ES2227435T3 - Metodo y dispositivo para la purificacion anerobia de una suspension que contiene constituyentes organicos. - Google Patents
Metodo y dispositivo para la purificacion anerobia de una suspension que contiene constituyentes organicos.Info
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Abstract
Método para la purificación anaerobia de una suspensión que contiene constituyentes orgánicos, (a) en el que la suspensión que va a tratarse se suministra periódicamente o continuamente a un reactor rellenado de una mezcla substancialmente cerrado, (b) en el que la suspensión se mezcla de manera forzada con la mezcla del reactor sometiendo la mezcla presente en el reactor a un flujo ascendente y a un flujo descendente, (c) en el que la mezcla presente en el reactor se somete a un proceso de hidrólisis, y (d) en el que la mezcla se somete a flotación en una celda de flotación por inyección de un gas con bajo contenido de oxígeno, tal como biogás procedente del reactor, y la capa de flotación de sólidos que se forma se devuelve a la mezcla presente en el reactor, y el líquido con bajo contenido de partículas que se forma se descarga como efluente.
Description
Método y dispositivo para la purificación
anaerobia de una suspensión que contiene constituyentes
orgánicos.
La presente invención se refiere a un método para
la purificación anaerobia de una suspensión que contiene
constituyentes orgánicos.
El uso de la purificación anaerobia se conoce
per se en el tratamiento de aguas residuales procedentes de
la industria agrícola o de la industria alimentaria. Esto se debe a
la presencia de constituyentes orgánicos disueltos, tales como por
ejemplo constituyentes procedentes del procesamiento de patatas,
vegetales, cereales, etc. En el método conocido, los constituyentes
no disueltos se separan del agua residual que va a someterse a
purificación anaerobia en una etapa previa mediante sedimentación o
flotación. Sin embargo, un problema es que aún hay que tratar el
residuo sólido separado en una etapa anterior. Este residuo sólido
debe descargarse por separado. El residuo sólido de este tipo se
procesa, por ejemplo, para formar pienso para animales. Sin embargo,
no todo el residuo sólido de este tipo es adecuado para el
procesamiento para formar, por ejemplo, pienso para animales y
además el mercado para el procesamiento en otros productos, tales
como por ejemplo pienso para animales, podría estancarse.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un método en el que también puedan tratarse los
constituyentes no disueltos, que convencionalmente se separan de
antemano.
De acuerdo con la invención, este objeto se
consigue por un método para la purificación anaerobia de una
suspensión que contiene constituyentes orgánicos,
- a)
- en el que la suspensión que va a tratarse se suministra periódicamente o continuamente a un reactor rellenado con una mezcla substancialmente cerrado,
- b)
- en el que la suspensión se mezcla de manera forzada con la mezcla del reactor sometiendo a la mezcla presente en el reactor a un flujo ascendente y a un flujo descendente,
- c)
- en el que la mezcla presente en el reactor se somete a un proceso de hidrólisis, y
- d)
- en el que la mezcla presente en el reactor se somete a flotación en una celda de flotación por inyección de un gas con un bajo contenido de oxígeno, tal como el biogás procedente del reactor, y la capa de flotación de sólidos que se forma se devuelve a la mezcla presente en el reactor, y el líquido con bajo contenido de partículas que se forma se descarga como efluente.
La suspensión que va a tratarse se mezclará de
manera forzada con la mezcla del reactor, haciendo circular la
mezcla que comprende la suspensión suministrada al reactor
sometiendo a la mezcla a un flujo ascendente y descendente. Si es
apropiado, la mezcla forzada puede realizarse directamente durante
el suministro de la suspensión, por ejemplo generando el flujo
ascendente y/o descendente en o con el suministro de la suspensión.
El resultado de esto es que al menos algunos de los constituyentes
no disueltos en la suspensión pueden disolverse en al menos la
mezcla que está presente en el reactor. La mezcla presente en el
reactor, a la que posteriormente se le suministra la suspensión a
tratar periódica o continuamente, se purifica en condiciones
anaerobias mediante un proceso de hidrólisis en un reactor con flujo
ascendente y descendente. Esto hace que se libere biogás, que
comprende, entre otros, CO_{2} y CH_{4}. El hecho de que el
reactor esté substancialmente cerrado significa que estos biogases
se recogerán en la parte superior del reactor, es decir, por encima
de la mezcla localizada en su interior. Para obtener un efluente
relativamente limpio, es decir, con un contenido de partículas
relativamente bajo, la mezcla se somete a flotación en una celda de
flotación, formándose una capa de sólidos de flotación durante dicho
proceso, que flotará en la parte superior del fluido que está
presente en la celda de flotación. Además, las partículas más
pesadas podrán recogerse en el fondo de la celda de flotación. Para
no alterar el ambiente necesario para la purificación anaerobia
mediante la hidrólisis en el reactor, se hace uso durante la
flotación de un gas con bajo contenido de oxígeno, preferiblemente
un gas sin oxígeno. Además, un gas de este tipo evita explosiones al
entrar en contacto con el biogás. De acuerdo con la invención, es
posible, en particular para el biogás que se libera durante la
purificación anaerobia y que se recoge en la parte superior del
reactor substancialmente cerrado, el uso como un gas con bajo
contenido de oxígeno muy apropiado de este tipo. La capa de sólidos
que flotan que se forma en la parte superior del fluido en la celda
de flotación se retroalimenta a la mezcla, para someterse de nuevo a
un proceso de purificación anaerobio mediante hidrólisis en dicha
mezcla. Además, cuando se suministre una suspensión adicional, estos
constituyentes se someterán de nuevo de manera forzada a un proceso
de mezcla y, en el proceso, se transformarán en último lugar en
impurezas disueltas que pueden convertirse en, entre otros, gas
metano mediante hidrólisis por purificación anaerobia. El método de
acuerdo con la invención, en particular, hace inminentemente posible
limpiar suspensiones muy sucias por medios anaerobios, es decir, el
método para la purificación anaerobia puede realizarse con mezclas
que tengan una COD (demanda química de oxígeno) muy alta (en este
contexto, se entiende que la expresión muy alta significa una COD
mayor que 20.000 mg/l). Con dichas COD tan elevadas, hay muchos
flóculos que comprenden bacterias que se pueden hacer flotar
fácilmente en el reactor, según ha descubierto el solicitante.
En el método de acuerdo con la invención, es
particularmente ventajoso que la celda de flotación sea un depósito
que está abierto en su parte superior, delimitado por un borde
superior y situado en el reactor, preferiblemente en la mezcla, con
su borde superior a una altura mayor o igual al nivel de la mezcla
localizada en el reactor. Esto impide que la mezcla fluya hacia
afuera del reactor por el borde superior y pase al interior de la
celda de flotación. Si el borde superior está a un nivel mayor que
el nivel de la mezcla localizada en el reactor, esto se descarta
completamente. A su vez, la capa de flotación puede empujarse con
relativa facilidad sobre el borde superior de nuevo al interior de
la mezcla en el reactor.
De acuerdo con la invención, la flotación puede
realizarse de una manera particularmente ventajosa si en etapa d),
el biogás originado en el reactor se somete a presión y se disuelve
a presión en parte del efluente, y las aguas blancas obtenidas de
esta manera, para provocar la flotación, se inyectan en la celda de
flotación de tal manera que el nivel en la celda de flotación sea
mayor que el nivel de la mezcla en el reactor. La presurización del
biogás, por ejemplo en el denominado depósito de compresión, y su
inyección a presión en una corriente de derivación del efluente - o
si fuera apropiado la mezcla del biogás y la corriente de derivación
y después la presurización conjunta de las mismas - tiene como
resultado un aumento de la solubilidad del biogás en la corriente de
derivación del efluente y en la expansión que se produce durante la
inyección en la celda de flotación, debido a la ausencia de presión
relativamente alta de, por ejemplo, 2 a 5 bar o mayor. A causa de
esta expansión, se forman burbujas de biogás relativamente grandes
en las aguas blancas. Además, el exceso de presión lleva al fluido
situado en la celda de flotación a elevarse de manera que el nivel
de este fluido puede llegar a un nivel mayor que el nivel de la
mezcla en el recipiente del reactor.
Con vistas a conseguir un suministro sencillo y
fiable de la mezcla desde el reactor hasta la celda de flotación, es
ventajoso, de acuerdo con la invención, que la celda de flotación
disponga de una abertura de alimentación que se abre en la mezcla y
preferiblemente que esté dispuesta en el fondo de la celda de
flotación, inyectándose el biogás o las aguas blancas en la celda de
flotación a través de la abertura de alimentación de manera que,
mediante una acción de expulsión, la mezcla salga del reactor hacia
la celda de flotación.
El flujo ascendente en el reactor para el proceso
de tratamiento anaerobio por hidrólisis puede conseguirse
ventajosamente, de acuerdo con la invención, inyectando un líquido,
tal como por ejemplo un líquido auxiliar o efluente procedente de la
celda de flotación, en el fondo del reactor. En este caso, es
importante que el líquido tenga una alta alcalinidad para tamponar
el pH en el reactor de hidrólisis.
De acuerdo con otro aspecto, la presente
invención se refiere a un dispositivo para la purificación anaerobia
de una suspensión que contiene constituyentes orgánicos,
comprendiendo el dispositivo:
- -
- un reactor de hidrólisis substancialmente cerrado del tipo de flujo ascendente y descendente;
- -
- medios de alimentación y mezcla para suministrar la suspensión al reactor, preferiblemente con mezcla forzada, y para mezclar la suspensión en el reactor con la mezcla que ya está presente en el reactor;
- -
- una celda de flotación que está situada en el interior del reactor y que está en comunicación fluida con el interior del reactor mediante, por un lado, una abertura de alimentación para suministrar la mezcla procedente del reactor a la celda de flotación y, por otro lado, una abertura de descarga para descargar la capa de flotación que se forma en la celda de flotación durante el uso de la celda de flotación;
- -
- un sistema de suministro de gas de flotación para suministrar un gas de flotación, en particular un gas de flotación con bajo contenido de oxígeno, a la celda de flotación.
Las ventajas de este dispositivo son
substancialmente las mismas que las ventajas del método de acuerdo
con la invención como se ha explicado anteriormente, en particular
en relación con la reivindicación 1.
Por las razones descritas anteriormente, el
sistema de alimentación de gas de flotación del dispositivo de
acuerdo con la invención comprende ventajosamente una línea de
derivación de biogás para derivar el biogás desde la parte superior
del reactor, y un medio de bombeo para inyectar el biogás a la celda
de flotación a través de una abertura de inyección. Por las razones
que ya se han explicado anteriormente, es ventajoso, en el
dispositivo de acuerdo con la invención, que el sistema de
suministro de gas de flotación se diseñe de acuerdo con la
reivindicación 8 de la solicitud.
De nuevo, por las razones que se han explicado
anteriormente en relación con el método de acuerdo con la invención,
es ventajoso, de acuerdo con la invención, que la abertura de
inyección esté situada de acuerdo con la reivindicación 9.
De nuevo, por las razones que ya se han explicado
anteriormente en relación con el método de acuerdo con la invención,
es ventajoso en el dispositivo de acuerdo con la invención, que la
celda de flotación sea un depósito que está abierto en la parte
superior y que está diseñado de acuerdo con la reivindicación
10.
En el dispositivo de acuerdo con la invención,
los medios de alimentación y de mezcla pueden producirse de manera
ventajosa si comprenden al menos una tubería de recorrido ascendente
que se dispone en o a lo largo del depósito y cuyo extremo superior,
durante el funcionamiento, está en un nivel menor que el nivel de la
mezcla en el reactor, y si la tubería dispone de un mezclador que,
durante el funcionamiento, genera un flujo descendente a través de
la tubería, disponiendo la tubería, en su extremo inferior, de una
abertura de salida, y una línea de alimentación de la suspensión que
se abre dentro de la tubería. Esto crea una cámara de mezcla en la
que la suspensión se introduce en el reactor, pudiendo tener lugar
en dicha cámara de mezcla la mezcla forzada bien controlada con la
mezcla del reactor. Para asegurar, por un lado, que la mezcla se
suministra desde el reactor y, por otro lado, que la suspensión que
se ha mezclado con esta mezcla se descarga a la mezcla presente en
el reactor, la tubería se abre en su extremo superior, y el
mezclador se diseña de tal manera que genere un flujo descendente a
través de la tubería, y la tubería se abre en el extremo inferior,
para hacer que sea posible que se descargue un flujo descendente
desde la tubería. El flujo descendente también realiza la
recirculación de la mezcla en el reactor, ya que esta mezcla estará
sometida al flujo ascendente en el reactor y tiene que
retroalimentarse al fondo para recibir un nuevo tratamiento.
La invención se explicará a continuación con más
detalle haciendo referencia a una realización ejemplar que se
representa en forma de diagrama en el dibujo, en el que:
La figura 1 muestra una vista lateral del
diagrama, en sección, de un dispositivo de acuerdo con la invención
en el que se hace funcionar el método de acuerdo con la invención;
y
La figura 2 muestra una vista en planta del
diagrama del dispositivo mostrado en la figura 1.
El dispositivo 1 de acuerdo con la invención
comprende un recipiente de reactor 2 a través del que se produce un
flujo ascendente. Al menos durante el funcionamiento, este
recipiente del reactor 2 contiene una mezcla 3 con un nivel de
líquido 4 y, durante el funcionamiento, el biogás, que en particular
comprende metano (CH_{4}) y CO_{2}, se acumula en la parte
superior del reactor, es decir, por encima del nivel 4. El biogás se
denota por el número de referencia 5. Como el biogás 5 puede
recogerse en la parte superior del reactor 2, es importante que el
reactor 2 esté substancialmente cerrado. Para conseguir un flujo
ascendente de la mezcla 3 en el recipiente del reactor 2, en el
fondo del recipiente del reactor 2 se dispone un conjunto de
tuberías 6, que puede verse de una forma particularmente clara en la
figura 2. Estas tuberías 6 disponen a lo largo de su longitud de una
abertura de salida, a través de la cual puede insuflarse al reactor
el líquido que se introduce a través de las tuberías 6, tal como la
suspensión o en particular lo que se conoce como agua de dilución.
En el reactor hay varias tuberías 7, mostrándose en la realización
ejemplar en el dibujo cuatro tuberías 7. Al menos durante el
funcionamiento, estas tuberías 7 están completamente sumergidas en
la mezcla 3. Las tuberías 7 se abren en el lado superior e
igualmente se abren, o al menos disponen de aberturas de salida, en
el lado inferior. También en cada una de las tuberías hay un miembro
agitador 18 que se acciona desde el exterior del reactor a través de
un eje 9. El miembro de agitación y el dispositivo de accionamiento
se disponen de tal manera que, como resultado, se genera un flujo
descendente en la tubería, como resultado del cual la mezcla 3 se
extrae del reactor 2 por succión por el lado superior, como se
indica por las flechas, para después volver a insuflarse desde la
tubería 7 por el lado inferior. Estas tuberías 7 y los miembros de
mezcla 18 hacen que sea posible, si se desea, aunque esto a menudo
no es necesario, que la mezcla 3, que como se indica mediante la
flecha 10 generalmente se somete a flujo ascendente en el recipiente
del reactor 2, vuelva al fondo del reactor 2. Además, las líneas de
alimentación 8 para suministrar la suspensión que va a tratarse al
interior de las tuberías 7 se abren en las tuberías 7. Entonces,
durante el suministro de la suspensión, asegurándose de que los
agitadores 8 están en funcionamiento, se asegura que la suspensión
se fuerza a mezclarse con la mezcla 3 incluso mientras se está
introduciendo en el recipiente del reactor 2. Como resultado, será
posible forzar la disolución de algunos de los constituyentes sin
disolver en la suspensión. Durante el funcionamiento, la suspensión
8 generalmente se suministrará periódica o continuamente. Mientras
se suministra la suspensión, los miembros agitadores 18 estarán en
funcionamiento. Cuando el suministro de la suspensión 8 esté
cortado, los miembros de mezcla 18 generalmente estarán
desconectados, pero como se ha indicado anteriormente los miembros
de agitación 18 pueden continuar funcionando o posiblemente pueden
mantenerse funcionando temporalmente o al menos ponerse en
funcionamiento temporalmente, por ejemplo, para hacer circular la
mezcla a través del reactor.
Como al reactor se le suministra la suspensión
con constituyentes sin disolver, y es indeseable que los
constituyentes sin disolver de este tipo estén presentes en el
efluente que se descarga finalmente del reactor, en el reactor 2 se
dispone una celda de flotación 11. La celda de flotación 11
comprende un depósito que está substancialmente abierto en la parte
superior. En el lado superior, el lado abierto del depósito 11 está
delimitado por un borde superior 12. Como puede observarse en la
figura 1, este borde superior 12 es mayor que el nivel 4 de la
mezcla 3 en el recipiente del reactor 2. En el lado inferior de la
celda de flotación 11 se proporciona una abertura cónica para la
entrada de flujo 13. Una línea de alimentación de aguas blancas 14
se abre en la abertura de entrada de flujo 13. Como también puede
observarse en la figura 1, la posición en la que termina la línea de
alimentación de aguas blancas 14 en la abertura de alimentación 13
está diseñada en forma de venturi. El resultado es que cuando las
aguas blancas se inyectan a través de la línea 14, se provoca una
acción de expulsión que, como se indica por la flecha 15, asegura
que la mezcla 3 sale del recipiente del reactor 2 hacia la celda de
flotación 11.
En la celda de flotación 11 también hay un
miembro aclarador superior 17, que está accionado por un eje 16, y
un miembro aclarador inferior 19. El miembro aclarador superior 17
está diseñado de manera que empuja lo que se conoce como capa de
flotación en la parte superior de la celda de flotación 11 sobre el
borde 12 de nuevo hacia la mezcla 3 en el recipiente del reactor 2.
De esta manera, esta capa de flotación, que substancialmente
contiene constituyentes sin disolver, se devuelve al proceso en el
recipiente del reactor 2 para someterse a un tratamiento adicional.
La capa de flotación continuará flotando, en particular, en la parte
superior de la mezcla 3 y después, cuando los miembros agitadores 18
empiecen a funcionar de nuevo, pueden moverse hacia abajo a través
de las tuberías 7, con mezcla forzada. El miembro aclarador inferior
19 empuja las partículas relativamente pesadas que se han recogido
en el fondo a un espacio de recogida de residuos 30 rebajado, desde
el que esta suspensión se descarga a través de la línea 31.
En la celda de flotación 11 también hay una línea
de descarga de efluente anular 20 que descarga el efluente del
reactor a través de una línea de descarga central 21. La línea 21
dispone de una ramificación 22 para derivar el efluente y mezclarlo
con el biogás que se deriva desde la parte superior del depósito de
reacción a través de la línea 23. 24 denota un depósito de
compresión en el que la mezcla de biogás y el efluente se presurizan
para que esta mezcla, que se conoce como aguas blancas, se
suministre después a presión, a través de la línea 14, a la celda de
flotación 11 como líquido de flotación.
Claims (11)
1. Método para la purificación anaerobia de una
suspensión que contiene constituyentes orgánicos,
- (a)
- en el que la suspensión que va a tratarse se suministra periódicamente o continuamente a un reactor rellenado de una mezcla substancialmente cerrado,
- (b)
- en el que la suspensión se mezcla de manera forzada con la mezcla del reactor sometiendo la mezcla presente en el reactor a un flujo ascendente y a un flujo descendente,
- (c)
- en el que la mezcla presente en el reactor se somete a un proceso de hidrólisis, y
- (d)
- en el que la mezcla se somete a flotación en una celda de flotación por inyección de un gas con bajo contenido de oxígeno, tal como biogás procedente del reactor, y la capa de flotación de sólidos que se forma se devuelve a la mezcla presente en el reactor, y el líquido con bajo contenido de partículas que se forma se descarga como efluente.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en
el que la celda de flotación es un depósito que está abierto en la
parte superior, que está delimitado por un borde superior y que está
situado en el reactor, preferiblemente en la mezcla, con su borde
superior a una altura que es mayor o igual que el nivel de la mezcla
localizada en el reactor.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 2, en
el que, en la etapa (d), el biogás procedente del reactor se
presuriza y se disuelve a presión en parte del efluente, y las aguas
blancas obtenidas de esta manera, para provocar la flotación, se
inyectan en la celda de flotación de tal manera que el nivel en la
celda de flotación sea mayor que el nivel de la mezcla en el
reactor.
4. Método de acuerdo con la reivindicación 2 o 3,
en el que la celda de flotación dispone de una abertura de
alimentación que se abre en la mezcla y preferiblemente está
dispuesta en el fondo de la celda de flotación, y en el que el
biogás o las aguas blancas se inyectan en la celda de flotación a
través de la abertura de alimentación de tal manera que, mediante
una acción de expulsión, la mezcla salga del reactor hacia la celda
de flotación.
5. Método de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, en el que el flujo hacia arriba en el
reactor se genera inyectando un líquido, preferiblemente el efluente
procedente de la celda de flotación, en el fondo del reactor,
teniendo el líquido preferiblemente una alta alcalinidad.
6. Dispositivo para la purificación anaerobia de
una suspensión que contiene constituyentes orgánicos, comprendiendo
el dispositivo:
- -
- un reactor de hidrólisis substancialmente cerrado del tipo de flujo ascendente y descendente;
- -
- medios de alimentación y mezcla para suministrar la suspensión al reactor, preferiblemente con mezcla forzada, y mezclar la suspensión en el reactor con la mezcla que ya está presente en el reactor;
- -
- una celda de flotación que está situada en el interior del reactor y que está en comunicación fluida con el interior del reactor mediante, por un lado, una abertura de alimentación para suministrar la mezcla procedente del reactor a la celda de flotación y, por otro lado, una abertura de descarga para descargar la capa de flotación que se forma en la celda de flotación durante el uso de la celda de flotación;
- -
- un sistema de suministro de gas de flotación para suministrar un gas de flotación, en particular un gas de flotación con bajo contenido de oxígeno, a la celda de flotación.
7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
6, en el que el sistema de suministro de gas de flotación comprende
una línea de derivación de biogás para derivar el biogás desde la
parte superior del reactor, y un medio de bombeo para inyectar dicho
biogás al interior de la celda de flotación a través de una abertura
de inyección.
8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
7, en el que el sistema de suministro de gas de flotación también
comprende una línea de derivación de efluente que se abre en la
celda de flotación y está en comunicación con la línea de derivación
del biogás, para llevar el efluente y el biogás conjuntamente como
una línea de suministro de aguas blancas a la abertura de
inyección.
9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7
u 8, en el que la abertura de inyección se sitúa de tal manera con
respecto a la abertura de alimentación de la celda de flotación que,
con la abertura de alimentación localizada en la mezcla durante el
uso, durante la inyección del gas con bajo contenido de oxígeno o de
las aguas blancas, se genera una acción de expulsión que lleva la
mezcla desde el reactor a la celda de flotación.
10. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 7-9, en el que la celda de
flotación es un depósito que está abierto en la parte superior, que
está delimitado por un borde periférico, y en el que el medio de
bombeo suministra el gas con bajo contenido de oxígeno o las aguas
blancas a la celda de flotación a una presión que es tal que,
durante el uso, el nivel en la celda de flotación puede alcanzar una
altura que es mayor que el nivel de la mezcla en el reactor,
determinándose dicha altura mediante el borde periférico.
11. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 6-10, en el que los medios de
alimentación y mezcla comprenden al menos una tubería de recorrido
ascendente que está dispuesta en o a lo largo del depósito y cuyo
extremo superior, durante el funcionamiento, está en un nivel menor
que el nivel de la mezcla en el reactor, disponiendo la tubería de
un mezclador que, durante el funcionamiento, genera un flujo hacia
abajo a través de la tubería, disponiendo la tubería, en el extremo
inferior, de una abertura de salida, y abriéndose una línea de
alimentación de la suspensión hacia la tubería.
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