ES2258792T3 - Clarificador de flotacion por aire disuelto de tres zonas con rendimiento mejorado. - Google Patents
Clarificador de flotacion por aire disuelto de tres zonas con rendimiento mejorado.Info
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Abstract
Un clarificador compacto de flotación de aire disuelto (DAF) (10, 10¿) y un proceso de clarificación utiliza tres zonas para la clarificación que funcionan en secuencia en un clarificador simple (I, II, III). El agua sin tratar con contaminantes sólidos suspendidos penetra en un floculador (14) en el centro de un depósito anular (16) en donde burbujas microscópicas de aire introducidas en el flujo de entrada hacen flotar los contaminantes congregados para formar una capa de fango (12). Aquí se produce una primera clarificación (I), de remansado y desgasificación. El agua fluye entonces radialmente hacia el exterior para pasar al interior del depósito (16) en donde se produce una clarificación (II) adicional en calma. Un tercer nivel (III) de clarificación se produce en una parte inferior (16b) del depósito, específicamente, en un conjunto de laminillas en forma de placas (18), radiales (18a) y cónicas (18b), que forman canales inclinados (52) en donde se produce la clarificación final. La pared del fondo (16c) del depósito tiene un conjunto de aberturas (54) que permiten el flujo por gravedad del agua clarificada (40) a través de una capa (44) de gas a presión hasta un compartimento inferior de recogida (48). Unos sensores de nivel (100, 124) controlan una válvula (42) en la conducción de salida del flujo clarificado (24) y el sangrado de aire de la capa de gas a presión para regular los niveles de líquido en el clarificador. Un conjunto de paletas giratorias (78) empujan la capa de fango (12) desde una rampa (81) a un conducto de descarga inclinado (82). Alternativamente, una cabeza de succión (84) con un espumador mecánico (84b) efectúa un barrido alrededor del depósito para aspirar el fango a través de un tubo hueco central (89) hacia un conducto de descarga (82¿). Un dispositivo de impulsión (56) que funciona a través de una correa (64) hace girar el mecanismo de eliminación del fango (58, 58¿) y las laminillas (18).
Description
Clarificador de flotación por aire disuelto de
tres zonas con rendimiento mejorado.
Esta invención se refiere en general a un
aparato y un procedimiento para la clarificación de agua donde la
extracción de partículas suspendidas se consigue mediante un agente
floculante y flotación usando una corriente de burbujas de aire
ascendentes microscópicas. Más específicamente, se refiere a un
aparato y un procedimiento para clarificación de flotación por aire
disuelto usando múltiples zonas de clarificación secuenciales,
extracción de agua clarificada a través de una bolsa de aire, y
extracción mejorada de lodo flotado.
La clarificación de agua, la extracción de
contaminantes particulados suspendidos en agua, se usa para tratar
aguas residuales procedentes de procedimientos de fabricación,
particularmente en las industrias del papel y pasta de madera, en el
tratamiento de suministros municipales de agua potable, y en
tratamiento de aguas negras. El agua puede ser clarificada por
sedimentación o flotación de las partículas. Las técnicas y aparatos
conocidos de sedimentación son eficientes, pero están limitados
incluso en rendimiento máximo a un ritmo de sedimentación
comparativamente lento, aproximadamente 0,5 galones por minuto por
pie cuadrado (20 litros/min/m^{2}). Para tratar grandes volúmenes
de agua bruta de entrada, las instalaciones de sedimentación deben
ser grandes, por lo tanto, con las desventajas de coste y
utilización de espacio que conlleva. Además, los tanques de
sedimentación son típicamente mucho más profundos que los tanques
para clarificación por flotación y el lodo extraído tiene un
contenido de sólidos más bajo que con clarificación por
flotación.
Las técnicas de flotación disuelven un pequeño
porcentaje de aire por volumen en agua presurizada y después liberan
el aire en forma de burbujas microscópicas que se adhieren a las
partículas y las llevan hacia arriba hasta la superficie donde
forman un lodo flotante. Este tipo general de clarificación se
denomina a veces flotación por aire disuelto o "DAF". Las
partículas son coaguladas y floculadas normalmente usando agentes
convencionales como alumbre y/o polímeros antes de que se
introduzcan las burbujas de aire. Las técnicas de flotación son
teóricamente capaces de conseguir velocidades de clarificación de
7,5 galones por minuto por pie cuadrado (GPM/SQFT) de área de
flotación (300 l/m^{2}/min). Hasta ahora, en la práctica las
velocidades han sido inferiores a este valor teórico, pero
significativamente mejores que para las técnicas de
sedimentación.
Varios intentos iniciales por parte del
solicitante de usar técnicas de flotación para clarificar agua se
describen en la patente de EE.UU. Nº 2.874.842 concedida en 1959 y
la patente de EE.UU. Nº 3.182.799 concedida en 1965. Usaban un
tanque fijo sin espumaderas u otros componentes móviles en el
tanque. Las burbujas de aire eran introducidas a través de la
entrada de agua bruta principal y guiadas dentro del tanque por un
deflector interno ('842) o una pila de placas desviadoras internas
('799). Como las burbujas de gas eran guiadas por componentes fijos,
no existía problema de diseño creado por las turbulencias de piezas
móviles en el tanque de flotación. Además, estos dispositivos no se
prestaban para tratamiento a altas velocidades de flujo. El aparato
'799 tenía los problemas adicionales porque (i) el agua de entrada
tenía que suministrarse por separado desde el lateral hasta la zona
entre cada par de placas desviadoras adyacentes y (ii) el recorrido
de flujo para partículas flotadas varía dependiendo de la posición
vertical de las placas desviadoras asociadas que definen el
recorrido de flujo. Esta última situación significa que el aparato
no trata completamente el agua de entrada, o es lento.
El solicitante ostenta otras varias patentes de
EE.UU. para aparatos y procedimientos de clarificación de agua,
incluyendo las patentes de EE.UU. N^{os} 4.022.696; 4.377.485;
4.626.345; 4.184.967; y 4.931.175, todas las cuales mejoran en gran
medida el comportamiento de los primeros dispositivos '842 y '799.
En el clarificador '696, que sigue vendiéndose bajo las
designaciones comerciales "SPC" y "Supracell", la
flotación se produce en un tanque circular. El agua bruta se
suministra al depósito a través de una tubería central, una
articulación hidráulica, y una tubería de entrada con múltiples
salidas sumergida en el tanque que gira alrededor del tanque. El
flujo de entrada está orientado opuesto a la dirección de rotación
de la tubería de entrada y es de una velocidad respecto a la
velocidad de rotación tal que el agua bruta tiene una velocidad
neta nula cuando entra en el tanque. La instalación de flujo de
entrada de agua bruta y un cucharón para extraer el lodo flotado
están montados en un carro pesado accionado para girar alrededor del
tanque. El cucharón es preferentemente uno de palas múltiples del
tipo descrito en la patente de EE.UU. del solicitante Nº 4.184.967.
Tiene un motor montado en el carro para hacer girar el cucharón. La
velocidad de rotación del carro alrededor del tanque se establece
de manera que las partículas flotadas llegarán a la superficie del
agua contenida en el tanque en el tiempo de una rotación. Puede
conseguirse un buen grado de clarificación con cada rotación del
carro usando un tanque comparativamente poco profundo, por ejemplo,
16-18 pulgadas (0,406-0,457 m). Esta
unidad SPC clarifica a un ritmo de aproximadamente 130
litros/m^{2}/min (3,25 gal/min/pie cuadrado). Este es mucho mejor
que el ritmo usando técnicas de sedimentación, pero menos de la
mitad de la velocidad máxima teórica.
En el "Supracell" y los otros
clarificadores descritos en las patentes anteriormente mencionadas,
existen características y limitaciones de diseño comunes. Primero,
la flotación de las partículas floculadas es generalmente vertical
(o sigue a placas cónicas inclinadas), y es en una capa de agua que
es comparativamente poco profunda y generalmente libre de
turbulencia. Segundo, en todos estos diseños la extracción del lodo
flotado es mediante un cucharón giratorio con paletas que alimenta a
una tubería de descarga inclinada. Tercero, en cada diseño el agua
clarificada es acumulada por tuberías o colectores huecos con
aberturas de entrada. Las tuberías son fijas o giratorias en el agua
en el fondo del tanque. En unidades que usan una segunda etapa de
filtración, por ejemplo un lecho de arena en el fondo del tanque de
clarificación, las tuberías pueden estar enterradas en el lecho de
arena. Además, hasta ahora, para aumentar la capacidad de un tipo
dado de clarificador, se construía un tanque de mayor diámetro.
Aunque en teoría se puede construir un tanque suficientemente grande
para alojar cualquier carga de clarificación, las restricciones de
coste y espacio han provisto limitaciones prácticas a las
capacidades de estas unidades.
Enfoques más recientes para aumentar capacidad
de clarificación, manteniendo compacidad física y un coste
competitivo de fabricación y funcionamiento, se describen en las
patentes de EE.UU. N^{os} 5.268.099; 5.296.149; 5.320.750;
5.415.771; y 5.306.422, todas del presente solicitante como inventor
único o en equipo. La patente '149 describe una clarificación
vendida bajo la designación comercial "SPC-L"
como mejora respecto al clarificador marca "Supracell" de la
'696, así como la placa cónica de la '175 o clarificador
"SPC-P". El clarificador SPC-L
llena sustancialmente un tanque de poca profundidad de laminillas
entrecruzadas parecidas a placas radiales y concéntricas cónicas.
Ellas forman una red anular de canales inclinados de extremos
abiertos que bloquean y transportan cada uno una columna de agua
que ha de ser tratada. Las laminillas giran lentamente en un tanque
entre un colector fijo de distribución de agua bruta y un colector
fijo de extracción de agua clarificada. La rotación de las
laminillas conecta hidráulicamente una capa de lodo flotado para
hacer girar el lodo sobre un reborde como una rampa de una
espumadera de lodo fija, hueca. Un transportador de tornillo montado
dentro de la espumadera gira para avanzar el lodo acumulado
radialmente a través del depósito clarificador hasta una tubería de
descarga. Este clarificador funciona con una etapa en un tanque de
poca profundidad que está sustancialmente lleno de las
laminillas.
La patente de EE.UU. Nº 5.306.422 describe un
clarificador que usa una pila doble de clarificadores DAF donde la
salida del clarificador superior alimenta al clarificador inferior
para nueva clarificación. La clarificación se produce
secuencialmente en dos clarificadores separados con la salida de un
clarificador alimentando por gravedad al clarificador subyacente en
la pila.
La patente de EE.UU. Nº 5.415.771 describe un
clarificador de alta capacidad con un único tanque de gran diámetro
que se divide en múltiples sectores girando colectores de
distribución de agua bruta y colectores de acumulación de agua
clarificada asociados. Hacer girar cucharones con paletas asociados
con cada uno de estos conjuntos de colectores plurales extrae el
lodo flotado. De nuevo, la clarificación se produce en una única
etapa en un único tanque de poca profundidad.
La patente de EE.UU. Nº 5.320.750 describía una
mejora respecto al clarificador de la '345 (vendido bajo la
designación comercial "SASF") que tiene un floculador central
con una alimentación por rebose a un tanque de clarificación DAF
circundante con un medio de filtración, como arena, situado en el
fondo del tanque. Este clarificador de la '750, vendido bajo la
designación comercial "SAF-BP", aísla el primer
filtrado y lo usa para lavar a contracorriente el lecho de arena
sector por sector. El agua clarificada es acumulada por medio de
una red de tuberías perforadas enterradas en la capa de arena. El
lodo flotado es extraído por un cucharón de palas giratorio. La
patente también desvela una válvula, vendida bajo la designación
comercial "KD", que introduce burbujas de aire en el agua
tratada en el floculador central.
El clarificador marca "Supracell" de la
'696 presentado por primera vez en los años 70 sigue siendo un
producto estándar, bien aceptado para muchas aplicaciones. Sin
embargo, queda una necesidad de un clarificador compacto no
filtrante que ofrezca ventajas de comportamiento, mantenimiento y
coste respecto al clarificador "Supracell".
Un objeto principal de esta invención es proveer
un clarificador tipo DAF y un procedimiento con un rendimiento y
capacidad de clarificación aumentados comparado con un clarificador
"Supracell" de tamaño comparable.
Un objeto principal más es proveer un aparato y
un procedimiento de extracción de lodo que evite el uso de
cucharones de palas giratorios y carros que giran alrededor del
tanque para transportar el cucharón y, en algunos casos, también
introducir agua en un tanque de clarificación.
Otro objeto principal es proveer las ventajas
precedentes aunque reduciendo el consumo de potencia comparado con
un clarificador "Supracell" de tamaño comparable.
Otro objeto es proveer un clarificador con las
ventajas precedentes que pueda ser cerrado.
Aún otro objeto es proveer un clarificador tal
que también sea compacto.
Un objeto más es proveer un clarificador con las
ventajas precedentes que tenga un coste de fabricación
favorable.
La presente invención provee un clarificador de
tipo de flotación de agua bruta como se expone en la reivindicación
1. También se provee un procedimiento para clarificar agua bruta por
flotación de aire disuelto como se expone en la reivindicación
8.
El clarificador de tipo de flotación por aire
disuelto (DAF) tiene un floculador central que recibe agua bruta
tratada con un agente floculante procedente de una tubería de
entrada. Una corriente de agua reciclada con aire disuelto se
introduce por separado en el floculador para producir una corriente
de burbujas de aire microscópicas. La interacción del agente
floculante y las burbujas de aire en el floculador produce una
primera clarificación, una desgasificación y una calma del agua
bruta tratada a medida que las partículas se floculan y son llevadas
hacia arriba hasta la superficie del agua. El floculador define una
zona de clarificación I.
Un tanque anular o "anillo" rodea el
floculador. Aberturas en la pared lateral del floculador dirigen el
agua tratada radialmente hacia fuera hacia una parte superior del
tanque. La pared lateral del floculador aísla la clarificación en el
tanque de la turbulencia en el floculador producida por el flujo de
entrada de agua bruta y la introducción de las burbujas de aire.
Esta turbulencia se disipa en el floculador, que puede verse que
calma la mezcla de caudales afluentes. Se produce una clarificación
DAF "tranquila" en esta parte superior del tanque que define
una zona de clarificación II. Las partículas floculadas son llevadas
por burbujas de aire hasta la superficie superior del tanque, que es
preferentemente el mismo nivel que sobre el floculador.
Se produce más clarificación lenta en una zona
III definida por un conjunto de laminillas entrecruzadas radiales
concéntricas cónicas y planas que llenan sustancialmente la parte
inferior del tanque. Las laminillas están formadas preferentemente
de plástico y apoyadas para girar dentro del tanque alrededor de su
centro. Las laminillas juntas producen una red de canales
inclinados de extremos abiertos que transportan una columna de agua
tratada sustancialmente sin turbulencia dentro de la columna a
pesar de la rotación. Las partículas floculadas flotadas dentro de
los canales ascienden a través de la zona II hasta una capa de lodo
flotado formada por clarificación en todas las tres zonas. Las
partículas gruesas se asientan en el fondo del tanque donde son
continuamente acumuladas dentro de un sumidero mediante una
rasqueta de fondo montada en el fondo del anillo de laminillas
giratorias.
El tanque tiene una pared del fondo perforada
por pequeños orificios espaciados en general uniformemente que
permite la extracción de agua clarificada del fondo del tanque,
adyacente al extremo inferior de las laminillas. Una placa inferior
y paredes laterales definen un compartimento de acumulación de agua
clarificada inmediatamente debajo de la pared inferior perforada.
Una fuente de gas presurizado crea una capa o bolsa de gas de poca
profundidad que se extiende bajo la pared inferior perforada. El
agua clarificada cae a través de los orificios en la bolsa de gas
presurizado para acumularse en el compartimento y ser extraída a
través de una tubería de salida de agua clarificada. Un sensor de
nivel detecta el nivel del agua clarificada acumulada y ajusta el
nivel controlando una válvula de purga de aire para aumentar o
reducir la presión de aire en el compartimento.
Para extraer la capa de lodo, una o más paletas
montadas y giradas sobre el tanque en brazos de soporte barren el
lodo hacia arriba por una rampa fija y dentro de un conducto de
descarga inclinado que se extiende radialmente sobre el tanque. La
paleta es preferentemente un conjunto de múltiples paletas separadas
en ángulos iguales que son cada una flexibles para adaptarse al
paso sobre la rampa a pesar de estar fijadas en un brazo rígido.
Preferentemente, las paletas son movidas al unísono con las
laminillas por un motor montado en la periferia del tanque y
acoplado a los miembros giratorios a través de una transmisión de
engranajes variable, una correa de distribución sometida a tensión,
y una pared cilíndrica móvil que separa el floculador del tanque.
Alternativamente, el lodo es despumado y aspirado del tanque por un
cabezal de vacío giratorio dispuesto sobre el tanque y conectado a
una bomba de vacío positivo y un conducto de descarga de lodo a
través de una articulación giratoria. La rotación de la capa de
lodo y el flujo saliente generalmente radial del agua cerca de la
parte superior del tanque mueve el lodo de una posición sobre el
floculador a una posición sobre el tanque donde las paletas o el
cabezal de succión lo extraen.
Vista como un procedimiento, la invención
incluye la clarificación secuencial de agua bruta tratada con un
agente floculante en (i) una zona de floculación donde se libera el
aire disuelto para formar burbujas de aire microscópicas, (ii) una
parte superior de un tanque anular adyacente al floculador, y (iii)
un conjunto de canales inclinados de extremos abiertos en una parte
inferior del tanque anular. La turbulencia en el floculador es
aislada de las siguientes clarificaciones. La invención también
incluye extracción por gravedad de agua clarificada desde el fondo
del tanque a través de una capa de aire presurizado. La invención
también incluye acumular el agua clarificada, monitorizar su nivel,
y ajustar el efluente del agua clarificada y el aire comprimido
para mantener unos niveles de agua prefijados en el clarificador.
Para extraer la capa de lodo, la invención incluye las etapas de
barrer el lodo hacia arriba por una rampa dentro de un recipiente de
acumulación, o despumarlo y aspirarlo mecánicamente desde el
tanque.
Estas y otras características y objetos de la
invención se entenderán más detalladamente a partir de la
descripción detallada siguiente que debe leerse a la luz de los
dibujos adjuntos.
La Fig. 1 es una vista desde arriba de un
clarificador DAF según la presente invención, con partes cortadas
dejando ver el interior;
la Fig. 2 es una vista en sección vertical a lo
largo de la línea 2-2 del clarificador mostrado en
la Fig. 1;
la Fig. 3 es una vista en planta desde arriba
que corresponde a la Fig. 1 con un sistema de extracción de lodo
alternativo;
la Fig. 4 es una vista en sección vertical a lo
largo de la línea 4-4 del clarificador mostrado en
la Fig. 3; y
la Fig. 5 es una ilustración esquemática de un
sistema de control de fluido para el clarificador.
Las Figs. 1-5 muestran un
clarificador de tipo de flotación por aire disuelto (DAF) 10, 10'
que extrae contaminantes particulados suspendidos de un líquido,
particularmente agua, como una capa 12 de lodo flotado. El
clarificador 10 en las Figs. 1 y 2 es el mismo que el clarificador
10' en las Figs. 3 y 4 excepto el aparato y procedimiento de
extracción de lodo. Las partes iguales en las diferentes
realizaciones están marcadas con el mismo número de referencia. Por
comodidad, la invención se describirá en relación con clarificación
de agua bruta, pero se entenderá que "agua" incluye una
variedad de líquidos, y en particular, petróleo u otras sustancias
químicas, algunas de las cuales son consideradas generalmente
inflamables o explosivas. La presente invención es particularmente
útil donde los sólidos suspendidos entrantes están por debajo de 3
gramos/litro (3000 ppm). Agua bruta tratada significa agua sin
clarificar a la que se ha añadido un agente floculante, o un agente
floculante y burbujas de aire microscópicas para producir la
flotación.
Los clarificadores 10, 10' son generalmente
cilíndricos con un floculador central 14, definido por una pared
lateral cilíndrica giratoria 15, y el tanque 16 circundante,
generalmente anular o en forma de anillo con una parte superior 16a
y una parte inferior 16b. Un conjunto de laminillas 18 entrecruzadas
parecidas a placas radiales (18a) y concéntricas cónicas (18b)
llenan sustancialmente la parte inferior del tanque 16b. Las
laminillas 18 están formadas preferentemente de un material plástico
por bajo peso, resistencia a corrosión, facilidad de limpieza, y
coste. La construcción y funcionamiento de las laminillas se
describen detalladamente en la patente de EE.UU. Nº 5.296.149. El
tanque 16 tiene una pared del fondo 16c, una pared lateral
cilíndrica 16d, y un montaje de recubrimiento 16e con una parte
troncocónica 16e', una parte central plana 16e'', y una brida de
montaje 16e'''.
En relación particular con las Figs. 2, 4 y 5,
el clarificador 10, 10' está apoyado en un conjunto de patas 20
dispuestas en ángulos iguales alrededor de su periferia y un soporte
central 21. Las patas 20 y el soporte 21 proveen espacio libre para
una tubería de entrada principal 22 que lleva agua bruta para ser
clarificada y una tubería de salida 24 para agua clarificada. Al
agua bruta que entra al clarificador se le ha añadido un agente
floculante convencional, como alumbre o un polímero, como se muestra
esquemáticamente en 23 en la Fig. 5. Un caudalímetro 22a mide el
caudal de entrada de agua bruta tratada procedente de un tanque de
espera 26 impulsada por una bomba 28. El agua del tanque 26 incluye
agua bruta procedente de la línea 30 y agua clarificada reciclada
desviada de la tubería 24 a través de la línea 32. El control de
nivel en el tanque 26 está provisto por sensores de nivel 34a, 34b
que controlan el funcionamiento de la válvula 36 en la línea 32. La
alimentación de agua bruta termina en el tanque 16 en un conjunto de
cuatro entradas ramificadas 22b, que se extienden cada una
verticalmente, con espaciado mutuo en ángulos iguales, dentro del
floculador 14 en su extremo inferior.
El agua clarificada es extraída a través de un
compartimento de acumulación clarificada 38 que es generalmente
coextensivo con, y conectado herméticamente al el fondo de la pared
del fondo del tanque 16c. El compartimento 38 incluye una pared
lateral generalmente cilíndrica 38a, y una pared del fondo sólida
generalmente plana 38b. Se puede ver que el clarificador 10, 10'
tiene una pared inferior doble siendo la pared del fondo 16c una
"falsa" pared inferior perforada. El agua clarificada 40 se
acumula en el compartimento y desagua a la tubería 24 por cuatro
conductos derivados 24a que están mutuamente espaciados en ángulos
iguales alrededor del tanque y están en comunicación fluida entre el
compartimento y la tubería de salida 24. Una válvula ajustable 42
en la tubería 24 controla el caudal de salida de agua clarificada y
el nivel de agua L en el clarificador. Como se describirá más
detalladamente en lo sucesivo, una característica principal de esta
invención es una bolsa o capa 44 de gas presurizado que llena el
compartimento 38 entre la pared del fondo 16c y el agua clarificada
acumulada 40.
El floculador define una zona I donde un
conjunto de válvulas 46 liberan una corriente de burbujas de aire
microscópicas procedente de un suministro de aire disuelto a presión
en agua producido en un tubo de disolución de aire 47 (Fig. 5). Las
válvulas 46 pueden ser de cualquier construcción convencional. Se
prefiere la válvula accionada neumáticamente vendida por Krofta
Engineering Corp. bajo la designación comercial "KD" y descrita
y mostrada en la patente de EE.UU. Nº 5.320.750. Las válvulas 46
están colocadas cada una sobre uno de los conductos derivados de
entrada 22b. Las burbujas de aire microscópicas producidas a medida
que el aire disuelto es liberado desde las válvulas se mezclan
completamente con el caudal afluente de agua bruta tratada en la
parte inferior del floculador, preferentemente debajo de un montaje
de soporte y apoyo inferior 48, que a su vez está montado de manera
giratoria sobre una columna central de montaje de la base 50. Como
es bien sabido, los sólidos suspendidos en el agua bruta tratada se
floculan y los flóculos se adhieren a las burbujas de aire, lo que
hace que los flóculos asciendan a través del agua hasta su
superficie donde forman la capa de lodo flotante 12. La
clarificación comienza en el floculador; este primer nivel de
clarificación en el floculador se califica en este documento zona I.
La desgasificación, es decir, la liberación de gases disueltos en el
agua que se trata, también se produce principalmente en la zona I.
El agua que fluye dentro del tanque 16 lleva con ella una parte de
las burbujas de aire microscópicas suficiente para continuar la
clarificación DAF en el tanque.
La pared lateral del floculador 15a bajo el
montaje de soporte 48 es sólida. Aísla la turbulencia en la entrada
de la flotación que se produce en el tanque exterior 16a y 16b. Esto
es importante ya que la turbulencia interfiere con el procedimiento
de flotación. La pared lateral superior del floculador 15b tiene una
serie de aberturas 15c que se extiende circunferencialmente que
provee un recorrido de flujo radial hacia fuera para agua tratada
desde la región superior del floculador 14 hasta el tanque 16.
Además, la pared 15 se extiende verticalmente de manera que en
funcionamiento normal su borde superior se encuentra ligeramente
sobre la superficie del agua en el tanque 16. Cuando hay alto
contenido en sólidos en el agua bruta, el lodo y la espuma crecen en
la superficie del agua en el floculador y se derraman dentro del
tanque 16.
La clarificación mediante flotación por aire
disuelto continúa secuencialmente en dos zonas adicionales en el
tanque 16. El agua parcialmente clarificada y desgasificada en la
región superior 16a del tanque 16 sufre nueva clarificación en la
región más calmada, menos turbulenta y de mayor área superficial
también denotada en este documento como zona II. De nuevo, la pared
móvil 15 aísla sustancialmente esta región de la turbulencia en el
floculador. Los sólidos suspendidos se floculan entre sí y son
llevados hasta la superficie del agua. El agua clarificada en la
zona II fluye hacia abajo hacia el compartimento de acumulación 38 y
pasa a una zona III definida por la región inferior del tanque 16b
y las laminillas 18. En la zona III, se produce una clarificación
DAF lenta final en una red de canales inclinados de extremos
abiertos 52 formada por las laminillas entrecruzadas e
interconectadas 18a y 18b. Como se describe en las patentes de
EE.UU. N^{os} 4.931.175 y 5.296.149, la inclinación de las
laminillas cónicas concéntricas 18b (mostradas en las Figs. 2 y 4)
tiene el efecto de aumentar la longitud del recorrido de subida de
las partículas floculadas, y aumentar de ese modo el rendimiento de
la clarificación comparado con el que se puede conseguir con un
recorrido vertical directo. El agua tratada que sale por la parte
superior del floculador fluye así generalmente hacia abajo a través
de las zonas II y III del tanque, clarificándose cada vez más a
medida que avanza hacia la pared del fondo 16c del tanque a través
de los canales 52.
Preferentemente, las laminillas 18 giran
lentamente dentro del tanque, continuamente o, para ahorrar energía,
intermitentemente. La rotación produce turbulencia insignificante en
la zona III porque el agua que se clarifica es bloqueada en los
canales 52 que están abiertos sólo en sus extremos superiores e
inferiores. La rotación es deseable, ya que controla la
"canalización", es decir, una acumulación de partículas entre
las salidas de los canales en los bordes inferiores de las
laminillas y la pared del fondo 16c.
La pared del fondo del tanque 16c contiene una
red de pequeños orificios 54 espaciados preferentemente de manera
uniforme por la pared 16c. Ellos proveen una salida para el agua
clarificada del tanque 16 al compartimento de acumulación 38. Los
flujos del agua clarificada a través de los orificios 54 se muestran
como 40a en la Fig. 5. Estos flujos son a través de la capa de gas
presurizado 44. El nivel de agua es controlado a un valor constante.
La presión del gas es variable, como se describe más detalladamente
a continuación. Ajustar la presión del gas de control regula el
volumen del flujo de salida del tanque 16 en respuesta al nivel
detectado del agua clarificada acumulada 40 en el compartimento 38
y en respuesta al flujo de agua procesada.
Un montaje de accionamiento 56 hace girar al
unísono las laminillas, la pared 15, y un montaje de extracción de
lodo 58. El montaje de accionamiento incluye un motor 60 y una caja
de engranajes conducida 61 montados en un bastidor 62 que a su vez
está fijado en el montaje de recubrimiento 16e cerca del borde
exterior del recubrimiento. El motor con engranaje reductor 60, 61
incorpora preferentemente un controlador de frecuencia variable, por
ejemplo uno que pueda variar la velocidad de salida en un intervalo
de 3:1. Una polea transmisora 61a del motor con engranaje reductor
acopla a una polea de mayor diámetro 63 a través de una correa de
distribución 64. Un ajustador de tensión 66 pivota alrededor del
punto 66a contra la correa 64 aplicado por un muelle 68 para
mantener un acoplamiento fiable entre la correa y las poleas 61a y
63. La polea 63 está fijada a un eje motriz 70 centrado en el
floculador 14. El eje 70 está apoyado en un montaje de soporte y
apoyo superior 72 y el montaje de soporte y apoyo inferior 48.
El montaje inferior 48 incluye un cojinete 48a,
un casquillo 48b fijado al eje 70, y una cruceta de brazos radiales
48c acoplada entre el casquillo y la pared 15. Esta estructura
transfiere el movimiento giratorio del eje 70 a la pared 15.
Pestañas verticales de refuerzo 15d refuerzan la pared. Una junta
deslizante 74 en la parte inferior de la pared 15 mantiene un
aislamiento del floculador y el tanque a pesar de la rotación. Las
laminillas están fijadas a la pared lateral móvil en el borde
interior de las laminillas radiales 18a. Ruedas 76 fijadas a
laminillas radiales seleccionadas 18a en sus extremos inferiores
exteriores soportan las laminillas y les permiten rodar libremente
sobre la pared del fondo 16c.
El montaje de soporte y apoyo superior 72
incluye un montaje de apoyo 72a, engranado entre el eje 70 y una
consola de montaje fijada a la brida del montaje de recubrimiento
16e'''. El suelo 16c del tanque 16 también incluye un sumidero 130
formado en un sector radial, como se ve mejor en las Figs. 1 y 3.
Las laminillas 18 montan preferentemente una rasqueta flexible 129
que se extiende radialmente por la pared del fondo 16c y barre
dentro del sumidero cualquier partícula que no haya sido flotada
hasta la capa de lodo para eliminación periódica a través de una
abertura de descarga 130a.
El sistema de extracción de lodo 58 mostrado en
las Figs. 1 y 2 monta cuatro paletas flexibles 78 en cuatro brazos
fijadas en un extremo de cada uno, directa o indirectamente, al eje
giratorio 70. Las paletas se extienden preferentemente, según se
muestra, radialmente sobre la superficie superior del tanque 16,
desde la pared 15 hasta el borde exterior del montaje de
recubrimiento 16e. Cada una de ellas se extiende verticalmente hacia
abajo desde el brazo asociado 80 hasta el nivel de funcionamiento
normal L del agua en el clarificador. Preferentemente, según se
muestra, se extienden ligeramente por debajo de la superficie. A
medida que giran las paletas, empujan la capa de lodo para hacerla
girar con ellas. Las paletas están formadas preferentemente de goma
fijadas en los brazos 80.
A medida que las paletas giran, engranan
secuencialmente una rampa fija 81 montada en el clarificador y que
se extiende radialmente a través del tanque 16. La rampa es
generalmente rectangular y está inclinada desde un borde inferior
entrante que se extiende radialmente 81a que está típicamente en el
agua por debajo de la capa de lodo hasta un borde superior
siguiente 81b que está por encima de la superficie del agua. A
medida que la paleta gira, cada paleta a su vez empuja la capa de
lodo por delante de ella subiendo por la rampa hasta que se cae por
el borde superior 81b dentro de una abertura de entrada 82a en una
tubería de descarga de lodo dirigida radialmente 82. La tubería 82
está preferentemente inclinada para que el lodo en la tubería
deslice bajo la fuerza de la gravedad lejos del tanque 16 para
acumulación en un tanque 128 (Fig. 5), u otra eliminación, por
ejemplo, directamente en una bomba de desplazamiento positivo. La
tubería de descarga 82 penetra, pero preferentemente está conectada
herméticamente al montaje de recubrimiento 16e. La rotación de las
paletas extrae así continuamente la capa de lodo flotado. Como la
masa del montaje de paletas es pequeña comparada con la del
cucharón de palas giratorio convencional y cucharones con un
transportador de tornillo, la potencia requerida para su
funcionamiento es baja en consecuencia. En estado estacionario, la
mayor necesidad de potencia es para vencer pérdidas por fricción,
para elevar una masa de lodo por la rampa, y para flexionar las
paletas a medida que avanzan sobre la rampa-siendo
fijada su posición vertical por su conexión a uno de los brazos
rígidos fijados verticalmente 80. Sin embargo, la flexibilidad de
las paletas está limitada por la rigidez requerida para avanzar una
masa de lodo húmedo por la rampa.
Las Figs. 3 y 4 ilustran un sistema alternativo
de extracción de lodo 58' que usa una bomba de vacío positivo 88
para aspirar lodo acumulado en un cucharón de succión hueco 84 y
avanzarlo a través de un brazo tubular 85 hasta una parte de eje
motriz hueco 70', una articulación giratoria 86, y un conducto de
descarga de lodo 82'. El cucharón de succión incluye un alojamiento
hueco 84a, un reborde que se extiende hacia delante 84b que lleva a
una abertura 84c en el alojamiento, y un bastidor de soporte 84d
montado entre la pared lateral móvil 15 en su parte superior y el
lado de salida del alojamiento del cucharón de succión. El reborde
84b tiene su borde de entrada colocado para deslizar justo bajo la
capa de lodo flotante por delante de él. La rotación del cabezal de
succión, en cooperación con la succión, causa el achique del lodo
por la abertura 84c.
En relación con la Fig. 5, un compresor de aire
90 produce un suministro de aire presurizado que es suministrado
por la línea 91 a través de los reguladores de presión 92 y 94, la
válvula de aguja 96, y el caudalímetro 98 al compartimento 38 para
producir la capa de gas presurizado 44. Se añade constantemente una
pequeña cantidad de aire comprimido al compartimento 44. El nivel
de líquido es controlado por una válvula de purga de aire 100 a la
atmósfera, mostrada esquemáticamente. La bomba 90 también suministra
aire comprimido por la línea 102, la válvula 104, y el caudalímetro
106 al tubo de disolución de aire (ADT) 47, y por la línea 108 a las
válvulas 46 para proveer potencia de funcionamiento aplicada en
coordinación con señales de control procedentes de un
temporizador/controlador (no mostrado). Las válvulas 46 son purgadas
a la atmósfera. Una línea de succión 110 suministra agua
clarificada 40 del compartimento 38 a la bomba de presión 112. El
agua presurizada procedente de la bomba 112 fluye en la línea 114
hasta el tubo de disolución de aire 47. Un manómetro 118 conectado
en paralelo a través de la entrada y la salida del ADT 47 mide la
presión diferencial producida por la boquilla de entrada en el ADT.
Tal diferencia de presión indica el volumen de flujo del agua
reciclada. La línea 120 transporta un suministro de agua presurizada
con aire disuelto en ella a las válvulas 46.
En la línea de salida de efluente de agua
clarificada principal 24, puede usarse una bomba 122 si no es
posible la extracción por gravedad. Un sensor/transmisor de nivel
124 montado en el tanque 16 detecta el nivel de agua en el tanque
16. Un controlador de nivel 126 recibe la señal de salida del
transmisor 124 y produce señales de control correspondientes para
la válvula automática 42. El nivel de funcionamiento controlado del
agua en el clarificador se muestra en L. La Fig. 5 también muestra
un flujo por gravedad a lo largo del conducto de lodo 82 hasta el
tanque de acumulación 128.
A modo de ilustración, pero no de limitación, el
clarificador 10, 10' con un tanque 16 de doce pies (3,69 m) de
diámetro tiene un floculador 14 de tres pies (0,92 m) de diámetro.
La pared lateral 16d del tanque se extiende veinte pulgadas (51,2
cm) desde la placa inferior 16c hasta el montaje de recubrimiento
16e, el cual tiene una altura máxima de aproximadamente dos pies
(0,61 m) desde el borde superior de la pared lateral. El
compartimento de acumulación tiene una altura de aproximadamente
ocho pulgadas y media (21,8 cm). Los orificios 54 son de 9/32
pulgadas (0,72 cm) de diámetro y están uniformemente espaciados seis
pulgadas (15,3 cm) de centro a centro sobre la pared del fondo
16c.
El accionamiento incluye un motor 60 de 3,7385
kW (cinco CV), 1700 rpm, con una reducción de engranajes de 150:1.
La correa 64 introduce una reducción de 7,85:1 debido a la
diferencia del diámetro de las poleas 61a y 63. Un controlador de
frecuencia variable de 3:1 puede variar la velocidad de salida del
eje 70 y los componentes motrices conectados desde 0,48 rpm hasta
1,44 rpm. La correa es de plástico.
Un caudal afluente total de funcionamiento
típico para el clarificador detallado anteriormente es 3,79 x
10^{-2} m^{3}/s (600 gpm). El aire comprimido al espacio 64 es
suministrado a un valor típico de 689,5 kPa (100 psi). El
10-60% (típicamente el 25%) del flujo de salida
clarificado es reciclado a través del tanque 26 para mantener la
carga hidráulica constante para aumentar el rendimiento de
clarificación.
En funcionamiento, un suministro de agua bruta
procedente del conducto de entrada 30 es mantenido en el tanque 26
donde es mezclado con agua clarificada que se recicla. El porcentaje
de flujo de recirculación varía con la variación de flujo de agua
bruta. La bomba 28 suministra el agua bruta tratada al floculador
donde las válvulas 46 liberan corrientes de burbujas de aire
microscópicas. La primera clarificación se produce directamente en
el floculador junto con desgasificación. La turbulencia asociada con
introducir el agua bruta floculándola, y tratándola con burbujas de
aire está sustancialmente confinada en el floculador y se disipa en
él.
El compresor 90 suministra aire comprimido para
crear la capa de aire 44, producir el aire presurizado para el ADT
47 y accionar las válvulas 46. El nivel de agua en el compartimento
38 se controla conectando o desconectando la purga de gas. El gas
(aire) suministrado dentro del compartimento 38 es prefijado a un
flujo medido constante. Si se procesa más agua a través del
clarificador, el nivel de agua en el compartimento 38 desciende
porque el regulador de nivel 126 abre la válvula de salida 42. Esto
abre la purga de aire de la válvula 100. La presión de gas en el
compartimento 38 desciende y permite el aumento de flujo a través de
los orificios. La presión de gas en el compartimento es establecida
así automáticamente para equilibrar el flujo a través de los
orificios 54 con el flujo a través de la válvula 42.
Dependiendo de la cantidad de lodo producida y
su ritmo de producción, se establece en consecuencia la velocidad
de rotación del sistema de extracción de lodo.
Basado en la prueba del prototipo, se ha hallado
que los clarificadores 10, 10' producen un ritmo de clarificación de
6 GPM/SQFT (240 litros/min/m^{2}) frente a un ritmo de 3,45
GPM/SQFT (130 litros/min/m^{2}) para un clarificador marca
"Supracell", un aumento de 1,75 veces mayor. Este
comportamiento se compara favorablemente con el límite teórico de
7,5 GPM/SQFT (300 l/min/m^{2}). Esta diferencia de ritmo se
traduce en una mejora significativa en la capacidad de tratamiento
para unidades de tamaño comparable (misma área superficial del
tanque clarificador). Basado en capacidades de clarificadores
"Supracell" conocidos, y multiplicando esas capacidades por
1,75, los clarificadores de la presente invención tienen capacidades
como las indicadas a continuación:
| Diámetro (pies) m | \hskip25mm | (GPM) | m^{3}/min | |
| (6) | 1,83 | (150) | 0,57 | |
| (8) | 2,44 | (259) | 0,98 | |
| (10) | 3,05 | (460) | 1,75 | |
| (20) | 6,10 | (1,681) | 6,39 | |
| (30) | 9,14 | (3,697) | 13,91 | |
| (40) | 12,19 | (6,720) | 25,55 | |
| (55) | 16,76 | (12,757) | 48,47 | |
| (70) | 21,34 | (30,562) | 78,52 |
El clarificador 10, 10' de la presente invención
con un tanque de seis pies (1,85 m) de diámetro tiene un volumen
total de agua en funcionamiento normal de 700 galones (2,65
m^{3}), comparado con 500 galones (1,89 m^{3}) para un
clarificador "Supracell" de ocho pies (2,43 m) de diámetro. La
carga hidrostática es mayor y por lo tanto el tiempo de retención es
más prolongado que con el clarificador "Supracell", 4,6 minutos
frente a 3,4 minutos. Se cree que este aumento del tiempo de
retención está más que compensado por el rendimiento y compacidad
aumentados de la presente invención. En cuanto al peso total, el
aumento de volumen de agua está compensado en parte por el uso de
materiales de peso ligero, aluminio y plástico en lugar de acero, y
por la eliminación del carro pesado del clarificador
"Supracell" que llevaba motores y un cucharón giratorio de
palas múltiples. El accionamiento en conjunto es mucho más ligero ya
que debe hacer girar sólo las rasquetas de lodo superiores o el
cabezal de succión y las laminillas sumergidas.
Para limpieza periódica, la extracción del
montaje de recubrimiento deja al floculador y al tanque fácilmente
accesibles desde la parte superior. Las laminillas pueden fabricarse
en secciones para el caso de extracción y limpieza. Las impurezas
gruesas que se asientan en el tanque se acumulan en el sumidero 130
que puede descargarse periódicamente como en el funcionamiento del
clarificador "Supracell" actual. El clarificador 10, 10'
también puede ser purgado periódicamente mediante un programa
controlado de ajuste del nivel de agua.
Como no hay cucharón que gire en círculo sobre
el tanque, el clarificador 10, 10' puede cubrirse para encerrar los
fluidos que son clarificados. Por lo tanto, puede funcionar
fácilmente con cualquier gas o líquido. Dependiendo de la
aplicación, el clarificador con el recubrimiento puede hacerse
funcionar a prueba de explosión para uso en la industria del
petróleo, especialmente refinerías.
Para ahorrar energía, también es posible hacer
funcionar el clarificador 10, 10' intermitentemente, mientras que el
carro de los clarificadores "Supracell" y similares tiene que
estar constantemente en movimiento. El funcionamiento intermitente
permite algo de espesamiento de la capa de lodo flotado, pero
seleccionando el intervalo y duración de las pasadas, aún puede ser
efectiva la extracción de lodo. Se considera factible un cese de
rotación que totalice quince minutos por cada hora de
funcionamiento. La rotación continua de las laminillas tampoco es
esencial. Son suficientes rotaciones intermitentes para controlar la
canalización y para limpiar las partículas gruesas acumuladas en la
pared del fondo 16c del tanque.
La extracción de agua clarificada a través de
bolsa de aire de poca profundidad permite la extracción uniforme por
todo el fondo del tanque con un mínimo de resistencia hacia un flujo
de salida. La rasqueta de sumidero 129 también puede limpiar las
aberturas de salida 54.
Vista como un procedimiento, la presente
invención clarifica secuencialmente un flujo de agua bruta tratada
en una zona I del floculador (donde se libera el exceso de aire y se
calma el agua) y dos zonas verticalmente adyacentes II (donde se
produce una clarificación previa) y III (donde se produce la
clarificación final) en comunicación fluida con el clarificador y
entre sí, pero sustancialmente aisladas de la turbulencia en el
floculador. La clarificación en la zona tranquila III implica
bloquear columnas de agua tratada en unos canales de extremos
abiertos. La extracción de agua clarificada incluye la etapa de
suministrar por gravedad agua clarificada desde la zona III a través
de una red de aberturas y a través de una bolsa de gas presurizado
subyacente. Las etapas de extracción de lodo incluyen empujar una
capa de lodo flotado por una rampa para una extracción dirigida
radialmente desde el clarificador, preferentemente mediante
alimentación por gravedad. Alternativamente, la extracción de lodo
es una combinación de un despumado mecánico y una succión positiva a
lo largo de una línea radial giratoria que barre repetidamente la
superficie superior de la zona II para extraer la capa de lodo
flotado.
Se ha descrito un clarificador y un
procedimiento de clarificación que es compacto y funciona a un ritmo
y capacidad de clarificación muy aumentados comparados con un
clarificador DAF y procedimientos de una sola etapa (clarificación,
sin filtración) de igual tamaño. La presente invención provee un
aumento de capacidad por pie cuadrado de casi el 75% (6 GPM/sq.ft
frente a 3,45 GPM/sq.ft para un clarificador "Supracell" (240
litros/min/m^{2} frente a 130 litros/min/m^{2})) respecto al
clarificador DAF de "velocidad cero" más comúnmente usado y un
aumento de capacidad por pie cuadrado de casi el 300% respecto a los
clarificadores DAF "sedifloat" de una etapa y un solo tanque.
El clarificador y el procedimiento de esta invención reducen el peso
de partes móviles, particularmente el aparato de extracción de lodo,
y reducen de ese modo la potencia requerida para funcionar.
El clarificador y el procedimiento de la
presente invención también se prestan al uso de materiales de bajo
peso y técnicas de fabricación de bajo coste. La clarificación es
generalmente continua; el funcionamiento de componentes móviles
puede ser intermitente. El clarificador y el procedimiento pueden
estar encerrados para procesar fluidos y usar gases que son tóxicos,
altamente volátiles, inflamables o incluso explosivos. El control de
nivel, la purga periódica, y la limpieza de componentes internos se
realizan todos fácilmente.
Aunque la invención ha sido descrita en relación
con sus realizaciones preferidas, a los expertos en la materia se
les ocurrirán diversas modificaciones y alteraciones a partir de la
descripción detallada precedente y los dibujos adjuntos. Por
ejemplo, aunque la zona III ha sido descrita en relación con un tipo
de construcción para producir una red anular de canales móviles, son
posibles otras construcciones, como una red fija, una red sólo de
placas cónicas (concéntricas), y una red sólo de placas generalmente
radiales que son verticales o inclinadas, u otras más complejas, por
ejemplo, placa o montajes curvilíneos u ondulantes. Estas
construcciones son posibles alternativas, siempre que produzcan la
clarificación lenta final deseada y que no produzcan un grado o
ritmo inaceptable de acumulación en o adyacente a las laminillas. Un
comportamiento peor o un aumento de costes, tanto de material como
de fabricación, se consideran desventajas de tales construcciones
alternativas.
Los clarificadores 10, 10' han sido descritos en
este documento como con tanques similares a anillos con un
floculador central separado por una pared móvil generalmente
cilíndrica. Aunque se prefiere esta construcción, son posibles otras
geometrías, si bien es cierto que con reducciones esperadas en
comportamiento aumentos en coste de fabricación y/o funcionamiento.
Por ejemplo, el tanque podría ser rectilíneo, como en la patente de
EE.UU. Nº 5.268.099, con un floculador o floculadores colocados en
el tanque para los flujos secuenciales descritos en este documento.
La pared del floculador podría ser fija, con el accionamiento de las
laminillas transmitido a través de una conexión mecánica separada.
Las aberturas superiores 15b en la pared del floculador también
podrían adoptar una variedad de configuraciones, ubicaciones y
diseños, por ejemplo conductos o álabes dirigidos montados en la
pared, o un borde superior de la pared del floculador almenado que
tiene ranuras de paso de flujo que se extienden hasta el borde
superior. A pesar de la implementación mecánica precisa, la
turbulencia de la primera clarificación y la desgasificación deben
ser aisladas sustancialmente en el floculador y debe haber un flujo
suave, de suficiente volumen y a un ritmo suficiente, para producir
la acción de clarificación deseada en las zonas II y III del
tanque.
Aunque la invención ha sido descrita en relación
con dos formas de extracción de lodo, pueden usarse otras, de nuevo
con alguna pérdida esperada de las ventajas expuestas en este
documento. Por ejemplo, las paletas podrían ser rígidas,
articuladas, o accionadas por resorte para pasar sobre la rampa. O
el propio brazo de soporte puede flexionar o tener un movimiento de
torsión accionado por resorte.
El clarificador 10, 10' podría hacerse funcionar
con alguna ventaja sin la capa de gas 44, pero se esperaría una
disminución de comportamiento directa y significativa.
Aunque el funcionamiento con un recubrimiento es
una ventaja significativa de esta invención, de nuevo, aún se
dispone de otras ventajas si no se usa un recubrimiento. Igualmente,
aunque se describe un dispositivo de desplazamiento horizontal
particular, los expertos en la materia percibirán fácilmente que
existen innumerables fuentes de energía e instalaciones de
transmisión de energía para generar un movimiento giratorio del
sistema de extracción de lodo y las laminillas. Por ejemplo, es
posible un accionamiento directo desde arriba mediante un motor
montado centralmente y transmisión de engranajes de velocidad
variable.
Se pretende que estas y otras modificaciones y
variaciones entren dentro del ámbito de las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (14)
1. Un clarificador de agua bruta de tipo de
flotación (10, 10') que comprende:
un tanque (16) que tiene un fondo (16c) y
paredes laterales (16d),
una entrada (22) al tanque (16) para el agua
bruta,
una salida (24) del fondo del tanque para el
agua clarificada,
un floculador (14) situado centralmente en el
tanque (16) que define una primera zona que recibe al agua bruta y
la dispensa con un agente floculante y una corriente de burbujas de
aire microscópicas dentro del floculador (14) cerca de su fondo para
producir una primera flotación, desgasificación y calma dentro del
floculador (14),
medios (15c) para dirigir agua tratada desde el
floculador (14) hasta una segunda zona en el tanque (16) que rodea
el floculador (14) donde se produce una segunda clarificación por
flotación,
un conjunto de laminillas (18) montadas en dicho
tanque (16) por debajo de dicha segunda zona que producen una red de
canales inclinados (52) que se extienden generalmente sobre el fondo
del tanque (16c) desde dicho floculador (14) hasta dicha pared
lateral del tanque (16d), produciendo dichos canales (52) una
tercera zona de clarificación por flotación,
medios (58, 58') para extraer un lodo flotante
de contaminantes floculados producido por dichas flotaciones de la
superficie superior del agua contenida en dicho floculador (14) y
dicho tanque (16), y
un colector de agua clarificada que comprende
una pluralidad de aberturas (54) en dicha pared del fondo del tanque
(16c), una capa de un gas presurizado (44) subyacente a dicha pared
del fondo (16c) y un compartimento de acumulación de agua
clarificada (38) que rodea dicha capa de gas presurizado (44) que
recibe el agua clarificada que cae a través de dichas aberturas (52)
y a través de dicha capa de gas presurizado (44) y suministra el
agua clarificada así acumulada a dicha salida (24).
2. El clarificador de las reivindicación 1 en el
que el clarificador comprende además un aparato que libera agua
presurizada con gas disuelto en ella para producir una corriente de
burbujas de aire microscópicas, y en el que el conjunto de
laminillas (18) está montado en dicho tanque (16) por debajo de
dicha segunda zona y adyacente a dicha pared del fondo del tanque
(16c).
3. El clarificador de la reivindicación 2 en el
que dicho tanque (16) es generalmente circular y dicho floculador
(14) tiene una pared lateral generalmente cilíndrica (15) situada en
el centro de dicho tanque (16), que además comprende medios (56)
para hacer girar dicha pared lateral del floculador (15) y dichas
laminillas (18).
4. El clarificador de la reivindicación 3 en el
que dicho medio giratorio (56) también hace girar dichos medios de
extracción de lodo (58, 58').
5. El clarificador de la reivindicación 4 en el
que dicho medio de extracción de lodo (58) comprende una paleta (78)
que avanza dicho lodo flotado a medida que gira, y un conducto de
extracción de lodo que se extiende en general radialmente a través
de dicho tanque desde dicha pared lateral del floculador (15) hasta
al menos dicha pared lateral del tanque (16d) que está abierta en su
superficie superior para recibir el lodo.
6. El clarificador de la reivindicación 5 en el
que dicho medio de extracción de lodo incluye además una rampa (8)
situada en un sector de dicha segunda zona y dispuesta para actuar
conjuntamente con dicha paleta de avance (78) para elevar y extraer
dicho lodo flotado acumulado por dicha paleta (78).
7. El clarificador de la reivindicación 5 en el
que dicho medio de extracción de lodo (58') incluye un cabezal de
succión (88) que gira sobre dicho tanque (16) para extraer dicho
lodo flotado.
8. Un procedimiento para clarificar agua bruta
mediante flotación por aire disuelto que comprende las etapas
de:
tratar un flujo del agua bruta cerca del fondo
de una primera zona con un agente floculante y una corriente de
burbujas de aire microscópicas para producir una primera
clarificación por flotación y una desgasificación y calma del agua,
en el que dicha primera zona es un floculador (14) situado
centralmente en el tanque (16),
dirigir agua tratada y procedente de dicha
primera zona a continuación de dicha clarificación por flotación
hasta una segunda zona donde se produce una segunda clarificación
por flotación, en el que dicha segunda zona está en el tanque (16)
que rodea dicho floculador (14),
clarificar secuencialmente aún más el agua
procedente de dicha segunda zona en una tercera zona subyacente a, y
en comunicación fluida con dicha segunda zona, incluyendo la
clarificación de dicha tercera zona bloquear el agua que se
clarifica en una red de canales inclinados de extremos abiertos (52)
situados adyacentes al fondo de dicha tercera zona,
aislar dichas segunda y tercera zonas de la
turbulencia en dicha primera zona,
extraer un lodo flotante de contaminantes
floculados producido por dicha clarificación de la primera, segunda
y tercera zonas,
pasar agua clarificada a través de una
pluralidad de aberturas (54) en la pared del fondo del tanque (16c)
a través de una capa de gas presurizado (44) subyacente a la pared
del fondo (16c) y dentro de un compartimento de acumulación de agua
clarificada (38), y
suministrar posteriormente agua clarificada
acumulada a dicha salida (24).
9. El procedimiento de la reivindicación 8 que
además comprende hacer girar dichos canales (52).
10. El procedimiento de la reivindicación 9 en
el que dicha rotación es al unísono con dicha extracción de
lodo.
11. El procedimiento de la reivindicación 8 que
además comprende extraer agua clarificada de dicha tercera zona por
alimentación por gravedad a través de dicha capa de gas presurizado
(44).
12. El procedimiento de la reivindicación 11 que
además comprende la etapa de regular el nivel de agua durante dicho
procedimiento de clarificación.
13. El procedimiento de la reivindicación 12 en
el que dicha regulación comprende monitorizar el nivel de agua en
dicha segunda zona y dicho compartimento (38),
controlar la salida de dicha agua clarificada de
dicho compartimento (38) en respuesta a dicha monitorización de
dicho nivel de agua de la segunda zona, y
controlar el nivel de agua clarificada en dicho
compartimento (38) en respuesta a dicha monitorización de dicho
nivel de agua clarificada en dicho compartimento (38).
14. El procedimiento de la reivindicación 13 en
el que dicho control de nivel de agua clarificada comprende añadir
continuamente gas presurizado a dicha capa de gas (44), y purgar gas
de dicha capa presurizada (44) en respuesta a dicha monitorización
de nivel de agua clarificada.
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