WO2018025189A2 - Biorreactor anaerobio - Google Patents
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- WO2018025189A2 WO2018025189A2 PCT/IB2017/054711 IB2017054711W WO2018025189A2 WO 2018025189 A2 WO2018025189 A2 WO 2018025189A2 IB 2017054711 W IB2017054711 W IB 2017054711W WO 2018025189 A2 WO2018025189 A2 WO 2018025189A2
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/28—Anaerobic digestion processes
Definitions
- the present invention relates to devices for the treatment of wastewater. More particularly, the present invention relates to an anaerobic bioreactor whose configuration allows it to perform a better release of solids achieving better water clarification, and more efficient gas release.
- bioreactors Although one of the most important applications of bioreactors lies in the on-site treatment of sewage from residential houses, they can also be applied in condominiums, private, sports clubs, hotels, restaurants, offices, shopping centers, hospitals, buildings, etc.
- CSTR Continuous Agitated Tank Reactor
- UASB upward flow anaerobic sludge mantle
- TIS serial tank
- the function of the UASB Bioreactor is to temporarily support wastewater, so that a natural cleaning action that involves microorganisms anaerobes and through biochemical reactions, allow to contaminate wastewater contaminants. Subsequently, the liquid effluents are discharged to the receiving bodies. The remaining solids in the bioreactor are cleaned periodically and have a residence time such that it favors their stabilization, this implies that the sludge unlike other systems can be used as fertilizer for the plants while the generated gases are sent to the atmosphere through the vent tube.
- the patent MX 213398 refers to a device of Wastewater treatment of a chamber that includes a valve for sludge extraction.
- the tank is fed by means of a central tube directed towards the bottom.
- This system includes a package for clarified liquid.
- the sludge outlet is carried out through a second tube connected to a valve.
- this equipment offers the great advantage of facilitating its cleaning, it also has great disadvantages, since the feedwater practically reaches the sludge area, causing turbulence and re-suspension of solids, this causes the anaerobic regime (without agitation and without air intake) is interrupted, and consequently its effectiveness of waste degradation decreases.
- Another disadvantage of this system is that by having a sludge outlet through a tube, it can become clogged and thus eliminate the apparent advantage it offers for cleaning. The sludge, being easily re-suspended, can be dragged to the gasket or filter, causing clogging. Similarly, excessive accumulation of sludge will also inevitably cause clogging of the gasket.
- the feed pipe by depositing the tributary at the bottom, does not allow sludge stabilization and degradation.
- the floating matter once leaving the feeding tube, will flow directly to the entrance of the package and will inevitably tend to plug it, decreasing its effectiveness, thus creating a closed container that eventually will not It will allow the treatment of water for what was designed, in turn, will result in untreated water leakage increasing pollution of the place of use of this equipment.
- the present invention proposes a wastewater treatment equipment that includes the advantages of anaerobic bioreactors, where the deflector zone is defined between the upper part of the main container and the lower part of the upper container that efficiently directs the gas outlet towards a biogas collection hood without gas accumulation.
- Another advantage of the device of the present invention is that sludge sampling and extraction ports, in order to prolong the life of the system and provide effectiveness in its operation
- the Bioreactor of the present invention also includes raw water inlet pipe and a sludge outlet configured within the same line, the shape of which allows an efficient distribution of water inside the tank and easy sludge expulsion. Also, being the same line used for the entry of raw water and for the extraction of sludge, this line does not get clogged, since the constant flow inside, promotes the removal of solids that could be stuck inside the pipeline.
- Figure 1 is a perspective view of the wastewater treatment equipment of the present invention.
- Figure 2 is a sectional view of the wastewater treatment equipment of the present invention.
- Figure 3 is a perspective view of the pipe arrangement defined by the raw water inlet and sludge outlet, in its preferred embodiment.
- Figure 4a is a front view of the wastewater treatment equipment of the present invention showing the formation of the deflector zone between the main container and the secondary container.
- Figure 4b is an approach of the deflector zone of the wastewater treatment equipment of the present invention
- Figure 5 is a top perspective view of the main container of the wastewater treatment equipment of the present invention.
- Figure 6 shows a sectional view of the wastewater treatment equipment of the present invention.
- a wastewater treatment equipment that can be interconnected with another similar device for greater capacity and provide a better effluent that meets the desired regulations.
- the wastewater treatment equipment (Bioreactor) of the preferred embodiment in the present application is constituted by a main container (1) and a second container of lower capacity or upper container (2) forming a single base body (3) (the base body (3) can be manufactured in one piece or separately), preferably, manufactured in HDPE (High Density Polyethylene) reinforced, PVC, Polypropylene, stainless steel, carbon steel, concrete and fiberglass, considerably flat bottom.
- HDPE High Density Polyethylene
- the wastewater treatment equipment (Bioreactor), as shown in Figure 2, is defined by a gas-liquid-solid separation zone (4) located at the top of the reactor , as well as a sludge mantle zone (5) comprised at the bottom of the tank and that reaches up to 3 ⁇ 4 of the reactor, with a variable volume and a separation or sedimentation zone (6).
- the separation zone (6) is located precisely in the upper part of the main or lower container (1) and is defined by the same configuration of the main container (1).
- the wastewater treatment equipment (Bioreactor) shown in Figure 2 has a raw water inlet or inlet system also called tributary.
- the feeding is carried out by means of a vertical inlet pipe (7) that projects from the top of the main container (1) with downspouts to the bottom, defining a closed pipe arrangement (8).
- the closed arrangement (8) is defined by a single line of tubes that is formed by the raw water inlet pipe (7) that projects vertically from the top of the main container ( 1) to form a horizontally extending fold (8a), which in turn is surrounded by two parallel pipes (8b) and two perpendicular pipes (8c) to form the closed arrangement (8).
- the sludge outlet pipe (10) is projected horizontally which, in turn, extends vertically inside the main container (1), to form an outlet that crosses the walls of said container (1) to be coupled with a flow valve.
- Said arrangement (8) has the purpose of achieving a better distribution of raw water within the main container (1), as well as a better removal of sludge for its extraction.
- a plurality of perforations (9) are formed on the arrangement (8), which in the preferred embodiment is nine perforations of 3.1 75 cm (1 1/4 inches), which not only allow the exit and distribution of raw water to the main container (1) but also serve as extraction ports since the closed arrangement (8), through the sludge outlet pipe (10) and a bypass valve, allows the extraction of sludge by gravity without the need for extraction pumps, thanks to the pushing force that prints the weight of the water contained in the base body (3), guiding the sludge towards the perforations (9) and therefore, towards the exit of sludge (10).
- the arrangement (8) can have different configurations such as a circular, hexagonal, triangular shape etc.
- the wastewater treatment equipment also has a gas-solid-liquid separation chamber (4) at the top.
- the gas-solid-liquid separation chamber (4) shown in Figure 4a comprises:
- the deflector (1 1) causes the diversion of the flocks towards a plurality of perforations (6a) formed in the vault of the container (1) (shown in Figure 5) that defines the separation or sedimentation zone (6).
- the perforations (6a) of the separation or sedimentation zone (6) serve as a barrier to the florets causing the bubbles to detach from the solids when doing with the perimeter edges of the perforations (6a). Bacteria form granules and naturally let the gas out but it can stick to the surface when it hits the walls.
- the water is clarifying as it rises due to the sedimentation effect and it is possible to separate it from the rest of the water that contains solids and gas thanks to the deflector effect of the hood, leaving only the upward flow of clear water, releasing the gases contained in its inside and returned the solids to the sludge deposit of the main container (1) by gravity.
- the deflector (1 1) directs the gases efficiently to a biogas collection hood (12) located inside the upper container (2).
- the bell (12) is formed by a conical lower section and a cylindrical upper section.
- the lower edge of the hood (12) is located at a height between 10 and 50 cm, preferably 20 cm in relation to the deflector (1 1) to efficiently direct the gases outwards.
- the cylindrical zone of the gas collecting hood (12) has a landfill crown attached to its upper part (13), which connects a clear water outlet pipe (14) that projects vertically outside the bell (12) but inside the upper container (2) in a downline to the main container (1), where a clear water outlet (18) is defined (see figure 1).
- the pouring crown (13) comprises a cream outlet pipe (15), which allows to extract the creams that are formed in the water and which are directed outside the gas collecting hood ( 12) but inside the upper container (2) in a downline to the main container (1), where a cream outlet (20) is defined (see figure 1).
- the vaulted upper part of the main container (1) that defines the separation zone (6) also has a central perforation (22) shown in Figure 5, called "man-step" to allow the access of a person to the container, for example, for inspection and assembly purposes or during installation.
- the main container (1) has three sampling ports (16), as shown in Figures 6 and 1, at a height below the sludge outlet pipe (10).
- the three sampling ports (16) are located 227 cm from the base of the main container (1);
- Each sampling port consists of a horizontal pipe through which it enters the sludge, and one or more shunts and elbows necessary to transport the sludge through the wall of the container (1), flowing into its respective valve.
- the first sample is taken at 250 cm, the second at 1 50 cm and the third at 50 cm.
- the clear water outlet (14) also has a fluent tube or collector (17) see figure 1, for clarified effluent collection that projects from the top from the crown (1 3) of the biogas collecting hood (12 ).
- Said effluent collection tube (17) is formed by at least one horizontal tube that is born from the perimeter wall of the crown (13) of the biogas collection hood (12) and is projected straight down the interior of the container upper (2) to the main container (1), from where it is projected horizontally across the perimeter wall of the same until defining an outlet (1 8) where a valve is coupled.
- Said second pouring tube (19) is located in the inner part of the hood and chamber of gases below the crown (13).
- the second pouring tube (1 9) may have the same configuration as the effluent discharge tube (17) previously described, which is also projected downwardly inside the upper container (2) towards the main container (1), where it extends horizontally through the main container (1) to a cream outlet (20) where a valve is coupled.
- the feed, purge and sampling system allow the operator to simultaneously sample the sludge level and purge at the same time without stopping the water supply to the reactor.
- the influent tube (7) reaches a point near the bottom of the main container (1), where it is branched to define a closed arrangement (8), so that the flow is divided into different sections of the tank, promoting a distribution at the bottom of the tank, a greater contact volume between the influent and the sludge mantle, in addition to calculating the feed rate at 0.5 m / h to provide a re-suspension of solids to the top. Also, this way of feeding promotes that the influent has an adequate upward flow rate inside the tank (laminar flow).
- the influent water comes into contact with the mantle of sludge that accumulates at the bottom of the reactor.
- the optimum operating level is one third of the reactor volume.
- the liquid rises to the transition zone between the bottom of the tank and the separation zone (6), where the gas-solid-liquid separation will be carried out.
- the liquid is filtered by the perforations (6a) and the deflector (1 1), where the solid-liquid separation by gravity is carried out, allowing the ascent of the clarified liquid through the perforations (6a).
- the gas collected in the hood (12), is directed to the inside of it thanks to the effect caused by the dome of the tank which in the preferred mode is 25000 liters and channeled outwards through the outlet of gases (21).
- the water inlet line or tributary (7) can be used as a cleaning line.
- an access port (not shown), which in turn, it has a plug that allows access to any cleaning device, for example, a pressurized water hose.
- the cleaning of the main container (1) is also carried out through the central opening (22).
- Bioreactor of the present invention is that it is a modular device that can be connected in series or parallel with other similar equipment (s) or with aerobic bioreactors, for a treatment with a greater number of stages.
- the Bioreactor of the present invention can be coupled to other equipment, either previous or later such as:
- Anaerobic biological reactors CSTR (Complete mix), RAFA (Anaerobic Upward Flow Reactor), Fluidized and / or packed reactors, oxidation ditches of anaerobic or optional filters.
- Anoxic reactors before or after the anaerobic reactor, with or without the addition of methanol or any carbon source are provided.
- Biological full-mix aerobic reactors SBR (sequenced batch aerobic reactors), extended aeration, plug flow, aerobic ditches, MBR (membrane reactor) and MBBR (floating bed reactor) or fluidized bed reactors.
- Physicochemical processes such as coagulation-flocculation, oxidation, advanced oxidation with physical and chemical adjuvants, to mention some hydrogen peroxide, iron chloride, silver, UV, ozone, etc., chemical precipitation, electrofloculation, coagulation by soluble chelating agents, DAF ( Dissolved air flotation), filtration in its different modalities, centrifugal decanters.
- DAF Dissolved air flotation
- Sludge drying processes such as band gaskets, press gaskets, centrifuges, incinerators, sludge thickeners and aerobic or anaerobic digesters.
- hypochlorite generators from Sodium Chloride (NaCl), chlorine gas, chlorine tablets in any of its modalities, hypochlorite dosers in any of its concentrations, UV lamps either in the channel or in the reactor, ozone in any of its modalities
- Pretreatment of manual or automatic sieves, static or canal, gravity or horizontal flow vertical sanding machines, aerated and automatic or vortex type, grease traps, homogenization tanks Pretreatment of manual or automatic sieves, static or canal, gravity or horizontal flow vertical sanding machines, aerated and automatic or vortex type, grease traps, homogenization tanks.
- Instrumentation or measuring elements such as magnetic, ultrasonic, propeller, channel flow meters such as parshall meters; Sludge level meters, pH, conductivity, turbidity, temperature, pressure, BOD, COD, dissolved oxygen sensor.
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Abstract
De conformidad con la presente invención, se presenta un Biorreactor RAFA O UASB conformado por un contenedor principal y un contenedor superior que forman un cuerpo base, en cuyo interior se define una zona de manto de lodos, una zona de separación y una zona de separación gas-líquido-sólido; dicho contendor principal, recibe aguas crudas a través de un tubo de alimentación que se proyecta desde la parte superior del contenedor principal, el cual se proyecta en sentido descendente hasta definir un arreglo cerrado que define una sola línea con la tubería de salida de lodos en donde la zona de separación gas-líquido-sólido, recibe los gases liberados del proceso, en una campana colectora de biogás que presenta en su parte superior una corona vertedora que acopla una tubería de salida de agua clara y una tubería de salida de natas en su parte inferior.
Description
BIORREACTOR ANAEROBIO
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se relaciona con dispositivos para el tratamiento de aguas residuales. En forma más particular, la presente invención se relaciona con un Biorreactor anaerobio cuya configuración le permite realizar un mejor desprendimiento de sólidos logrando una mejor clarificación del agua, y una liberación de gases más eficiente.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El grave problema de la disposición de aguas residuales generadas en casas habitación y comercios, se agrava cuando la población no cuenta con drenaje. Para asegurar una reducción de los efectos nocivos a la salud y otros problemas tales como contaminación del suelo, generación de malos olores, crecimiento de fauna nociva, todos ellos provocados por las descargas de agua residual al aire libre, es posible utilizar Biorreactores o Biodigestores que realicen el tratamiento del agua residual.
Si bien una de las aplicaciones más importantes de los Biorreactores reside en el tratamiento in situ de las aguas residuales de las casas habitación, también pueden aplicarse en condominios, privadas, clubes deportivos, hoteles, restaurantes, oficinas, centros comerciales, hospitales, construcciones, etc.
Se conocen diversos dispositivos para la digestión anaeróbica en la literatura tales como, por ejemplo, el sistema se llama como CSTR (Reactor tanque agitado continuo), o la UASB, (manto de lodo anaerobio de flujo ascendente) (Sagastume et al., 1997) o el sistema TIS (tanque en serie), descrito en los documentos US201 1 / 0200954 y IT1380337.
La función del Biorreactor UASB consiste en sostener temporalmente las aguas residuales, de modo que una acción natural limpiadora que involucra microorganismos
anaerobios y a través de reacciones bioquímicas, permita descomponer los contaminantes de las aguas residuales. Posteriormente, los efluentes líquidos se descargan a los cuerpos receptores. Los sólidos remanentes en el Biorreactor se limpian periódicamente ya tienen un tiempo de residencia tal que favorece la estabilización de los mismos, esto implica que el lodo a diferencia de otros sistemas puede ser utilizado como abono para las plantasmientras que los gases generados se envían a la atmósfera a través del tubo de venteo.
Dentro del Biorreactor UASB se presenta inicialmente una separación de los sólidos sedimentables del agua residual influente. Por lo general, los líquidos y sólidos generalmente se distribuyen en tres capas (zona de proceso (abajo) zona de sedimentación (en medio) y zona de agua clara (parte superior) . Durante la operación de los Biorreactores, los líquidos clarificados se descargan continuamente del Biorreactor, mientras que los sólidos son retenidos para ser descompuestos por acción microbiológica. Tanto el sólido como el líquido sufren descomposición y transformación debido a la fracción soluble que tiene el agua residual.
En ocasiones, algunos sólidos se mezclan con la capa de efluente líquido. Dichos sólidos pueden migrar a esta capa, generalmente debido a la formación de burbujas de biogás que se producen por la descomposición de la materia orgánica en las aguas negras. Además, los sólidos con densidad similar a la de la capa de efluente líquido pueden descargarse junto con esta capa, si no se pasa por un proceso de sedimentación y filtración adecuado del efluente.
Algunos de los empaques o filtros empleados en los Biorreactores, tienen una alimentación vertical, tratando de seguir la dinámica de flujo de los líquidos. Sin embargo, este tipo de alimentación, genera reducidos tiempos de retención dentro del empaque, escaso contacto con el área disponible para el proceso biológico de degradación y, en consecuencia, bajas eficiencias en la remoción de materia orgánica.
Existen en el estado de la técnica Biorreactores de tipo anaerobio de flujo ascendente (UASB), por ejemplo, la patente MX 213398 se refiere a un equipo de
tratamiento de aguas residuales de una cámara que incluye una válvula para extracción de lodos. La alimentación al tanque se realiza mediante un tubo central dirigido hacia el fondo. Este sistema incluye un empaque para líquido clarificado. Por su parte, la salida de lodos se lleva a cabo a través de un segundo tubo conectado a una válvula. Si bien este equipo ofrece la gran ventaja de facilitar la limpieza del mismo, también tiene grandes desventajas, ya que el agua de alimentación llega prácticamente a la zona de lodos, provocando turbulencia y re-suspensión de los sólidos, esto ocasiona que el régimen anaerobio (sin agitación y sin entrada de aire) se interrumpa, y por consecuencia su efectividad de degradación de desechos disminuya. Otra desventaja de este sistema, es que al tener una salida de lodos por un tubo, éste puede obstruirse y eliminar de esta manera, la aparente ventaja que ofrece para la limpieza. Los lodos, al ser re-suspendidos con facilidad, pueden ser arrastrados hacia el empaque o filtro, provocando su taponamiento. En forma semejante, la acumulación excesiva de lodos también provocará inevitablemente la obstrucción del empaque. Además, la tubería de alimentación, al depositar el afluente en la parte inferior, no permite la estabilización de lodos y su degradación . Más aún, durante el uso de este equipo, la materia flotante una vez saliendo del tubo de alimentación , fluirá directamente a la entrada del empaque e inevitablemente tenderá a taponear éste mismo, disminuyendo su eficacia, creando así un recipiente cerrado que con el tiempo no permitirá el tratamiento del agua para lo que fue diseñado, a su vez, traerá como consecuencia la salida de agua sin tratar incrementando la contaminación del lugar de uso de estos equipos.
El documento más cercano del estado de la técnica pertenece al mismo solicitante y es la solicitud de modelo de utilidad MX/u/2014/000378, la cual hace referencia a un Biorreactor anaerobio conformado por dos tanques unidos con la finalidad de formar distintas capas de sedimentación, el Biorroeactor de dicha solicitud además permite la separación de sólidos, líquidos y la liberación de gases. Sin embargo, a diferencia de la presente solicitud, este Biorreactor presenta la desventaja de sufrir una acumulación de gases entre el tanque inferior y las zonas deflectoras, Asimismo, al cubrir
la campana solamente la zona del módulo de sedimentación o empaque, los gases no son liberados de manera eficiente. Con lo que respecta a la separación entre natas y agua clara, esta tampoco se realiza de manera eficiente al no estar separados los canales de fluencia. En el diseño de la presente solicitud ya se han corregido todas estas deficiencias la brindar un sistema más eficiente, que previene la acumulación de gases y promueve la correcta separación de agua clara y natas, así como una mejor extracción de lodos.
La presente invención propone un equipo de tratamiento de aguas residuales que incluye las ventajas de los Biorreactores anaerobios, en donde la zona deflectora está definida entre la parte superior del contenedor principal y la parte inferior del contenedor superior que dirige de manera eficiente la salida de gases hacia una campana colectora de biogás sin acumulación de gases.
Otra ventaja del dispositivo de la presente invención consiste en que puertos de muestreo y extracción de lodos, con la finalidad de prolongar la vida útil del sistema y proporcionar efectividad en su funcionamiento
El Biorreactor de la presente invención también incluye tubería de entrada de agua cruda y una salida de lodos configuradas dentro de una misma línea, cuya forma, le permite una distribución eficiente del agua dentro del tanque y una fácil expulsión de lodos. Asimismo, al ser una misma línea utilizada para la entrada de agua cruda y para la extracción de lodos, esta línea no se llega a obstruir, ya que el constante flujo en su interior, promueve la remoción de solidos que pudieran estar atascados dentro de la tubería.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1 es una vista en perspectiva, del equipo de tratamiento de aguas residuales de la presente invención.
La figura 2 es una vista en corte, del equipo de tratamiento de aguas residuales de la presente invención.
La figura 3 es una vista en perspectiva del arreglo de tuberías definido por la entrada de agua cruda y la salida de lodos, en su modalidad preferida.
La figura 4a es una vista frontal del equipo de tratamiento de aguas residuales de la presente invención en donde se muestra la formación de la zona deflectora entre el contenedor principal y el contenedor secundario.
La figura 4b es un acercamiento de la zona deflectora del equipo de tratamiento de aguas residuales de la presente invención
La figura 5 es una vista en perspectiva superior del contendor principal del equipo de tratamiento de aguas residuales de la presente invención.
La figura 6 muestra una vista en corte de planta, del equipo de tratamiento de aguas residuales de la presente invención.
OBJETIVOS:
1) Proporcionar un equipo para el tratamiento de aguas residuales modular, cuya configuración brinda una eficiente separación de sólidos, líquidos y gases, así como una fácil instalación y limpieza, con un consumo de energía nulo o insignificante.
2) Proveer de un equipo para el tratamiento de aguas residuales cuya zona de sedimentación está definida por una superficie perforada que propicia la separación de burbujas y solidos de manera eficiente los sólidos que flotan.
3) Proporcionar un equipo para el tratamiento de aguas residuales que cuente con una misma línea de entrada de agua cruda y salida de lodos.
4) Proporcionar un equipo para el tratamiento de aguas residuales que se pueda interconectar con otro dispositivo semejante para mayor capacidad y proporcionar un mejor efluente que cumpla con la normatividad deseada.
5) Proporcionar un equipo para el tratamiento de aguas residuales que incluye una campana colectora de gas que cubre la totalidad de la zona de sedimentación.
6) Proveer un equipo cuya campana colectora de gases, presente en su parte superior una corona vertedora que ayuda a una correcta salida de agua en todos los sentidos 360°.
7) Proporcionar un equipo para el tratamiento de aguas residuales que incluye al menos tres puertos de muestreo a una profundidad determinada del Biorreactor.
8) Proveer de un equipo para el tratamiento de aguas residuales cuya línea de entrada de agua cruda y salida de lodos promueve la remoción de solidos que pudieras quedarse atascados.
9) Proporcionar un equipo para el tratamiento de aguas residuales cuya línea de entrada de agua cruda y salida define un arreglo cerrado que mejora la distribución de agua cruda dentro del tanque y la remoción de lodos para su extracción.
10) Proveer un equipo para el tratamiento de aguas residuales cuyo contenedor principal presenta una entrada hombre que permite el acceso de personal para su limpieza e instalación.
1 1) Proveer un equipo para el tratamiento de aguas residuales cuyo contenedor superior presenta una entrada hombre que permite el acceso de personal para su limpieza e instalación.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA
Como se observa en la figura 1 , el equipo para el tratamiento de aguas residuales (Biorreactor)de la modalidad preferida en la presente solicitud, está constituido por un contenedor principal (1) y un segundo contenedor de menor capacidad o contenedor superior (2) que forman un solo cuerpo base (3) (el cuerpo base (3) puede ser manufacturado de una sola pieza o por separado), de preferencia, fabricados en PEAD
(Polietileno de Alta Densidad) reforzado, PVC, Polipropileno, acero inoxidable, acero al carbón , concreto y fibra de vidrio, de fondo considerablemente plano.
A diferencia del estado de la técnica, el equipo para el tratamiento de aguas residuales (Biorreactor), como se muestra en la figura 2, está definido por una zona de separación gas-líquido-sólido (4) ubicada en la parte superior del reactor, así como una zona manto de lodos (5) comprendida en el fondo del tanque y que llega hasta ¾ del reactor, con un volumen variable y una zona de separación o sedimentación (6). En esta propuesta, la zona de separación (6), se localiza precisamente en la parte superior del contenedor principal o inferior (1 ) y está definida por la misma configuración del contenedor principal (1 ) .
El equipo de tratamiento de aguas residuales (Biorreactor) que se muestra en la figura 2, tiene un sistema de alimentación o entrada de agua cruda llamada también afluente. En este equipo, la alimentación se lleva a cabo mediante una tubería de entrada (7) vertical que se proyecta desde la parte superior del contenedor principal (1 ) con bajantes a la parte inferior, definiendo un arreglo de tubería cerrado (8). Como se observa en la figura 3, el arreglo cerrado (8) está definido por una sola línea de tubos que está conformado por la tubería de entrada de agua cruda (7) que se proyecta en sentido vertical desde la parte superior del contenedor principal (1 ) hasta formar un doblez que se extiende horizontalmente (8a), el cual a su vez está rodeado por dos tuberías paralelas (8b) y dos tuberías perpendiculares (8c) para formar el arreglo cerrado (8). De un punto intermedio de uno de los tubos paralelos (8b) se proyecta horizontalmente el tubo de salida de lodos (10) el cual a su vez, se extiende verticalmente por dentro del contenedor principal (1 ), hasta formar una salida que atraviesa las paredes de dicho contendor (1 ) para acoplarse con una válvula de paso. Dicho arreglo (8) tiene la finalidad de lograr una mejor distribución del agua cruda dentro del contenedor principal (1 ), así como una mejor remoción de lodos para su extracción. A su vez, sobre el arreglo (8) están formadas una pluralidad de perforaciones (9), que en la modalidad preferente es de nueve perforaciones de 3.1 75 cm (1 1/4 pulgadas), las cuales no solo permiten la salida y
distribución del agua cruda al contenedor principal (1 ) sino que además sirven como puertos de extracción ya que el arreglo cerrado (8), a través de la tubería de salida de lodos (10) y de una válvula de paso, permite la extracción de lodos por gravedad sin la necesidad de bombas de extracción, gracias a la fuerza de empuje que imprime el propio peso del agua contenida en el cuerpo base (3), guiando los lodos hacia las perforaciones (9) y por ende, hacia la salida de lodos (10).
Cabe mencionar que el arreglo (8) puede tener diferentes configuraciones como una forma circular, hexagonal, triangular etc.
El equipo de tratamiento de agua residual (Biorreactor) también tiene una cámara de separación gas-sólido-líquido (4) en la parte superior. La cámara de separación gas-sólido-líquido (4) que se muestra en la figura 4a, comprende:
Una sección que está definida por la misma pared del contenedor superior (2), la cual en conjunto con la parte superior del contenedor principal (1 ), que es ligeramente abovedada, forman un deflector circular (1 1 ); dicha formación del deflector (1 1 ) puede ser apreciada con mayor claridad en la figura 4b, la cual muestra un acercamiento de la zona de deflectora (1 1 ). El deflector (1 1 ) provoca la desviación de los flósculos hacia una pluralidad de perforaciones (6a) formadas en la bóveda del contenedor (1 ) (mostradas en la figura 5) que define la zona de separación o sedimentación (6). Las perforaciones (6a) de la zona de separación o sedimentación (6) sirven como barrera de los flósculos haciendo que las burbujas se desprendan de los sólidos al hacer con los bordes perimetrales de las perforaciones (6a). Las bacterias forman gránulos y naturalmente dejan salir el gas pero este puede quedar adherido a la superficie al chocar con las paredes se desprende.
El agua se va clarificando a medida que asciende debido al efecto de sedimentación y es posible separarla del resto del agua que contiene sólidos y gas gracias al efecto deflector de la campana, dejando solo el flujo ascendente del agua clara, liberando los gases contenidos en su interior y retornado los sólidos hacia el depósito de lodos del contendor principal (1 ) por gravedad. Asimismo, el deflector (1 1 ) dirige los
gases de manera eficiente hacia una campana colectora de biogás (12) situada en el interior del contenedor superior (2). La campana (12) está formada por una sección inferior cónica y una sección superior cilindrica. El borde inferior de la campana (12) se localiza a una altura entre 10 y 50 cm, preferentemente de 20 cm con relación al deflector (1 1 ) para dirigir los gases de manera eficiente hacia el exterior. A su vez, la zona cilindrica de la campana colectora de gas (12), tiene acoplada una corona vertedero en su parte superior (13), que conecta una tubería de salida de agua clara (14) que se proyecta verticalmente por fuera de la campana (12) pero por el interior del contenedor superior (2) en linera descendente hasta el contenedor principal (1), en donde se define una salida de agua clara (18) (ver figura 1 ). Adicionalmente, en su parte interior, la corona vertedora (13) comprende una tubería de salida de natas (15), la cual permite extraer las natas que se forman en el agua y las cuales son dirigidas por fuera de la campana colectora de gas (12) pero por el interior del contenedor superior (2) en línea descendente hasta el contenedor principal (1 ), en donde se define una salida de natas (20) (ver figura 1 ) .
La parte superior abovedada del contenedor principal (1 ) que define la zona de separación (6), además cuenta con una perforación central (22) que se muestra en la figura 5, llamada "paso-hombre" para permitir el acceso de una persona al contenedor, por ejemplo, con fines de inspección y ensamble o durante su instalación.
La sección superior cilindrica de la campana (12) sobresale ligeramente de la cara superior abovedada del contenedor superior (2) y tiene una abertura (21) hacia el exterior con la finalidad de permitir el libre flujo de los gases desde el interior del cuerpo base (3); cabe mencionar que en una modalidad de la presente invención, la abertura (21 ) permite acoplar una tapa con un tubo de venteo. En la modalidad preferida, el contenedor principal (1 ) cuenta con tres puertos de muestreo (16), como se muestra en las figuras 6 y 1 , a una altura por debajo de la tubería de salida de lodos (10). Los tres puertos de muestreo (16) se localizan a 227 cm desde la base del contenedor principal (1 ); cada puerto de muestreo está constituido por una tubería horizontal por la cual entra
el lodo, y una o más derivaciones y codos necesarios para transportar el lodo a través de la pared del contenedor (1 ), desembocando en su válvula respectiva. La primera muestra se toma a 250 cm, la segunda a 1 50 cm y la tercera a 50 cm.
La salida de agua clara (14) tiene además un tubo o captador de fluente (17) ver figura 1 , de captación de efluente clarificado que se proyecta desde la parte superior desde la corona (1 3) de la campana colectora de biogás (12). Dicho tubo de captación de efluente (17) está conformado por al menos un tubo horizontal que nace desde la pared perimetral de la corona (13) de la campana colectora de biogás (12) y se proyecta en línea recta descendente por el interior del contendor superior (2) hasta el contenedor principal (1 ), desde donde se proyecta horizontalmente atravesando la pared perimetral del mismo hasta definir una salida (1 8) donde se acopla una válvula.
Una salida de natas (15) , que define un segundo tubo conductor o extractor (1 9). Dicho segundo tubo vertedor (19) se encuentra en la parte interior de la campana y recamara de gases por debajo de la corona (13). El segundo tubo vertedor (1 9) puede tener la misma configuración que el tubo de descarga de efluente (17) descrito previamente, el cual también se proyecta de manera descendente por dentro del contenedor superior (2) hacia el contendor principal (1 ), en donde se extiende horizontalmente a través del contenedor principal (1 ) hacia una salida de natas (20) en donde se acopla una válvula.
Asimismo, el sistema de alimentación, purga y muestreo permiten al operador simultáneamente muestrear el nivel de lodos y purgar al mismo tiempo sin que se detenga la alimentación de agua al reactor.
El agua proveniente del pretratamiento entra por gravedad o bombeo al reactor por la línea de influente o de agua cruda (7) en la parte superior. El tubo de influente (7) llega hasta un punto cercano al fondo del contenedor principal (1 ), en donde es bifurcado para definir un arreglo cerrado (8), de manera que el flujo es dividido en diferentes secciones del tanque, promoviendo una distribución en el fondo del tanque, un mayor volumen de contacto entre el influente y el manto de lodos, además de calcular la
velocidad de alimentación a 0.5 m/h para proveer una re-suspensión de sólidos hacia la parte superior. Asimismo, esta manera de alimentación promueve que el influente tenga una velocidad adecuada de flujo ascendente dentro del tanque (flujo laminar).
El agua influente entra en contacto con el manto de lodos que se acumulan en el fondo del reactor. Tal como se mencionó anteriormente, el nivel de operación óptimo se encuentra a un tercio del volumen del reactor.
El líquido asciende hasta la zona de transición entre el fondo del tanque y la zona de separación (6), donde se llevará a cabo la separación gas-sólido-líquido. El líquido es filtrado por las perforaciones (6a) y el deflector (1 1 ), donde se lleva a cabo la separación sólido-líquido por gravedad, permitiendo el ascenso del líquido clarificado a través las perforaciones (6a).
El líquido y gas disuelto, sale de la zona de transición y dicho gas se dirige a la campana colectora de biogás (12), mientras que el líquido se distribuye por el espacio de separación que existe entre la zona de separación (6) y la campana colectora de biogás (12) hacia la parte interna del tanque superior (2) (como se observa en la figura 4a), abriéndose paso a través de tubos (17) y (19) y por las salidas (18 y 20). Cabe mencionar que las salidas de agua clara (18) y de natas (20), se localizan en una parte baja del cuerpo base (3) ya que este tiene una altura de 5.5 metros, lo cual dificultaría su acceso. Asimismo, la salida de lodos (1 0) y de muestreo (16), también son localizadas en un punto intermedio del cuerpo base (3) permitiendo su fácil acceso, ya que este tipo de Biorreactores, son comúnmente semienterrados, siendo cubiertos hasta una altura de aproximadamente 2 metros.
Por otra parte, el gas recolectado en la campana (12), es dirigido al interior de la misma gracias al efecto que causa el domo del tanque el cual en la modalidad preferente es de 25000 litros y canalizado hacia el exterior a través de la salida de gases (21 ).
En una modalidad , la línea de entrada de agua o afluente (7) puede ser utilizada como línea de limpieza. A través de un puerto de acceso (no mostrado), el cual a
su vez, cuenta un tapón que permite dar acceso a cualquier dispositivo de limpieza, por ejemplo, una manguera de agua a presión. Por otra parte, la limpieza del contenedor principal (1 ) también se realiza a través de la abertura central (22).
Una ventaja del Biorreactor de la presente invención consiste en ser un equipo modular que puede conectarse en serie o paralelo con otro(s) equipo(s) semejante(s) o con Biorreactores aerobios, para un tratamiento con un mayor número de etapas.
El Biorreactor de la presente invención puede acoplarse a otros equipos, ya sea previos o posteriores tales como:
Reactores biológicos anaerobios CSTR (Mezcla completa) , RAFA (Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente), Reactores Fluidizados y/o empacados, zanjas de oxidación de filtros anaerobios o facultativas.
Reactores anóxicos previos o posteriores al reactor anaerobio, con o sin adición de metanol o cualquier fuente de carbono.
Reactores biológicos aerobios de mezcla completa, SBR (Reactores Aerobios en lotes secuenciado), Aereación extendida, Flujo tapón, zanjas aerobias, MBR (Reactor de membrana) y MBBR (Reactor de cama flotante) o reactores de lecho fluidizado.
Procesos fisicoquímicos, como coagulación-floculación, oxidación, oxidación avanzada con coadyuvantes físicos y químicos, por mencionar algunos peróxido de hidrógeno, cloruro de hierro, plata, UV , ozono, etc, precipitación química, electrofloculación, coagulación por agentes quelantes solubles, DAF (Flotación por aire disuelto), filtración en sus diferentes modalidades, decantadores centrífugos.
Procesos de secado de lodos, como empaques banda, empaques prensa, centrifugas, incineradores, espesadores de lodos y digestores aerobios o anaerobios.
Desinfección por generadores de hipoclorito a partir de Cloruro de sodio (NaCI), cloro gas, pastillas de cloro en cualquiera de sus modalidades, dosificadores de hipoclorito en cualquiera de sus concentraciones, lámparas UV ya sea en canal o en reactor, ozono en cualquiera de sus modalidades.
Pretratamiento de cribas manuales o automáticas, estáticas o en canal, desarenadores a gravedad de flujo horizontal o vertical, aereados y automáticos o tipo vortex, trampas de grasas, tanques de homogenización.
Instrumentación o elementos de medición como medidores de flujo magnéticos, ultrasónicos, de propela, en canal como medidor parshall; Medidores de nivel de lodos, pH, conductividad, turbiedad, temperatura, presión, DBO, DQO, sensor de oxígeno disuelto.
Equipos de eliminación de malos olores en el biogás, quemadores de biogás y generadores de energía a partir del biogás producido.
Aun cuando la invención se ha mostrado y descrito con relación a una modalidad preferida, deberá quedar entendido por los expertos en esta materia, que se pueden llevar a cabo cambios en la misma, y que pueden sustituirse elementos equivalentes por los aquí señalados, los cuales quedarán comprendidos dentro del espíritu y alcance de la invención, tal y como se señala en las siguientes reivindicaciones:
Claims
1 . Un Biorreactor anaerobio de flujo ascendente conformado por un contenedor principal y un contenedor secundario, acoplados entre sí para definir un cuerpo base que internamente forma una zona de manto de lodos, una zona de separación y una zona de separación gas-líquido-sólido; un tubo de alimentación de agua cruda cruza el contenedor principal desde su parte superior hasta la zona de manto en donde define una arreglo tubular cerrado que a su vez, presenta una tubería de salida de lodos; caracterizado porque, la zona de separación está conformada por una superficie abobada, del contenedor principal que presenta una pluralidad de perforaciones y una zona deflectora que se forma entre la superficie abobada del contenedor principal y la base del contenedor secundario; y en donde la zona de separación gas-líquido-sólido, está conformada por una campana colectora de biogás; un tubo conductor de salida de agua clara acoplado a una corona vertedero localizada en la parte superior de la campana colectora de gas y un tubo extractor de salida de natas localizado en la parte inferior de la corona que se conecta al interior de la campana
2. El Biorreactor anaerobio de flujo ascendente de conformidad con la reivindicación 1 ; caracterizado porque, el arreglo tubular cerrado está definido por una sola línea de tubos que comprende la tubería de entrada de agua cruda, dos tuberías paralelas, dos tuberías perpendiculares y el tubo de salida de lodos.
3. El Biorreactor anaerobio de flujo ascendente de conformidad con la reivindicación 2; caracterizado porque, el arreglo cerrado tiene una pluralidad de perforaciones.
4. El Biorreactor anaerobio de flujo ascendente de conformidad con la reivindicación 1 ; caracterizado por tres puertos de muestreo, en donde la primera muestra se toma a
250 cm, la segunda a 150 cm y la tercera a 50 cm.
5. El Biorreactor anaerobio de flujo ascendente de conformidad con la reivindicación 1 ; caracterizado porque, la campana colectora de biogás, cuenta una abertura de salida de gases.
6. El Biorreactor anaerobio de flujo ascendente de conformidad con la reivindicación 1 ; caracterizado porque, el tubo vertedor de salida de agua clara se extiende en sentido descendente por dentro del cuerpo base para definir una salida de agua clara a través de una pared del contenedor principal.
7. El Biorreactor anaerobio de flujo ascendente de conformidad con la reivindicación 1 ; caracterizado porque, el tubo vertedor de salida de natas se extiende en sentido descendente por dentro del cuerpo base para definir una salida de natas a través de una pared del contenedor principal.
8. El Biorreactor anaerobio de flujo ascendente de conformidad con la reivindicación 1 ; caracterizado porque, las salidas de agua clara, de natas, de lodos y de los puertos de muestreo acoplan una válvula.
9. El Biorreactor anaerobio de flujo ascendente de conformidad con la reivindicación 1 ; caracterizado porque, el contenedor principal presenta una abertura central para limpieza e instalación.
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