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) por donde pasa el agua a tratar (1), calentándola lo 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)

Sistema evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables.

Objeto de la 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 la 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 la actualidad respetando la 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 ósmosis 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 la patente de invención ES 2185514, que describe una planta para la obtención de agua exenta de sal a partir de aguas marinas, a baja temperatura, con funcionamiento continuo y recuperación de entalpía. Funciona por el sistema de evaporación-condensación, que funciona en proceso continuo, a baja temperatura y con recuperación de la energía aportada. Consta de un evaporador cilíndrico con gran superficie de evaporación y un condensador concéntrico con gran superficie.

La patente ES 2230937 describe un dispositivo para la 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 la energía térmica cedida por la corriente de aire debida a la condensación del vapor de agua en el medio condensante es transferida a un intercambiador de calor en la zona de evaporación al objeto de aumentar la capacidad de absorción de vapor de agua por la corriente de aire calentándola.

Se han planteado diversos procesos para la destilación solar, pero todos ellos con serias limitaciones, bajos rendimientos y no resuelve el tema de los concentrados y las incrustaciones.

Descripción de la invención

El sistema evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, resuelve de forma eficaz la 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, lo que le 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 la corrosión u otro material acorde al tipo de aguas a tratar y de color negro para absorber la máxima radiación solar, excepto en su parte superior.

Partimos de la 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 la 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 la chimenea. En el interior del tanque la temperatura a alcanzar puede ser mayor de 80ºC.

Las aguas precalentadas por la 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 la 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 la 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 la 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 la planta evaporativa y por la 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 intercambiador donde se irá enfriando por el efecto evaporativo en el tanque y regresará al colector, que también enviará líquido calentado a la 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 la 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 la recirculación por la camisa del tanque, se garantiza un verdadero horno interno que de forma natura y con el...

1. 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, caracterizada porque comprende un condensador (5) y un colector solar térmico (6) a través de los cuales pasa el agua a tratar (1), calentándola lo 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. Sistema evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, según reivindicación 1, caracterizada porque el evaporador (7) posee al menos:

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. Sistema evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el evaporador (7) es preferentemente cilíndrico, de fondo tronco-cónico abombado, y siendo preferentemente negro excepto la parte superior para absorber la 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. Sistema evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el evaporador (7) 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 la misma que se utiliza para la limpieza periódica del sistema.

5. Sistema 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. Sistema 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 la 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. Sistema 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 la vez que lo hacen también por la agitación del fondo y la corriente de aire en superficie.

8. Sistema 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 la utilidad seleccionada.

9. Sistema 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 la 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.