ES2843200T3 - Dispositivo para tratamiento de aguas residuales - Google Patents

Abstract

Un aparato para degradar la fracción orgánica de aguas residuales mediante biomasa activa, en particular partículas de lodo activo, que comprende: - al menos un tanque (1) adaptado para contener las aguas residuales y dicha biomasa activa; - al menos una estructura hueca (6, 106, 206), adaptada para estar sumergida al menos parcialmente en las aguas residuales, provista de al menos una primera abertura (61) para dejar entrar las aguas residuales y de al menos una segunda abertura (62) para dejar salir las aguas residuales, en donde la relación entre el área de la al menos una primera abertura (61) y el área de la al menos una segunda abertura (62) es igual a al menos 5:1; - medios de suministro de aire (7, 70) adaptados para introducir aire dentro de dicha al menos una estructura (6, 106, 206); en donde dicha al menos una primera abertura (61) está proximal a dichos medios de suministro de aire (7, 70) y dicha al menos una segunda abertura (62) está distal de dichos medios de suministro de aire (7, 70), de modo que el suministro de aire los medios (7, 70) se adaptan para generar un flujo de aguas residuales desde dicha al menos una primera abertura (61) hasta dicha al menos una segunda abertura (62).

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo para tratamiento de aguas residuales

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un aparato y a un método para la oxidación química y bioquímica de material orgánico mediante el uso de lodos granulares en modo aeróbico. Más en particular, la invención se refiere a un sistema y un método para degradar la fracción orgánica de aguas residuales por medio de un sistema de lodos granulares aeróbicos cultivados en suspensión que emplea Sustancias Poliméricas Extracelulares (EPS, del inglés Extra-cellular Polymeric Substances). Las EPS se obtienen típicamente del lodo activo de una depuradora o de la lisis de otro material celular biológico.

El sistema de la presente invención es particularmente adecuado también para modificar depuradoras de lodos activos existentes.

Antecedentes de la técnica

La investigación en depuradoras con lodos granulares en modo aeróbico ha avanzado significativamente, principalmente hacia reactores que operan en modo intermitente, los denominados reactores "llenado y extracción" ('F ill and DraW), en particular, hacia Reactores Por Lotes de Secuenciación Granular (GSBR).

Estos reactores tienen algunas desventajas dadas por la compleja gestión de los mismos, y por los largos tiempos para llegar a ser plenamente operativos.

Otro inconveniente de tales reactores viene dado por los requisitos estructurales de los mismos. De hecho, dichos reactores deben asegurar que el lodo activo se coloque en las condiciones óptimas para la producción de las EPS, o que se produzca la lisis celular y la liberación resultante en el medio líquido de las EPS contenidas en las células, dichas EPS, según la literatura científica, son esenciales para la generación de lodos granulares. Para ello, el reactor debe ser capaz de generar altos valores de oxígeno disuelto en la mezcla a tratar, y generar en ella fuerzas de cizallamiento y compresión adecuadas. Para obtener tales efectos, los reactores de la técnica anterior están, desventajosamente, muy desarrollados hacia arriba. Las alturas empleadas son generalmente superiores a los 6-7 metros, por lo que se adaptan con dificultad a la posibilidad de convertir tanques de depuradoras activas de lodos existentes a dicha tecnología. Este problema también es compartido por las pocas realizaciones de reactores con lodo granular en flujo continuo. Para estos últimos, aún no se ha resuelto el problema de permitir una gestión fácil y constante del proceso.

De los documentos SU1613437A1, JP2000176485A, AT 392261B o DE 2844934B1 se conocen reactores similares.

Compendio de la invención

Un objeto de la presente invención es resolver los inconvenientes antes mencionados de la técnica anterior proporcionando un aparato y un método para degradar la fracción orgánica presente en las aguas residuales por medio de lodos granulares aeróbicos cultivados en suspensión. Dicho lodo granular se obtiene favoreciendo la generación y el mantenimiento en el interior del reactor de concentraciones adecuadas de Sustancias Poliméricas Extracelulares (EPS). Preferiblemente, la generación de tales concentraciones ocurre de forma controlada.

La invención también es aplicable a la degradación de la fracción de residuo orgánico al triturar y diluir la misma, obteniendo el medio líquido a tratar.

La presente invención consigue al menos tal objeto mediante un aparato para degradar la fracción orgánica de aguas residuales mediante biomasa activa, en particular partículas de lodo activo, que comprende:

al menos un tanque adaptado para contener las aguas residuales y dicha biomasa activa,

al menos una estructura hueca, adaptada para ser sumergida al menos parcialmente en las aguas residuales, provista de al menos una primera abertura para dejar entrar las aguas residuales y de al menos una segunda abertura para dejar salir las aguas residuales, en donde la relación entre el área de la al menos una primera abertura y el área de la al menos una segunda abertura es igual a al menos 5:1,

medios de suministro de aire adaptados para introducir aire dentro de dicha al menos una estructura, en donde dicha al menos una primera abertura está proximal a dichos medios de suministro de aire y dicha al menos una segunda abertura está distal de dichos medios de suministro de aire, de modo que los medios de suministro de aire se adaptan para generar un flujo de aguas residuales desde dicha al menos una primera abertura hasta dicha al menos una segunda abertura.

Ventajosamente, dentro de dicha al menos una estructura se obtiene una superoxigenación de dicha fracción orgánica y la generación de Sustancias Poliméricas Extracelulares (EPS) producidas por dicha biomasa activa, es decir, un aumento local de la oxigenación de las aguas residuales resultante de la convergencia de las burbujas de aire, y por tanto una mayor concentración de oxígeno disuelto intercambiado localmente con dicha fracción orgánica.

Además, por medio del aparato de la invención, se generan fuerzas de cizallamiento y compresión en las aguas residuales en una o más segundas aberturas de salida, es decir, secciones de salida. Las fuerzas de cizallamiento y compresión se obtienen principalmente por medio del flujo producido por los medios de suministro de aire y por la marcada reducción entre el área o sección de entrada y el área o sección de salida. Tales fuerzas de cizallamiento y compresión, junto con el oxígeno presente en el aire introducido en al menos una estructura, favorecen significativamente la producción de EPS.

Ventajosamente, la invención permite obtener un aparato más compacto con respecto a la técnica anterior.

Cabe señalar que, según la presente invención, las aguas residuales que salen de la estructura son típicamente una mezcla de aguas residuales y aire. Además, las aguas residuales que entran a la estructura pueden ser solo aguas residuales o una mezcla de aguas residuales y aire. Preferiblemente, el aparato mencionado anteriormente es parte de una planta industrial.

La presente invención también se refiere a un método para degradar la fracción orgánica de las aguas residuales por medio de biomasa activa, en particular partículas de lodo activo, en donde se proporciona un aparato según la presente invención, el método comprende las etapas de:

introducir las aguas residuales en el tanque de manera que dicha al menos una estructura esté sumergida al menos parcialmente en las aguas residuales;

introducir aire dentro de dicha al menos una estructura por medio de los medios de suministro de aire, para generar un flujo de aguas residuales desde dicha primera abertura 61 a dicha al menos una segunda abertura 62 por medio de dichos medios de suministro de aire 7, 70.

En particular, el flujo de aguas residuales es generado por el aire, es decir, por la deriva de las aguas residuales producida por la elevación de las burbujas de aire que salen de los medios de suministro de aire.

Preferiblemente, pero no exclusivamente, la estructura tiene forma de campana.

Preferiblemente, pero no exclusivamente, se proporciona solo una primera abertura y solo una segunda abertura. Alternativamente, preferiblemente, pero no exclusivamente, solo se proporciona una primera abertura y dos o cuatro segundas aberturas.

Un aspecto de la invención se refiere a una planta para el tratamiento de aguas residuales y/o fracción de residuo orgánico y/o de cualquier sustancia orgánica en solución acuosa que comprende el aparato según la invención.

Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de lodo granular aeróbico cultivado en suspensión. La generación de dicho lodo granular se obtiene favoreciendo la producción y el empleo de Sustancias Poliméricas Extracelulares (EPS) en un reactor en flujo continuo. Ventajosamente, no se requiere el uso de masas de soporte porosas, en particular masas físicas, para la adhesión, estratificación y desarrollo de la biomasa, es decir, de tal lodo granular.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de alimentación, preferiblemente, pero no exclusivamente, continuo, que comprende compartimentos contiguos en los que se puede conseguir una concentración diferente de EPS.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de alimentación, preferentemente, pero no exclusivamente, continua, que, para conseguir las condiciones requeridas para la mayor producción de EPS por las bacterias características de las plantas depuradoras de lodos activos o la lisis celular de las mismas con la resultante liberación de las EPS contenidas en sus celdas, prevé el empleo de una o más estructuras dispuestas en el interior del tanque de oxidación, que tienen la función de concentrar, en particular de converger, las burbujas de aire para incrementar localmente la oxigenación. Preferiblemente, tales estructuras tienen sustancialmente forma de campana con al menos una abertura inferior y al menos una abertura superior. El aire se insufla dentro de las estructuras por medio de los medios de suministro de aire, que preferiblemente comprenden difusores porosos o perforados. Para ello, el aire procedente de la red de ventilación, típico de los reactores, puede ser conducido o pueden proporcionarse ad hoc medios de suministro de aire. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema o aparato de alimentación preferiblemente, pero no necesariamente, continua, que prevé el empleo de una o más estructuras en forma de campana sustancialmente abiertas dispuestas dentro del tanque de oxigenación, y en el que se consigue un aumento local del intercambio de oxígeno de las aguas residuales mediante un estrechamiento considerable de la sección de salida de las campanas de oxidación, resultante de la convergencia de las burbujas de aire y, mediante dicho estrechamiento, se obtienen las fuerzas de cizallamiento y compresión, necesarias para lograr las condiciones para la producción y liberación de las EPS por las células bacterianas, es decir, para la lisis celular de las mismas o para el aumento significativo de la liberación de EPS resultante de las condiciones de estrés y por tanto para la posterior agregación y compactación de los gránulos de lodo granular.

Según otro aspecto de la presente invención, las estructuras abiertas en forma de campana se pueden utilizar en cualquier reactor de oxidación de fracción orgánica, y por tanto también en reactores de alimentación discontinua, de manera que aumente significativamente la concentración de oxígeno disuelto en las aguas residuales que conduce a la mayor liberación de EPS en la mezcla líquida y por tanto a la formación de lodos granulares.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de alimentación preferiblemente, pero no necesariamente, continua, que favorece considerablemente la formación de lodos granulares incluso en plantas de pequeño tamaño.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de alimentación preferiblemente, pero no necesariamente, continua, que produce un lodo que tiende notablemente a la agregación y, por lo tanto, fácilmente separable de la fase líquida, en particular por sedimentación, en virtud del grado de densidad alcanzada por el témpano de lodo granular.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de alimentación preferiblemente, pero no necesariamente, continua, que prevé la instalación de estructuras sustancialmente en forma de campana dentro de tanques de oxidación tanto en modo fijo (anclado o apoyado en el fondo) como, alternativamente, en modo flotante. Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de alimentación preferiblemente, pero no necesariamente, continua, en el que la salida de la mezcla agua-lodo de las estructuras en forma de campana ocurre por medio de uno o más difusores, cuyas estructuras se proporcionan. Normalmente, tales difusores comprenden un dispositivo para ajustar la sección de salida, es decir, el caudal de salida de las estructuras.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de alimentación preferiblemente, pero no necesariamente, continua, que opera con altas concentraciones de lodos dentro del reactor en virtud de las mejores características de sedimentación de lodos, con una disminución perceptible resultante en los volúmenes de tratamiento.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de alimentación preferiblemente, pero no necesariamente, continua, que es capaz de gestionar altos picos de entrada de carga orgánica en virtud del alto contenido de lodo activo en el reactor.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de alimentación preferiblemente, pero no necesariamente, continua, en el que, después de la agregación de lodo y la formación de gránulos de lodo, ocurre una multiplicidad de reacciones químicas y bioquímicas (por ejemplo, oxidación, nitrificación, desnitrificación de la fracción de carbono) dentro del propio gránulo de lodo y, por tanto, dentro del propio reactor.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de alimentación preferiblemente, pero no necesariamente, continua, sistema que se automatiza fácilmente y proporciona una gran simplicidad de proceso.

Según otro aspecto de la presente invención, mediante el uso de estructuras sustancialmente en forma de campana, se puede reducir la producción de lodos dentro de las depuradoras de lodos activos, ya que parte de ellos está sujeta a la lisis celular requerida para la producción de EPS.

Según otro aspecto de la presente invención, al utilizar las estructuras sustancialmente en forma de campana que favorecen la producción de EPS, se pueden incrementar las características de deshidratación de lodos mediante la deshidratación mecánica, reduciendo el uso de espesantes como, por ejemplo, polielectrolitos orgánicos. De hecho, las EPS presentes tienen una función espesante.

Por tanto, la presente invención proporciona un método y un sistema de reactor de oxidación sustancialmente de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.

El experto en la técnica conoce el significado de lodo granular aeróbico. En particular, se trata de agregados bacterianos de gran tamaño (típicamente 0,2 - 5 mm), provistos de una alta velocidad de sedimentación. El lodo granular puede ser de tipo diferente, dependiendo del sustrato, por ejemplo nitrificante, heterótrofo, desnitrificante heterótrofo, generador de metano y anammox.

La formación de gránulos provistos de una alta velocidad de sedimentación permite el mantenimiento de una gran cantidad de biomasa dentro del sistema.

El tamaño de los gránulos es variable, dependiendo de los parámetros operativos del reactor y varía desde unos pocos cientos de micrómetros hasta unos pocos milímetros.

El sistema de lodos granulares aeróbicos está particularmente adaptado para la depuración de aguas residuales en virtud de las excelentes características de la biomasa, que se agrega formando una estructura compacta que sedimenta rápidamente y permite obtener altas concentraciones de sólidos volátiles en suspensión dentro de los reactores y asegura la eliminación simultánea de sustancias orgánicas y nutrientes. Dicho lodo se forma por granulación. La granulación es el proceso por el que la autoinmovilización de microorganismos conduce a la formación de aglomerados densos que contienen millones de organismos por gramo de biomasa, incluidas diferentes especies bacterianas dentro de ellos. Para que las bacterias formen gránulos aeróbicos, se requiere la contribución sinérgica de múltiples condiciones físicas, químicas y biológicas, incluidas las fuerzas de cizallamiento hidrodinámicas.

En determinadas condiciones, en particular cuando están presentes niveles adecuados de oxígeno, tales bacterias producen polímeros extracelulares y los agregados crecen, determinando cambios metabólicos y genéticos que fortalecen la interacción celular y aumentan la densidad de las células adherentes.

El experto en la técnica conoce el significado de EPS. Por lo general, es un conjunto, en proporciones variables, de proteínas, polisacáridos (carbohidratos), ácidos húmicos, ácidos nucleicos, lípidos y heteropolímeros como las glicoproteínas. Parte de estas sustancias, al ser hidrófobas, se separan del agua y se disponen por sí mismas en la superficie con un aspecto muy viscoso.

Los polímeros extracelulares secretados por los microorganismos son de gran importancia en el proceso de granulación ya que, al estar involucrados en los eventos de adhesión entre células, fortalecen la estructura del lodo granular aeróbico, confiriéndole estabilidad a largo plazo.

Normalmente, "cultivos en suspensión" significa cultivos de microorganismos, por ejemplo bacterianos, en ausencia de soportes físicos a los que se puedan adherir las bacterias.

En particular, no se proporciona ni grava ni cuerpos de plástico. Por tanto, en cultivos en suspensión, el lodo se suspende en el medio líquido.

Las reivindicaciones dependientes describen realizaciones particulares de la invención.

Breve descripción de las figuras

Se proporciona una descripción detallada de una serie de realizaciones ejemplares del aparato de la presente invención a modo de explicación y no a modo de limitación, con referencia a las Figuras adjuntas, en las que:

La figura 1 muestra una vista esquemática del aparato de la presente invención según una primera realización del mismo;

La figura 2 muestra una vista esquemática del aparato de la presente invención según una segunda realización del mismo;

La figura 2A muestra una vista esquemática de una variante del aparato de la invención;

La figura 3 muestra una vista esquemática del diagrama de funcionamiento de una planta de tratamiento que incorpora el aparato de la presente invención;

Las figuras 4A y 4B muestran vistas esquemáticas, respectivamente vista en planta y en sección, de un componente del aparato de la presente invención según una primera realización del mismo;

Las figuras 5A y 5B muestran vistas esquemáticas, respectivamente una vista en planta y en sección, de un componente del aparato de la presente invención según una segunda realización del mismo; y

Las figuras 6A y 6B muestran vistas esquemáticas, respectivamente una vista en planta y en sección, de un componente del aparato de la presente invención según una tercera realización del mismo.

Los números de referencia iguales se refieren a elementos iguales o similares.

Descripción detallada de la invención

Con referencia a las Figuras, en general, se muestra un aparato para degradar la fracción orgánica de un líquido, en particular aguas residuales, mediante biomasa activa, en particular partículas de lodo activo, que comprende: al menos un tanque 1 que contiene el fluido y dicha biomasa activa,

al menos una estructura hueca 6, 106, 206, sumergida al menos parcialmente en las aguas residuales, provista de al menos una primera abertura 61 para dejar entrar las aguas residuales y de al menos una segunda abertura 62 para dejar salir las aguas residuales, en donde la relación entre el área de la al menos una primera abertura 61 y el área de la al menos una segunda abertura 62 es al menos 5:1, preferiblemente entre 100:10 y 100:1,

- medios de suministro de aire 7, 70 adaptados para introducir aire dentro de dicha al menos una estructura 6, 106, 206;

en donde dicha al menos una primera abertura 61 está proximal a dichos medios de suministro de aire 7, 70 y dicha al menos una segunda abertura 62 está distal de dichos medios de suministro de aire 7, 70, de modo que los medios de suministro de aire 7, 70 se adaptan para generar un flujo de aguas residuales desde dicha al menos una primera abertura 61 hasta dicha al menos una segunda abertura 62.

Ventajosamente, en el interior de dicha al menos una estructura 6, 106, 206 se obtiene un aumento local de la oxigenación de las aguas residuales resultante de la convergencia de las burbujas de aire y la generación de Sustancias Poliméricas Extracelulares (EPS) producidas por dicha biomasa activa.

De hecho, en particular en virtud de la relación antes mencionada entre las aberturas 61, 62, y más en particular en virtud del estrechamiento de la sección, en la proximidad de una o más segundas aberturas 62 hay un aumento en la concentración de aire y, por tanto, de oxígeno. Además, el régimen de movimiento turbulento que se establece en la proximidad de una o más segundas aberturas 62 provoca que las aguas residuales sean sometidas a fuerzas de cizallamiento y compresión, favoreciendo la generación de EPS.

Como se explica con más detalle a continuación, los medios de suministro de aire 7, 70 comprenden preferiblemente uno o más difusores porosos.

Ventajosamente, el flujo de aguas residuales desde la primera abertura a la una o más segundas aberturas 62 se obtiene en virtud del ascenso de las burbujas insufladas y por lo tanto del movimiento ascendente del líquido.

Preferiblemente, la al menos una primera abertura 61 mira hacia el fondo del tanque, en cuya proximidad están dispuestos los medios de suministro de aire 7, 70.

Con referencia ahora a la Figura 1, se muestra esquemáticamente un aparato según una realización de la invención. El aparato comprende un tanque de oxidación 1 o reactor. El tanque de oxidación se puede obtener modificando un tanque existente.

El aparato, o planta, comprende un tanque 1 que contiene un fluido a oxidar, típicamente agua residual o fracción de residuo orgánico, después de triturar y diluir, o lodo excedente, es decir, en exceso, para someterlo a procesos de digestión.

Se proporciona una tubería de entrada 2 para el fluido a tratar, preferiblemente dispuesta en un lado del tanque 1. La tubería de salida de fluido tratado 3 se dispone preferiblemente en el lado opuesto del tanque 1 con respecto a la tubería de entrada 2, para crear un flujo del fluido a tratar, evitando cortocircuitos hidráulicos.

Normalmente, dentro del tanque 1 se proporciona un deflector o partición 4, dispuesto en la parte final del tanque 1, proximal a la tubería de salida 3. El extremo inferior del deflector 4 está separado del fondo del tanque. En el espacio 55, o zona, delimitado por el deflector 4 y por una pared 31 del tanque, donde se proporciona la tubería de salida 3, se produce principalmente la separación del lodo granular de la fase acuosa. Normalmente, el deflector 4 se dispone de modo que esté separado de la pared 31. Además, es preferible que el deflector 4 esté inclinado con respecto a la pared 31, de modo que el extremo del deflector 4 proximal al fondo del tanque está separado de la pared 31 por una distancia menor que la distancia entre el extremo del deflector distal desde el fondo del tanque y la pared 31. Alternativamente, el deflector es sustancialmente perpendicular al fondo del tanque. El deflector 4 tiene la función de asegurar que la extracción del flujo saliente depurado ocurra en la parte inferior del tanque, donde se encuentra la menor concentración de EPS, en particular los hidrofóbicos, que se concentran en la parte superior del tanque, ya que tienden a disponerse a lo largo de la interfaz líquido-aire y, por lo tanto, en la superficie. Al mismo tiempo, el flujo ascendente forzado asegura que el lodo que se separa en dicho espacio 55, delimitado por el deflector 4 y por la pared 31, tenga un efecto filtrante sobre el flujo de líquido ascendente que tiene lugar hacia la tubería de salida 3.

Las EPS se producen en virtud de eventos de estrés y lisis celular resultantes del uso de las estructuras 6.

De acuerdo con la presente invención, de hecho, se proporcionan medios que permiten una transferencia local concentrada de oxígeno al lodo activo, en particular, se proporciona al menos una estructura 6 (dos de las estructuras 6 se muestran en la Figura). Cada estructura 6 es hueca. En particular, delimita un volumen circunscrito dentro del tanque 1, y la estructura 6 se dispone en una condición parcial o totalmente sumergida en el tanque 1.

Cada una de las dos estructuras 6 tiene sustancialmente forma de campana. Las estructuras 6 están parcialmente sumergidas en el tanque 1 y se mantienen en una condición flotante, en virtud de la presencia de uno o más flotadores 60 dispuestos preferiblemente en la parte superior del mismo. Alternativamente, las estructuras están en una posición fija, preferiblemente fijadas al fondo del tanque, por medio de medios de sujeción, por ejemplo una estructura de sujeción. Cuando las estructuras se sujetan al fondo del tanque, el extremo inferior de cada estructura se separa de la pared inferior del tanque. Según una variante no representada, las estructuras están suspendidas, siendo soportadas por una o más estructuras de soporte. La pared lateral 67 de la estructura 6 delimita una abertura de entrada 61 para dejar entrar el fluido. Preferiblemente, la abertura 61 está delimitada por un extremo inferior de la pared lateral 67 de la estructura 6. La abertura de entrada 61 está orientada hacia el fondo del tanque.

En esta realización, se proporcionan al menos dos tuberías, preferiblemente cuatro tuberías 65, para dejar salir el fluido. Las tuberías se comunican con el interior de la estructura 6 y cada extremo de las tuberías delimita una abertura de salida respectiva 62 para el fluido, en particular para la mezcla de aire/líquido, es decir, la mezcla de aire/aguas residuales. Preferiblemente, las tuberías 65 se extienden transversalmente, por ejemplo ortogonalmente, con respecto a la pared lateral 67 de la campana 6.

La forma de la campana 6 permite que el área de la abertura de entrada de fluido 61 sea mucho mayor que el área de cada abertura de salida de fluido 62 o que la suma de las áreas de las aberturas de salida de fluido 62. Preferiblemente, la relación entre el área de la sección de la abertura de entrada 61 y el área de la sección de cada abertura de salida 62, o entre el área de la sección de la abertura de entrada 61 y la suma de las áreas de las aberturas de salida 62, es al menos 5:1, preferiblemente entre 100:10 y 100:1, según los requisitos de oxidación.

Además, las estructuras 6 sustancialmente en forma de campana, también llamadas campanas 6, pueden transportar el aire entregado al tanque por medio de elementos de suministro de aire 70, por ejemplo difusores porosos, colocados en la parte inferior del tanque, conectados, por medio de tubos, a un sistema de suministro de aire 7, parcialmente ilustrado, del tanque 1. Debe observarse que el aire puede introducirse en el fluido contenido en el tanque 1 por medios conocidos por los expertos en la técnica.

Exclusivamente a modo de explicación y no a modo de limitación, para permitir mayores posibilidades de ajuste, cada campana 6 puede incluir, en el interior, preferiblemente sujeta a la misma, uno o más difusores de aire 70 que pueden estar conectados al sistema de suministro de aire 7.

En general, preferiblemente, las campanas 6 están dispuestas de modo que se proporcione al menos un elemento de suministro 70, o difusor, en cada campana individual 6, preferiblemente dentro de la misma.

La disposición es tal que los difusores 70 crean dentro de la campana 6 una mezcla de agua y aire que pasa a través de esta última creando un flujo desde la abertura 61 a las aberturas 62, por ejemplo, sustancialmente desde el fondo hacia arriba, como se ilustra en la Figura.

En el caso de una instalación flotante de la campana, el cuerpo flotante 60 se proporciona en la parte superior de la campana 6, adaptado para soportarlo en una condición flotante (es decir, separado del fondo del tanque 1). De manera similar, en la parte inferior de la campana 6 preferiblemente se proporciona un cuerpo de lastre 63, para asegurar el posicionamiento vertical de la campana 6 dentro del tanque 1.

Con referencia ahora a la Figura 2, se muestra esquemáticamente un aparato según otra realización de la invención. El aparato comprende un tanque de oxidación 1 o reactor. Para una claridad ilustrativa, partes iguales tendrán nombres iguales y la descripción detallada de las mismas se omite por la presente porque se dio anteriormente y es válida también para esta realización.

La realización mostrada en esta figura difiere de la anterior en que prevé uno o más tabiques o paredes intermedios 10 (solo se muestra uno de ellos en la figura) dispuestos en el tanque 1. Los tabiques 10 están provistos de un espacio de paso en la parte inferior de los mismos, o en otras palabras, el extremo inferior de cada tabique 10 está separado del fondo del tanque. Preferiblemente, los tabiques 10 se orientan para extenderse en una dirección sustancialmente perpendicular al fondo del tanque. La distancia entre el extremo inferior de cada partición 10 y la pared inferior del tanque se identifica típicamente sobre la base de los flujos hidráulicos del sistema, y varía entre 10 cm y 1,5 m. Exclusivamente a modo de explicación, cada tabique 10 se fija a dos paredes opuestas del tanque.

La disposición de los tabiques 10 es tal que el espacio delimitado por los tabiques y por las paredes del tanque 1 define una serie de compartimentos que se comunican entre sí. En la realización mostrada en la Figura 2, solo se proporciona un tabique 10. La viscosidad de la mezcla, resultante de la diferente concentración del componente hidrófobo de las EPS, puede asumir diferentes valores de concentración en los diversos compartimentos. Preferiblemente, la concentración de oxígeno y la viscosidad de la mezcla disminuyen en una dirección que va desde la tubería de entrada 2 hacia la tubería de salida 3. Preferiblemente, cada compartimento comprende al menos una campana 6. Por ejemplo, cada compartimento puede comprender una o más campanas 6. Por tanto, se consigue una secuencia de compartimentos definida por los tabiques 10, que pueden caracterizarse por diferentes concentraciones de EPS.

Para aumentar dicho efecto, como se muestra en la variante de la Figura 2A, en uno o más de estos compartimentos puede estar presente un tubo 50, para recircular el lodo más ligero y las EPS hidrófobas, que por lo tanto se ubican en la proximidad o en la superficie de la mezcla a tratar.

En particular, el tubo 50 comprende una sección o abertura de entrada 51 dispuesta para canalizar en su interior lodos más ligeros y/o EPS hidrófobas de la superficie de la mezcla. En particular, la abertura de entrada 51 mira hacia arriba y el extremo del tubo 50 está por debajo de la superficie libre del fluido. El tubo 50 fluye hacia un compartimento que está aguas arriba, desde el punto de vista hidráulico, con respecto a aquél en el que se proporciona la sección de entrada 51 del tubo 50.

La recirculación se realiza típicamente por medio de la depresión creada después de la insuflación de aire en la abertura o punto de entrada de aire 52 en la porción de línea ascendente del tubo 50, es decir, donde el fluido se dirige hacia arriba. En particular, una tubería 53 conecta el tubo 50, en el punto de entrada de aire 52, al sistema 70 de suministro de aire.

Preferiblemente, para las realizaciones de las Figuras 1, 2 y 2A, en la parte final del tanque 1 (es decir, aguas abajo de la circulación hidráulica) hay una zona 55 de calma parcial durante el funcionamiento del aparato, en la que ocurre la separación de la fase líquida de la fase de lodos, mediante sedimentación y filtrado, y la formación de una capa fluida del lodo granular 5, capaz de filtrar físicamente el flujo hidráulico que sale del reactor.

Preferiblemente, dicha zona 55 está delimitada por el deflector 4 y por la pared 31 del tanque, que delimitan una abertura inferior. El tabique puede ser sustancialmente perpendicular al fondo del tanque o inclinado. De esta forma, la capa de lodos granulares asegura la filtración del efluente además de asegurar una mayor permanencia de las EPS en el tanque, ya que, de forma natural o tras la flotación producida por las burbujas de aire, tienden a disponerse en la parte superior del depósito. tanque, o del compartimiento donde se coloca dicho deflector 4. En particular, el componente hidrófobo de las EPS se dispone en la parte superior del tanque.

La presencia del deflector 4 y del lecho de los lodos granulares fluidos 5 también permite retener dentro del tanque sustancias flotantes y "cenizas" formadas durante la etapa de lisis celular, evitando que se desvíen hacia la tubería de salida 3 en el flujo saliente. La flotación del mismo también se ve facilitada por el suministro de microburbujas de aire dentro del tanque.

Con referencia ahora a la figura 3, se muestra esquemáticamente, a modo de explicación, un diseño de la depuradora que incorpora uno o más aparatos según la presente invención.

Las partes o secciones de tratamiento de la planta que en la figura se muestran con una línea discontinua indican la posibilidad de que se omitan como resultado de haber realizado la modificación a la planta incorporando el aparato de la presente invención.

De hecho, dado el alto potencial de oxidación del aparato de la presente invención, no se requiere la presencia del sedimentador primario, aguas arriba del tanque 1. Además, dada la capacidad del lodo granular para realizar la nitrificación y desnitrificación dentro del propio gránulo de lodo, es posible que ya no sea necesaria la presencia del compartimento de desnitrificación.

En el caso de incorporar el aparato de la presente invención dentro de una depuradora de lodos activos existente, la sedimentación puede realizarse dentro del propio tanque 1. Es posible que no se requiera el decantador secundario, aguas abajo del tanque 1.

Con referencia ahora a las Figuras 4A y 4B, se muestra esquemáticamente una primera realización de una campana de oxidación 6.

En general, según la presente invención, la campana 6 tiene preferiblemente una relación entre la sección de entrada 61, o área de la abertura de entrada 61, y la sección de salida 62, o área de las aberturas de salida 62, del líquido que puede variar, preferiblemente de 100:1 a 100:10 de acuerdo con el potencial de oxidación requerido. La superficie total de salida viene dada por la suma de las áreas de las aberturas 62.

Según esta realización, se proporciona la posibilidad de variar la relación de reducción de áreas antes mencionada por medio de respectivos dispositivos de ajuste 64 ubicados directamente en las tuberías de salida 65 (mejor descritas a continuación) de la mezcla agua-aire. Dichos dispositivos de ajuste 64, preferiblemente, funcionan al variar la sección interna de cada tubería 65. Por lo tanto, la relación antes mencionada entre las áreas puede variarse, permaneciendo aún de al menos 5:1, preferiblemente entre los límites 100:1 - 100:10.

Alternativamente, se puede obtener el mismo resultado por medio de un único dispositivo de ajuste centralizado montado en la parte superior de la campana (no mostrado en estas figuras). Alternativamente, se puede obtener un resultado similar ajustando el caudal del aire insuflado en el difusor o difusores 70.

Más en detalle, la campana 6 tiene un borde inferior que es preferiblemente circular, que delimita la abertura 61 (sección de entrada) para dejar entrar el líquido. Un lastre 63 para estabilizar la campana 6 se sujeta al borde. En tal caso, típicamente, se proporciona al menos un elemento flotante 60, sujeto en la parte superior de la campana 6.

Típicamente, se prevé que el flotador 60 esté dispuesto y configurado de manera que la campana 6 esté parcial o totalmente sumergida, en particular, en su desarrollo, y que las tuberías 65 estén ubicadas preferiblemente debajo de la superficie libre del fluido (véanse las Figuras 1 y 2). Cabe señalar que un experto en la técnica es capaz de determinar las características y la posición del flotador para obtener tal resultado.

Normalmente, el extremo inferior de la campana se dispone a una distancia entre 30 cm y 1 m del fondo del tanque. El diámetro interno D de la campana en la sección inferior 61 depende del tamaño del tanque y de las características de las aguas residuales a depurar. Preferiblemente, el diámetro interno de la campana 6 en la sección inferior 61 tiene entre 0,5 m y 5 m. En la parte superior de la campana 6 se proporciona al menos una tubería de salida 65, que delimita una abertura respectiva 62. Por ejemplo, se pueden proporcionar dos o cuatro tuberías de salida 65. Cada tubería de salida 65 se ramifica desde la parte superior de la campana, que tiene un diámetro interno menor que el diámetro interno de la sección 61. Preferiblemente, cada tubería de salida 65 se extiende desde la pared lateral 67 de la campana 6, en una dirección sustancialmente perpendicular al eje vertical X de la respectiva campana 6. Preferiblemente, cuando se proporcionan cuatro tuberías de salida 65, se alinean de dos en dos, para formar sustancialmente una cruz. Preferiblemente, el diámetro interno D de cada tubería de salida 65, y de la respectiva abertura 62, está entre 5 y 20 cm.

Preferiblemente, el extradós de cada tubería de salida 65 se dispone debajo de la superficie libre del líquido en el tanque y a una distancia de la superficie libre del líquido de entre 5 y 100 cm.

En este caso, habiéndose proporcionado dos o cuatro aberturas de salida 62, la superficie total de salida viene dada por la suma de las áreas de cada sección de salida 62, netas de cualquier constricción hecha para operar el ajuste de caudal mencionado anteriormente.

Según esta realización, la campana 6 está configurada para flotar. Alternativamente, puede estar previsto que la campana descanse o esté anclada al fondo del tanque. En tal caso, la campana puede proporcionar bases de soporte especiales (no se muestran en la Figura).

Con referencia ahora a las Figuras 5A y 5B, se muestra esquemáticamente una segunda realización de una campana de oxidación 106.

Para una claridad ilustrativa, las partes iguales tendrán nombres iguales y la descripción detallada de las mismas se omite aquí porque se dio anteriormente.

Según esta realización, la campana 106 carece de cualquier dispositivo para el ajuste del caudal de salida, es decir, los dispositivos 64 de la realización anterior. En particular, la campana 106 tiene una relación de secciones de entrada 61 y salida 62 de mezcla de agua-aire que se establece como constante, es decir, no es variable durante el funcionamiento. De acuerdo con los requisitos de operación de una planta dada, dicha relación entre las superficies de entrada 61 y salida 62 de las aguas residuales se establece durante la etapa de construcción de la campana 6 y es al menos de 5:1, o en otras palabras, el área de la primera abertura 61 es al menos 5 veces mayor que el área de la segunda abertura 62. Preferiblemente, la relación entre el área de la primera abertura 61 y el área de la segunda abertura 62 es de entre 100:1 y 100:10, de acuerdo con el potencial de oxidación requerido.

En este caso, el potencial de superoxidación de la campana se puede ajustar variando la cantidad de aire insuflado por medio del difusor o difusores 70. Para el funcionamiento del sistema, las tuberías de salida 65 se ubican preferiblemente debajo de la superficie libre del líquido (Figuras 1 y 2) y tienen la función de facilitar el mezclado de la mezcla alejando el flujo de la campana 106.

Como en la realización de la campana descrita anteriormente, el extremo inferior de la campana se dispone preferiblemente a una distancia entre 30 cm y 1 m del fondo del tanque. El diámetro interno D de la campana 106 en la sección inferior 61 depende del tamaño del tanque y de las características de las aguas residuales a depurar. Preferiblemente, el diámetro interno D de la campana 6 en la sección inferior 61 es entre 0,5 m y 5 m. En la parte superior de la campana 106 se proporciona al menos una tubería de salida 65 para la mezcla, que delimita una abertura respectiva 62. Por ejemplo, se pueden proporcionar dos o cuatro tuberías de salida 65. Cada tubería de salida 65 se ramifica desde la parte superior de la campana, que tiene un diámetro interno menor que el diámetro interno de la sección 61. Preferiblemente, cada tubería de salida 65 se extiende en una dirección sustancialmente perpendicular al eje vertical X de la campana respectiva. 6. Preferiblemente, cuando se proporcionan cuatro tuberías de salida 65, se alinean de dos en dos, para formar sustancialmente una cruz. Preferiblemente, el diámetro interno D de cada tubería de salida 65 está entre 5 y 20 cm.

La superficie total de salida viene dada por la suma de las áreas de las aberturas 62.

También para esta realización, se muestra una aplicación flotante en las Figuras, pero alternativamente, la campana puede descansar en el fondo del tanque, estando provista de bases de soporte dedicadas.

Con referencia ahora a las Figuras 6A y 6B, se muestra esquemáticamente una tercera realización de una campana de oxidación 206.

Para una claridad ilustrativa, las partes iguales tendrán nombres iguales y la descripción detallada de las mismas se omite aquí porque se dio anteriormente.

Según esta realización, la campana no tiene las tuberías de salida descritos anteriormente. La campana 206 está provista de una abertura 62', opuesta a la abertura inferior 61. En particular, el borde superior de la campana que delimita la abertura 62' tiene un diámetro interno menor que el diámetro interno D del borde inferior de la campana.

206, que delimita la abertura inferior 61.

De manera similar a las realizaciones anteriores, también esta realización prevé que la relación entre la sección de entrada 61 y la sección de salida 62 del líquido sea al menos de 5:1, preferiblemente de entre 100:1 y 100:10.

Para el funcionamiento, la superficie superior de salida 62 de la mezcla agua/aire se encuentra preferentemente, también en este caso, debajo de la superficie libre de la mezcla. En este caso, el potencial de superoxidación de la campana se puede ajustar variando la cantidad de aire insuflado por medio del difusor o difusores 70.

Las figuras muestran una aplicación flotante. Alternativamente, la campana puede descansar en el fondo del tanque por medio de bases de soporte especiales (no mostradas en las Figuras).

Cabe señalar que, aunque la descripción se ha dado con particular referencia a estructuras en forma de campana, las estructuras también pueden tener una forma diferente, por ejemplo, troncocónica.

Ventajas

El sistema de la presente invención tiene muchas ventajas.

Según un aspecto ventajoso, la sustancia orgánica se puede degradar en solución acuosa por medio de un sistema de lodos granulares aeróbicos cultivados en suspensión caracterizado por costes energéticos reducidos y alta velocidad de separación entre el lodo activo y el agua depurada.

Según otro aspecto ventajoso, el sistema puede adaptarse fácilmente para modificar depuradoras de lodos activos existentes.

Según otro aspecto ventajoso, se puede constituir un sistema de fase acuosa para la oxidación a bajo coste de la fracción de residuos orgánicos.

Según otro aspecto ventajoso, se puede permitir la oxidación química y bioquímica de aguas residuales de origen orgánico fuertemente contaminantes.

Según otro aspecto ventajoso, puede ser posible operar con un potencial de oxidación localizado considerable y, al mismo tiempo, con un consumo de energía reducido.

Según otro aspecto ventajoso, operar en un reactor de alimentación continua en lugar de en modo intermitente de "llenado y extracción", y controlando la concentración de EPS en el tanque, manteniéndola dentro de un rango óptimo y activando la producción del mismo cuando esté por debajo de dicho rango, puede ser posible.

Según otro aspecto ventajoso, los lodos sobrantes pueden transformarse en EPS en el interior de los tanques de oxidación de las plantas depuradoras de lodos activos o en los tanques de digestión aeróbica de los lodos de las mismas plantas.

Según otro aspecto ventajoso, los lodos sobrantes de las plantas depuradoras de lodos activos pueden estar dotados de mejores condiciones de deshidratación mecánica en virtud de la presencia de EPS que favorecen la floculación de los lodos y por tanto un uso reducido de productos espesantes.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato para degradar la fracción orgánica de aguas residuales mediante biomasa activa, en particular partículas de lodo activo, que comprende:

- al menos un tanque (1) adaptado para contener las aguas residuales y dicha biomasa activa;

- al menos una estructura hueca (6, 106, 206), adaptada para estar sumergida al menos parcialmente en las aguas residuales, provista de al menos una primera abertura (61) para dejar entrar las aguas residuales y de al menos una segunda abertura (62) para dejar salir las aguas residuales, en donde la relación entre el área de la al menos una primera abertura (61) y el área de la al menos una segunda abertura (62) es igual a al menos 5:1;

- medios de suministro de aire (7, 70) adaptados para introducir aire dentro de dicha al menos una estructura (6, 106, 206);

en donde dicha al menos una primera abertura (61) está proximal a dichos medios de suministro de aire (7, 70) y dicha al menos una segunda abertura (62) está distal de dichos medios de suministro de aire (7, 70), de modo que el suministro de aire los medios (7, 70) se adaptan para generar un flujo de aguas residuales desde dicha al menos una ^{primera abertura (61) hasta dicha al menos una segunda abertura (} 62 ^).

2. Aparato según la reivindicación 1, en donde dicha al menos una estructura hueca (6, 106, 206) tiene forma de campana.

3. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la relación entre el área de al menos una primera abertura (61) y el área de al menos una segunda abertura (62) está entre 100:10 y 100:1.

4. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde, cuando se proporciona más de una segunda abertura (62), la relación entre el área de la al menos una primera abertura (61) y la suma de las áreas de las segundas aberturas (62) es igual a al menos 5:1, preferiblemente está entre 100:10 y 100:1.

5. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha al menos una estructura (6, 106, 206) tiene una pared lateral, y en donde dicha al menos una primera abertura (61) está delimitada por un extremo inferior de la pared lateral.

6. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se proporciona una segunda abertura (62) delimitada por un extremo superior de la pared lateral de la al menos una estructura (6, 106, 206).

7. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde se proporciona al menos una tubería de salida (65) que se extiende transversalmente desde la pared lateral de la al menos una estructura (6, 106, 206), en donde dicha al menos una tubería de salida (65) comunica con el interior de la al menos una estructura (6, 106, 206) y delimita una segunda abertura (62).

8. Aparato según la reivindicación 7, en donde se proporcionan al menos dos tuberías de salida (65), en donde cada una de las al menos dos tuberías de salida (65) delimita una segunda abertura (62) respectiva.

9. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la al menos una estructura (6, 106, 206) está provista de medios de ajuste de caudal (64), configurados para ajustar el caudal de las aguas residuales que salen de la al menos una segunda abertura (62).

10. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha al menos una estructura (6, 106, 206) comprende un cuerpo flotante (60) configurado para hacer que la al menos una estructura (6, 106, 206) flote en las aguas residuales.

11. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha primera abertura (61) está delimitada por una parte de estructura que tiene un diámetro interno mayor que el resto de la estructura.

12. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se proporciona al menos un tabique (10), sumergido al menos parcialmente en las aguas residuales, que divide el tanque (1) en compartimentos que se comunican entre sí, y preferiblemente en donde se proporciona en al menos un tubo (5), para recircular el fluido de un compartimento a otro compartimento.

13. Un método para degradar la fracción orgánica de aguas residuales por medio de biomasa activa, en particular partículas de lodo activo, en donde se proporciona un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, el método comprende las etapas de:

a) introducir las aguas residuales en el tanque (1) de manera que dicha al menos una estructura (6, 106, 206) se sumerja al menos parcialmente en las aguas residuales;

b) introducir aire dentro de dicha al menos una estructura (6, 106, 206) por medio de los medios de entrega de aire (7, 70), para generar un flujo de aguas residuales desde dicha primera abertura (61) a dicha al menos una segunda abertura (62) por medio de dichos medios de suministro de aire (7, 70).