WO2002102637A1 - Instalación de reciclado de aguas residuales para ferrocarriles - Google Patents

Instalación de reciclado de aguas residuales para ferrocarriles Download PDF

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wastewater
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David Pich Martinez
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Construcciones Modulares Y Componentes De Interiorismo, S.A.
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    • B64D11/02—Toilet fittings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D35/00—Sanitation
    • B61D35/005—Toilet facilities
    • B61D35/007—Toilet facilities comprising toilet waste receiving, treatment, storage, disposal or removal devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B29/00—Accommodation for crew or passengers not otherwise provided for
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F2103/005—Black water originating from toilets
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F2201/008—Mobile apparatus and plants, e.g. mounted on a vehicle

Definitions

  • the invention now advocated consists of an installation that allows the storage and recycling of wastewater with a minimum emptying period of one month, approximately without attention by the railway operator during this period since its last emptying action.
  • the installation allows a purification of the deposited waste, both from the toilet bowl and the sink.
  • part of the stored water After passing through the waste purification system, part of the stored water will be properly treated so that it can be re-poured into the toilet bowl when the service is pressed, and the installation will not require the discharge of solids or liquids at all times. Exterior.
  • the current facilities of water tanks feed the services that mainly comprise a toilet and sink, the wastewater receiving a second tank that is emptied when it is filled.
  • the present invention reuses wastewater after a biological filtration and control process reducing the number of drains to one per month.
  • the invention object of the present specification refers to a wastewater recycling facility for railways and which comprises a first process of collecting and storing waste from the toilet and the sink, a subsequent process of separation of the solid part and the liquid part of the waste discharged, a purification of the liquid part accumulated in the tank and the subsequent elimination of the liquid excess from the tank by evaporation.
  • the whole of the installation can be considered as a single tank that is installed under the frame of the car and is constituted in the following parts:
  • a scraper attached to the end of the cylinder rod passes over the perforated plate allowing solids to reach the solids compartment after overcoming a separation gate.
  • This compartment contains the solid part of the most difficult dissolution of the waste thrown and that has a volume proportional to the number of services estimated per hour, the estimated volume discharged of solid part per service and the hours per day found in train service, and of course, the number of days the system is intended to be autonomous.
  • the clean water compartment should be preloaded with its total volume.
  • this compartment it will be necessary that it be constituted from plates of stainless material joined by welding, so that externally it is completely watertight, not presenting leaks, cracks or plastic deformations after coping with working stresses.
  • This deposit has a rectangular opening in its upper part where the solid part of the waste previously separated is deposited in the compartment of the first waste separation.
  • a single level sensor is placed, which indicates when 80% of the capacity of this compartment has been filled.
  • the remaining volume to reach 100% of the Total capacity is maintained as a margin to fill it with water and thus mix with the solid part and facilitate the emptying and cleaning process of the tank.
  • a filtering is carried out by means of a cage filter composed of a metal mesh Y fixed to the bottom of the compartment.
  • This filter is surrounded by water from all sides and the solid particles in suspension are deposited in the metal mesh with the waters that we will call semisuces on the other side.
  • This compartment is contiguous with that of dirty water and is separated by an iron filter in the form of an iron placed vertically.
  • the sand filter will be placed as a separation wall between compartments so that the suspended substances are retained in the filter sand as it passes through it.
  • This compartment will be filled with clean water. treat as we pour liquid waste into the tank.
  • Water is stored in this compartment with a lower degree of contamination of the entire assembly, water that is used to recycle it through the recirculation system for discharge and cleaning of the toilet.
  • This compartment after emptying and cleaning, is loaded with clean water.
  • This compartment receives water from the filtered water compartment through the recirculation pump after passing a second filter to complete water purification and a disinfection unit based on the use of ultraviolet light.
  • This disinfection unit will have the function of disinfecting the water of possible germs.
  • the process of elimination of germs is carried out by projecting the ultraviolet light generated by lamps introduced inside a unit where the pumped water flows.
  • This disinfection unit is located just outside the recirculation pump.
  • the recirculation circuit is formed by pipes that connect the reservoir of clean water, filtered water and the surplus evaporator.
  • a blue dye can be incorporated into the water that goes to the toilet.
  • the control system has the function of controlling and managing the operation of all the equipment and electrical elements included in the installation.
  • This level is detected by a sensor, commonly used in measurements in wastewater tanks. If this level sensor is activated, the control system emits the signal that puts the toilet module out of service.
  • Clean water compartment level Detected when its maximum level is reached.
  • Filtered water compartment level It is detected when its maximum level is reached. If the maximum level is reached, the system must be deactivated.
  • Recirculation pump and ultraviolet light disinfection equipment Activation of the recirculation pump and ultraviolet light disinfection equipment is simultaneous.
  • Water pollution sensor This sensor detects the degree of turbidity of the water in the clean water compartment. When this indicates a previously assigned grade, the control system will put the installation out of service warning of the need for emptying and refilling the installation.
  • FIG. 1 and only shows a diagram of a theoretical embodiment of the wastewater recycling facility for railways.
  • the present invention consists of a wastewater recycling facility for railways.
  • washbasin (4) is fed only from a tank (6) with the control of a stop valve (5) and is filled in the maintenance operations with clean water.
  • the toilet (3) is fed by a conduit (1) and the drive carried out by a pump (26) with the control of a valve (2) from the clean water compartment (22).
  • This clean water compartment (22) must be filled with clean water during maintenance and emptying of the system.
  • the wastewater that comes from the sink (4) and the toilet (3) converges in a common duct (7) and falls on a grid (12) located on the dirty water compartment (14).
  • a pneumatic cylinder (8) pushes a scraper (9) by means of a rod (10) that sweeps the solid waste deposited on the grid (12) overcoming a separation gate (11) between compartments to fall into the waste compartment (13) solid.
  • the dirty water compartment (14) has a metal cage filter (19) for retaining solids that retains solid particles in suspension; and, on one side, there is a sand filter (20) that performs a first stage of refined.
  • the water After this first stage of purification, the water reaches the adjacent compartment (21) of filtered water.
  • the filtered water is taken to the clean water compartment (22) after passing through a second filter (25) and a biological control unit (28) based on the use of ultraviolet light lamps.
  • valves (27) By properly operating the valves (27) it is also possible to bring excess water from the clean water compartment (22) to a surplus evaporator compartment (23) responsible for evaporating the excess water by heating (24).
  • This compartment (23) has an adjustable pressure valve (31).
  • a dye feeder (29) can be provided which stains the water preferably blue.
  • the aspiration is carried out from the bottom of the compartments and cleaning is facilitated by the use of top sprinklers (15).
  • the control of the recirculation between compartments to maintain the adequate level between one and the other is carried out based on the reading of level sensors (16, 30).

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Abstract

La presente invención se refiere a una instalación de reciclado de aguas residuales para ferrocarriles que permite reducir las labores de limpieza, vaciado y mantenimiento habituales en este tiempo de instalaciones. La instalación recibe las aguas residuales provenientes del lavabo (4) y el retrete (3), realiza una separación de los sólidos y una depuración de las aguas con control biológico para posteriormente ser reutilizadas en el retrete (3). Dispone esta instalación de distintos compartimentos y filtros, además de un compartimento (23) de evaporación de agua sobrante por resistencia (24). Incorpora igualmente dos circuitos (17, 18) para las operaciones de limpieza y rellenado de los compartimentos.

Description

INSTALACIÓN DE RECICLADO DE AGUAS RESIDUALES PARA FERROCARRILES.
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La invención ahora propugnada consiste en una instalación que permite el almacenaje y reciclado de aguas residuales con un periodo mínimo de vaciado de un mes .aproximadamente sin atención por parte del explotador ferroviario durante este periodo desde su última actuación de vaciado.
Con este propósito, la instalación permite realizar una depuración del residuo depositado, tanto proveniente de la taza del retrete como del lavamanos .
Después de pasar por el sistema de depuración de residuos, parte del agua almacenada se tratará adecuadamente para que esta pueda volver a verterse en la taza del retrete al pulsar el servicio, y la instalación no requerirá en todo momento del vertido de sólidos o líquidos al exterior.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Las actuales instalaciones de depósitos de agua alimentan los servicios que comprenden principalmente de retrete y lavamanos, recibiendo las aguas residuales un segundo depósito que es vaciado cuando éste se llena.
Este vaciado es bastante frecuente y requiere con un uso normal de unas tres operaciones cada semana. La presente invención reutiliza el agua residual tras un proceso de filtrado y control biológico reduciendo el número de vaciados a uno al mes.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención objeto de la presente memoria se refiere a una instalación de reciclado de aguas residua- les para ferrocarriles y que comprende un primer proceso de recogida y almacenaje de residuos provenientes del retrete y el lavamanos, un proceso posterior de separación de la parte sólida y la parte líquida de los residuos vertidos, una depuración de la parte líquida acumulada en el depósito y la posterior eliminación del excedente líquido del depósito por evaporación.
Una vez tratada el agua limpia para control biológico mediante luz ultravioleta, ésta se puede reutili- zar para el llenado del depósito del retrete.
El conjunto de la instalación se puede considerar como un único depósito que va instalado bajo el bastidor del coche y que queda constituido en las si- guientes partes:
Compartimento de sólidos.
Compartimento para separación de residuos . Compartimento de aguas sucias. • Compartimento de aguas filtradas.
Compartimento de aguas limpias. Compartimento evaporador de excedentes. Sistema de recirculación de aguas limpias.
Completado mediante un sistema de control que gestiona el funcionamiento de todo el conjunto.
Compartimento de la primera separación de residuos .
Tras la evacuación de aguas residuales, con origen el lavamanos o el retrete, éstas llegan a un compartimento intermedio o compartimento de primera separación de residuos bajo el que se sitúa el compartimento de aguas sucias.
Por gravedad, el líquido va a parar a este compartimento quedándose sobre una plancha agujereada y ligeramente inclinada aquellos sólidos incapaces de pasar por los agujeros.
Impulsado por un cilindro neumático, un rascador unido al extremo del vastago del cilindro pasa por encima de la plancha agujereada permitiendo que los sólidos lleguen al compartimento de sólidos tras superar una compuerta de separación.
Compartimento de sólidos .
En este compartimento se recoge la parte sólida de más difícil disolución de los residuos arrojados y que dispone de un volumen proporcional al número de servicios por hora estimados, al volumen vertido estimado de parte sólida por servicio y de las horas por día que se encuentra en servicio el tren, y por supuesto, del número de días que se pretende que el sistema sea autónomo .
Durante el proceso de vaciado, no solo se procede al vaciado de este compartimento sino también al vaciado del compartimento de aguas sucias, aguas filtra- das, aguas limpias y compartimento evaporador de excedentes .
El compartimento de aguas limpias deberá quedar precargado con su volumen total .
Respecto de los requerimientos mecánicos de este compartimento, será necesario que esté constituido a partir de placas de material inoxidable unidas por soldadura, de manera que exteriormente resulte totalmente estanco, no presentando fugas, fisuras ni deformaciones plásticas tras hacer frente a las tensiones de trabajo.
Este depósito dispone de una abertura rectangular en su parte superior donde se deposita la parte sólida del residuo separada previamente en el compartimento de la primera separación de residuos .
A este compartimento de almacenaje de parte sólida le llegan dos tuberías, una proveniente de cada lado del tren y que tienen la misión de succionar todo el contenido del depósito durante el proceso de vaciado mediante un equipo de aspiración: acoplado a la tubería.
Estas tuberías alcanzan el interior del depósito llegando hasta el fondo para así poder recoger con seguridad todo el contenido de residuos almacenados.
Para realizar la detección del nivel de este depósito se coloca un único sensor de nivel que indica cuando se ha llenado un 80% de la capacidad de este compartimento .
El volumen restante para llegar al 100% de la capacidad total se mantiene como margen para poderlo llenar de agua y así mezclarse con la parte sólida y facilitar el proceso de vaciado y limpieza del depósito.
Compartimento de aguas sucias.
Este es el compartimento que recibe la parte líquida de la primera separación.
En este compartimento se realiza un filtrado mediante un filtro jaula compuesto por una malla metálica Y fijado al fondo del compartimento.
Este filtro está rodeado de agua por todas par- tes y las partículas sólidas en suspensión se van depositando en la malla metálica quedando al otro lado las aguas que llamaremos semisucias.
Compartimento de aguas filtradas .
Este compartimento es contiguo al de aguas sucias y está separado por un filtro de arena en forma de plancha puesta en vertical .
El filtro de arena se colocará como pared de separación entre compartimentos de manera que las substancias en suspensión queden retenidas en la arena del filtro al pasar a través de éste.
Es de este compartimento de aguas filtradas del que succionamos agua para depositarla en los compartimentos de aguas limpias y en el evaporador de excedentes según el nivel de éstos .
Este compartimento se irá llenando de agua fil- trada a medida que vayamos vertiendo residuos líquidos al depósito.
Compartimento de aguas limpias.
En este compartimento se almacena el agua con menor grado de contaminación de todo el conjunto, agua que mediante el sistema de recirculación se aprovecha para reutilizarla para descarga y limpieza del retrete.
Este compartimento, tras el vaciado y limpieza, se carga con agua limpia.
A este compartimento le llega agua del comparti- mentó de aguas filtradas a través de la bomba de recirculación tras pasar un segundo filtro para completar la depuración del agua y una unidad de desinfección basada en el uso de luz ultravioleta.
Esta unidad de desinfección tendrá la función de desinfectar el agua de posibles gérmenes. El proceso de eliminación de gérmenes se realiza proyectando la luz ultravioleta generada por unas lámparas introducidas en el interior de una unidad por donde fluye el agua bom- beada.
Esta unidad de desinfección va situada justo a la salida de la bomba de recirculación.
El circuito de recirculación está formado por tuberías que comunican el depósito de aguas limpias, aguas filtradas y el evaporador de excedentes.
El control de paso del fluido de uno a otro de- pósito de realiza a través de electroválvulas distribuí- doras .
Adicionalmente se puede incorporar un colorante azul al agua que va al retrete .
Sistema de control.
El sistema de control tiene la función de controlar y gestionar el funcionamiento de todos los equi- pos y elementos eléctricos incluidos en la instalación.
De entre los elementos y/o niveles del sistema a controlar se tienen:
El nivel del compartimento de residuos sólidos:
Este nivel es detectado mediante un sensor, comúnmente empleado en mediciones en depósitos de aguas residuales. Caso de que se active este sensor de nivel, el sistema de control emite la señal que pone fuera de servicio el módulo del retrete.
Nivel del compartimento de evaporación de excedentes y resistencia calefactora: En este compartimento se debe activar la resistencia: cuando se requiera la eliminación de excedentes y caso de que se alcance un nivel máximo por saturación el sistema de control pondrá la instalación fuera de servicio.
Nivel del compartimento de aguas limpias: Se de- tecta cuando se alcanza su nivel máximo.
Nivel del compartimento de aguas filtradas: Se detecta cuando se alcanza su nivel máximo. Caso de alcanzar el nivel máximo se debe desactivar el sistema. Bomba de recirculación y equipo de desinfección por luz ultravioleta: La activación de la bomba de recirculación y el equipo de desinfección por luz ultravioleta es simultanea.
Sensor de contaminación de agua: Este sensor detecta el grado de turbiedad del agua del compartimento de aguas limpias. Cuando este indique un grado previamente asignado, el sistema de control pondrá fuera de servicio la instalación avisando de la necesidad del vaciado y rellenado de la instalación.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de planos, ilustrativos del ejemplo preferente y nunca limitativos de la invención.
La Figura 1 y única muestra un esquema de una realización teórica de la instalación de reciclado de aguas residuales para ferrocarriles.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención consiste en una instalación de reciclado de aguas residuales para ferrocarriles.
En la realización preferente se considera una instalación que incorpora un retrete (3) y un lavabo (4) aunque el número puede ser mayor sin más que adecuar las dimensiones de depósitos, bombas y elementos auxiliares a los caudales y volúmenes empleados . El lavabo (4) es alimentado únicamente desde un depósito (6) con el control de una válvula (5) de paso y es rellenado en las operaciones de mantenimiento con agua limpia.
El retrete (3) es alimentado por un conducto (1) y la impulsión llevada a cabo por una bomba (26) con el control de una válvula (2) a partir del compartimento de aguas limpias (22) .
Este compartimento de aguas limpias (22) debe ser llenado con agua limpia en las labores de mantenimiento y vaciado del sistema.
Las aguas residuales que provienen del lavabo (4) y del retrete (3) convergen en un conducto (7) común y caen sobre una rejilla (12) situada sobre el compartimento de aguas sucias (14) .
Sobre esta rejilla (12) quedarán residuos sólidos que no son capaces de pasar las perforaciones de la rejilla (12), y el agua sucia caerá por gravedad al compartimento de aguas sucias (14) .
Un cilindro (8) neumático empuja un rascador (9) mediante un vastago (10) que barre los residuos sólidos depositados sobre la rejilla (12) superando una compuerta (11) de separación entre compartimentos para caer en el compartimento (13) de residuos sólidos.
Por otro lado, el compartimento (14) de aguas sucias dispone de un filtro jaula (19) metálico de retención de sólidos que retiene partículas sólidas en suspensión; y, en un lateral, hay dispuesto un fil- tro (20) de arena que realiza una primera etapa de depuració .
Tras esta primera etapa de depuración, el agua llega al compartimento (21) contiguo de aguas filtradas.
Desde este compartimento, con ayuda de una bomba
(26) de impulsión, las aguas filtradas son llevadas al compartimento (22) de aguas limpias tras pasar por un segundo filtro (25) y una unidad (28) de control bioló- gico basado en el uso de lámparas de luz ultravioleta.
Mediante el uso de cinco válvulas (2, 27) accionadas por el sistema de control es suficiente el uso de una única bomba (26) para llevar las aguas del compartí- mentó (21) de aguas filtradas al compartimento (22) de aguas limpias, o al circuito de alimentación del retrete (3) , o incluso tomar directamente el agua del compartimento (22) de aguas limpias.
Accionando adecuadamente las válvulas (27) es posible también llevar agua sobrante del compartimento (22) de aguas limpias a un compartimento (23) evapo- rador de excedentes encargado de evaporar por calentamiento mediante resistencia (24) el agua sobran- te.
Este compartimento (23) dispone de una válvula (31) de presión regulable.
Antes de alcanzar el conducto (1) de alimentación del retrete (3) , se puede disponer de un alimenta- dor de colorante (29) que tiñe el agua preferentemente de azul .
Disponen todos los compartimentos (13, 14, 21, 22) , salvo el compartimento (23) del evaporador, de dos circuitos independientes, un circuito (17) de vaciado y otro circuito (18) de rellenado y limpieza del depósito.
La aspiración se realiza desde el fondo de los compartimentos y la limpieza queda facilitada mediante el uso de aspersores (15) superiores.
El control de la recirculación entre compartí- mentos para mantener el nivel adecuado entre uno y otro se realiza en base a la lectura de sensores de niveles (16, 30) .
No altera la esencialidad de esta invención va- riaciones en materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos componentes, descritos de manera no limitativa, bastando ésta para proceder a su reproducción por un experto .

Claims

REIVINDICACIONES
Ia.- Instalación de reciclado de aguas residuales para ferrocarriles, de entre las instalaciones que dispo- nen de depósitos para el almacenamiento de agua y que permiten alimentar los lavabos y retretes así como recibir sus aguas residuales, caracterizado por recibir las aguas residuales provenientes del lavabo (4) o retrete (3) en una primera cámara de separación de sólidos consistente en una rejilla (12) situada sobre un compartimento (14) de aguas sucias para permitir la caída del agua sucia reteniendo los sólidos, y posteriormente ser barridos por un rascador (9) que es empujado por un cilindro (8) neumático hasta un compartimento (13) de residuos sólidos; y además, el compartimento (14) de aguas sucias dispone de un filtro jaula (19) de rejilla metálica para la retención de partículas en suspensión, limitando lateralmente mediante la interposición de un filtro (20) de arena con otro compartimento (21) de aguas filtradas al que llega el agua tras atravesar el filtro (20) ; este compartimento (21) alimenta a su vez otro compartimento (22) de aguas limpias con ayuda de una bomba (26) pasando el agua previamente por un segundo filtro (25) y una unidad (28) de desinfección por luz ultravioleta interpuestos en el- circuito, mostrando una combinación de válvulas (2, 27) que permite la aspiración selectiva desde los compartimentos de aguas filtradas (21) o aguas limpias (22) ; y, su descarga selectiva mediante la presencia de una única bomba (26) sobre el compartimento de aguas limpias (22) , sobre un compartimento (23) de eliminación de excedentes por evaporación mediante resistencia (24) o hacia el conducto (1) de alimentación del retrete (3) .
2a.- Instalación de reciclado de aguas residuales para ferrocarriles según la reivindicación primera caracterizada porque dispone de dos circuitos, un circuito (17) de vaciado de los compartimentos de sólidos (13) , de aguas sucias (14) , de aguas filtradas (21) , y de aguas limpias (22) que muestran sus tomas en la parte inferior de cada uno de estos compartimentos y un segundo circuito de aspersión (18) y rellenado para facilitar la limpieza y permitir el rellenado inicial del compartimento de agua limpia con agua limpia.
3a.- Instalación de reciclado de aguas residuales para ferrocarriles según la reivindicación primera y segunda caracterizada porque dispone de un circuito de control con lecturas de niveles de cada compartimento mediante sensores (16, 30) , y de salidas consistentes en señales de activación y desactivación de válvulas (2, 27) además de señales de aviso para el vaciado y limpieza del conjunto estableciendo como funciones principales el control de :
• el nivel del compartimento (13) de residuos sólidos para la puesta fuera de servicio cuando alcanza un nivel máximo preestablecido,
• el nivel del compartimento (14) de aguas filtradas para la puesta fuera de servicio de- la instalación cuando el nivel es máximo,
• el nivel del compartimento de aguas limpias (22) en un estrecho rango,
• el nivel del compartimento (23) de eliminación por evaporación para conectar la resistencia y emitir la señal de fin de evacuación de agua del depósito de aguas limpias al depósito de evaporación,
• la bomba (26) de recirculación en combinación con las válvulas (2, 27) que establecen los distintos circuí- tos, • el equipo de desinfección por luz ultravioleta (28) ,
• y un sensor de contaminación de agua situado en el compartimento (22) de aguas limpias para la puesta fuera de servicio y aviso de vaciado de la instalación cuando se supera un umbral de turbiedad.
4a.- Instalación de reciclado de aguas residuales para ferrocarriles según la reivindicación primera, segunda y tercera caracterizada porque adicionalmente puede disponer de un dosificador (29) de colorante a la salida del circuito para añadir al agua reciclada.
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