WO2009047380A1 - Sistema evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables - Google Patents
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Definitions
- the invention consists of an ecological system based on renewable energies to concentrate to dryness if certain wastewater is desired that currently respecting the environmental legislation has a difficult exit.
- said evaporator system is structured from an evaporative tank, preferably of plastic or polyester reinforced with fiberglass, to avoid corrosion or other material according to the type of water to be treated and black in color to absorb the maximum solar radiation, except at the top.
- This water more and more concentrated (grout) and playing with the bypass of the solar collector and according to the type of water, volume of water to be treated daily, which will size the evaporative plant and at night when there is no more solar radiation they empty to the tank with agitation where the salts are cooled and crystallized to filter them with a pump, empty them by raft or centrifuge them, from which the filtered waters are incorporated back into the tank and the salts or sludges are bagged for waste or by-product.
- Figure 1 shows, according to a schematic representation in elevation, an evaporator system for renewable energies of diverse industrial, livestock or agricultural wastewater.
- the solar collectors (6, 19) used are preferably flat or parabolic trough, and they heat both the feed water, and the closed circuit water that heats the preheated feed water and disperses through the internal showers (10), the water of the jacket (21) of the bottom of the evaporator (7), and the recirculation water through the finned exchanger
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Abstract
Sistema evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, donde se obtiene un concentrado tratado como residuo o subproducto y un agua libre de sales u otros solutos que se pueden reutilizar, que comprende un condensador (5) y un colector solar térmico (6) a través de los cuales pasa el agua a tratar (1 ), calentándola Io suficiente antes de entrar en un evaporador (7) con un intercambiador de calor interno (11 ) también conectado a un colector solar térmico (19), donde un ventilador (12) introduce aire precalentado, y provocando aquí el máximo contacto aire-agua, evaporándose ésta y dejando en el fondo un concentrado cada vez menos fluido, que se vacía y se trata aparte usando energías renovables. El evaporador (7) posee al menos un canalillo interno (31 ) que recoge el agua condensada, con salida de vapores a través de un cuello (14), conectado al condensador (5) y a un depósito de recogida (17).
Description
SISTEMA EVAPORADOR DE AGUAS RESIDUALES Y SIMILARES POR
ENERGÍAS RENOVABLES
DESCRIPCIÓN
Sistema evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables
Objeto de Ia invención
La presente invención trata de un sistema evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, capaz de concentrar en funcionamiento semi-continuo, volúmenes medios de aguas residuales de diversas calidades o aguas similares salobres, etc., con el fin de eliminar los problemas medioambientales que surgen de su vertido a cauce público o alcantarillado, o bien obtener agua dulce directamente del agua del mar apta para consumo humano y un subproducto.
Antecedentes de Ia invención
La invención consiste en un sistema ecológico a base de energías renovables para concentrar hasta sequedad si se desea ciertas aguas residuales que en Ia actualidad respetando Ia legislación medioambiental tiene difícil salida.
El hecho es que las pequeñas y medianas empresas que por su volumen de vertido o características están en el límite de las soluciones clásicas para sus vertidos como construcción de una depuradora más o menos compleja, con incluso un tratamiento terciario, minimización por evaporación a presión atmosférica o a vacío de efectos múltiples por termo-compresión, congelación, formación de hidratos, compresión mecánica de vapor, por técnicas de membrana, electro-diálisis, intercambio iónico, etc. ó directamente por un gestor autorizado, y siendo todas ellas de alto coste, por necesitar elevados consumos energéticos y de transporte y además producen aguas de rechazo de mayor concentración salina y contaminante.
Por ejemplo, las aguas de rechazo de las plantas de osmosis inversa (industriales o agrícolas), que actualmente se vierten al alcantarillado, a ramblas o cauces cercanos, al mar, se inyecta a acuíferos, se vierte a balsas de evaporación y en el mejor de los casos a salmueroductos. También a aguas de empresas de encurtidos, curtidos, queseras, conserveras, etc., de muy alta contaminación y salinidad, así como purgas de calderas de vapor, lavado de resinas de intercambio iónico, lavado de filtros de arena, etc., y ya en menor medida directamente concentrar aguas marinas o salobres donde otros métodos sean viables o complemento de ellos. Se conoce Ia patente de invención ES 2185514, que describe una planta para Ia obtención de agua exenta de sal a partir de aguas marinas, a baja temperatura, con funcionamiento continuo y recuperación de entalpia. Funciona por el sistema de evaporación-condensación, que funciona en proceso continuo, a baja temperatura y con recuperación de Ia energía aportada. Consta de un evaporador cilindrico con gran superficie de evaporación y un condensador concéntrico con gran superficie.
La patente ES 2230937 describe un dispositivo para Ia evaporación y condensación atmosférica de medios acuosos. Puede constar de uno o más módulos, en los que cada uno consta, como mínimo, de una zona de evaporación de agua y de una zona de condensación basado en someter el agua a tratar a una primera fase de evaporación en un panal de evaporación constituido por un conjunto de conductos de rejilla de gran capacidad de retención de agua formando lámina, de sección preferentemente triangular y situados formando un conjunto de pasos para el aire y a una posterior fase de condensación en un intercambiador de calor de tubos aleteados, donde Ia energía térmica cedida por Ia corriente de aire debida a Ia condensación del vapor de agua en el medio condensante es transferida a un intercambiador de calor en Ia zona de evaporación al objeto de aumentar Ia capacidad de absorción de vapor de agua por Ia corriente de aire calentándola.
Se han planteado diversos procesos para Ia destilación solar, pero todos ellos con serias limitaciones, bajos rendimientos y no resuelve el tema de los concentrados y las incrustaciones.
Descripción de Ia invención
El sistema evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, resuelve de forma eficaz Ia problemática anteriormente expuesta en cada uno de los casos detallados, a un bajo precio del aparato de evaporación por su simplicidad y por el bajo consumo ocasional de energía no renovable, Io que Ie hace muy superior a otros métodos.
Consiste en una planta evaporativa de aguas de casi todo tipo, para obtener por energías renovables un concentrado fácil de tratar como residuo o subproducto y un agua libre de sales u otros solutos que se pueden reutilizar.
Para ello dicho sistema evaporador está estructurado a partir de un tanque evaporativo, preferentemente de plástico o poliéster reforzado con fibra de vidrio, para evitar Ia corrosión u otro material acorde al tipo de aguas a tratar y de color negro para absorber Ia máxima radiación solar, excepto en su parte superior.
Partimos de Ia aguas a concentrar a temperatura ambiente que previamente filtradas si fuese necesario y almacenadas en un depósito con nivel de flotador y si es posible a más de quince metros de altura para trabajar por gravedad o impulsadas por una bomba alimentada por Ia red eléctrica o placas fotovoltaicas, así como el resto de motores que impulsan las bombas de trasiego que se describen más adelante, pasan a través del intercambiador aleteando agua-aire donde se calientan dichas aguas al condensar el vapor saturado transportado en el aire que impulsa el ventilador que atravesando de abajo a arriba el tanque evaporativo sale por el cuello y atraviesa el separador de gotas optativo para seguridad del control de legionella según R.D. 865/2003 saliendo al exterior atmosférico por Ia chimenea. En el interior del tanque Ia temperatura a alcanzar puede ser mayor de 8O0C.
Las aguas precalentadas por Ia condensación del vapor de agua saturado en el aire siguen por el colector solar térmico aumentando su
temperatura para entrar al tanque evaporativo, regulando el caudal por el flotador de nylon. Dicho colector solar térmico puede estar en paralelo con una caldera de apoyo "inteligente" eléctrica o a gas, de forma que solo actuase en falta de radiación solar. El colector solar también puede trabajar de esta forma.
Desde el tanque evaporativo por su parte inferior una bomba y con un control de conductividad envía las aguas (hasta que los parámetros prefijados los permitan) a Ia parte superior del tanque entrando en su interior y proyectándose a través de unas duchas sobre un intercambiador de calor interno o condensador evaporativo, cayendo semi-concentradas a Ia parte inferior del tanque por el efecto evaporativo y máximo contacto aire-agua a través del intercambiador donde un agitador las mantiene en movimiento para evitar las incrustaciones y seguir evaporándolas con ayuda de Ia corriente de aire del ventilador.
Esta agua cada vez más concentradas (lechada) y jugando con el by- pass del colector solar y según el tipo de aguas, volumen de aguas a tratar diario, que dimensionará Ia planta evaporativa y por Ia noche cuando ya no hay radiación solar se vacían al depósito con agitación donde se enfrían y cristalizan las sales para con una bomba filtrarlas, vaciarlas a balsa o centrifugarlas, de donde las aguas filtradas se incorporan de nuevo al tanque y las sales o lodos se ensacan para residuo o subproducto.
De otro lado el colector solar térmico y en circuito cerrado y optativo, envía por efecto sifón preferentemente un líquido caloportador al
¡ntercambiador donde se irá enfriando por el efecto evaporativo en el tanque y regresará al colector, que también enviará líquido calentado a Ia camisa inferior del tanque evaporativo, así como al intercambiador aleteado que calentará el aire fresco y seco que cruzará a contracorriente del agua, el tanque evaporativo, saturándose de vapor. Un depósito puede almacenar un exceso de calorías que se podrían utilizar al final del día.
El agua condensada en Ia cabeza del tanque a través del canalillo interno de recogida se encauza por el cuello con pendiente y en el
intercambiador se condensa el agua procedente del aire saturado de vapor que cruza el tanque evaporativo se recoge en un depósito y con bomba una fracción se puede utilizar para limpieza del sistema y el resto convenientemente tratada darle una reutilización. La puerta de acceso nos permite el mantenimiento del sistema.
De esta forma por efecto de radiación de un cuerpo negro, del calor del aporte del agua de entrada del colector solar térmico, del circuito del intercambiador/condensador evaporativo calentado por el otro colector solar térmico y del calentamiento en Ia recirculación por Ia camisa del tanque, se garantiza un verdadero horno interno que de forma natura y con el efecto adicional de Ia corriente de aire (a temperatura ambiente o también precalentando por acción solar) del ventilador, se produce una evaporación continua del agua de aporte, pudiéndose regular con las distintas válvulas de paso, manualmente o con automatismos de control de caudal a tratar y según los aumentos de temperatura del agua al pasar por los distintos intercambiadores.
Así pues, se recrea con esta invención el efecto de secado rápido, si conjugamos a Ia vez, al sol, una ligera brisa y una sábana perfectamente extendida en un alambre frente a Ia misma sábana pero enrollada, sin brisa, ni sol.
La relación de caudal de evaporación E es Ia siguiente:
E(m3/h) = Caudal de agua recirculación Q(m3/h) x (T2 - T1 ) / 560;
dando Ia anterior relación Ia idea del caudal evaporado; siendo (T2 - T1 ) el salto térmico.
Un sistema de control de pH y redox dosificará los reactivos necesarios para cumplir con Ia legislación medio ambiental vigente, como R.D. 865/2003.
Se entiende que los equipos funcionan cuando Ia radiación solar Io permite, a menos que dimensionemos sistemas de acumulación de energía
para bombas, ventilador, automatismos, etc., por medio de placas fotovoltaicas y térmicas, y que cuando dicha radiación no Io permite (días nublados y noches), se ayudará a voluntad con Ia alternativa de Ia red eléctrica y con una caldera de calor clásica.
Los materiales, forma, disposición, tamaño, etc., serán susceptibles de variación según el tipo de aguas, siempre que ello no altere Ia esencia de Ia presente invención.
Descripción de los dibujos
Para completar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de Ia realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente:
La Figura 1.- muestra, según representación esquemática en alzado, un sistema evaporador por energías renovables de aguas residuales industriales diversas, ganaderas o agrícolas.
Realización preferente de Ia invención
El sistema evaporador de aguas residuales que se propone, tal y como se aprecia en Ia Figura 1 , muestra los siguientes elementos:
- Agua a tratar (1 ): representada por Ia flecha de Ia parte superior izquierda antes del comienzo del tratamiento en el evaporador de Ia invención. A partir de aquí, Ia dirección de las flechas va indicando el camino seguido por el agua, con los tratamientos por los que va pasando.
- Filtro de agua (2). - Depósito con nivel de flotador (3).
- Bomba (4)
- Condensador (5)
- Colector solar térmico (6)
- Evaporador (7), que comprende los siguientes elementos:
o Canalillo interno de recogida (31 ) o Duchas (10) o Cuello (14) conectado entre el evaporador (7) y el condensador (5) o Intercambiador de calor interno(11 ) o Puerta de acceso (32)
- Bomba (9)
- Ventilador (12)
- Condensador aleteado (13) - Separador de gotas (15)
- Chimenea (16)
- Depósito de recogida (17)
- Bomba (18)
- Colector solar térmico (19) - Tanque (20) de almacenamiento
- Camisa de agua inferior (21 )
- Agitador (22)
- Depósito (23) con agitación (24)
- Bomba (25) - Centrifugado (26)
- Aguas filtradas (27) resultado de Ia operación
- Sales o lodos (28)
La invención representado constituye un sistema evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, para obtener un concentrado fácil de tratar como residuo o subproducto y un agua libre de sales u otros solutos que se pueden reutilizar, que comprende un condensador (5) y un colector solar térmico (6) a través de los cuales pasan el agua a tratar (1 ), calentándolas Io suficiente antes de entrar en un evaporador (7) con un intercambiador de calor interno (11 ) también conectado a un colector solar térmico (19), donde un ventilador (12) introduce aire precalentado, y provocando aquí el máximo contacto aire-agua, evaporándose ésta y dejando en el fondo un concentrado cada vez menos fluido, que se vacía y se trata
aparte, usando energías renovables como solar térmica, fotovoltaica y eólica de bajo coste económico.
Dicho evaporador es preferentemente cilindrico, de fondo tronco-cónico abombado, y de color negro excepto en Ia parte superior con el fin de absorber Ia máxima radiación solar. Posee al menos un canalillo interno (31 ), un cuello (14), un intercambiador de calor interno (11 ) de gran superficie, duchas (10) internas para dispensar el agua de alimentación, y un ventilador (12), de modo que el canalillo interno (31 ) recoge el agua condensada en el techo del evaporador (7) con salida de vapores a través del cuello (14) de pendiente descendente según sentido del aire, conectado al condensador (5) y a un depósito de recogida (17). En Ia parte inferior dispone de un agitador (22) dirigido hacia arriba a través de un cierre mecánico, de resistencia química y física adecuada a cada tipo de aguas, con una camisa de agua inferior (21) que recircula por fuera agua caliente, y con una puerta de acceso (32) para el mantenimiento del sistema.
En Ia parte superior, el evaporador posee salida de aire por chimenea
(16), con un separador de gotas (15) de seguridad en tramo inclinado hacia arriba según sentido del aire, y una salida del agua condensada hacia el depósito (17), tratada según destino, y una fracción de Ia misma que se utiliza para Ia limpieza periódica del sistema.
Los colectores solares (6, 19) utilizados son preferentemente planos o cilindro parabólicos, y calientan tanto el agua de alimentación, como el agua del circuito cerrado que calienta el agua de alimentación ya precalentada y dispersa por las duchas internas (10), el agua de Ia camisa (21 ) del fondo del evaporador (7), y el agua de recirculación a través del intercambiador aleteado
(13) que caliente el aire impulsado por el ventilador (12) atravesando el evaporador (7). Una bomba (9) de recirculación que envía las aguas semi- concentradas, y hasta cierto límite, a las duchas (10) para que sigan concentrándose, a Ia vez que Io hacen también por Ia agitación del fondo y Ia corriente de aire en superficie.
Existe una salida de descarga inferior de las aguas concentradas que se almacenan en un depósito (23) con agitación (24), pudiendo ser desviadas, donde se enfrían, cristalizan ó preparan para propulsión con una bomba (25), siendo centrifugadas (26), filtradas (27) o envían a balsa solar para reenviar el agua separada de nuevo al evaporador (7) y las sales a envasado para Ia utilidad seleccionada.
El sistema además, permite el almacenamiento de calor del exceso recogido durante el día por Ia radiación solar en los colectores solares (19, 6) por medio de un tanque (20) de almacenamiento, que se puede utilizar al final del día, alargando de esta forma las horas de producción del evaporador en conjunto.
Claims
1.- Evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, donde se obtiene un concentrado tratado como residuo o subproducto y un agua libre de sales u otros solutos que se pueden reutilizar, caracterizada porque comprende un condensador (5) y un colector solar térmico (6) a través de los cuales pasa el agua a tratar (1 ), calentándola Io suficiente antes de entrar en un evaporador (7) con un intercambiador de calor interno (11 ) también conectado a un colector solar térmico (19), donde un ventilador (12) introduce aire precalentado, y provocando aquí el máximo contacto aire-agua, evaporándose ésta y dejando en el fondo un concentrado cada vez menos fluido, que se vacía y se trata aparte, usando energías renovables como solar térmica, fotovoltaica y eólica de bajo coste económico.
2.- Evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, según reivindicación 1 , caracterizada porque el evaporador (7) posee al menos: un canalillo interno (31 ), un cuello (14), un intercambiador de calor interno (11 ) de gran superficie, duchas (10) para dispensar el agua de alimentación, ventilador (12) donde el canalillo interno (31 ) recoge el agua condensada en el techo de dicho evaporador (7) con salida de vapores a través del cuello (14) de pendiente descendente según sentido del aire, conectado al condensador (5) y a un depósito de recogida (17).
3.- Evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el evaporador (7) es preferentemente cilindrico, de fondo tronco-cónico abombado, y siendo preferentemente negro excepto Ia parte superior para absorber Ia máxima radiación solar, con un agitador (22) dirigido hacia arriba a través de un cierre mecánico, de resistencia química y física adecuada a cada tipo de aguas, con una puerta de acceso (32) para el mantenimiento del sistema, y con una camisa de agua inferior (21 ) que recircula por fuera agua caliente.
4.- Evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el evaporador posee salida de aire por chimenea (16), con un separador de gotas (15) de seguridad en tramo inclinado hacia arriba según sentido del aire, y una salida del agua condensada hacia el depósito (17), tratada según destino, y una fracción de Ia misma que se utiliza para Ia limpieza periódica del sistema.
5.- Evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque posee un condensador aleteado (13) agua-aire que condensa el agua del aire saturado de vapor y calienta el agua de alimentación.
6.- Evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, según reivindicación 1 , caracterizado porque los colectores solares (6, 19) son preferentemente planos o cilindro parabólicos, y calientan tanto el agua de alimentación, como el agua del circuito cerrado que calienta el agua de alimentación ya precalentada y dispersa por las duchas internas (10), el agua de Ia camisa (21 ) del fondo del evaporador (7), y el agua de recirculación a través del intercambiador aleteado (13) que caliente el aire impulsado por el ventilador (12) atravesando el evaporador (7).
7.- Evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque posee una bomba (9) de recirculación que envía las aguas semi-concentradas, y hasta cierto límite, a las duchas (10) para que sigan concentrándose, a Ia vez que Io hacen también por Ia agitación del fondo y Ia corriente de aire en superficie.
8.- Evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque posee una salida de descarga de las aguas concentradas que se almacenan en un depósito (23) con agitación (24), pudiendo ser desviadas, donde se enfrían, cristalizan ó preparan para propulsión con una bomba (25), siendo centrifugadas (26), filtradas (27) o envían a balsa solar para reenviar el agua separada de nuevo al evaporador (7) y las sales a envasado para Ia utilidad seleccionada.
9.- Evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un tanque (20) de almacenamiento de calor del exceso recogido durante el día por Ia radiación solar en los colectores solares (19, 6) y que se puede utilizar al final del día, alargando de esta forma las horas de producción del evaporador en conjunto.
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