Método para mezclar líquidos sumamente viscosos con gas.

Un método para tratar aguas residuales con alto contenido de sólidos en una balsa de aireación (106) de un sistema (100) para aguas residuales,

en donde la balsa de aireación tiene un tubo de aspiración (110) dispuesto en la misma, en donde el tubo de aspiración tiene una entrada (128), una salida (129) y un impulsor (130) dispuesto dentro del tubo de aspiración (110), siendo el intersticio radial entre la punta de la pala del impulsor (130) y la pared interior del tubo de aspiración (110) menos que el 10% del diámetro del impulsor, y en donde a través del tubo de aspiración (110) el agua residual con alto contenido de sólidos fluye en un sentido descendente (142), en donde el método comprende los pasos de:

disponer el agua residual con alto contenido de sólidos que tiene una carga de sólidos superior a 10 gramos por litro dentro de la balsa de aireación (106);

introducir oxígeno en el tubo de aspiración (110);

agitar el agua residual con alto contenido de sólidos y oxígeno para producir burbujas de gas dentro del agua residual con alto contenido de sólidos dentro del tubo de aspiración (110), en donde las burbujas de gas tienen un diámetro medio de entre aproximadamente 0, 3 mm y 3, 0 mm;

y expulsar el agua residual con alto contenido de sólidos que incluye las burbujas de gas hacia fuera de la salida (129) del tubo de aspiración (110) en el seno de la balsa de aireación (106) con el fin de dispersar las burbujas de gas dentro de la balsa de aireación (106) e incrementar el tiempo de permanencia de las burbujas de gas dentro de la balsa de aireación (106) .

Método para mezclar líquidos sumamente viscosos con gas.

Referencia cruzada con solicitudes relacionadas Ninguna Campo de la invención La presente invención se refiere a operaciones de mezcla gas-líquido, y más en particular a un método para realizar elevada transferencia másica de un gas a líquidos sumamente viscosos.

Antecedentes Existe una amplia variedad de técnicas y sistemas conocidos en la técnica para conseguir la mezcla o reacciones de líquidos con gases. En algunos casos se emplea una simple columna de burbujas, en donde el gas inyectado asciende a través del cuerpo de líquido en el depósito. Al ser inyectados, el oxígeno, hidrógeno, u otro gas reactivo, o bien reaccionan directamente cuando están en forma de burbujas, o bien se disuelven en el liquido y después reaccionan, o bien ambas cosas.

También se emplean comúnmente reactores de depósito agitado (en inglés Stirred Tank Reactors, STR) para intensificar el proceso de mezcla gas-líquido. En un sistema STR, normalmente se alimenta gas a un borboteador situado en el fondo de un recipiente, y se utiliza una turbina Rushton de palas planas u otro agitador mecánico similar para cizallar el gas a fin de conseguir una dispersión mejorada en la fase líquida. Además, en sistemas STR se emplean comúnmente impulsores de flujo axial con el fin de facilitar la disolución del gas.

En otras operaciones de mezcla gas-líquido se emplea un impulsor que bombea hacia abajo, situada dentro de un tubo de aspiración hueco en un recipiente de mezcla, para crear un patrón de flujo de recirculación del líquido contenido en el recipiente. Debido a dicha recirculación del líquido hacia abajo en el tubo de aspiración hueco y hacia arriba en el recipiente fuera del tubo de aspiración, se forman vórtices en la zona superior de entrada al tubo de aspiración que arrastran gas de alimentación desde un espacio gaseoso de cabeza dentro del recipiente hacia el líquido recirculante que entra hacia abajo en el tubo de aspiración.

El documento US 6, 135, 430 divulga un método para oxigenar aguas residuales en una balsa de aireación abierta e incluye un tubo de aspiración que tiene una entrada, una salida y un conducto, en donde está dispuesto un agitador y a través del cual el líquido fluye en un sentido descendente. Los documentos EP 0 099 078 A1 y US 4, 919, 849 divulgan sistemas que son adecuados para emplear líquidos oxigenantes en recipientes cerrados. En el documento WO 99/07460 se describe un sistema de reactor para gas, que es muy adecuado para el uso con el fin de disolver un gas en líquidos en recipientes cerrados o depósitos.

En muchas aplicaciones de mezcla gas-líquido, en particular aquellas en los sectores de productos químicos especiales y farmacéuticos, la viscosidad de las disoluciones tiende a ser mayor que la del agua limpia y puede tender a variar con el tiempo. En particular, los procesos de mezcla en el sector de productos químicos especiales y el sector farmacéutico se realizan frecuentemente en condiciones de viscosidad media hasta alta de la disolución, originadas comúnmente por la inclusión de sólidos en la corriente líquida (por ejemplo, suspensiones) , o por determinadas características químicas de los líquidos que dan lugar a que exhiban características de fluidos no newtonianos.

Las soluciones de la técnica anterior a la mezcla líquido-gas para soluciones sumamente viscosas incluye el uso de una pluralidad de mezcladores, boquillas u orificios para dispersar mejor el gas en el seno del líquido viscoso o bien, de manera alternativa, la circulación forzada del líquido en atomizadores y boquillas rociadoras. De manera desventajosa, el equipo y los pasos de procedimiento adicionales empleados en la mezcla de disoluciones sumamente viscosas se traduce con frecuencia en el consumo de grandes cantidades de energía. Además, la inclusión de mezcladores, boquillas, atomizadores, etc., adicionales, puede incrementar la superficie horizontal ocupada por el sistema de proceso subyacente, así como incrementar los costes de capital y de funcionamiento asociados con el proceso de mezcla.

Sumario de la invención La presente invención puede ser caracterizada como un método para tratar líquido con alto contenido de sólidos en una balsa de aireación de un sistema para aguas residuales, en donde la balsa tiene una estructura hidrodinámica, por ejemplo un tubo de aspiración, en asociación operativa con un agitador dispuesto en la misma. El método comprende los pasos de: (a) disponer el líquido con alto contenido de sólidos dentro de la balsa de aireación; (b) introducir oxígeno en la balsa en un lugar próximo al agitador; (c) agitar el líquido con alto contenido de sólidos y oxígeno para producir burbujas de gas dentro del líquido con alto contenido de sólidos en la proximidad de la estructura hidrodinámica, en donde las burbujas de gas tienen un diámetro medio de entre aproximadamente 0, 3 mm y 3, 0 mm; y (d) expulsar el líquido con alto contenido de sólidos que incluye las burbujas de gas hacia fuera de la estructura hidrodinámica en el seno de la balsa de aireación con el fin de dispersar las burbujas de gas dentro de la balsa de aireación e incrementar el tiempo de permanencia de las burbujas de gas dentro de la balsa de

aireación.

La eficacia de transferencia másica asociada con los presentes métodos es intensificada o aumentada como consecuencia del efecto combinado del tamaño de burbuja, de la disolución del gas en el líquido sumamente viscoso cerca del agitador, y el mayor tiempo de permanencia de la burbuja, de las burbujas de gas dentro del líquido sumamente viscoso en la balsa.

Breve descripción de los dibujos Los aspectos, características y ventajas precedentes de la presente invención, y otros, serán más evidentes a partir de la descripción más descriptiva de la misma, que sigue, presentada juntamente con los siguientes dibujos, en los cuales:

la Figura 1 es una vista esquemática del presente sistema mezclador gas-líquido aplicado a una balsa de aireación en un sistema de tratamiento de aguas residuales; la Figura 2 es una representación gráfica del efecto de la concentración de sólidos sobre la viscosidad del lodo activado en un proceso de tratamiento de aguas residuales; la Figura 3 es una representación gráfica de la correlación entre el tamaño medio de la burbuja de gas y el coeficiente de transferencia másica en un sistema mezclador gas-líquido; y la Figura 4 es una representación gráfica que compara los factores alfa para sistemas convencionales de difusor de burbuja fina y el sistema de contactor mecánicamente agitado del tipo plasmado en la presente invención.

Descripción detallada La Figura 1 muestra una realización de la invención aplicada a una balsa de aireación de un sistema 100 de tratamiento de aguas residuales. Tal como se ve en la misma, el sistema incluye un conjunto flotante 102 que tiene un anillo de anclaje 104 que está colocado en una balsa de aireación 106 de un sistema 100 de tratamiento de aguas residuales. En la presente solicitud, el líquido dentro de la balsa de aireación 106 es un líquido con alto contenido de sólidos 120, típicamente con un contenido de sólidos del orden de más de 10 gramos por litro. Extendiéndose con una orientación descendente desde el conjunto flotante 102 se encuentra un tubo de aspiración 110. El tubo de aspiración 110 tiene preferiblemente aberturas circunferenciales 122 situadas debajo de la superficie superior 124 del líquido con alto contenido de sólidos 120 en la balsa de aireación 106. Están dispuestos deflectores 126 equilateralmente espaciados y de manera simétrica en torno a las aberturas 122 que están próximas a la entrada 128 al tubo de aspiración 110. Pueden estar situados deflectores 126 adicionales en la proximidad de la salida 129 del tubo de aspiración 110. Está dispuesto un impulsor helicoidal 130 dentro del tubo de aspiración 110 y comprende generalmente una o más palas 132 que están unidas al eje 134 del impulsor para girar, junto con el eje 134 del impulsor, por medio del motor 136, que preferiblemente está situado en la parte superior del conjunto flotante 102.

El motor está adaptado para accionar el eje 134 del impulsor en el sentido contrario a las agujas del reloj de la flecha 138, y éste mueve a su vez el líquido y el gas dentro del tubo de aspiración 110 en el sentido descendente de la flecha 142.

El gas oxígeno es introducido preferiblemente a través de la entrada de gas 140 que descarga el oxígeno gas cerca de la entrada 128... [Seguir leyendo]

1. Un método para tratar aguas residuales con alto contenido de sólidos en una balsa de aireación (106) de un sistema (100) para aguas residuales, en donde la balsa de aireación tiene un tubo de aspiración (110) dispuesto en la misma, en donde el tubo de aspiración tiene una entrada (128) , una salida (129) y un impulsor (130) dispuesto dentro del tubo de aspiración (110) , siendo el intersticio radial entre la punta de la pala del impulsor (130) y la pared interior del tubo de aspiración (110) menos que el 10% del diámetro del impulsor, y en donde a través del tubo de aspiración (110) el agua residual con alto contenido de sólidos fluye en un sentido descendente (142) , en donde el método comprende los pasos de:

disponer el agua residual con alto contenido de sólidos que tiene una carga de sólidos superior a 10 gramos por litro dentro de la balsa de aireación (106) ; introducir oxígeno en el tubo de aspiración (110) ; agitar el agua residual con alto contenido de sólidos y oxígeno para producir burbujas de gas dentro del agua residual con alto contenido de sólidos dentro del tubo de aspiración (110) , en donde las burbujas de gas tienen un diámetro medio de entre aproximadamente 0, 3 mm y 3, 0 mm; y expulsar el agua residual con alto contenido de sólidos que incluye las burbujas de gas hacia fuera de la salida (129) del tubo de aspiración (110) en el seno de la balsa de aireación (106) con el fin de dispersar las burbujas de gas dentro de la balsa de aireación (106) e incrementar el tiempo de permanencia de las burbujas de gas dentro de la balsa de aireación (106) .

2. El método según la reivindicación 1, en donde el agua residual con alto contenido de sólidos tiene una carga de sólidos de entre 10 gramos por litro y 40 gramos por litro.

3. El método según la reivindicación 1, en donde el sistema de aguas residuales es un sistema de aguas residuales de biorreactor de membrana.