ES2864704T3 - Procedimiento de tratamiento de fluido acuoso por contacto con un lecho fluidizado de carbón activo - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de tratamiento en flujo ascendente de un fluido acuoso por adsorción sobre carbón activo en polvo dentro de un lecho fluidizado de carbón activo, comprendiendo dicho procedimiento las etapas siguientes: a) puesta en contacto del fluido acuoso a tratar con un agente de coagulación, un agente de floculación y carbón activo fresco en polvo, siendo dicho fluido acuoso a tratar seleccionado de entre las aguas residuales urbanas o terciarias, las aguas de superficie, y las aguas subterráneas; b) inyección del fluido acuoso obtenido al final de la etapa a) que comprende un agente de coagulación, un agente de floculación y carbón activo fresco en polvo, en la parte inferior de un lecho fluidizado de carbón activo en polvo cuya concentración media en carbón activo varía de 2 a 10 g/l, de manera que el fluido acuoso obtenido en la etapa (a) se ponga en contacto con las partículas de carbón activo en polvo; c) separación gravitacional del fluido acuoso descontaminado de las partículas de carbón activo en polvo en la parte superior del lecho fluidizado para obtener un fluido acuoso descontaminado y decantado que tiene una turbidez residual mantenida a unas concentraciones inferiores a 2 NFU; d) recogida del fluido acuoso descontaminado y decantado; e) extracción del carbón activo usado, siendo dichas etapas b), c) y d) realizadas dentro de un reactor de tratamiento con lecho fluidizado de carbón activo en polvo que funciona en flujo ascendente, estando dicho reactor desprovisto de una zona acondicionada que comprende un relleno constituido por un lecho de grava coronado por un lecho de arena en la base del reactor.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de tratamiento de fluido acuoso por contacto con un lecho fluidizado de carbón activo
Campo de la invención
La presente invención se refiere al campo del tratamiento de los fluidos acuosos. Más particularmente, la presente invención se refiere a un procedimiento y a una instalación de tratamiento de fluidos acuosos, en particular de las aguas que se han de potabilizar y de las aguas residuales, que prevé eliminar los microcontaminantes orgánicos y las materias orgánicas naturales de los fluidos acuosos.
Estado de la técnica
El carbón activo, en forma granular (CAG) o en forma de polvo (CAP), se emplea comúnmente para tratar las aguas que se han de potabilizar o las aguas residuales urbanas o terciarias. El carbón activo permite la eliminación de numerosos microcontaminantes orgánicos y de numerosas materias orgánicas naturales por absorción.
Se han realizado diversos procedimientos de tratamiento de aguas sin tratar mediante carbón activo en polvo. Por ejemplo, se ha propuesto inyectar carbón activo en polvo en el agua a tratar aguas arriba de un sistema de filtración. Se ha propuesto asimismo emplear carbón activo en polvo en forma de lecho en unos reactores específicos, con o sin adición de agentes de coagulación y de floculación, en los que se realizan las operaciones de contacto con el carbón activo y de separación de las aguas tratadas del carbón activo en unas estructuras separadas. Se ha propuesto asimismo tratar aguas sin tratar, previamente puestas en contacto con unos agentes de coagulación y de floculación, dentro de lechos fluidizados de carbón activo en polvo. Dichos tratamientos se realizan dentro de reactores que funcionan en flujo ascendente, tales como se describen en la solicitud internacional WO2010/142746. Estos reactores están equipados con medios de inyección de carbón activo en polvo fresco, con agentes de coagulación y de floculación dispuestos en coordinación con el circuito de alimentación de aguas sin tratar con el fin de definir en el reactor tres zonas distintas de funcionamiento. Una primera zona, dispuesta en la base del reactor, asegura la admisión y la distribución homogénea de las aguas sin tratar en las que se han inyectado previamente los agentes de coagulación y de floculación. Esta primera zona, denominada zona habilitada, comprende generalmente un relleno constituido por un lecho de grava coronado por un lecho de arena. Una segunda zona, constituida por un lecho fluidizado de carbón activo en polvo, corona la primera zona. La segunda zona asegura la descontaminación de las aguas sin tratar por adsorción. Por último, una tercera zona, dispuesta en la parte alta del reactor, asegura la separación y la recuperación de las aguas descontaminadas. Dichos reactores permiten descontaminar de manera eficaz los fluidos acuosos y permiten reducir significativamente el impacto en el suelo de las instalaciones de tratamiento, ya que las etapas de coagulación, floculación, adsorción sobre carbón activo en polvo y separación se realizan en un único reactor.
Sin embargo, en aras de reducir los costes asociados al tratamiento de las aguas, existe la necesidad de poner a punto un procedimiento que permita tratar eficazmente los fluidos acuosos reduciendo al mismo tiempo los consumos de agentes de floculación y coagulación. Existe asimismo la necesidad de poner a punto un dispositivo de tratamiento y una instalación de tratamiento que permitan tratar eficazmente los fluidos acuosos reduciendo al mismo tiempo los consumos de agentes de floculación y coagulación manteniendo al mismo tiempo un impacto reducido en el suelo.
Resumen de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento de tratamiento en flujo ascendente de un fluido acuoso por adsorción sobre carbón activo en polvo dentro de un lecho fluidizado de carbón activo según la reivindicación 1.
La presente invención se refiere asimismo a una instalación de tratamiento (1') de un fluido acuoso por adsorción sobre carbón activo en polvo según la reivindicación 11.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 representa un ejemplo de reactor de tratamiento con lecho fluidizado de carbón activo en polvo que funciona en flujo ascendente según la presente invención.
La figura 2 representa un ejemplo de instalación de tratamiento de un fluido acuoso por adsorción sobre carbón activo en polvo de la presente invención.
La figura 3 representa los resultados de explotación de un reactor según la presente invención.
Definiciones
La expresión "carbón activo fresco" designa, por oposición a la expresión "carbón activo usado", carbón activo que
todavía no ha sido puesto en contacto con microcontaminantes orgánicos o materias orgánicas naturales.
La expresión "carbón activo en polvo" designa unas partículas de carbón activo que presentan un diámetro medio inferior a 100 |jm.
La expresión "fluido acuoso a tratar" designa un fluido acuoso al que se desea liberar de los microcontaminantes orgánicos y/o de las materias orgánicas naturales.
La expresión "fluido acuoso descontaminado" designa el estado de un fluido acuoso después de la puesta en contacto con un lecho fluidizado de carbón activo en polvo.
La expresión "fluido acuoso descontaminado y decantado" designa el estado de un fluido acuoso después del tratamiento según la presente invención.
Exposición de la invención
De manera sorprendente, los inventores han descubierto que los consumos de agentes de coagulación y de floculación podían reducirse significativamente, en los procedimientos e instalaciones de tratamiento de los fluidos acuosos por adsorción sobre carbón activo en polvo, mediante la puesta en contacto previa del fluido a tratar con unos agentes de coagulación, de floculación y carbón activo fresco. Los inventores han puesto así en evidencia que la inyección de agentes de coagulación, de floculación y de carbón activo fresco en polvo en el fluido a tratar, antes del tratamiento, permite reducir, en un factor que puede alcanzar 10, los consumos en peso de agentes de coagulación y de agentes de floculación manteniendo al mismo tiempo las prestaciones descontaminantes del procedimiento.
Así, la presente invención se refiere a un procedimiento de tratamiento en flujo ascendente de fluidos acuosos por adsorción sobre carbón activo en polvo dentro de un lecho fluidizado de carbón activo en polvo que comprende las etapas de:
a) puesta en contacto del fluido acuoso a tratar con un agente de coagulación, un agente de floculación y carbón activo fresco en polvo;
b) inyección del fluido acuoso obtenido al final de la etapa a) en la parte inferior de un lecho fluidizado de carbón activo en polvo cuya concentración media de carbón activo varía de 2 a 10 g/l, de manera que el fluido acuoso obtenido en la etapa (a) se ponga en contacto con las partículas de carbón activo en polvo; c) separación gravitacional del fluido acuoso descontaminado de las partículas de carbón activo en polvo en la parte superior del lecho fluidizado para obtener un fluido acuoso descontaminado y decantado; d) recogida del fluido acuoso descontaminado y decantado;
e) extracción del carbón activo usado.
La inyección del fluido acuoso obtenido en la etapa a) en la parte inferior de un lecho fluidizado de carbón activo en polvo permite asegurar la expansión del carbón activo en polvo dentro del lecho permitiendo al mismo tiempo la separación gravitacional del fluido acuoso descontaminado y del carbón activo en polvo en la parte superior del lecho. El lecho fluidizado de carbón activo en polvo comprende así un gradiente decreciente de carbón activo en polvo, comprendiendo la parte inferior del lecho una concentración en carbón activo superior la de la parte superior del lecho. La extracción de carbón activo usado se puede realizar en continuo o de manera puntual.
Típicamente, las etapas b), c) y d) del procedimiento de la presente invención se realizan dentro de una única estructura, tal como un reactor de tratamiento con lecho fluidizado de carbón activo en polvo que funciona en flujo ascendente.
El procedimiento de la presente invención permite descontaminar eficazmente los fluidos. Se obtienen unas prestaciones equivalentes, incluso superiores, a las de los procedimientos de la técnica anterior.
La presente invención se refiere asimismo a un reactor de tratamiento con lecho fluidizado de carbón activo en polvo que funciona en flujo ascendente adaptado para la realización del procedimiento de la presente invención. Dicho reactor se representa en la figura 1.
El reactor de tratamiento (1) comprende:
- una zona de reacción (A) constituida por un lecho fluidizado de carbón activo en polvo (2) que se extiende desde la base (3) del reactor, comprendiendo dicha zona de reacción:
o una rampa de distribución (4) situada en la base del reactor que permite inyectar en el reactor un fluido acuoso que comprende el fluido acuoso a tratar, carbón activo fresco en polvo, un agente de coagulación y un agente de floculación;
o un circuito de extracción (5) del carbón activo en polvo usado;
- una zona de separación (B) que corona la zona de reacción (A) que permite la separación gravitacional del fluido acuoso descontaminado del carbón activo en polvo.
A diferencia de los reactores de tratamiento con lecho fluidizado de carbón activo en polvo que funcionan en flujo ascendente descritos en la solicitud internacional WO2010/142746, el reactor de la presente invención está desprovisto de una zona dispuesta en la base del reactor. En el reactor de la presente invención, la inyección del carbón activo en polvo, del fluido acuoso a tratar, de los agentes de coagulación y de floculación por una misma rampa de distribución permite definir dos zonas en el reactor: una zona de reacción (A) y una zona de separación (B).
Como se detalla más ampliamente a continuación, la rampa de distribución realiza varias funciones dentro del reactor. Su disposición dentro del reactor permite:
- una distribución homogénea del fluido acuoso a tratar dentro del reactor;
- una distribución homogénea de los agentes de coagulación y floculación;
- una distribución homogénea del carbón activo fresco en polvo;
- una prevención de los fenómenos de compactación;
- el mantenimiento del estado fluidizado del lecho de carbón activo en polvo;
- obtener unas velocidades de ascensión que varían de 2 a 12 m3/m2/h.
Ventajosamente, no se forma ninguna zona muerta (zona en la que ya no circula el agua) en el reactor de la presente invención.
La presente invención se refiere asimismo a una instalación de tratamiento de un fluido acuoso por adsorción sobre carbón activo en polvo. El procedimiento de la presente invención se puede realizar muy particularmente en dicha instalación. Esta instalación se representa en la figura 2.
La instalación de tratamiento (1') de la presente invención comprende:
- una canalización de transporte (7) del fluido acuoso a tratar;
- un dispositivo de inyección (8) de una mezcla que comprende un agente de coagulación y carbón activo fresco en polvo en la canalización de transporte del fluido acuoso a tratar;
- un dispositivo de inyección (9) de un agente de floculación en el fluido acuoso a tratar;
- un reactor de tratamiento con lecho fluidizado de carbón activo en polvo que funciona en flujo ascendente (1), comprendiendo el reactor:
o una zona de reacción (A) constituida por un lecho fluidizado de carbón activo en polvo (2) que se extiende desde la base (3) del reactor, comprendiendo dicha zona de reacción:
■ una rampa de distribución (4) del fluido acuoso a tratar situada en la base (3) del reactor y conectada a la canalización (7) de transporte del fluido acuoso a tratar;
■ un circuito de extracción (5) del carbón activo usado;
o una zona de separación (B) que corona la zona de reacción (A) que permite la separación gravitacional del fluido acuoso descontaminado del carbón activo en polvo.
El reactor y la instalación de tratamiento de la presente invención permiten tratar eficazmente los fluidos acuosos reduciendo al mismo tiempo los consumos de agentes de floculación y de coagulación y manteniendo un impacto reducido en el suelo.
Por otro lado, el reactor y la instalación de tratamiento de la presente invención presentan la ventaja de ser fáciles de mantener. Su limpieza no necesita largos periodos de inmovilización.
Se describen a continuación unos aspectos detallados del procedimiento, del reactor y de la instalación de tratamiento de la presente invención.
La instalación de tratamiento (1') de la presente invención comprende un dispositivo de inyección (8), presente aguas arriba del reactor de tratamiento, que permite inyectar una mezcla que comprende un agente de coagulación y carbón activo fresco en polvo en la canalización que transporta el fluido acuoso a tratar hacia el reactor. La mezcla que comprende el agente de coagulación y el carbón activo fresco en polvo puede estar en forma de una suspensión acuosa.
La instalación de tratamiento comprende asimismo un dispositivo de inyección (9) que permite la inyección de un agente de floculación en el fluido acuoso a tratar. El dispositivo de inyección (9) puede permitir inyectar el agente de floculación en la canalización de transporte del fluido acuoso a tratar, o permitir inyectar el agente de floculación en la mezcla que comprende el agente de coagulación y el carbón activo fresco en polvo. Cuando el dispositivo de inyección (9) permite inyectar el agente de floculación directamente en la canalización de transporte del fluido acuoso a tratar, el dispositivo puede estar colocado aguas arriba o aguas abajo del dispositivo de inyección de la mezcla que comprende el agente de coagulación y el carbón activo fresco en polvo. El dispositivo de inyección (9) se coloca preferentemente aguas abajo del dispositivo de inyección (8) de la mezcla que comprende el agente de coagulación y el carbón activo fresco en polvo (figura 2).
Así, en el procedimiento de la presente invención, la puesta en contacto del fluido acuoso a tratar con un agente de coagulación, un agente de floculación y carbón activo fresco en polvo (etapa a)) se puede realizar por inyección de una mezcla que comprende el agente de coagulación y el carbón activo fresco en polvo en el fluido acuoso a tratar, estando esta inyección seguida o precedida de una inyección del agente de floculación en el fluido acuoso a tratar. De manera alternativa, la etapa a) se puede realizar por inyección del agente de floculación en una mezcla que comprende el agente de coagulación y el carbón activo fresco en polvo, seguida de una inyección de la mezcla obtenida en el fluido acuoso a tratar.
Al estar los dos dispositivos de inyección presentes aguas arriba del reactor, el fluido acuoso que penetra en el reactor de tratamiento (1) por la rampa de distribución (4) comprende el fluido acuoso a tratar, carbón activo fresco en polvo, un agente de coagulación y un agente de floculación.
El agente de coagulación se puede seleccionar de entre los agentes de coagulación a base de hierro, de aluminio, o sus mezclas, tales como el cloruro férrico, el sulfato férrico o el sulfato de aluminio. Unos ejemplos de agentes de coagulación comerciales incluyen los productos WAC, WAC HB y Aqualenc.
La cantidad de agente de coagulación empleada en los procedimientos, reactores e instalaciones de la presente invención se ajusta en función de la cantidad de carbón activo fresco en polvo inyectado en el fluido acuoso a tratar.
Ventajosamente, la cantidad de agente de coagulación a base de hierro empleada es tal que el peso de hierro representa del 0.5% al 1.5% del peso de carbón activo fresco en polvo inyectado en el fluido acuoso a tratar. Así, se inyectan en el fluido acuoso a tratar de 5 a 15 mg de hierro por gramo de carbón activo fresco en polvo. Como referencia, en los reactores descritos en la solicitud internacional WO2010/142746, se inyectan de 54 a 140 mg de hierro por gramo de carbón activo fresco de polvo en el fluido acuoso a tratar.
Ventajosamente, la cantidad de agente de coagulación a base de aluminio empleada en los procedimientos, reactores e instalaciones de la presente invención es tal que el peso de aluminio representa del 0.15% al 0.45% del peso de carbón activo fresco en polvo inyectado en el fluido acuoso a tratar. Así, se inyectan de 1,5 a 4,5 mg de aluminio por gramo de carbón activo fresco en polvo en el fluido acuoso a tratar. Como referencia, en los reactores descritos en la solicitud internacional WO2010/142746, se inyectan de 17 a 44 mg de aluminio por gramo de carbón activo fresco en polvo en el fluido acuoso a tratar.
El agente de floculación se puede seleccionar de entre los agentes de floculación acrílicos, tales como las poliacrilamidas aniónicas y no iónicas.
La cantidad de agente de floculación empleada se selecciona de manera que se mantenga una altura de lecho fluidizado de carbón activo estable en el tiempo y de manera que se asegure una buena separación de las partículas de carbón activo en polvo del fluido acuoso descontaminado. Ventajosamente, la concentración de agente de floculación puede variar de 0,04 a 0,08 g/m3. Como referencia, en los reactores descritos en la solicitud internacional WO2010/142746, se inyectan de 0.1 a 0.5 g/m3 de agente de floculación en el fluido acuoso a tratar.
En la instalación de tratamiento de la presente invención, la canalización de transporte (7) está unida al reactor de tratamiento (1). Muy particularmente, la canalización de transporte está conectada a una rampa de distribución (4) por la cual penetra en el reactor de tratamiento el fluido acuoso que comprende el fluido acuoso a tratar, el carbón activo fresco en polvo y los agentes de coagulación y de floculación.
La rampa de distribución está situada en la base (3) del reactor, en la zona denominada "zona de reacción" (A). La rampa de distribución se selecciona típicamente y está dispuesta de manera que el fluido acuoso se distribuya de manera homogénea en la base del reactor. Muy particularmente, se puede obtener una buena distribución del
fluido acuoso cuando la rampa de distribución es un distribuidor en el que están dispuestos unos juegos de ramificaciones equidistantes y perforadas por orificios a intervalos idénticos, dirigidos preferentemente hacia el fondo al tresbolillo alternado.
La zona de reacción (A) en la que está situada la rampa de distribución (4) se extiende a partir de la base del reactor (3). Está constituida por un lecho de carbón activo en polvo fluidizado (2) cuya concentración en carbón activo varía de 2 a 10 g/l, más particularmente de 3 a 7 g/l. La concentración media en carbón activo dentro del lecho fluidizado de carbón activo en polvo varía principalmente en función de los contenidos en constituyentes particulados del fluido acuoso a tratar, de las dosis de adsorbente y de la velocidad ascensional en el reactor. Típicamente, la altura de zona de reacción varía de 1.5 a 4 m, más particularmente de 2 a 3 m. La expresión "velocidad ascensional" designa la relación entre el caudal del fluido acuoso inyectado en el reactor y la superficie del suelo del reactor. La velocidad ascensional varía generalmente de 2 a 12 m3/m2/h, más particularmente de 6 a 10 m3/m2/h. La velocidad ascensional se puede seleccionar en función de la naturaleza de los fluidos acuosos a tratar y de las necesidades de depuración con el fin de permitir unos tiempos de contacto suficientes en la zona de reacción para descontaminar los fluidos acuosos. Así, para unos tratamientos de refinación de agua superficial que se ha sometido previamente a un tratamiento de clarificación, los tiempos de contacto pueden variar de 10 a 30 minutos para eliminar unos microcontaminantes orgánicos, tales como pesticidas, o materias orgánicas naturales refractarias en los pretratamientos iniciales. En otras aplicaciones, los tiempos de contacto podrán ir más allá de los 30 a 60 minutos con el fin de responder a altas cargas orgánicas a eliminar y/o adaptarse a niveles de contaminación elevados en microcontaminantes orgánicos.
La inyección del fluido acuoso en la zona de reacción dentro incluso del lecho fluidizado de carbón activo en polvo contribuye al mantenimiento de la expansión del carbón activo en polvo. El flujo que entra asegura un mezclado hidráulico en el reactor. Por tanto, no es necesario disponer de un sistema de agitación mecánica para homogeneizar el lecho de carbón activo fluidizado. Sin embargo, si se desea, se puede emplear dicho sistema.
Se debe observar asimismo que la turbulencia creada dentro del lecho de carbón activo por el contacto directo del carbón activo con el fluido acuoso cerca de la rampa de distribución reduce los fenómenos de compactación. El reactor puede así ser aislado sin recirculación de agua o con caudales muy bajos sin generar ningún problema de resuspensión del lecho al volver a ponerlo en producción. Sin embargo, de manera opcional, el reactor puede comprender un circuito de recirculación de los fluidos tratados que desemboca aguas arriba de la rampa de distribución para asegurar una función de mantenimiento del lecho fluidizado durante las fases de parada del reactor.
El carbón activo en polvo está constituido por partículas cuyo diámetro medio es inferior a 100 pm. El diámetro medio de las partículas varía típicamente de 1 a 99 pm, tal como de 3 a 80 pm o de 5 a 45 pm, o 15 a 45 pm. El tamaño de las partículas se puede determinar por granulometría láser. El uso de carbón activo en polvo permite unos beneficios de depuración con respecto a otras tecnologías que utilizan carbón activo en grano (partículas que tienen un diámetro medio > 100 pm). La disminución de los tamaños de partícula de adsorbente en polvo permite aumentar las capacidades de adsorción y reducir así los consumos de carbón activo. El carbón activo en polvo presenta generalmente una densidad aparente que varía de 0,30 a 0,60 kg/l.
En el reactor de tratamiento, el lecho fluidizado de carbón activo se renueva preferentemente en continuo. La renovación en continuo del lecho permite evitar la saturación progresiva de microcontaminantes. La renovación se garantiza mediante la adición de carbón activo fresco en polvo y la extracción de carbón activo fluidizado usado en cantidad equivalente. Así, el procedimiento de la presente invención puede comprender una etapa de extracción de carbón activo usado en una cantidad igual a la cantidad de carbón activo fresco en polvo inyectada en la parte inferior del lecho fluidizado de carbón activo en polvo. Sin embargo, en unos modos de realización alternativos, la extracción de carbón activo usado se puede realizar de manera puntual.
Como se ha indicado previamente, la introducción de carbón activo fresco en el reactor se realiza por la rampa de distribución (4) situada en la base (3) del reactor en la zona de reacción (A). Al estar seleccionada y dispuesta típicamente la rampa de distribución de manera que distribuya el fluido acuoso de manera homogénea en el reactor, se obtiene ventajosamente una distribución homogénea del carbón activo fresco.
El fluido acuoso que penetra en el reactor comprende una concentración en carbón activo fresco apta para renovar en continuo el lecho de carbón fluidizado. La concentración en carbón activo en el fluido acuoso que penetra en el reactor puede variar de 3 a 10 mg/l. Más particularmente, la concentración en carbón activo es de por lo menos 5 mg/l cuando el tratamiento prevé eliminar materias orgánicas naturales. Es de por lo menos 3 mg/l cuando el tratamiento prevé eliminar microcontaminantes orgánicos. Las concentraciones en carbón activo fresco pueden aumentar en el marco de un tratamiento específico y podrán llevarse hasta varias decenas o centenares de miligramos por litro según las cargas contaminantes y la naturaleza de las moléculas orgánicas a eliminar.
La extracción de carbón activo fluidizado se realiza mediante un circuito de extracción de carbón activo en polvo usado (5), dispuesto preferentemente en la parte inferior de la zona de reacción del reactor. La extracción del carbón activo se puede realizar por bombeo o por trasiego gravitacional mediante una canalización de extracción
(5) que desemboca dentro del lecho de carbón. La extracción del carbón activo se puede realizar asimismo mediante un concentrador que recoge los flóculos de carbón activo en polvo desde un rebosadero (10) en la parte superior de la zona de reacción (A). Los dos sistemas de extracción de carbón activo en polvo se pueden combinar.
La zona de reacción está coronada por una zona de separación (B) en la que se realiza la separación del fluido acuoso descontaminado de las partículas de carbón activo en polvo. La altura de la zona de separación es generalmente de por lo menos 1,5 m.
En la zona de separación, la turbidez residual del fluido acuoso descontaminado se mantiene a unas concentraciones inferiores a 2 NFU, preferentemente inferiores a 1 NFU, en la parte alta del reactor.
Los fluidos acuosos descontaminados y decantados se pueden recuperar por el rebosadero en la parte alta del reactor (figura 1) dentro de un dispositivo de recuperación (6). De manera alternativa, unas canales de recogida (11) pueden estar dispuestas en la parte alta del reactor para recuperar los fluidos tratados y decantados (figura 2).
Como se representa en la figura 2, el reactor de tratamiento puede estar equipado con un circuito de aire de descompactación (12) conectado a la rampa de distribución (4). Tiene como función descompactar el lecho de carbón activo en polvo cuando el reactor permanece parado durante largos periodos sin recirculación de agua tratada. Sin embargo, dicho sistema no es indispensable.
El reactor de tratamiento puede estar equipado con un dispositivo de recogida de lodos (10) dispuesto en la parte alta del reactor con el fin de asegurar un trasiego de los lodos de carbón activo en polvo en caso necesario, por ejemplo si la altura del lecho aumenta más allá de un valor límite fijado por el usuario o para otras necesidades del campo de la explotación del procedimiento.
Las dimensiones del reactor de tratamiento pueden variar, muy particularmente en función del nivel de descontaminación buscado. Típicamente, las dimensiones del reactor se seleccionan para permitir asegurar una velocidad ascensional del fluido que varía de 2 a 12 m3/m2/h, preferentemente de 6 a 10 m3/m2/h. Generalmente, el reactor de tratamiento presenta una altura útil (altura (A)+(B)) comprendida entre 3,9 y 4,5 m. El reactor de tratamiento puede presentarse en forma de cilindro o presentar una sección transversal poligonal, preferentemente cuadrada.
La instalación de tratamiento de la presente invención puede comprender uno o varios reactores de tratamiento. Por ejemplo, una instalación de tratamiento puede comprender dos reactores dentro de los cuales se realizan las etapas de tratamiento y de separación. El primer reactor puede representar un reactor de desbaste en el que se elimina la mayor parte de la contaminación orgánica. El segundo reactor puede constituir un reactor complementario de refinado que permite eliminar los contaminantes restantes.
La realización del procedimiento de la presente invención permite obtener una calidad de agua tratada equivalente, incluso superior, a la obtenida mediante otros procedimientos, muy particularmente en lo que se refiere a la turbidez y las tasas de materia en suspensión.
El procedimiento, el reactor y la instalación de tratamiento de la presente invención permiten tratar una variedad de fluidos acuosos, tales como aguas residuales urbanas o terciarias, aguas de superficie, aguas subterráneas.
La instalación de tratamiento de la presente invención se puede insertar en las redes tradicionales de tratamiento de aguas. Para las aguas de superficie, la instalación se dispone generalmente aguas abajo de una instalación de clarificación. Para las aguas subterráneas, podrá estar dispuesta como tratamiento directo de aguas sin tratar.
El tratamiento por contacto sobre lecho fluidizado en el reactor puede ir seguido de una filtración de las aguas tratadas. La filtración se puede realizar sobre medios granulares, por ejemplo una filtración sobre arena, o sobre sistema membranario, por ejemplo sobre una membrana de ultrafiltración.
Ejemplos
Se presenta un ejemplo particular de dimensionamiento hidráulico de la instalación de tratamiento según la invención destilado a tratar aguas industriales previamente clarificadas. Las condiciones particulares mencionadas a continuación han conducido a unos resultados perfectamente satisfactorios en la práctica.
Caudal nominal: 24 m3/h
Número de reactor: 1
Velocidad ascensional: 8 m3/m2.h
Sección: cuadrada
Carbón activo en polvo (CAP): carbón a base de hulla 15-35 pm
Dosis de carbón activo en polvo: 5 a 20 mg/l
Características del reactor:
Altura: 4.9 m
Longitud: 5 m
Anchura: 5 m
Sección: cuadrada
Altura del lecho fluidizado de carbón activo en polvo al caudal nominal: entre 2 y 3 m
Modo de extracción del carbón activo usado: gravitacional
Nivel de extracción de carbón activo usado: 50 cm de la base del reactor
Reactivos:
Constitución del lecho de CAP y tiempo de contacto hidráulico:
Purga de lodos de CAP usado:
|_________________ Volumen extraído/producción_________________ |___________ cercano al 0,2%___________ |
Los resultados de explotación de la instalación de la presente invención sobre el tratamiento de un agua clarificada que presenta una turbidez inicial comprendida entre 1 y 3 NFU (Nephelometric Formazine Unit) a 20-21°C se representan en la figura 3.
La turbidez residual obtenida después del tratamiento es inferior a 1 NFU.
Claims (15)
1. Procedimiento de tratamiento en flujo ascendente de un fluido acuoso por adsorción sobre carbón activo en polvo dentro de un lecho fluidizado de carbón activo, comprendiendo dicho procedimiento las etapas siguientes: a) puesta en contacto del fluido acuoso a tratar con un agente de coagulación, un agente de floculación y carbón activo fresco en polvo, siendo dicho fluido acuoso a tratar seleccionado de entre las aguas residuales urbanas o terciarias, las aguas de superficie, y las aguas subterráneas;
b) inyección del fluido acuoso obtenido al final de la etapa a) que comprende un agente de coagulación, un agente de floculación y carbón activo fresco en polvo, en la parte inferior de un lecho fluidizado de carbón activo en polvo cuya concentración media en carbón activo varía de 2 a 10 g/l, de manera que el fluido acuoso obtenido en la etapa (a) se ponga en contacto con las partículas de carbón activo en polvo; c) separación gravitacional del fluido acuoso descontaminado de las partículas de carbón activo en polvo en la parte superior del lecho fluidizado para obtener un fluido acuoso descontaminado y decantado que tiene una turbidez residual mantenida a unas concentraciones inferiores a 2 NFU;
d) recogida del fluido acuoso descontaminado y decantado;
e) extracción del carbón activo usado,
siendo dichas etapas b), c) y d) realizadas dentro de un reactor de tratamiento con lecho fluidizado de carbón activo en polvo que funciona en flujo ascendente, estando dicho reactor desprovisto de una zona acondicionada que comprende un relleno constituido por un lecho de grava coronado por un lecho de arena en la base del reactor.
2. Procedimiento de tratamiento según la reivindicación 1, en el que el agente de coagulación se selecciona de entre los agentes de coagulación a base de hierro, de aluminio, o sus mezclas.
3. Procedimiento de tratamiento según la reivindicación 1 o 2, en el que el agente de coagulación es un agente a base de hierro, estando dicho agente presente en una cantidad tal que el peso de hierro representa del 0.5% al 1.5% del peso de carbón activo fresco en polvo en el fluido acuoso a tratar.
4. Procedimiento de tratamiento según la reivindicación 1 o 2, en el que el agente de coagulación es un agente a base de aluminio, estando dicho agente presente en una cantidad tal que el peso de aluminio representa del 0.15% al 0.45% del peso de carbón activo fresco en polvo en el fluido acuoso a tratar.
5. Procedimiento de tratamiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la concentración en agente de floculación varía de 0.04 a 0.08 g/m3.
6. Procedimiento de tratamiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el carbón activo usado se extrae en una cantidad igual a la cantidad de carbón activo fresco en polvo inyectada en la parte inferior del lecho fluidizado de carbón activo en polvo.
7. Reactor de tratamiento (1) con lecho fluidizado de carbón activo en polvo que funciona en flujo ascendente, que comprende:
- una zona de reacción (A) constituida por un lecho fluidizado de carbón activo en polvo (2) que se extiende desde la base (3) del reactor, comprendiendo dicha zona de reacción:
- una rampa de distribución (4) situada en la base del reactor que permite inyectar en el reactor un fluido acuoso que comprende el fluido acuoso a tratar, carbón activo fresco en polvo, un agente de coagulación y un agente de floculación;
- un circuito de extracción del carbón activo en polvo usado (5);
- una zona de separación (B) que corona la zona de reacción (A) que permite la separación gravitacional del fluido acuoso descontaminado del carbón activo en polvo,
estando dicho reactor desprovisto de una zona acondicionada que comprende un relleno constituido por un lecho de grava coronado por un lecho de arena en la base del reactor.
8. Reactor de tratamiento según la reivindicación 7, que comprende además un dispositivo de recuperación (6) del fluido acuoso descontaminado y decantado.
9. Reactor de tratamiento según la reivindicación 7 u 8, en el que la zona de separación (B) presenta una altura
de por lo menos 1.5 m.
10. Reactor de tratamiento según una de las reivindicaciones 7 a 9, en el que la velocidad ascensional varía de 2 a 12 m3/m2/h.
11. Instalación de tratamiento (1') de un fluido acuoso por adsorción sobre carbón activo en polvo que comprende: - una canalización de transporte del fluido acuoso a tratar (7);
- un dispositivo de inyección (8) de una mezcla que comprende un agente de coagulación y carbón activo fresco en polvo en la canalización de transporte del fluido acuoso a tratar;
- un dispositivo de inyección (9) de un agente de floculación en el fluido acuoso a tratar;
- un reactor de tratamiento con lecho fluidizado de carbón activo en polvo que funciona en flujo ascendente (1), comprendiendo el reactor:
- una zona de reacción (A) constituida por un lecho fluidizado de carbón activo en polvo (2) que se extiende desde la base (3) del reactor, comprendiendo dicha zona de reacción:
- una rampa de distribución (4) del fluido acuoso a tratar situada en la base (3) del reactor y conectada a la canalización de transporte (7) del fluido a tratar;
- un circuito de extracción (5) del carbón activo usado;
- una zona de separación (B) que corona la zona de reacción (A), que permite la separación gravitacional del fluido acuoso descontaminado del carbón activo en polvo,
estando dicho reactor desprovisto de una zona acondicionada que comprende un relleno constituido por un lecho de grava coronado por un lecho de arena en la base del reactor.
12. Instalación de tratamiento según la reivindicación 11, en la que el dispositivo de inyección (9) del agente de floculación está dispuesto aguas abajo del dispositivo de inyección (8) de dicha mezcla.
13. Instalación de tratamiento según la reivindicación 11, en la que el dispositivo de inyección (9) del agente de floculación permite la inyección del agente de floculación en dicha mezcla que comprende un agente de coagulación y carbón activo fresco en polvo.
14. Instalación de tratamiento según una de las reivindicaciones 11 a 13, en la que el reactor comprende en la parte alta unas canales de recogida para recuperar el fluido acuoso descontaminado y decantado.
15. Instalación de tratamiento según una de las reivindicaciones 11 a 14, en la que el reactor de tratamiento está equipado con un circuito de aire de descompactación (12) conectado a la rampa de distribución (4).
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