MX2011004708A - Una unidad de tratamiento primario y un sistema para maximizar la cantidad de biogas conteniendo metano recolectado a partir de aguas residuales. - Google Patents

Abstract

La invención provee una unidad y un sistema de tratamiento primario, para la recolección de biogás conteniendo metano a partir de aguas residuales. La unidad de tratamiento primario está configurada para separar el asentamiento de las aguas residuales y la digestión de lodo en dos regiones o cámaras separadas del tanque. La región de asentamiento está adaptada para recibir las aguas residuales y dejar salir un efluente líquido y la región de digestión está adaptada para recibir los componentes sólidos de las aguas residuales desde la región de asentamiento y dejar salir el biogás conteniendo metano generado sustancialmente en la digestión. La unidad de tratamiento primario está diseñada de manera que el biogás conteniendo metano salga sin entrar en contacto con la escoria de las aguas residuales. El sistema comprende, además, un sistema para la recolección de biogás, configurado para recibir el biogás conteniendo metano, desde la región de digestión de la primera unidad de tratamiento primario.

Description

UNA UNIDAD DE TRATAMIENTO PRIMARIO Y UN SISTEMA PARA MAXIMIZAR LA CANTIDAD DE BIOGÁS CONTENIENDO METANO RECOLECTADO A PARTIR DE AGUAS RESIDUALES CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención de relaciona, de manera general, al campo de la recolección de biogás conteniendo metano y, en particular, a una unidad de tratamiento primario y a un sistema para maximizar la cantidad de biogás conteniendo metano recolectado a partir de aguas residuales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La digestión de la aguas residuales, dando como resultado la generación de biogás, ocurre cuando los microorganismos de origen natural degradan y digieren a las aguas residuales. En" un ambiente aeróbico, los productos finales de la degradación de residuos orgánicos son principalmente C02 y H20. En un ambiente anaeróbico, los productos finales intermedios de la degradación de residuos son principalmente lós alcoholes, los aldehidos, los ácidos orgánicos y el C02. En presencia de microbios especializados, llamados metanógenos, estos intermedios se convierten en los productos finales CH4 y C02 , con trazas de H2S.

La formación de metano mediante metanógenos se conoce como metanogénesis .

Una ecuación general química simplificada de la digestión anaeróbica se presenta a continuación: C6H1206-3C02 + 3CH4 Se ha demostrado que los metanógenos también usan carbono de otros compuestos orgánicos, tales como el ácido fórmico, el metano!, las metilaminas, el dimetil sulfuro y el metanotiol .

Si el biogás conteniendo metano va a ser utilizado en aplicaciones industriales o comerciales, puede requerirse, además, de un tratamiento con equipamientos de lavado y limpieza (tal como un tratamiento de gas con aminas), para obtener niveles de H2S dentro de los niveles aceptables y reducir la cantidad de siloxanos. El biogás conteniendo metano obtenido a partir del proceso puede ser utilizado en una variedad de aplicaciones incluyendo la producción de electricidad y la 'síntesis química de compuestos, incluyendo el metanol y otros .

Con el tiempo, por lo general, las aguas residuales, se asientan en tras capas sustancialmente distinguibles 1) la capa de sedimentos : del fondo o capa de lodo, la cual contiene materiales que presentan una gravedad específica mayor que la del agua, son más densos que el agua y que se derivan de la mayoría de los sólidos de las aguas residuales; 2) la capa del medio que comprende líquido y sólidos en suspensión, sólidos qué son típicamente materiales orgánicos muy pequeños que continúan siendo degradados cuando están en la capa líquida; y 3) la capa de escoria, sustancialmente compuesta de materiales que tienen una gravedad específica menor que la del agua, tal como la enjundia, el aceite y las grasas. Cada capa define un único microambiente, con características diferentes, que soporta un consorcio distinto de microorganismos.

En la capa de sedimentos o de lodo de los tanques sépticos o decantadores tradicionales, la producción de biogás conteniendo- metano sucede como un resultado de la digestión anaeróbica. El biogás difunde hacia fuera de la capa de sedimentos, luego a través de la capa media líquida y después transita a través de la capa de escoria, para acumularse en la espacio frontal (headspace) del tanque séptico o decantador. Dado que poblaciones de bacterias metano-oxidantes (metanotrofas ) pueden estar presentes en la capa de escoria, al menos algo del componente de metano del biogás es digerido hasta dióxido de carbono a medida que pasa a través de la capa de escoria. Los sistemas para la generación de biogás ' anteriores no estaban diseñados para maximizar la captura o recolección del biogás conteniendo metano que resulta de la descomposición del lodo y/o para evitar la interacción entre el biogás conteniendo metano y los metanotrofos de la capa de escoria.

Estos antecedentes se proveen para exponer información que el solicitante entiende que pueden ser de posible relevancia para la . presente invención. No se admite necesariamente, ni debería interpretarse, que algo la información precedente constituya arte previo respecto de la presente invención.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La invención provee un sistema para maximizar la cantidad de biogás conteniendo metano recolectado de las aguas residuales que comprende: 1) una unidad de tratamiento primario (PTU, por sus siglas en idioma inglés) que facilita la segregación de la capa de escoria que consume metano, tanto desde la capa de sedimentos como de los punto o puntos de recolección de metano y 2) un sub sistema para la captura o para la recolección del biogás conteniendo metano.

De manera opcional, el sistema además comprende procedimientos para ·:¦ incrementar la generación de metano operativamente asociados con la PTU y/o con un subsistema para el transporte del biogás conteniendo metano.

Es un objeto de la presente invención, proveer una unidad de tratamiento primario (PTU) y un sistema para maximizar la cantidad de biogás conteniendo metano, que se recolecta a partir de las aguas residuales. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se provee una unidad de tratamiento primario adaptada para la recolección de biogás conteniendo metano, comprendiendo la unidad de tratamiento primario una región de asentamiento de las aguas residuales y una región de digestión de las aguas residuales, en donde la región de asentamiento de las aguas residuales está adaptada para recibir las aguas residuales y producir un efluente líquido, y una región de digestión adaptada para recibir los componentes sólidos de las aguas residuales de la región de asentamiento y producir el biogás conteniendo metano generado sustancialmente en la región de digestión, en donde la producción del biogás conteniendo metano no entra en contacto sustancial con la escoria de las aguas residuales.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se provee de una unidad de tratamiento primario adaptada para la recolección del biogás conteniendo metano, en donde la unidad de tratamiento primario está configurada para separar el asentamiento y la digestión de las aguas residuales, en una región de asentamiento y una región de digestión respectivamente, y producir el biogás conteniendo metano sustancialmente generado en la región de digestión, en donde la producción de biogás conteniendo metano no entra en contacto sustancial con la escoria de las aguas residuales.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se provee de un sistema para la recolección de biogás conteniendo metano, que comprende una unidad de tratamiento primario configurada para separar las aguas residuales en una capa de escoria, una capa líquida y una capa de sedimentos o de lodo, comprendiendo la unidad de tratamiento primario un compartimiento dé asentamiento adaptado para recibir las aguas residuales y dejar salir un efluente líquido, y un compartimiento de digestión adaptado para recibir a los componentes sólidos de las aguas residuales del compartimiento de asentamiento, teniendo el compartimiento de asentamiento un primer espacio frontal (headspace) configurado para ventilar el tanque y conductos corriente abajo para el 'airé1 atmosférico, para evitar cierres hidráulicos y recoger el biogás generado sustancialmente en el compartimiento de asentamiento y teniendo el compartimiento de digestión un segundo espacio frontal, sustancialmente separado del primer espacio frontal, estando el segundo espacio frontal configurado para recoger el biogás conteniendo metano generado sustancialmente en el compartimiento de digestión; en donde la capa de escoria está sustancialmente retenida en el compartimiento de asentamiento y la capa de sedimentos está sustancialmente retenida en el compartimiento de digéstión; y un sistema de recolección de biogás conectado operativamente al segundo espacio frontal. De manera opcional, los espacios frontales pueden estar separados mediante sellos hidráulicos .

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se provee de una unidad de tratamiento primario adaptada para la recolección de biogás conteniendo metano, donde la unidad de tratamiento primario está configurada para separar las aguas residuales en una capa de escoria, una capa líquida y una capa de sedimentos, en donde la unidad de tratamiento primario comprende un compartimiento de asentamiento adaptado para recibir las aguas residuales y dejar salir un efluente líquido y un compartimiento de digestión adaptado para recibir los componentes sólidos de las aguas residuales desde el compartimiento de asentamiento, teniendo el compartimiento de asentamiento un primer espacio frontal configurado para ventilar a la atmósfera y para recoger el biogás generado sustancialmente en el compartimiento de asentamiento y teniendo el compartimiento de digestión un segundo espacio frontal, substaricialmente separado del primer espacio frontal, donde el segundo espacio frontal está configurado para recoger y dejar salir el biogás conteniendo metano generado sustancialmente en el compartimiento de digestión.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS En la Figura;! (a) se muestra una vista transversal de una realización de la PTU de dos cámaras, que tiene una configuración de lado a lado y una cámara de asentamiento detallada, con una entrada de aguas residuales y una salida de efluente líquido, y: una cámara de digestión con salida de biogás. La pared divisora interna entre la cámara de asentamiento y la cámara de digestión separa los espacios frontales de las cámaras de asentamiento y de digestión, y evita que la escoria entre a la cámara de digestión.

En la Figura 1 (b) se muestra una vista en planta de la realización de la ?t?.' de dos cámaras que se muestra en la Figura 1 (a) .

En la Figura se muestra una ilustración en tres dimensiones de una unidad de tratamiento primaria de una PTU de dos cámaras, qué tiene un desplazamiento de la entrada en T desde el centro del tanque, con una representación pictórica de la precipitación del material sólido en la cámara de digestión.

En las Figuras 3 (a) a (e) se muestran varias vistas de una realización , de una unidad de tratamiento primaria anidada de dos :'N cámaras, detallando la cámara de asentamiento, con una entrada para aguas residuales y una salida de efluente líquido, y una cámara de digestión con tuberías para la récolección de biogás. Las paredes divisorias internas entre las cámaras de digestión y de asentamiento, evitan que la escoria entre a la cámara de digestión y separa los espacios frontales. La Figura 3(a) es una vista de sección transversal de la entrada final. En la Figura 3(b) se muestra el perfil longitudinal. La Figura 3(c) es una vista de sección transversal de la salida final. En la Figura 3(d) se muestra una vista en planta. En la Figura 3(e) se muestra una vista transversal.

En las Figuras 4 (a) a (d) se muestra una realización de una unidad de tratámiento primaria circular, anidada, de dos cámaras, detallando la cámara de asentamiento con una entrada de aguas residuales y una salida de efluentes líquidos, y una cámara de digestión centralmente ubicada, con tuberías para la recolección de biogás y cámara frontal separada. La pared divisoria interna entre la cámara de asentamiento y la cámara de digestión evita que la escoria entre a la cámara de digestión.

En la Figura 5 (a) se ilustra una vista en corte de una realización de una unidad de tratamiento primario, detallando la cámara de asentamiento, con una entrada de aguas residuales y una salida de efluentes líquidos, y una cámara de digestión centralmente ubicada, con cámara frontal separada y una salida para la recolección de biogás . Las paredes divisorias internas entre la cámara de asentamiento y la cámara de digestión forman un cono invertido o una estructura elongada con forma de V, que evita que la escoria entre a la cámara de digestión y provee para un espacio frontal separado.; La Figura 5(b) es una vista de elevación de la unidad de tratamiento primaria que se muestra en la Figura 5 (a) , detallando la entrada de las aguas residuales y la salida de efluentes líquidos. La Figura 5(c) es una ilustración en tres dimensiones de la unidad de tratamiento primaria de las Figuras 5(a) y 5(b), con una representación pictórica de la precipitación de material sólido en la cámara de digestión.

En la Figura 6 se muestran varias vistas de una realización de ' una . unidad de tratamiento primario de dos cámaras de lado a lado, detallando la cámara de asentamiento, con una entrada de aguas residuales y una salida de efluentes líquidos, y una cámara de digestión con tuberías para la recolección de biogás . La pared divisoria interna entre la cámara de digestión y la cámara de asentamiento, evita que la escoria entre a la cámara de digestión y separa a los espacios frontales.' f En la Figura 7 se muestra una vista de sección transversal y de perfil longitudinal de una configuración de entrada en T> que tiene un codo de 45 grados en ambas direcciones X y Z, para fomentar la mezcla hidráulica en el tanque .

En la Figura 8 se muestra una realización del sistema para la reducción del lodo, que comprende el aprovechamiento in situ del biogás, que comprende la compresión de gas, llama y sistema de calentamiento, el cual incluye un sistema para el calentamiento ,del lodo por manta o mediante resistencia en espiral u otras metodologías de calentamiento.

En la Figura 9 se muestra una realización del sistema que comprende un sistema de electrólisis in situ.

En la Figura 10A se muestra una realización del sistema que comprende medios para la mitigación del metano, el cual comprende un conducto de ventilación unido a la tubería para la recolección del biogás, a través de una tubería de cuello de ganso, para convertir el metano en dióxido de carbono, u otra mitigación de las emisiones de gases de efecto invernadero del biogás .

En la Figura 10B se muestra una realización del sistema, el cual comprende medios alternativos para la mitigación . de metano.

En la Figura 11 se muestra una realización del sistema de recolección y/o de captura de biogás, en donde el centro de utilización del gas está ubicado centralmente y es compartido por múltiples cámaras generadoras de biogás.

En las Figuras 12 (a) y (b) se muestra una realización del sistema sumergido bajo tierra en el patio delantero de una casa. La tapa del tanque se encuentra a nivel y está hecha de metal negro u otro material de alta emisividad, para capturar la energía solar como calor. Las conexiones de la tubería están fusionadas térmicamente (en lugar de utilizar acoplamientos articulados de tubos, los cuales se pueden degradar y permitir fugas) y hay una trampa de condensación entre el tubo de recolección de biog s y el sistema SBS, de manera que la humedad en las líneas de biogás no necesite ser manualmente eliminada.

En la Figura 13 se muestra una realización del sistema de captura y/o de recolección de biogás, en donde el centro de utilización de gas se encuentra ubicado centralmente y es compartido por múltiples cámaras generadoras de biogás. En la figura se detallan los centros de distribución de la recolección, las trampas de condensación y el regreso principal de metano.

En la Figura. 14' ; se muestran detalles de una trampa de condensación instalada en relación a la alineación del sistema de drenaje por gravedad o cloacal de pequeño calibre.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Definiciones Tal como se .utiliza en la presente, el término "aproximadamente"' o "alrededor", hace referencia a una variación de +/- ; un 10% del valor nominal. Debe entenderse que dicha variación está siempre incluida en cualquier valor que sea provisto en la presente, ya sea que se haga referencia específica a la misma o no.

Los términos "efluente líquido" y "capa líquida" se utilizan para definir porciones sustancialmente líquidas de las aguas residuales.

El término ' "lodo" o "de sedimentos" se utiliza para definir porciones ' sustancialmente sólidas de las aguas residuales .

El término "escoria" se utiliza para describir la capa que está compuesta sustancialmente de materiales que tienen una gravedad específica menor que la del agua.

Salvo que se definan de otra manera, todos los términos técnicos y científicos utilizados en la presente poseen el mismo ; significado que lo que comúnmente puede entender el experto en la técnica a la cual la presente invención pertenece.

La invención provee una unidad de tratamiento primario (PTU) y un sistema para maximizar la cantidad de biogás conteniendo metano recolectada a partir de las aguas residuales. La unidad de tratamiento primario (PTU) está configurada para segregar, de manera sustancial, la capa de sedimentos productora de metano y el o los puntos de recolección de biogás conteniendo metano, de la capa de escoria que consume metano. El sistema comprende a la PTU combinada con un' subsistema para la recolección/captura de biogás conteniendo metano. La unidad de tratamiento primario (PTU) está diseñada, de manera específica, para maximizar la recolección de metano por medio de la facilitación de la estratificación o de la separación de las aguas residuales en capas de lodo, líquida y de escoria y mediante la separación física de la capa de escoria, la capa de lodo y del o los puntos de recolección de biogás conteniendo metano y, de manera opcional, mediante la desviación de la difusión de las burbujas de:- biogás lejos de la capa de escoria y del área de sedimentación. La unidad de tratamiento primario puede estar, además, diseñada para minimizar la interrupción de las aguas residuales mediante una ubicación estratégica de la entrada de las aguas residuales. Alternativamente, la entrada de las aguas residuales puede estar ubicada de manera de promover la mezcla, tal como mediante la utilización de una configuración de desplazamiento de la entrada.

El biogás conteniendo metano producido dentro de la PTU se recoge utilizando el subsistema de recolección de biogás conteniendo metano, eí cual está operativamente asociado con la PTU. El subsistema de captura/recolección de biogás conteniendo metano utiliza medios activos, medios pasivos o alguna combinación de los mismos, para capturar y/o recoger el biogás conteniendo metano, a partir de las PTUs . De manera opcional, el sistema comprende además un subsistema de transporte del biogás conteniendo metano, para entregar biogás conteniendo metano a los centros de utilización o de mitigación.

La energía motriz para conducir pasivamente el biogás al centro de distribución de recolección o al centro de conversión puede ser generada mediante presión dentro de una PTU rígida, a medida que el biogás generado del lodo se incrementa en volumen, dentro del espacio frontal fijo.

En una realización el sistema comprende, además, un subsistema de transporte de biogás conteniendo metano, para transportar el biogás recolectado al centro de utilización o de mitigación de gas, o al centro de distribución que recoge múltiples líneas y transfiere al centro de utilización o de mitigación de gas. ,De ¡manera opcional, el biogás es utilizado en los centros de utilización de gas para una o más de una variedad de aplicaciones, incluyendo, pero sin estar limitadas por, la producción de electricidad, el uso como combustibles y el uso en síntesis química.

De manera opcional el sistema comprende, además, medios para incrementar la generación de metano, operativamente asociados con la '¦ PTU. La generación de metano dentro de la PTU puede ser incrementada mediante la optimización del entorno para la ;digestión anaeróbica dentro de la capa de sedimentos. Los ;medios para incrementar la generación de metano incrementan la cantidad de lodo convertido en metano y la calidad y el porcentaje de la fracción de metano en el biogás. En una realización, la generación de metano está promovida por la retención de, por lo menos, una parte de los desechos dentro de la PTU durante un tiempo suficiente como para liberar biogases debido a la degradación o mediante la utilización de medios para promover el procesamiento anaeróbico, tai como . los medios de calentamiento o los medios para producir' hidrógeno in situ incluyendo, por ejemplo, la electrólisis. En una realización, la generación de metano se promueve mediante la mezcla, de modo que se exponga sustrato fresco a los anaerobios maduros. La mezcla hidráulica ha mostrado ser exitosa en realizaciones de entrada desplazada. De manera opcional, los procesos para promover el procesamiento anaeróbico están alimentados mediante la captura de biogás conteniendo metano.

En una realización, el biogás conteniendo metano se utiliza de manera local, por ejemplo, para calentar la manta de lodo .

Unidad de tratamiento primario La unidad de tratamiento primario facilita la separación de las] aguas residuales en una capa de sedimentos, una capa líquida y una capa de escoria. La unidad de tratamiento primario maximiza la recolección de biogás conteniendo metano, mediante la segregación sustancial de la capa de escoria que consume metano y el camino de la difusión de burbujas de la entrada de las aguas residuales, de la producción de metano y la captura/recolección. Dicha segregación se facilita mediante un diseño de unidad de tratamiento primario5, que tenga distintas regiones de asentamiento y de digestión, la cual substancialmente separa la digestión anaeróbica que produce metano a partir del lodo de las aguas residuales y la recolección de biogás conteniendo metano, de la entrada de aguas residuales y zonas de asentamiento. La segregación de la recolección de las burbujas de biogás1 conteniendo metano puede ser facilitada mediante la desviación y/o redirección en escoria separada "libre de espacio frontal". En una realización, hay un compartimiento o cámara de asentamiento adaptada para recibir aguas residuales de, por lo menos, una fuente, con una salida de efluente líquido. Se provee un compartimiento o cámara de digestión distinto, adaptado para recibir componentes sólidos de las aguas residuales, desde el compartimiento o cámara de asentamiento, con una salida de biogás conteniendo metano desde un espacio frontal sustancialmente separado de aquel de la cámara o compartimiento de asentamiento. Por lo tanto, en una realización, la unidad de tratamiento primario provee una separación física suficiente entre el espacio frontal de la cámara de digestión y la capa de escoria que consume metano, para permitir la recolección de metano y minimizar la exposición de metano a los metanofilos o metanotrofos . De : manera adicional, la unidad de tratamiento primario puede proveer, además, la segregación de oxígeno y biogás.

De manera adicional a aquellas consideraciones de diseño que serían estándar en el diseño de tanques decantadores, tanques sépticos y los similares, en el diseño de una unidad de tratamiento primario apropiada para la recolección de metanp, uno debería abordar el impacto del proceso adentro de la unidad de tratamiento primario, el cual puede resultar en cantidades sustanciales de metano explosivo .

El gas metano es explosivo cuando se expone al oxígeno por debajo del nivel explosivo mas bajo (LEL, por sus siglas en idioma inglés ) V'de ' -4.4% en volumen y por arriba del nivel explosivo mas alto (UEL, por sus siglas en idioma inglés) de 16% en volumen. Por consiguiente, en una realización, la PTU es, de manera opcional, diseñada para evitar que el oxígeno excesivo entre en el espacio frontal de la cámara de digestión anaeróbica.

Otra consideración importante en el diseño es la de la succión activa apropiada del biogás conteniendo metano desde la PTU; una tasa de retiro de biogás apropiada a través de red de tuberías es importante, ya que un sistema al descubierto puede arrastrar el aire, lo cual elimina los beneficios de tener un sistema sellado, con el objeto de evitar la exposición del biogás al oxígeno. En realizaciones en las cuales el biogás se presuriza en la PTU, la recolección de biogás puede ser de manera pasiva. En dichas realizaciones, el sistema puede, además, de manera opcional, comprender válvulas de cierre u otra instrumentación conocida en el arte para liberar mecánicamente la presión.

La unidad de 'tratamiento primario (PTU) , en una realización, es un contenedor cerrado, a prueba de fugas, que recibe las aguas residuales de una o mas fuentes de aguas residuales, a través1 de un sistema de entrada de aguas residuales o a través de una o mas entrada (s), con salidas de efluente líquido a través de una salida, via un sistema de salida de efluentes. La energía cinética dentro de las aguas residuales se disipa y el flujo se hace mas lento de manera que los componentes sólidos dentro de las aguas residuales que entraron se separen y se asienten, para formar una capa de sedimentos o e lodo que soporte la digestión anaeróbica. Los componentes menos densos de las aguas residuales suben a la superficie para formar una capa de escoria que puede soportar el crecimiento de las bacterias metanotróficas . La o las entrada (s) y/o salida (s) de las aguas residuales se posicionan en el compartimiento o cámara de asentamiento, para facilitar la separación de la capa de escoria de la capa productora de biógás conteniendo . metano y de los puntos de recolección de biogás conteniendo metano, en el compartimiento o cámara de digestión.

Las dimensiones de la PTU y de los compartimientos o cámaras de la .misma son determinados basándose en la aplicación de uso ,y requerimientos de los mismos. Un trabajador calificado podrá apreciar que las dimensiones de la PTU se seleccionan para acomodar la aplicación de la recolección primaria de las aguas residuales para la cual es utilizada. En una realización de la invención, la PTU es utilizada para recibir las aguas residuales desde una sola residencia y tiene un volumen en el rango de entre 3,600-4,500 litros. Una PTU utilizada para recibir aguas residuales desde edificios de varias residencias pueden tener un volumen mas grande .

La PTU puede ser construida en una variedad de formas. Las barreras físicas que forman el compartimiento o cámara de asentamiento y el compartimiento o cámara de digestión y que, por lo tanto, segregan la capa de escoria y la entrada de aguas residuales de la digestión anaeróbica y la recolección de : biogás conteniendo metano, pueden ser integrales a la estructura de la PTU o ser configuradas allí mediante la introducción de una o varias estructuras o uno o varios componentes separados y ser, de manera opcional, removibles . La- ¦ utilización de barreras físicas forman efectivamente dos o mas zonas dentro de la PTU, cada una con espacios frontales separados.

En una realización, la PTU comprende dos o mas compartimientos en comunicación fluida, en donde los compartimientos están separados mediante paredes interiores. Én una realización, la PTU está orientada de manera vertical de manera que se incremente la distancia entre la capa de sedimentos y la capa de escoria.

Con referencia a las figuras, en las Figuras 1 a 6 se muestran varios diseños ejemplares de PTU para ser utilizados en sistemas de recolección de biogás conteniendo metano .

Con referencia a las figuras 1(a) y 1(b), en una realización, la PTU (110) puede ser un diseño comparativo que consiste en una cámara de asentamiento (112) y una cámara de digestión (114;) , cada una con espacios frontales separados (121 y 122, respectivamente) . Las aguas residuales entran a la cámara de asentamiento a través de una entrada de aguas residuales (116) y el efluente líquido sale de la cámara de asentamiento via una salida en T (118) .

El asentamiento o la sedimentación de los componentes sólidos dentro de las aguas residuales ocurre en la cámara de asentamiento y los sólidos sedimentados se deslizan hacia abajo en la pendiente inclinada del piso de la cámara de asentamiento, a la abertura en la cámara de digestión en la cual se forma la manta de lodo. La salida de biogás (120) está ubicada el espacio frontal de la cámara de digestión.

Con referencia a la Figura 2, en una realización, la PTU (110) puede ser un diseño de dos niveles, que provee una separación vertical, que consiste en una cámara de asentamiento (112) y una cámara de digestión (114), cada una con espacios frontales separados (121 y 122, respectivamente) . Las .aguas residuales entran en la cámara de asentamiento a través de la entrada de aguas residuales y el efluente líquido sale de la cámara de asentamiento via una salida en T (la cual no se muestra ) . De manera opcional, tal como se muestra én las Figuras 2 y 7, la entrada de aguas residuales es una entrada en T (117) , con desplazamiento desde el centro del tanque. La entrada en T tiene un codo a 45 grados tanto en la dirección x como en la dirección z, para fomentar la mezcla hidráulica en el tanque.

Con referencia a las Figuras 3(a) a 3(e), en una realización, la PTU (210) puedes ser un diseño anidado, que consiste en una cámara de asentamiento (212) y una cámara de digestión (214) . En dicho diseño, las aguas residuales entran a la cámara de asentamiento a través de la entrada de aguas residuales (216) y el efluente líquido sale de la cámara de asentamiento a través de la salida de efluente líquido (218) . El asentamiento o la sedimentación de los componentes sólidos dentro de las aguas residuales ocurre en la cámara de asentamiento y los sólidos sedimentados se deslizan hacia abajo én las pendientes inclinadas inferiores de la cámara de asentamiento, para abrirse en la cámara de digestión en la cual se forma la manta de lodo. De manera opcional, la cámara de :digestión tiene un piso en forma de V. La abertura entre las dos cámaras está, de manera opcional, equipada con deflectores para evitar el flujo de burbujas de regreso a la cámara de asentamiento. Las salidas de biogás están ubicadas en la cámara de digestión y, de manera opcional, comprenden tuberías para la recolección de biogás conteniendo metano (220) . Las dos cámaras poseen espacios segregados frontales, los cuales están sellados hidráulicamente uno del otro.

Con referencia a la Figura 4, en una realización, la PTU (310) puede ser un diseño anidado circular que consiste en una cámara de asentamiento exterior (312) y una cámara de digestión interior (314) . Las aguas residuales entran a la cámara de asentamiento a través de una entrada de aguas residuales (316) y el efluente líquido sale de la cámara de asentamiento a través de una salida (318) . El asentamiento o la sedimentación de los componentes sólidos dentro de las aguas residuales ocurre en la cámara de asentamiento y los sólidos sedimentados se deslizan hacia debajo por las péndientes inclinadas inferiores de la cámara de asentamiento, para abrirse en la cámara de digestión en la cual se forma la manta de lodo. La abertura entre las dos cámaras está, de manera opcional, equipada con deflectores para evitar el flujo de regreso de las burbujas a la cámara superior. Las salidas de biogás conteniendo metano están ubicadas en el espacio' frontal de la cámara de digestión.

Con referencia a la Figura 5, en una realización, la PTU (410) comprende paredes internas las cuales forman una estructura de cono invertido o de V elongada que separan la cámara de asentamiento ' (412) y la cámara de digestión (414) . Las aguas residuales entran a la cámara de asentamiento a través de la entrada de aguas residuales (416) y el efluente líquido sale a través de la salida (418) . El asentamiento o la sedimentación de los componentes sólidos dentro de las aguas residuales,: ocurre en la cámara de asentamiento y los sólidos sedimentados sólidos sedimentados se deslizan hacia abajo por la pendiente inclinada del cono invertido, a la cámara de digestión en la cual se forma la manta de lodo. El biogás conteniendo metano sale a través de las salidas (420) , en el vástago del cono invertido.

Con referencia a la Figura 5(c), la PTU (410) puede estar configurada con múltiples entradas de aguas residuales, las ^cuales están a lo largo de las paredes laterales y, de manera opcional, las caras del tanque. Dicha configuración de entradas divide el flujo, sin necesidad de utilizar un divisor de flujo. Dicha configuración podría proveer de múltiples conexiones a las fuentes de aguas residuales (es decir, desde muchas casas o desde muchos negocios o edificios) . De manera opcional, las entradas están equipadas con entradas en T con codos a 45 grados, tanto en las coordenadas x como en las coordenadas z, de manera que haya una mezcla : hidráulica mediante la introducción del flujo en el tanque.

Con referencia a la Figura 6, en una realización, la PTU (510) puede ser un diseño de lado en lado, que consiste en una cámara de asentamiento (512) y una cámara de digestión (514), cada una con espacios frontales separados. La cámara de asentamiento tiene un piso en pendiente y una entrada a la cámara de digestión, próxima al piso o a nivel del piso. Las aguas residuales entran a la cámara de asentamiento a través de la entrada dé aguas residuales (516) y el efluente líquido sale de la- cámara de asentamiento via una salida (518) . Los componentes sólidos de las aguas residuales se asientan en la cámara de asentamiento y los sólidos sedimentados se deslizan hacia abajo del piso inclinado, hacia el compartimiento de digestión. El biogás conteniendo metano sale a través de una salida (520) a la tubería de gas (521) .

De manera opcional, la PTU tiene uno o mas puntos interiores de acceso, tal como aberturas y tapas en la parte superior, para permitir el acceso para mantenimiento, reparación y otros propósitos que serán fácilmente apreciados por el trabajador experto en la materia. Si fuera necesario bombear el lodo, se puede proveer de un acceso para facilitar el bombeo.

En una realización de la invención, la instalación de, al menos, una tapa de descarga al ras del suelo, permite un acceso fácil, para el mantenimiento de rutina y la remoción del lodo, sin trastornos a la tierra que la rodea. Elementos adicionales pueden *ser agregados a las aberturas, para evitar i entradas a la PTU, después de la instalación, no autorizadas o accidentales.

La tapa o :tope de la PTU puede ser instalada a nivel, de manera que quede expuesta a la radiación solar. De esta manera, una tapa; o tope de metal negro o algún otro material de alta emisividad, puede capturar la energía solar/termal para calentar de manera pasiva el tanque, fomentando que las bacterias conviertan al lodo en biogás conteniendo metano, a una velocidad mas. rápida.

La PTU puede ; ;e ar hecha a partir de una variedad de materiales, incluyendo concreto, plásticos incluyendo PVC y PE, fibra de vidrio, ladrillos, recubrimiento de gel y metales, entre otros materiales conocidos en el arte. En una realización, la PTU puede estar hecha de concreto, tal como concreto reforzado, de alta resistencia, de al menos 35mPa (4,500 psi) , pero también puede estar hecha de cualquier material adecuado, tal como la fibra de vidrio, el polietileno de alta densidad (HDPE) u otros materiales que permitan el nivel de sistema de sellado deseado, conocidos por el trabajador éxperto en la materia.

En una realización, la PTU es manufacturada, al menos en parte, de un material autóctono del sitio de instalación. Para asegurar que . el tanque localmente manufacturado/instalado de materiales autóctonos quede sellado, el tanque puede ser revestido con HDPE, caucho, EDPM o otros materiales de inserción o de vejiga, para asegurar el control de calidad. La tapa puede estar también revestida o pintada. Un sellador puede ser utilizado para asegurar el encajé que'de sellado a la tapa a prueba de fugas.

De ' manera opcional, la PTU está diseñada para resistir la corrosión inducida por microbios (MIC, por sus siglas en idioma . inglés) . Medidas adecuadas para limitar la corrosión inducida por microbios son bien conocidas en el arte, e incluyen a los recubrimientos y a las pinturas especiales para las superficies de concreto, para las PTUs de concreto y aditivos para la mezcla de concreto. En una realización, para resistir la corrosión inducida por microbios, se aplica pintura especial para la superficie de concreto en el: espacio frontal de la PTU y/o se provee de un recubrimiento en el espacio frontal con materiales flexibles de polietileno, incluyendo las membranas de protección a la corrosión.

En una realización, la PTU puede ser parte de un sistema de drenaje cloacal de alto rendimiento (HPSS, por sus siglas en idioma inglés) , tal como el que se describe en la solicitud de patente W02007036027.

La recolección del biogás conteniendo metano se facilita evitando que las burbujas de biog s salgan de la manta de lodo y pasen a través de la escoria, la cual puede albergar metanotrofos o metanofilos. Por consiguiente, en una realización de la invención, la PTU comprende deflectores de burbujas para hacer caer los sólidos atrapados en suspensión, mantener el biogás en la PTU y evitar que las burbujas de gas se laven.

Subsistema de recolección de biogás El subsistema de recolección de biogás comprende una o mas unidades de recolección y/o captura de biogás (BCCU, por sus siglas en idioma inglés) para su utilización con uno o mas PTUs operativamente asociados a ella, para la captura y/o la recolección del biogás conteniendo metano que se genera en esta. De manera opcional, las BCCUs están estructuradas de manera tal que ellas creen una interrupción mínima de la operación de la PTU y están configuradas de manera que remuevan una porción sustancial de los gases generados en esta.

Las BCCUs tienen por objeto maximizar la captura de biogás conteniendo metano desde la PTU y están, por lo tanto, ubicadas dentro o conectadas al, espacio frontal de la zona de digestión de la PTU. Esta posición tiene en cuenta dos factores: ' (a) la generación de biogás conteniendo metano ocurre sobre todo donde el lodo es predominantemente 3 O recolectado y sufre la degradación; (b) el biogás es más liviano que el aire y, por lo tanto, tiende a ser recolectado cerca del la parte superior de la PTU.

Con referencia a las Figuras 11 a 13, en una realización de la invención, las corrientes de biogás recolectadas por : una o mas BCCUs se combinan, por ejemplo, utilizando un sistema de tuberías. En una realización de la invención, las BCCUs funcionan como unidades independientes, las cuales son recolectadas, en una base periódica apropiada, para recoger el biogás almacenado dentro de ellas.

Las BCCUs pueden utilizar medios activos, pasivos o una combinación de los mismos, para la captura y/o recolección del biogás desde1 - las PTUs . En una realización de la invención, la BCCU es pasiva y comprende uno o mas conductos tubulares operativamente unidos a las PTUs para capturar el biogás dentro de ellas. En una realización de la invención, para extraer el biogás de las PTUs o de los centros distribución de recolección, la BCCU utiliza una técnica de succión activa con los conductos tubulares.

En una realización de la invención, las BCCUs son conductos tubulares conectados a uno o mas elementos de transferencia de biogás (BTE, por sus siglas en idioma inglés) o son centrbs:'de distribución de la recolección para el transporte de biogás a uno o mas centros de utilización de gas. En una realización de la invención, las BCCUs son contenedores tales como recipientes metálicos unidos de manera removible; a las PTUs, diseñados para capturar de manera reversible el biogás generado dentro de ellas. De manera opcional, los contenedores están rellenos de materiales diseñados para la captura reversible de gases de una familia molecular elegida.

Conductos Tubulares En una realización de la invención, las BCCUs son conductos unidos a la PTU utilizando montajes de acoplamiento. Un trabajador experto en la materia entenderá que los diferentes tipos de montajes de acoplamiento que se conocen en el arte se encontrarán incluidos dentro del alcance de la presente invención.

De manera opcional, el conducto que actúa como la BCCU está hecha de HDPE. La naturaleza flexible del HDPE reduce las posibilidades de ; daño por cizallamiento de la tubería. El HDPE es, además, no-corrosivo a los gases típicamente extraíbles de las aguas residuales y es resistente al ataque biológico. Los medios de sellado conocidos para el trabajador experto en la materia, tal como los que se mencionaron anteriormente, pueden ser utilizados para sellar la conexión entre la PTU y las BCCUs.

La conexión de las BCCUs a la PTU puede ser llevada a cabo utilizando una conexión sellada hermética. La hermeticidad sustancial de todas las conexiones en el sistema cloacal puede ser comprobada in situ de manera similar a la utilizada para comprobar la integridad de los tanques sépticos, es decir, una prueba de vacio, la cual sería conocida para el trabajador experto en la materia. Para determinar si una sección esta perdiendo vacío, la porción de la cloaca se sella, se aplica vacío y se llevan a cabo lecturas periódicas con un manómetro.

Unidades de Captura Reversible En una realización de la invención, la BCCU es un contenedor tal como un recipiente metálico unido de manera removible a las PTUs y diseñado para la captura reversible del biogás allí generado. En una realización, las BCCUs son una combinación híbrida de conductos y recipientes metálicos, en donde los conductos operativamente unidos a las PTUs capturan al biogás allí generado y lo transportan a los recipientes metálicos unidos de manera removible, los que capturan de manera reversible al biogás. En dichas realizaciones híbridas, los recipientes metálicos pueden estar ubicados lejos ; de las PTUs, por ejemplo, en una instalación o sitio centralizado.

Cuando se encuentra saturado con el biogás capturado, el recipiente metálico o el contenido del mismo, se disocia de la PTU y, de manera opcional, se transporta a la instalación (por ejemplo, el centro de utilización de gas) en donde el biogás capturado se extrae nuevamente para su posterior procesamiento, almacenamiento y/o utilización. Un método para la recolección de biogás basado en recipientes metálicos resulta adecuado para sistemas sépticos individuales y tanques de retención, en donde la ausencia de alcantarillado principal de aguas residuales evita la necesidad de zanjas.

Una variedad dé materiales pueden ser utilizados dentro de los recipientes metálicos para capturar el biogás, ya sea utilizando mecanismos de adsorción o mediante otros mecanismos. Algunos de estos materiales se describen mas abajo. Un trabajador experto en la materia entenderá que los materiales listados abajo se incluyen simplemente a modo de ejemplo y que otros materiales adecuados para la captura de gases conocidos en el arte pueden también pueden ser entendidos como incluidos dentro del alcance de la presente invención.

En una realización de la invención, el biogás se recoge en recipientes metálicos rellenos de materiales adsorbentes. El biogás, que comprende principalmente metano, es adsorbido en los poros y en la superficie del medio adsorbente. Las moléculas de metano preferentemente se adsorben en poros que tienen un diámetro de 1.0-1.5 nm. En una realización de la invención, se utiliza un recipiente metálico relleno con un material que tiene un gran volumen de poros menores que 1.6 nm de ancho, respecto del porcentaje del volumen total de poros .

El carbón activado ha sido utilizado desde hace tiempo para la eliminación de impurezas y para recuperar sustancias útiles de los líquidos y de los gases, debido a su gran capacidad adsortiva, en donde "activación" hace referencia a alguno de los muchos procesos mediante los cuales la estructura de poros puede ser mejorada. En una realización de la invención, carbón altamente microporoso es utilizado dentro de recipientes metálicos para capturar el biogás . El carbón microporoso puede ser preparado mediante una variedad de técnicas diferentes, tales como una activación adicional del carbón activado. Un ejemplo de un proceso para la preparación de carbón altamente microporoso se describe en la patente US 5,626,637.

El contenedor puede, además, estar relleno con materiales cuyas estructuras cristalinas o configuraciones de granos son capaces de atrapar, de manera reversible, a la moléculas de metano. En una realización de la invención, estos materiales tienen estructuras entramadas que permiten la penetración de las moléculas de metano al interior de la masa sólida y poseen una actividad de superficie interior con respecto a la de la molécula de metano de manera de permitir la adhesión a la i superficie al menos en la medida necesaria como para aumentár el efecto de atrapamiento. En una realización de la invención, se utilizan las zeolitas conocidas, de estructuras entramadas similares a jaulas, tales como las mencionadas en la patente US 4,495,900.

En una realización de la invención, el contenedor puede estar relleno con carbón activo conteniendo azufre, producido a partir de precursores aromáticos baratos, tales como el criseno, el alquitrán de hulla y los aceites de petróleo. Un ejemplo de un proceso para producir este tipo de material se describe en la patente US 5,639,707.

En una ! realización de la invención, los recipientes metálicos de la BCCU están rellenos con carbón nanoporoso hecho de residuos de mazorca de maíz. En esta realización, las mazorcas de maíz se cuecen hasta briquetas de carbón, las cuales atrapan el biogás en espacios de poros fractales. La naturaleza fractal de los poros resulta en una mayor eficiencia de captura que la de otras estructuras. El tamaño de poro afecta la capacidad de recolección de biogás de las briquetas de carbón. Basado en el tipo de procedimiento de activación, alrededor de 80 tipos diferentes de carbón pueden ser producidos a partir de mazorca de maíz.

En una realización de la invención, el biogás se recoge a partir de la PTU mediante la promoción de la formación de hidratos de clatratos. Los hidratos de clatratos son una clase de sólidos i en los cuales las moléculas de gas ocupan "jaulas" hechas de moléculas de agua, formando puentes de hidrógeno. Estas jaulas son inestables cuando están vacías, colapsando a la estructura cristalina del hielo convencional, pero son estabilizadas mediante la inclusión de moléculas de tamaño apropiado dentro de ellas. La mayoría de los gases de bajo peso molecular, tales como el 02, el H2, el N2, el C02, el H2S, el Ar, el Kr, el Xe y el metano, así como algunos hidrocarburos mayores y freones, formarán hidratos bajo ciertas condiciones de presión y temperatura. Una vez formados, los clatratos pueden ser comúnmente descompuestos mediante un incremento de la temperatura o una disminución de la presión.

Medios para Incrementar la Generación de Biogás conteniendo Metano La generación1 de metano puede ser promovida, dentro de las PTUs, utilizando una variedad de técnicas. Un factor clave en la generación de metano es la provisión de tiempo suficiente como para la descomposición anaeróbica de los residuos. La cantidad de metano generado aumenta, a medida que el tiempo para la descomposición anaeróbica de residuos es incrementado.. La generación de metano puede ser además promovida mediante la optimización de las condiciones ambientales, tales como, entre otras, la temperatura, el balance de pH, la mezcla de componentes, los niveles de nutrientes y la humedad o el contenido de agua.

En una . realización, la PTU se configura para no permitir que ninguna entrada adicional de oxígeno/aire ingrese al sistema. De manera opcional, el sistema además comprende ventilación de aire de circunvención.

Promoción de la Generación de Biogás mediante el Incremento del Tiempo de Descomposición de las Aguas Residuales En realizaciones de la invención en donde la PTU comprende dos o más compartimientos, la porción de lodo de las aguas residuales recibida de una o más fuentes de aguas residuales se somete a un asentamiento en el o en los compartimiento (s) de asentamiento de la PTU, antes de entrar al compartimiento de digestión, mientras que el efluente líquido fluye hacia fuera de la PTU a un HSS, HPSS o a un campo de lixiviación (en el caso de un tanque séptico) , utilizando una o mas tuberías de salida de aguas residuales. Como solo el lodo permanece en la PTU, los ciclos de limpieza pueden ser largos. Erí una realización de la invención, el primer compartimiento está conectado a un sifón, de manera que el lodo pueda ser : extraído de la PTU durante la limpieza de rutina.

El asentamiento del lodo en la parte inferior de la cámara de digestión de la PTU se reduce mediante la acción de la digestión microbiana. Compartimientos para la digestión anaeróbica mas grandes, reteniendo un volumen de lodo mas grande, extienden los ciclos de limpieza; actúan como supresores de oleaje frenando el flujo de las aguas residuales a través el sistema; e incrementan el tiempo de retención hidráulica. Elementos adicionales, incluyendo dispositivos de ; atenuación del flujo pueden, de manera opcional, ser incluidos para aumentar el tiempo de retención hidráulica. Todos estos factores resultan en un incremento del asentamiento del lodo, incrementando así la generación biogás .

Un trabajador' · experto en la materia entenderá que, dependiendo de que la PTUs esté conectada a un HSS, a un HPSS o a un campó de lixiviación, varios de los componentes del sistema, incluyendo pero sin estar limitados por, conductos de ventilación, tuberías, juntas de tuberías a otros componentes, conductos, estaciones de bombeo, etc., tendrán requisitos diferentes de diseño.

Promoción de la Generación de Biogás mediante la Optimización de las condiciones Ambientales La digestión anaeróbica puede ser mejorada utilizando varias metodologías, tales como, entre otras, el uso de aditivos, la utilización de un medio fijo para fomentar el crecimiento de .biofilms y la variación de parámetros operacionales , incluyendo los tiempos de retención, el pH y la temperatura . ' Algunas de las condiciones conocidas para mejorar la cantidad de lodo convertida en metano, la calidad de la fracción de metano del biogás o el porcentaje de metano dentro de biogás, son los siguientes: incremento de la temperatura mezclado de la manta de lodo balance de pH incremento del H+ disponible optimización de la relación carbono-nutrientes bioaumentación microbiana (es decir siembra microbiana) En una realización, la generación de metano puede ser promovida mediante la optimización de las condiciones ambientales, tal como la temperatura, el pH de los componentes, mezcla, . niveles de nutrientes, contenido de humedad o de agua y niveles de hidrógeno. En una realización de la invención, para promover la digestión anaeróbica, la PTU comprende medios' para optimizar una o mas condiciones ambientales. De manera opcional, la PTU puede, además, comprender medios para monitorear las condiciones ambientales dentro de la porción sólida de los residuos, incluyendo uno o mas sensores, por ejemplo pero sin estar limitados por, los sensores de temperatura, los sensores de pH, los sensores dé humedad, los sensores de aireación y los similares. En una realización de la invención, la PTU comprende un sistema de retroalimentación que responde a las señales ambientales, como un medio para optimizar una o mas condiciones ambientales, en respuesta a las señales recibidas de uno o mas de los sensores.

Control de Temperatura En una realización de la invención, la velocidad de la digestión microbiana del lodo en la PTU se optimiza mediante la adición de calor. El mantenimiento de la temperatura del lodo dentro de un rango óptimo, puede incrementar la velocidad de digestión. El incremento de temperatura dentro de la PTU optimiza la velocidad de crecimiento de los microorganismos que déscomponen al lodo, reduciendo así el volumen de lodo' e incrementando la producción de metano. Un trabajador experto en la materia tendría en cuenta el rango de temperaturas óptimo requerido para obtener reacciones microbiológicas eficientes.

Por ejemplo, dependiendo de las especies metanógenas presentes, hay dos rangos de temperaturas de operación convencionales para la digestión anaeróbica: (a) Mesofílica : se lleva a cabo en forma óptima a alrededor de 37-41°C o a temperaturas ambientales de alrededor de 25-45°C, con mesófilas como agentes de digestión; y (b) Termofílica: se lleva a cabo, en forma óptima, a alrededor de 50-52°C a temperaturas elevadas de hasta 70 °C, con termófilas como agentes de digestión.

Las bacterias mesofílicas son mas tolerantes que las termófilas a los cambios de las condiciones ambientales. Por lo tanto, los sistemas de digestión mesofílica son considerados más estables que los sistemas de digestión termofílieos . Sin embargo, este último facilita mayores velocidades de reacción y, por lo tanto, mayores rendimientos de gas a temperaturas incrementadas .

En el rango mesofílico (15°C-40°C) , una regla general es que dentro de la manta de lodo, por cada incremento de 10 °C de temperatura, la velocidad de producción de metano se duplica (Droste, 1997) . La producción de gas metano ha sido vista a temperaturas tan bajas como 10 °C, pero para la obtención de velocidades de producción de metano razonables, el lodo debería de ser mantenido al menos a 20°C.

El incremento de la temperatura de la manta de lodo incrementara la velocidad a la cual los microbios van a digerir el lodo y puede alterar la flora microbiana que se encuentra en la manta de lodo. De manera típica, se espera ver anaerobios psicrófilos (rango de temperaturas 10°C a 20 °C) en la manta d lodo de la unidad de tratamiento primario. Estos microbios convierten material carbonáceo en gas metano de manera lenta e ineficiente. Por el contrario, calentando el lodo de la PTU a mas de 36 °C se fomentaría la colonización de los reactivos anaerobios mesofílieos, muy eficientes y más rápidos, los cuales se desarrollan bien en el rango de temperaturas de entre 25-37°C; sin embargo, las bacterias termofílicas , las cuales se desarrollan bien en el rango de temperaturas de entre 45-55°C, crecen mas rápido y reaccionan más que · los anaerobios mesofílicos que, por lo general, son1 más sensibles a las variaciones en el sistema y pueden morir bajo condiciones mínimas de estrés (tales como descensos de temperaturas, etc.). De manera adicional, la operación del tanque decantador en el rango de 45-55°C, sin calentamiento activo, no resulta técnicamente posible en la mayoría de las ubicaciones.

En una realización de la invención, se provee una PTU que se encuentra aislada para aumentar y/o mantener una temperatura constante deseada óptima, respecto de la temperatura ambiente fuera de la PTU, la cual puede o no ser la óptima.

En una realización de la invención en la cual la PTU se encuentra parcialmente o totalmente ubicada por encima del suelo, al menos una parte de la PTU se encuentra pintada de negro o manufacturada de un material que absorba el calor solar. La tapa de la PTU tapa estaría a nivel y estaría hecha de un metal negro o de otro material de alta emisividad. En una, realización, hay barras de metal adosadas a la tapa que llegan hasta la manta de lodo, conduciendo así la energía calórica a la manta de lodo para fomentar la digestión .

En una realización de la invención, pilas de combustible alimentadas con metano pueden proveer de calor a la PTU. Con referencia a la Figura 8, en una realización de la invención, la temperatura en la PTU se incrementa mediante medios de calentamiento. Los medios de calentamiento pueden ser alimentados mediante una fuente de poder, tal como un arreglo de paneles 1 solares , o alguna otra fuente, como sería fácilmente entendiblé para el trabajador experto en la materia. De manera alternativa, los medios de calentamiento pueden ser alimentados mediante el biogás capturado. Los medios de calentamiento pueden estar ubicados ya sea dentro de la PTU, como en él exterior de la PTU.

El sistema puede, además, comprender un sistema de aprovechamiento de metano in situ para la reducción de lodo, que comprende una bengala de compresión de gas y un sistema de calentamiento y un sistema de calentamiento de la manta de lodo. Dicho sistema de aprovechamiento de metano in situ provee para la conversión química de gas metano en dióxido de carbono mediante la quema de gas in situ y proveyendo el calor producido a la manta de lodo para acelerar el procedimiento de degradación y extender el ciclo de bombeo.

En una realización, el sistema comprende a un conversor catalítico vinculado a un calentador, de manera que el calor generado mediante el conversor catalítico durante la conversión de metaño puede ser usado para calentar la manta de lodo .

En realizaciones en las cuales los medios de calentamiento son externos a la PTU, los medios de calentamiento incluyen '.medios para el calentamiento de las paredes de la PTU, tal como calentadores de losa. De manera alternativa, los desperdicios conteniendo componentes sólidos pueden ser precalentados antes de entrar a la PTU.

En una realización, los medios de calentamiento comprenden, además, medios para sensar la temperatura, tal como por ejemplo, un termostato. En una realización, los medios de calentamiento además comprenden un sistema de retroalimentación, el cual recibe información desde un sensor de temperatura, tal como un termostato, que controla a los medios de calentamiento de manera de mantener una temperatura óptima preestablecida.

Medios paral Promover la Digestión Anaeróbica Balance de sustrato: De manera opcional, las aguas residuales entrantes son modificadas para tener niveles de pH adecuados, suficientes orgánicos con relación de carbono-nutrientes balanceada y relación de nitrógeno adecuados.

Siembra: '¦· Para iniciar la producción de gas de los microbios del lodo frescos al mismo nivel que los anaerobios maduros, para acelerar el proceso de maduración, se agrega al tanque nuevo lodo maduro de una manta de lodo de otro tanque decantador, evitando así una fase de latencia. La ventaja simple de la siembra es que el ;sistema de microbios es puesto en movimiento instantáneamente y el metano será producido de inmediato .

Además, varios pre-tratamientos , incluyendo el tratamiento térmico, ozonización, sonólisis, hidrólisis alcalina o combinaciones de los mismos, promueven la solubilización del lodo y, por lo tanto, mejoran la digestión anaeróbica mesofílica .

En una realización, uno o mas de los compartimientos pueden estar equipados con uno o mas sistemas de medios anaeróbicos fijos, que comprenden un lecho o una capa de material de soporte. El lecho o el material de soporte provee una superficie para que los microorganismos se fijen a ella. Soportes apropiados son conocidos en el arte y pueden incluir soportes que existen en la naturaleza, tales como guijarros o rocas, o soportes hechos por el hombre, tales como los ladrillos y los elementos cerámicos, metálicos o plásticos. Por lo general, los soportes serán resistentes a las condiciones ambientales dentro el sistema.

De manera opcional, los filtros anaeróbicos pueden ser utilizados para tratar desperdicios acuosos concentrados o utilizados para tratar aguas residuales diluidas.

'. Mezclado hidráulico: El mezclado hidráulico en el tanque fomenta la mezcla de un nuevo sustrato de las aguas residuales con la vieja capa de sedimentos acumulada en el fondo del tanque, exponiendo así al sustrato fresco a los anaerobios maduros. Las entradas de las aguas residuales pueden estar diseñadas para, de manera opcional, promover dicha mezcla hidráulica. En una realización, las entradas de las aguas residuales de la PTU comprenden uno o mas entradas desplazadas con forma de T. Las entradas desplazadas con forma de T pueden estar desplazadas del centro del tanque y tener un codo o doblez en ambas direcciones x y z . El codo o doblez puede estar en el rango de entre desde alrededor de 22.5 grados a alrededor de 45 grados. En una realización, el codo es de 22.5 grados. En otra realización, ' el codo es de 30 grados. En otra realización, el codo es de 45 grados. En todavía otra realización, el codo es de 90 grados.

Dicha configuración de entradas desplazadas con forma de T alienta la mezcla del sustrato de las nuevas aguas residuales con la capa de sedimentos vieja acumulada en el fondo del tanque, exponiendo así a los anaerobios maduros al sustrato fresco. El modelado por dinámica de fluidos computacíonal (CFD, por sus siglas en inglés) ha mostrado que esta configuración de' entrada puede mezclar mas del 90% de la superficie/elevación de la manta de lodo del tanque, durante las condiciones de alto flujo (conectado) . De manera opcional, la entrada desplazada con forma de T puede estar también configurada de manera que el flujo sea direccionado a las paredes ínter cámaras o a los deflectores internos, para fomentar además patrones de flujo erráticos y derribar los sólidos en suspensión.

Producción Iri Situ de Hidrógeno La producción in situ de hidrógeno estimula el procesamiento anaeróbico. El hidrógeno se consume en las reacciones anaeróbicas y puede estimular el proceso de digestión, más allá de la fase de acidogénesis , a la metanogénesis .

Medios para la generación in situ de oxígeno y/o de hidrógeno, son conocidos en el arte y pueden incluir cualquier mecanismo capaz de electrólisis, incluyendo uno o más cartuchos, celdas o cámaras electrolíticas. En una realización de la invención, el mecanismo capaz de electrólisis es capaz de electrólisis acuosa. En una realización de la presente invención, el mecanismo capaz de electrólisis es capaz.de generar agentes oxidantes.

Los tipos de aparatos para la electrólisis acuosa, adecuados para su uso en la presente invención, variarán de acuerdo con los requerimientos funcionales del sistema. Un trabajador experto en la materia podrá apreciar que el aparato de electrólisis puede funcionar de manera intermitente o continua. El aparato de electrólisis puede ser prendido o apagado ya sea de manera pre programada o como respuesta a señales, por ejemplo, de sensores.

En una realización, el aparato de electrólisis comprende dos o más., electrodos y una fuente de energía o fuente de poder.

En una realización, el aparato de electrólisis comprende un controlador del proceso conectado operativamente a uno o más aparatos de electrólisis y uno o más sensores. El controlador de proceso puede comprender un dispositivo capaz de recibir e interpretar las señales de uno o más de los sensores, procesar las señales recibidas y enviar comandos a uno o más aparatos de electrólisis, para optimizar los resultados, con costos de energía sustancialmente mínimos. El controlador de procesos puede, además, llevar a cabo funciones de supervisión, tal como el monitoreo de fallas del sistema, etc.

En una realización, el controlador de procesos comprende, además", medios de detección para detectar los niveles de pH y, con el objeto de evitar la acidificación del lodo debido a un aumento de H+, permitir que la electrólisis de agua sea regulada de manera dependiente del pH.

Aparato de Electrólisis En una realización de la invención, el aparato de electrólisis comprende dos o más electrodos ubicados en la superficie interna de la PTU o dentro de la manta de lodo. Con referencia a la Figura 9, en una realización de la invención, dos electrodos están conectados operativamente a la fuente de poder, ubicada externamente a la PTU. Durante la electrólisis acuosa, el cátodo o electrodo negativo genera hidrógeno y el ánodo o electrodo positivo, genera oxígeno. De manera alternativa, la unidad de electrólisis puede generar otros agentes oxidantes (distintos de oxígeno) .

Mediante la promoción de la digestión del lodo acumulado dentro de la PTU, el aparato de electrólisis indirectamente sirve para aumentar los periodos de limpieza. La acumulación de lodo por períodos más largos sirve para incrementar la generación de biogás.

Existen varios tipos de electrodos conocidos en el arte, incluyendo entre otros, los de pantalla plana, de malla, de barra, de cilindro hueco, de placa o de placas múltiples. Un trabajador experto en la materia sabría cual tipo de electrodo es adecuado para su uso en la presente invención, de acuerdo con los requerimientos funcionales del sistema.

Las partículas sólidas en suspensión se adhieren a las burbujas que ascienden a la superficie y salen de las zona de tratamiento. De manera adicional, cuando se forman burbujas de oxígeno, se producen ineficiencias en el sistema dado que el oxígeno no difunde adecuadamente. En una realización de la invención, la configuración del ánodo será seleccionada para reducir o evitar la formación de burbujas de gas .

El electrodo puede estar compuesto de una variedad de materiales. El material del electrodo debe ser lo suficientemente robusto como para soportar los niveles elevados de corriente y de voltaje aplicados durante el proceso electrolítico de la invención, sin degradación excesiva del electrodo. Un electrodo dado puede ser metálico o no metálico. Cuando el electrodo es metálico, el electrodo puede incluir, entre otras composiciones, titanio platinado, como sería fácilmente entendible por el trabajador experto en la materia. Cuando el electrodo es no metálico, el electrodo puede incluir carbono grafito, boro con polvo de diamante,' o puede ser uno o mas de una variedad de materiales cerámicos conductores, como sería fácilmente entendible para el trabajador experto en la técnica.

El ánodo y el cátodo de la celda de electrodos puede tener una variedad de composiciones y/o configuraciones diferentes, sin apartarse del alcance de la invención.

En una realización de la invención, el ánodo y el cátodo son sustancialmente equivalentes, con el objeto de facilitar una operación bipolar para reducir la escala de fabricación de los electrodos.

Los procesos electrolíticos pueden generar películas delgadas o depósitos en las superficies de los electrodos, que pueden disminuir 'la eficiencia del proceso de tratamiento del agua. La desincrustación de los electrodos, para remover algunas películas, puede ser llevada a cabo mediante la inversión periódica de la polaridad de la operación (intercambiando las placas del ánodo y el cátodo a la polaridad opuesta.) . Controles lógicos automáticos permiten la desincrustación continua o programada, reduciendo así los costos de mantenimiento y de mano de obra.

En una realización de la invención, un electrodo de referencia está integrado al aparato de electrólisis.

En una realización de la invención, por lo menos uno, de los uno o más electrodos, se encuentra sustancialmente sumergido en el lodo. En una realización, todos los electrodos están sustancialmente sumergidos en el lodo. En una realización de la invención, por lo menos uno, de los uno o más electrodos, se encuentra parcialmente sumergido en el lodo. En una- realización, todos los electrodos se encuentran parcialmente sumergidos en el lodo.

La ubicación de los electrodos variará basándose en los requerimientos del sistema. Los electrodos pueden estar en posición fija o montados de manera movible. Los electrodos pueden estar montados en las paredes y/o en el piso de la PTU. En una realización de la invención, los electrodos están suspendidos dentro del lodo mediante la utilización de medios conocidos en el arte.

Fuentes de energía adecuadas para el aparato de electrólisis son; conocidos en el arte, y el técnico con conocimiento en la materia sabrá cuál fuente de energía es la más apropiada para la configuración del sistema. La fuente de energía entregará una carga eléctrica controlada, con un valor determinado por los requerimientos del sistema. Entre otras conocidas en el arte, las fuentes de poder o de energía pueden ser una batería estándar o recargable, una conexión directa a corriente alterna (AC, por sus siglas en idioma inglés) o* energía solar.

Mitigación de Metano in situ En algunas aplicaciones, puede ser requerida la mitigación de- metano in situ. En dichas aplicaciones, la salida de biogás conteniendo metano de la unidad de tratamiento primario puede estar conectada a medios de mitigación de metano. La mitigación de metano in situ, puede obtenerse mediante la creación de un filtro/dispositivo que contenga metanotrofos presentes en la naturaleza (los cuales típicamente se encuentran en el abono, aunque otros medios también pueden ser¦ utilizados) y/o que fomente la colonización de metanotrofos, los cuales, a través de la respiración, convertirán el gas metano en dióxido de carbono.

Entre otras configuraciones, estos metanotrofos pueden ser albergados en un conducto de ventilación subterráneo y/o en un anillo de medio rodeando el elevador, el cual se encuentra finamente perforado para permitir que el gas escape al medio, pero no dejando que los componentes del suelo/arena entren al tanque,1 o en un recipiente metálico de superficie, .

Integración; con Otros Sistemas y con Otros Métodos de reducción de Desperdicios Sólidos El sistema y los < procedimientos descritos arriba, para optimizar sustancialmente la descomposición de desperdicios sólidos, pueden ser integrados con otros sistemas y otros procedimientos para minimizar los desperdicios sólidos incluyendo, por ejemplo y entre otros, un tratamiento pre-o post-enzimático .

En una realización de la invención, el sistema y los procedimientos de la invención están integrados con sistemas para el pre- tratamiento de aguas residuales utilizando electrólisis tal cómo, por ejemplo, el revelado en las Patentes U.S. Nos. 4,089,761 y 4,124,481.

Un trabajador experto en la materia comprenderá fácilmente que uno o más de los sistemas para promover el procesamiento microbiano que se describen en la presente, pueden ser combinados.

Entrega de Biogás a los Centros de Utilización de Gas El biogás extraído utilizando las BCCUs es, de manera opcional, utilizado en los centros de utilización de gas para una o más de una variedad de aplicaciones, incluyendo pero sin estar limitadas por, la producción de electricidad, la co-generación de electricidad, utilización como combustibles y utilización en la síntesis química. En una realización de la invención y haciendo referencia a la Figura 11, los centros de utilización de gas están ubicados in situ en las fuentes de desperdicios. En una realización de la invención y haciendo referencia' a la Figura 11, el centro de utilización de gas es una : instalación centralizada compartida por múltiples PTUs .

En una realización de la invención, el biogás generado en las PTUs es capturado utilizando contenedores diseñados y configurados para capturar, de manera reversible, al biogás, que sirven como BCCUS. Estos contenedores son luego llevados a los centros de utilización de gas en donde son tratados para liberar el biog s capturado en ellos ('desorción'). En realizaciones híbridas, las BCCUs pueden estar ubicadas en los centros de utilización del gas. Un trabajador experto en la materia entenderá que los métodos para la desorción varían con el tipo de material utilizado en los recipiente metálicos y que tales métodos deben ser considerados dentro del alcance de la presente invención. El proceso de desorción puede ser llevado a cabo inmediatamente al recibir los contenedores, o en' el momento en que el biogás es utilizado, en el caso que los contenedores sirven como dispositivos de almacenamiento .

De manera alternativa, los contenedores pueden ser llevados a ubicaciones intermedias en donde son sometidos a la desorción y el biogás extraído es entonces transportado a los centros de utilización de gas, utilizando Elementos de Transporte de Biogás (BTE, por sus siglas en idioma inglés) , tales como un sistema de tuberías.

En una realización de la invención, el biogás es recogido utilizando BCCUs en forma de conductos tubulares, los cuales están conectados a uno o más BTEs, tales como un sistema de tuberías, a los centros de utilización de gas para su posterior procesamiento, almacenado y/o utilización. En el caso de un centro de utilización de gas, el BTE sirve como recolector principal de gas. La fuerza motriz entre las BTEs y los centros de utilización de gas puede ser activa, pasiva o una combinación de ambas.

En una realización de la invención, los BTEs están hechos utilizando tuberías flexibles de polietileno (HDPE) de alta densidad y alta resistencia, típicamente de entre 19-100 mm de diámetro. La utilización de este tipo de tuberías ofrece muchas ventajas, tales como una facilidad de instalación, menos juntas entre las secciones de las tuberías, una reducción de la excavación abierta y de reestablecimiento de la superficie, etc. Los BTEs pueden, además, estar hechos a partir de una variedad de otros materiales tales: como el polietileno. El uso de HDPE garantiza que los BTÉs se mantengan sin corrosión por un periodo de diseño mayor a los 100 años.

Con referencia a la Figura 13, en ella se muestra una realización del sistema en donde el área de captación de los residuos acuosos sé divide en zonas y el biogás fluye, mediante fuerzas motrices activas o pasivas, al centro de distribución de la recolección corriente abajo del área de recolección. En esta configuración, las trampas de humedad se encuentran corriente arriba del centro de distribución de la recolección de biogás. Sin embargo, estas pueden estar ubicadas en otros puntos estratégicos del sistema. En el centro distribución de la recolección puede haber instrumentación para medir y monitorear la calidad/cantidad/etc del biogás y/o las condiciones ambientales; pueden haber también bombas para empujar/tirar el gas a lo largo del sistema, dependiendo de la topografía del área de captación y de las condiciones de servicio. Desde los centros de distribución de la recolección y/o directamente desde cada digestor adyacente al edificio al cual brinda servicio, el biogás fluye (mediante medios motrices activos o pasivos) al centro de conversión, ya sea en tuberías separadas que entregan a la planta o recogido en un tronco de tubería de biogás, unida a través de conexiones en estrella, entregando únicamente a una tubería de biogás déla planta. El equipamiento en el centro de conversión incluye, pero no está limitado por, un divisor multiválvula, un filtro, un separador o un depurador, trampas de condensación y de sedimentos, una trampa de goteo, un separador líquido-gas; un soplador de aire, un montaje de llama, una válvula de alivio de presión, un montaje de trampa de llama, tal como un intercambiador de calor o llama de gas, un motor/generador para la cogeneración, un panel de control y el equipamiento de monitoreo necesario tal como un analizador de oxígeno. Puede requerirse que la mayoría del equipamiento se encuentre albergado dentro de un edificio a prueba de explosiones, dependiendo de las reglas/regulaciones de edificación del gobierno local.

En una realización de la invención, en donde el centro de utilización de "gas está centralizado y las PTUs están adaptadas para su uso en una HPSS, el BTE está ubicado en la misma zanja que la red de recolección de las aguas residuales. El uso de la misma zanja para la red de recolección de las aguas residuales y el BTE resulta en un ahorro de costos significativo. Otros servicios pueden también ser agregados en la misma zanja, proveyendo así, "paquetes de servicios". La humedad que se recoge dentro del sistema BCCU subterráneo puede ser descargada en la HPSS juntas en una zanja común, a través del uso de trampas de condensación (ver Figura 13) . Con referencia a la Figura 14, esta es una ilustración de una trampa de condensación ejemplar bajo una carretera. En realizaciones en las cuales el sistema es parte de un sistema cloacal de calibre pequeño, de manera opcional, la humedad atrapada en las líneas de biogás puede ser transmitida en una corriente de fluente, en una cloaca de pequeño orificio sin causar que el aire atmosférico entre a la red de tuberías de biogás a través del tapón hidráulico. La mayoría de las veces instalada en puntos bajos en el área de captura o de acuerdo a lo que fuera necesario para el diseño estratégico, las trampas de humedad son puntos de recolección para el agua enfriada que fue condensada del biogás dentro de la tubería de biogás y el codo de cuello de ganso en la tubería que contiene agua, de manera que no pasen gases desde el biogás al sistema cloacal de pequeño calibre o vice versa. De esta manera, la cantidad de agua en la trampa está siempre a la misma altura: cuando una gota entra en el cuello de ganso, otra gota deja el lado de la configuración del cuello de ganso del sistema cloacal de bajo calibre y deposita el agua en la corriente efluente de la cloaca sanitaria. Estas trampas serán llenadas con agua durante la instalación y estarán siempre llenas dentro del sifón, de manera similar a la trampa de gas bajo la mayoría de los lavabos.

Para el mantenimiento, de acuerdo a lo prescrito o necesario y de manera opcional, estas trampas de humedad pueden estar instaladas a lo largo de carreteras, proveyendo acceso tanto al s-istema de recolección de biogás como al sistema de efluentes cloacales. Tanto la tubería de biogás como la tubería de · SBS pueden tener columnas ascendentes extendidas desde este punto de trampa de humedad, para acceder a la tubería para el lavado u otro tipo de mantenimiento .

Un trabajador experto en la materia sabrá qué precauciones deberá tomar para asegurar que no haya fugas de biogás al entorno, ya sea desde los BTEs o en los centros de utilización de gas.' Estas incluyen la utilización de soldaduras a topé o ; mediante otros métodos de conexión estanca conocidos por el trabajador experto en el arte, para asegurar que todas las conexiones y juntas estén conectadas de manera sellada. La ' estanqueidad sustancial de las conexiones entre secciones de los BTE pueden ser verificadas in situ, utilizando la prueba de vacío que se discutió más arriba. El metano producido en las PTUs puede ser mezclado con trazas de gases, para inculcar un oler acre perceptible que pueda ser usado para detectar alguna fuga de metano. Los gases que pueden ser utilizados para ello incluyen, pero no están limitados por, el butil mercaptano.

Los BTEs pueden también comprender equipamiento estándar para al flujo de gas, tal como monitores de presión, válvulas, compresores, etc, insertados para controlar el flujo de gases. Un trabajador experto en la materia entenderá fácilmente la ubicación adecuada de estos dispositivos a lo largo de los BTEs. En una realización de la invención, el equipamiento para el flujo de gas sirve para asegurar una presión uniforme del flujo de gas extraído. En una realización de la invención, estos dispositivos de control de flujo son controlados para operar el proceso de extracción de gas de manera intermitente o de manera continua. Como será fácilmente entendible para el trabajador experto en la materia, los mecanismos de control de flujo típicos para gases, tales como las válvulas de presión, pueden ser utilizados .

En una realización, la acumulación de biogás en el tanque puede presurizar y, a la presión máxima, puede abrir las válvulas, empujando la bolsa de biogás mediante fuerza motriz al centro de distribución de recolección o a la planta. De manera alternativa, las válvulas pueden no estar incluidas en el diseño y, en su lugar, el biogás fluirá de manera continua al centro de distribución o a la planta.

En realizaciones de la invención, en donde principalmente sé extrae metano de la PTU, es importante asegurar que haya una mínima filtración de entrada/salida desde/hasta el BTE> ya que la mezcla de metano con aire puede resultar en una mezcla inflamable a concentraciones de metano de entre el 5% y el 15%. Medidas de seguridad pueden ser ubicadas dentro de los BTEs y en los centros de utilización de gas, para asegurar que no se produzcan explosiones o fugas no deseadas . Estas medidas de seguridad incluyen, pero no están limitadas por, los sensores de presión. El sistema de tuberías de recolección de metano puede ser conducido de manera pasiva mediante la presión recogida en la PTU al centro de distribución o al centro de conversión, y/o atraída de forma activa al centro de conversión centralizado (tres formaciones: pasiva-pasiva, activa-activa o un híbrido pasiva-activa) .

Para el sistema de transferencia de metano, pueden haber válvulas que pueden ser abiertas ya sea por el aumento de la presión como mediante sensores de monitoreo que abran las válvulas de manera electrónica. Además, trampas de condensación pueden transferir la humedad recogida en la red de tuberías de biogás y liberar el agua recogida en el sistema de efluentes SBS hermanados, por encima o al lado del sistema de biogás.

Procesamiento y Aplicaciones del Biogás En una realización de la invención, se utilizan medios de filtrado para remover o aislar gases específicos. Por ejemplo, estos medios de filtrado pueden ser utilizados para aislar metano. Un trabajador experto en la materia entenderá fácilmente que estos medios de filtrado pueden ser ubicados en cualquier lugar de la ruta del flujo de gas, incluyendo pero sin estar limitadas por, las siguientes ubicaciones: dentro de la PTU, dentro de las BCCUs, dentro de los BTEs , o en los centros de utilización de gas.

Otras etapas de post-procesamiento pueden se aplicadas a las corrientes de biogás recolectadas mediante las BCCUs. En una realización de la invención, técnicas de lavado puede ser aplicadas para remover H2S desde la corriente de biogás. Un trabajador experto en la materia entenderá fácilmente que otras etapas de post-procesamiento conocidas en el arte deben ser entendidas como que se encuentran dentro del alcance de la presente invención.1 En una realización de la invención, principalmente se recoge metano desde la PTUs y se transporta utilizando los BTEs a una planta: centralizada, ya sea para su uso industrial en la síntesis química o para la producción de electricidad. En una realización de la invención, el metano es utilizado para la generación de electricidad, quemándolo como combustible en turbinas de gas, calderas de vapor, motores alternativos o microturbinas . Comparados con otros combustibles de hidrocarburos, la quema de metano produce menos C02 por cada unidad de calor liberada y, además, produce un calor mayor por unidad de masa.

En una realización de la invención, el metano recolectado puede ser transportado como combustible en forma licuada, de manera similar al gas natural licuado (LNG, por sus siglas en idioma inglés) . El metano en forma de gas natural comprimido (CNG, por sus siglas en idioma inglés) puede ser también utilizado como combustible para vehículos y es considerado como más respetuoso del medio ambiente que la gasolina y el diesel.

El metano es también utilizado en la industria química como materia prima en la producción de hidrógeno, metanol, ácido acético y anhídrido acético. Un trabajador experto en la materia entenderá fácilmente los diferentes problemas de diseño asociados con la manipulación de metano en el contexto de las diferentes aplicaciones posteriores. En una realización de la invención, el metano recolectado de cada PTU se bombea de nuevo contra corriente para aplicaciones tales como la producción de electricidad para residencias.

Resulta obvio que las realizaciones anteriores de la invención se revelan a manera de ejemplo y pueden variar de muchas maneras. ,Tales variaciones presentes y futuras no deben ser consideradas como una desviación del espíritu y el alcance de la invención, y todas las modificaciones que serían obvias para el experto en la materia se pretende que sean incluidas dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (15)

. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención como antecede, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un sistema para la extracción y recolección de biogás a partir aguas residuales que comprende una unidad de tratamiento primario configurada para separar aguas residuales en una capa de escoria, una capa líquida y una capa de sedimentos o capa de lodo, comprendiendo la unidad de tratamiento primario un compartimiento de asentamiento adaptado para recibir las aguas residuales y una salida de efluente líquido y un compartimiento de digestión adaptado para recibir componentes sólidos de las aguas residuales a partir del compartimiento de asentamiento, teniendo el compartimiento de asentamiento un primer espacio frontal configurado para ventilar a la atmósfera y para recolectar el biogás generado sustancialmente en el compartimiento de asentamiento y teniendo el compartimiento de digestión un segundo espacio frontal, sustancialmente separado del primer espacio frontal, estando configurado el segundo espacio frontal para recolectar biogás conteniendo metano generado sustancialmente en el compartimiento de digestión; en donde la capa de escoria se encuentra sustancialmente retenida en el compartimiento de asentamiento y en donde la capa de sedimentos se encuentra sustancialmente retenida en el compartimiento de digestión; y en donde el sistema de recolección de biogás se encuentra operativamente conectado al segundo espacio frontal .

2. Una unidad de tratamiento primario, adaptada para la recolección de biogás conteniendo metano, en donde la unidad de tratamiento primario está configurada para separar las aguas residuales en una capa de escoria, una capa líquida y una capa de sedimentos o de lodo, en donde la unidad de tratamiento primario comprende un compartimiento de asentamiento adaptado para recibir las aguas residuales y una salida de efluente líquido, y un compartimiento de digestión adaptado para recibir componentes sólidos de las aguas residuales desde el compartimiento de asentamiento, teniendo el compartimiento de asentamiento un primer espacio frontal configurado para vientilar a la atmósfera y recolectar el biogás generado sustancialmente en el compartimiento de asentamiento y teniendo el compartimiento de digestión un segundo espacio frontal, sustancialmente separado del primer espacio frontal, ; en -donde el segundo espacio frontal está configurado para recoger una salida de biogás conteniendo metano, generado sustancialmente en el compartimiento de digestión.

3. El sistema de la reivindicación 1 o la unidad de tratamiento primario de la reivindicación 2, en donde el compartimiento de asentamiento y el compartimiento de digestión están en una configuración lado a lado.

4. El sistema de la reivindicación l o la unidad de tratamiento primario de la reivindicación 2, en donde el compartimiento de asentamiento y el compartimiento de digestión se encuentran en una configuración anidada.

5. El sistema de la reivindicación l o la unidad de tratamiento primario de la reivindicación 2, en donde el compartimiento de;-1 asentamiento y el compartimiento de digestión se encuentran en una configuración circular anidada.

6. El sistema de la reivindicación 1 o la unidad de tratamiento primario de la reivindicación 2, en donde las aguas residuales entran a través de una o más entradas en T.

7. El sistema o unidad de tratamiento primario de la reivindicación 6, en donde cada entrada en T tiene una configuración que tiene un codo o doblez a 45 grados, tanto en la dirección X como en la dirección Z, para fomentar la mezcla hidráulica n él' tanque.

8. El sistema de la reivindicación 1 o la unidad de tratamiento primario de la reivindicación 2, que además comprende uno o más deflectores de lavado.

9. La unidad de tratamiento primario de la reivindicación 2, operativamente conectada a un sistema de mitigación de metano.

10. El sistema de la reivindicación 1 o la unidad de tratamiento primario de la reivindicación 2, que además comprende medios para promover la digestión anaeróbica.

11. Una unidad de tratamiento primario, adaptada para la recolección de biogás conteniendo metano, en donde la unidad de tratamiento primario comprende una región de asentamiento de las :aguas residuales y una región para la digestión de lodo, en donde la región de asentamiento de las aguas residuales se encuentra adaptada como para recibir las aguas residuales, y una salida de efluente líquido y una región de digestión adaptada para recibir los componentes sólidos de las aguas residuales desde la región de asentamiento y una salida de biogás conteniendo metano generado sustancialmente en la región de digestión, en donde la salida de biogás conteniendo metano no entra en contacto sustancial con la escoria de las aguas residuales.

12." Un sistema para la extracción y recolección de biogás a partir de aguas residuales que comprende una unidad de tratamiento primario que comprende una región de asentamiento de las aguas residuales y una región de digestión de lodo,, en donde la región de asentamiento de las aguas residuales está adaptada para recibir las aguas residuales, y una salida de efluente liquido y una región de digestión adaptada para recibir los componentes sólidos de las aguas residuales . desde la región de asentamiento y una salida de biogás conteniendo metano generado sustancialmente en la región de digestión; un sistema de recolección de biogás configurado para recibir biogás conteniendo metano desde la región de digestión, en donde la salida de biogás conteniendo metano '' no entra en contacto sustancial con la escoria de las aguas residuales.

13. Una unidad de tratamiento primario, adaptada para la recolección de biogás conteniendo metano, en donde la unidad de tratamiento primario está configurada para separar el asentamiento de las aguas residuales y la digestión del lodo en una región de asentamiento y una región de digestión respectivamente y una salida de biogás conteniendo metano generado sustancialmente en la región de digestión, en donde la salida de biogás conteniendo metano no entra en contacto sustancial con la escoria de las aguas residuales.

14. El sistema de la reivindicación l o la unidad de tratamiento primario de la reivindicación 2, en donde el primer espacio frontal y el segundo espacio frontal están separados hidráulicamente.

15. El sistema de la reivindicación l o la unidad de tratamiento primario de la reivindicación 2, en donde la salida de biogás conteniendo metano es activa, pasiva o una combinación de las mismas .