MX2011005083A - Biofiltro para digestión de aguas residuales. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un biofiltro para digestión de aguas residuales, en donde en un solo equipo se logra alcanzar un alto grado de remoción de contaminantes, siendo fundamental para alcanzar estos niveles, la geometría del biofiltro, relación de alimentación descarga del biofiltro, posición y altura de cada uno de los componentes y finalmente de la combinación de dos zonas empacadas, una aleatoria y otra con un arreglo en forma de haces tubulares corrugados o anillados.

Description

BIOFILTRO PARA DIGESTIÓN DE AGUAS RESIDUALES.

Campo Técnico de la invención: La presenta invención se refiere al tratamiento de aguas residuales orgánicas tipo doméstico provenientes de casas habitación o desechos orgánicos líquidos de granjas pecuarias de zonas urbanas y rurales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN: El tratamiento de aguas residuales en un problema que se presenta principalmente en zonas sub urbanas y rurales en donde existe o no un sistema de drenaje municipal que colecte las aguas grises provenientes de las casas habitación y oficinas sin que posteriormente las aguas grises reciban un tratamiento, sin que este proceso se lleve a cabo en una planta de tratamiento de agua, alejada de la fuente de contaminación inexistente, vertiendo el agua por tratar directamente a un acuífero.

Para resolver el problema se han desarrollado diversas aplicaciones, siendo los tanques sépticos solamente una modalidad. El tanque séptico tiene la ventaja de ocupar poco espacio y contiene en su interior elementos que permiten en poco tiempo su tratamiento, sin uso de energía externa sin control rígido de los procesos y es usualmente individual.

La mayor parte de las plantas de tratamiento de aguas residuales usan un equipo electromecánico y son de tipo totalmente aerobias que requieren gran operación y mantenimiento y por ello aunque su adquisición tiene relativamente bajos costos, ocupan poco espacio y generan muchos lodos estas son más apropiadas para sitios más urbanos por la complejidad operativa y de control que para zonas semi-urbanas y rurales donde resultan en fracasos operativos.

Debido a ésta problemática se diseñó una equipo de baja operación, que en el peor caso garantiza un tratamiento aceptable, además tiene la ventaja que por ser el mejor proceso de tipo anaerobio y gran tiempo de retención absorbe los picos del influente y tienen la posibilidad de obtención de biogás y baja producción de lodos que pueden aprovecharse.

En México uno de los productos encontrados en el mercado es la fosa séptica que es de un tanque elaborado de material plástico en cuyo interior se encuentra un filtro que está sujetado en la tapa del tanque. Tiene además una tubería de alimentación y una tubería de descarga que sale del filtro, de tal forma que el agua ingresa al tanque, asciende por el filtro y se derrama por la tubería de descarga al llegar a cierta altura del tanque y que trata de imitar a una patente mía No PA/a/1998/010893.

Uno de los antecedentes más cercanos es la solicitud de patente internacional WO2006/091064 de mi propia creación en donde el tanque séptico es un cuerpo conformado por tres secciones, en donde la parte central es una sección cilindrica, la parte inferior es una sección cónica con la punta truncada y apuntando hacia abajo y la parte superior es un cuerpo cónico truncado, en donde en la parte superior cuenta con proyecciones de forma triangular cuya hipotenusa es adyacente a la pared del tanque en la sección cónica superior y se encuentran en posición opuesta, siendo estas proyecciones rectangulares cuyos lados del triángulo son perpendiculares y el lado superior del triángulo es horizontal.

En esta invención la alimentación se realiza en forma lateral a través de un tubo horizontal que llega hasta la parte central del tanque o fosa séptica y en cuyo extremo tiene conectado un ducto en forma perpendicular que se extiende hasta la parte inferior de tanque, pero sin tocar el fondo. (Para lograr poner en contacto el agua nueva con los micro organismos anaerobios del proceso Esta invención cuenta también con un ducto para la salida de los efluentes tratados cuyo diámetro es inferior al diámetro del tubo de alimentación, estando este ducto con respecto al tubo de alimentación en posición opuesta al tubo de y colocado a menor altura. En la parte central del tanque se cuenta con un filtro que puede ser un cuerpo cilindrico colocado al centro y en la parte inferior de la tapa del tanque; el filtro cuenta con material de filtrado hasta una altura inferior a la tubería de salida del efluente; el filtro es atravesado por los ductos de alimentación y salida en sus paredes.

Adicionalmente, el tanque cuenta con un ducto que llega desde la parte superior del tanque hasta la parte inferior sin tocar el fondo del tanque. Este tubo se encuentra colocado en posición inclinada de tal forma que llega prácticamente hasta el fondo de la sección cónica sin tocar el fondo y en la parte superior conecta a una tubería de descarga de lodos que cuenta con una derivación horizontal y que se ubica a una altura inferior a la salida del efluente tratado y de la entrada de alimentación.

Las ventajas de esta invención se pueden resumir en ser un tanque impermeable, con auto limpieza que no requiere de equipo de extracción de lodos, aunque por diseño cuenta con un ducto que permite esa operación en caso de taponamiento del tubo de autolimpieza.

La solicitud de patente de mi propia autoría publicación WO2010/093232, se refiere a un tanque séptico con filtro autolimpiable y retroalimentación en donde adicionalmente cuenta con un decantador o desnatador.

La patente de los Estados Unidos US-5227061 de Betsole Robert D.se refiere a un equipo para separar los contaminantes de un combustible, utilizando un equipo cuyo cuerpo en su parte superior es cilindrico y en la parte inferior cónico; el equipo cuenta con una boquilla de alimentación curveada colocada en la periferia del separador de contaminantes, misma que provoca un efecto centrífugo similar al que ocurre en separadores centrífugos. La parte inferior del separador es un recolector de agua y sólidos que son atrapados en el filtro en donde se acumulan y caen al fondo de la sección de colección, mientras que las partículas de combustible que son más ligeras se mantienen en suspensión y fluyen hacia arriba por el centro del separador de combustible/contaminantes. Dicha invención no puede anticipar a la presente invención por que por principio, no es autolimpiable, requiere de alta presión para su funcionamiento.

La solicitud de patente alemana DE-102005027509 se refiere a un filtro para una mezcla de sólidos suspendidos; esta invención tiene un recipiente que rota sobre un eje central y cuenta con una entrada tangencial. La suspensión entrante al ingresar, está sujeta tanto a fuerzas tangenciales, como a fuerzas axiales. Un vórtice secundario es formado en el centro con la misma dirección tangencial, pero con componente axial contrario. El recipiente incorpora un ensamble de filtro con un número de elementos filtrantes ubicados en el límite entre el vórtice primario y el secundario, facilitando la interacción entre ambos. Este separador requiere de un movimiento rotatorio, requiere de energía y de un motor que se encargue de realizar el movimiento rotatorio, por lo tanto no es estático como el separador de la presente invención.

La patente de los Estados Unidos US-4918,426 se menciona un sistema de purificación de agua en donde se cuenta con los elementos de un contenedor exterior, un ducto de entrada y uno de salida. También refiere la existencia de un elemento filtrante, pero en ningún momento refiere que el sistema es auto limpiante o que cuenta con un sistema de extracción de sólidos separados, por lo tanto, tampoco puede suponer que dicha invención anticipa a la presente invención.

La solicitud de patente alemana DE19914674 se refiere a un equipo de filtrado que requiere de un movimiento rotatorio para conseguir la filtración, por lo tanto, tampoco resuelve el problema de ser un equipo que pueda utilizarse en comunidades rurales ya que requiere de elevados costos de energía y mantenimiento.

El documento EP0300910 si bien refiere un equipo de filtración, está orientado a una separación de líquido gas y no líquido sólido. Esta invención cuenta con un tanque de sedimentación el cual contiene un cartucho filtrante y un cuerpo envolvente sujetado firmemente provisto de una entrada de combustible y una salida de combustible. Es de hacer notar que la invención no cuenta con forma alguna para retirar sólidos, puesto que no es el objetivo de la invención, por lo tanto no puede ser considerada como parte del estado del arte, aunque sirva para separación de fluidos.

La patente de los Estados Unidos US- 2,514,366 se refiere a un filtro que si bien cuenta con elementos similares a los de la presente invención, falla en que no es autolimpiable y es necesario remover el tornillo del fondo del tanque para retirar los sedimentos, por lo que es necesario tenerla a cierta altura sobre el suelo, o tener un canal de acceso para la limpieza de lodos.

La solicitud de patente GB-2374297 se refiere a un sistema de sedimentación en donde específicamente existe dentro de un conjunto de elementos, un tanque de sedimentación que cuenta con un tubo de alimentación que introduce el líquido tangencialmente, el tanque cuenta con un tubo que se encuentra en el fondo para drenar los sedimentos; también cuenta con un tubo para separar el agua clara. Este sistema además de ser un sistema complejo que cuenta con un gran número de componentes interconectados no resuelve el problema de una fosa séptica autolimpiable, ya que el tanque de esta invención drena por gravedad, lo que implica que el tanque debe estar en una posición elevada, mientras que el tanque de la presente invención está diseñado para ser un tanque enterrado que drena los sólidos por la parte superior.

La patente Europea EP-0965375 se refiere a un tanque para separar sólidos de una mezcla sólido líquido. Es importante notar que en esta invención el líquido es bombeado desde el fondo del tanque, es decir, no permite la salida del líquido por simple diferencia de niveles. Como es el caso de la presente invención. Es importante hacer notar que el fondo plano del tanque no garantiza una recolección adecuada délos sólidos hacia el sumidero y que la espiral, si bien ayuda a la recolección, forma una barrera que solo permite el flujo de los sólidos siempre y cuando se cuente con la suficiente velocidad para arrastrarlos hacia el sumidero.

El documento ES- 2089185 T3 se refiere a un tanque para purificar aguas residuales, que si bien cuenta con un cuerpo cilindrico y un fondo cónico, nuevamente no resuelve el problema de la autolimpieza, por lo que es necesario en el fondo de la parte cónica instalar una tubería para drenaje y válvulas para el mismo efecto.

La patente japonesa JP-11333210 es un tanque de sedimentación que cuenta en su interior con un cuerpo para separación de escoria. El agua entra por un tubo que la conduce al centro del tanque y al centro del cuerpo de separación de escoria que tiene una forma cónica invertida de tal forma que es opuesto a la forma cónica del fondo del tanque de separación, creando una ranura estrecha en toda la periferia del tanque, por donde solamente pasa el agua clarificada y la escoria queda atrapada dentro del cuerpo cónico. Esta invención cuenta con un canal interno periférico en la parte superior, donde se recoge el agua clarificada que es extraída por una tubería para tal efecto. Nuevamente la diferencia con la invención es que no es un filtro autolimpiable, además de no contar con un filtro. En esta invención, el nivel de lodos se incrementará gradualmente haciendo necesaria la extracción por medios mecánicos.

Por lo anteriormente descrito, no existe comercialmente una, equipo que en un solo cuerpo realice las funciones de separación sólido-líquido, con filtrado, biodigestión, filtrado y drenado de sólidos sin requerir apoyo de medios mecánicos.

Descripción de las figuras La figura 1 es un diagrama del biofiltro para digestión de aguas residuales.

La figura 2 es un haz de tubos utilizados como material de contacto.

La figura 3, es un detalle de las paredes del material de contacto.

La figura 4, es una gráfica de la concentración de coliformes fecales, siendo la columna roja la concentración a la salida y la línea azul la concentración a la entrada. Está nomenclatura se mantiene para todas las figuras subsecuentes La figura 5, es una gráfica de la demanda bioquímica de oxígeno a los cinco días durante el proceso La figura 6 es una gráfica de la demanda química de oxígeno durante el proceso La figura 7 es una gráfica en donde se muestra el comportamiento del proceso con relación a la concentración de fósforo total.

La figura 8, es una gráfica que muestra las concentraciones de grasas y aceites para la entrada y salida del proceso.

La figura 9, es una gráfica del comportamiento de la concentración de sólidos Suspendidos Totales.

La figura 10, muestra la concentración de de nitrógeno total para la entrada y salida del proceso La figura 11 , muestra la eficiencia del equipo al disminuir la concentración de sólidos sedimentables Descripción detallada de la invención: El biofiltro para digestión de aguas residuales es un tanque (1) con diferentes secciones y diferentes geometrías. La sección superior (2) es una geometría cónica truncada o abovedada que en varios puntos opuestos y distribuidos simétricamente alrededor del biofiltro (1) cuenta con proyecciones (3). Estas proyecciones cumplen con el objetivo de incrementar la resistencia mecánica del tanque. También se puede poner los tubos en un borde lateral, pero preferentemente se utilizan las proyecciones La segunda sección del tanque es un cilindro recto (4), la tercera sección del tanque (5) es un cono invertido, truncado en la parte inferior o abovedado y cuenta con una sección cilindrica en el fondo. (6).

El biofiltro se alimenta por un ducto horizontal (7), que llega hasta el centro del biofiltro (1 ), atravesando un tanque interior (8) cerrado en su base, que se encuentra soportado en la boca del tanque (9) y que es asegurado mediante una tapa (10) sin que toque el filtro con forma de cubeta o ligeramente cilindrica; el ducto horizontal (7) en el extremo que se encuentra en el interior de tanque cuenta con una derivación "T" ; en posición vertical (11), donde el brazo superior (12) se extiende hasta la tapa (10) del tanque alimentación (1) . En caso necesario, la alimentación del biofiltro se puede hacer por la parte superior utilizando el brazo superior (12). El segundo brazo de la "T" (14) se extiende hacia abajo hasta la parte de la sección cónica inferior (5), atravesando un segundo recipiente inferior (15) en donde es vertida la descarga de alimentación.

El tanque inferior interior (15) es un cuerpo en forma de cubeta invertida o cono invertido con la punta truncada. El recipiente es cerrado en la parte superior por donde solo atraviesa el ducto (14) y en el fondo; siendo los orificios superiores e inferiores los que le permiten el flujo del líquido hacia la parte externa del tanque inferior (16); en la parte superior y al centro del tanque inferior (15), ingresa el tubo de alimentación (14) que descarga el agua de alimentación. El tanque inferior interior (15) cuenta en la periferia del borde inferior con una serie de orificios (16) distribuidos perimetralmente, por donde los lodos se intercambian dentro del recipiente inferior, mientras que el ducto (14) alimenta agua al recipiente interior, provocando la fracturación de los lodos.

Una vez que el influente abandona el recipiente inferior a través de los orificios superiores del tanque inferior (16), entra en contacto con el primer material empacado (17).

El biofiltro cuenta con un tubo inclinado (18) para mantenimiento, que parte de la sección cilindrica (6) del fondo del biorfiltro hasta la parte superior del biofiltro, (1), en donde asoma por una de las proyecciones que tienen forma de prisma (3) y debe estar ubicado; el tubo inclinado 18 cuenta con una derivación horizontal ubicada a un nivel inferior al ducto de alimentación (7), y del ducto de descarga (19) cuyo diámetro es menor al diámetro del ducto de alimentación (7) y descarga 19, La derivación horizontal (20) atraviesa la pared del biofiltro y descarga por efecto de la presión que ejerce la columna hidrostática en el interior del biofiltro (1); en el extremo exterior de la derivación horizontal (20), cuenta con una válvula de paso (21); para permitir la limpieza del biofiltro. o simplemente un tapón El tanque superior interior (8} cuenta con una serie de perforaciones circulares (22) distribuidas en la periferia de su circunferencia a una altura inferior al ducto de alimentación (7), y del ducto de descarga de aguas tratadas (19) y de la derivación horizontal (20) del ducto de mantenimiento, El ducto de salida (19) parte de la pared del tanque superior (8) y tiene un diámetro inferior al diámetro del ducto de alimentación (7). El ducto de mantenimiento en su extremo exterior al tanque, cuenta con una válvula de paso (21) que se abre para permitir la evacuación de lodos almacenados en la sección cilindrica inferior (6) del biofiltro y en la proyección inclinada ascendente (18) cuenta con una tapa superior (24) por donde pueden ser extraídos los lodos en caso necesario.

En la sección cónica inferior,(5) el biofiltro es llenado con un primer material de contacto (17) o empaques distribuido en forma aleatoria y encima de este material, el biofiltro cuenta con haces de material tubular rugoso o anillado para permitirle mayor superficie de contacto tanto en la pared interior como en la pared interior de los tubos(23) sujetados en forma de haces para mantener su posición, en donde, el material tubular (23) es un material tubular anillado o -para describirlo con mayor precisión-, son tubos huecos corrugados. El biofiltro cuenta con un venteo (13) para impedir la acumulación de gases, mismos que pueden ser extraídos PROCESO El agua residual ingresa al biofiltro mediante el ducto de alimentación (7) hasta llegar al centro del biofiltro en donde se encuentra una derivación en forma de "T" (11) con dos brazos; uno que se extiende hacia la parte superior del tanque (13) que puede ser utilizado también para alimentación y un segundo brazo (14) que descarga en el recipiente inferior (15) a través del ducto vertical (14) ; el recipiente inferior (15), cual cuenta en su perímetro superior con una serie de orificios (25) por donde el agua a tratar es expulsada por la acción de la descarga del ducto (14). El flujo constante de agua residual que ingresa por el ducto (14) ayuda a fragmentar, poner en contacto (biorreactor), los sólidos en el tanque inferior (15). El líquido que sale por los orificios (16 y 25) asciende para entrar en contacto con el material de contacto o empaque (17), el cual impide que sólidos flotantes puedan ascender hacia la segunda sección empacada que consiste de haces de tubos. Mientras los sólidos son detenidos en el interior del tanque (15) y en la zona empacada (17), el agua libre de sólidos pasa por la segunda etapa de tratamiento, atravesando los tubos corrugados (23). El agua asciende hasta llegar a la altura de los orificios (22) del tanque superior por donde ingresa e inunda el tanque hasta llegar a la altura de la tubería de descarga (19) por donde es trasladado a su disposición final como agua tratada. Adicionalmente, se pueden dar otros post tratamientos complementarios al agua como lo es el paso a través de luz ultra violeta o cloración.

Recomendamos el uso de un decantador previo para evitar estancamientos.

Para demostrar el funcionamiento del biofiltro, se cuenta con los siguientes resultados: Análisis del biofiltro.

Los resultaos mostrados evidencian la capacidad del biofiltro.

Considero de mi propiedad el biofiltro anaerobio y el contenido de las siguientes cláusulas.

Claims (5)

REIVINDICACIONES: Habiendo descrito ampliamente mi invención declaro como propiedad lo reclamado en las siguientes cláusulas.

1. Un biofiltro para digestión de aguas residuales que comprende un tanque con una sección superior cónica truncada o abovedada que en varios puntos opuestos y distribuidos simétricamente alrededor del tanque, cuenta con proyecciones en forma de prismas cuyo ángulo agudo parte del centro del tanque y en el extremo opuesto forma un ángulo de 90° que se une a la superficie superior de la sección cónica o bóveda superior del tanque, adicionalmente cuenta con una segunda sección que es un cilindro recto y una tercera sección del tanque es un cono invertido, truncado en la parte inferior y cuenta con una sección cilindrica en el fondo; el tanque también cuenta con un ducto de alimentación que llega hasta el centro del tanque atravesando un tanque superior en forma de cubeta invertida cerrado en sus caras superior e inferior y con orificios ubicados perimetralmente a una altura inferior al ducto de alimentación, un ducto para descarga cuyo diámetro es menor al diámetro del ducto de alimentación y se encuentra en posición opuesta y colocada a menor altura que el ducto de alimentación, el cual cuenta con una derivación "T" en posición horizontal donde el brazo superior se extiende hasta la tapa del tanque y el segundo brazo de la "T" se extiende hacia abajo hasta la parte de la sección cónica inferior, atravesando un segundo recipiente inferior en donde es vertida la descarga de alimentación y en donde el tanque inferior es un cuerpo en forma de cubeta invertida o cono invertido con la punta truncada. El recipiente es cerrado en la parte superior por donde solo atraviesa el ducto de alimentación y tiene orificios perimetrales en la parte superior de la pared, para la salida del agua y orificios perimetrales en la parte inferior para el agua que entró provoque la fracturación de los lodos al entrar en contacto con los lodos del fondo, siendo los orificios inferiores los que le permiten el intercambio del lodos hacia la parte externa del tanque inferior; provocando la fracturación de los lodos, Caracterizado por que cuenta con dos secciones de empaque, una inferior con empaque distribuido en forma aleatoria y uno superior formado por haces tubulares de superficie corrugada.

2. Un biofiltro como el que se reclamó en la cláusula 1 , en donde el filtro cuenta con un sistema de autolimpieza que consiste de un ducto de mantenimiento el cual es un ducto inclinado que se extiende desde una de las proyecciones de la sección superior del tanque, hasta la sección cilindrica inferior del mismo, en donde por gravedad se colectan los lodos y en donde adicionalmente el ducto cuenta con una derivación horizontal que se encuentra por debajo de el nivel del ducto de alimentación y el ducto de descarga, caracterizado por que el sistema de autolimpieza utiliza el peso de la columna hidrostática para remover los lodos del fondo del biofiltro expulsándolos por la derivación horizontal que en su extremo exterior cuenta con una válvula de paso o tapón.

3. Un biofiltro como el que se reclamó en la cláusula 1, en donde el agua tratada es colectada en un recipiente superior sujetado a la boca del tanque, y al cual ingresa por medio de una serie de orificios dispuestos perimetralmente a un altura inferior del ducto de alimentación y superior a la derivación horizontal de ducto de mantenimiento, en donde el agua tratada es colectada para ser descargada por un ducto de descarga.

4. En un biofiltro para digestión de aguas residuales, un empaque caracterizado por que consiste de uno o varios haces de tubos verticales, inclinados, o rectos, corrugados alimentados por un distribuidor de flujo.

5. Un biofiltro como el que se reclamó en la cláusula 1 ,en donde el biofiltro cuenta con dos tipos de empaque, uno en la parte inferior que funciona al mismo tiempo como un distribuidor del flujo y uno en la parte superior consistente de haces de tubos corrugados o similares.