmosis inversa que conecta con una tubería adicional independiente de la tubería intermedia, comunicando dicha tubería adicional por sus extremos con los dos depósitos principales, superior e inferior.
La tubería de derivación comprende una derivación superior conectada con la tubería intermedia en proximidad con el depósito superior, mientras que al mismo tiempo, dicha derivación superior vierte el agua por su salida no sumergida en el depósito superior obteniendo de este modo una mejor oxigenación y agitación del agua.
En otra realización, la tubería de derivación comprende una derivación inferior conectada con la tubería intermedia en proximidad con el depósito inferior, integrando dicha derivación inferior una turbina de impulso, con una salida no sumergida a través de la cual se vierte el agua en el depósito inferior, logrando también de este modo una mejora de la oxigenación y agitación de dicha agua. La interconexión entre la derivación inferior y la tubería intermedia integra una válvula de apertura y cierre.
En una primera opción, el sistema forma parte de una estación de purificación de aguas residuales urbanas (EPARU, WWPS en inglés) y los tratamientos primarios y secundarios típicos de este tipo de instalaciones se desarrollan en él. En esta primera opción, la salida del proceso de pretratamiento (desbaste, desarenado y desengrasado) de la EPARU está conectado al depósito inicial del sistema y los efluentes que salen del sistema se someten a tratamiento terciario si es necesario.
En una segunda opción, el sistema forma parte de una estación de purificación de aguas residuales urbanas (EPARU) en donde el agua entra al sistema después de haber llevado a cabo los tratamientos primarios y secundarios convencionales, típicos de este tipo de instalaciones. En esta segunda opción, la salida del proceso de tratamiento secundario de la EPARU está conectada al depósito inicial del sistema para completar el proceso de purificación.
El método también se caracteriza por que:
- Antes de la entrada del agua residual sin tratar en cualquiera de los depósitos principales 1-2, recibe un tratamiento previo de purificación convencional para reducir los sólidos en suspensión y para actuar sobre el pH de dicha agua, aumentándolo o reduciéndolo.
- El agua extraída de cualquiera de los depósitos principales se somete a un proceso adicional de purificación convencional.
- El agua de al menos uno de los depósitos principales se somete a un proceso de filtración.
- Todo o parte del caudal de agua bombeado desde el depósito inferior al depósito superior se deja que caiga libremente al último.
- Al menos una parte del caudal de agua que se transfiere desde el depósito superior al depósito inferior pasa a través de la turbina de impulso sin salida sumergida.
El proceso adicional de purificación convencional citado comprende técnicas de purificación seleccionadas de cloración, ozonación, rayos UVA, adición de caliza, nitrificación/desnitrificación y un proceso biológico que incluye la eliminación o la reducción de fósforo y sulfatos. Estos procesos se pueden llevar a cabo usando los canales perimetrales o en instalaciones complementarias.
El proceso de purificación convencional usa medios seleccionados de los canales perimetrales y las instalaciones complementarias.
El método también se caracteriza por que todo o parte del agua contaminada se somete a un proceso de filtración seleccionado de microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa, disponiendo el elemento de filtración a la altura necesaria y conectado con un elemento seleccionado de:
- La tubería de derivación que se prolonga desde la tubería intermedia.
- La tubería adicional independiente de la tubería intermedia de interconexión de los dos depósitos principales. A continuación, para facilitar una mejor comprensión de la presente memoria descriptiva y formar una parte integral de la misma se adjuntan algunas figuras en las que se ha representado el objeto de la invención con carácter ilustrativo y sin limitación.
Breve descripción de los dibujos
Figura 1.- Muestra una vista en alzado del sistema para purificar agua contaminada y el método de purificación, objeto de la invención. En una realización, el sistema tiene un dispositivo de filtración colocado a la altura necesaria en una derivación de la tubería intermedia de interconexión entre los dos depósitos principales: superior e inferior.
Figura 2.- Muestra una vista en planta de lo que se representa en la figura anterior.
Figura 3.- Muestra el detalle de una primera cavidad o canalización perimetral dispuesta en la boquilla de los depósitos principales.
Figura 4.- Muestra una vista esquemática de una disposición de un circuito que consiste en más de dos depósitos principales en circuito abierto.
Figura 5.- Muestra una vista esquemática de una disposición de un circuito que consiste en más de dos depósitos principales y un circuito cerrado.
Figura 6.- Muestra una vista similar a la mostrada en la figura 1, mostrando en esta figura 6 otra realización de la invención que consiste en un dispositivo de ósmosis inversa colocado a la altura necesaria en una derivación de la tubería intermedia de la interconexión entre los dos depósitos principales.
Figura 7.- Muestra esencialmente el dispositivo de filtración que se cita en la figura 1. El mismo se coloca a la altura necesaria en una tubería adicional independiente de la tubería intermedia de interconexión entre los dos depósitos principales.
Figura 8.- Muestra el dispositivo de ósmosis inversa colocado a la altura necesaria en la tubería adicional independiente de la tubería intermedia de interconexión entre los depósitos principales.
Figura 9.- Muestra una vista en planta en donde se resalta una segunda cavidad o canalización perimetral alrededor de la boquilla de los depósitos principales.
Figura 10.- Muestra una vista en alzado del sistema para purificar agua contaminada y el método de purificación, con la variante de que el agua bombeada alcanza el depósito superior a través de una tubería superior que la permite caer libremente por la parte superior de dicho depósito.
Figura 11.- Muestra una vista en alzado del sistema para purificar agua contaminada y el método de purificación, con la variante de que la transferencia del agua entre el depósito superior y el depósito inferior se lleva a cabo a través de una turbina de impulso colocada en una derivación inferior de la tubería intermedia sin salida sumergida en el depósito inferior.
DESCRIPCIÓN DE UN EJEMPLO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
El sistema para purificar agua contaminada contempla la siguiente nomenclatura usada en la descripción:
1. - Depósito principal inferior
2. - Depósito principal superior
3. - Tubería intermedia
4. - Bomba principal
5. - Turbina
6. - Depósito de succión
7. - Freno de retención de lodo
8. - Dispositivos de succión de lodo
8'.- Dispositivos de purga de lodo
9. - Primera cavidad o canalización perimetral
10. - Planta hidroeléctrica reversible
11. - Depósito inicial
12. - Tubería inicial
13. - Tuberías de recirculación
14. - Tubería de drenaje
15. - Estación de tratamiento adicional de aguas residuales
16. - Tubería terminal
17. - Flujo de agua
18. - Presa de desbordamiento
19. - Filtro terminal
20. - Cabina común
21. - Válvulas de vaciado
22. - Bombas de succión de lodo
22'.- Bombas de purga de lodo
23. - Dispositivo de filtración por presión
24. - derivación
25. - Válvula de apertura y cierre
26. - Dispositivo de ósmosis inversa
27. - Tubería adicional
28. - Segunda cavidad o canalización perimetral
29. - derivación superior
30. - Válvula de apertura y cierre
31. - Turbina de impulso
32. - derivación inferior
33. - Válvula de apertura y cierre.
Comprende al menos un primer depósito principal inferior 1 dispuesto a un nivel inferior y al menos un segundo depósito principal superior 2 dispuesto a un nivel superior, que contienen ambos agua contaminada que se va a purificar que se ha desviado previamente hacia uno de los depósitos principales, mientras que al mismo tiempo, las partes inferiores de ambos depósitos principales 1-2 están comunicadas entre sí a través de al menos una tubería intermedia 3 a través de la cual el agua contaminada circula de manera sucesiva y alternativa a través de la misma en ambas direcciones, obteniendo de este modo una elevada oxigenación y una elevada agitación del agua en régimen turbulento, mientras que, al mismo tiempo, los depósitos principales 1-2 están fuera del alcance de un flujo de agua natural, tal como un río, y fuera de depresiones naturales, tales como por ejemplo un lago, resaltando adicionalmente que tales depósitos pueden tener una gran capacidad.
La transferencia de agua desde el depósito principal inferior 1 al depósito principal superior 2 se lleva a cabo a través de una bomba principal 4, mientras que la transferencia de agua desde el depósito principal superior 2 al depósito principal inferior 1 se lleva a cabo por gravedad, en este caso, pasando el agua a través de una turbina 5 a través de la cual se genera energía. La bomba principal 4 y la turbina 5 estarán conectadas al depósito principal inferior 1 a través de tuberías independientes que se unirán a la tubería intermedia 3.
En otra realización, la comunicación entre los depósitos principales 1-2 se lleva a cabo a través de una tubería intermedia 3, en donde está intercalada una turbina reversible que realizará de manera alternativa las funciones de bombeo cuando va hacia arriba o de turbina cuando va hacia abajo.
En particular, la bomba principal 4 y la turbina 5 están incorporadas en una planta hidroeléctrica reversible 10, de manera que, cuando el agua circula a través de la tubería intermedia 3 en una dirección, el agua se bombea, mientras que cuando circula en la dirección opuesta, el agua pasa por la turbina generando energía.
En uno de los extremos de la parte inferior de los depósitos principales 1-2 se construirá una zona de mayor profundidad que actuará como un depósito de succión 6, permitiendo el cebado de las turbinas y las bombas. Es en estas zonas de mayor profundidad en donde los extremos de ta tubería intermedia 3 están conectados. A su vez, estas zonas de mayor profundidad están rodeadas por un pequeño freno 7 que favorecerá la retención del lodo decantado en la parte inferior de los depósitos en los procesos de vaciado alternativo de los mismos.
Asimismo, en los depósitos principales 1-2 se instalan dispositivos de aspiración 8 y de purga 8' para extraer el lodo, que actúan principalmente en aquellas zonas de la parte inferior de los depósitos principales 1-2 en donde se acumulan los contaminantes en mayor concentración por precipitación y decantación. Estos dispositivos de succión 8 son móviles.
Los dispositivos de succión 8 y los dispositivos de purga 8' para la extracción del lodo, tienen las correspondientes bombas de succión 22 y de purga 22' y fluyen hacia una cavidad 9, en donde se descarga parte del agua junto con la concentración de los contaminantes precipitados y decantados en la parte inferior de los depósitos principales 1-2. Esta cavidad 9 comprende una estructura anular a modo de canalización perimetral que bordea toda la boquilla de cada uno de los depósitos principales 1-2. Este volumen bajo de agua con concentración de contaminantes contenida en dicha cavidad 9 se trata de manera convencional.
El agua tratada en la cavidad 9 una vez que los contaminantes se han separado por desbordamiento o filtración se puede poner de nuevo en circulación, parcialmente o en su totalidad, a través de tuberías de recirculación 13 hacia los depósitos principales 1-2.
Opcionalmente, el caudal de agua tratado en la cavidad 9 mencionada anteriormente se puede derivar, a través de una tubería de drenaje 14, hacia una estación adicional de tratamiento de aguas residuales 15 que realiza una purificación natural y/o artificial a través de diversos sistemas de purificación convencionales. El caudal de agua de la cavidad 9 y que ha circulado a través de la estación adicional de tratamiento de aguas residuales 15, se puede transferir al final directamente a un flujo de agua 17, tal como un río, canal, etc.; a través de una tubería terminal 16, dado que el caudal de agua tiene un grado de pureza de acuerdo con regulaciones actuales.
En una realización de la invención, si es necesario, antes de verter el agua contaminada en los depósitos principales 1-2, se vierte primero a un depósito inicial 11, en donde el agua recibe un tratamiento prioritario conocido para tratar la acidez y eliminar los sólidos en suspensión. Una vez que se ha llevado a cabo dicho pretratamiento, el agua se transfiere a uno de los depósitos principales por medio de una tubería inicial 12.
La parte inferior de este depósito inicial también tiene un dispositivo de succión 8 y otro dispositivo de purga 8', para la extracción de lodo, teniendo ambos dispositivos 8-8' a su vez las correspondientes bombas de succión 22 y de purga 22' y están conectadas a la cavidad 9 que lleva a los mismos.
La parte inferior de los depósitos principales 1-2, así como las cavidades 9 comprenden una superficie impermeable hecha de polietileno y otros materiales, tales como por ejemplo poliuretanos o asfalto. Mientras que al mismo tiempo, dichos materiales deberían permitir que todos los depósitos sean impermeables con el fin de prevenir las fugas al medio ambiente de la localización.
La canalización perimetral que constituye la cavidad 9, comprende dos circuitos similares que convergen en una cabina común 20, teniendo cada uno de dichos circuitos al menos una presa de desbordamiento 18 y un filtro terminal 19 que permite separar los contaminantes mediante decantación y filtración, incluyendo la presa de desbordamiento 18 válvulas de vaciado 21 dispuestas a diferentes alturas.
En una realización, el filtro terminal 19 está hecho de grava.
El sistema de la invención proporciona un tratamiento adicional a través de un dispositivo de filtración 23 colocado a la altura adecuada en una derivación 24 que comienza a partir de la tubería intermedia 3 e integra una válvula de apertura y cierre 25.
En otra opción se proporciona un tratamiento adicional a través de un dispositivo de filtración 23 colocado a la altura adecuada en una tubería adicional 27 independiente de la tubería intermedia 3, de manera que dicha tubería adicional 27 comunica con al menos el depósito principal superior 2.
En otra realización, el sistema de la invención proporciona un tratamiento adicional a través de un dispositivo de ósmosis inversa 26 colocado a la altura adecuada en la tubería adicional 27 independiente de la tubería intermedia 3 (Figura 8). Como otra opción, el dispositivo de ósmosis inversa 26 se coloca en la derivación 24 que comienza a partir de la tubería intermedia 3.
En otra opción, se contempla un tratamiento adicional en donde el agua contenida en los depósitos principales 1 y 2, una vez que han precipitado la mayoría de los contaminantes y se lleva a una segunda cavidad o canalización perimetral (28) en donde se someten a métodos de purificación adicionales tales como los tratamientos de lagunaje, nitrificación/desnitrificación, cultivos de bacterias sulfatorreductoras o eliminación biológica de fósforo.
Otros aspectos de la invención son los siguientes: En otra realización, el agua bombeada alcanza el depósito principal superior 2 a través de una derivación superior 29 que permite que el agua bombeada caiga libremente al depósito superior 2 mencionado anteriormente (figura 10).
Esta derivación superior 29 es una derivación que comienza desde la tubería intermedia 3 en proximidad al depósito superior 2. En una realización de la invención, la derivación superior 29 puede sustituir y funcionar como un tanque de compensación. En la interconexión de la derivación superior 29 con la tubería intermedia 3 se integra una válvula de apertura y cierre 30.
En otra realización de la invención (figura 11) la transferencia de agua entre el depósito superior 2 e inferior 1 se lleva a cabo a través de una turbina de impulso 31 colocada en una derivación inferior 32 que comienza desde la tubería intermedia 3 y tiene una salida no sumergida con drenaje en el depósito inferior 1, integrando dicha derivación inferior 32 una válvula de apertura y cierre 33.
El caudal de agua que se decanta a través de la derivación superior 29 e inferior 32 cae libremente sobre los correspondientes depósitos principales 1-2, mejorando de este modo la oxigenación y la agitación de dicha agua.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Sistema para la purificación del agua contaminada, tanto de origen urbano como industrial, caracterizado por que comprende:
al menos un primer depósito principal inferior (1) dispuesto a un nivel inferior,
al menos un segundo depósito principal inferior (2) dispuesto a un nivel superior con respecto al primer depósito principal inferior (1);
en donde cada uno de dichos depósitos principales (1, 2) contiene agua contaminada que se va a purificar y que comprenden una parte inferior en donde los contaminantes del agua contaminada se decantan y precipitan, comprendiendo dicha parte inferior depósitos (6) que son zonas de mayor profundidad separadas del resto de la parte inferior por un freno elevado (7) que favorece la retención del lodo decantado,
al menos una tubería intermedia (3), que conecta los depósitos (6) de ambos depósitos principales (1, 2), a través de la cual fluye el agua contaminada en régimen turbulento;
al menos una cavidad (9) que comprende una canalización perimetral que bordea cada uno de los depósitos principales (1, 2) que está pensada para recibir agua de dichos depósitos principales (1, 2) y los contaminantes anteriormente decantados y precipitados en la parte inferior de dichos depósitos principales (1, 2), y pensada para separar dichos contaminantes,
dispositivos de succión (8) y dispositivos de purga (8') que conectan los depósitos principales (1, 2) con la cavidad (9), que extrae agua de dichos depósitos principales (1, 2) y los contaminantes anteriormente decantados y precipitados en la parte inferior de dichos depósitos principales (1, 2) y
los dirige hacia la cavidad (9),
una planta hidroeléctrica reversible intercalada en la al menos una tubería intermedia (3) que comprende: una bomba principal (4) a través de la cual pasa el agua desde el depósito principal inferior (1) al depósito principal superior (2) en una primera actuación,
una turbina (5) a través de la cual pasa el agua y fluye por gravedad desde el depósito principal superior (2) al depósito inferior (1) en una segunda actuación, generando energía.
2. Sistema para la purificación del agua contaminada, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que: dicha canalización perimetral que constituye la cavidad (9) comprende:
- dos circuitos similares, cada uno de los circuitos provisto de:
al menos una presa de desbordamiento (18), que se ajusta con válvulas de vaciado (21) dispuestas a diferentes alturas,
un filtro terminal (19) que separa los contaminantes mediante decantación y filtración obteniendo agua tratada, y
- una cabina común (20) en donde convergen dichos circuitos, y en donde el agua que alcanza la cabina común (20) se desvía adicionalmente a través de un curso seleccionado de:
un primer curso provisto de tuberías de recirculación (13) que conectan la cabina común (20) con los depósitos principales (1, 2) y recirculan el agua tratada a los depósitos principales (1, 2),
un segundo curso que comprende:
una estación de tratamiento de aguas residuales (15),
una tubería de drenaje (14) que conduce el agua tratada a dicha estación de tratamiento de aguas residuales (15), y
una tubería terminal (16) conectada a la estación de tratamiento de aguas residuales (15) que drena el agua tratada en dicha estación de tratamiento de aguas residuales (15) en un flujo de agua (17).
3. Sistema para la purificación del agua contaminada, de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por que comprende adicionalmente:
un depósito inicial (11) pensado para recibir previamente el agua contaminada, tratar el agua contaminada ajustando el pH y eliminando los sólidos en suspensión, antes de verter el agua contaminada a los depósitos principales (1,2), teniendo dicho depósito (11) una parte inferior en donde se acumula el lodo,
una tubería inicial (12) que conecta el depósito inicial (11) con uno de los depósitos principales (1) a través del cual el agua contaminada contenida en dicho depósito inicial (11) se descarga en dicho depósito principal (1), dispositivos de succión y de purga (8, 8') que conectan dicho depósito inicial (11) y la cavidad (9) que extrae lodo acumulado en la parte inferior del depósito inicial (11) y lo dirige hacia la cavidad (9).
4. Sistema para la purificación del agua contaminada, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por comprender al menos dos depósitos principales (1 - 2) conectados en serie entre sí a través de tuberías intermedias (3) de acuerdo con un circuito seleccionado de un circuito abierto y un circuito cerrado.
5. Sistema para la purificación del agua contaminada, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por comprender adicionalmente una segunda canalización perimetral (28) en ambos depósitos principales (1, 2) anexionada a la cavidad (9), que está pensada para procesos de purificación adicionales del agua contaminada que viene de dicha cavidad (9).
6. Sistema para la purificación del agua contaminada, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por comprender adicionalmente:
un dispositivo de filtración (23) a través del cual se filtra al menos una parte del caudal de agua contaminada durante su transferencia entre los depósitos principales superior e inferior (1, 2),
una conexión de derivación (24) a través de la cual el elemento de filtración (23) se conecta a la tubería intermedia (3) e integra una válvula de apertura y cierre (25).
7. Sistema para la purificación del agua contaminada, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que comprende adicionalmente:
un dispositivo de filtración (23) a través del cual se filtra al menos una parte del caudal de agua contaminada, una tubería adicional (27), independiente de la tubería intermedia (3), que conecta dicho dispositivo de filtración (23) con al menos el depósito superior (2).
8. Sistema para purificar agua contaminada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 o 7 caracterizado por que el elemento de filtración es un dispositivo de ósmosis inversa (26).
9. Sistema para purificar agua contaminada de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por que comprende adicionalmente:
un canal de derivación adicional superior (29) conectado a la tubería intermedia (3) en proximidad al depósito superior (2) que está provisto en su extremo libre de una boca de salida no sumergida a través de la cual vierte el agua sobre el depósito superior,
válvulas de apertura y cierre (30) que interconectan la tubería intermedia (3) con el canal de derivación superior (29).
10. Sistema para purificar agua contaminada de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por que comprende adicionalmente:
un canal de derivación adicional inferior (32) conectado a la tubería intermedia (3) en proximidad al depósito inferior (1) que está provisto en su extremo libre de una boca de salida no sumergida a través de la cual vierte el agua sobre el depósito inferior (1),
una turbina de impulso (31) integrada en dicho canal de derivación adicional (32),
válvulas de apertura y cierre (33) que interconectan la tubería intermedia (3) con el canal de derivación inferior (32).
11. Método de purificación de agua contaminada que usa el sistema descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1­ 10 caracterizado por que comprende las siguientes etapas:
transferir agua contaminada a purificar de manera sucesiva y alternativa, entre al menos un depósito principal inferior (1) dispuesto a un nivel inferior y al menos un depósito principal superior (2) dispuesto a un nivel superior con respecto al depósito principal inferior (1) en donde dicha transferencia se realiza a través de al menos una tubería intermedia (3) en ambas direcciones: aguas arriba a través de bombeo y aguas abajo mediante gravedad, en donde el agua contaminada transferida aguas abajo pasa a través de una turbina (5) provocando la rotación de la misma, lo que genera energía,
que se acumula a una concentración de agua con contaminantes mediante precipitación y decantación en la parte inferior de los depósitos principales (1, 2),
extraer agua con contaminantes de la parte inferior de los depósitos principales (1, 2) y desviarlos hacia al menos una cavidad (9),
proceso de purificación adicional del agua y contaminantes en la cavidad (9) para separar los contaminantes.
12. Método de purificación del agua contaminada de acuerdo con la reivindicación 11 caracterizado por que antes de la etapa de transferir el agua contaminada entre los depósitos principales (1, 2), el agua contaminada se trata en un depósito inicial (11) en donde el pH del agua es adecuado y se eliminan de manera parcial los sólidos en suspensión y otros contaminantes.
13. Método de purificación de agua contaminada de acuerdo con la reivindicación 11 caracterizado por que comprende adicionalmente la etapa de desviar al menos parte del agua tratada en las cavidades (9), desde las cavidades (9) hacia una estación de purificación adicional (15) y desde ahí a un flujo de agua (17).
14. Método de purificación de agua contaminada de acuerdo con la reivindicación 11 caracterizado por que durante la etapa de transferir agua contaminada, al menos parte del caudal de agua se somete a un proceso de filtración seleccionado de:
microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa.
15. Método de purificación de agua contaminada de acuerdo con la reivindicación 11 caracterizado por que el proceso de purificación adicional comprende técnicas de purificación seleccionadas de cloración, ozonación, rayos UVA, adición de caliza, nitrificación/desnitrificación y un proceso biológico capaz de al menos reducir el fósforo y los sulfatos.
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