Aparato de mezclado que comprende un tubo de aspiración (1) para su sujeción vertical en una masa de líquido,

el tubo de aspiración (1) tiene un extremo superior de salida (17) y un extremo inferior de admisión (16), una disposición de inyectores de gas (6) para la inyección de gas en el líquido de manera que, durante su utilización, se elevará líquido gasificado por flotación dentro del tubo de aspiración (1) con salida en su extremo de salida (17) con arremolinamiento rotacional del líquido alrededor de la dirección axial del tubo de aspiración, mientras líquido adicional es arrastrado en el extremo de admisión (16); una disposición de paletas en ángulo (4) adyacentes al extremo de admisión (16) del tubo de aspiración (1), el cual actúa, durante su utilización, en concierto con el flujo de admisión causado por la gasificación del líquido, para inducir dicho arremolinamiento rotacional del líquido, sobresaliendo la extensión radial de dichas paletas (4) al menos parcialmente del diámetro del tubo de aspiración (1), y conectándose el extremo de admisión del tubo de aspiración con una proyección radial externa (2; 2') por debajo de la cual están dispuestas dichas paletas (4), caracterizado por el hecho de que la proyección radial externa comprende una parte de pared que se proyecta hacia fuera, y una superficie de la pared interna axial del tubo de aspiración (1) se encuentra con dicha parte de pared que se proyecta hacia fuera a través de una superficie de transición (25) que se curva gradualmente en sección axial, con el fin de promover una unión suave del flujo hacia arriba, y por el hecho de que el tubo de aspiración (1) es alargado y su interior está abierto por encima de la disposición de paletas (4) de modo que un segmento abierto (19) de interior de tubo de aspiración, no obstruido por encima de la disposición de paletas se extiende por, al menos, un 80% de la longitud del tubo de aspiración (1)

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un aparato y a un procedimiento para provocar la mezcla en masas de líquido utilizando burbujas gaseosas. Un aspecto principal se refiere a la provocación de mezcla en grandes masas de agua, tal como estanques, lagos, embalses o, efectivamente, en el mar, donde habitualmente la mezcla de líquido es importante. Otro aspecto se refiere a la gasificación en plantas de tratamiento de líquidos, por ejemplo de aguas residuales o tratamiento de otros residuos, en los que habitualmente la mezcla de gas es importante.

ANTECEDENTES

[0002] Existen circunstancias en las que es importante ser capaz de mezclar burbujas de aire u otro gas en una masa de líquido con el fin de tratar dicha masa. Un ejemplo bien conocido es el tratamiento de aguas residuales. Los efluentes y aguas residuales industriales requieren aireación. Aunque menos conocido, es de gran importancia el tratamiento, o ayuda para su regeneración natural, de grandes suministros de agua estática, tal como ríos, lagos y embalses. En particular, en los casos en los que hay poco o ningún flujo natural o circulación, tales grandes masas de agua son sensibles a ciertos problemas, los cuales pueden causar que dichas masas sean inadecuadas para su utilización, a menos que se tomen medidas especiales. En particular, las masas de agua tienden a estratificar de manera estable en capas de diferente temperatura, las cuales no se mezclan entre sí y contienen diferentes niveles de oxígeno disuelto. El agua de capas más profundas contiene, generalmente, muy poco oxígeno disuelto. Podría contener altos niveles de metales disueltos u otros contaminantes. Habitualmente, no es adecuada para su utilización. Esto es un problema para el embalse si el nivel de éste baja. Otro tema es el crecimiento de algas, en particular algas verdiazules, cuya presencia no es deseada en embalses, y que proliferan a ciertas profundidades en agua quieta, en particular en las capas superficiales iluminadas por el sol, donde consumen oxígeno (“DBO”). Las reacciones químicas que ocurren a mayores profundidades, o en el lecho, también pueden consumir oxígeno (“DQO”). El mar, análogamente, también tiende a estratificarse, a pesar de los flujos mareales, por ejemplo pueden darse problemas en piscifactorías de marisco, al aparecer concentraciones no deseables de organismos, tal como algas, cerca de la zona de la factoría o cuando son arrastradas hacia el interior de ésta en una capa estable de agua. Los procedimientos e instalaciones para las piscifactorías son un importante aspecto que se propone en esta memoria.

A lo largo de los años han aparecido diversas propuestas para tratar estos problemas. Un enfoque es generar una fuente lineal o puntual de burbujas mediante el bombeo de aire comprimido a través de una serie de orificios en un tubo que descansa sobre el lecho, o a través de un bloque poroso. Las burbujas ascendientes arrastran agua y generan una pluma de burbujas que tiende a subir –una mezcla de agua y burbujas-, la cual causa el intercambio y mezcla vertical, reduciendo los efectos negativos de la estratificación térmica. Un perfeccionamiento de esto es proporcionar un tubo vertical cerca del fondo de la masa de agua y bombear aire comprimido hacia el interior de dicho tubo, del mismo

modo que una bomba de succión (tipo “air lift”), de utilización en dragados. El desequilibrio resultante de presión

hidrostática fuerza a subir de manera continua a la mezcla aire/agua de baja densidad por el interior del tubo, creando un flujo sustancial hacia arriba en el cual puede disolverse (una ventaja secundaria) algo de oxígeno adicional. La mezcla de aire/agua que sale por la parte superior del tubo arrastra agua adicional de cerca del fondo al subir hacia la superficie, incrementando el efecto de intercambio vertical. El mejor efecto de arrastre se consigue cuando las burbujas son pequeñas y están homogéneamente distribuidas en el tubo y el flujo es fuertemente turbulento y rotacional (arremolinamiento). La Patente U.S. n° 3452966 (Smolski) describe un dispositivo, conocido comercialmente como

“Helixor”, en el que el interior del tubo cilíndrico se encuentra ocupado por una banda extrusionada integralmente con un

giro helicoidal, con el fin de causar un flujo rotacional al dirigir aire comprimido hacia el interior de dos entradas en su extremo inferior a partir de orificios en un tubo de conducción de aire. Este dispositivo ha sido ampliamente utilizado a lo largo de los años. Sin embargo, es difícil de fabricar, y las burbujas de aire tienden a ser grandes y a seguir la ruta más corta por el interior de la hélice sin mezclarse con el agua. Además, la resistencia al flujo es elevada. Ver también la patente EP-A-826640. Otras propuestas anteriores utilizan un tubo de aspiración (“de aspiración tube”) con un interior vacío, sin rotación o creando un flujo rotacional mediante el direccionamiento en ángulo en toda la circunferencia de orificios de admisión de chorros de aire comprimido cerca de la base de la columna. Ver las Patentes WO 79/00895 y

U.S.A. 3855367. Sin embargo, el impulso rotacional provocado en este tubo es pequeño.

En el campo del tratamiento de aguas residuales, se describen muchos aparatos de gasificación que utilizan impulsores rotantes o palas para controlar la mezcla entre líquido y gas, pero la necesidad de un control mecánico in situ hace que sean caros y limitados en su campo de aplicación.

En JP-A-09/112508 se describe un aparato para la producción de un flujo ascendente de agua aireada con remolinos. Un tubo corto vertical de aspiración comprende un conjunto de paletas radiales para impartir un flujo arremolinado al agua que sale por su extremo superior. El agua entra en el tubo de aspiración por una abertura central dispuesta en una placa en la base del dispositivo, y también a través de una abertura anular con dirección circunferencial con un conjunto adicional de paletas en ángulo fara inducir un flujo en vórtice en el líquido entrante. Un conjunto de toberas está posicionado alrededor de la placa de la base para inyectar burbujas de aire comprimido y provocar el ascenso del agua en un flujo con vórtice.

La presente invención proporciona un aparato de mezcladodo según la reivindicación 1, y un procedimiento de uso de este según la reivindicación 18.

La extensión radial de las paletas puede estar preferentemente sustancialmente por completo, fuera del diámetro del tubo de aspiración. Puede definirse una región central libre entre ellas. El pie del tubo comprende o se conecta con la parte radial protuberante hacia afuera por debajo de la cual se disponen las paletas. Las paletas son, preferentemente, sustancialmente verticales, por la simplicidad de su construcción. Preferentemente son planas, nuevamente por la simplicidad de su construcción, aunque pueden utilizarse paletas curvas. De esta manera, puede inducirse sustancialmente, o por completo, la rotación del flujo, es decir, inducirse componente tangencial en éste, mediante la disposición en ángulo de las paletas en relación a la dirección radial, especialmente si la velocidad de flujo en las paletas es del mismo orden que aquélla de subida por el tubo. Debido a que las paletas pueden tener una disposición fija –la rotación se debe al impulso del flujo al pasar a ras de ellas-no son necesarias partes móviles. Las paletas pueden sujetarse por debajo por una base común, por ejemplo una placa por debajo del tubo de aspiración. Pueden encontrarse intercaladas entre las placas superior e inferior, o entre otros elementos. Tal base o placa puede utilizarse por sí sola, o junto con otra estructura con el fin de montar el aparato en una posición y orientación adecuada respecto a la masa de líquido en cuestión, o respecto al fondo o lecho de ésta. Por ejemplo, una alternativa conocida es suspender el conjunto ensamblado mediante un cable o cables desde arriba. Como mínimo con el fin de airear y/o de mezclar agua en embalses, habitualmente es deseable montar el dispositivo a suficiente distancia del fondo para evitar la aspiración de lodo, piedras u otras sustancias no deseables, por ejemplo, sedimento contaminado, y/o para proteger el ecosistema del fondo. Con este fin, una base de soporte adecuada tiene una estructura inferior estabilizante, por ejemplo, patas o una plataforma o armazón más amplio, con un pedestal o plataforma erguida, adaptada para el montaje del aparato de mezclado con su tubo o tubos de aspiración y para la disposición... [Seguir leyendo]

1. Aparato de mezclado que comprende un tubo de aspiración (1) para su sujeción vertical en una masa de líquido, el tubo de aspiración (1) tiene un extremo superior de salida (17) y un extremo inferior de admisión (16), una disposición de inyectores de gas (6) para la inyección de gas en el líquido de manera que, durante su utilización, se elevará líquido gasificado por flotación dentro del tubo de aspiración (1) con salida en su extremo de salida (17) con arremolinamiento rotacional del líquido alrededor de la dirección axial del tubo de aspiración, mientras líquido adicional es arrastrado en el extremo de admisión (16); una disposición de paletas en ángulo (4) adyacentes al extremo de admisión (16) del tubo de aspiración (1), el cual actúa, durante su utilización, en concierto con el flujo de admisión causado por la gasificación del líquido, para inducir dicho arremolinamiento rotacional del líquido, sobresaliendo la extensión radial de dichas paletas (4) al menos parcialmente del diámetro del tubo de aspiración (1), y conectándose el extremo de admisión del tubo de aspiración con una proyección radial externa (2; 2') por debajo de la cual están dispuestas dichas paletas (4), caracterizado por el hecho de que la proyección radial externa comprende una parte de pared que se proyecta hacia fuera, y una superficie de la pared interna axial del tubo de aspiración (1) se encuentra con dicha parte de pared que se proyecta hacia fuera a través de una superficie de transición (25) que se curva gradualmente en sección axial, con el fin de promover una unión suave del flujo hacia arriba, y por el hecho de que el tubo de aspiración (1) es alargado y su interior está abierto por encima de la disposición de paletas (4) de modo que un segmento abierto (19) de interior de tubo de aspiración, no obstruido por encima de la disposición de paletas se extiende por, al menos, un 80% de la longitud del tubo de aspiración (1).

2. Aparato de mezclado según la reivindicación 1 en el que dicho segmento abierto de interior de tubo de aspiración no obstruido se extiende por, al menos, un 90% de la longitud del tubo de aspiración (1).

3. Aparato de mezclado según la reivindicación 2 en el que dicho segmento abierto de interior de tubo de tiraje no obstruido por encima de la disposición de paletas se extiende por la longitud total del mismo.

4. Aparato de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el radio de dicha curva gradual de dicha superficie de transición está comprendido entre 1/10 y un 1/5 del diámetro del tubo de aspiración adyacente, o es de al menos 50 mm.

5. Aparato de mezclado según la reivindicación 1 que tiene una placa de base (5) por debajo del extremo de admisión (16) del tubo de aspiración (1), definiendo dicha proyección radial hacia fuera (2) del extremo de admisión (16) junto con la placa de base (5) dicha área de admisión de líquido de extensión circunferencial que se extiende en dirección radial (54), extendiéndose las paletas (4) entre la proyección radial (2) y la placa de base (5).

6. Aparato de mezclado según la reivindicación 5 en la que las paletas (4) están unidas rígidamente con la proyección radial (2) y con la placa de base (5), y soportan el tubo de aspiración (1) sobre la placa de base (5).

7. Aparato de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que las paletas (4) son planas y/o verticales.

8. Aparato de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene una región abierta (18) por debajo del centro del extremo de admisión (16) del tubo de aspiración (1), rodeado por la disposición de paletas (4).

9. Aparato de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la disposición del inyector de gas (6) tiene un área con una formación de boquillas de inyección (71, 72) distribuidas en el área transversal del tubo de aspiración (1), adyacente a su extremo de admisión (16).

10. Aparato de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la disposición del inyector de gas (6) incluye uno o más chorros centrales (71) y/o chorros (72) distribuidos en la sección transversal del tubo de aspiración en un rango de posiciones diferentes radiales y circunferenciales respecto al eje del tubo de aspiración.

11. Aparato de mezclado según la reivindicación 9 ó 10 y según la reivindicación 5, en el que dicho conjunto de chorros de inyección de gas (71, 72) está sobre una placa de base (5) o adyacente a la misma, por debajo del extremo de admisión (16) del tubo de aspiración (1).

12. Aparato de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la disposición de inyector de gas (6) tiene un conjunto lateral de chorros en dirección radial hacia dentro (73) en disposición anular, en

o debajo del extremo de admisión del tubo de aspiración (1).

13. Aparato de mezclado según la reivindicación 13 ó 14 en el que el conjunto lateral de chorros (73) incluye chorros distribuidos en diferentes sitios de los ejes.

14. Aparato de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la disposición del inyector de gas (6) comprende un distribuidor (62) para su conexión a un suministro de gas comprimido, y una pluralidad de ramificaciones hacia fuera (63, 64) que proporcionan un conjunto de una pluralidad de boquillas de inyección de gas (72, 73).

15. Aparato de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el extremo de salida (17) del tubo de aspiración (1) se encuentra unido a un tubo de aspiración adicional (1a) de mayor área en sección transversal, con una admisión adicional de líquido (54a) adyacente al sitio de unión, para la admisión de líquido adicional para unirse con líquido de salida del primer tubo de aspiración (1).

16. Aparato de mezclado según la reivindicación 17 en el que la admisión adicional de líquido (54a) tiene una disposición de paletas inclinadas adicional (4a) para la inducción de arremolinamiento rotacional del líquido adicional que entra el tubo de aspiración adicional (1a).

17. Aparato de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende una base de soporte (8) substancialmente mayor en área que la base del tubo de aspiración y disposición de paletas, la base de soporte proporciona una parte inferior para descansar sobre el lecho o fondo de una masa de líquido y un pie elevado

(86) sobre el que se monta el tubo de aspiración (1) con su disposición de paletas en ángulo (4).

18. Procedimiento para causar la mezcla en una masa de líquido, mediante la provisión de aparatos de mezcladoes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17 en dicha masa de líquido y suministro de gas a presión a la disposición de inyección de gas (6) del mismo, gasificando líquido en el tubo de aspiración (1) causando de esta manera que el líquido gasificado se eleve por flotación por dentro del tubo (1) y salga por su extremo de salida (17), arrastrando hacia el interior al mismo tiempo líquido en su extremo de admisión (16) sobre la disposición de paletas en ángulo (4) para imponer un flujo de arremolinamiento en el líquido que se eleva dentro del tubo de aspiración (1).

19. Procedimiento según la reivindicación 18 en el que la masa de líquido es un lago, estanque, mar o embalse.

20. Procedimiento según al reivindicación 18 en el que la masa de líquido bajo tratamiento es de aguas residuales

21. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 20 en el que es gas es un gas que contiene oxígeno, tal como oxígeno, aire o aire enriquecido con oxígeno.

22. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 21 en el que el aparato de mezclado está soportado sobre un lecho o fondo de una masa de agua, o se suspende en la masa de agua.