ES2632357T3 - Elemento portador, sistema de tratamiento de agua biológico y su uso, y método para tratar biológicamente agua residual - Google Patents
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Abstract
Elemento portador para un sistema de tratamiento de agua biológico aeróbico, teniendo el elemento portador: - un primer extremo y un segundo extremo a una distancia entre ellos, siendo el diámetro máximo del primer extremo mayor que el diámetro máximo del segundo extremo de forma que el elemento portador tiene forma cónica, - siendo la longitud del elemento portador, medida perpendicularmente desde el primer extremo al segundo extremo 11,0-14,9 mm, - estructuras de superficie de crecimiento de biopelícula, que son paredes internas que se extienden desde el primer extremo al segundo extremo, y desde la parte interna del elemento hacia la periferia del elemento, comprendiendo el elemento portador un eje central longitudinal sólido al que están unidas las paredes internas, - al menos dos estructuras de soporte que rodean las estructuras de superficie de crecimiento en la periferia del elemento y que conectan las estructuras de superficie de crecimiento entre ellas, definiendo las estructuras de soporte la superficie límite exterior del elemento portador, donde las estructuras de soporte están separadas entre ellas de manera que se forman aberturas que permiten el acceso a las estructuras de superficie de crecimiento de biopelícula entre las estructuras de soporte, estando las aberturas en la superficie límite exterior del elemento portador frente al área transversal de una superficie límite de un elemento sólido similar por encima de 42%, y - una de cada dos paredes internas alternas tiene forma de triángulo, la base del triángulo se sitúa en el segundo extremo del elemento portador, donde está dispuesta en conexión con las otras paredes internas, y el vértice de la pared triangular está dispuesto en conexión con la estructura de soporte en el primer extremo del elemento portador.
Description
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DESCRIPCION
Elemento portador, sistema de tratamiento de agua biologico y su uso, y metodo para tratar biologicamente agua residual
La invencion se refiere a un elemento portador y a un sistema de tratamiento de agua biologico segun los preambulos de las reivindicaciones adjuntas. La invencion se refiere tambien al uso del elemento portador o el sistema de tratamiento de aguas biologico y a un metodo para tratar biologicamente el agua residual.
Campo tecnico
En el tratamiento de agua biologico, el agua se pasa a traves de un reactor en el que se usan microorganismos para convertir impurezas en productos finales inocuos. En el reactor, los microorganismos pueden hacerse crecer en suspension o como una biopelfcula sobre superficies fijas o sobre elementos portadores, que forman un lecho flotante dentro del cuerpo del reactor. Cuando se usan elementos portadores para hacer crecer una biopelfcula, el tamano del area superficial del elemento portador es de la maxima importancia. Aumentando la superficie del elemento portador es posible aumentar el area superficial proporcionada para el crecimiento de la biopelfcula. Sin embargo, esto aumenta a menudo la complejidad estructural del elemento portador.
El procedimiento de tratamiento de agua se puede realizar de forma aerobica, lo que significa que se suministra oxfgeno o aire al reactor. En el procedimiento se consume una gran cantidad de oxfgeno debido a la oxidacion bioqmmica de compuestos organicos e inorganicos. Al mismo tiempo, la masa de la biopelfcula aumenta sobre las superficies del portador debido al crecimiento y la union de los solidos. Sin embargo, las impurezas del agua residual, el oxfgeno y los microorganismos deben ser capaces de mantener un contacto suficiente entre ellos con el fin de garantizar los resultados de la purificacion.
A veces se ha supuesto que en un procedimiento que emplea portadores que se mueven libremente en un reactor, la abrasion mecanica y los elevados caudales pueden erosionar la biopelfcula en crecimiento sobre las superficies del portador, lo que podna reducir la eficacia del procedimiento. Esta suposicion ha llevado a un intento de reducir el caudal a traves del portador aumentando la complejidad estructural y el tamano del portador.
El documento DE 102 31 217 describe un elemento portador elaborado con plastico con mantos tubulares exteriores e interiores conectados por laminas.
El documento DE 10 2004 062 915 describe un portador que se usa en la purificacion biologica de agua o de agua residual. El portador tiene una longitud, anchura y/o altura de al menos 3,5 cm e incluye una superficie estructurada revestida externamente con alabes, bridas o nervaduras de extensiones radiales diferentes.
El documento US 6.383.373 describe un dispositivo de filtracion biologica que comprende una seccion de introduccion de agua no tratada, una seccion de filtracion biologica, una seccion de soporte y una seccion de recogida del agua, incluyendo la seccion de filtracion biologica un lecho fijo que comprende una partfcula portadora hueca elaborada con resina.
El documento WO 95/25072 describe un portador de biopelfcula para la purificacion de agua y agua residual.
Un problema conocido en los procedimientos existentes es la obstruccion del portador producido por el crecimiento excesivo de lodo y su precipitacion, especialmente cuando se usan elementos portadores con estructura compleja. Si la biopelfcula sobre la superficie del portador crece demasiado, y el portador se obstruye, los resultados de purificacion del procedimiento estan deteriorados. Los microorganismos no entran en contacto con las impurezas del agua y/o el oxfgeno. El problema puede ser resuelto aumentando la mezcla mediante el suministro de aire en el reactor, lo cual aumenta el consumo de energfa del procedimiento.
Se ha realizado un esfuerzo para resolver el problema de la obstruccion aumentando el tamano del elemento portador. El documento EP 750.591 describe el uso de elementos portadores que tengan su superficie parcialmente protegida frente a la colision con las superficies de otros elementos portadores en un procedimiento biologico de purificacion de agua o de agua residual. Los elementos portadores tienen una longitud, anchura y/o altura que supera 1,5 cm, preferiblemente en el intervalo que va de 2,5 a 10 cm, particularmente en el intervalo que va de 3 a 6 cm.
El documento EP 575.314 describe un metodo para la purificacion de agua en el se deja fluir el agua residual a traves de un reactor que contiene portadores sobre los que se ha hecho crecer una biopelfcula. Los portadores estan en forma de piezas de un tubo con dimensiones lineales en el intervalo de 0,2-3 cm, particularmente de 0,51,5 cm y estan elaborados en plastico blando por el metodo de extrusion. El objetivo ha sido maximizar el area superficial del portador para el crecimiento de la biopelfcula.
El documento DE 102 31 217 A1 describe un elemento tubular elaborado por extrusion y previsto para ser utilizado con un elemento de empaquetamiento en lechos fijos estacionarios. El elemento tiene un diametro unitario a lo largo de su longitud, pero sus extremos pueden ser rectos o conicos.
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Objetivo y compendio de la invencion
Un objetivo de esta invencion es minimizar o incluso eliminar las desventajas existentes en la tecnica anterior.
Un objetivo es tambien proporcionar un elemento portador que minimice el riesgo de obstruccion del portador.
Un objetivo adicional de esta invencion es proporcionar un elemento portador y un metodo que permita un contacto eficaz entre la biopelfcula y las impurezas y el oxfgeno en el agua.
Todavfa otro objetivo de la invencion es proporcionar un elemento portador y un sistema de tratamiento de agua biologico con el que el consumo de energfa del procedimiento de tratamiento pueda ser disminuido.
Estos objetivos se obtienen con la presente invencion que tiene las caractensticas presentadas a continuacion en las partes de caracterizacion de las reivindicaciones independientes.
Descripcion detallada de la invencion
Un elemento portador tfpico segun la presente invencion para un sistema de tratamiento de agua biologico aerobico se define en la reivindicacion 1. Tiene, entre otros,
- un primer extremo y un segundo extremo a una distancia entre ellos, siendo el diametro maximo del primer extremo mayor que el diametro maximo del segundo extremo,
- estructuras de superficie de crecimiento de biopelfculas que se extienden desde el primer extremo al segundo extremo y desde la parte interior del elemento hacia la periferia del elemento y,
- al menos dos estructuras de soporte que rodean las estructuras de superficie de crecimiento en la periferia del elemento y que conectan las estructuras de superficie de crecimiento entre ellas, definiendo las estructuras de soporte la superficie lfmite exterior del elemento portador, donde las estructuras de soporte estan separadas entre ellas de manera que se forman aberturas que permiten el acceso a las estructuras de superficie de crecimiento de biopelfcula, en la periferia del elemento entre las estructuras de soporte.
El sistema de tratamiento de agua biologico habitual segun la presente invencion comprende un reactor de tratamiento, que tiene un volumen de reactor definido por la(s) parede(s) y el fondo del reactor, cuyo volumen del reactor comprende elementos portadores segun la invencion que se pueden mover libremente.
El metodo habitual para tratar biologicamente agua residual segun la presente invencion comprende:
- llevar al agua que debe ser tratada o purificada a un reactor de tratamiento que comprende elementos portadores que se mueven libremente, suspendidos en el agua, en el reactor de tratamiento, y sobre los que se hace crecer una biopelfcula,
- alimentar aire u oxfgeno al reactor de tratamiento, y
- sacar el agua tratada o purificada del reactor de tratamiento,
- usando elementos portadores segun la invencion en el reactor de tratamiento.
Ahora se ha encontrado sorprendentemente que mediante el diseno adecuado del elemento portador es posible obtener un elemento portador que proporciona un area superficial elevada y, al mismo tiempo, una estructura abierta que permite que los microorganismos de la biopelfcula entren en contacto con las impurezas en el agua y con el oxfgeno. La estructura abierta del elemento portador segun la presente invencion asegura un flujo eficaz de parte a parte y la purga del elemento portador, de esta forma se evitan o al menos se minimizan el crecimiento excesivo de la biopelfcula sobre las paredes internas y la obstruccion del elemento portador. El elemento portador tambien tiene una estructura de soporte que protege las paredes internas del elemento y lo hace mecanicamente fuerte. Todas estas propiedades hacen que el elemento portador sea mas eficaz y mas eficiente energeticamente con lo que el consumo de energfa del procedimiento de tratamiento puede ser reducido, bien reduciendo el tamano del reactor o bien usando menos aireacion anadida para la mezcla y para el suministro de oxfgeno.
El elemento portador segun la presente invencion comprende estructuras de superficie de crecimiento de biopelfculas que tambien se denominan en esta solicitud paredes internas. Estos dos terminos son totalmente intercambiables en este contexto. Las paredes internas son estructuras planas largas que funcionan como superficies sobre las que crece la biopelfcula. Las paredes internas forman una estructura con forma de cruz o de estrella y se extienden hacia la superficie periferica del elemento portador. Todas las paredes internas del elemento portador se extienden desde un punto inicial en el centro del elemento hacia la periferia del elemento, y estan habitualmente en contacto entre ellas en el punto inicial. En otras palabras, el eje longitudinal central del elemento portador esta cerrado para el flujo de agua y el elemento portador comprende un eje longitudinal solido al que estan
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unidas las paredes internas. Las paredes internas proporcionan resistencia mecanica anadida a la estructura del elemento portador, especialmente cuando el tamano global del elemento es pequeno. Habitualmente, el elemento portador segun la presente invencion tiene 4 a 8 paredes internas, mas preferiblemente 6 a 8 paredes internas. Las paredes internas estan dispuestas preferiblemente en una disposicion con forma de estrella simetrica, de manera que las paredes individuales estan separadas equidistantemente entre ellas. El grosor de la pared es habitualmente 0,2-1,0 mm, mas habitualmente 0,4-0,8 mm.
Segun la invencion, una de cada dos paredes internas alternas tiene forma de triangulo, preferiblemente de triangulo rectangulo. Cuando la pared interna tiene forma triangular, la base del triangulo se situa en el segundo extremo del elemento portador, donde esta dispuesta en conexion con las otras paredes internas. El vertice de la pared triangular esta dispuesto en conexion con una estructura de soporte en el primer extremo del elemento portador.
Las estructuras de soporte reforzantes del elemento portador estan dispuestas para rodear las paredes internas en la periferia del elemento, aumentando adicionalmente por lo tanto la resistencia mecanica del elemento portador. Habitualmente las estructuras de soporte tienen una estructura con forma de cinta estrecha que rodea las paredes internas en la periferia del elemento. Las estructuras de soporte definen la superficie lfmite exterior del elemento portador. Esto significa que las estructuras de soporte definen la superficie lfmite exterior parcialmente virtual del elemento portador. Generalmente hay mas de una estructura de soporte, habitualmente dos estructuras de soporte, mas habitualmente tres estructuras de soporte. En el caso de tres estructuras de soporte, la primera estructura esta dispuesta habitualmente cerca del primer extremo del elemento portador, la segunda esta dispuesta cerca del segundo extremo del elemento portador, y la tercera en la seccion media entre el primer y el segundo extremo. La estructura de soporte reforzante es normalmente una estructura continua con forma de anillo que tiene una cierta altura en la direccion longitudinal del elemento portador. Tambien es posible que una estructura de soporte individual este formada por varios miembros con forma de cordon fino, que se retuercen juntos o que estan dispuestos a una corta distancia unos de otros. En el caso de que la estructura de soporte este formada por varios miembros con forma de cordon fino, la distancia entre estructuras de soporte adyacentes es claramente mayor que la distancia entre miembros con forma de cordon adyacentes de la estructura de soporte individual sencilla.
La estructura de soporte tambien conecta las paredes internas con todas las otras en la periferia del elemento portador. Asf se forman huecos o aberturas laterales en la superficie periferica del elemento portador. Las aberturas permiten la entrada eficaz del agua y el aire en la parte interna del elemento portador. El flujo eficaz a traves y la purga del elemento portador no es solo importante desde el punto de vista de la transferencia de masa de oxfgeno, los sustratos y el metabolismo dentro y fuera de la parte interna del elemento portador, sino que el flujo tambien expone a la biopelfcula sobre las superficies de las paredes internas a la abrasion lo que disminuye el crecimiento excesivo de la biopelfcula y minimiza el riesgo de obstruccion del elemento. Por ejemplo, el elemento portador puede tener 16 aberturas laterales en la periferia del elemento que dan al elemento una abertura total elevada.
Las superficies de crecimiento y las estructuras de soporte del elemento portador definen tambien espacios vados dentro del elemento portador. El elemento portador de la presente invencion se disena de forma que la abertura del elemento portador se maximiza, de esta forma se mantiene una transferencia de masa eficaz incluso en situaciones en las que el elemento portador comprende una cantidad elevada de biopelfcula sobre las superficies de crecimiento y otros solidos dentro de su estructura. Segun la invencion, las aberturas en la superficie lfmite exterior en la periferia del cuerpo del elemento portador frente al area transversal de una superficie lfmite de un elemento solido similar son por encima de 42%, preferiblemente por encima de 45%, mas preferiblemente por encima de 48%, todavfa mas preferiblemente por encima de 50%. La elevada area superficial y abertura del elemento portador tambien permite una actividad muy eficaz de la biopelfcula y por lo tanto una eficacia elevada del tratamiento. La estructura abierta del portador hace posible tambien aumentar la concentracion de solidos suspendidos en el flujo de agua residual entrante y dentro del reactor en comparacion con los procedimientos de tratamiento que usan elementos portadores de la tecnica anterior.
Segun un modo de realizacion de la invencion, el elemento portador tiene forma conica y/o las secciones transversales de los extremos primero y segundo son circulares. La forma conica del elemento portador mejora el movimiento y rotacion del elemento en el reactor durante la mezcla. Segun un modo de realizacion preferido, el diametro de un portador aumenta desde el segundo extremo hacia el primer extremo del portador. Esto significa que el diametro del primer extremo es al menos 15%, habitualmente 20-55%, mas habitualmente 25-40%, lo mas habitualmente 30-35% mayor que el diametro del segundo extremo. Se ha observado que la eficiencia energetica del procedimiento puede mejorarse incluso en 30% en comparacion con los sistemas convencionales cuando se usan elementos portadores conicos pequenos segun la presente invencion.
Segun un modo de realizacion de la invencion, el primer extremo del elemento portador tiene un diametro en el intervalo de 11,0-13,6 mm, preferiblemente 11,7-13,1 mm, mas preferiblemente 12,3-12,7 mm.
Segun un modo de realizacion de la invencion, el segundo extremo del elemento portador tiene un diametro en el intervalo de 8,5-11,3 mm, preferiblemente 9,1-10,8 mm, y particularmente mas preferiblemente 9,4-10,5 mm.
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Segun un modo de realizacion de la invencion, la relacion entre el diametro del primer extremo y el diametro del segundo extremo del elemento portador esta por encima de 1,2, preferiblemente por encima de 1,25, mas preferiblemente por encima de 1,29.
Segun la invencion, la longitud del elemento portador, medida perpendicularmente desde el primer extremo al segundo extremo, es 11,0-14,9 mm, preferiblemente 11,6-13,8 mm, mas preferiblemente 12,2-12,7 mm.
El tamano y el diseno del elemento portador permite que los elementos portadores se muevan eficazmente en el volumen completo del reactor cuando se obtiene la mezcla usando el sistema de aireacion del reactor. Esto asegura una mezcla apropiada de los elementos portadores con el agua que debe ser tratada un contacto continuo con el aire, el agua y los sustratos. Por lo tanto, el volumen completo del reactor se mezcla eficazmente y consecuentemente no hay espacio “muerto” o “no usado” dentro del reactor. Esto significa que con el fin de obtener los mismos resultados del tratamiento que con sistemas reactores convencionales, es posible disminuir el tamano del reactor y/o el grado de llenado del portador. Un reactor mas pequeno necesita menos aireacion y menos mezcla, con lo que el consumo global de energfa del procedimiento de tratamiento disminuye. Por otra parte, usando los elementos portadores segun la presente invencion y un reactor de tamano convencional es posible aumentar la capacidad de tratamiento del procedimiento. Al mismo tiempo, el tamano y el diseno del elemento portador proporciona una superficie portadora grande para el crecimiento de biopelfcula y condiciones optimas de fluidez dentro y alrededor del elemento portador. La construccion del portador previene eficazmente la obstruccion del interior del portador, proporciona un flujo adecuado de oxfgeno e impurezas a la biopelfcula, pero al mismo tiempo protege a la biopelfcula de la abrasion y del enjuague.
La densidad del elemento portador es normalmente cercana a la densidad del agua a la temperatura del procedimiento. Esto garantiza que los elementos portadores se mantengan en suspension a traves del volumen del reactor, y no se acumulen en la parte superior o en el fondo del reactor. Habitualmente la densidad del elemento portador es 0,92-0,99 kg/dm3, preferiblemente 0,93-0,98 kg/dm3, mas preferiblemente 0,94-0,97 kg/dm3.
Segun un modo de realizacion de la invencion, el elemento portador se elabora con material plastico duro, tal como polietileno, polipropileno o su mezcla, por moldeado por inyeccion. El elemento portador se elabora preferentemente de polietileno, mas preferentemente de polietileno reciclado. Cuando los elementos portadores pequenos se elaboran por moldeado por inyeccion a partir de plastico duro, la estructura de elemento resultante es estable y duradera mecanicamente incluso si la circunferencia y la periferia del elemento portador se mantienen abiertas. Una buena resistencia mecanica del elemento aumenta la vida util total del elemento portador, reduciendo por lo tanto los costes que estan asociados con la renovacion de los elementos portadores debido al desgaste mecanico y la rotura. El elemento portador puede ser elaborado con material plastico reciclado o virgen.
Segun un modo de realizacion de la invencion, el sistema de tratamiento de agua biologico comprende dos o mas reactores de tratamiento dispuestos en paralelo o en serie. En otras palabras, es posible operar el procedimiento de tratamiento de agua utilizando los elementos portadores segun la presente invencion en una o varias etapas, cuyas etapas pueden ser operadas en serie o en paralelo. Con el fin de mantener los elementos portadores segun la presente invencion dentro del reactor, se colocan rejillas en la salida y la entrada del reactor. Asf se previene el escape de los elementos portadores del reactor.
Segun un modo de realizacion de la invencion, el grado de llenado de los elementos portadores en el reactor esta entre 14-28% en volumen, preferiblemente 16-26% en volumen, mas preferiblemente 18-25% en volumen, todavfa mas preferiblemente 20-25% en volumen del volumen total del reactor. El grado de llenado es menor que en los procedimientos de la tecnica anterior usando elementos portadores convencionales. Los elementos portadores segun la invencion tienen un area superficial elevada y una transferencia de masa muy eficaz hacia y desde la biopelfcula, con lo que se alcanza la eficacia del tratamiento con un menor numero de elementos portadores. El menor grado de llenado de los elementos portadores en el reactor aumenta generalmente la eficacia del procedimiento y de la mezcla de los elementos portadores, lo que disminuye tanto la necesidad de energfa de mezcla y la tendencia a la obstruccion de la rejilla de salida.
Segun un modo de realizacion de la invencion se lleva agua tratada o purificada a un clarificador, y el lodo se recicla desde el clarificador de vuelta al reactor de tratamiento. Por lo tanto el sistema de tratamiento de agua biologico comprende un clarificador dispuesto despues del reactor de tratamiento y conexiones para reciclar el lodo desde el clarificador de vuelta al reactor de tratamiento. Por lo tanto una parte del lodo puede ser reciclado de vuelta desde el clarificador al reactor de tratamiento que comprende elementos portadores segun la presente invencion. La estructura abierta y mecanicamente fuerte del elemento portador tolera tambien el retorno del lodo reciclado sin obstruccion. La adicion de lodo al reactor de tratamiento tambien hace posible un aumento adicional de la eficacia del procedimiento aumentando la biomasa dentro del reactor o reduciendo el grado de llenado del reactor ya que una parte de la biopelfcula puede ser reemplazada por lodo reciclado.
Es posible disponer en la parte superior del reactor de tratamiento una conexion de salida, que esta conectada al clarificador. Segun un modo de realizacion de la invencion se saca el agua tratada o purificada desde la parte superior del reactor de tratamiento.
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Segun un modo de realizacion el volumen del flujo de lodo devuelto y/o reciclado es normalmente 2-15% en volumen, preferiblemente 3-12% en volumen, mas preferiblemente 5-10% en volumen del flujo entrante de agua que debe ser tratada o purificada. El clarificador puede ser cualquier tipo de sedimentador por gravedad, flotacion por aire disuelto (DAF) o puede ser un clarificador de laminas. Generalmente, el retorno del lodo al reactor soporta el crecimiento de microorganismos. Anteriormente se supuso que esto llevana un crecimiento de biopelfcula excesivo y a la obstruccion de los elementos portadores. La abertura del elemento portador segun la presente invencion permite que el lodo retorne al reactor sin riesgo de obstruccion. Con el retorno del lodo se obtiene una mayor concentracion de biomasa y una mayor diversidad de microorganismos dentro del reactor empleando elementos portadores segun la presente invencion. El uso del retorno de lodo tambien disminuye significativamente el tiempo de arranque del procedimiento de tratamiento de agua biologico.
El sistema de tratamiento de agua biologico segun la presente invencion puede ocuparse del tratamiento biologico completo del procedimiento de purificacion. Tambien es posible disponer un procedimiento de lodo activado entre el reactor de tratamiento y el clarificador. En este caso, la mezcla agua/lodo se lleva desde el reactor de tratamiento que comprende los elementos portadores a un procedimiento de lodo activado, desde el que el exceso sobrante que comprende principalmente fase acuosa se lleva al siguiente clarificador. El sistema de tratamiento de agua biologico tambien puede ser colocado despues de una etapa de tratamiento anaerobico.
Un reactor de tratamiento de agua que comprende elementos portadores segun la presente invencion dispuesto frente a un procedimiento de lodo activado mejora tambien el funcionamiento del procedimiento de lodo activado. La calidad del lodo se mejora especialmente, lo que significa que la calidad de los microorganismos en el lodo es buena y el lodo es facilmente separable y sedimentable.
La capacidad de tratamiento del sistema de tratamiento se puede variar cambiando la concentracion de la biomasa en el reactor de tratamiento. Esto puede hacerse cambiando el volumen del flujo de retorno del lodo y/o cambiando el grado de llenado del medio portador. Por ejemplo, como los elementos portadores segun la presente invencion permiten el retorno del lodo al reactor, es posible reaccionar mas rapidamente a los cambios en la calidad del agua residual entrante y las circunstancias del procedimiento de tratamiento, cambiando el flujo de retorno del lodo. Esto hace que el procedimiento de tratamiento completo sea mas tolerante frente a picos de carga organica y variaciones en el caudal entrante.
Segun un modo de realizacion de la invencion, el sistema de tratamiento de agua biologico comprende un reactor que tiene un sistema de aireacion inferior que comprende uno o mas elementos de aireacion en forma de rejilla. El sistema de aireacion inferior permite que los elementos portadores se muevan libremente en el volumen de reactor completo teniendo un contacto continuo con el aire, el agua y los sustratos. Una mezcla suficiente con un consumo de energfa de aireacion bajo se asegura mediante el nuevo diseno del portador y el sistema de aireacion disenado e implementado adecuadamente. El sistema de aireacion inferior que comprende elementos de aireacion con forma de rejilla esta en contacto directo con el volumen completo del reactor de tratamiento y con los elementos portadores. En otras palabras, no ha sido separado de los elementos portadores mediante una rejilla o similar. Los elementos portadores pueden estar en contacto ffsico directo con los elementos del sistema de aireacion, sin que los elementos del sistema de aireacion esten sometidos a desgaste o impactos perjudiciales. Por lo tanto, no es necesario dividir el volumen del reactor de tratamiento en diferentes zonas o “compartimentos”, sino que el volumen del reactor de tratamiento es preferiblemente un espacio tridimensional unico no dividido.
Preferiblemente, el sistema de aireacion cubre el fondo completo de la vasija del reactor y crea una mezcla optima y una aireacion suficiente del procedimiento. El sistema de aireacion tubular comprende varios elementos de aireacion con forma de rejilla, que comprenden una tubena de alimentacion de aire principal y varios difusores de aire dispuestos perpendicularmente a la tubena de alimentacion de aire. Se lleva aire/oxfgeno dentro de los tubos del sistema de aireacion dentro de la tubena de alimentacion de aire principal y desde ella a los difusores de aire. El aire/oxfgeno emerge desde las perforaciones del difusor de aire como pequenas burbujas de aire.
Segun un modo de realizacion de la invencion se pueden elaborar uno o varios difusores de aire de material plastico, tales como polietileno o poliester. El uso de material plastico en los difusores de aire permite la produccion de perforaciones mas pequenas en los difusores, con lo que tambien el tamano de las burbujas que emergen de las perforaciones se reduce. El pequeno tamano de las burbujas permite mayor superficie de contacto entre la burbuja de aire y el agua y los microorganismos en el reactor. Esto hace que la transferencia de oxfgeno al agua y a los microorganismos sea mas eficiente, con lo que se obtiene el mismo resultado de aireacion con menos consumo de aire. Esto lleva a ahorros de energfa significativos.
El sistema de aireacion tambien puede estar dispuesto para ser autopurgante evitando de este modo que las tubenas de alimentacion de aire principales y los difusores se bloqueen y necesiten una cantidad minima de trabajo de mantenimiento por el personal de explotacion. En el lado inferior de las tubenas de alimentacion de aire principales de las rejillas de aireacion se disponen protuberancias como tubenas pequenas. Estas protuberancias se abren al entorno y el sistema de aireacion puede purgarse automaticamente a traves de estas protuberancias. Esto evita la contaminacion de las tubenas de alimentacion de aire principales y los difusores por el crecimiento excesivo de microorganismos o por acumulacion de suciedad dentro de ellos.
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Segun un modo de realizacion de la invencion, los elementos portadores se mueven en una rotacion en el sentido contrario al de las agujas del reloj frente al flujo de alimentacion entrante en el reactor. Esta mezcla contracorriente evita o minimiza la posibilidad de flujo directo desde la entrada de alimentacion hacia la rejilla exterior y asegura un tiempo de retraso suficiente para el efluyente dentro del reactor. La direccion de rotacion de los elementos portadores en el reactor se puede ajustar con valvulas de distribucion de aire.
Segun un modo de realizacion de la invencion el sistema de tratamiento de agua comprende un sensor de oxfgeno que esta dispuesto en conexion con el reactor de tratamiento para medir la concentracion de oxfgeno en el reactor y medios de ajuste para ajustar la aireacion del reactor segun la concentracion de oxfgeno medida. Por lo tanto, es posible optimizar el consumo de energfa de aireacion midiendo continuamente la concentracion de oxfgeno en el reactor usando sensores de oxfgeno adecuados y ajustando la aireacion del reactor segun la concentracion de oxfgeno medida. Por lo tanto disminuye la aireacion innecesaria, que se realiza solo con el fin de estar en el lado seguro. El sensor de oxfgeno esta dispuesto preferiblemente a la salida del reactor de tratamiento, donde puede estar protegido por una rejilla de salida del reactor, lo que evita la colision de los elementos portadores con el sensor de oxfgeno. La aireacion del reactor puede ajustarse en lmea o continuamente con los medios de ajuste basandose en los valores de la medida obtenida con el sensor.
El sistema de aireacion descrito en esta solicitud puede ser utilizado con otros elementos portadores, diferentes de los descritos en esta solicitud. El sistema de aireacion todavfa puede proporcionar varios beneficios y ventajas.
El elemento portador habitual o el sistema de tratamiento de agua biologico segun la presente invencion se usa para tratar o purificar agua residual de la industria alimentaria o de bebidas, la industria petroqmmica o las aguas residuales municipales. En algunos modos de realizacion ventajosos de la invencion el agua residual que debe ser tratada esta esencialmente libre de fibras.
El elemento portador habitual o el sistema de tratamiento de agua biologico segun la presente invencion se usa para tratar o purificar agua residual que tiene un valor de demanda qmmica de oxfgeno (COD) de al menos 200 mg/L, habitualmente 300-4.000 mg/L, mas habitualmente 400-2.000 mg/L, lo mas habitualmente 500-1.500 mg/L.
Figuras
Las figuras deben ser consideradas como meramente esquematicas y no deben ser interpretadas como limitantes del alcance de las reivindicaciones. La invencion se describe con mas detalle con referencia a las figuras adjuntas, en las que:
- la figura 1 muestra un elemento portador segun un modo de realizacion de la presente invencion,
- la figura 2 muestra una vista lateral de un elemento portador segun un modo de realizacion de la presente invencion
- la figura 3A muestra una vista superior de un elemento portador segun un modo de realizacion de la presente invencion,
- la figura 3B muestra una vista inferior de un elemento portador segun un modo de realizacion de la presente invencion, y
- la figura 4 muestra esquematicamente un procedimiento de tratamiento de agua segun un modo de realizacion de la presente invencion.
En la figura 1 se muestra un elemento portador segun un modo de realizacion de la presente invencion. El elemento portador 1 tiene un primer extremo circular 1' y un segundo extremo circular 1'. Varias paredes internas 2, 2' y 2'' se extienden desde el primer extremo 1' al segundo extremo 1''. La pared interna 2 tiene una forma de triangulo mientras que la pared interna 2' tiene forma cuadrangular. Las paredes internas 2, 2', 2'' proporcionan superficies 3, 3' continuas planas para el crecimiento de la biopelfcula. Estructuras de soporte 4, 4', 4'' rodean las paredes internas 2, 2', 2'' y definen la periferia del elemento portador 1. Las estructuras de soporte 4, 4', 4'' tambien hacen que la estructura del elemento portador sea resistente a la abrasion y las tensiones mecanicas. Al mismo tiempo, las estructuras de soporte 4, 4', 4'' se situan tan distanciadas entre ellas que se forman aberturas 5, 5', 5'' en la periferia del elemento portador 1. Estas aberturas 5, 5', 5'' permiten el transporte de impurezas, agua y oxfgeno dentro y fuera del elemento portador 1 y el crecimiento de biopelfcula sobre las superficies de las paredes internas 2, 2', 2''.
En la figura 2 se muestra una vista lateral de un elemento portador segun un modo de realizacion de la presente invencion. La numeracion de referencia corresponde a los de la figura 1. Se puede observar que el elemento portador 1 es ligeramente conico, lo que significa que el diametro del primer extremo 1' es mayor que el diametro del segundo extremo 1''. En el modo de realizacion mostrado en la figura 2 todas las estructuras de soporte 4, 4', 4'' tienen la misma anchura y la direccion longitudinal L del elemento portador 1, indicado en la figura 2 por una flecha L. Tambien es posible que la anchura de las estructuras de soporte 4, 4', 4'' puede variar entre ellas.
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En la figura 3A se muestra una vista superior de un elemento portador segun un modo de realizacion de la presente invencion. Se pueden observar las estructuras de soporte 4, 4', 4'' debido a la forma conica del elemento portador 1, ya que el diametro de las estructuras de soporte individuales disminuye hacia el segundo extremo 1'' del elemento portador. Por lo tanto la primera estructura de soporte 4 tiene un diametro mayor que la siguiente y la ultima estructura de soporte 4', 4''. Las paredes internas 2, 2', 2'' estan conectadas entre ellas en el segundo extremos 1'' del elemento portador 1 por una placa 6.
En la figura 3B se muestra una vista inferior de un elemento portador segun un modo de realizacion de la presente invencion. La numeracion de referencia corresponde a la de las figuras precedentes. Las primeras paredes internas 2, 2'' estan conectadas entre ellas en el primer extremo 1' del elemento portador 1, en el centro del elemento, y forman una estructura con forma de cruz. Las segundas paredes internas 2', 2''' no alcanzan el centro del elemento portador 1 en el primer extremo 1' del elemento 1 y no estan conectadas entre ellos ni con la primera parte de las paredes internas. Una segunda pared interna 2', 2''' esta situada entre dos de las primeras paredes internas 2, 2''. Todas las paredes internas estan conectadas entre ellas en la periferia del elemento portador por medio de las estructuras de soporte 4, 4'.
En la figura 4 se muestra esquematicamente un procedimiento de tratamiento de agua segun uno de los modos de realizacion de la presente invencion. El agua que debe ser tratada A se lleva a un reactor de tratamiento 40 que comprende elementos portadores 41 segun la presente invencion. Se alimenta aire u oxfgeno en el reactor 40 usando un sistema de aireacion 42 que comprende varios elementos de aireacion 43, 43', 43'', 43''' con forma de rejilla. Se alimenta aire u oxfgeno en el sistema de aireacion 42 usando un soplador 44. Un elemento de aireacion 43 comprende una tubena 43' principal de alimentacion de aire y varios difusores de aire 45, 45'. Agujeros o perforaciones pequenas (no mostrados) se forman en los difusores de aire de forma que se puede expeler el aire del sistema de aireacion 42 en forma de burbujas pequenas. Las burbujas formadas mantienen los elementos portadores 41 en movimiento y en suspension el volumen total del reactor 40.
Una conexion de salida 46 esta dispuesta en la parte superior del reactor 40 de tratamiento, desde cuya conexion se saca el agua tratada biologicamente del reactor 40 y se lleva a la unidad del clarificador 47. En la unidad del clarificador 47 se deja reposar el agua tratada de forma que el lodo sedimente en el fondo 47' de la unidad del clarificador 47. Desde el fondo 47', se saca el lodo y una parte de el se recircula de vuelta al reactor 40 de tratamiento usando la tubena 48. El agua purificada se saca por la parte superior de la unidad del clarificador 47 a traves de la conexion 49.
Algunos modos de realizacion se describen en los siguientes parrafos numerados:
1. - Elemento portador de un sistema de tratamiento de agua biologico aerobico, teniendo el elemento portador:
- un primer extremo y un segundo extremo a una distancia entre ellos, siendo el diametro maximo del primer extremo mayor que el diametro maximo del segundo extremo de forma que el elemento portador tiene forma conica,
- estructuras de superficie de crecimiento de biopelfcula que son paredes internas que se extienden desde el primer extremo al segundo extremo y desde la parte interior del elemento hacia la periferia del elemento, y
- al menos dos estructuras de soporte que rodean las estructuras de superficie de crecimiento en la periferia del elemento y conectan las estructuras de superficie de crecimiento entre ellas, definiendo las estructuras de soporte la superficie lfmite exterior del elemento portador, por lo que las estructuras de soporte estan espaciadas entre ellas de manera quese forman aberturas que permiten el acceso a las estructuras de superficie de crecimiento de la biopelfcula entre las estructuras de soporte, estando las aberturas en la superficie lfmite exterior del elemento portador frente al area transversal de una superficie lfmite de un elemento solido similar por encima de 42%.
2. - Elemento portador segun el parrafo 1, en el que el primer extremo tiene un diametro en el intervalo de 11,0-13,6 mm, preferiblemente 11,7-13,1 mm, mas preferiblemente 12,3-12,7 mm.
3. - Elemento portador segun el parrafo 1 o 2, en el que el segundo extremo tiene un diametro en el intervalo de 8,511,3 mm, preferiblemente 9,1-10,8 mm y particularmente mas preferiblemente 9,4-10,5 mm.
4. - Elemento portador segun cualquiera de los parrafos 1-3, en el que la relacion entre el diametro del primer extremo y el diametro del segundo extremo esta por encima de 1,2, preferiblemente por encima de 1,25, mas preferiblemente por encima de 1,29.
5. - Elemento portador segun cualquiera de los parrafos 1-4 precedentes, en el que las aberturas en la superficie lfmite exterior del elemento portador frente al area transversal de una superficie lfmite de un elemento solido similar estan por encima de 45%, mas preferiblemente por encima de 48%.
6. - Elemento portador segun cualquiera de los parrafos 1-5 precedentes, que esta elaborado de material plastico duro, tal como polietileno, polipropileno o su mezcla.
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7. - Elemento portador segun cualquiera de los parrafos 1-6 precedentes, en el que las secciones transversales del primer y segundo extremo son circulares.
8. - Elemento portador segun cualquiera de los parrafos 1-7 precedentes, en el que la longitud del elemento portador, medido desde el primer extremo al segundo extremo, es 11,0-14,9 mm, preferiblemente 11,6-13,8 mm, mas preferiblemente 12,2-12,7 mm.
9. - Elemento portador segun cualquiera de los parrafos 1-8 precedentes, que esta elaborado por moldeo por inyeccion.
10. - Sistema de tratamiento de agua biologico que comprende un reactor de tratamiento que tiene un volumen de reactor definido por la(s) pared(es) y el fondo del reactor, cuyo volumen de reactor comprende elementos portadores que se mueven libremente segun cualquiera de los parrafos 1 a 9.
11. - Sistema de tratamiento de agua biologico segun el parrafo 10, en el que el grado de llenado de los elementos portadores en el reactor esta entre 14-28% en volumen, preferiblemente 16-26% en volumen, mas preferiblemente 18-25% en volumen, todavfa mas preferiblemente 20-25% en volumen del volumen total del reactor.
12. - Sistema de tratamiento de agua biologico segun el parrafo 10 u 11, en el que el reactor comprende un sistema de aireacion inferior que comprende uno o mas elementos de aireacion con forma de rejilla.
13. - Sistema de tratamiento de agua biologico segun el parrafo 12, en el que los elementos de aireacion con forma de rejilla comprenden una tubena de alimentacion de aire principal y varios difusores de aire dispuestos perpendicularmente a la tubena de alimentacion de aire.
14. - Sistema de tratamiento de agua biologico segun el parrafo 12 o 13, en el que los elementos de aireacion comprenden uno o varios difusores de aire que estan elaborados con material plastico.
15. - Sistema de tratamiento de agua biologico segun cualquiera de los parrafos 12-14, en el que el sistema de aireacion esta dispuesto como autopurgante.
16. - Sistema de tratamiento de agua biologico segun cualquiera de los parrafos 10-15 precedentes, que comprende dos o mas reactores de tratamiento dispuestos en paralelo o en serie.
17. - Sistema de tratamiento de agua biologico segun cualquiera de los parrafos 10-16 precedentes, que comprende un clarificador, tal como un sedimentador por gravedad, flotacion por aire disuelto (DAF) o clarificador de laminas, dispuesto despues del reactor de tratamiento y conexiones para reciclar el lodo desde el clarificador de vuelta al reactor de tratamiento.
18. - Sistema de tratamiento de agua biologico segun el parrafo 17, en el que la parte superior del reactor de tratamiento tiene adaptada una conexion de salida que esta conectada al clarificador.
19. - Sistema de tratamiento de agua biologico segun el parrafo 17 o 18, que comprende una procedimiento de lodo activado dispuesto entre el reactor de tratamiento y el clarificador.
20. - Sistema de tratamiento de agua biologico segun cualquiera de los parrafos 10-19 precedentes, que comprende un sensor de oxfgeno que esta dispuesto en conexion con el reactor de tratamiento para medir la concentracion de oxfgeno en el reactor y medios de ajuste para ajustar la aireacion del reactor segun la concentracion de oxfgeno medida.
21. - Uso de un elemento portador segun cualquiera de los parrafos 1-9 o un sistema de tratamiento de agua
biologico segun cualquiera de los parrafos 10-20 para tratar o purificar agua residual de la industria petroqmmica,
industria alimentaria y/o de bebidas o para tratar o purificar agua residual municipal.
22. - Uso de un elemento portador segun cualquiera de los parrafos 1-9 o un sistema de tratamiento de agua
biologico segun cualquiera de los parrafos 10-20 para tratar o purificar agua residual que tiene un valor de demanda
qmmica de oxfgeno (COD) de al menos 200 mg/L, mas habitualmente 300-4.000 mg/L, lo mas habitualmente 4002.000 mg/L.
23. - Metodo para tratar biologicamente agua residual mediante
- llevar agua para ser tratada o purificada a un reactor de tratamiento que comprende elementos portadores que se mueven libremente, en suspension en el agua, en el reactor de tratamiento y sobre el que crece una biopelfcula,
- alimentar aire u oxfgeno al reactor de tratamiento, y
- sacar el agua tratada o purificada del reactor de tratamiento,
en el que se usan elementos portadores segun cualquiera de los parrafos 1 a 9 en el reactor de tratamiento.
24. - Metodo segun el parrafo 23 en el que se lleva agua tratada o purificada a un clarificador y se recicla lodo desde el clarificador de vuelta al reactor de tratamiento.
25. - Metodo segun el parrafo 24, en el que el volumen del flujo de lodo reciclado es 2-15% en volumen, 5 preferiblemente 3-12% en volumen, mas preferiblemente 5-10% en volumen del flujo entrante de agua que debe ser
tratada o purificada.
26. - Metodo segun cualquiera de los parrafos 23-25, en el que se saca el agua tratada o purificada desde la parte superior del reactor de tratamiento.
27. - Metodo segun cualquiera de los parrafos 23-26 en el que se llevan los elementos portadores en rotacion en 10 sentido contrario a las manecillas del reloj frente al flujo de alimentacion entrante en el reactor de tratamiento.
Aunque la invencion se ha descrito con referencia a los que hasta el presente parecen ser los modos de realizacion mas practicos y preferidos, se entiende que la invencion no debe limitarse a los modos de realizacion descritos anteriormente, sino que la invencion pretende cubrir tambien diferentes modificaciones y soluciones tecnicas equivalente dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
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Claims (14)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. - Elemento portador para un sistema de tratamiento de agua biologico aerobico, teniendo el elemento portador:- un primer extremo y un segundo extremo a una distancia entre ellos, siendo el diametro maximo del primer extremo mayor que el diametro maximo del segundo extremo de forma que el elemento portador tiene forma conica,- siendo la longitud del elemento portador, medida perpendicularmente desde el primer extremo al segundo extremo 11,0-14,9 mm,- estructuras de superficie de crecimiento de biopelfcula, que son paredes internas que se extienden desde el primer extremo al segundo extremo, y desde la parte interna del elemento hacia la periferia del elemento, comprendiendo el elemento portador un eje central longitudinal solido al que estan unidas las paredes internas,- al menos dos estructuras de soporte que rodean las estructuras de superficie de crecimiento en la periferia del elemento y que conectan las estructuras de superficie de crecimiento entre ellas, definiendo las estructuras de soporte la superficie lfmite exterior del elemento portador, donde las estructuras de soporte estan separadas entre ellas de manera que se forman aberturas que permiten el acceso a las estructuras de superficie de crecimiento de biopelfcula entre las estructuras de soporte, estando las aberturas en la superficie lfmite exterior del elemento portador frente al area transversal de una superficie lfmite de un elemento solido similar por encima de 42%, y- una de cada dos paredes internas alternas tiene forma de triangulo, la base del triangulo se situa en el segundo extremo del elemento portador, donde esta dispuesta en conexion con las otras paredes internas, y el vertice de la pared triangular esta dispuesto en conexion con la estructura de soporte en el primer extremo del elemento portador.
- 2. - Elemento portador segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el primer extremo tiene un diametro en el intervalo de 11,0-13,6 mm, preferiblemente 11,7-13,1 mm, mas preferiblemente 12,3-12,7 mm y/o el segundo extremo tiene un diametro en el intervalo de 8,5-11,3 mm, preferiblemente 9,1-10,8 mm y particularmente mas preferiblemente 9,4-10,5 mm.
- 3. - Elemento portador segun cualquiera de las reivindicaciones 1-2 precedentes, caracterizado por que la relacion entre el diametro del primer extremo y el diametro del segundo extremo esta por encima de 1,2, preferiblemente por encima de 1,25, mas preferiblemente por encima de 1,29.
- 4. - Elemento portador segun cualquiera de las reivindicaciones 1-3 precedentes, caracterizado por que las aberturas en la superficie lfmite exterior del elemento portador frente al area transversal de una superficie lfmite de un elemento solido similar estan por encima de 45%, mas preferiblemente por encima de 48%.
- 5. - Elemento portador segun cualquiera de las reivindicaciones 1-4 precedentes, caracterizado por que las secciones transversales del primer y segundo extremo son circulares.
- 6. - Elemento portador segun cualquiera de las reivindicaciones 1-5 precedentes, caracterizado por que la longitud del elemento portador, medida desde el primer extremo al segundo extremo, es 11,6-13,8 mm, mas preferiblemente 12,2-12,7 mm.
- 7. - Elemento portador segun cualquiera de las reivindicaciones 1-6 precedentes, caracterizado por que esta elaborado por moldeo por inyeccion.
- 8. - Sistema de tratamiento de agua biologico que comprende un reactor de tratamiento que tiene un volumen de reactor definido por la(s) pared(es) y el fondo del reactor, cuyo volumen de reactor comprende elementos portadores que se mueven libremente segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
- 9. - Sistema de tratamiento de agua biologico segun la reivindicacion 8, caracterizado por que el grado de llenado de los elementos portadores en el reactor esta entre 14-28% en volumen, preferiblemente 16-26% en volumen, mas preferiblemente 18-25% en volumen, todavfa mas preferiblemente 20-25% en volumen del volumen total del reactor.
- 10. - Sistema de tratamiento de agua biologico segun la reivindicacion 8 o 9, caracterizado por que el reactor comprende un sistema de aireacion inferior que comprende uno o mas elementos de aireacion con forma de rejilla, que comprenden una tubena de alimentacion de aire principal y varios difusores de aire dispuestos perpendicularmente a la tubena de alimentacion de aire, donde los elementos de aireacion comprenden uno o varios difusores de aire que estan elaborados con material plastico y el sistema de aireacion esta dispuesto como autopurgante.
- 11. - Sistema de tratamiento de agua biologico segun cualquiera de las reivindicaciones 8-10 precedentes, caracterizado por que comprende un clarificador, tal como un sedimentador por gravedad, flotacion por aire disuelto (DAF) o clarificador de laminas, dispuesto despues del reactor de tratamiento y conexiones para reciclar el lodo desde el clarificador de vuelta al reactor de tratamiento, donde la parte superior del reactor de tratamiento tiene5 adaptada una conexion de salida que esta conectada al clarificador.
- 12. - Metodo para tratar biologicamente agua residual mediante:- llevar al agua que debe ser tratada o purificada a un reactor de tratamiento que comprende elementos portadores que se mueven libremente, suspendidos en el agua, en el reactor de tratamiento, y sobre los que se hace crecer una biopelfcula,10 - alimentar aire u oxfgeno en el reactor de tratamiento, y- sacar el agua tratada o purificada del reactor de tratamiento,caracterizado por que utiliza elementos portadores segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en el reactor de tratamiento.
- 13. - Metodo segun la reivindicacion 12, caracterizado por que lleva agua tratada o purificada a un clarificador y 15 recicla el lodo del clarificador de vuelta al reactor de tratamiento, donde el volumen del flujo de lodo reciclado es 215% en volumen, preferiblemente 3-12% en volumen, mas preferiblemente 5-10% en volumen del flujo entrante de agua que debe ser tratada o purificada.
- 14. - Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 12-13, caracterizado por que saca el agua tratada o purificada desde la parte superior del reactor de tratamiento.20 15.- Metodo segun la reivindicacion 12, caracterizado por que trata o purifica agua residual de la industriapetroqmmica, la industria alimentaria o de bebidas o por que trata o purifica agua residual municipal.
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