MX2013010126A - Sistema y metodo para el tratamiento de residuo. - Google Patents

Abstract

La presente invención se relaciona con un sistema y método para remover el agua de lodo, que incluye mezclar un material de mezclado en el lodo y comprimir la mezcla. Se describen etapas de pre- y post-compresión adicionales. Se describen ejemplos de los materiales de mezclado específicos y métodos para su uso.

Description

SISTEMA Y METODO PARA EL TRATAMIENTO DE RESIDUO Campo de la Invención En general, la presente descripción se relaciona con métodos y sistemas para el tratamiento de un residuo. En particular, la presente descripción se relaciona con un sistema y método para deshidratar un lodo.

Breve Descripción de las Figuras Las modalidades descritas en la presente llegarán a ser completamente más evidentes a partir de la siguiente descripción y las reivindicaciones anexas, tomadas en conjunto con las figuras anexas. Estas figuras sólo representan las modalidades típicas, las cuales serán descritas con especificidad y detalles adicionales por medio del uso de las figuras anexas.

La Figura 1 es una figura esquemática de un sistema de tratamiento de un residuo; La Figura 2 es un diagrama de flujo de un método para el tratamiento de un residuo; La Figura 3 es una vista en elevación frontal, cortada, de una modalidad de un aparato de compresión; La Figura 4A es una vista en perspectiva de una modalidad de una placa superior para una aparato de compresión; La figura 4B es una vista en elevación frontal, cortada, Ref. 243614 de la placa superior de la Figura 4A; La Figura 5 es una vista en elevación frontal, cortada, de una modalidad de un aparato de compresión que incluye paredes laterales; La Figura 6 es una vista en perspectiva ampliada de algunos componentes de un aparato de compresión.

Descripción Detallada de la Invención Se entenderá fácilmente que los componentes y etapas de las modalidades como se describe e ilustra en general en las figuras en la presente, podrían arreglarse, desarrollarse o diseñarse en una amplia variedad de diferentes configuraciones. De esta manera, la siguiente descripción detallada de las diferentes modalidades, como se representa en las figuras, no se pretende que limite el alcance de la descripción, sino que es exclusivamente representativo de las diferentes modalidades. Mientras que los diferentes aspectos de las modalidades se presentan en las figuras, las figuras no se dibujan necesariamente a escala, a menos que se indique específicamente lo contrario.

Las frases "conectado a", "acoplado a" y "en comunicación con" , se refieren a cualquier forma de interacción entre dos o más entidades, incluyendo un fluido mecánico, eléctrico, magnético, electromagnético, y la interacción térmica. Dos componentes podrían acoplarse entre sí, aunque no están en contacto directo entre sí. Por ejemplo, dos componentes pueden acoplarse entre sí por medio de un componente intermedio .

Como se usa en la presente, el lodo tiene su significado ordinario común. Esto es, el lodo se refiere a cualquier material o precipitado de residuo sólido, semisólido o líquido. El lodo puede, pero no necesariamente, generarse en el tratamiento de agua residual. En muchos casos, el contenido de agua del lodo es sustancial. Un ejemplo del lodo es la producción de una planta de tratamiento de agua municipal. El lodo de tratamiento de agua municipal puede consistir de materia sólida completa o parcialmente mezclada con, o disuelta en, agua. Otro ejemplo puede ser el lodo que consiste de agua y residuos de animales. Otros ejemplos del lodo pueden incluir la producción de lodo del procesamiento químico, procesamiento farmacéutico, procesamiento semiconductor, procesamiento de alimentos, procesamiento de biomaterial, procesamiento de aluminio o férrico, otros procesos industriales, procesamiento petroquímico, procesamiento electrónico de pulpa y papel, procesamiento de textiles, procesamiento de biomasa, procesamiento de biogas, lodo producido en conjunto con la generación de potencia y procesamiento de turba. Ejemplos adicionales de lodos pueden incluir lodo de minado, lodo de cosecha de turba, lodo de petróleo, lodo de purificación de agua, lodo de suspensión de animales, lodo residual de frutas, lodo de turba fresco, lodo de turba molido, lodo de pulpa y papel, lodo de destintado, lodos de fibras de papel, lodos de alimentos y bebidas, lodo generado de incineración (incluyendo un residuo de la producción de biocombustible , lodos de otros métodos de producción de biocombustible y lodos de residuos de pañales reciclados .

La deshidratación se refiere a procesos diseñados en la remoción de agua de los lodos. Muchos lodos en bruto están compuestos tanto como de 98% de humedad en peso. La deshidratación puede realizarse mediante una variedad de medios, que incluyen coagulantes y floculantes de mezclado con el lodo y comprimiendo la mezcla. En general, estos métodos sólo son parcialmente efectivos, esto es, estas técnicas sólo pueden reducir el contenido de humedad del lodo a 80-85% de humedad en peso. En general, los intentos para comprimir adicionalmente el lodo tratado, son infectivos, con el lodo tendiendo a comportarse como un fluido hidráulico (aglomeración y rezumado) , en lugar de la compresión adicional que remueve el agua residual. Las técnicas de sedimentación o secado también pueden emplearse para deshidratar el lodo. Se apreciará que la "deshidratación" no se limita a remover agua pura (H20) del lodo. De hecho, la deshidratación involucra la separación y remoción de los componentes líquidos del residuo, que pueden estar compuestos de agua así como otro material suspendido en, disuelto en, o mezclado con el agua y/u otros líquidos.

En algunos casos, el lodo puede ser procesado usando métodos de tratamiento físicos o químicos, tales como, por ejemplo, floculación y/o coagulación. Cuando el lodo experimenta una etapa de floculación o coagulación, el lodo resultante parcialmente deshidratado consiste de: 1) "flóculos" o grumos pequeños con una concentración relativamente alta de materia sólida y 2) agua dispuesta entre los flóculos. El lodo parcialmente deshidratado puede entenderse que consiste de "agua libre" o agua dispuesta entre los flóculos y "agua arrastrada" o agua que está dentro de un floculo.

Como se describe en mayor detalle a continuación, una cantidad sustancial de agua puede removerse adicionalmente del lodo mediante mezclado un material combinado en el lodo, y luego comprimiendo la mezcla. La torta de lodo o lodo semisólido que comprende una producción de otro proceso de deshidratación (por ejemplo, coagulación o floculación luego compresión, secado o sedimentación) puede usarse como un lodo de "entrada" en este proceso. Esto es, el lodo previamente deshidratado por otros medios puede deshidratarse adicionalmente mezclando un material combinado con el lodo y comprimiendo la mezcla. Se apreciará que el lodo puede deshidratarse inicialmente en forma parcial por cualquier otro medio conocido en la técnica.

El uso de un material de mezclado en conjunto con la compresión, puede resultar en una gran cantidad de humedad que es removida del lodo, resultando en algunos casos en un contenido . de humedad menor de 20%. Nuevamente, por comparación, la deshidratación por coagulación o floculación y la compresión, en general, resulta en un contenido de humedad de aproximadamente 80%-85%.

En algunas modalidades, el lodo también será parcial o sustancialmente desodorizado como resultado del proceso de deshidratación. En algunos lodos, el olor se asocia más con componentes líquidos del lodo, no la materia sólida suspendida en el lodo. De esta manera, la separación de la materia sólida y el residuo líquido pueden desodorizar el lodo .

En general, con referencia a la Figura 1, la cual es una ilustración esquemática de una modalidad de un sistema para deshidratar el lodo, y la Figura 2, la cual es un diagrama de flujo de una modalidad de un método para deshidratar lodo, el lodo puede deshidratarse por: 1) mezclando un material combinado en el lodo y 2) comprimiendo la mezcla. Otras etapas o componente pueden proceder o seguir estos dos, como se describe en mayor detalle a continuación.

Un número de materiales de mezclado es apropiado para el uso para deshidratar el lodo de esta manera. Los ejemplos pueden incluir materiales a base de celulosa, por ejemplo, virutas de madera, papel periódico y turba molida. Además, los finos de tambores (las partículas colectadas por medio de tamices de tambores durante el reciclado de residuos caseros) , esponjas de celda abierta, aserrín y el polvo colectado durante el maquinado de paneles de fibra de madera de densidad media (MDF, por sus siglas en inglés) , también pueden usarse como los materiales de mezclado. El material de mezclado además puede tratarse con una resina de urea formaldehído. En algunas modalidades, el material de mezclado puede ser compresible.

En algunas modalidades, el material de mezclado y el lodo pueden mezclarse completamente entre sí de una manera sustancialmente uniforme. Esto es, el material de mezclado puede distribuirse uniformemente a través del lodo.

En algunas modalidades, el material de mezclado puede mezclarse con el lodo en una relación de aproximadamente 1:1, resultando en una mezcla de lodo a material de mezclado que es de aproximadamente 50% de lodo y 50% de material de mezclado en peso. En otras modalidades, la relación de material de mezclado a lodo puede ser de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:25. Además, los intervalos de relaciones aceptables del material de mezclado al lodo pueden caer dentro de este intervalo, por ejemplo de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:10, aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:5 o aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:2.5. En algunos casos, la relación deseada dependerá por lo menos parcialmente del contenido de agua del lodo, la consistencia del lodo o si los lodos han experimentado previamente un proceso de deshidratacion previo.

En algunas modalidades, el material de mezclado, expandido sustancialmente de manera uniforme a través del lodo, puede "recubrir" esencialmente pequeños grumos de lodo. De esta manera, se entenderá que "expandido sustancialmente de manera uniforme" no requiere que el material de mezclado sea distribuido perfectamente a través del lodo, aunque, en algunas modalidades, el material de mezclado puede distribuirse sustancialmente de forma perfecta a través del lodo. En algunas modalidades, el lodo puede consistir de grumos o pelotas de lodo que llegan a recubrirse con el material de mezclado, ya que el material de mezclado se mezcla en el lodo. Estos grumos o pelotas pueden o no ser "flóculos", que resultan de una etapa de floculación. Los grumos pueden ser del mismo tamaño y consistencia que los flóculos si el lodo se trata con una etapa de floculación (o coagulación) inicial o los flóculos también pueden romperse y reducirse de tamaño durante el mezclado del material de mezclado o en algún otro punto del proceso. De esta manera, los grumos del material pueden ser más pequeños que los flóculos. A diferencia de los floculantes y coagulantes, el material de mezclado puede distribuirse a través del lodo; mientras que los dos agentes anteriores tienden a causar que la materia sólida en el lodo forme grumos, el último agente puede expandirse sustancialmente de manera uniforme a través del lodo, creando un material compuesto con una consistencia sustancialmente uniforme.

En las modalidades en donde el material de mezclado recubre pequeños grumos de lodo, el material de mezclado puede evitar que los grupos de lodo interactúen directamente entre sí durante la compresión. De esta manera, en lugar de que el lodo actúe como una sola masa de fluido hidráulico durante la compresión, el material de mezclado separa esencialmente el lodo en una colección de grumos individuales. Después de la compresión, estos grumos, en algunas modalidades esencialmente esféricos antes de la compresión, pueden ser aplanados, pareciendo pequeños discos recubiertos con un material de mezclado.

En algunas modalidades, el material de mezclado puede recubrirse de polvo, ceniza, ceniza de incinerador, arena, aluminio secado o lodo férrico, granos secos de destiladores, pulpa y papel o fibras de plantas o residuo (tal como, por ejemplo, cáscaras de nuez, pedúnculos u otro material de plantas) . En otras modalidades, el material de mezclado puede consistir de paja, bambú, mazorcas, fibra de plátano, residuos en bruto o papel. Se apreciará por los experimentados en la técnica que esta lista no es exhaustiva de los posibles materiales de mezclado. Puede usarse una variedad de materiales de mezclado sin apartarse de la presente descripción. Por lo tanto, sin limitar los tipos de materiales de mezclado a los listados, se describen a continuación las modalidades específicas que usan los materiales de mezclado específicos. Además, la siguiente descripción específica se destina para suplementar, no limitar, la descripción proporcionada completamente. De esta manera, mientras que se describen a continuación las combinaciones específicas y las relaciones de los materiales de mezclado, cada material de mezclado puede usarse solo o en cualquier combinación con cualquier otro material de mezclado, en cualquier relación de lodo a material de mezclado, sin apartarse del alcance y espíritu de la presente descripción.

En una modalidad, puede usarse carbón pulverizado como un material de mezclado. En aún otra modalidad, el carbón pulverizado puede ser particularmente fino, en algunos casos, cada partícula de carbón pulverizado es, en promedio, menor de 100 micrómetros . En otras modalidades, el carbón pulverizado puede consistir de partículas con un tamaño promedio de entre aproximadamente 2 micrómetros y 1,000 micrómetros. En algunas modalidades, este intervalo puede ser de aproximadamente 200 micrómetros a aproximadamente 800 micrómetros o de aproximadamente 50 a aproximadamente 500 micrómetros . En algunas modalidades, el carbón pulverizado se mezcla con el lodo en una relación 1:1, resultando en una mezcla de 50% de carbón pulverizado y 50% de lodo en peso. Como se estableció anteriormente, el carbón 'pulverizado también puede combinarse con el lodo en cualquier relación descrita en la presente.

En algunas modalidades, el material de mezclado puede actuar como un "filtro", el cual tiende a limpiar el agua removida durante la compresión. Por ejemplo, en algunos casos, el agua removida cuando se usa carbón como un material de mezclado, puede ser relativamente limpia porque se remueve la mayoría de la materia disuelta o suspendida.

Se apreciará que, en algunas modalidades, pueden usarse combinaciones de los materiales de mezclado. Por ejemplo, en algunas modalidades, un material de mezclado, tal como carbón, puede usarse en combinación con otro material de mezclado, tal como fibras de madera pulverizadas. Puede usarse cualquier material de mezclado en combinación con cualquier otro material de mezclado. Además, algunas modalidades pueden incluir combinaciones de más de dos materiales de mezclado. Además, la composición del material de mezclado no necesita ser proporcional; un material de mezclado combinado puede consistir de partes iguales de múltiples materiales de mezclado o partes desiguales en cualquier relación. En otras modalidades, un material de mezclado simple puede usarse sin combinarlo con otros materiales de mezclado.

Como se indicó anteriormente, puede usarse una variedad de materiales de mezclado sin apartarse del alcance de la presente descripción. En algunas modalidades, los materiales de mezclado pueden tener algunas características físicas o geométricas comunes. La lista de las siguientes características no se pretende que limite los ejemplos de los potenciales materiales de mezclado descritos en la presente, ni que limite los materiales equivalentes. De hecho, algunos materiales de mezclado tienen estas características y, por lo tanto, ciertas equivalentes también pueden tener estas características. Por ejemplo, en algunas modalidades, el material de mezclado puede consistir de partículas rígidas. Además, las partículas pueden formarse irregularmente y pueden contener uno o más bordes angulares afilados. En tales modalidades, las partículas pueden estar en contacto entre sí, pero una cantidad sustancial de espacio vacío puede permanecer cuando las partículas se colocan próximas entre sí. En algunas de estas modalidades, las partículas pueden caracterizarse como de naturaleza granular o abrasiva debido a la forma y rigidez de las partículas.

Por ejemplo, las partículas de carbón pulverizado pueden formarse irregularmente y tener uno o más bordes angulares relativamente afilados. Debido a la forma de estas partículas, éstas no pueden ser fácilmente "empacadas" cerca de una y otra. Las formas y los bordes irregulares pueden evitar un empaque denso y resultar en una cantidad sustancial de espacio vacío entre partículas adyacentes.

En las modalidades en donde las partículas son rígidas, o angulares, o ambas, los bordes de las partículas pueden esencialmente "perforar" las celdas o grumos de lodo durante la etapa de compresión. De esta manera, durante la compresión, algunos grumos de lodo pequeños, posiblemente esféricos pueden romperse o cortarse. De esta manera, después de la compresión, cuando se usan partículas angulares, los pequeños grumos de lodo pueden o no parecer discos o pasteles, de hecho, algunos de los grumos también pueden romperse . Esta ruptura de los pequeños grumos de lodo puede liberar una cantidad sustancial de agua atrapada. Además, en algunas modalidades, el material de mezclado puede tender a romper las estructuras de la celda presentes en el lodo, liberando el agua atrapada en la misma.

Como se apreciará por los experimentados en la técnica, el material de mezclado usado en el proceso, puede impactar las propiedades del lodo deshidratado. De esta manera, los materiales de mezclado (o mezclas particulares de materiales de mezclado) pueden elegirse con base en las propiedades deseadas del lodo deshidratado. En algunos casos, por ejemplo, el lodo deshidratado puede usarse sustancialmente como un combustible. En tales modalidades, el uso de carbón pulverizado puede ser deseable para impactar las propiedades de combustión del lodo deshidratado. De manera similar, otras materiales de mezclado, los cuales tienen un alto valor calórico (o materiales de mezclado que pueden aumentar el valor calórico específico de la mezcla) pueden usarse para mejorar las propiedades de combustión del lodo deshidratado. En algunos casos, tales materiales de mezclado pueden aumentar el valor calórico específico de la mezcla debido a las propiedades del material cuando se quema o se co- incendia con la mezcla.

En otra modalidad, la ceniza (incluyendo, pero no se limita a, ceniza de incinerador) puede seleccionarse como un material de mezclado. La ceniza puede combinarse a una relación 1:1 de lodo a material de mezclado, o en cualquier otra relación descrita en la presente. De manera similar, el lodo del procesamiento de aluminio o férrico puede secarse y usarse como un material de mezclado. Como será evidente para los experimentados en la técnica, el lodo de aluminio o férrico (que va a usarse como un material de mezclado) puede deshidratarse mediante cualquier proceso de deshidratación, incluyendo los procesos descritos en la presente.

También puede usarse como un material de mezclado la paja, bambú, mazorcas, fibra de plátano, otros tipos de residuos en bruto, algas o papel. En algunos casos, pueden usarse materias primas renovables, tales como plantas de crecimiento rápido o paja. En algunas modalidades, estos materiales de mezclado serán pulverizados antes de usarse como un material de mezclado. En aún otra modalidad, la paja pulverizada, el bambú, mazorcas, fibra de plátano, residuos en bruto o papel pueden combinarse adicionalmente con arena fina o ceniza de incinerador, para crear un material de mezclado combinado. En algunas modalidades, el material de mezclado combinado será de aproximadamente 10% de arena o ceniza.

Con referencia nuevamente a la Figura 1, se muestra un sistema de tratamiento de un residuo, de acuerdo con una modalidad de la presente descripción. El lodo, el cual puede ser la producción de una planta de tratamiento de agua residual u otro productor apropiado de un material de agua residual, puede ser inicialmente deshidratado. El lodo puede colectarse en una tolva de lodo 10. Un material de mezclado apropiado que va a mezclarse con el lodo también puede colectarse en una tolva 12.

Como se muestra en la Figura 1, en una modalidad, el lodo y el material de mezclado se distribuyen desde sus tolvas respectivas 10, 12, para separarse en los transportadores 14, 15. El lodo y el material de mezclado después pueden depositarse en un aparato de mezclado apropiado 16. Se entenderá por los experimentados en la técnica, que el aparato de mezclado 16 puede elegirse de por lo menos uno de: un mezclador de paleta, mezclador de tornillo, mezclador de alimentación agrícola y cualquier dispositivo de mezclado y combinado, como se conoce en la técnica.

El aparato de mezclado 16 puede mezclar el lodo y el material de mezclado juntos. En algunas modalidades, el lodo y el material de mezclado pueden mezclarse completamente para formar una mezcla compuesta. El aparato de mezclado puede ser operable para mezclar el lodo y el material de mezclado entre sí, a una velocidad lenta, de modo que la mezcla se pliega entre sí en lugar de batirse. El mezclado puede realizarse rápida o lentamente sin apartarse del alcance de esta descripción.

En una modalidad, el proceso de mezclado se realiza doblando capas sucesivas de torta de lodo en contacto con las capas del material de mezclado. Además, el mezclado se realiza a través del plegado continuo de las capas de la mezcla compuesta, hasta que el material de mezclado de la mezcla compuesta sea expandido sustancialmente de forma uniforme .

Como se muestra en la Figura 1, la mezcla compuesta puede salir del aparato de mezclado 16 en un transportador 18. En la modalidad ilustrada, la mezcla compuesta después se libera a un aparato de compresión 20. El aparato de compresión 20 puede elegirse de cualquiera de una prensa de banda, prensa de tornillo, un prensa de placa, una prensa por lotes, una prensa de filtrado, una prensa hidráulica o cualquier dispositivo de compresión como se conoce en la técnica. El aparato de compresión 20 puede configurarse para permitir la liberación de humedad de la mezcla contenida durante la compresión.

Por ejemplo, el aparato de compresión 20 puede comprender una prensa de placa que tiene un transportador localizado dentro del aparato de compresión para transportar primero la mezcla compuesta en el aparato de compresión, y transportar después la mezcla compuesta fuera del aparato de compresión después de la compresión para el procesamiento adicional. El transportador puede configurarse para permitir la liberación de humedad de la mezcla contenida durante la compresión. Por ejemplo, en el caso de un transportador de banda estándar, la banda puede perforarse para permitir que la humedad sea drenada a través de la banda transportadora. También puede perforarse una o más de las placas usadas en la prensa, para permitir el escape de humedad durante la compresión. Los detalles adicionales de algunas modalidades de los aparatos de compresión se proporcionan a continuación en conjunto con las Figuras 3-6.

Con referencia nuevamente a la Figura 1, el agua residual después puede colectarse en un dren apropiado 28.

El lodo deshidratado resultante después puede removerse del dispositivo de compresión 20 y llevarse por el transportador 30 hacia el aparato de secado 32. El material resultante sustancialmente deshidratado se seca más fácilmente debido a los niveles reducidos de humedad presente. El aparato de secado 32 puede ser un secador ciclónico, un secador térmico, un secador de aire, un secador de tambor o cualquier dispositivo de secado como se conoce en la técnica, por ejemplo el Tempest Drying System manufacturado por G RO Incorporated, es uno de tales dispositivos .

Después del secado, el material resultante puede ser sustancialmente sólido. En una modalidad, el material sólido sale del aparato de secado 32 y luego puede procesarse adicionalmente (método o aparato) 36, dependiendo de la aplicación. Por ejemplo, el procesamiento adicional 36 puede ser un peletizador, para convertir el material sólido en pelotillas para quemarse como combustible.

Se entenderá que el material resultante (que comprende lodo deshidratado y material de mezclado) también pueden usarse como un sustituto para el material de mezclado que va a mezclarse con el lodo en el aparato de mezclado 16. En algunas modalidades, el material resultante producido por el proceso puede re-usarse como un material de mezclado durante aproximadamente tres iteraciones.

Además, en una modalidad, el procesamiento adicional 36, el lodo deshidratado y el material de mezclado pueden comprender un aparato capaz de separar el material de mezclado del lodo deshidratado. Por ejemplo, un aparato que usa un tamiz de vibración puede emplearse para separar el material de mezclado del lodo. Otro ejemplo de un mecanismo de separación puede ser un separador de aire que remueve las partículas con una densidad específica menor pasando las partículas sobre un chorro de aire. En una modalidad, el material de mezclado separado del lodo deshidratado puede reusarse en el proceso de deshidratación descrito en la presente .

Con referencia nuevamente al sistema, en general, en una modalidad, el mezclado y la compresión pueden realizarse en un sitio en una planta de tratamiento de residuos, con el secado (y posiblemente granulación) realizado en un sitio remoto. En tal caso, el aparato de secado 32 en la Figura 1 puede reemplazarse por un camión o un medio de transporte apropiado que transfiera el material resultante fuera del aparato de compresión 20 a otro sitio en donde se llevan a cabo las etapas de secado y granulación.

De manera alternativa, el aparato de tratamiento de residuos mismo puede proporcionarse como parte de un sistema de colección de residuos móvil. En tal caso, las tolvas 10, 12, el aparato de mezclado 16 y el aparato de compresión 20 se proporcionan como parte de un vehículo, por ejemplo, en la parte trasera de un camión o en un camión de remolque . El aparato de secado 32 opcionalmente puede proporcionarse como parte del vehículo o, como anteriormente, las etapas de secado y procesamiento adicionales del método pueden realizarse en un sitio remoto.

El uso de este proceso o sistema, puede resultar en un producto final con un nivel de humedad reducido, con propiedades más manejables y un contenido de sólidos secos que se aproxima a más de 80%. El material final puede reducirse sustancialmente en peso en comparación con las técnicas de extracción de humedad convencionales, y es más fácil de transportar.

Se apreciará por los experimentados en la técnica que no cada uno de los elementos descritos anteriormente e ilustrados en las figuras es necesario para el espíritu de la descripción proporcionada en la presente. Por ejemplo, está dentro del alcance de la presente descripción proporcionar un aparato para mezclar el lodo y el material de mezclado, luego comprimir la mezcla, omitiendo otros elementos, tales como transportadores y tolvas descritos en la presente. Además, será apreciado por los experimentados en la técnica, que pueden adicionarse otros elementos sin apartarse del alcance y espíritu de la presente descripción.

La Figura 2 es una ilustración de una modalidad de un método para remover el agua del lodo 100. En la modalidad ilustrada, el método 100 incluye: obtener el lodo deshidratado 102 que comprende una producción de un sistema de tratamiento de agua residual; repartir 104 el lodo en una tolva de lodo y repartir un material de mezclado en una tolva de material de mezclado destinataria; depositar 106 el lodo y el material de mezclado en un dispositivo de mezclado; mezclar 108 el lodo y el material de mezclado y comprimir 110 el lodo y el material de mezclado para liberar la humedad.

En una modalidad, el proceso 100 además comprende la etapa de separar el material de mezclado del lodo deshidratado. En aún otra modalidad, el material de mezclado separado se reusa para deshidratar más lodo.

No todas las etapas descritas son necesarias en cada modalidad de la presente descripción. Por ejemplo, está dentro del alcance de la presente descripción completar las etapas de mezclado y compresión, mientras que se omiten algunas o todas las otras etapas descritas. Además, las adicionales pueden adicionarse al proceso sin apartarse del alcance de la presente descripción.

También se apreciará por un experimentado en la técnica que, en las modalidades en donde el lodo deshidratado se usa como una entrada en el proceso descrito, la etapa de deshidratacion previamente no necesita realizarse en conexión con las etapas del método descrito. Esto es, la deshidratación por otros medios puede realizarse en algún sitio y por la misma entidad que realiza el método descrito o en otro sitio por otra entidad.

En una modalidad, el método 100 puede mejorar la deshidratación del lodo de aguas residuales, en las aplicaciones no digeridas o digeridas, y en algunas modalidades, en una aplicación digerida, por ejemplo, el lodo se pre-procesa en un recipiente en donde se lleva a cabo la digestión y el procesamiento.

El método 100 tiene una amplia variedad de aplicaciones potenciales. Por ejemplo, el método puede usarse con los lodos, en conjunto con el procesamiento de residuos humanos o animales y similares; aluminio, férricos y similares; productos farmacéuticos, productos químicos; productos semiconductores; fármacos y alimentos, tales como en el procesamiento de carne y leche y similares. Como se apreciará por un experimentado en la técnica, el proceso descrito puede aplicarse a cualquier lodo, que incluye, pero no se limita a los ejemplos específicos contenidos en esta descripción.

Las Figuras 3-6 ilustran diferentes componentes de una modalidad de un sistema para deshidratar un lodo. Será apreciados que estas figuras son de naturaleza ilustrativa, mostrando la posición relativa de las características de los componentes, pero no se destinan para mostrar de manera exclusiva todas las características. Por ejemplo, cada una de las figuras incluye las aberturas colocadas en algunos componentes. Será apreciado que las aberturas ilustradas no se pretende que muestren el número preciso o el sitio de estas características, sino que ilustren cómo estas características funcionan con relación a los otros componentes del sistema. Además, las figuras no se dibujan a escala .

La Figura 3 es una elevación frontal, en corte, de una modalidad de un aparato de compresión 220. En la modalidad ilustrada, la prensa tiene una placa superior 223 y una placa inferior 225, y la placa inferior contiene una serie de aberturas 224 para permitir el drenado de la humedad del dispositivo 220. Además, como se ilustra, puede acoplarse un émbolo 222 a la placa superior 223. El dispositivo de compresión 220 también puede comprender paredes laterales 229, que en' conexión con la placa superior 223 y la placa inferior 225, definen una cámara de compresión 230.

Como se ilustra en la Figura 3, las aberturas 224 están en la placa inferior 225. Como se ilustra adicionalmente a continuación, la placa superior 223 y/o las paredes laterales 229 también pueden configurarse con las aberturas. Será apreciado que una variedad de formas y tamaños de las aberturas 224 permitirán que una cantidad aceptable de agua fluya lejos del lodo durante la compresión. En algunas modalidades, las aberturas comprenden orificios circulares de aproximadamente 5 mm espaciados entre 10 mm y 15 mm de centro a centro a través de sustancialmente las aberturas que contienen toda la superficie.

El aparato de compresión 220 puede trabajar con una banda transportadora 226. Como se ilustra, la vista en corte es perpendicular a la dirección longitudinal de la banda transportadora 226. De esta manera, la banda transportadora 226 puede liberar el material desde el frente de la vista ilustrada, hacia la parte posterior de la vista ilustrada.

La banda transportadora 226, puede estar comprendida de un material poroso o semi-poroso, que cual puede actuar como un filtro para el agua liberada del lodo durante la compresión. En otras palabras, la banda transportadora 226 puede permitir que el agua pase a través, pero no del lodo, por lo que por lo menos se evita parcialmente que el lodo bloquee las aberturas 224. De esta manera, en las modalidades en donde la placa superior 223 contiene las aberturas, un material de filtrado 227 puede acoplarse a la superficie inferior de la placa superior 223. En algunas modalidades, este material de filtrado 227 puede consistir del mismo material que la banda transportadora 226. Alternativamente, el material de filtrado 227 puede fabricarse de cualquier material poroso que permita el paso de líquidos y minimice el flujo de sólidos, por ejemplo, tal como algodón. Además, la superficie superior de la placa inferior 225 también puede acoplarse a un material de filtrado en algunas modalidades. En las modalidades en donde las paredes laterales 229 se configuran con las aberturas, el material de filtrado también puede acoplarse a las paredes laterales 229.

Inicialmente , el émbolo 222 puede mantenerse en una posición "en reposo" en la cima de la prensa de la placa. En operación, la mezcla compuesta puede suministrarse a la cámara interior 230 de la prensa de placa. Durante la compresión, el émbolo 222 puede accionarse en una dirección descendente, hacia las aberturas 224. Conforme se comprime el material compuesto, la humedad se fuerza desde la mezcla, en la forma de agua residual. El agua residual expelida puede pasar a través del material de filtrado 226, y salir de la prensa de placa a través de las aberturas 224.

Con referencia ahora a la Figura 4A, la cual es una vista en perspectiva de una modalidad de una placa superior 323 y la Figura 4B, la cual es una vista en elevación de corte frontal de la placa superior 323 de la Figura 4A. Las figuras 4A y 4B también incluyen las características encontradas en la modalidad de la Figura 3. Por lo tanto, las características similares se designan con números de referencia similares, con los dígitos líderes incrementados a "3" . De esta manera, la descripción relevante establecida anteriormente con respecto a las características identificadas de manera similar, no puede repetirse posteriormente. Además, las características específicas de la modalidad de las Figuras 4A y 4B no puede mostrarse o identificarse por un número de referencia en las figuras o describirse específicamente en la siguiente descripción escrita. Sin embargo, estas características pueden ser claramente las mismas, o sustancialmente las mismas, que las características representadas en otras modalidades y/o describirse con respecto a tales modalidades. Por lo tanto, las descripciones relevantes de tales características aplican igualmente para las características del aparato de las Figuras 4A y 4B. Cualquier combinación apropiada de las características y variaciones de las mismas, representadas con respecto al aparato de la Figura 3, puede emplearse con el aparato de las Figuras 4A y 4B y viceversa. Este patrón de descripción aplica igualmente para las modalidades adicionales representadas en las figuras subsecuentes y descritas a continuación.

La placa superior tiene una superficie superior 331 y una superficie inferior 332 y las aberturas 324. En la modalidad ilustrada, las aberturas están configuradas adicionalmente con los tubos 310 acoplados a la superficie superior 331 de la placa superior. La circunferencia de cada tubo 340 se acopla al diámetro exterior de cada una de las aberturas 324. Los tubos 340 pueden ser relativamente cortos y colocarse sustancialmente perpendiculares a la superficie superior 331 de la placa. En las modalidades ilustradas, el agua forzada a través de las aberturas 324 en la placa superior, fluirá en el tubo 340. Cuando el volumen de agua en el tubo 340 exceda el volumen del tubo mismo, el agua puede fluir sobre la parte superior del tubo 340 y salir por medio de un mecanismo de drenado. Las secciones cortas del tubo 340 pueden evitar que el agua que se encuentra en la superficie superior 331 de la placa después de la compresión retro-fluya a través de las aberturas 324 hacia el lodo después de la compresión.

La Figura 5 ilustra una vista en elevación en corte de una modalidad de un aparato de compresión que incluye las paredes laterales 429. Las paredes laterales 429 pueden tener una superficie interna 461 y una superficie externa 462. La modalidad ilustrada también incluye un émbolo 422, una placa superior 423, una placa inferior 425, aberturas 424 y una banda transportadora 426 la cual tiene dos paredes laterales 451. Las paredes laterales 429 pueden fijarse o configurarse para moverse hacia o lejos de las paredes laterales 451 del transportador, como se indica por las flechas. En algunas modalidades, las paredes laterales 429 estarán colocadas adyacentes a las paredes laterales 451 del transportador durante la compresión, formando una cámara de compresión en conexión con la placa superior 423 y la placa inferior 425. Después de la compresión, las paredes laterales se pueden alejar de las paredes laterales 451 de la banda transportadora 426 para permitir más libremente que la banda transportadora avance el lodo deshidratado en la dirección longitudinal de la banda transportadora 426 y minimice la cantidad de material que llega a cargarse contra las paredes laterales 429. Las paredes laterales 429 pueden o no configurarse con las aberturas 424 y/o una capa de filtrado.

L Figura 6 es una vista en perspectiva ampliada de la parte de un aparato de compresión. La vista ilustrada incluye una placa superior 523, una placa inferior 525, aberturas 524 en la placa inferior 525 y la placa superior 523, tubos 540 acoplados a la superficie superior de la placa superior 523, una capa de filtrado superior 527 sobre la superficie inferior de la placa superior, y una banda transportadora 526. La banda transportadora 526 puede avanzar el lodo mezclado con el material de mezclado en la cámara de compresión en la dirección de la flecha. Después de la compresión, la banda transportadora 526 también puede transportar el lodo deshidratado desde la cámara de compresión, mientras que lleva simultáneamente más mezcla de lodo y material de mezclado en la cámara de compresión. Durante la compresión, el agua que se presiona del lodo puede fluir a través de las aberturas en los espacios 570 debajo de la placa inferior y encima de la placa superior, luego salir a través de una ruta de drenado apropiada 575. Se apreciará que puede usarse una variedad de sistemas de drenado, tales como el designado por la numeración 570 y 575.

Se entenderá que la configuración anterior para la prensa de placa puede adaptarse conforme se requiera, para los otros tipos de aparatos de compresión, como se menciona, es decir, que los aparatos de compresión se configuran para permitir el escape del agua residual durante la compresión, mientras que se retiene el material sólido.

Con referencia ahora a la etapa de compresión, en general, en una modalidad, la compresión puede, en general, presentarse a presiones entre aproximadamente 10 psi y aproximadamente 10,000 psi (68.9 a 68,947.57 kPa) , tal como de aproximadamente 100 psi a aproximadamente 5,000 psi (689.4 a 34,473.78 kPa) , aproximadamente 150 psi a aproximadamente 2,500 psi (1,034.21 a 17,236.89 kPa) y aproximadamente 200 psi a aproximadamente 2,000 psi (1,378.95 a 13,789.51 kPa) . Una gran cantidad de agua residual puede expelerse de la mezcla a presiones bajas, pero si la compresión se mantiene a los niveles especificados, la mayoría del agua residual puede eliminarse sustancialmente de la mezcla.

En algunas modalidades, la presión se aplica gradualmente, y se mantiene durante un periodo de tiempo, para una cantidad de mezcla compuesta que tiene un ancho de aproximadamente 101.6 cm (40 pulgadas) y una profundidad de aproximadamente 101.6 cm (40 pulgadas), el periodo de tiempo para la compresión para asegurar sustancialmente una deshidratación máxima puede ser de 30 segundos. Se apreciará que el tipo de material de mezclado usado puede impactar el periodo de tiempo para el cual la compresión es efectiva. Por ejemplo, cuando se usan algunas partículas angulares, la deshidratación sustancial puede lograrse con alrededor de 15 segundos de compresión. En otras modalidades, el tiempo de compresión puede ser de aproximadamente 10 segundos a aproximadamente 200 segundos, por ejemplo, de aproximadamente 10 segundos a 100 segundos o de aproximadamente 15 segundos a 30 segundos. Se apreciará que la naturaleza y el tipo de lodo que es comprimido y la naturaleza y el tipo de material de mezclado usado, podrían afectar la duración óptima de la compresión.

El agua residual expelida de la mezcla compuesta después puede regresarse a una planta de tratamiento de agua residual para el procesamiento y refinamiento adicional.

La presencia del material de mezclado en la mezcla compuesta puede permitir que una mayor proporción de humedad sea exprimida del lodo. La expulsión de la humedad de la mezcla compuesta puede producir un material resultante sustancialmente deshidratado, con un contenido de humedad de aproximadamente 20%.

Mientras que se han ilustrado y descrito las modalidades específicas de un método y sistema para el tratamiento de agua residual, se entenderá que la descripción proporcionada no se limita a la configuración precisa y los componentes descritos. Las diferentes modificaciones, cambios y variaciones evidentes para los experimentados en la técnica pueden realizarse en el arreglo, operación y detalles de los métodos y sistemas descritos, con la ayuda de la presente descripción .

Sin una elaboración adicional, se cree que un experimentado en la técnica puede usar la descripción anterior para usar la presente descripción en su grado más completo. Los ejemplos y modalidades descritos en la presente serán elaborados simplemente como ilustrativos y ejemplares y no como una limitación de ninguna manera del alcance de la presente descripción. Será evidente para los experimentados en la técnica que pueden hacerse cambios a los detalles de las modalidades descritas anteriormente, sin apartarse de los principios fundamentales de la presente descripción.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (47)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Método para remover agua de un lodo, caracterizado porque comprende las etapas de : mezclar el lodo y por lo menos un material de mezclado, de modo que el material de mezclado se distribuya a través del lodo de una manera sustancialmente uniforme para formar una mezcla; y comprimir la mezcla de lodo y el material de mezclado, en donde el material de mezclado está compuesto de partículas rígidas.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de mezclado está compuesto de partículas que tienen un borde angular, afilado.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de mezclado está compuesto por lo menos parcialmente de por lo menos uno de: partículas de carbón, partículas de ceniza, arena, lodo férrico secado, lodo de aluminio secado y virutas de metal.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el tamaño de partícula promedio del material de mezclado está entre 2 y 1,000 micrómetros .

5. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el tamaño de partícula promedio del material de mezclado está entre 50 y 500 micrómetros.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las partículas son abrasivas.

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la relación en peso de lodo a material de mezclado es de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 8:1.

8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la relación en peso de lodo a material de mezclado es de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 3:1.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la mezcla se comprime a una presión entre aproximadamente 10 psi y 1,500 psi (68.9 y 10,342.13 kPa) .

10. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el lodo se desodoriza por lo menos parcialmente como resultado del proceso.

11. Método para remover agua del lodo, caracterizado porque comprende las etapas de: mezclar el lodo y por lo menos un material de mezclado, de modo que el material de mezclado se distribuye a través del lodo de una manera sustancialmente uniforme para formar una mezcla, y comprimir la mezcla de lodo y material de mezclado, en donde el material de mezclado está compuesta de partículas que no se comprimen sustancialmente bajo presión.

12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el material de mezclado está compuesto de partículas que tienen por lo menos un borde angular, afilado.

13. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el material de mezclado está compuesto por lo menos parcialmente de por lo menos uno de: partículas de carbón, partículas de ceniza, arena, lodo férrico secado, lodo de aluminio secado y virutas de metal .

14. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el tamaño de partícula promedio del material de mezclado está entre 2 y 1,000 micrómetros.

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el tamaño de partícula promedio del material de mezclado está entre 50 y 500 micrómetros.

16. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque las partículas son abrasivas.

17. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la relación en peso de lodo a material de mezclado es de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 8:1.

18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la relación en peso de lodo a material de mezclado es de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 3:1.

19. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la mezcla se comprime a una presión entre aproximadamente 10 psi y 1,500 psi (68.9 y 10,342.13 kPa) .

20. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el lodo se desodoriza por lo menos parcialmente como resultado del proceso.

21. Método para remover agua del lodo, caracterizado porque comprende las etapas de: mezclar el lodo y por lo menos un material de mezclado, de modo que el material de mezclado se distribuye a través del lodo de una manera sustancialmente uniforme para formar una mezcla; y comprimir la mezcla de lodo y el material de mezclado, en donde el material de mezclado está compuesto de partículas angulares de forma irregular, en donde la forma de las partículas es tal que, cuando las partículas se colocan próximas entre sí, de modo que los bordes de las partículas están en contacto con partículas adyacentes, hay una cantidad sustancial de espacio vacío que permanece entre las partículas .

22. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el material de mezclado está compuesto de partículas rígidas.

23. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el material de mezclado está compuesto de partículas que no se comprimen sustancialmente bajo presión.

24. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el material de mezclado está compuesto por lo menos parcialmente de por lo menos uno de: partículas de carbón, partículas de ceniza, arena, lodo férrico secado, lodo de aluminio secado y virutas de metal .

25. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el tamaño de partícula promedio del material de mezclado es entre 2 y 1,000 micrómetros .

26. El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque el tamaño de partícula promedio del material de mezclado está entre 50 y 500 micrómetros.

27. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque las partículas son abrasivas.

28. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la relación en peso del lodo al material de mezclado es de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 8:1.

29. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la relación en peso de lodo al material de mezclado es de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 3:1.

30. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la mezcla se comprime a una presión entre aproximadamente 10 psi y 1,500 psi. (68.9 y 10,342.13 kPa) .

31. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el lodo se desodoriza por lo menos parcialmente como resultado del proceso.

32. Sistema para remover agua del lodo, caracterizado porque comprende : un aparato de mezclado configurado para mezclar uniformemente el lodo con un material de mezclado en una mezcla, un aparato de compresión configurado para comprimir la mezcla de lodo y el material de mezclado, un aparato de liberación configurado para mover la mezcla desde el aparato de mezclado al aparato de compresión.

33. El sistema de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque el material de mezclado está compuesto de partículas angulares de forma irregular, en donde la forma de las partículas es tal que cuando las partículas se colocan próximas entre sí, de modo que los bordes de las partículas están en contacto con las partículas adyacentes, hay una cantidad sustancial de espacio vacío que permanece entre las partículas .

34. El sistema de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque el material de mezclado se almacena en una primera tolva y el lodo se almacena en una segunda tolva antes del mezclado.

35. El sistema de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado porque el material de mezclado se distribuye desde la primera tolva, y el lodo se distribuye desde la segunda tolva, directamente en el aparato de mezclado.

36. El sistema de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado porque por lo menos un material de mezclado y el lodo se distribuye desde una tolva mediante un proceso de control automatizado.

37. El sistema de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque el aparato de distribución comprende una banda transportadora.

38. El sistema de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado porque la banda transportadora libera la mezcla al aparato de compresión y transporta la mezcla fuera del aparato de compresión después de la compresión.

39. El sistema de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque el aparato de compresión comprende una prensa de placa.

40. El sistema de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado porque el dispositivo de distribución comprende una banda transportadora que libera la mezcla al aparato de compresión y transporta la mezcla fuera del aparato de compresión después de la compresión.

41. El sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque la banda transportadora se configura para permitir que el agua pase a través de la banda durante la compresión.

42. El sistema de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la prensa de placa tiene una placa inferior con una pluralidad de orificios configurados para permitir que el agua pase a través de la placa inferior durante la compresión.

43. El sistema de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado porque la prensa de placa tiene una placa superior con una pluralidad de orificios configurados para permitir el paso de agua a través de la placa superior durante la compresión.

44. El sistema de conformidad con la reivindicación 43, caracterizado porque la placa superior tiene una superficie superior y una longitud de tubo que se acopla a un diámetro exterior de por lo menos uno de los orificios en la superficie superior de la placa, el tubo se coloca sustancialmente perpendicular a la superficie superior de la placa y se configura para evitar que el agua que permanece sobre la superficie superior de la placa pase a través del orificio acoplado al tubo.

45. El sistema de conformidad con la reivindicación 44, caracterizado porque cada orificio se configura con una longitud de tubo.

46. El sistema de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado porque la prensa de placa tiene una superficie de compresión con esencialmente cuatro lados, en donde la superficie de compresión está limitada en por lo menos un lado por una pared lateral .

47. El sistema de conformidad con la reivindicación 46, caracterizado porque por lo menos una de las paredes laterales se configura para alejarse del centro de la superficie de compresión después de la compresión.