ES2898406T3 - Método y aparato de filtrado - Google Patents

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Abstract

Un aparato que comprende: un elemento de filtrado permeable al líquido (9) que tiene una primera y una segunda cara (10, 11), el elemento de filtrado permeable al líquido se sumerge al menos parcialmente en un líquido, el elemento de filtrado permeable al líquido se dispone para que circule a través del líquido de manera que: - en una primera posición, un área de la primera cara del elemento de filtrado se somete a líquido a presión, y la presión a través del elemento de filtrado es mayor que 0 y menor o igual a 5,9 kPa; y - en una segunda posición, el área no se somete a líquido a presión o se somete a líquido a una presión más baja, al menos una tobera (15) para dirigir al menos un chorro (16) a la segunda cara del elemento de filtrado a través del elemento de filtrado hacia la primera cara del elemento de filtrado para retirar y/o ayudar a eliminar los sólidos que se acumulan en la primera cara del elemento de filtrado; caracterizado porque el elemento de filtrado tiene un tamaño de los poros entre 2 y 40 μm; y el aparato comprende, además: el (los) alimentador(es) de gas (6) para introducir burbujas de gas (7) en el líquido.

Description

DESCRIPCIÓN
Método y aparato de filtrado
Campo
La presente invención se refiere al filtrado de un líquido, tal como las aguas residuales, para obtener un fluido filtrado y/o espesar el líquido o recuperar el contenido sólido.
La presente invención también se refiere a el aparato para filtrar un líquido, tal como las aguas residuales, para obtener un fluido filtrado y/o espesar el líquido o recuperar el contenido sólido.
Antecedentes
El filtrado de un líquido, particularmente una suspensión que contiene sólidos suspendidos puede usarse en varias aplicaciones diferentes, incluyendo los procesos de tratamiento de las aguas residuales municipales, industriales y agrícolas. En algunos casos, como en el tratamiento de las aguas residuales municipales, el filtrado puede usarse para obtener un líquido filtrado con un contenido de sólidos suspendidos más bajo. Sin embargo, en otros casos el filtrado puede usarse para espesar el líquido o para recuperar el contenido sólido (tales como fibras o restos).
Una forma de filtro es un filtro de disco giratorio. Pueden encontrarse ejemplos de filtros de discos giratorios en los documentos US 5,759,397 A, US 4,639,315 A y WO 91/12064 A1 (también se ha publicado como US 5296 143 A). Los filtros de discos también se describen en los documentos WO 2014/170533 A1 y EP 2514500 A1. Los filtros de discos giratorios pueden lograr altos flujos, pueden funcionar continuamente durante largos períodos de tiempo y, generalmente, tienden a ser resistentes a las obstrucciones. Sin embargo, los filtros de discos giratorios tienden a usar telas de filtro con el tamaño de los poros más grandes y, por lo tanto, sacrifican el grado de filtrado.
Otra forma de filtro es un biorreactor de membrana. Los biorreactores de membrana tienden a tener un tamaño de los poros efectivo mucho más pequeños. Un tamaño de los poros más pequeño ayuda a aumentar el grado de filtrado, esto se produce a expensas del flujo, (varias resoluciones de magnitud más bajas que los filtros de disco giratorio) y una tendencia a que la membrana se obstruya. Por tanto, los biorreactores de membrana tienden a usarse en aplicaciones especializadas de bajo flujo.
Resumen
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para filtrar un líquido como se especifica en la reivindicación 1.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método para filtrar un líquido como se especifica en la reivindicación 8.
Las características opcionales se especifican en las reivindicaciones dependientes.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se describirán ciertas modalidades de la presente invención, a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 es un diagrama esquemático de un aparato para filtrar un líquido;
La Figura 2 es una vista esquemática en perspectiva de una disposición del elemento de filtrado;
La Figura 3 es una vista esquemática en perspectiva de una disposición alternativa del elemento de filtrado;
La Figura 4 ilustra esquemáticamente un disco;
La Figura 5 ilustra esquemáticamente diferentes etapas durante el filtrado;
La Figura 6 ilustra esquemáticamente una suspensión, un sustrato y un filtrado cuando el sustrato se introduce en la suspensión;
La Figura 7 ilustra esquemáticamente una suspensión, un sustrato y un filtrado cuando el sustrato se retira de la suspensión;
La Figura 8 es un diagrama de bloques esquemático de un sistema informático para controlar el aparato de filtrado; La Figura 9 es una vista en perspectiva de una estructura para un filtro de disco giratorio;
La Figura 10 es una vista en perspectiva de un miembro longitudinal de la estructura que se combina con porciones cilíndricas internas de la misma estructura;
La Figura 11 es un detalle ampliado que se muestra en la Figura 10;
La Figura 12 es una vista en perspectiva de un componente modular que se ensambla con una porción cilíndrica interior de la estructura que se muestra en la Figura 9;
La Figura 13 es una vista en perspectiva despiezada de un componente modular de la estructura de acuerdo con la presente invención, junto con una porción cilíndrica interior;
La Figura 14 es una vista en perspectiva despiezada parcialmente de la estructura que se muestra en la Figura 12; La Figura 15 es una vista en perspectiva ensamblada de la estructura que se muestra en la Figura 14;
La Figura 16 es una vista en perspectiva de un filtro de vacío de espesamiento de disco giratorio en un recipiente de purificación;
La Figura 17 es una vista lateral esquemática, en sección parcial, de la estructura del filtro de disco giratorio y de su aparato de retrolavado;
La Figura 18 es un detalle ampliado circulado que se muestra en la Figura 17;
La Figura 19 es una vista en perspectiva del filtro de disco giratorio que se muestra en la Figura 17 con partes que se retiran para mayor claridad de la ilustración;
La Figura 20 es una vista en perspectiva del aparato de retrolavado que se muestra en la Figura 19 con partes que se retiran para mayor claridad de la ilustración;
La Figura 21 es una vista posterior izquierda del filtro de disco giratorio que se muestra en la Figura 19, que muestra el aparato de retrolavado en una primera posición;
La Figura 22 es una vista posterior izquierda del filtro de disco giratorio que se muestra en la Figura 19, que muestra el aparato de retrolavado en una segunda posición;
La Figura 23 es una vista posterior izquierda del filtro de disco giratorio;
La Figura 24 es una vista posterior izquierda del filtro de disco giratorio que se muestra en la Figura 19, que muestra un aparato de lavado de discos;
La Figura 25 es una vista en perspectiva que muestra los tubos rociadores del aparato de lavado de discos que se muestra en la Figura 24;
La Figura 26 es una vista en perspectiva de una máquina de filtrado espesante;
La Figura 27 es una vista parcial en perspectiva de la estructura de discos de la máquina de la Figura 26;
La Figura 28 es una sección longitudinal de la máquina de la Figura 26 que se sumerge en un recipiente (no se muestra);
La Figura 29 es un detalle esquemático ampliado de una porción del disco que se muestra en la Figura 28;
La Figura 30 es un detalle esquemático ampliado de un soporte;
La Figura 31 es una vista en perspectiva despiezada del soporte que se muestra en la Figura 30 con algunas partes que se retiran para mayor claridad de la ilustración;
La Figura 32 es una vista en perspectiva del soporte ensamblado que se muestra en la Figura 31 con algunas partes que se retiran para mayor claridad de la ilustración;
La Figura 33 es una vista en perspectiva de un elemento interno de sellado en forma de laberinto en el soporte que se muestra en la Figura 30;
La Figura 34 es una vista desde un extremo del elemento interno de sellado en forma de laberinto en la Figura 33; La Figura 35 es una sección del elemento que se muestra en la Figura 34 tomada a lo largo de la línea A-A;
La Figura 36 es un detalle ampliado del elemento que se muestra en la Figura 35;
La Figura 37 es una vista en perspectiva de un elemento externo de sellado en forma de laberinto que se muestra en la Figura 30;
La Figura 38 es una vista desde un extremo del elemento externo de sellado en forma de laberinto que se muestra en la Figura 37;
La Figura 39 es una sección del elemento que se muestra en la Figura 38 tomada a lo largo de la línea B-B;
La Figura 40 es un detalle ampliado del elemento que se muestra en la Figura 39;
La Figura 41 es una vista en perspectiva del aparato de retrolavado que se muestra en la Figura 19 con la adición de un tubo de compensación de presión;
La Figura 42 es una vista desde un extremo que muestra el tubo de compensación de presión que se muestra en la Figura 41;
La Figura 43 ilustra una primera disposición de salida de una máquina de filtrado que comprende un aliviadero y una válvula;
La Figura 44 ilustra una segunda disposición de salida de una máquina de filtrado que comprende una válvula sin aliviadero;
La Figura 45 ilustra una tercera disposición de salida de una máquina de filtrado que comprende una bomba de succión;
La Figura 46 ilustra una cuarta disposición de salida de una máquina de filtrado que comprende una bomba sumergible; y
La Figura 47 ilustra una quinta disposición de salida de una máquina de filtrado que comprende una bomba de succión y una tubería dependiente.
Descripción Detallada de Ciertas Modalidades
A continuación, los elementos similares se indican con números de referencia similares.
Introducción
Con referencia a la Figura 1, se muestra el aparato 1 para filtrar una suspensión 2 (en la presente descripción se denomina como "líquido" o "alimentación"), tal como las aguas residuales, mediante la eliminación del contenido sólido 3 del líquido 2 para producir el líquido filtrado 4.
El aparato 1 incluye un contenedor 5, tal como un tanque, que se rellena con el líquido 2 hasta un nivel L. El nivel L puede mantenerse mediante la alimentación del líquido 2 en el contenedor 5 en un lado de afluente como líquido filtrado 4, (en la presente descripción también se denomina "filtrado") se retira del lado de efluente. Como se explicará con más detalle más adelante, el nivel, L, del líquido 2 y el nivel, Lf, del líquido filtrado 4, pueden variarse para controlar el proceso de filtrado.
El aparato 1 incluye el (los) alimentador(es) de gas 6 (o "aireadores") para introducir burbujas 7 de gas, preferentemente de aire, en el líquido 2 y una máquina de filtrado 8 (solo la parte de (p/o) que se muestra en la Figura 1) se sumerge al menos parcialmente en el líquido 2 sobre el alimentador de gas 6. En la presente descripción, la máquina de filtrado 8 puede denominarse simplemente "filtro".
La máquina de filtrado 8 incluye uno o más elementos de filtrado 9 permeables a los líquidos (en la presente descripción también se denominan como "elementos de filtrado", "sectores de filtro", "sustratos" o "mallas"), cada elemento de filtrado 9 tiene una primera y una segunda cara opuestas 10, 11 (en la presente descripción también se denominan como "caras externa e interna" o "caras exterior e interior"), que pueden circular (o "mover cíclicamente") dentro y fuera del líquido 2.
Mientras un elemento de filtrado 9 se sumerge en el líquido 2, el líquido 2 puede pasar a través de él bajo presión. A medida que el líquido 2 pasa a través del elemento de filtrado 9, el contenido sólido 3 se elimina del líquido 2 y se deposita (o "acumula") como una capa 14 en la primera cara 10 del elemento de filtrado 9. En la presente descripción, la capa 14 también se denomina como "capa depositada", "capa acumulada", "capa de lodo", "masa sinterizada" y "membrana dinámica".
Puede usarse una o más toberas internas 15 (en la presente descripción también se denominan como "barra rociadora") para dirigir el (los) rociado (s) o chorro (s) 16 de un líquido (tal como el fluido filtrado 4) hacia la cara interna 11 del (los) elemento (s) de filtrado 9 para controlar el grosor de la capa 14 que se deposita sobre los elementos de filtrado 9. El rociado 16 puede usarse para mantener una fina capa 17 límite del fluido entre la cara exterior 10 del elemento de filtrado 9 y la capa 14.
Puede usarse una o más toberas externas 18 para dirigir el rociado externo o chorro (s) 19 de un líquido (tal como el fluido filtrado 4) hacia la cara exterior 10 de los elementos de filtrado 9 para ayudar a desalojar la capa 14.
El aparato 1 se dispone para controlar la velocidad de deposición de sólidos, el grado de compactación de los sólidos y la velocidad de reintroducción de sólidos en el líquido 2. Mientras que en un biorreactor de membrana se desaconseja o se evita la deposición de sólidos sobre una membrana, en el aparato 1 que se describe en la presente descripción, la capa depositada 14, que es permeable a los líquidos, se usa para ayudar a proporcionar un filtrado adicional más fino.
Para un elemento de filtrado 9 permeable a los líquidos que tiene un paso libre de malla de 5 a 40 pm, las mediciones han demostrado que la capa depositada 14 tiene un tamaño de los poros nominal equivalente de entre 0,04 y 0,4 pm.
Con referencia también a la Figura 2, los elementos de filtrado 9 toman la forma de los elementos de filtrado delgados, sectoriales y anulares 9 (de aquí en adelante también se denominan como "sectores de filtro") que se ensamblan para formar un filtro anular 20.
Como se describirá con más detalle a continuación, cada sector de filtro 9 puede sujetarse en un elemento en forma de 'U' respectivo ("soporte" o "armazón,") que permite reemplazar los sectores de filtro.
Como también se describirá con más detalle más adelante, un par de filtros anulares desplazados axialmente 20 forman parte de un disco 31 (Figura 4) que tiene un espacio anular 34 (Figura 4) en el que fluye líquido desde lados opuestos a través de elementos de filtrado sumergidos 9. La máquina de filtrado 8 comprende una serie (o "batería") de tales discos 31 (Figura 26) que se disponen en una hilera.
El filtro anular 20 se sumerge parcialmente, orientado perpendicularmente o inclinado al nivel L del líquido 2 y gira alrededor de un eje 21 de rotación. Por lo tanto, los elementos de filtrado 9, pasan al líquido 2, se mueven a través del líquido 2 y luego dejan el líquido 2 para viajar a lo largo de una trayectoria circular. Mientras un elemento de filtrado 9 está en el líquido 2, el líquido 2 se fuerza a presión a través del elemento de filtrado 9.
Aunque en la presente descripción se describen modalidades de máquinas de filtrado que toman la forma de máquinas de filtrado de discos giratorios que tienen elementos de filtrado 9 que tienen una forma de sector anular, la máquina de filtrado y el (los) elemento (s) de filtrado 9 pueden tomar otras formas que les permitan circular dentro y fuera del líquido 2.
Con referencia a la Figura 3, un elemento de filtrado 9 puede tomar la forma de un elemento de filtrado cilíndrico 9 que forma un filtro cilíndrico 20'. Alternativamente, los elementos de filtrado 9 pueden tomar la forma de partes curvas que pueden ensamblarse para formar el filtro cilíndrico 20'. El filtro cilíndrico 20' tiene un eje central que también sirve como su eje 21' de rotación. El filtro cilindrico 20' se sumerge parcialmente, teniendo su eje central 21' orientado paralelo al nivel L del líquido 2.
Pueden usarse otras formas y disposiciones de elementos de filtrado, tales como una cinta o banda de material de filtrado permeable a los líquidos.
Con referencia a la Figura 4, la máquina de filtrado 8 incluye una pluralidad (aunque solo se muestra uno para mayor claridad) de discos 31 que se orientan verticalmente y se separan horizontalmente (o en un ángulo), cada disco 31 comprende un primer y segundo filtros anulares 20, cada filtro anular 20 comprende elementos de filtrado 9, preferentemente se fabrican de plástico.
Los discos 31 se sumergen parcialmente en el fluido 2 que tiene una inmersión (es decir, proporción del área del disco que se sumerge) entre el 40 % y el 75 %. Por lo tanto, una primera porción 32 de cada disco 31 (se muestra sin sombrear) está por encima del nivel del fluido 2 (es decir, no se sumerge) y se sumerge una segunda porción 33 del disco 31 (se muestra sombreada).
Se define un espacio anular 34 entre el primer y el segundo filtro anulares 20 en el que se acumula el líquido filtrado 4. El líquido filtrado 4 se extrae a través de un espacio interior 35.
La máquina de filtrado 8 se dispone de manera que los discos 31 giran entre 0 y 10 revoluciones por minuto (0 y 10 (2n/60) rad/s).
Con referencia a la Figura 5, la atracción y repulsión electrostática entre el líquido 2, los elementos de filtrado 9 y el lodo 14 pueden afectar al proceso de filtrado. Por ejemplo, el agua es hidrófila y tiene una carga negativa. Los elementos de filtrado 9, particularmente si se forman de un plástico como el polietileno, tienden a ser altamente hidrófobos y portan una carga positiva. El lodo 14 tiende a ser hidrófobo, portando una pequeña carga positiva. Durante un primer período entre t = 0 y t = ti (0 < t < t-i), cuando un sustrato 9 entra por primera vez en el líquido 2 y la diferencia de altura A está entre 0 y A1 (0 < A < A1), el sustrato 9 no proporciona sustancialmente resistencia al flujo del líquido 2 a través del sustrato 9. Debido a que la diferencia de altura es pequeña, el flujo F es bajo, entre 0 y F1 ( 0 < F < F1). El valor de t1 es de aproximadamente 1 s y A1 es de aproximadamente 0,5 cm.
El sustrato 9 generalmente está libre de lodo 14. Las partículas sólidas 3 más grandes que las aberturas del sustrato (es decir, los poros), que tienen un tamaño de los poros P, tienden a repelerse. Sin embargo, a medida que el sustrato 9 se sumerge más y la diferencia de altura A aumenta, el flujo de fluido 2 a través del sustrato 9 fuerza las partículas sólidas 3 hacia el sustrato 9, de esta manera se forma una masa sinterizada delgada 14.
Durante un segundo período entre t = t1 y t = t2 , la diferencia de altura A aumenta y está entre A1 y A2 (A1 < A < A2). El sustrato 9 comienza a proporcionar un poco de resistencia al flujo de líquido 2 a través del sustrato 9. Las partículas 3 comienzan a acumularse sueltas sobre el sustrato 9 y comienza a formarse una masa sinterizada 14. El valor de t2 es de aproximadamente 2 s y A2 = 1 cm.
Con referencia también a la Figura 6, la masa sinterizada delgada 14 restringe el flujo de líquido 2, tales como el agua y las partículas más pequeñas, y de esta manera la capa de masa sinterizada 14 crece, pero el agua 2 todavía fluye a través de la capa de masa sinterizada 14 y el sustrato. A medida que se desarrolla la masa sinterizada 14, la carga positiva del sustrato 9 y el lodo 14 y la carga negativa del agua 2 ayudan a formar una capa fina de límite de agua 22 entre el sustrato y la masa sinterizada.
Durante un tercer período entre t = t2 y t = t3, la diferencia de altura A aumenta aún más. Por tanto, el flujo F aumenta. El valor de t3 es de aproximadamente 5 s y A3 = 5 cm.
A medida que la masa sinterizada gira, la presión desciende a través de la masa sinterizada 14 y el sustrato disminuye, la velocidad del agua disminuye, lo que facilita el proceso de filtración.
El mayor flujo se produce cuando la masa sinterizada 14 y el sustrato 9 entran en el filtrado 4. Sin embargo, a medida que la masa sinterizada 14 se vuelve más gruesa, el flujo F comenzará a disminuir.
Con referencia también a la Figura 7, cuando la masa sinterizada 14 se extrae de la suspensión sólida 2, la gravedad actúa sobre la capa límite de agua 22 que se ayuda mediante la humectación posterior del sustrato. Una vez que la fuerza sobre la masa sinterizada 14 se vuelve por gravedad mayor que la fricción límite, la masa sinterizada 14 se desliza dentro de la suspensión sólida dejando un sustrato 9 limpio.
El proceso se repite cuando el sustrato se vuelve a introducir en la suspensión 2.
Como se mencionó anteriormente, los procesos de filtrado que en la presente descripción se describen, pueden beneficiarse del uso de una malla de plástico, como polietileno, que tiene un tamaño de malla de, por ejemplo, 20 pm.
Estos procesos pueden beneficiarse adicionalmente de la acción capilar, que es un efecto de succión, junto con la tensión superficial. La fuerza capilar puede ser muy fuerte y depende del material que se use para formar los pasajes o canales (en otras palabras, los poros en el sustrato), las dimensiones de los pasajes o canales ("capilar"), así como también la ubicación de una fuente y el destino del agua. Además, una película de agua en la cara interior del sustrato (es decir, en el lado del filtrado) se expone al aire y, por lo tanto, la tensión superficial también jala el agua en el capilar y acelera el agua a través del capilar. Al mismo tiempo, esta fuerza crea una fuerza igual, pero opuesta, que repele los sólidos y crea una carga positiva más grande en la malla. Por tanto, asegurarse de que el material de filtro 9 se moje completamente cuando se expone al aire puede ayudar a promover el filtrado y puede dar como resultado velocidades de flujo sorprendentemente altas y un filtrado de alta calidad.
Con referencia a las Figuras 1 y 4, este proceso se realiza, al hacer circular el sustrato 9 a través del líquido 2. Cuando una porción del disco 31 entra en el líquido 2, el contenido sólido 3 se adhiere y se une al disco 31. A medida que el disco 31 continúa girando, hay una mayor acumulación del contenido sólido 3. Al final de un cuarto de rotación, la capa acumulada 14 puede tener un grosor, t, de entre 0,5 y 10 mm. El grosor, t, depende del contenido de sólidos 3 y del flujo, F.
La fuerza de impulso que se usa para impulsar el líquido 2 a través del sustrato 9 y provocar la deposición del contenido sólido 3 se genera mediante un nivel diferencial, A, entre el exterior y el interior del filtro, es decir, entre la primera y la segunda cara 10, 11. La fuerza de impulso está típicamente entre 3 cm y 5 cm (es decir, 3 cm < A < 5 cm), pero puede ser tan alta como 0,4 m (A < 0,4 m).
El proceso de filtrado se caracteriza por un flujo de fluido a través de una superficie específica del sustrato y que puede definirse en términos de un flujo, F (se mide en L/(m2h) o "LMH"). El ciclo de filtración permite flujos iguales o superiores a 250 L/(m2h) e igual o inferior a 5000 L/(m2h) en la máxima diferencia de nivel, es decir, para A = 40 cm.
La rotación (i.e., circulación) del disco 31 se usa no solo para desplegar el sustrato 9 en el líquido 2 y de esta manera permitir que se forme la membrana dinámica 14, sino también para eliminar el sustrato 9 del líquido 2 y controlar la formación de la membrana dinámica 14.
La deposición del contenido sólido 3, si no se controla, puede continuar hasta que el sustrato 9 se obstruya y deshidrate parcialmente.
Para evitar la deshidratación, puede aplicarse un rociado 16 de filtrado (es decir, fluido filtrado 4) o fluido de otra fuente a la superficie interior 11 del sustrato 9 por encima o por debajo del nivel del fluido, L. El rociado interno 16, en combinación con aireación biológica o aireación adicional de la máquina puede ayudar a prevenir la acumulación excesiva de sólidos. La combinación de rotación, aireación, un rociado externo 19 de filtrado (u otro líquido limpio), diferencial de altura, tamaño de los poros del sustrato (o "tamaño de abertura") y el rociado interno ayuda a mantener el grosor deseado, t, de la membrana dinámica 14 para una aplicación determinada.
La Tabla A, a continuación, establece diferentes programas (ajuste de la velocidad de rotación y el tiempo, el uso de retrolavado y aireación) para el filtrado.
Tabla A
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Puede usarse una membrana dinámica 14 más gruesa para aumentar el grado de filtración (es decir, para mejorar la separación). Puede seleccionarse el diferencial de nivel máximo y un grosor de membrana dinámico para lograr el grado de separación que se requiere y la calidad de filtrado.
A medida que el disco 31 gira más, la membrana dinámica 14 se extrae del fluido 2 y se expone al aire. La película de fluido 17 entre el sustrato 9 y la membrana dinámica 14 permite que la membrana 14 se despegue del sustrato 9 por gravedad y vuelva a caer en el fluido 2. El rociado puede ayudar a formar un área de sustrato sin membranas. Puede haber una película de agua sobre el sustrato sin membrana. Una combinación de gravedad y rociado interno y externo puede presentar un área de sustrato sin membrana que puede tener una película de agua.
Con referencia también a la Figura 8, el aparato de filtrado 1 incluye un sistema informático 41 que incluye al menos un procesador 42, la memoria 43, el almacenamiento no volátil 44 y una interfaz de red 45. El sistema informático 41 ejecuta el programa de control 46 que se carga en la memoria 43 desde el almacenamiento 44 y se ejecuta mediante el (los) procesador(es) 42. El sistema informático 41 controla uno o más motores 47 que impulsan la rotación de la serie de filtros y bombas (s) y/o válvulas 48 para las barras rociadoras 15, 18. El sistema informático 41 puede recibir señales de los sensores 49, por ejemplo, los sensores de nivel.
El programa de control 46 puede usarse para cambiar la máquina entre diferentes estados de funcionamiento de acuerdo con el diferencial de nivel. Por ejemplo, para una diferencia de nivel relativamente grande, el programa 46 puede hacer que los discos 31 giren más rápidamente y usen rociado y aireación más intensos. Para un diferencial de nivel relativamente pequeño, el programa 46 puede hacer que los discos 31 giren más lentamente (o incluso que no giren en absoluto) y que usen rociado intenso (o incluso ninguno) y/o menos aireación (o incluso ninguna).
Para la deposición excesiva de sólidos, puede producirse la deshidratación de la membrana dinámica 14 y dar como resultado la filtración de la masa sinterizada. La filtración de la masa sinterizada puede provocar una deshidratación localizada de la masa sinterizada, de manera que se forme una capa densa, fija, que no se mueve. La barra de rociado externa 18 puede usarse para eliminar la masa sinterizada. El rociador 19 tiene un ángulo de manera que corta la masa sinterizada del sustrato 9 en lugar de romper la masa sinterizada y forzar la masa sinterizada a través del sustrato 9. Esta forma de limpieza de recuperación puede usarse, por ejemplo, si el diferencial de nivel no puede reducirse suficientemente de otra manera.
La capa depositada 14, una vez que se elimina, vuelve a caer en el fluido 2 donde se mezcla con el fluido (se denomina "resuspendido") y se redistribuye dentro del fluido 2.
La máquina de filtrado 8 puede procesar el fluido 2 que tiene un contenido de sólidos suspendidos de 2 g/L a 20 g/L o 40 g/L, que incluso puede elevarse a un contenido de sólidos suspendidos localizados de 50 g/L en los alrededores de los filtros. La membrana dinámica 14 se ha medido por encima de 3 % a 5 % de sustancia seca (DS) y cae en el fluido 2 (5 % DS = 50 g/L).
Estructura para un filtro de disco giratorio
Con referencia a la Figura 9, se muestra una estructura 50 de un filtro de disco giratorio en una vista en perspectiva. Los discos 31 se separan coaxialmente entre sí. Cada disco 31 lleva una multiplicidad de pares de caras de sectores de filtro (no se muestran) y se comunica con un espacio interior central. Cada disco 31 se cierra mediante un manguito exterior cilíndrico 52. El filtro giratorio comprende dos placas de extremo circulares 53, cada una de las cuales se proporciona en el centro de una abertura 55 para un soporte giratorio. Una porción cilíndrica 54 separa dos discos 31 adyacentes y delimita, por su parte, el espacio interior central del filtro de disco.
Las placas de extremo 53 pueden contener filtros para aumentar el área del filtro. Esto puede usarse cuando se usan sólo unos pocos discos 31. Por ejemplo, al proporcionar filtros en las placas de los extremos en una unidad de cuatro discos, aumenta el número de caras de seis a ocho.
Con referencia ahora a la Figura 10, se muestra una vista en perspectiva de un miembro longitudinal de la estructura que se combina con porciones cilíndricas internas de la misma estructura.
Los miembros longitudinales 56 (se denominan en la presente descripción como "miembro vertical") se extienden radialmente desde las porciones cilíndricas 54. El conjunto de miembros longitudinales 56 que se muestra en la Figura 10 es uno de los doce conjuntos de miembros longitudinales 56 que se proporcionan en la estructura. Como se muestra mejoren la Figura 14, los miembros longitudinales 56 se separan a intervalos de 30 grados alrededor de un eje central. Cada miembro longitudinal 56 se fabrica de componentes modulares sucesivos en forma de onda cuadrada, como se muestra con más detalle en la Figura 11, que es un detalle ampliado de la Figura 10.
Las Figuras 12 y 13 son una vista en perspectiva de un componente modular ensamblado y despiezado, respectivamente, de la estructura, que se combina con una porción cilíndrica interior de la estructura.
Con referencia a las Figuras 12 y 13, el componente modular que tiene forma de una onda cuadrada se combina con una porción cilíndrica interior. Particularmente, cada onda cuadrada se fabrica con un elemento 58 en forma de 'U'. El elemento 58 en forma de 'U' tiene un canal de onda 59 que se fija a la porción cilíndrica 54, y un borde de onda ascendente 60 y un borde de onda descendente 61 para soportar los sectores de filtro consecutivos. Cada elemento 58 en forma de 'U' también tiene una cresta de onda 63 que interactúa con las otras crestas de onda que son equidistantes de una u otra placa circular terminal 53, para soportar una porción del manguito cilíndrico exterior 52 (Figura 9).
Cada elemento 58 en forma de 'U' tiene preferentemente un borde de onda ascendente 60 y un borde de onda descendente 61 a los que se sueldan las guías de soporte 64 que tienen la forma de canales con una sección transversal en forma de 'U' para soportar los sectores de filtro de cara 9.
Un par de anillos, específicamente, un anillo proximal 65 y un anillo distal 66, separados entre sí, se montan a cada lado de la porción cilíndrica 54 para soportar los extremos inferiores de las guías de soporte 64. Cada anillo proximal 65, que está en contacto con la porción cilíndrica interior 54, se proporciona de hendiduras 67 equidistantes angularmente, cuyo número es igual al número de miembros longitudinales de la modalidad de la estructura. En consecuencia, el canal de onda 59 tiene un par de hendiduras 68 coaxiales con el borde de onda ascendente 60 y el borde de onda descendente 61. Las hendiduras 68 se diseñan para encajar con un par de hendiduras equidistantes angularmente 67 en el anillo en contacto con la porción cilíndrica 54.
El elemento 58 en forma de 'U' también tiene la cresta de onda 63 que se adapta para la conexión a un elemento 58 en forma de 'U' consecutivo. De manera adecuada, la cresta de onda 63 soporta placas de las caras 69 que se adaptan para soportar la porción del manguito cilíndrico exterior 52.
Las Figuras 14 y 15 son una vista en perspectiva despiezada parcialmente de la estructura de acuerdo con la Figura 12 y una vista en perspectiva ensamblada de la estructura de acuerdo con la Figura 14.
Con referencia en primer lugar a la Figura 14, los componentes modulares 57 se añaden para cada porción cilíndrica interior 54, de las cuales hay doce en la presente modalidad. Los componentes modulares 57 se sueldan consecutivamente para formar la estructura ensamblada 50 de la Figura 16. Debería ser evidente que el componente modular de un extremo tiene una cresta 63 para unirse a la placa circular terminal que se agrega a la cresta 63 de su elemento en forma de 'U'.
La estructura 50, que es estable y robusta, puede permitir una rápida sustitución de los sectores de filtro.
Aparato de filtrado
La Figura 16 es una vista en perspectiva de un primer ejemplo de la máquina de filtrado de disco giratorio 8 para filtrar un líquido 2. En la siguiente descripción, el líquido 2 a filtrar, se denomina agua de desecho por simplicidad. La máquina de filtrado de disco giratorio 8 puede usarse para espesar el líquido 2.
Con referencia a la Figura 16, la máquina de filtrado de disco giratorio 8 (de aquí en adelante se denomina como "filtro de disco giratorio" o simplemente el "filtro") se coloca dentro de un contenedor 5 (o "recipiente") que descansa sobre una plataforma 70. Los alimentadores de aire 6 se colocan en la parte inferior del recipiente 5. El nivel L de las aguas de desecho 2 a tratar cubre una gran parte del filtro 8.
El filtro 8 comprende una estructura 50, cuya naturaleza resultará más clara a partir del resto de la descripción, que se coloca de forma giratoria dentro de un bastidor 73. Con mayor precisión, es este bastidor 73 el que descansa sobre la plataforma 70. No es necesario usar una plataforma. Por ejemplo, el bastidor 73 puede proporcionarse de patas (no se muestran) que descansan sobre el piso del recipiente 5 o el bastidor puede fijarse a la (s) pared(es) del recipiente 5. El bastidor 73 sostiene un recubrimiento 74 con trampillas que se construyen de metal. La máquina de filtrado 8 se proporciona de un sistema de suministro de agua filtrada 75.
Una primera flecha F indica la dirección de rotación de la estructura 50 dentro de la máquina de filtrado 8. Un conjunto de segundas flechas U indica esquemáticamente la salida de flujo de agua filtrada 4 desde un lado (o "extremo") de la máquina de filtrado 8.
La Figura 17 es una vista lateral esquemática, en sección parcial en la parte superior, de la estructura 50 de la máquina de filtrado 8 y de su aparato de retrolavado.
Con referencia a la Figura 17, existe una salida de flujo similar para el agua filtrada 4 en el lado opuesto de la máquina de filtrado 8. La salida de flujo U de ambos lados de la máquina de filtrado 8 se transfiere en un tubo 76 que se conecta a una pestaña 77. Alternativamente, la máquina de filtrado 8 puede implementarse con una única salida U.
La Figura 18 muestra parte de la estructura 50 con mayor detalle.
Con referencia a las Figuras 17 y 18, la estructura 50 que se forma por dos placas de extremo circulares 53 que se montan sobre soportes externos 79, 80 que son giratorios alrededor de un eje x por medio de una disposición 81 de motor de engranajes 47 y la transmisión. Los externos 79, 80 se ubican en las aberturas 87 que se colocan centralmente en las placas de extremo circulares 53 para crear las dos salidas de flujos opuestas U para el agua filtrada. Claramente, en el caso de una sola salida U, una sola abertura 87 en una sola placa de extremo es suficiente. Por simplicidad, esta modalidad no se ilustra.
Una pluralidad de discos 31 se fijan coaxialmente a las dos placas de extremo circulares 53. Los discos 31, en vista en planta, toman la forma de un anillo circular con un radio interior r y un radio exterior R.
Cada disco 12 lleva, entre el radio interior r y el radio exterior R, una multiplicidad de sectores de filtro 9, orientados de cara entre sí y delimitando un compartimento interno de disco 84 que se cierra periféricamente en el radio exterior R mediante un manguito cilíndrico 52 y se abre en el radio interior r hacia un espacio interior compartido 35 que se forma por las porciones cilíndricas 54 que separan un disco de otro.
Cada sector de filtro 9 comprende, en un bastidor de soporte, una tela, malla o sustrato o material de filtrado que tiene poros o aberturas en el intervalo de 2 pm a 40 pm. Incluyendo las tolerancias de fabricación, los poros tienen un tamaño de 2 ± 1 pm, 4 ± 1 pm, 6 ± 1 pm, 8 ± 1 pm, 10 ± 1 pm, 12 ± 1 pm, 14 ± 1 pm, 16 ± 1 pm, 18 ± 1 pm, 20 ± 1 pm, 22 ± 1 pm, 24 ± 1 pm, 26 ± 1 pm, 28 ± 1 pm, 30 ± 1 pm, 32 ± 1 pm, 34 ± 1 pm, 36 ± 1 pm, 38 ± 1 pm o 40 ± 1 pm.
Se realizaron las pruebas para la máquina de filtrado mediante el uso sectores de filtro 9 que tienen diferentes tamaños de poro. El flujo y la calidad del filtrado resultantes (se expresan en términos de TSS) se establecen en la Tabla B a continuación.
Tabla B
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La tela o material de filtrado se elige del grupo que incluye poliéster, polietileno, PTFE, acero inoxidable, nailon.
En la Figura 17, las flechas ar indican el líquido 2 a filtrar, cuyo nivel en el recipiente se identifica con L.
Las burbujas de aire 7 se suministran desde los alimentadores de aire 6 (Figura 16). Las burbujas de aire 7 pueden ser macroburbujas, microburbujas o nanoburbujas. Se debe señalar que el líquido 2 a filtrar podría ser diferente de las aguas de desecho. La alimentación de las burbujas de aire 7 crea un movimiento turbulento fuera del filtro 8. Este movimiento puede ayudar a estabilizar el grosor de la capa de lodo 14 (Figura 1) que se forma en la superficie exterior de los sectores de filtro 9 y el régimen de flujo que puede alcanzar el filtro 8. El agua filtrada 4 tiene un nivel Lf que puede subir en el tubo 76.
El sistema de suministro 75 para suministrar agua filtrada incluye un depósito 78 que se comunica con el interior del filtro 8 a través de la abertura 87. Debe entenderse que el nivel Lf del agua filtrada en el depósito 78 es el mismo que el nivel del agua filtrada dentro del disco 31. Esto es porque la salida de flujo para el agua filtrada, que fluye por gravedad desde la abertura 87, se debe al hecho de que los bordes inferiores de los tubos de salida de filtrado externos, que están sobredimensionados con relación al régimen de flujo y, por lo tanto, prácticamente vacíos, determinan el nivel del agua filtrada Lf y simultáneamente determinan el nivel interior, que es el mismo. Cuando el filtro se sumerge en el recipiente 5, el nivel de agua filtrada Lf está por debajo del nivel L de agua en una cantidad que depende de las dimensiones del filtro. Esta diferencia de nivel hace que el agua se mueva del interior al exterior del filtro. Sustancialmente, en el momento de la inmersión de la máquina en el recipiente, se genera una presión diferencial hidráulica dentro del recipiente, lo que hace que el agua pase a través de las membranas de filtrado.
Normalmente, el líquido 2 a filtrar contiene sólidos suspendidos con una concentración de 1 g/L a 40 g/L o incluso 50 g/L de TSS.
La distancia entre el nivel L del líquido 2 a filtrar en el recipiente 5 y el nivel Lf del líquido filtrado 4 dentro del filtro giratorio está entre 0 y 0,4 m, por lo tanto, se genera una presión reducida en el mismo intervalo dentro del filtro giratorio. Sobre las membranas de filtrado se forma una capa depositada con un grosor entre 0 y 0,06 m.
El flujo del líquido filtrado 4 está entre 0 L/(m2h) y 5000 L/(m2h) con un contenido de sólidos suspendidos en el líquido filtrado 4 entre 0 y 10 mg/L.
La velocidad de rotación de los discos está entre 0 y 1,047 rad/s (10 rpm).
El número de discos 31 se elige en el intervalo entre 1 y 40, y su diámetro exterior en un intervalo entre 0,5 m y 4 m.
Las Figuras 19 y 20 muestran el sistema de suministro 75 para suministrar agua filtrada para las operaciones de lavado. La Figura 16 es una vista en perspectiva del filtro de disco giratorio con partes que se retiran para mayor claridad de la ilustración.
Con referencia a las Figuras 19 y 20, el sistema de suministro 75 comprende una bomba 48 que se sumerge en el depósito 78 con su extremo inferior por debajo del nivel Lf del agua filtrada 4.
El sistema de suministro 75 para suministrar de agua filtrada 4 incluye, además de la bomba 48, una serie de instrumentos para su funcionamiento, específicamente manómetros 89, presostatos 90, un filtro de cartucho 91, que se proporciona en un tramo transversal del tubo 92, que se extiende hacia el aparato de retrolavado 93 y hacia un tubo de suministro longitudinal 97 del aparato de lavado que se describe a continuación.
El aparato de retrolavado comprende un primer conector 95 en forma de 'L', que conduce a un segundo conector 96 en forma de 'L', que a su vez conduce a un tubo de conexión de retrolavado 97 que pasa a través del espacio interior compartido 35 y se monta de forma oscilante alrededor de un soporte 98 en el segundo conector 96 en forma de 'L'. El soporte 98 se encuentra en los extremos opuestos de la máquina de filtrado 8, cerca de sus placas de extremo circulares 53. El tubo de conexión 97 es coaxial con el eje x de la estructura 50 de la máquina de filtrado 8 (Figura 17). La placa de extremo circular 53 se muestra sin ningún sector de filtro.
Una pluralidad de tubos rociadores 99 se derivan ortogonalmente desde el tubo de conexión de retrolavado 97 y se extienden dentro del compartimento interno del disco 84. Se puede proporcionar un dispositivo de oscilación opcional en cada una de las placas de extremo circulares 53 (solo una de las cuales se muestra en la Figura 16) en el segundo conector 96 en forma de 'L' cerca del tubo de conexión 97, para provocar la rotación del tubo de conexión de retrolavado 97 y, por lo tanto, de los tubos rociadores 99 alrededor de los soportes 98 que son coaxiales con el eje x.
La disposición del aparato de retrolavado 93 que se describió anteriormente se muestra más claramente en la vista en perspectiva de la Figura 17. En esta figura se puede ver más claramente que cada tubo rociador 99 (Figura 19) tiene una pluralidad de toberas opuestas 15 (Figura 1) que se dirigen hacia los sectores de filtro 9 (no se muestran en la Figura 20).
Las Figuras 21 y 22 son una vista posterior izquierda del filtro de disco giratorio que muestra el aparato de retrolavado 93 en la primera y segunda posiciones, respectivamente.
Un dispositivo 101 para hacer oscilar el tubo de conexión de retrolavado 97 se proporciona opcionalmente en la abertura 87 para comunicarse con el espacio interior compartido 35.
El dispositivo de oscilación 101 comprende una corona dentada 102 que se monta de forma fija en la superficie exterior de la abertura 87. La corona dentada 102 se acopla con un piñón excéntrico 103 que se monta de forma giratoria en el aparato de retrolavado cerca del tubo de conexión de retrolavado 97. Debe entenderse que la rotación en sentido antihorario de la estructura 50 del filtro 8 da como resultado una rotación del piñón excéntrico 103 en la dirección opuesta, lo que provoca que el tubo de conexión de retrolavado 97 tenga un movimiento oscilatorio alrededor del soporte 98 en las dos posiciones que se muestran en las Figuras 21 y 22. Este es un movimiento que se produce mediante una leva dentada y un seguidor de leva excéntrico. Como resultado de este movimiento oscilante, los chorros de agua filtrada de las toberas 15 de los tubos rociadores 99 no siempre golpean los sectores de filtro 9 en el mismo punto, sino que proporcionan un efecto de retrolavado sobre toda la superficie de estos sectores sustancialmente. Para lograr esto, el número de dientes del piñón y la corona dentada se eligen de tal manera que haya números primos entre ellos (es decir, no se tienen factores comunes). Por lo tanto, las toberas no pasan por el mismo punto, de esta manera ayuda a evitar o prevenir la formación de estrías en las membranas de los sectores de filtro.
Con referencia a la Figura 23, se muestra una variante del aparato de retrolavado.
La variante del aparato de retrolavado se diferencia del aparato de retrolavado que se describió anteriormente conforme a una leva y un dispositivo de oscilación de seguidor de leva 101'. En esta variante, la leva es una leva lobulada 102', y el seguidor de leva es un rodillo 103' que, al seguir la leva lobulada 102', provoca la misma oscilación del tubo de conexión de retrolavado 97. En esta variante, la leva lobulada 102' se monta de forma fija en la abertura 87, y el seguidor de leva de rodillo 103' se monta de forma giratoria en el aparato de retrolavado 93 cerca del tubo de conexión de retrolavado 97.
La Figura 24 es una vista posterior izquierda del filtro de disco giratorio que muestra un aparato de lavado de disco externo. La Figura 25 es una vista en perspectiva de los tubos rociadores del aparato de lavado de discos.
Con referencia a las Figuras 19, 21 y 22, el sistema de suministro 75 para suministrar agua filtrada 4 tiene una extensión 94, aguas abajo de la derivación hacia el primer conector 95 en forma de 'L'. La extensión 94 se usa para suministrar un aparato de lavado 105 (Figura 24) que comprende un tubo de conexión de lavado 106, que se monta fuera de la estructura 50 del filtro 8 paralelo al eje x, y una pluralidad de tubos rociadores 18 que se unen al tubo de conexión de lavado 106 y se extienden al menos individualmente entre un disco 31 y otro de la estructura 50, para actuar externamente sobre los sectores de filtro 9 con chorros de agua tangenciales que se dirigen hacia abajo. El lavado precede al retrolavado. El efecto resultante es que la capa de lodos adheridos a las caras exteriores de los sectores de filtro se elimina tan pronto como emergen del agua a filtrar, debido a la rotación de los discos, mientras se ejerce perpendicularmente una presión muy baja sobre los sectores de filtro. Esto puede aumentar considerablemente la efectividad del retrolavado posterior, que tiene el propósito de liberar los poros de los sectores de filtro de las impurezas que puedan haberlos obstruido. El lavado tangencial, así como también el retrolavado, usa o puede usar el agua filtrada que se extrae desde uno de los depósitos de salida mediante una bomba.
La alimentación de burbujas de aire crea un movimiento turbulento en el exterior y en la cercanía de los sectores del filtro. Este movimiento puede ayudar a estabilizar el grosor de la capa de lodo que se forma en la superficie exterior de los sectores del filtro y el régimen de flujo que se puede lograr con este tipo de filtro espesante. También puede asegurar la calidad del agua filtrada mediante la filtración hidrodinámica. El movimiento giratorio de los discos crea un empuje hidráulico/centrífugo del lodo espesado hacia el interior del recipiente.
Aparato de filtrado
La Figura 26 es una vista en perspectiva de un segundo ejemplo de la máquina de filtrado de disco giratorio 8 para filtrar un líquido 2. El segundo filtro de disco giratorio 8 es similar al primer ejemplo de filtro de disco giratorio 8 excepto que hay cuatro discos 31. La Figura 27 es una vista parcial en perspectiva de la estructura de disco 50. La Figura 28 es una sección longitudinal de la máquina que se sumerge en un recipiente.
Con referencia a las Figuras 26 a 28, la estructura de filtro 50 comprende una pluralidad de discos 31 que incluyen un primer y segundo discos de extremo 310, 311. Los discos 31 toman la forma de un anillo circular con un radio interior r, y un radio exterior R. El número de discos está en el intervalo de 1 a 40, y su diámetro de 0,5 m a 4 m. Cuando el número de discos es uno, la máquina podría denominarse máquina de ritmos.
Los discos de extremo 310, 311 comprenden una placa de extremo circular 51, que se refuerza con soportes 108 que se disponen radialmente confluentes (es decir, "de fusión") en una abertura de pestaña 109. Cada disco 31 lleva, entre el radio interior r, y el radio exterior R, una multiplicidad de sectores de filtro 9, orientados de cara entre sí y delimitando un compartimento interno del disco 84. El compartimento interno de disco 84 se cierra periféricamente en el radio exterior R mediante un manguito cilíndrico 52 y se abre en el radio interior r hacia un espacio interior compartido 35 que se forma mediante porciones cilíndricas 54 (Figura 19) que separan un disco de otro.
La Figura 29 es un detalle esquemático ampliado de una porción de un disco de extremo 31.
Con referencia a la Figura 29, el material de filtro 114 que se fabrica de malla o sustrato u otro material de filtrado es más grueso en su periferia en un borde 115, que se recibe y se mantiene en un bastidor trapezoidal 116. En el lado del material de filtro 114 que se orienta hacia el exterior del disco 31, pero también en el mismo lado de los otros discos, se forma una masa sinterizada o capa 14, que se deposita sobre la tela o material de filtrado con un grosor entre 0 y 0,06 m. El bastidor trapezoidal 116 que sujeta los sectores de filtro 9 en el disco, que tiene generalmente un ancho de 0,007 m, permite la deposición de la capa espesa o la masa sinterizada que interviene en el filtrado para aumentar su eficiencia. Adicionalmente, el grosor de la masa sinterizada es uno de los factores que afectan el flujo de salida de la máquina 8. Una forma peculiar convergente de los bordes permite que la masa sinterizada permanezca en su posición para contrarrestar el efecto de la rotación del disco y de la atracción por gravedad. El grosor de la masa sinterizada se controla mediante una unidad de control que mide el flujo de salida y el nivel de agua a filtrar en el recipiente 5 y determina la intensidad de la aireación con macroburbujas, microburbujas y nanoburbujas en el recipiente 5.
Las placas de extremo circulares 51 se montan sobre un soporte externo 79, 80 (Figura 28) y pueden girarse alrededor de un eje x preferentemente por medio de dos cajas de engranajes 119 y los grupos de ejes de transmisión de energía 120 que se representan solo esquemáticamente en los extremos opuestos de la máquina a lo largo del eje x. Se prevé que dos grupos compartan la carga de rotación de la estructura del filtro 50 y obtengan una rotación más equilibrada.
La Figura 30 es una vista ampliada del soporte externo 79.
Con referencia a la Figura 30, el soporte externo 79 (e, igualmente, el otro soporte externo 80) soporta una abertura de la salida de flujo 121 como una unión tubular que se conecta mediante una primera pestaña 122 a la abertura de pestaña 159 de la propia placa de extremo circular 51. El soporte externo 79 tiene preferentemente una fricción de deslizamiento o casquillo 123 en un manguito de cojinete de casquillo 124 que se suelda a una segunda pestaña 125 que se une al bastidor de la máquina. El casquillo 123 está internamente próximo a la abertura de la salida de flujo 121 y tiene en cada extremo un sello de laberinto proximal 126 y un sello de laberinto distal 127. Los sellos de laberinto son coaxiales a la abertura de la salida de flujo 121 y al manguito de cojinete de casquillo 124.
Las Figuras 31 y 32 son una vista en perspectiva despiezada y ensamblada del soporte externo 79 con algunas partes que se omiten en aras de más claridad. La abertura de la salida de flujo 121 se divide en un segmento proximal 128, que se destina a hospedar por medio de lengüetas 129 el sello de laberinto proximal 126, un segmento intermedio 130 adyacente externamente al casquillo 123 y un segmento de conexión 131, que se destina a insertarse en un segmento separado 132, en el que se monta un engranaje 133 que forma parte del eje de transmisión de energía 120 (Figura 30). El segmento de conexión 131 y el segmento separado 132 se conectan de forma sólida por medio de acoplamientos roscados 138 en los orificios correspondientes 134, 135. En el segmento separado 132 está presente un segmento distal 136, que se destina a hospedar por medio de lengüetas 137 el sello de laberinto distal 127. Sobre el manguito externo 124, se proporcionan las toberas de engrase 139, que se conectan por medio de los canales 140 al espacio interno de los sellos de laberinto distales y proximales 126, 127 y con la parte interna del casquillo que se delimita mediante la abertura de la salida de flujo 121. En la abertura de la salida de flujo 121, se proporcionan topes rígidos, que no se describen en detalle, para detener el casquillo 123 y los sellos de laberinto 126, 127.
La Figura 33 es una vista en perspectiva de un elemento interno del sello de laberinto. La Figura 34 es una vista desde un extremo del elemento interno del sello de laberinto que se muestra en la Figura 33. La Figura 35 es una sección del elemento interno del sello de laberinto, tomada a lo largo de la línea A-A y la Figura 36 es una vista ampliada de la sección. La Figura 37 es una vista en perspectiva de un elemento externo del sello de laberinto. Figura 38 es una vista desde un extremo del elemento externo del sello de laberinto que se muestra en la Figura 37. La Figura 39 es una sección del elemento externo del sello de laberinto, tomada a lo largo de la línea B-B y la Figura 40 es una vista ampliada de la sección.
Con referencia a las Figuras 33 a 40, los sellos de laberinto 126, 127 se componen por elementos coaxiales ranurados.
Cada sello de laberinto se compone por el anillo interno 141 con ranuras externas y por el anillo externo 142 con ranuras internas. El anillo interno 141 y el anillo externo 142 son mutuamente coaxiales y se acoplan para delimitar un espacio interno entre los anillos. El anillo interno 141 se conecta de forma sólida a la abertura de la salida de flujo 121 y al segmento separado 132 con las lengüetas 129, 138 se sujeta mediante las ranuras 143. El anillo externo 142 se conecta de forma sólida al manguito de cojinete de casquillo 124 mediante medios de acoplamiento que se insertan en los orificios correspondientes 144 que se fabrican en el anillo externo 142 y en el manguito de cojinete de casquillo 124, respectivamente.
Las Figuras 36 y 40 muestran los tamaños de preferencia para los perfiles ranurados para ayudar a asegurar un sellado óptimo.
Los anillos internos y externos 141, 142 se fabrican preferentemente de Teflón (RTM) por sus características de baja fricción y larga vida útil. Debido a la elasticidad del material, el anillo externo 142 se corta para que pueda montarse en el anillo interno 141, y finalmente el grupo de sellado de laberinto que se forma de esta manera se monta tanto en el soporte 79 como en el soporte 80.
Con referencia de nuevo a la Figura 28, el espacio interno compartido 35 de la estructura de filtro 50 se divide por una pared 145 que lo divide hidráulicamente en dos regiones separadas. Debido a esta división del espacio interno, en caso de falla mecánica de un sector de filtro, la máquina puede seguir funcionando al aislar la porción que contiene el disco del sector de filtro roto. Con este fin, cada una de las dos partes se proporciona de un sensor de turbidez respectivo 146 (Figura 26) para verificar la turbidez del líquido filtrado 4, y válvulas motorizadas 147 para interrumpir el líquido filtrado 4. Las válvulas motorizadas 147 se colocan en el tubo de la salida de flujo de líquido filtrado 148. Cada tubo de la salida de flujo 148 se conecta aguas arriba con un tanque de líquido filtrado 149.
Debe entenderse que el espacio interior compartido 35 de la estructura de filtro 50 puede dividirse en más de dos partes para obtener mejores prestaciones en caso de una falla mecánica de un sector de filtro.
El líquido 2 a filtrar contiene sólidos suspendidos con una concentración desde 1 g/L a 50 g/L.
La distancia entre el nivel L del líquido 2 a filtrar en el recipiente y el nivel Lf del líquido filtrado 4 dentro del filtro giratorio está entre 0 y 3 m, por lo tanto, se genera una presión reducida en el mismo intervalo dentro del filtro giratorio. Sobre las membranas de filtrado se forma una capa depositada con un grosor entre 0 y 0,06 m como se dijo anteriormente.
El flujo del líquido filtrado 4 está entre 0 L/(m2h) y 5000 L/(m2h).
El contenido de sólidos suspendidos en el líquido filtrado 4 está entre 0 y 50 mg/L.
La velocidad de rotación de los discos está entre 0 y 1,047 rad/s (10 rpm).
Como se explicó anteriormente, la alimentación de aire en forma de macroburbujas, microburbujas o nanoburbujas por medio del suministro de aire 6 ayuda a crear un movimiento turbulento fuera de la estructura del filtro 50. Este movimiento puede ayudar a estabilizar el grosor de la capa de lodo 14 que se forma en la superficie exterior de los sectores de filtro 9 y el régimen de flujo que puede lograrse mediante la estructura de filtro 50.
En ambos extremos de la máquina de filtrado 8, se proporciona un sistema de suministro 75 para suministrar agua filtrada 4, que se contiene en el depósito 149 que se comunica con el interior de la estructura de filtro 50 a través de la abertura de la salida de flujo 121 (Figura 30). Debe entenderse que el nivel Lf del agua filtrada en el depósito 149 es el mismo que el nivel del agua filtrada dentro de la estructura del filtro 50. Cuando el filtro se sumerge en el recipiente 5, el nivel de agua filtrada Lf está por debajo del nivel L del agua a filtrar en una cantidad que depende de las dimensiones de la estructura del filtro 50. Sustancialmente, en el momento de la inmersión de la máquina en el recipiente, se genera una presión diferencial hidráulica dentro del recipiente, lo que hace que el agua pase a través de los sectores de filtro 9.
Las Figuras 26 y 28 también muestran el sistema de suministro 75 para suministrar agua filtrada para las operaciones de lavado. El sistema de suministro 75 comprende una bomba 150 que se sumerge en el depósito 149 con su extremo inferior por debajo del nivel Lf del agua filtrada 4. Puede observarse que el sistema de suministro 75 para suministrar agua filtrada 4 incluye, la bomba 150 así como también, una serie de instrumentos para su funcionamiento, incluyendo un filtro de cartucho. Estos instrumentos se proporcionan en un tramo transversal del tubo 151, que conduce a un aparato de retrolavado 152 (Figura 41). Un aparato de lavado 105 también se proporciona con toberas 153 (Figura 28) que se colocan externamente a los discos por encima del nivel L del líquido a filtrar dentro del recipiente V.
Con referencia a la Figura 41, el aparato de retrolavado 152 incluye tubos separados 154 para cada parte del espacio interior compartido 35 de la estructura de filtro 50.
Una pluralidad de tubos rociadores 155 se derivan ortogonalmente desde el tubo de conexión de retrolavado 154 y se extienden dentro del compartimento interno del disco 84. Cada tubo rociador 155 tiene una pluralidad de toberas opuestas 156 que se colocan por encima del nivel L del agua o líquido a filtrar 4 y se dirigen hacia los sectores de filtro 9.
En caso de ser necesario, puede activarse el lavado externo de los discos. El efecto resultante es que la capa de lodos adheridos a las caras exteriores de los sectores de filtro se elimina tan pronto como emergen del agua a filtrar, debido a la rotación de los discos, mientras se ejerce perpendicularmente una presión muy baja sobre los sectores de filtro. Esto aumenta considerablemente la efectividad del retrolavado posterior, que tiene como único propósito liberar los poros o la abertura de los sectores de filtro 9 de cualquier impureza que pueda haberlos obstruido. El lavado tangencial, así como también el retrolavado, usa el agua filtrada que se extrae desde uno de los depósitos de salida mediante una bomba.
En dependencia del líquido a filtrar, podría ser ventajoso mantener una capa depositada sobre el material de filtro 114 del sector de filtro 9. Es importante que el material de filtro 114 no se fuerce a volverse cóncavo hacia el espacio interior del disco en el bastidor 116 de los sectores de filtro 9. Para abordar este problema, debido a la salida de flujo de filtrado, pero se acentúa por el lavado de la tela, y por la presión reducida que se crea en el espacio interno 83 de los discos, se proporciona un tubo de compensación de presión 157, que conecta el espacio interno 83 de los discos con la atmósfera externa de la máquina. El tubo de compensación de presión 157, que tiene un extremo interno doblado 158, tiene en los alrededores de la abertura de la salida de flujo 21 una longitud levemente inclinada 159, preferentemente inclinada 3° con respecto al horizonte, que puede ayudar con el drenaje. Esta conexión con el entorno exterior permite aumentar la presión interior y reducir la concavidad del material de filtro 114 del sector de filtro, lo que podría conducir a rendimientos reducidos y posiblemente al fallo mecánico del propio material de filtro 114. En el caso de que la presión atmosférica no sea suficiente para contrarrestar la concavidad que se determina por el flujo del filtrado a través de los sectores del filtro, el tubo de compensación de presión 157 se conecta a una bomba para obtener localmente, por ejemplo, en las proximidades de una superficie interna del material de filtro 114 del sector de filtro, una presión mayor que la presión atmosférica.
Aunque la descripción anterior se ha referido a una máquina de discos de filtro, se puede implementar como un tambor cuando el número de discos es uno. Aunque se destina al tratamiento de las aguas residuales, debe entenderse que también pueden tratarse otros líquidos, y evidentemente el lavado y retrolavado deben realizarse con el líquido filtrado. Las modalidades de la máquina de filtrado pueden actuar también como espesantes. Al extraer el líquido filtrado del recipiente que contiene una mezcla de sustancias líquidas y sólidas o semisólidas, también se logra el efecto de aumentar la concentración de estas sustancias en el recipiente.
Controlar los niveles de líquidos
Como se explicó anteriormente, el flujo y la calidad del filtrado pueden ajustarse mediante la variación de los niveles L, Lf del líquido a filtrar y el líquido filtrado 2,4. Los niveles pueden variarse independientemente unos de otros.
Con referencia a las Figuras 9, 17 y 18 y también a las Figuras 43 a 47, el nivel, L, del líquido a filtrar no debe aumentar por encima de un nivel máximo, Lmáx, que corresponde a la parte radial interna del elemento de filtro 9 (Figura 9) o la parte superior de la porción cilíndrica 54 (Figura 17) ya que esto puede obstaculizar la capacidad del aparato de retrolavado 93 (Figura 20) para limpiar el elemento de filtro 9 correctamente.
El nivel de filtrado, Lf, puede controlarse de modo que se encuentre entre un nivel mínimo, Lfmín, y un nivel máximo, Lfmáx, mediante el uso una serie de disposiciones diferentes.
Con referencia a la Figura 18, la parte inferior de la tubería 76 puede servir como un aliviadero que puede usarse para controlar el nivel Lf.
Con referencia particularmente a la Figura 43, en una primera disposición modificada, el nivel de filtrado Lf puede controlarse mediante el uso un aliviadero interno 161 (o "pared") en el depósito 78. El nivel del filtrado Lf que atraviesa el aliviadero aumenta marginalmente a velocidades de flujo más altas.
Con referencia particularmente a la Figura 44, en una segunda disposición modificada, el nivel de filtrado Lf puede controlarse mediante el uso de la válvula 147 que puede tener la forma de una válvula de flujo proporcional.
El nivel de filtrado puede controlarse entonces mediante el uso de una bomba que bombea el filtrado fuera del depósito 78 hasta un nivel deseado.
Con referencia particularmente a la Figura 45, en una tercera disposición modificada, el nivel de filtrado Lf puede controlarse mediante el uso de un tubo de succión 162 que depende de una bomba de succión 164. El nivel de filtrado Lf puede detectarse mediante el uso de un sensor de nivel 163.
Con referencia particularmente a la Figura 46, en una cuarta disposición modificada, el nivel de filtrado Lf puede controlarse mediante el uso una bomba sumergible 164 que bombea el filtrado a un nivel superior a través del tubo 165. Puede usarse un sensor de nivel (no se muestra).
Con referencia particularmente a la Figura 47, en una quinta disposición modificada, el nivel de filtrado Lf puede controlarse mediante el uso de una disposición de tubo de succión escalonado 166, 167, 168 que depende de una bomba de succión 164. La disposición de tubo de succión escalonado 166, 167, 168 se extiende al interior del compartimento interno 84, debajo de la parte inferior de la porción cilíndrica 54. Puede usarse un sensor de nivel (no se muestra).
Por tanto, la altura Lf del filtrado puede ajustarse de forma variable para mejorar el rendimiento de la máquina de filtrado 8 mediante el control de la diferencia de altura, A, a través del elemento de filtro 9, con o sin controlar el nivel a filtrar, L.
Resultados experimentales
Las tablas I, II, III y IV muestran los resultados del uso de la máquina de filtrado en diferentes condiciones de funcionamiento.
En las tablas, las columnas de la A, a la K son las siguientes:
A es la diferencia de presión entre la entrada y la salida de la máquina, se expresa en cmH2O
B es el régimen de flujo en la salida de la máquina, se expresa en m3/h
C es el flujo, se expresa en L/m2. Es el régimen de flujo (columna B) que se divide por el área superficial activa de la máquina (columna H) y se convierte de metros cúbicos a litros.
D es la frecuencia del controlador, se expresa como %, donde 100 % = 0,66 rpm a 50 Hz.
E es el régimen de flujo de aire en el contenedor, en m3/h en condiciones normales.
F es la presión del agua en las tuberías de retrolavado, en bar (= 1 kPa).
G es el régimen de flujo de aire en el biorreactor de membrana, en m3/h en condiciones normales.
H es el área activa del material de filtrado, es decir, el área superficial del material de filtrado que se sumerge en agua, en m2. Corresponde al área superficial de una máquina de cuatro discos de 1700 mm de diámetro cada uno, que se sumergen hasta su eje de rotación.
I son sólidos suspendidos, en mg/L.
J es la turbidez en la salida de la máquina, en mg/L.
K es la energía eléctrica que absorbe la máquina, en kW.
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Tabla II
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Tabla III
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Tabla IV
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Modificaciones
Se apreciará que pueden hacerse varias modificaciones a las modalidades que se describen anteriormente.
Aunque la descripción anterior se ha referido al filtro de disco giratorio para destinarse al tratamiento de las aguas residuales, debe entenderse que también pueden tratarse otros líquidos, y evidentemente el lavado y retrolavado deben realizarse con el líquido filtrado.
El filtro puede actuar como espesante. La extracción del líquido filtrado del recipiente que contiene una mezcla de sustancias líquidas y sólidas o semisólidas tiene el efecto de aumentar la concentración de estas sustancias en el recipiente.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato que comprende:
un elemento de filtrado permeable al líquido (9) que tiene una primera y una segunda cara (10, 11), el elemento de filtrado permeable al líquido se sumerge al menos parcialmente en un líquido, el elemento de filtrado permeable al líquido se dispone para que circule a través del líquido de manera que:
• en una primera posición, un área de la primera cara del elemento de filtrado se somete a líquido a presión, y la presión a través del elemento de filtrado es mayor que 0 y menor o igual a 5,9 kPa; y
• en una segunda posición, el área no se somete a líquido a presión o se somete a líquido a una presión más baja,
al menos una tobera (15) para dirigir al menos un chorro (16) a la segunda cara del elemento de filtrado a través del elemento de filtrado hacia la primera cara del elemento de filtrado para retirar y/o ayudar a eliminar los sólidos que se acumulan en la primera cara del elemento de filtrado;
caracterizado porque
el elemento de filtrado tiene un tamaño de los poros entre 2 y 40 pm; y
el aparato comprende, además:
el (los) alimentador(es) de gas (6) para introducir burbujas de gas (7) en el líquido.
2. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el elemento de filtrado permeable a los líquidos (9) incluye poros que tienen un intervalo de tamaños de los poros diferentes, los tamaños de los poros están entre 2 y 40 pm.
3. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el tamaño de los poros es de 15 a 25 pm.
4. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el elemento de filtrado permeable a los líquidos (9) comprende una malla.
5. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que se configura de manera que, en la segunda posición, el área esté por encima del líquido.
6. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además:
un contenedor (5) para un líquido (2) hasta un nivel (L) para su funcionamiento.
7. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el líquido es agua residual.
8. Un método para filtrar un líquido que tiene un total de sólidos suspendidos de entre 1 y 50 g/L mediante el uso de un elemento de filtrado permeable al líquido (9) que tiene una primera y una segunda caras (10, 11) para producir un líquido filtrado (4) que tiene un total de sólidos suspendidos de no más de 10 mg/L, en donde el elemento de filtrado permeable al líquido se sumerge al menos parcialmente en un líquido y el elemento de filtrado permeable al líquido se dispone para que circule a través del líquido, el método comprende:
hacer circular el elemento de filtrado permeable a los líquidos a través del líquido de manera que:
• en una primera posición, un área de la primera cara del elemento de filtrado se somete a líquido a presión, y la presión a través del elemento de filtrado es mayor que 0 y menor o igual a 5,9 kPa, y
• en una segunda posición, el área no se somete a líquido a presión o se somete a líquido a una presión más baja, y los sólidos que se acumulan en la primera cara del elemento de filtrado pueden eliminarse al dirigir al menos un chorro a la segunda cara del elemento de filtrado a través del elemento de filtrado hacia la primera cara del elemento de filtrado;
caracterizado porque
el elemento de filtrado tiene un tamaño de los poros entre 2 y 40 pm; y
el método que comprende además:
introducir burbujas de gas (7) en el líquido (2).
9. El método de la reivindicación 8, que comprende:
hacer circular el elemento de filtrado de manera que el flujo de permeación esté entre 200 L/(m2h) hasta 5.000 L/(m2h); y
retirar un grosor de una capa de sólidos acumulados entre 0 y 6 cm.
10. El método de la reivindicación 8 o 9, en donde el tamaño de los poros está entre 15 y 25 pm.
11. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en donde la velocidad es de 0,25 a 30 m/min.
12. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en donde entre el 50 y el 75 % del elemento de filtrado permeable al líquido (9) se sumerge en el líquido (2).
13. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, en donde los sólidos que se acumulan se eliminan periódicamente.
14. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, que comprende:
provocar una diferencia de altura entre el líquido (2) y el líquido filtrado (4) a través del elemento de filtrado (9) para controlar la presión a través del elemento de filtrado (9).
15. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, en donde, en la segunda posición, el área está por encima del líquido (2).
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