ES2345368T3 - Reactor con sistema distribuidor de suministro para la depuracion anaerobia de agua. - Google Patents
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Abstract
Reactor (10) para la purificación anaeróbica de aguas servidas que comprende un recipiente del reactor (12), al menos una cañería de alimentación (42, 42') dispuesta en el área inferior (14) del recipiente del reactor (12) para el suministro de aguas servidas a ser tratadas al reactor (10), al menos un distribuidor del suministro (20) para el mezclado de las aguas servidas suministradas al reactor (10) con el medio que se encuentra en el reactor (10), al menos un rebase (30, 30') dispuesto en el recipiente superior del reactor (12) para evacuar el agua limpia así como al menos un separador (24, 26), caracterizado porque el distribuidor del suministro (20) comprende al menos un elemento desviador (22, 22', 22''), donde el al menos un elemento desviador (22, 22', 22'') se conformó de manera tal que las aguas servidas que emergen de la al menos una cañería de alimentación (42, 42') son desviadas a un flujo, que es circular visto desde la sección transversal del reactor y de dirección ascendente, y donde 1 a 80% de la sección transversal del reactor están ocupados por el al menos un elemento desviador (22, 22', 22'').
Description
Reactor con sistema distribuidor de suministro
para la depuración anaerobia de agua.
La presente invención se refiere a un reactor
para la purificación anaeróbica de aguas servidas, en especial de
aguas servidas provenientes de la industria del papel, que comprende
un recipiente del reactor, al menos una cañería de alimentación
para el suministro de aguas servidas a ser tratadas al reactor
dispuesta en el área inferior del recipiente del reactor, al menos
un distribuidor del suministro para el mezclado de las aguas
servidas suministradas al reactor con el medio que se encuentra en
el reactor, al menos un rebase dispuesto en el recipiente superior
del reactor para evacuar el agua limpia así como al menos un
separador.
Para la purificación de aguas servidas se
conocen una multiplicidad de procedimientos mecánicos, químicos así
como biológicos y los correspondientes reactores. En la purificación
biológica de aguas servidas, se contactan las aguas servidas a
limpiar con microorganismos aeróbicos o anaeróbicos, los que en el
caso de microorganismos aeróbicos degradan las impurezas orgánicas
contenidas en las aguas servidas mayormente en dióxido de carbono,
biomasa y agua y en el caso de microorganismos anaeróbicos
preponderantemente en dióxido de carbono y metano, obteniendo
biomasa sólo en menor medida. Aunque los procedimientos de
purificación biológica de aguas servidas en último tiempo se
realizan con mayor frecuencia con microorganismos anaeróbicos, dado
que para la purificación anaeróbica de aguas servidas no es
necesario inyectar oxígeno -con un elevado dispendio de energía- en
el biorreactor, en la purificación se produce biogás con alto
contenido energético que luego puede ser utilizado para la
generación de energía, y se producen cantidades visiblemente menores
de lodo excedente. De acuerdo con el tipo y la forma de la biomasa
utilizada, los reactores para la purificación anaeróbica de aguas
servidas se clasifican en reactores de contacto con lodos,
reactores UASB, reactores EGSB, reactores de lecho fijo y reactor
de lecho fluido. Mientras que los microorganismos en reactores de
lecho fijo se adhieren a los materiales soporte fijos y los
microorganismos en un reactor de lecho fluido se adhieren a material
soporte de tamaño pequeño y libre movilidad, los microorganismos en
los reactores UASB y EGSB se utilizan en forma de lo que se
denominan pellets. A diferencia de los reactores UASB (upflow
anaerobio sludge blanket; reactor anaerobio con lecho de lodos
de flujo ascendente), los reactores EGSB (expanded granular
sludge bed; lecho de lodo granular expandido) son más altos y a
idéntico volumen presentan una base de superficie notoriamente
menor.
En los reactores UASB y EGSB, el reactor es
alimentado de manera continua por medio de una entrada en el área
inferior del reactor con aguas servidas a ser tratadas o con una
mezcla de aguas servidas a ser tratadas y aguas servidas ya
tratadas desde la salida del reactor anaerobio (denominado en
adelante "suministro del reactor"), las que son guiadas por un
lecho de lodo que se encuentra por encima de la entrada y contiene
pellets de microorganismos. Durante la degradación de los
compuestos orgánicos de las aguas servidas, los microorganismos
forman en especial un gas que contiene metano y dióxido de carbono
(que también se denomina biogás) que en parte se adicionan en forma
de pequeñas burbujas en los pellets de microorganismos y en parte
ascienden en el reactor en forma de burbujas de aire libres. Debido
a las pequeñas burbujas de gas adicionadas, se reduce el peso
específico de los pellets, por lo que los pellets ascienden en el
reactor. A fin de separar del agua el biogás formado y los pellets
ascendentes, en la parte media y/o la parte superior del reactor se
dispusieron separadores que por lo general presentan una forma de
cúpulas para gas, en cuya cima se acumula biogás que conforma un
colchón de gas, debajo del cual se encuentra una capa flotante de
pellets de microorganismos y de aguas servidas. El agua purificada
libre de gas y de pellets de microorganismos asciende en el reactor
y es extraída en el extremo superior del reactor mediante rebases.
Se describen tales procedimientos y los correspondientes reactores,
por ejemplo, en el documento EP 0 170 332 A1 y en el documento EP 1
071 636 B1.
De especial importancia en los procedimientos
antes descritos es la distribución regular en la sección transversal
del reactor de las aguas servidas suministradas al reactor por la
entrada, para lograr un buen mezclado de los pellets de lodo que se
encuentran en el reactor, del agua existente en el reactor y de las
aguas servidas suministradas. A fin de cumplir con estas exigencias
ya se han propuesto una cantidad de reactores equipados con
correspondientes distribuidores de suministro.
Del documento EP 0 539 430 B1 se conoce un
biorreactor con un recipiente del reactor que en el extremo inferior
del recipiente del reactor presenta un sistema de
alimentación-suministro que comprende al menos una
cañería de alimentación que está separada de la cámara de reacción
que contiene los pellets de microorganismos mediante una separación
dispuesta esencialmente en forma cónica, extendiéndose la separación
a través de toda la sección transversal del reactor. Allí las
aberturas de expelido de las cañerías de alimentación están
orientados de manera al menos parcialmente tangencial y en la
separación se previó al menos una ranura radial, que está
conformada por dos franjas radiales de bordes que se superponen a
una determinada distancia vertical, donde al menos una de las
ranuras radiales conforma una conexión entre la cámara de
alimentación-suministro y la cámara de reacción.
Debido a la orientación de la(s) abertura(s) de
eyección de la(s) cañería(s) de alimentación y la al
menos una ranura radial se desea lograr en el agua suministrada un
flujo de forma circular respecto del eje longitudinal del reactor y
debido a la disposición de las ranuras radiales se desea impedir el
ingreso de sólidos en el sistema de alimentación- suministro, en
especial, después de desconectar el reactor. Aunque este reactor y
el procedimiento que se aplica en este, presentan una cantidad de
desventajas.
Debido a la separación entre el sistema de
alimentación-suministro y la cámara del reactor, que
ocupa la totalidad de la sección transversal del reactor, los
sólidos contenidos en las aguas servidas suministradas se acumulan
en el sistema de alimentación-suministro y no llegan
a la cámara de reacción. Pero los sólidos sedimentados dentro del
sistema de alimentación-suministro, es decir, por
debajo de la separación de forma cónica, son difíciles de eliminar
del reactor. Además se debe desconectar el reactor para eliminar las
sustancias sólidas del sistema de
alimentación-suministro. Por otra parte, en la
cámara del reactor se produce la cristalización del calcio en los
pellets, en especial, en el caso de aguas servidas a ser tratadas
con elevado contenido de calcio, de modo que una parte de los
pellets de lodo con microorganismos, en los que cristalizó el
calcio, presenta un elevado peso específico, de modo que se produce
la sedimentación de estos pellets en el reactor, los que se
acumulan en el extremo inferior de la separación cónica en el área
de la pared del reactor. La eliminación de estos sedimentos del
reactor también es muy dificultosa. Además, el sedimento en la pared
del reactor reduce el diámetro efectivo de dicho reactor, de modo
que se reduce el volumen reactivo efectivo. Por otra parte, a mayor
tiempo de operación los sedimentos bloquean o bien taponen las
ranuras radiales, lo que resulta en un gran aumento de presión en
el sistema de distribución. Esto puede producir que aumente
significativamente el nivel del agua en el separador de gas, por lo
que puede producirse un atasco en el separador de gas y en
consecuencia puede ser necesario interrumpir el suministro en la
entrada. Dado que además se expele dióxido de carbono en el
separador de gas, aumenta significativamente el valor pH en la
cañería de retorno de aguas servidas, lo que produce una
precipitación de calcio en el área de entrada, de modo que después
de detener el reactor se debe eliminar el precipitado a un elevado
costo. Por estas razones, el reactor que se describió antes para la
purificación de aguas servidas con elevado contenido de calcio, como
también para aguas servidas provenientes de la industria del papel,
que además puede contener impurezas en forma de agentes de relleno
del papel y similares que pueden sedimentarse, requiere de
mejoras.
Del documento US 2006/0065593 A1 se conoce un
reactor para la purificación anaeróbica de aguas servidas que
comprende un recipiente del reactor, al menos una cañería de
alimentación, al menos un rebase, así como un separador, donde en
la abertura de salida de la cañería de alimentación se dispuso una
pieza T y donde en el área inferior del reactor se previó una placa
de distribución.
En el documento EP 0 153 299 A1 se describe un
reactor para el tratamiento anaeróbico de sustratos orgánicos, que
comprende una cañería de alimentación, una zona de amortiguación, un
espacio de distribución y un espacio de reacción separado del
espacio de distribución por medio de un piso intermedio, donde la
zona de amortiguación se conformó como un cilindro hueco dispuesto
concéntricamente alrededor del eje longitudinal del reactor, en
cuyo extremo inferior se previeron aletas de distribución, y donde
la cañería de alimentación desemboca en el área superior de la zona
de amortiguación.
Es un objetivo de la presente invención, poner a
disposición un reactor con un distribuidor de suministro, con el
cual se evitan las desventajas que se indicaron previamente. En
especial, el reactor debe ser apropiado para la purificación de
aguas servidas con sustancias de contenido que tiendan a precipitar
durante el tratamiento anaeróbico, como por ejemplo calcio, en
especial de aguas servidas provenientes de la industria papelera,
debe permitir una distribución uniforme del suministro a través de
toda la sección transversal del reactor y una fluidificación óptima
del lecho de lodo. Además se debe evitar de manera confiable una
obturación en el área de entrada, en especial en el área del
distribuidor del suministro e impedir de manera confiable una
acumulación de sustancias sólidas en el área del distribuidor de
suministro, especialmente la formación de espacios inutilizados
debido a la sedimentación de sólidos.
Este objetivo se cumple de acuerdo con la
invención mediante un reactor con las características de la
reivindicación 1 de la patente y en especial por medio de un
reactor para la purificación anaeróbica de aguas servidas, que
comprende un recipiente del reactor, al menos una cañería de
alimentación dispuesta en el área inferior del recipiente del
reactor para el suministro de aguas servidas a ser tratadas al
reactor, al menos un distribuidor del suministro para el mezclado
de las aguas servidas suministradas al reactor o de material
reciclado con el medio que se encuentra en el reactor, al menos un
rebase dispuesto en el recipiente superior del reactor para evacuar
el agua limpia, así como al menos un separador, donde el
distribuidor del suministro comprende al menos un elemento
desviador, donde el al menos un elemento desviador se conformó de
manera tal que las aguas servidas que emergen de la al menos una
cañería de alimentación es desviada a un flujo de forma circular
visto desde la sección transversal del reactor, y donde 1 al 80% de
la sección
transversal del reactor están ocupados por el al menos un elemento desviador o bien por el distribuidor de suministro.
transversal del reactor están ocupados por el al menos un elemento desviador o bien por el distribuidor de suministro.
Debido al distribuidor del suministro que
comprende al menos un elemento desviador y la correspondiente
conformación del al menos un elemento desviador, que las aguas
servidas que emergen de la abertura de salida de la al menos una
cañería de alimentación es desviada a un flujo de forma circular
visto desde la sección transversal del reactor, se logra un
excelente mezclado de las aguas servidas suministradas al reactor
con el medio que se encuentra en el reactor. Además, la conducción
del caudal del agua suministrada producida por el al menos un
elemento desviador, permite una distribución uniforme del agua
suministrada a través de toda la sección transversal del reactor.
Al ocupar el al menos un elemento desviador o bien el distribuidor
del suministro menos del 80% de la sección transversal del reactor,
se evita una completa subdivisión del reactor en dos zonas
separadas, a saber, en un sistema de
alimentación-suministro y una cámara de reacción
dispuesta por encima, de modo que por una parte no se acumulan las
sustancias sólidas contenidas en la entrada en el área del
distribuidor de suministro sino que fluyen hacia arriba a causa del
flujo dirigido hacia arriba, y por la otra, los sedimentos que
descienden del área superior del reactor no sedimentan en el área
del distribuidor de suministro, sino que son guiados de manera
dirigida a una zona, de la que pueden ser extraídos simultáneamente
del reactor durante el proceso en curso. Especialmente se evita así
la conformación de espacios inutilizados que reducen la sección
transversal efectiva del reactor. En especial también se puede
impedir así de manera confiable un aumento de presión en el sistema
de distribución, de modo que se evita un aumento del nivel de agua
en el separador de gas. Debido a ello, el reactor de la invención es
especialmente adecuado para la purificación anaeróbica de aguas
servidas cargadas de sólidos y en especial para la purificación
anaeróbica de aguas servidas provenientes de la industria del
papel, que presenta impurezas pasibles de sedimentación, así como un
elevado contenido de calcio disuelto.
De preferencia, el al menos un elemento
desviador o bien el distribuidor del suministro ocupa del 2 al 70%,
de preferencia especial del 3 al 60% y de preferencia muy especial
del 5 al 50% de la sección transversal del reactor. En el sentido
de la presente invención ello significa que el integral de la
proporción del/de los elemento(s) desviador(es) en
cada superficie de sección transversal del reactor es del 2 al 70% o
bien del 3 al 60% o bien del 5 al 50%. Dado que el al menos un
elemento desviador ocupa al menos el 2% o bien el 3% o bien el 5%
de la sección transversal del reactor se logra que la alimentación
del reactor es desviada a un flujo estable, que considerada desde
la sección transversal del reactor es de forma circular, de modo
que se logra un excelente mezclado del suministro al reactor con el
medio que se encuentra en el reactor. Debido a la ocupación de como
máximo el 80% o bien el 70% o bien el 60% o bien el 50% de la
sección transversal del reactor por el/los elemento(s)
desviador(es) se logra además que asciendan las sustancias
sólidas contenidas en las aguas servidas suministradas del reactor
y por la otra, los sólidos con elevada densidad específica que
descienden del área superior del reactor no se acumulen en el área
del distribuidor de suministro, sino que descienden hasta el piso
del reactor y desde allí pueden ser extraídos del reactor durante el
proceso en curso.
En un desarrollo ulterior del concepto de la
invención se propone que la al menos una cañería de alimentación
finalice fuera del recipiente del reactor y se provea en la pared
del área inferior del recipiente del reactor al menos una ranura, a
través de la cual ingresan en el área inferior del recipiente del
reactor las aguas servidas que emergen de la al menos una cañería
de suministro. Esta forma de realización por una parte es de
construcción sencilla porque se puede prescindir de instalaciones
para el pasaje de la cañería de alimentación a través del
recipiente del reactor y, por otra parte, permite disponer los
elementos desviadores directamente en el área del recipiente del
reactor. Al haberse previsto al menos una ranura en la pared del
reactor, se puede prescindir de un tabique separador en el reactor,
en especial, de un tabique separador que ocupe toda la sección
transversal del reactor con las consiguientes desventajas antes
mencionadas.
De acuerdo con una forma de realización
preferida de la presente invención se previó en el interior del
reactor en el área de la al menos una ranura, como mínimo un
elemento desviador que se conformó de manera tal que las aguas
servidas que ingresan al reactor desde la al menos una ranura son
convertidas en un flujo de forma circular visto desde la sección
transversal del reactor. Esta forma de realización permite
simultáneamente con una conformación del distribuidor de suministro
de sencilla construcción, una desviación efectiva de las aguas
servidas suministradas al reactor en un flujo de forma circular
desde el punto de vista de la sección transversal del reactor.
Para lograr una desviación especialmente
efectiva de las aguas servidas suministradas al reactor a una
corriente de forma circular, se propone en un desarrollo ulterior
del concepto de la invención disponer el al menos un elemento
desviador de modo tal que este cubra o bien se sobrelape una ranura
al menos en forma parcial.
Para cumplir con la finalidad antes mencionada
es de especial preferencia cuando el al menos un elemento desviador
que cubre o bien se sobrelapa la al menos una ranura al menos en
forma parcial, presenta esencialmente la misma forma básica que la
al menos una ranura.
En principio tanto la al menos una ranura como
también el al menos un elemento desviador, pueden presentar
cualquier geometría deseada, de las que se mencionan solamente
formas básicas, por ejemplo poligonales, circulares, elípticas,
ovales, cuadradas y rectangulares. De preferencia, la al menos una
ranura y el al menos un elemento desviador presenta la misma forma
básica, mientras se obtienen resultados especialmente buenos, cuando
la forma básica, tanto de la al menos una ranura como también del
al menos un elemento desviador como mínimo es esencialmente
rectangular.
Para poder prescindir de sistemas de fijación
separados para el al menos un elemento desviador, de preferencia el
al menos un elemento desviador con uno de sus lados está unido con
un lado de la al menos una ranura. Esto puede concretarse de manera
especialmente sencilla en la práctica, cuando la al menos una ranura
como también el al menos un elemento desviador presentan una forma
básica esencialmente rectangular y el al menos un elemento
desviador está unido con su lado longitudinal o con su lado ancho
con el lado longitudinal o con el lado ancho de la al menos una
ranura.
Para lograr durante el funcionamiento del
reactor una desviación efectiva del material suministrado al reactor
a través de al menos una ranura a un flujo de forma circular y
además al desconectar el reactor, poder cerrar de manera sencilla
la al menos una ranura, se prefiere de acuerdo con otra forma de
realización preferida de la presente invención que el al menos un
elemento desviador esté unido de manera girable con la al menos una
ranura, por ejemplo, mediante una bisagra.
Se alcanza una desviación especialmente efectiva
de las aguas servidas suministradas al interior del reactor a
través de la al menos una ranura, cuando el al menos un elemento
desviador considerado desde el punto de unión del al menos un
elemento desviador con la al menos una ranura se extiende respecto
de la al menos una ranura en un ángulo que oscila entre 5º y 85º,
de preferencia entre 10º y 70º, de preferencia especial entre 20º y
50º y de preferencia muy especial entre 80º y 40º.
A fin de evitar una sedimentación de las
sustancias sólidas que se encuentran en el medio reactivo, en los
ángulos rectos del recipiente del reactor es de preferencia,
conformar la parte inferior del recipiente del reactor de manera
que se estrecha cónica hacia abajo. De esa manera se logra que los
sólidos que se sedimentan en la pared del recipiente del reactor se
hundan hasta el punto más bajo del piso del reactor y se acumulan
allí. En este caso resultó ventajoso, prever la al menos una ranura
en la parte del recipiente del reactor que se estrecha cónicamente
y el al menos un elemento desviador, en el área de la al menos una
ranura.
Como alternativa es posible y también es
preferible, conformar la parte inferior del recipiente del reactor
en un doble cono, donde la parte superior del cono doble respecto
del plano horizontal, de preferencia presenta un ángulo más pequeño
que la parte inferior del cono doble y la al menos una ranura de
preferencia se dispuso en el área superior del cono doble. En esta
forma de realización el ángulo de la parte superior del cono doble,
respecto del plano horizontal de preferencia se ubica entre 20º y
50º y de preferencia especial entre 25º y 55º y el ángulo de la
parte inferior del cono doble, también respecto del plano horizontal
de preferencia se ubica entre 30 y 70º y de preferencia especial
entre 40º y 50º.
En la forma de realización antes mencionada, la
al menos una ranura de preferencia se previó en el área superior
del cono doble del recipiente del reactor y el al menos un elemento
desviador en el área de la al menos una ranura. De esa manera se
logra que los sólidos que se sedimentan en la pared del recipiente
del reactor se hunden hasta el punto más bajo del piso del reactor
en la parte inferior del cono doble y se acumulan allí, y por lo
tanto se puede evitar en forma confiable una obturación de la al
menos una ranura prevista en el área superior del cono doble.
A efectos de lograr un direccionamiento estable
de la circulación del material suministrado al reactor, también
resultó ventajoso proveer al menos dos ranuras en el área inferior
del recipiente del reactor. Al haber previsto en el distribuidor
del suministro varios elementos desviadores, es posible distribuir
de manera uniforme los distintos elementos desviadores en toda la
sección transversal del reactor, de modo que en el distribuidor del
suministro existan respecto de la sección transversal del reactor
varias áreas sin elementos desviadores y la superficie de sección
transversal de los distintos elementos desviadores sea
comparativamente reducida. La cantidad y la forma de los elementos
desviadores en el reactor dependen además de la sección transversal
del reactor y de la cantidad de material suministrado al reactor por
unidad de tiempo. En las medidas usuales en los reactores para la
purificación anaeróbica de aguas servidas, la cantidad de las
ranuras previstas en el área inferior del recipiente del reactor,
de preferencia se ubica entre 5 y 200, de preferencia especial
entre 25 y 150 y de preferencia muy especial entre 50 y 75.
En un desarrollo ulterior del concepto de la
invención se propone disponer las distintas ranuras -consideradas
desde el eje longitudinal del reactor- a una cierta distancia entre
sí y en sentido radial separadas por la pared del recipiente del
reactor, en una fila, previéndose en el área inferior del recipiente
del reactor 2 a 50, de preferencia 5 a 30 y de preferencia especial
5 a 15 de tales filas. Ello permite por una parte dirigir el
suministro de aguas servidas hacia las distintas ranuras, una fila
en forma de una cañería colectora, y por la otra, el
direccionamiento independiente entre sí del suministro de las aguas
servidas hacia las ranuras de distintas filas.
De preferencia, las distintas ranuras y/o el al
menos un elemento desviador -considerado desde el eje longitudinal
del reactor radialmente hacia fuera- están distribuidas
proporcionalmente a la superficie. Ello puede lograrse, por
ejemplo, cuando visto desde el eje longitudinal del reactor en
sentido radial- en cada superficie circular imaginaria dispuesta
concéntricamente alrededor del eje longitudinal del reactor se haya
prevista la misma cantidad de ranuras o bien de elementos
desviadores, pero las distintas ranuras o bien los elementos
desviadores son de mayor tamaño al aumentar el sentido radial.
Además, esto se puede lograr de manera especialmente preferida
cuando las distintas ranuras o bien los distintos elementos
desviadores en cada caso son del mismo tamaño, pero considerado en
sentido radial desde el eje longitudinal del reactor, al aumentar la
distancia desde el eje longitudinal del reactor, se previeron mayor
cantidad de ranuras o bien mayor cantidad de elementos desviadores
por cada superficie circular imaginaria dispuesta concéntricamente
alrededor del eje longitudinal del reactor.
Por esta razón es de preferencia que para el
suministro de aguas servidas a ser tratadas por medio de las
ranuras al reactor, debajo de cada fila de ranuras en cada caso se
haya previsto una cañería colectora, que está conectada con en cada
caso una cañería de alimentación. En ese caso, las cañerías
colectoras pueden presentar cualquier forma geométrica deseada, en
especial presentar en su sección transversal un perfil en U, un
perfil en V o un perfil rectangular. De manera alternativa, las
cañerías colectoras también se pueden haber previsto en forma
semitubular. De preferencia, las cañerías colectoras pueden haberse
realizado con una sección transversal no constante. De preferencia
especial, la modificación de la sección transversal se eligió de
manera tal que la velocidad de salida desde la entrada de
suministro al reactor, en una realización de la cañería colectora
con al menos dos ranuras, debido a la ranura hacia el espacio
reactivo presenta en cada caso la misma velocidad.
Para lograr una desviación efectiva del material
suministrado por las ranuras al reactor, la cantidad de los
distintos elementos desviadores y las medidas de los distintos
elementos desviadores de preferencia se elige de manera tal que el
3 al 50%, de preferencia el 5 al 40% y de preferencia especial el 10
al 20% de la sección transversal del reactor esté ocupada por
el/los elemento(s) desviador(es).
De acuerdo con otra forma de realización
preferida de la presente invención se previó disponer adicionalmente
a las ranuras y elemento(s) desviador(es) o
alternativamente a las ranuras y elemento(s)
desviador(es) antes descritos en el reactor al menos un
elemento desviador conformado como espiral plana de varios brazos.
Por medio de una conformación plana, en espiral de varios brazos
del al menos un elemento desviador, puede lograrse de manera
especialmente sencilla y confiable una desviación de las aguas
servidas suministradas al reactor en un flujo de forma
circular.
En el sentido de la presente invención se
entiende por espiral plana de varios brazos, cualquier espiral plana
que comprende al menos dos brazos espiralados, y ello sin perjuicio
de la forma concreta de los brazos espiralados e independientemente
de su longitud. Este concepto también incluye especialmente los
espirales, cuyos brazos de espiral individuales rodean el centro de
la espiral en un ángulo menor que 360º o menor que 180º.
Se logran resultados especialmente buenos cuando
el al menos un elemento desviador espiralado presenta al menos
cuatro y de preferencia especial entre cuatro y ocho brazos de
espiral. De esa manera se logra una desviación efectiva de las
aguas servidas suministradas al reactor en un flujo circular.
En principio, la presente invención no está
limitada a la forma concreta de los distintos brazos de espiral del
elemento desviador, donde se obtienen buenos resultados en especial
con elementos desviadores en forma de espiral, cuyos brazos de
espiral individuales presentan esencialmente una forma semielíptica.
En la variante indicada en último término, la curvatura de algunos
o de todos los brazos de espiral de preferencia se prolonga en la
misma dirección.
Para lograr una desviación efectiva de las aguas
servidas suministradas al reactor se propone en un desarrollo
ulterior del concepto de la invención, conformar el al menos un
elemento desviador espiralado de manera tal que este comprenda
cuatro a ocho brazos de espiral conformados esencialmente de manera
semielíptica o semicircular, de los cuales de preferencia dos a
cuatro brazos de espiral presentan una longitud diferente del resto
de los brazos de espiral. Así se logra que las aguas servidas sean
suministradas al reactor de manera uniforme respecto de la sección
transversal del reactor. Un ejemplo de una conformación
especialmente adecuada de esta forma de realización de la invención
antes mencionada, es un elemento desviador con ocho brazos de
espiral conformados esencialmente de manera semielíptica o
semicircular, de los cuales cuatro brazos de espiral presentan otra
longitud que los demás cuatro brazos de espiral.
A fin de mantener reducido el dispendio
constructivo y asegurar un pasaje uniforme del agua a través del
elemento desviador espiralado, se propone en un desarrollo ulterior
del concepto de la invención, prever en el centro del elemento
desviador espiralado un dispositivo de distribución, mientras la
cañería de alimentación desemboca en el centro de un elemento
desviador en el dispositivo de distribución y se distribuye las
aguas servidas transportadas por la cañería de alimentación por
medio del dispositivo de distribución a los distintos brazos de
espiral del elemento desviador.
De preferencia, los brazos de espiral del
elemento desviador presentan una sección transversal tubular. En
esta forma de realización de la presente invención, los distintos
brazos de espiral del elemento desviador por lo tanto están
totalmente revestidos -considerado en su sección transversal- de
modo que puede evitarse de manera confiable un ingreso de
sustancias sólidas en los brazos de espiral, dado que la única
abertura de los brazos de espiral, es decir, la abertura de salida
de los brazos de espiral, debido al líquido que emerge allí no está
accesible para sustancias sólidas que provienen del interior del
reactor.
De acuerdo con otra forma de realización
alternativa preferida de la presente invención se propone, conformar
los brazos de espiral del elemento desviador huecos en su interior
y abiertos hacia abajo. En este caso debido a las superficies
perimetrales de los brazos de espiral internamente huecos y abiertos
hacia abajo, se logra una desviación efectiva del líquido guiado a
través del elemento desviador. En esta forma de realización la/las
abertura(s) de salida de la(s) cañería(s) de
alimentación asignadas a los distintos brazos de espiral del
elemento desviador preferentemente están orientadas hacia el espacio
hueco interno de los brazos de espiral y de preferencia especial se
orientaron tangencialmente respecto de un círculo imaginario
dispuesto concéntricamente alrededor del eje longitudinal, de modo
el agua que emerge de la/las abertura(s) de salida de
la(s) cañería(s) de alimentación impacta sobre la
superficie perimetral interna de los brazos de espiral y así es
correspondientemente desviada. Allí se logra de manera
especialmente confiable una desviación circular del agua
suministrada al reactor, cuando el elemento desviador espiralado se
dispuso perpendicular al eje longitudinal del reactor y
concéntricamente alrededor del eje longitudinal del reactor.
En la forma de realización antes mencionada, los
brazos de espiral del elemento desviador de preferencia se
conformaron en su sección radial en forma de V invertida, U
invertida, rectangular, trapezoidal o poligonal. Especialmente a
causa de la conformación de los brazos de espiral con su sección
radial en V invertida y en U invertida se logra que las sustancias
sólidas que caen desde arriba sobre el elemento desviador, no puedan
acumularse en el perímetro de los brazos de espiral, sino que se
deslizan por la superficie perimetral de los brazos de espiral y
continúan su descenso por el reactor hasta que alcanzan el punto más
bajo del reactor.
Como alternativa, los brazos de espiral del al
menos un elemento desviador en forma de espiral también pueden
haberse conformado circulares en su sección radial, donde la parte
inferior de la sección radial circular está abierta y en los dos
extremos abiertos se dispuso en cada uno de las secciones radiales
un bisel orientado en sentido opuesto a los brazos en espiral, por
lo que los brazos en espiral del al menos un elemento desviador en
espiral presenta una sección radial que esencialmente tiene forma de
bocallave. De esa manera se logra por una parte que las sustancias
sólidas que descienden desde arriba sobre el elemento desviador,
caen de la superficie perimetral de los brazos de espiral y
continúan descendiendo en el reactor y por otra parte se evita que
ingresen sustancias sólidas mediante una corriente lateral desde
abajo en el espacio hueco de los brazos de espiral y puedan
sedimentarse allí.
Otra alternativa es que los brazos de espiral
del al menos un elemento desviador espiralado se conformen de modo
romboidal en la sección radial, donde están abiertas las partes
inferiores de las secciones radiales romboidales y en uno de los
extremos abiertos o en los dos extremos abiertos se dispuso en cada
una de las secciones radiales de los brazos en espiral un bisel que
preferentemente está orientado hacia el lado externo de los brazos
en espiral. También así se evita de manera confiable que las
sustancias sólidas que descienden desde arriba sobre el elemento
desviador, se acumulen sobre el elemento desviador y que sustancias
sólidas ingresen desde abajo en el espacio hueco de los brazos de
espiral.
De modo alternativo, los brazos de espiral del
al menos un elemento desviador en forma de espiral también puede
presentar cualquier otra forma geométrica conocida en su sección
radial, en tanto se asegure mediante la conformación de los brazos
de espiral que no ingresen sustancias sólidas en el espacio hueco de
los brazos de espiral o que puedan acumularse sustancias sólidas en
las superficies perimetrales de los brazos de espiral.
A efectos de lograr por una parte, una
desviación efectiva de las aguas servidas suministradas al reactor
y por la otra impedir una sedimentación de sustancias sólidas que
descienden por el reactor encima del elemento desviador, se propone
en un desarrollo ulterior del concepto de la invención que el al
menos un elemento desviador espiralado ocupe 5 al 70%, de
preferencia 10 al 60% y de preferencia especial 20 al 50% de la
sección transversal del reactor.
De preferencia, el al menos un elemento
desviador espiralado se dispuso perpendicular respecto del eje
longitudinal del reactor y concéntricamente alrededor del eje
longitudinal del reactor. Con esta disposición simétrica se
favorece la desviación a una corriente circular.
De acuerdo con otra forma de realización
preferida de la presente invención resultó ventajoso prever la parte
inferior del reactor en forma de un cono simple o de un cono doble
que se estrecha hacia abajo. Así, se logra que las sustancias
sólidas con elevado peso específico desciendan hasta la punta del
cono y pueden ser descargadas desde allí. De esa manera se puede
evitar de manera confiable una acumulación de sedimentos en el área
del distribuidor de suministro, lo que produce la formación de
espacios inutilizados y una reducción de la sección transversal
efectiva del reactor. Este efecto es intensificado
correspondientemente por el flujo en espiral generado por el
distribuidor de suministro.
Por la razón antes mencionada, además es de
preferencia disponer una cañería de evacuación en el extremo
inferior del cono.
En un desarrollo ulterior del concepto de la
invención se propone prever una cañería de alimentación en el área
inferior del cono, a través de la cual se puede hacer ingresar aguas
servidas, agua limpia o similar al área inferior cónica del
reactor. Así, en caso de necesidad se puede efectuar un lavado del
piso del reactor. Esto es adecuado, por ejemplo, cuando se descargó
sedimentos del área inferior del reactor, para arremolinar
eventuales restos de sedimentos adheridos a las paredes inferiores
del reactor, de modo que estos desciendan hasta el punto más bajo
del cono y puedan ser descargados del reactor por medio de la
cañería de evacuación.
A fin de poder hacer circular los pellets de
microorganismos y el agua contenida en el reactor, de preferencia
el reactor presenta al menos una cañería de flotación, de
preferencia especial una cañería de flotación dispuesta
concéntricamente alrededor del eje longitudinal del reactor, o en
tanto el reactor incluya dos separadores de gas, dos cañerías de
flotación, donde el extremo superior de la al menos una cañería de
flotación está conectada con el/los separador(es) de gas y
por medio de la abertura inferior de salida de la(s)
cañería(s) de flotación en el/los separador(es) se
puede efectuar el retorno de pellets de microorganismos separados y
de agua hacia el área inferior del reactor. En esta forma de
realización, la abertura inferior de salida de la al menos una
cañería de flotación se dispuso por encima o en el área del límite
superior del al menos un elemento desviador.
En tanto en el reactor se hayan previsto una o
varias cañerías de flotación, sus aberturas de salida de preferencia
se dispusieron tangencialmente respecto de un círculo imaginario
dispuesto concéntricamente alrededor del eje longitudinal. En el
caso de dos o más cañerías de flotación, las aberturas de salida se
pueden haber dispuesto todas en la misma dirección tangencialmente
respecto de un círculo imaginario dispuesto concéntricamente
alrededor del eje longitudinal o en forma alternativa haberse
dispuesto en forma alternada de manera tangencialmente opuesta
respecto de un círculo imaginario dispuesto concéntricamente
alrededor del eje longitudinal.
Aunque la presente invención no se limita a
reactores que presentan una o varias cañerías de flotación. Más
aún, el reactor de la invención también puede ser operado sin
cañería de flotación. Además la al menos una cañería de flotación,
también se puede haber dispuesto en cualquier lugar elegido,
respecto de la sección transversal del reactor. Finalmente también
es posible, prever la al menos una cañería de flotación fuera del
recipiente del reactor. Por ejemplo, la al menos una cañería de
flotación puede haberse previsto fuera del recipiente del reactor.
Por otra parte, al menos una cañería de alimentación puede
desembocar en la cañería de flotación, por la cual se suministra a
la cañería de flotación aguas servidas a ser tratadas, agua limpia
o una mezcla de las mismas. La cañería de flotación desemboca de
preferencia en el área del distribuidor de suministro en el
reactor.
A causa de las propiedades y ventajas antes
mencionadas del reactor conforme la invención, este es especialmente
adecuado como reactor UASB o como reactor EGSB.
De acuerdo con una forma de realización
alternativa, el al menos un elemento desviador de preferencia ocupa
del 20 al 70% y de preferencia especial del 30 al 60% de la sección
transversal del reactor.
En esta forma de realización el al menos un
elemento desviador de preferencia se conformó de modo anular, dado
que así se puede lograr de modo especialmente sencillo y confiable
una desviación de las aguas servidas suministradas al reactor en un
flujo circular.
Para lograr una conducción estable en sentido
circular del agua suministrada al reactor, también resultó ventajoso
en esta forma de realización prever en el distribuidor de
suministro al menos dos elementos desviadores, de preferencia
especial dos a cinco elementos desviadores y de preferencia muy
especial dos o tres elementos desviadores. De esa manera es posible
distribuir los distintos elementos desviadores de manera uniforme en
la sección transversal del reactor, de modo que en el distribuidor
del suministro, respecto de la sección transversal del reactor,
existan varias áreas sin elementos desviadores y que la superficie
de la sección transversal de los distintos elementos desviadores
sea comparativamente reducida. La cantidad concreta de elementos
desviadores depende especialmente de la medida de sección
transversal del reactor.
En el sentido de la presente invención, anular
no sólo significa un anillo redondo, sino en general un anillo
formado por un cuerpo anular delgado en su sección radial respecto
de la sección transversal completa del anillo, donde la superficie
base del cuerpo anular puede tener cualquier forma geométrica, por
ejemplo, una forma redonda circular, rectangular, ovalada, elíptica
o poligonal.
En esta forma de realización el cuerpo anular
del al menos un elemento desviador de forma anular puede ser hueco
en su interior y abierto hacia abajo, donde la abertura de salida de
la cañería de alimentación asignada al elemento desviador de
preferencia está orientada en el espacio hueco interno del cuerpo
anular y de preferencia especial de manera tangencial respecto de
un círculo imaginario que se extiende concéntricamente alrededor
del eje longitudinal del reactor, de modo que el agua que emerge de
la abertura de salida de la cañería de alimentación impacta sobre
la superficie interna del cuerpo anular y en consecuencia es
desviada de manera correspondiente. Allí se logra de manera
confiable una desviación circular del agua suministrada al reactor,
especialmente cuando el elemento desviador de forma anular se
dispuso perpendicular respecto del eje longitudinal del reactor y
concéntrico alrededor del eje longitudinal del reactor.
En ese caso, el cuerpo anular del al menos un
elemento desviador puede haberse conformado en forma anular en la
sección radial en V invertida, en U invertida, en forma rectangular,
trapezoidal o poligonal. Como alternativa del anterior, el cuerpo
anular del al menos un elemento desviador de forma anular también se
puede haber conformado circular en la sección radial, mientras la
parte inferior de la sección radial circular está abierta y en los
dos extremos abiertos se dispuso en cada uno de las secciones
radiales un bisel orientado en sentido opuesto al cuerpo anular,
por lo que el cuerpo anular del al menos un elemento desviador de
forma anular presenta una sección radial que esencialmente tiene
forma de bocallave. Otra alternativa es conformar el cuerpo anular
del al menos un elemento desviador anular con una sección radial en
forma romboidal, donde la parte inferior de la sección radial
romboidal está abierta y en uno de los dos extremos abiertos o en
ambos extremos abiertos se dispuso un bisel que preferentemente
está orientado hacia la parte externo del cuerpo anular.
Se alcanzan resultados especialmente buenos
cuando el al menos un elemento desviador de forma anular, presenta
una superficie base redonda, ovalada, elíptica o poligonal.
Además, en esta forma de realización es posible
disponer superpuestos dos elementos desviadores anulares idénticos
o esencialmente similares. Por ejemplo, se puede disponer
superpuestos dos elementos desviadores anulares con en cada caso
una sección radial en V inversa y una superficie base circular, de
modo que para esta estructura resulta una sección radial en forma
de un "doble techo".
Como alternativa del al menos un elemento
desviador de forma anular y/o de cúpula antes mencionado o
adicionalmente a un elemento desviador de forma anular y/o de
cúpula antes mencionado, el reactor de acuerdo con la invención
puede incluir al menos un elemento desviador hueco en su interior y
en forma de cúpula, donde la parte superior de la cúpula está
abierta y la parte inferior de la cúpula está abierta. De
preferencia también este elemento desviador se dispuso de manera
perpendicular al eje longitudinal del reactor y concéntrica
alrededor del eje longitudinal del reactor. También es posible que
el al menos un elemento desviador en forma de cúpula presenta la
forma de un cono hueco, un cono truncado hueco, una semiesfera hueca
o una pirámide truncada hueca, abiertos en la superficie de base,
pero cerrados en las demás superficies. Se logran buenos resultados
en especial, cuando la superficie base del cono hueco o del cono
truncado hueco es redonda, ovalada o elíptica o bien la superficie
base de la pirámide truncada hueca es poligonal, rectangular o
cuadrada.
Como alternativa de un elemento desviador de
forma anular y/o de cúpula o adicionalmente a un elemento desviador
de forma anular y/o de cúpula, el reactor de acuerdo con la
invención puede incluir al menos un elemento desviador que presenta
la forma de un cono truncado hueco o de pirámide truncada hueca
abiertos en la superficie de base y en la superficie superior, pero
cerrados en las superficies laterales. También en esta conformación
del elemento desviador, este de preferencia se dispuso de manera
perpendicular al eje longitudinal del reactor y concéntrica
alrededor del eje longitudinal del reactor.
\global\parskip0.900000\baselineskip
La cantidad y la forma de los elementos
desviadores en el reactor dependen además de la sección transversal
del reactor y de la cantidad de aguas servidas suministradas al
reactor por unidad de tiempo. Mientras en reactores más pequeños ya
puede ser suficiente un elemento desviador, la cantidad de elementos
desviadores en reactores medianos o más grandes, de preferencia
oscila entre dos y cinco y de preferencia especial es de dos o
tres.
De preferencia las limitaciones superiores de
todos los elementos desviadores contenidos en el reactor se
dispusieron en cada caso esencialmente a la misma altura del
reactor.
Otro objeto de la presente invención es un
procedimiento para la purificación anaeróbica de aguas servidas,
donde un reactor que comprende un recipiente del reactor, al menos
un rebase dispuesto en el recipiente superior del reactor para la
descarga de agua limpia, al menos un separador, al menos una cañería
de alimentación dispuesta en el área inferior del recipiente del
reactor con en cada caso al menos una abertura de salida para el
suministro de aguas servidas a ser tratadas al reactor así como al
menos un distribuidor del suministro para el mezclado de las aguas
servidas suministradas al reactor con el medio que se encuentra en
el reactor, donde al distribuidor del suministro que comprende al
menos un elemento desviador que ocupa 1 a 80% de la sección
transversal del reactor, se le suministran aguas servidas a ser
tratadas, donde la abertura de salida de la al menos una cañería de
alimentación se dispuso de manera tal, el al menos un elemento
desviador se conformó de manera tal y la velocidad de las aguas
servidas suministradas se regula de modo tal, que las aguas servidas
que emergen de la abertura de salida de la al menos una cañería de
alimentación son desviadas en el distribuidor del suministro hacia
un flujo de forma circular respecto de la sección transversal del
reactor.
Se logran resultados especialmente buenos cuando
el procedimiento de acuerdo con la invención se lleva a cabo en un
reactor, tal como en un reactor que se describió antes.
A continuación se describe la presente invención
sólo a modo de ejemplo mediante formas de realización ventajosas y
con referencia a los dibujos que se adjuntan.
Estos muestran:
Figura 1 una vista esquemática en corte
longitudinal de un reactor para la purificación anaeróbica de aguas
servidas de acuerdo con un primer ejemplo de realización de la
presente invención,
Figura 2 una vista esquemática de planta sobre
el área superior de un cono doble de la parte inferior del
recipiente de un reactor para la purificación anaeróbica de aguas
servidas de acuerdo con un segundo ejemplo de realización de la
presente invención,
Figura 3 un corte longitudinal de un elemento
desviador de acuerdo con las formas de realización representadas en
las figuras 1 y 2, y
Figura 4 una vista esquemática de planta sobre
el área superior del cono doble de la parte inferior del recipiente
de un reactor para la purificación anaeróbica de aguas servidas de
acuerdo con un tercer ejemplo de realización de la presente
invención,
Figura 5 una vista en perspectiva de un
distribuidor de suministro que contiene el reactor según la
invención, de acuerdo con otro ejemplo de realización de la
presente invención,
Figura 6 un corta radial esquemático de un
elemento desviador en forma de cúpula dispuesto en forma concéntrica
alrededor de una cañería de flotación así como
Figura 7 una sección radial esquemática de un
elemento desviador anular dispuesto en forma concéntrica alrededor
de una cañería de flotación.
\vskip1.000000\baselineskip
El biorreactor 10 representado esquemática en
corte longitudinal en la figura 1 comprende un recipiente del
reactor 12, que en su área media y en su área superior presenta una
conformación cilíndrica y en su parte inferior 14 se estrecha hacia
abajo en cono doble, donde la parte superior 16 del cono doble
presenta respecto del plano horizontal una menor inclinación o bien
un ángulo más pequeño que la parte inferior 18 del cono doble. En
el área superior 16 del cono doble se ubica un distribuidor del
suministro 20 que se compone de una multiplicidad de elementos
desviadores 22, 22' fijados en la pared interna del recipiente del
reactor 12, que se extienden desde la pared del reactor en un
determinado ángulo y cubren ranuras previstas (no representadas)
que se encuentran debajo en la pared del recipiente del reactor 12.
El distribuidor del suministro 20 en principio también puede haberse
dispuesto en la parte inferior 18 del cono doble o, por ejemplo,
estar fijado en la pared del recipiente del reactor 12 mediante
soportes.
En el recipiente medio y superior del reactor 12
se encuentran dos separadores 24, 26 que presentan cada uno varias
cúpulas para gas 28. En la práctica, cada uno de los separadores 24,
26 presenta varias capas de cúpulas para gas 28; pero en la
presente figura 1 por razones de simplicidad se representó por cada
separador 24, 26 en cada caso sólo una capa de cúpulas para gas 28.
Como alternativa, el reactor en lugar de dos separadores diferentes
24, 26 también puede comprender sólo un separador 24, 26. Por encima
del separador superior 26 existen rebases 30, 30', a través de los
cuales el agua purificada se descarga del reactor 10.
\global\parskip1.000000\baselineskip
En el reactor 10 se colocó un dispositivo de
separación de gas 32 que está conectado con los dos separadores 24,
26 a través de las cañerías 34, 34'. Además desde el piso del
dispositivo de separación de gas 32 se extiende una cañería de
flotación 36 a la parte inferior del reactor 10.
Además en la parte inferior del reactor 10, a
saber, en la parte inferior 18 del cono doble, existe una cañería
de evacuación 38 así como una cañería de suministro 40, donde a
través de la cañería de evacuación 3 8 se pueden descargar
sustancias sólidas o bien una suspensión de sólidos y líquidos del
reactor 10 y por la cañería de suministro 40 se puede suministrar
líquido para el lavado de la parte inferior del recipiente del
reactor 14. Finalmente se previeron en el reactor 10 varias
cañerías de alimentación 42, 42' que llevan a los distintos
elementos desviadores 22, 22', de los cuales -a efectos de la mejor
comprensión- sólo se representaron algunos en la figura 1. Por
último, se previó en el reactor 10 una cañería de alimentación 44
que desemboca en el extremo inferior de la cañería de flotación
36.
Mientras funciona el reactor, por las cañerías
de alimentación 42, 42' se hace ingresar aguas servidas a ser
tratadas a través de las ranuras (no representadas) que se
encuentran en la pared del recipiente del reactor 12 en el área
superior 16 del cono doble, al recipiente del reactor 12 y se
desvían de manera tal mediante los elementos desviadores 22, 22'
que las aguas servidas ingresan a un flujo de forma circular
respecto de la sección transversal del reactor. De esa manera se
produce una mezcla íntima entre las aguas servidas suministradas y
el medio que se encuentra en el reactor 10 que se compone de aguas
servidas ya purificadas parcialmente, de pellets de microorganismos
esbozados con puntos pequeños en la figura 1, y de pequeñas burbujas
de gas. Las aguas servidas suministradas desde el distribuidor de
suministro 20 fluyen lentamente hacia arriba en el recipiente del
reactor 12 hasta que llegan a la zona de fermentación que contiene
los pellets de lodo que contiene microorganismos. Los
microorganismos contenidos en los pellets degradan las impurezas
orgánicas contenidas en las aguas servidas, principalmente, en gas
metano y dióxido de carbono. A causa de los gases producidos se
forman pequeñas burbujas de gas, de los cuales los de mayor tamaño
se desprenden de los pellets y circulan en forma de burbujas
gaseosas por el medio, mientras que las pequeñas burbujas de gas
permanecen adheridas a los pellets de lodo. Aquellos pellets, a los
que están adheridos las pequeñas burbujas de gas y los que por lo
tanto presentan un menor peso específico que los demás pellets y que
el agua, ascienden en el recipiente del reactor 12 hasta que llegan
al separador inferior 24.
Las pequeñas burbujas de gas libres quedan
atrapadas en las cúpulas para gas 28 y conforman un colchón gaseoso
en la cima de las cúpulas para gas 28. Directamente debajo del
colchón gaseoso se conforma una capa de flotación compuesta de
pellets de microorganismos con pequeñas burbujas de gas adheridas a
los mismos. El gas acumulado en las cúpulas para gas 28 así como
los pellets y el agua de la capa de flotación son extraídos de las
cúpulas para gas 28, por ejemplo, desde una abertura (no
representada) existente del lado frontal de las cúpulas para gas 28
eventualmente se mezclan entre sí por medio de una cámara de
mezclado (no representada) y se guían mediante la cañería 34' al
dispositivo de separación gaseosa 32.
El agua, los pellets de microorganismos y las
burbujas de gas que ascienden y no fueron separadas ya en el
separador 24 inferior, continúan subiendo en el recipiente del
reactor 12 hasta llegar al separador superior 26. A causa de la
reducción de la presión hidrostática entre el separador inferior 24
y el separador superior 26 las últimas pequeñas burbujas de gas se
desprenden de los pellets de microorganismos que llegaron al
separador superior 26, de modo que nuevamente aumenta el peso
específico de los pellets y se produce el descenso de dichos
pellets. Las burbujas de gas restantes son capturadas en las cúpulas
para gas 2 8 del separador superior 26 y a su vez son trasladadas
en los lados frontales de las distintas cúpulas para gas 28 hacia
una cañería colectora de gas, desde la cual el gas es guiado a
través de la cañería 34 hacia el separador de gas 32. El agua ya
purificada continúa ascendiendo desde el separador superior 26 hasta
que es descargada del reactor 10 mediante los rebases 30, 30' a
través de una cañería de descarga de agua (no representada).
En el separador de gas 32 el gas es separado del
agua restante y de los pellets de microorganismos, mientras se
recircula la suspensión de pellets y de las aguas servidas a través
de la cañería de flotación 36 hacia el recipiente del reactor 12.
Para ello la abertura de salida de la cañería de flotación 36
desemboca a la altura de los elementos desviadores 22, 22', donde
la suspensión de pellets y aguas servidas retornada es mezclada con
las aguas servidas suministradas al reactor 10 por medio de las
cañerías de alimentación 42, 42' y sometida a un flujo circular,
tras lo cual comienza nuevamente el circuito.
Por la cañería de alimentación 44 según
necesidad se puede suministrar en forma continua o discontinua aguas
servidas a ser tratadas o agua limpia a la cañería de flotación 36,
a fin de diluir la suspensión retornada al reactor 10 por medio de
la cañería de flotación 36 y evitar así una obturación de la cañería
de flotación 36.
Según el origen de las aguas servidas
suministradas al reactor 10 por medio de las cañerías de
alimentación 42, 42', dichas aguas servidas contienen sustancias
sólidas en mayor o en menor medida. Las aguas servidas provenientes
de la industria del papel por ejemplo contienen concentraciones
significativas de agentes de relleno sólidos y de calcio. Después
de que las aguas servidas con contenido de sólidos fueron
trasladadas por las cañerías de alimentación 42, 42' hacia las
ranuras y luego hacia los elementos desviadores 22, 22', estas son
convertidas a través de los elementos desviadores 22, 22' en un
flujo de forma circular respecto de la sección transversal del
reactor 10 y ascienden después de superar los elementos desviadores
22, 22' hasta la parte cilíndrica del recipiente del reactor. La
proporción de las sustancias sólidas contenidas en las aguas
servidas que excede un valor mínimo de densidad específica, ya
después de salir de los elementos desviadores 22, 22' se hunde
descendiendo al cono doble que se estrecha hacia abajo y se acumula
en la punta inferior de la parte inferior 18 del cono doble. Además
una parte del calcio contenido en las aguas servidas también se
sedimenta por cristalización en los pellets de lodo que en ese
sentido también actúan como centros de cristalización, después de
que las aguas servidas ascendieron hasta el sector del lecho de
lodo. Por ello, en una parte de los pellets de lodo se excede un
valor crítico de densidad específica, en consecuencia estos
descienden desde el lecho de lodo y también se acumulan en la punta
inferior de la parte inferior 18 del cono doble. A causa de la
geometría y la disposición de los elementos desviadores 22, 22' se
asegura que los pellets pesados que descienden desde la parte
superior, no se sedimentan sobre los elementos desviadores 22, 22',
sino que se deslizan de la superficie externa de los elementos
desviadores 22, 22' y también se acumulan en la punta inferior de
la parte inferior 18 del cono doble. El sedimento que se acumula en
la punta inferior del reactor 10 puede ser descargado del reactor
10 por medio de la cañería de evacuación 38 según sea necesario de
manera continua o en lotes.
Además, a través de la cañería de suministro 40
también se puede suministrar agua según necesidad en forma continua
o en cargas a la parte inferior 18 del cono doble a fin de
arremolinar eventuales sedimentos adheridos a las paredes del cono
doble, tras lo cual estos sedimentos también pueden ser descargados
del reactor 10 por las cañerías de evacuación 38. El agua
suministrada al reactor 10 por la cañería de suministro 40 puede
ser aguas servidas a ser tratadas, aguas servidas recirculadas del
reactor, agua limpia o una mezcla de estas.
En la figura 2 la parte superior 16 del cono
doble de la parte inferior del recipiente del reactor 14 de un
reactor para la purificación anaeróbica de aguas servidas se
representó de acuerdo con un segundo ejemplo de realización de la
presente invención en vista esquemática de planta. El reactor
representado en la figura 2 equivale al representado en la figura
1, salvo que el reactor que se muestra en la figura 2 comprende dos
cañerías de flotación (36, 36').
El distribuidor del suministro 20 comprende en
total 36 elementos desviadores rectangulares 22, de los cuales en
cada caso se agruparon 4 en una fila dispuesta en sentido radial
desplazadas entre sí, separados por los elementos desviadores 22
separados por la pared del recipiente del reactor, de modo que el
distribuidor del suministro presenta 12 filas de cada una cuatro
elementos desviadores 22. En el área de los elementos desviadores
22 desembocan las dos cañerías de flotación 36, 36' en el reactor
10, donde las aberturas de salida 46, 46' de las dos cañerías de
flotación 36, 36' se dispusieron en cada caso opuestas
tangencialmente alrededor de un círculo imaginario que se estrecha
concéntricamente alrededor del eje longitudinal del reactor.
En la forma de realización representada en la
figura 2, las distintas ranuras y elementos desviadores por lo
tanto no están distribuidos de manera proporcional a la superficie
radialmente respecto del eje longitudinal del reactor hacia el lado
externo. Como alternativa de la forma de realización representada en
la figura 2, las ranuras y elementos desviadores también pueden
estar distribuidas de manera proporcional a la superficie en el
sentido radial respecto del eje longitudinal del reactor. Esto de
preferencia puede concretarse porque a mayor distancia radial
respecto del eje longitudinal del reactor, se puede disponer una
mayor cantidad de ranuras y elementos desviadores en la superficie
circular imaginada alrededor del eje longitudinal del reactor.
Como surge de la figura 3, que representa un
corte longitudinal de un elemento desviador 24 de acuerdo con las
formas de realización representadas en las figuras 1 y 2, en la
pared del reactor 50, 50' de la parte superior 16 del cono doble
existe una ranura rectangular 48 que está rodeado en todos sus lados
por la pared del recipiente del reactor 50, 50'. De un lado de la
ranura 48 se fijó de manera girable un elemento desviador 22 que
también se realizó de forma rectangular, por medio de una bisagra
52, y se ajustó de modo que se extiende en un determinado ángulo
desde la pared del recipiente del reactor 50, 50' y cubre totalmente
la ranura 48. Por debajo de la ranura 48 se encuentra una cañería
colectora 54 que se extiende radialmente desde la cañería de
alimentación no representada hacia el piso del reactor 50, 50' y se
conformó con una sección transversal rectangular; por esta se
suministra agua durante el funcionamiento del reactor, a través de
la ranura 48 hacia el interior del reactor y esta agua al pasar por
el elemento desviador 22 se convierte en un flujo de forma circular
visto desde la sección transversal del reactor.
En la forma de realización representada en la
figura 4, el elemento desviador 22'' previsto en el área superior
16 del cono doble del recipiente del reactor 12 se conformó como
espiral plana de varios brazos que se dispusieron concéntricamente
alrededor del eje longitudinal del reactor. El elemento desviador
22'' conformado como espiral plana de varios brazos comprende ocho
brazos de espiral 56, 56', de los cuales cuatro brazos de espiral 56
presentan otra longitud que los restantes cuatro brazos de espiral
56'. Todos los brazos de espiral 56, 56' presentan una sección
transversal circular y se conformaron con una curvatura
esencialmente semielíptica, prolongándose las curvaturas de todos
los brazos de espiral 56, 56' en la misma dirección. En el centro
del elemento desviador espiralado se encuentra un dispositivo de
distribución 58, que está conectado con una cañería de alimentación
para aguas servidas no representada aquí, y por medio del
dispositivo de distribución 58 se distribuyen las aguas servidas
suministradas al elemento desviador 22'' por medio de esa cañería de
alimentación a los distintos brazos de espiral 56, 56', por cuyas
aberturas de salida ingresan las aguas servidas en el interior del
reactor y son desviadas a un flujo de forma circular visto desde la
sección transversal del reactor. También el reactor conforme esta
realización comprende dos cañerías de flotación 36, 36'.
En la figura 5 se representó un distribuidor del
suministro 20 de acuerdo con otro ejemplo de realización que puede
colocarse en el reactor 10 conforme la invención. El distribuidor
del suministro 20 incluye dos elementos desviadores 22, 22'
anulares que se dispusieron concéntricamente alrededor del eje
longitudinal del reactor. Los cuerpos anulares de ambos elementos
desviadores 22, 22' presentan una sección radial en forma de V
inversa, siendo los cuerpos anulares huecos por dentro y abiertos
hacia abajo. Además, el distribuidor del suministro 20 comprende un
elemento desviador 22'' en forma de cúpula, dispuesta en forma
concéntrica alrededor del eje longitudinal del reactor que presenta
en su parte inferior una sección de cono truncado hueco 60 y en su
área superior una sección en forma de esfera hueca 62. También el
elemento desviador 22'' en forma de cúpula es hueco en su interior
y está abierto hacia abajo, es decir, en la superficie base del cono
truncado hueco 60.
El distribuidor del suministro 20 se ubica en la
transición entre el recipiente de reactor 12 de forma cilíndrica
(no representado) y la parte del recipiente del reactor 14 en forma
de embudo que se estrecha hacia abajo.
Por las cañerías de alimentación 42 se hace
ingresar en cada caso aguas servidas a ser tratadas al espacio
hueco de los distintos elementos de desviación 22, 22', 22''. Todas
las cañerías de alimentación 42 se desprenden de una cañería
colectora central de suministro 54, conformada como anillo circular
y dispuesta concéntricamente alrededor del distribuidor del
suministro 20.
Como además puede verse en la figura 5, la
cañería de flotación 36 dispuesta concéntricamente alrededor del
eje longitudinal del reactor, proveniente del dispositivo de
separación de gas 32 lleva al elemento desviador 22'' en forma de
cúpula, donde la abertura de salida de la cañería de flotación 36
desemboca apenas por debajo del límite superior del elemento
desviador 22''. Como ya se explicó antes, durante el funcionamiento
del reactor se efectúa el retorno por la cañería de flotación 36 de
una suspensión de aguas servidas y pellets de microorganismos al
área del distribuidor del suministro 20. A efectos de evitar una
obturación de la cañería de flotación 36 por ejemplo a causa de una
concentración elevada de pellets en la suspensión o debido a una
reducción de la presión en la cañería de flotación 36, puede
desembocar otra cañería de alimentación (no representada) por
encima del límite superior del elemento desviador 22'' en forma de
cúpula, en la cañería de flotación 36, a fin de generar un flujo
arremolinado en el punto de desembocadura en la cañería de flotación
36, con el cual se eliminan posibles obturaciones o aglomeraciones
de pellets causados por fuerzas de cizallamiento.
En la figura 6 se representó en sección radial
esquemático la parte del distribuidor de suministro 20 que
comprende la sección inferior de la cañería de flotación 36 y el
elemento desviador 22'' en forma de cúpula, que es equivalente al
distribuidor del suministro 20 representado en la figura 5, salvo
que el elemento desviador 22'' en forma de cúpula presenta una
sección en forma de cono hueco en lugar de una sección esférica
hueca. Durante el funcionamiento del reactor 10, a través de las
cañerías de alimentación 42, 42' se suministra aguas servidas a ser
tratadas al espacio hueco del elemento desviador 22'' en forma de
cúpula.
Además, a través de la cañería de flotación 36
llega una suspensión de aguas servidas recirculadas y pellets de
microorganismos al espacio hueco del elemento desviador 22'' en
forma de cúpula. En la figura 6 se indicaron con flechas las vías
de circulación en las aberturas de expelido de las cañerías de
alimentación 42, 42' y de la cañería de flotación 36. A causa de
las condiciones de circulación se produce una zona mixta en el
espacio hueco del elemento desviador 22'' en forma de cúpula, que
está esbozada por el círculo punteado en la figura 6, en donde se
mezclan íntimamente entre sí la suspensión de aguas servidas y de
pellets de microorganismos que emerge de la cañería de flotación 36
con las aguas servidas a ser tratadas suministradas por las cañerías
de alimentación 42, 42'.
En la figura 7 se representó una forma de
realización alternativa respecto del ejemplo de realización de la
figura 6. En el ejemplo de realización que se muestra en la figura
7, se dispuso un elemento desviador anular 22 con una sección
radial inversa en V, en forma concéntrica alrededor de la cañería de
flotación 36. La abertura de salida de la cañería de flotación 36
se encuentra aproximadamente a la altura del extremo inferior del
cuerpo anular. También en este ejemplo de realización se indicó
mediante flechas las condiciones circulación de las aguas servidas
suministradas y de los pellets retornados a través de la cañería de
flotación 36 así como de las aguas servidas a ser tratadas
desviadas por el elemento desviador 22 de forma anular. También en
este ejemplo de realización se forma una zona mixta esbozada con
línea de puntos en la figura 7, en la que se mezclan íntimamente
entre sí las aguas servidas suministradas por las cañerías de
alimentación 42 (no representada) así como las aguas servidas
recirculadas por la cañería de flotación 36, así como los
pellets.
- 10
- (bio)reactor
- 12
- recipiente del reactor
- 14
- parte inferior del recipiente del reactor, en forma de embudo
- 16
- parte superior del cono doble
- 18
- parte inferior del cono doble
- 20
- distribuidor del suministro
- 22, 22', 22''
- elemento desviador
- 24
- separador inferior
- 26
- separador superior
- 28
- cúpula para gas
- 30, 30'
- rebase
- 32
- dispositivo de separación de gas
- 34, 34'
- cañería
- 36, 36'
- cañería de flotación
- 38
- cañería de evacuación
- 40
- cañería de suministro al lavado
- 42, 42'
- cañería de alimentación hacia el elemento desviador
- 44
- cañería de alimentación hacia la cañería de flotación
- 46, 46'
- abertura de salida de la cañería de flotación
- 48
- ranura
- 50, 50'
- pared del recipiente del reactor
- 52
- bisagra
- 54
- cañería colectora
- 56, 56'
- brazo espiral
- 58
- dispositivo de distribución
- 60
- sección del cono truncado hueco
- 62
- sección en forma de esfera hueca
Claims (15)
1. Reactor (10) para la purificación anaeróbica
de aguas servidas que comprende un recipiente del reactor (12), al
menos una cañería de alimentación (42, 42') dispuesta en el área
inferior (14) del recipiente del reactor (12) para el suministro de
aguas servidas a ser tratadas al reactor (10), al menos un
distribuidor del suministro (20) para el mezclado de las aguas
servidas suministradas al reactor (10) con el medio que se
encuentra en el reactor (10), al menos un rebase (30, 30') dispuesto
en el recipiente superior del reactor (12) para evacuar el agua
limpia así como al menos un separador (24, 26), caracterizado
porque el distribuidor del suministro (20) comprende al menos un
elemento desviador (22, 22', 22''), donde el al menos un elemento
desviador (22, 22', 22'') se conformó de manera tal que las aguas
servidas que emergen de la al menos una cañería de alimentación
(42, 42') son desviadas a un flujo, que es circular visto desde la
sección transversal del reactor y de dirección ascendente, y donde
1 a 80% de la sección transversal del reactor están ocupados por el
al menos un elemento desviador (22, 22', 22'').
2. Reactor de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque el al menos un elemento desviador (22,
22', 22'') ocupa 2 al 70%, de preferencia 3 al 60% y de preferencia
especial 5 al 50% de la sección transversal del reactor.
3. Reactor de acuerdo con la reivindicación 1 o
2, caracterizado porque la al menos una cañería de
alimentación (42, 42') finaliza fuera del recipiente del reactor
(12) y en la pared del área inferior (14) del recipiente del
reactor (12) se previó al menos una ranura (48), a través de la cual
las aguas servidas que emergen de la al menos una cañería de
alimentación (42, 42') ingresan en el área inferior (14) del
recipiente del reactor (12).
4. Reactor de acuerdo con la reivindicación 3,
caracterizado porque el al menos un elemento desviador (22,
22') previsto en el interior del reactor (10) en el área de la al
menos una ranura (48), se conformó de manera tal que las aguas
servidas que ingresan desde la al menos una ranura (48) al reactor
(10) son desviadas a un flujo, que es circular visto desde la
sección transversal del reactor y de dirección ascendente.
5. Reactor de acuerdo con la reivindicación 4,
caracterizado porque el al menos un elemento desviador (22,
22') se superpone con la al menos una ranura (48) al menos en forma
parcial.
6. Reactor de acuerdo con la reivindicación 1 ó
2, caracterizado porque el al menos un elemento desviador
(22'') se conformó como espiral plana de varios brazos.
7. Reactor de acuerdo con la reivindicación 6,
caracterizado porque el al menos un elemento desviador
espiralado (22'') presenta al menos dos, de preferencia al menos
cuatro y de preferencia especial cuatro a ocho brazos de espiral
(56, 56').
8. Reactor de acuerdo con la reivindicación 6 ó
7, caracterizado porque los distintos brazos de espiral (56,
56') del al menos un elemento desviador espiralado (22'')
esencialmente presentan la forma de una semielipse o de un
semicírculo, en los que las curvaturas de todos los brazos de
espiral (56, 56') se prolongan en la misma dirección.
9. Reactor de acuerdo con una de las
reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque el al menos un
elemento desviador espiralado (22'') comprende cuatro a ocho brazos
de espiral (56, 56') conformados esencialmente como semielipse o
semicírculo, de los cuales dos a cuatro brazos de espiral (56)
presentan una longitud diferente que los demás brazos de espiral
(56').
10. Reactor de acuerdo con una de las
reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque el reactor
presenta una cañería de alimentación (42, 42') y el distribuidor
del suministro (20) presenta un elemento desviador espiralado
(22'') así como un dispositivo de distribución (58), donde la
cañería de alimentación (42, 42') en el centro de un elemento
desviador (22'') desemboca en el dispositivo de distribución (58) y
las aguas servidas guiadas a través de la cañería de alimentación
son distribuidas por medio del distribuidor (58) en los distintos
brazos de espiral (56, 56') del elemento desviador (22'').
11. Reactor de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la parte
inferior del reactor (10) presenta la forma de un cono simple que
se estrecha hacia abajo o la forma de un cono doble.
12. Reactor de acuerdo con la reivindicación 11,
caracterizado porque en el extremo inferior del cono se
dispuso una cañería de evacuación (38).
13. Reactor de acuerdo con la reivindicación 11
ó 12, caracterizado porque en el área inferior del cono se
dispuso una cañería de suministro (40) para el lavado del piso del
reactor.
14. Procedimiento para la purificación
anaeróbica de aguas servidas, donde a un reactor (10) que comprende
un recipiente del reactor (12), al menos un rebase (30, 30') para
evacuar el agua limpia dispuesto en el recipiente superior del
reactor (12), al menos un separador (24, 26), al menos una cañería
de alimentación (42, 42') dispuesta en el área inferior del
recipiente de reactor (12), con en cada caso al menos una abertura
de salida para suministrar aguas servidas a ser tratadas al reactor
(10) así como al menos un distribuidor del suministro (20) para el
mezclado de las aguas servidas suministradas al reactor (10) con el
medio que se encuentra en el reactor (10), donde el distribuidor
del suministro (20) comprende al menos un elemento desviador (22,
22', 22'') que ocupa 1 a 80% de la sección transversal del reactor,
se le suministran aguas servidas a ser tratadas, donde la abertura
de salida de la al menos una cañería de alimentación (42, 42) se
dispuso de manera tal, el al menos un elemento desviador (22, 22',
22'') se conformó de manera tal, y la velocidad de las aguas
servidas suministradas se reguló de manera tal, que las aguas
servidas que emergen desde la abertura de salida de la al menos una
cañería de alimentación (42, 42') en el distribuidor de suministro
(20) son desviadas en un flujo que es circular visto desde la
sección transversal del reactor y de dirección ascendente.
15. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 14, caracterizado porque esto se realiza en un
reactor (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 13.
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