Aparato para tratar aguas residuales, que comprende:

- un conjunto de enriquecimiento de gas (60) adaptado para recibir las aguas residuales y un gas de tratamiento,

estando el conjunto de enriquecimiento de gas (60) configurado para generar un líquido enriquecido con gas mediante una cámara presurizable (210) que tiene una entrada para gas y una salida para el líquido enriquecido con gas, y

- un conjunto de liberación (90) acoplado al conjunto de enriquecimiento de gas (60) para recibir el líquido enriquecido con gas del conjunto enriquecimiento de gas (60), comprendiendo el conjunto de suministro (90) un conducto para fluidos (301) y una boquilla (303) acoplada al conducto para fluidos (301), caracterizado porque el conjunto de enriquecimiento de gas (60) comprende además:

un conjunto atomizador dispuesto dentro de la cámara presurizable (210), estando el conjunto atomizador configurado para recibir las aguas residuales y para atomizar las aguas residuales en la cámara presurizable (210), donde el conjunto atomizador incluye un conjunto punzante (214) que tiene un conducto adaptado para transportar las aguas residuales y una pluralidad de matrices (218) de boquillas punzantes a lo largo de un eje longitudinal del conjunto punzante (214), cada matriz (218) con una pluralidad de boquillas punzantes (216) acopladas operativamente al conducto para atomizar las aguas residuales en la cámara presurizable (210), y en el que la boquilla (303) del conjunto de liberación (90) comprende una pluralidad de pasos para fluidos (308, 310) configurados para expulsar el líquido enriquecido con gas de un modo sustancialmente libre de burbujas.

Aparato y procedimiento para oxigenar aguas residuales

Campo de la invención

La presente invención se refiere, en general, a un sistema y procedimiento para enriquecer con gas el agua y, más particularmente, a un sistema y procedimiento para proporcionar grandes volúmenes de agua enriquecida en oxígeno para un depósito, tanque, estanque, corriente etc., para ayudar a satisfacer su demanda de oxígeno bioquímico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Con esta sección se pretende introducir al lector en varios aspectos de la técnica que pueden estar relacionados con varios aspectos de la presente invención que se describen y/o reivindican más adelante. Se cree que esta discusión es útil para proporcionar al lector información básica para facilitar una mejor comprensión de los diversos aspectos de la presente invención. De acuerdo con esto, debe entenderse que estas afirmaciones se tienen que leer con esta luz y no como admisiones de la técnica anterior.

Cualquier canal natural tiene la capacidad de asimilar la materia orgánica. Cuando la carga de materia orgánica supera esta capacidad de asimilación, el recurso del agua está alterado por este motivo. Los residuos, sean humanos o industriales, se tratan para su liberación segura al medio ambiente. Por ejemplo, las aguas residuales de municipios y de industrias se tratan antes se que se liberen en canales, tales como ríos. En muchos casos, estos tratamientos aceleran el proceso de asimilación natural introduciendo oxígeno adicional en el proceso biológico de degradación de residuos.

La polución o la contaminación del agua es un problema serio en todo el mundo, particularmente en Estados Unidos. Varias fuentes de contaminación son responsables de la polución del agua, incluidas entidades industriales y municipales. Las entidades industriales pueden liberar residuos líquidos o de dos fases (líquidos/sólidos) indirecta o directamente al medioambiente, tal como a ríos o lagos, contaminando el suministro de agua y dañando el medio ambiente, los peces y la visa salvaje. La contaminación del aire también es un problema, particularmente la polución de aire industrial, porque los contaminantes transportados por el aire pueden ser recogidos por las precipitaciones y escorrentías en masas de agua. Los residuos industriales pueden incluir metales pesados, hidrocarburos, en general materiales tóxicos, y muchos otros contaminantes conocidos y desconocidos. Además, normalmente las aguas residuales y la polución del aire emiten un olor indeseable por los contaminantes, que puede ser un resultado de un insuficiente tratamiento de las aguas residuales o sistemas industriales ineficientes (p. ej., combustión ineficiente, reacciones o procesos químicos, etc.) que crean dichos contaminantes.

Los municipios también producen residuos considerables. Particularmente, los alcantarillados de desbordamiento combinados (CSO) , los alcantarillados de desbordamiento sanitarios (SSO) y las descargas de aguas pluviales pueden crear problemas significativos. Las aguas residuales transportan bacterias, virus, protozoos (organismos parásitos) , helmintos (gusanos intestinales) y bioaerosoles (mohos y hongos inhalables) , entre muchos otros contaminantes. Las alcantarillas combinadas son residuos de sistemas de alcantarillado antiguos que usan una tubería común para recoger tango el agua pluvial como las aguas residuales sanitarias. Durante los periodos de lluvias o de fusión de nieve, estas alcantarillas combinadas están diseñadas para desaguar directamente en corrientes cercanas, ríos, lagos o estuarios. Los SSO son descargas de aguas residuales de un sistema de recogida de alcantarillado sanitario distinto, que puede desaguar antes de alcanzar una planta de tratamiento de aguas residuales. Las alcantarillas sanitarias pueden desaguar por diversos motivos, tales como sistemas inadecuados o deteriorados, tuberías rotas o con fugas y/o lluvia o nieve excesiva que se filtra por las tuberías con fugas a través del suelo. Por último, la escorrentía pluvial se añade al problema, ya que los contaminantes se recogen en el camino hacia los ríos, corrientes, lagos o en alcantarillados combinados y sanitarios. El agua pluvial recoge contaminantes de fertilizantes, pesticidas, aceite y grasa de automóviles, residuos de gases de combustión, contaminantes aéreos, bacterias de animales, vegetación putrefacta y muchos otros contaminantes conocidos y desconocidos.

La contaminación del agua puede ser específica del sitio, como ocurre con muchas entidades industriales, o puede no ser específica de sitio, como ocurre con muchos CSO, SSO y escorrentías pluviales. Aunque la discusión se ha limitado a residuos industriales y municipales, la contaminación se puede producir por varias fuentes y acumulares de varias ubicaciones específicas y no específicas de sitio. Por ejemplo, los residuos agrícolas, pesticidas y fertilizantes crean contaminación del agua específica de sitio, tal como en estanques, corrientes, irrigación, aguas subterráneas y agua potable para animales y personas.

Hoy en día, el procedimiento de tratamiento más frecuente es la degradación biológica aeróbica, que usa microorganismos, habitualmente denominados “bichos”, para biodegradar el agua. En una aplicación de tratamiento de aguas residuales, normalmente, la degradación biológica aeróbica implica un procedimiento de sedimentación por aireación/activada en el que se añade oxígeno a uno o más tanques que contienen las aguas residuales que se van a tratar. El oxígeno soporta a los microorganismos mientras degradan los compuestos en las aguas residuales.

Para permitir que los microorganismos crezcan y degraden los residuos y, en último término, reduzcan la demanda de oxígeno bioquímico (BOD) , es decir la cantidad de oxígeno requerido por los microorganismos durante la estabilización de materia orgánica descomponible en condiciones aeróbicas, en el sistema de tratamiento deberá estar disponible suficiente oxígeno. En algunos sistemas se requiere oxígeno adicional para reducir también los niveles de nitrógeno en el efluente.

Normalmente, las plantas de tratamiento residual usan aireadores mecánicos o difusos para soportar el crecimiento de microorganismos. Normalmente, los aireadores mecánicos emplean una pala o propulsor colocado justo debajo de la superficie de un estanque, tanque u otro depósito, para inducir la entrada de aire en las aguas residuales mediante mezclado. En general, dichos mezcladores tienen costes de capital inicial relativamente bajos, pero a menudo requieren cantidades sustanciales de energía para funcionar.

Como alternativa, los aireadores con difusor introducen aire u oxígeno en las aguas residuales mediante soplado de burbujas de gas en el depósito, normalmente cerca de su fondo. Los aireadores con difusor, en función del diseño, pueden producir burbujas grandes o finas. Las burbujas grandes se producen a través de un difusor con agujeros más grandes y normalmente de un tamaño variable de 4 a 6 mm de diámetro o mayores. Por otro lado, las burbujas finas se producen a través de difusores con agujeros más pequeños y normalmente de un tamaño variable de 0, 5 a 2 mm de diámetro. Normalmente, los aireadores con difusor tienen costes iniciales menores, así como menores costes de operación y mantenimiento que los aireadores mecánicos.

Los aireadores mecánicos y de difusor implican la eliminación de los compuestos orgánicos volátiles (COV) y contribuyen a problemas de olor al tiempo que se transfiere oxígeno en un estado gaseoso a aguas residuales líquidas, produciéndose la transferencia de oxígeno principalmente como resultado de la difusión a través de la barrera gas-líquido. Por ejemplo, en el caso de los aireadores con difusor usando oxígeno puro, la barrera gaslíquido está definida por las superficies externas de las burbujas de aire introducidas en el sitio del tratamiento. En general, los aireadores con burbujas finas son más eficientes que los aireadores con burbujas grandes y mecánicos debido a la mayor área de superficie total disponible para la transferencia de oxígeno que está asociada con las burbujas finas. El funcionamiento de la aireación con burbujas finas se degrada con el tiempo si no se usa un mantenimiento regular.

No obstante, todavía se necesita un aparato y procedimiento para oxigenar las aguas residuales más eficientes. Normalmente, las necesidades de las aguas residuales municipales crecen a medida que crece la población del municipio. Para satisfacer las crecientes necesidades, los municipios expanden... [Seguir leyendo]

1. Aparato para tratar aguas residuales, que comprende: -un conjunto de enriquecimiento de gas (60) adaptado para recibir las aguas residuales y un gas de tratamiento, estando el conjunto de enriquecimiento de gas (60) configurado para generar un líquido enriquecido con gas mediante una cámara presurizable (210) que tiene una entrada para gas y una salida para el líquido enriquecido con gas, y -un conjunto de liberación (90) acoplado al conjunto de enriquecimiento de gas (60) para recibir el líquido enriquecido con gas del conjunto enriquecimiento de gas (60) , comprendiendo el conjunto de suministro (90) un conducto para fluidos (301) y una boquilla (303) acoplada al conducto para fluidos (301) , caracterizado porque el conjunto de enriquecimiento de gas (60) comprende además:

un conjunto atomizador dispuesto dentro de la cámara presurizable (210) , estando el conjunto atomizador configurado para recibir las aguas residuales y para atomizar las aguas residuales en la cámara presurizable (210) , donde el conjunto atomizador incluye un conjunto punzante (214) que tiene un conducto adaptado para transportar las aguas residuales y una pluralidad de matrices (218) de boquillas punzantes a lo largo de un eje longitudinal del conjunto punzante (214) , cada matriz (218) con una pluralidad de boquillas punzantes (216) acopladas operativamente al conducto para atomizar las aguas residuales en la cámara presurizable (210) , y en el que la boquilla (303) del conjunto de liberación (90) comprende una pluralidad de pasos para fluidos (308, 310) configurados para expulsar el líquido enriquecido con gas de un modo sustancialmente libre de burbujas.

2. Aparato para tratar aguas residuales, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la boquilla (303) comprende una pluralidad de placas (322) apiladas que definen una pluralidad de canales de fluido (324) entre ellas, teniendo los canales de fluido (324) una entrada acoplada de forma fluida al conducto de fluidos (301) y teniendo una salida para expulsar el líquido enriquecido con gas.

3. Aparato de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque las placas (322) apiladas comprenden una sección sustancialmente plana y/o una sección sustancialmente cónica.

4. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la boquilla (303) comprende una pluralidad de capilares (310) , teniendo cada uno de los capilares (310) una entrada acoplada de forma fluida al conducto de fluidos (301) y teniendo una salida para expulsar el líquido enriquecido con gas.

5. Aparato de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque los capilares (310) tienen un diámetro interno de aproximadamente 150 a 450 micrómetros y/o están agrupados en una pluralidad de haces de capilares, en particular en el que los haces de capilares comprenden un material de unión dispuesto alrededor de los haces de capilares.

6. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende al menos un conjunto de filtrado acoplado al conjunto de enriquecimiento de gases (60) , en particular, en el que el conjunto de filtrado comprende una serie de filtros cada vez más finos y/o un filtro de 150 micrómetros y/o un filtro autolimpiable, y en el que, en particular, el conjunto de filtrado está dispuesto entre el conjunto de enriquecimiento de gases (60) y una entrada para aguas residuales y/o estando acoplado de forma fluida al conjunto de liberación (90) para filtrar el líquido enriquecido con gas.

7. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el agua residual comprende agua de depósitos municipales y/o residuos industriales y/o agua de lagos/estanques y/o agua de ríos/corrientes y/o alcantarillas y/o aguas pluviales y/o aguas subterráneas y/o aguas de acuicultivos y/o aguas de piscifactorías marinas y/o residuos agrícolas y/o pesticidas y/o fertilizantes y/o metales pesados y/o microorganismos.

8. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el gas de tratamiento comprende aire y/u oxígeno y/u ozono y/o hidrógeno y/o cloro y/o monóxido de carbono.

9. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el líquido enriquecido con gas es supersaturado de gas mediante el tratamiento con gas.

10. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el conjunto de enriquecimiento con gas (60) está configurado para disolver sustancialmente el gas de tratamiento en las aguas residuales hasta un contenido en gas deseado, aumentando el contenido en gas deseado, en general, con una presión de funcionamiento del conjunto de enriquecimiento con gas (60) , en particular, en el que el contenido en gas deseado varía de aproximadamente 275 a 880 ppm para las presiones de operación de aproximadamente 100 a 300 psi (0, 7 a 2, 1 MPa) .

11. Procedimiento de tratamiento de aguas residuales que comprende los pasos de: -presurizar un vaso (210) con un gas de tratamiento y liberar el agua residual hacia el vaso (210) para enriquecer

con gas el agua residual hasta un contenido en gas deseado, y/o -extraer el agua residual desde un suministro de aguas residuales que se va a tratar, y -expulsar el agua residual, con aproximadamente el contenido de gas deseado, de nuevo en el suministro de aguas residuales, expulsando el agua residual del vaso (210) a través de un conducto para fluidos (301) y pasando el agua residual a través de una boquilla (303) acoplada al conducto para fluidos (310) , caracterizado porque comprende los pasos de:

- proporcionar un conjunto atomizador dentro del vaso (210) para atomizar el agua residual liberada en el vaso (210) ; -configurar el conjunto atomizador de modo tal que incluya un conjunto punzante (214) que tiene un conducto adaptado para transportar el agua residual; -disponer una pluralidad e matrices (218) de boquillas punzantes a lo largo de un eje longitudinal del conjunto punzante (214) , cada matriz (218) con una pluralidad de boquillas punzantes (216) acopladas operativamente al conducto para atomizar las aguas residuales en la cámara presurizable (210) , y en el que el acto de pasar el agua residual a través de la boquilla (303) comprende el acto de pasar el agua residual a través de una pluralidad de pasajes (308, 310) para fluidos dimensionados para proporcionar un flujo sustancialmente laminar y sin burbujas.

12. Procedimiento de tratamiento de un agua residual de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque el acto de pasar el agua residual por la boquilla (303) comprende el acto de pasar un agua residual a través de una pluralidad de placas (322) apiladas que definen una pluralidad de canales de fluido (324) entre ellas, teniendo loas canales de fluido (324) una entrada acoplada de forma fluida al conducto de fluidos (310) y teniendo una salida.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque la etapa de pasar el agua residual a través de la boquilla (303) comprende la etapa de pasar el agua residual a través de una pluralidad de capilares (310) , teniendo cada uno de los capilares (310) una entrada acoplada de forma fluida al conducto de fluidos (301) y teniendo una salida.

14. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque comprende el acto de atomizar el agua residual y/o el acto de filtrar el agua residual, en particular, en el que el acto de filtrar el agua residual comprende pasar el agua residual a través de una serie de filtros cada vez más finos y/o a través de un filtro de 150 a 450 micrómetros y/o pasar el agua residual a través de un filtro autolimpiable.

15. Instalación para el tratamiento de aguas residuales caracterizada porque comprende un aparato para tratamiento de aguas residuales de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 y un conjunto de montaje configurado para soportar el conjunto de enriquecimiento de gases (60) y el conjunto de liberación (90) , en particular, en el que el conjunto de montaje está configurado para montarse de forma fija en un centro de tratamiento de aguas residuales fijo y/o para acoplase a un sistema de despliegue móvil, en particular en el que el sistema de despliegue móvil comprende un vehículo a motor y/o en el que el sistema de despliegue móvil comprende un tráiler configurado para ser remolcado por un vehículo a motor o al menos por un carro.

16. Instalación de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizada porque comprende un suministro de gas de tratamiento configurado para proporcionar gas para tratamiento para el conjunto de enriquecimiento con gas (60) .

17. Instalación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 16, caracterizada porque comprende al menos un conjunto de filtrado para filtrar el agua residual.