APARATO DE CLARIFICACIÓN DE LAS AGUAS Y PROCEDIMIENTO DE REALIZACIÓN.

Dispositivo de clarificación de las aguas que comprende una zona de flotación (c),

una zona de filtración membranar (e) y medios de extracción (d), presentando la zona de flotación (c) y la zona de filtración membranar (e) una pared de separación común (p), caracterizado porque: - una pared (n) separa una zona de mezcla (b) de la zona de flotación (c), - elementos de distribución del caudal (r) están posicionados en la base de la zona de flotación (c) - la pared de separación común (p) comprende en su parte inferior una abertura (o) que permite un paso directo del agua flotada, recogida bajo los elementos de distribución del caudal, hacia la zona de filtración (e), lo cual conduce a una alimentación de las membranas con agua flotada de abajo a arriba tanto en fase de filtración como en fase de retrolavado

La presente invención se refiere a un dispositivo de clarificación de las aguas que comprende una zona de flotación, una zona de filtración membranar y medios de extracción, presentando la zona de flotación y la zona de filtración membranar una pared de separación común.

Las aguas tratadas antes de echarlas de nuevo al medio natural, destinadas para el consumo o para ser utilizadas en instalaciones pueden contener materias en suspensión (partículas, algas, bacterias...) y materias disueltas (materias orgánicas, micro contaminantes...) y presentar características muy variables de calidades, típicamente turbidez de 0,1 a 200 NTU, temperatura de 0,5ºC a 50ºC. Estas aguas necesitan un tratamiento de clarificación.

Existen varios tipos de clarificación, particularmente la flotación por aire disuelto, la filtración sobre membranas y combinaciones de decantación/filtración sobre membrana o flotación/filtración sobre membrana.

La flotación por aire disuelto, a menudo denominada DAF, es uno de los tratamientos de clarificación utilizados para la clarificación de las aguas con miras a la producción de agua potable, agua de procedimiento y en los barredores de descontaminación de las aguas residuales. La misma comprende generalmente una asociación de diferentes etapas:

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una coagulación con el fin de neutralizar las cargas de superficie de los coloides, y la adsorción de materias disueltas,

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una floculación que permite la aglomeración de las partículas,

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una inyección de agua presurizada que permite la puesta en contacto de las micro burbujas generadas por la descompresión y el agua floculada,

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una separación que permite la separación del copo y del agua clarificada,

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una recogida del agua clarificada, y

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una recogida de los « lodos » flotados.

La tecnología de flotación ha sido objeto de numerosas mejoras, por ejemplo la flotación turbulenta (patente US 5.516.433) que utiliza, en la base de la zona de flotación, elementos de control y de reparto del caudal que permiten obtener río arriba de estos elementos un caudal no uniforme, produciendo este fenómeno una circulación interna objeto de la patente citada anteriormente.

Esta tecnología de flotación por aire disuelto, aunque optimizada, no tiene un rendimiento del 100% en la eliminación de las partículas y materias coaguladas y necesita, en todos los casos, una filtración que permita separar del agua clarificada el residuo de copo no retenido en el sistema de flotación.

La clarificación por filtración sobre membranas utiliza membranas de filtración, ultrafiltración y microfiltración, que se caracterizan por un umbral de corte que permite delimitar una barrera física, jugando el papel de un verdadero tamiz. Según sus características geométricas y de umbral de corte, las membranas de ultrafiltración (UF) y de microfiltración (MF) están particularmente bien adaptadas para la clarificación de las aguas que contienen partículas tales como las materias en suspensión, los microorganismos... Los límites de la aplicación de las membranas en clarificación de las aguas son de dos tipos:

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una eliminación baja de los compuestos disueltos, de las materias orgánicas y de las moléculas cuyo tamaño es más pequeño que el umbral de corte de las membranas, y

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una capacidad hidráulica limitada relacionada con el atascamiento de las membranas por la materia retenida durante la filtración (llamada torta de filtración), en particular en el tratamiento de aguas que contienen fuertes concentraciones de materias en suspensión o de materias orgánicas.

Con el mismo título que la filtración sobre medio granular, la filtración membranar de ultrafiltración y de microfiltración ve sus rendimientos aumentados cuando la misma es precedida de una etapa de pretratamiento.

El documento JP 2005 046684 describe un bio-reactor de membrana para el tratamiento de efluentes líquidos que contienen materias orgánicas solubles. Medios de aireación están previstos en la parte baja de la zona de tratamiento para crear grandes burbujas de aire y/o de oxígeno para oxigenar las bacterias utilizadas. Estas burbujas se extenderán por todo el bio-reactor y provocarán una agitación que no permite crear una zona de flotación.

La asociación de un tratamiento de coagulación / decantación y de filtración sobre membrana es conocida desde hace varios años y es objeto ya de numerosas realizaciones industriales (San Antonio, Texas; Rivière Capot, Martinique). Esta asociación ha demostrado su interés en términos de mejora de la eliminación de las materias disueltas, que pueden ser objeto de una coagulación, y de mejora de los rendimientos de filtración sobre membrana.

El emparejamiento de las dos etapas de clarificación como son la flotación por aire disuelto y la filtración membranar son igualmente bien conocidas, tanto a escala de los estudios piloto como de las realizaciones industriales (San Joakim). Las hileras comprenden así una etapa de flotación por aire disuelto, seguida de una etapa de filtración sobre membrana. Cada procedimiento es gestionado independientemente y no existe una optimización real de las posibilidades originadas por la asociación de estas dos tecnologías.

Se han producido varias tentativas de asociación de los dos procedimientos sumergiendo las membranas directamente en la zona de flotación. En los dispositivos existentes, las membranas se encuentran por debajo de la torta de agua flotada procedente de la flotación. Conociendo la hidráulica y el comportamiento de una flotación por aire disuelto, el experto en la materia identifica inmediatamente los límites de este tipo de disposición. La separación de las micro burbujas del agua clarificada al no estar terminada a la entrada de las membranas por la geometría de la obra, se genera un atascamiento por acumulación de micro burbujas en los módulos de filtración. El único medio de limitar este fenómeno es entonces aumentar la altura del agua por encima del nivel de la membrana, lo cual lleva consigo alturas de obra elevadas.

Además, el posicionamiento de las membranas en la zona de flotación y bajo la torta de lodo flotada hace cualquier inyección de aire imposible so pena de romper esta torta y de poner de nuevo en suspensión las materias aglomeradas en esta torta, aumentando la concentración de materia en suspensión en la proximidad de las membranas, en detrimento de los rendimientos de las membranas de filtración.

Por último, la regulación de este conjunto de flotación por aire disuelto / filtración sobre membrana es difícil, no pudiendo realizarse las operaciones de vaciado de la obra más que después de la eliminación de los lodos de la superficie.

Resulta además difícil realizar una flotación de tipo turbulento que requiere un sistema de control y de distribución de los flujos, entre la flotación y las membranas.

Además las membranas representan una parte importante del coste de una instalación, por consiguiente resulta costoso aumentar el número o la superficie de estas membranas, para hacer frente a una baja de rendimiento de estas membranas debido a la flotación.

A la vista de estos diferentes inconvenientes y dificultades, los inventores han puesto a punto, lo que es objeto de la invención, un dispositivo y un procedimiento para aumentar las velocidades de tratamiento de las aguas y facilitar el mantenimiento de la instalación sin repercusión sensible sobre los costes de explotación.

Según la invención, un dispositivo de clarificación de las aguas del tipo definido anteriormente se caracteriza porque la pared de separación común comprende en su parte inferior una abertura que permite un paso directo del agua flotada hacia la zona de filtración, lo cual conduce a una alimentación de las membranas de agua flotada de abajo a arriba tanto en fase de filtración...

1. Dispositivo de clarificación de las aguas que comprende una zona de flotación (c), una zona de filtración membranar (e) y medios de extracción (d), presentando la zona de flotación (c) y la zona de filtración membranar (e) una pared de separación común (p), caracterizado porque:

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una pared (n) separa una zona de mezcla (b) de la zona de flotación (c),

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elementos de distribución del caudal (r) están posicionados en la base de la zona de flotación (c)

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la pared de separación común (p) comprende en su parte inferior una abertura (o) que permite un paso directo del agua flotada, recogida bajo los elementos de distribución del caudal, hacia la zona de filtración (e), lo cual conduce a una alimentación de las membranas con agua flotada de abajo a arriba tanto en fase de filtración como en fase de retrolavado.

2. Dispositivo de clarificación de las aguas según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de extracción (d) comprenden dos rebosaderos (d1, d2) situados por encima de la pared de separación (p), y comprendiendo medios de comunicación con la zona de flotación (c) y la zona de filtración (e) que los hace aptos para recibir indistintamente fluido procedente de la zona de flotación (c) y la zona de filtración (e).

3. Dispositivo de clarificación de las aguas según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la zona de filtración (e) está compartimentada.

4. Dispositivo de clarificación de las aguas según la reivindicación 3, caracterizado porque cada compartimiento es aislable de otras zonas, por una compuerta de paso ancho (v).

5. Dispositivo de clarificación de las aguas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la zona de filtración (e) está completamente libre por la parte superior.

6. Dispositivo de clarificación de las aguas según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque están previstos deflectores o aletas en la proximidad de la abertura en la pared de separación (p), con el fin de crear un régimen hidráulico laminar.

7. Procedimiento de clarificación de las aguas que comprende una etapa de flotación, una etapa de filtración membranar y una etapa de extracción de los lodos procedentes de la etapa de flotación, caracterizado porque:

- se realiza una inyección de aire comprimido en el fondo de una zona de mezcla (b) separada por una pared (n) de la zona de flotación (c),

- una distribución hidráulica homogénea está asegurada en la zona de flotación (c) por elementos de distribución de caudal (r) posicionados en la base de la zona de flotación (c), y el agua flotada es recogida bajo estos elementos de distribución del caudal, siendo esta agua flotada utilizada río abajo de la zona de flotación (c) para realizar una alimentación de los módulos membranares,

- el paso del agua flotada hacia la zona de filtración está asegurado de tal forma que la alimentación de las membranas con agua flotada sea realizada de abajo a arriba tanto en fase de filtración como en fase de retrolavado.

8. Procedimiento de clarificación de las aguas según la reivindicación 7, caracterizado porque comprende una etapa de limpieza del dispositivo utilizado para la extracción de los lodos con la ayuda de agua flotada, procedente de la zona de filtración durante el retrolavado de las membranas.

9. Procedimiento de clarificación de las aguas según una de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque comprende una regulación de los niveles de recuperación por medio de un umbral variable en el colector de extracción.

10. Procedimiento de clarificación de las aguas según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque comprende una etapa de inyección de reactivos complementarios entre la etapa de flotación y la etapa de filtración.

11. Utilización del dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, para la clarificación del agua de mar, del agua salobre, del agua de superficie o de las aguas residuales tratadas, de origen municipal o industrial.

12. Aplicación del procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en la clarificación del agua de mar, el agua salobre, el agua de superficie o de las aguas residuales tratadas, de origen municipal o industrial.