MX2012011875A - Bioreactor de membrana anaerobica para tratar una corriente de desechos. - Google Patents

Abstract

Una corriente de desechos que tiene componentes anaeróbicamente biodegradables se alimenta a un reactor anaeróbico donde los componentes reaccionan con microorganismos para biodegradar los componentes y producir biomasa y biogás. La mezcla se produce en porciones seleccionadas del reactor anaeróbico, particularmente en las porciones inferiores y superiores del reactor. Los sólidos relativamente pesados se asientan en la parte inferior y se mezclan con el licor mezclado mientras que los sólidos relativamente ligeros o finos flotan en la porción superior del reactor anaeróbico donde se mezclan con el licor mezclado. Esto deja una porción intermedia o media del reactor anaeróbico donde la concentración de los sólidos es relativamente baja en comparación con la concentración de los sólidos en la porción superior o inferior del reactor anaeróbico.

Description

BIORREACTOR DE MEMBRANA A AERÓBICA PARA TRATAR UNA CORRIENTE DE DESECHOS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un biorreactor de membrana anaeróbico para tratar corrientes de desechos que tienen sólidos totales biodegradables que incluyen DQO soluble e insoluble.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un sistema y método para tratar una corriente de desechos que tiene sólidos anaeróbicamente biodegradables . La corriente de desechos se dirige hacia un reactor anaeróbico y los sólidos biodegradables se convierten por biomasa anaeróbica en el reactor anaeróbico para reducir la cantidad de sólidos biodegradables y en el proceso producen biogás y biomasa. El sistema y proceso estratifica el licor mezclado en el reactor anaeróbico en al menos tres zonas distintas de licor mezclado. La primera zona ubicada en la parte inferior del tanque incluye una concentración relativamente mayor de sólidos, específicamente sólidos biológicos y precipitados más pesados; la segunda zona por encima de la primera zona y ubicada en la parte media de la altura del tanque incluye una concentración relativamente baja de sólidos; y la tercera zona ubicada cerca de la parte superior del tanque contiene una concentración relativamente mayor de biomasa que la zona media y estos sólidos principalmente consisten en sólidos más ligeros. El licor mezclado en la zona estratificada media se bombea hacia una unidad de separación de membrana, la unidad de separación de membrana puede sumergirse o ser externa, tal como un elemento tubular, de placa plana o membrana de fibra hueca. La unidad de membrana es donde el licor mezclado se separa en una corriente de permeado y en una corriente de retenido. La estratificación mejora el rendimiento general del sistema. Esto da como resultado en una mayor concentración de sólidos que se mantienen en el reactor mientras suministra una corriente menos concentrada a la unidad de separación de membrana. Con el tiempo, esto mejora las proporciones de flujo de membrana más altas posibles por unidad de entrada de energía del sistema de membrana y evita o reduce las incrustaciones y a su vez prolonga la vida de las membranas de la unidad de separación de membrana al reducir el número de ciclos de limpieza en el lugar (CIP) . La corriente de retenido se recicla al reactor anaeróbico para mantener el mayor tiempo de retención de sólidos (SRT) .

En una modalidad, un sistema de separación de sólidos se incorpora en el sistema general y proceso. En este caso, el licor mezclado que incluye sólidos se bombea desde la primera zona inferior hasta un separador de sólidos tales como un hidrociclón. En el hidrociclón, el licor mezclado se separa en dos corrientes, la primera corriente tiene una concentración relativamente elevada de sólidos más pesados que incluyen la mayor parte de los inorgánicos precipitados, y una segunda corriente que tiene una concentración relativamente baja de sólidos inorgánicos precipitados y una mayor concentración relativa de sólidos biológicos. La corriente que tiene la concentración relativamente mayor de sólidos biológicos se recicla nuevamente al reactor anaerobico para mantener un mayor SRT.

En otra modalidad, la presente invención implica un biorreactor de membrana anaerobico que incluye un reactor anaerobico que es operativo para estratificar el licor mezclado en el reactor anaerobico. En esta modalidad, el reactor anaerobico incluye una o más mezcladoras dispuestas en la porción inferior del reactor y una o más mezcladoras dispuestas en la porción superior del reactor. El reactor anaerobico es operativo para formar una primera zona de licor mezclado en una porción inferior del reactor, y una segunda zona de licor mezclado en una porción superior del reactor. Eso deja una zona de licor mezclado intermedia generalmente dispuesta entre las zonas superior e inferior. Los sólidos suspendidos en las zonas de licor mezclado superior e inferior se mezclan por una o más mezcladoras dispuestas en las zonas respectivas. En una modalidad, el licor mezclado contenido en la zona intermedia relativamente es puro o no se mezcla. El licor mezclado en la zona intermedia en una modalidad se bombea hacia la unidad de separación de membrana que separa el licor mezclado en una corriente de permeado y una corriente de retenido. Una opción es regresar la corriente de retenido al reactor anaeróbico para tratamiento adicional .

Otros objetos y ventajas de la presente invención se volverán aparentes y serán obvios a partir de un estudio de la siguiente descripción y los dibujos anexos, los cuales sólo son ilustrativos de tal invención.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una ilustración esquemática del biorreactor de membrana anaeróbico y proceso de la presente invención.

La Figura 2 es una ilustración esquemátic | que muestra una unidad de separación de membrana ejemplar.

DESCRIPCION DETALLADA Con referencia adicional a los dibujos, particularmente a la Figura 1, un biorreactor de membrana anaeróbico (algunas veces denominado por AnMBR) se muestra en la presente y se indica generalmente por el número 10. Icomo se discute en la presente en detalle, el biorreactor 1|0 de membrana anaeróbico es un sistema de purificación compacto que combina un proceso de digestión anaerobica con un proceso de separación de membrana. El sistema y proceso son efectivos para tratar corrientes de desechos que tienen constituyentes biodegradables o componentes al digerir estos constituyentes y producir biogás y nueva biomasa. El biorreactor 10 de membrana anaeróbico básicamente comprende un reactor 12 anaeróbico y una unidad 14 de separación de membrana. El flujo saliente del reactor 12 anaeróbico se dirige hacia la unidad 14 de separación de membrana que separa el flujo saliente del reactor anaeróbico en una corriente de permeado y una corriente de retenido donde la corriente de retenido se concentra con sólidos que incluyen la biomasa. La corriente de retenido concentrada se recicla nuevamente al reactor anaeróbico y se mezcla con el licor mezclado en el mismo. El objetivo de reciclaje es mantener un contenido de sólidos suspendidos de licor mezclado (MLSS) relativamente más alto que el usual dentro del reactor 12 , y de este modo prolongar el SRT. Un margen típico de concentración de MLSS dentro del sistema de biorreactor de membrana anaeróbico puede ser de 0 . 1- 6% de sólidos ( 1 , 000- 60 , 000 mg/L como TSS).

En la modalidad, los sólidos se remueven del reactor 12 anaeróbico al bombear el licor mezclado de la zona inferior hasta un separador de sólidos tal como un hidrociclón. El separador de sólidos separa los sólidos más pesados, incluyendo los precipitados inorgánicos formados en el reactor de los sólidos más ligeros que incluyen una mayor concentración de biomasa. Esta corriente de biomasa de mayor concentración se recicla nuevamente al reactor 12 anaeróbico. El retenido (los sólidos separados más pesados) puede someterse a tratamiento adicional tal como tratamiento en una unidad de deshidratación . El proceso del separador de sólidos es mantener o controlar el SRT y remover del reactor 12 la acumulación de sólidos inorgánicos pesados. Debe apreciarse que existen varias formas de remover los sólidos del reactor 12. Los sólidos pueden removerse directamente, o como se describe en mayor detalle de manera subsiguiente en la presente, los sólidos pueden removerse al dirigir el licor mezclado desde una cierta área o zona del reactor 12 hasta un separador de sólidos tal como el hidrociclón. En otras modalidades, los sólidos pueden removerse al dirigir una porción de la corriente de retenido de la unidad 14 de separación de membrana en un separador de sólidos tal como el hidrociclón.

Es conveniente explicar o describir el término "sólidos" como se utiliza en la presente solicitud. Los sólidos totales (TS) en sistemas ambientales se definen como todos los constituyentes presentes en una muestra determinada, particularmente como sólidos disueltos (TDS) y sólidos suspendidos (TSS) , además de agua. Una parte de los sólidos totales es sólidos biodegradables , tanto solubles como suspendidos, que tienen una cierta demanda química de oxígeno (DQO) asociada con los mismos.

Formando parte del biorreactor 10 de membrana anaeróbico se encuentra el reactor 12 anaeróbico . El reactor 12 anaeróbico se designa para proporcionar un mezclado mecánico en una porción inferior del reactor y mezclado mecánico en una porción alta o superior del reactor. En una modalidad preferida, no existe ningún mezclado mecánico o existe relativamente poco mezclado en la porción intermedia o media del reactor anaeróbico. En el reactor 12, los sólidos pesados, que incluyen flóculos biológicos más grandes y sólidos precipitados inorgánicos que se forman y tienden a sedimentarse en la porción inferior del reactor y se mezclan con el licor mezclado en el mismo por el mezclado que se lleva a cabo en la porción inferior del reactor. Otros sólidos más ligeros o más finos tienden a flotar en la porción superior del reactor donde el mezclado mecánico que se lleva a cabo en las porciones superiores del reactor mantiene estos sólidos en suspensión en la parte superior del reactor. Esto tiende a estratificar el licor mezclado en el reactor 12 anaeróbico en tres zonas distintas. Es decir, la concentración de sólidos en la porción intermedia del reactor es menor en comparación con la concentración de sólidos en la porción inferior o superior del reactor.

Corriente abajo del reactor 12 anaeróbico se encuentra una unidad 14 de separación de membrana. El licor mezclado se bombea desde la porción intermedia o zona del reactor 12 anaeróbico hasta la unidad 14 de separación de membrana. Debido a la estratificación de licor mezclado en el reactor 12 anaeróbico, el licor mezclado bombeado hacia la unidad 14 de separación de membrana incluye una concentración de sólidos relativamente baja. Cuando se establece que el licor mezclado en la porción intermedia o zona del reactor 12 anaeróbico incluye una concentración de sólidos relativamente inferior, significa que la concentración de sólidos en esta porción del reactor anaeróbico es menor con relación a la concentración de sólidos en la porción inferior del reactor anaeróbico y la porción superior del reactor. Existen numerosas ventajas para dirigir el licor mezclado desde la porción intermedia o zona del reactor 12 anaeróbico hasta la unidad 14 de separación de membrana. Generalmente, la estratificación que se presenta en el reactor 12 sirve para mejorar el rendimiento general del sistema. Al estratificar el licor mezclado en el reactor 12, una mayor concentración de sólidos se mantiene en el reactor mientras se suministra una corriente menos concentrada hacia la unidad 14 de separación de membrana. Esto evita o reduce las incrustaciones de membrana y mejora las tasas de flujo de membrana más altas posibles por entrada de energía de sistemas de membrana y a su vez prolonga la vida de las membranas que comprenden la unidad 14 de separación de membrana al reducir el número de ciclos de limpieza en el lugar (CIP) . La unidad 14 de separación de membrana separa el licor mezclado en una corriente de permeado que relativamente es pura e incluye bajas concentraciones de DQO, DBO y TSS, y un retenido que incluye sólidos más concentrados que incluyen biomasa la cual se recicla al reactor 12 anaeróbico y se mezcla con el licor mezclado en el reactor anaeróbico.

La presente invención también implica un método para tratar una corriente gue contiene DQO soluble en un biorreactor de membrana anaeróbico. En ese respecto, el método implica alimentar la corriente que tiene DQO soluble en un tangue de reactor anaeróbico. Después de esto, el proceso implica hacer reaccionar la DQO soluble e insoluble con biomasa anaeróbica en el reactor anaeróbico para reducir la cantidad de DQO soluble e insoluble y en el proceso producir un licor mezclado y biogás en el reactor anaeróbico. Una o más mezcladoras se disponen en una porción inferior del reactor anaeróbico para mezclar los sólidos relativamente pesados en el licor mezclado. Pero también se proporciona en una modalidad, una o más mezcladoras en la porción superior del reactor anaeróbico para mezclar los sólidos relativamente ligeros en el licor mezclado. Esto deja una porción intermedia o zona del reactor anaeróbico donde existe una concentración relativamente inferior de sólidos en el licor mezclado. El licor mezclado se bombea desde la porción intermedia del reactor 12 anaerobico hasta una unidad 14 de separación de membrana donde el licor mezclado se separa en una corriente de permeado y una corriente de retenido que contiene una concentración sustancial de biomasa. Por lo menos una porción de la corriente de retenido se recicla al reactor 12 anaerobico. El método además incluye, en una modalidad, bombear el licor mezclado con sólidos relativamente pesados desde la porción inferior del reactor 12 anaerobico hasta un separador de sólidos y separar los sólidos más pesados de los sólidos más ligeros que contienen biomasa. Finalmente, por lo menos una porción de los sólidos más ligeros que contienen la biomasa se recicla hacia el reactor anaerobico.

La discusión anterior presenta una revisión del biorreactor 10 de membrana anaerobico y el proceso para tratar una corriente de desechos . Ahora se dirige la atención hacia componentes individuales del biorreactor 10 de membrana anaerobico y diversos procesos realizados.

Ubicado corriente arriba del reactor 12 anaerobico se encuentra un tanque 16 de compensación. El tanque 16 de compensación incluye una o más mezcladores 16A. Como se ve en la Figura 1, una corriente de desechos o corriente de alimentación se dirige hacia el tanque 16 de compensación y puede mezclarse por una o más mezcladoras 16A. Varias corrientes de desechos pueden tratarse de acuerdo con el proceso descrito en la presente. En general, las corrientes de desechos incluirán material o materia que es por lo menos parcialmente biodegradable por bacteria o biomasa anaerobica. Ejemplos de corrientes de desechos que pueden tratarse por el sistema o proceso descritos en la presente son: corrientes de lodo de plantas de tratamiento de aguas residuales municipales; corrientes de lodo de instalación de tratamiento de aguas residuales industriales; corriente de desechos de operaciones agrícolas; corriente de desechos de alta resistencia de operaciones industriales; y cualesquier otras corrientes de aguas residuales líquidas que son biológicamente tratables en un reactor anaeróbico.

Dispuesto corriente abajo del tanque 16 de compensación se encuentra un tanque 18 de mezclado. El tanque 18 de mezclado incluye una o más mezcladoras 18A. Asociado con el tanque 18 de compensación se encuentra uno o más inyectores químicos indicados generalmente por el número 20. Los inyectores 20 químicos funcionan para inyectar varios químicos en el tanque 18 de mezclado, los cuales entonces se mezclan con la corriente de desechos . Pueden inyectarse varios químicos en el tanque de mezclado dependiendo de la formación de la corriente de desechos y qué condiciones se deseen mantener a través del proceso, y objetivos de tratamiento. Por ejemplo, puede ser deseable controlar la producción de pH del proceso, y en este caso, sosa cáustica tal como NaOH puede inyectarse y mezclarse en la corriente de desechos. Otros químicos tales como sales de hierro, elementos minerales necesarios para una producción anaerobica óptima de biogás, por ejemplo, también pueden agregarse si se desea. En algunas modalidades, el tanque 18 de mezclado puede ser innecesario. Aquí, el químico o químicos podrían inyectarse directamente en una línea o conducto a través del cual la corriente de desechos pasa.

El flujo entrante contenido en el tanque 18 de mezclado se dirige hacia una bomba 22 de alimentación de reactor. La bomba 22 de alimentación de reactor bombea la corriente de desechos a través de un intercambiador 24 de calor. El intercambiador 24 de calor se asocia operativamente con una fuente 26 de calor que proporciona un medio calorífico al intercambiador de calor para calentar la corriente de desechos que pasa a través del intercambiador de calor. En una modalidad, la fuente 26 de calor es una fuente de calor que es independiente de otros procesos realizados por el biorreactor 10 de membrana anaeróbico. En una modalidad, el permeado producido por el sistema puede hacerse recircular nuevamente a través del intercambiador 24 de calor para proporcionar calor para calentar la corriente de desechos entrante. Además, como se explica de manera subsiguiente en la presente, el reactor 12 anaerobico produce un biogás y el biogás puede utilizarse por la fuente 26 de calor para calentar el medio dirigido hacia el intercambiador 24 de calor.

A partir del intercambiador 24 de calor, la corriente de desechos se dirige hacia el reactor 12 anaerobico. El reactor 12 anaerobico es un sistema cerrado diseñado para mantener condiciones anaeróbicas dentro del reactor. El reactor 12 anaerobico puede ser de varios tamaños y capacidades.

La corriente de desechos introducida en el reactor 12 anaerobico se mezcla con el material o materia existente en el reactor para formar el licor mezclado. Generalmente, los componentes biodegradables en la corriente de desechos reaccionan con la biomasa anaeróbica, incluyendo bacteria anaeróbica (y facultativa) y arquea metanógeno, y reduce la cantidad de sólidos biodegradables contenidos en el reactor, y en el proceso producen biogás y sólidos biológicos adicionales. El término "licor mezclado" como utiliza en la presente incluye, pero no se limita a, una mezcla de sólidos orgánicos e inorgánicos, que incluyen biomasa, desechos biodegradables y no biodegradables, agua y biogás. El licor mezclado puede residir dentro del reactor o alimentarse al reactor como una corriente reciclada desde el sistema de membrana .

El reactor 12 anaerobico se diseña para estratificar el licor mezclado. Como se ve en la Figura 1, los sólidos más pesados ocupan una región en el reactor anaerobico, y los sólidos finos o ligeros ocupan otra región en el reactor anaerobico. Y en una región, el licor mezclado relativamente se encuentra libre de por lo menos sólidos más pesados o incluye una concentración de sólidos que es menos conmensurable que la concentración de sólidos encontrados en otras regiones o áreas dentro del reactor. Más particularmente, el reactor 12 se diseña para estratificar los sólidos como se muestra. Los sólidos relativamente pesados y más grandes tienden a sedimentarse en una porción inferior del reactor. Los sólidos relativamente más finos o más ligeros tienden a flotar en la porción superior del reactor. Esto deja la porción 40 intermedia o media del reactor que es menos conmensurable en sólidos, o por lo menos incluye una concentración de sólidos que es menos conmensurable que la concentración de sólidos en la porción inferior del reactor anaerobico.

Colocada de manera estratégica en el reactor 12 anaerobico se encuentra una serie de mezcladoras. Primero, existe una o más mezcladoras 30 ubicadas en la porción inferior o baja del reactor. Además, existe una o más mezcladoras 32 ubicadas en la porción alta o superior del reactor 12. De este modo, se aprecia que en una modalidad, no existen mezcladoras ubicadas en la región intermedia o media del reactor anaerobico. Mezclar el licor mezclado en las porciones inferior y superior del reactor 12 mejora y aumenta las reacciones entre los componentes anaeróbicamente digeribles y la biomasa anaeróbica. Además, por ejemplo, el mezclado en la porción superior del reactor evita que los sólidos formen una plantilla en la porción superior del reactor 12.

Las mezcladoras 30 y 32 proporcionan una acción mezclada, que resulta en que la porción baja y alta del reactor anaerobico se mezcle completamente. Varios tipos de mezcladoras pueden utilizarse. En una modalidad, las mezcladoras es lo que se denomina como mezcladoras montadas en pared lateral . Estas mezcladoras se proyectan a través de la pared lateral del reactor 12 anaerobico con el propulsor o porción de mezclado de las mezcladoras que se disponen internamente dentro del reactor 12. Las mezcladoras 30 y 32 generalmente se separan de forma uniforme para proporcionar un mezclado uniforme de licor mezclado en las porciones alta y baja del reactor. Aunque las mezcladoras mecánicas se discuten y se muestran en los dibujos, otros tipos de mezcladoras de reactor anaerobico convencionales pueden utilizarse. Por ejemplo, el mezclado puede lograrse por inyección de gas, corrientes mecánicas, y bombas mecánicas.

La profundidad y ubicación precisa de las capas estratificadas en el reactor 12 anaeróbico pueden variar. A manera de ejemplo, suponer que el reactor 12 anaeróbico tiene aproximadamente 15.24 metros (50 pies) de altura. En tal caso, las mezcladoras 30 inferiores podrían centrarse en aproximadamente 0.91 metros (3 pies) desde el fondo del reactor anaeróbico. Las mezcladoras 32 superiores podrían centrarse en aproximadamente 15.58 metros (38 pies) desde el fondo del reactor anaeróbico. En este caso, a una altura de 6.09 a 7.62 metros (20 a 25 pies) desde el fondo del reactor anaeróbico, por lo menos una porción de la zona 40 intermedia o media puede ubicarse. De este modo, en este caso, la línea 50, la cual alimenta el licor mezclado desde el reactor 12 anaeróbico hasta la unidad 14 de separación de membrana, puede bombearse hacia la pared del reactor 12 anaeróbico en un punto intermedio entre 6.09 y 7.62 metros (20 y 25 pies) desde el fondo del reactor anaeróbico. En este punto, el licor mezclado y bombeado desde el reactor anaeróbico probablemente puede tener una concentración de sólidos menor que el licor mezclado dispuesto en el fondo del reactor.

Digerir sólidos producirá biogás. El biogás producido en la zona de mezclado inferior se elevará a través de la longitud del reactor y proporcionará un mezclado de baja cizalla delicado de licor mezclado en la zona intermedia. El reactor 12 se proporciona con una salida de biogás que puede pasar por la puerta creada por la producción biológica de biogás o puede mejorarse a través de la utilización de un soplador 34 de escape y una salida 26 de biogás. La salida 36 de biogás conduce a un quemador o puede dirigirse a una caldera, generador, u otro dispositivo que pueda utilizar el biogás para crear energía útil.

Como se aprecia por aquellos de experiencia en la técnica, el material anaeróbicamente biodegradable contenido en la corriente de desechos se digiere a través de reacciones en el reactor 12 donde la bacteria anaeróbica (y facultativa) y la arquea metanógena convierten el material biodegradable en biogás el cual sustancialmente se forma de metano y óxido de carbono y otras menores cantidades de otros elementos en forma gaseosa tal como sulfuro de hidrógeno. Estos componentes gaseosos generalmente se denominan en la presente como "biogás". El biogás también puede contener pequeñas cantidades de vapor de agua, amoniaco, y trazas de otros compuestos volátiles que pueden presentarse en la corriente de desechos o formarse durante la biodegradación . La composición resultante del biogás por ciento en volumen variará dependiendo de la orgánica digerible particular que se procesa. Los niveles de metano preferidos en el biogás formados en el rector 12 se encuentran en el margen de aproximadamente 50 a aproximadamente 90 por ciento en volumen. Los niveles de dióxido de carbono preferidos se encuentran en el margen de aproximadamente 5 a aproximadamente 45 por ciento (en volumen) y los niveles de sulfuro de hidrógeno pueden variar aproximadamente de 200 ppm (volumen) a aproximadamente 3% en volumen.

Corriente abajo del reactor 12 anaeróbico se encuentra la unidad 14 de separación de membrana. El licor mezclado del reactor 12 anaeróbico se dirige hacia la unidad 14 de separación de membrana. En particular, el licor mezclado se toma de la zona 40 intermedia o media del reactor anaeróbico. Esto significa que el licor mezclado dirigido desde el reactor 12 anaeróbico hasta la unidad 14 de separación de membrana incluye una concentración de sólidos menor de lo que típicamente puede encontrarse en el licor mezclado ubicado en la porción baja o alta del reactor 12 anaeróbico. Como se ve en la Figura 1, la línea 50 se interconecta de manera operativa entre el reactor 12 anaeróbico y la unidad 14 de separación de membrana y sirve para dirigir o canalizar el licor mezclado desde el reactor hasta la unidad de separación de membrana. Conectada de manera operativa en la línea 50 se encuentra una bomba 52 de alimentación de membrana. La bomba 52 bombea el licor mezclado desde el reactor 12 a través de la línea 50 hasta la unidad de separación de membrana. La bomba de alimentación de membrana proporciona una presión de línea base a la unidad de separación de membrana. En una modalidad, la bomba de alimentación de membrana se reemplaza con una válvula de control de flujo donde, por la fuerza gravitacional creada por el nivel de liquido en el reactor, proporciona la presión de línea base necesaria a la unidad de separación de membrana. La unidad 14 de separación de membrana es un circuito hidráulico continuamente recirculado que incluye los módulos de membrana, la bomba de recirculación de membrana denominada como bomba 54, y los controles de rendimiento requeridos de la membrana. La bomba 54 de recirculación de membrana bombea el licor mezclado en un circuito de recirculación constante alrededor de la unidad 14 de separación de membrana para proporcionar una velocidad de flujo cruzado necesaria.

Básicamente, la unidad 14 de separación de membrana filtra o separa el licor mezclado en dos corrientes, una corriente de permeado que se dirige desde la unidad 14 de separación de membrana a través de una línea 60 permeable, y una corriente de retenido que se dirige desde una unidad de separación de membrana a través de una línea 62 de retenido. Observe que la línea 62 de retenido también es una línea de recirculación ya que recircula la corriente de retenido nuevamente a la línea 50 justo corriente arriba de la bomba 54 de alimentación de membrana. Esto permite que la bomba 54 de alimentación de membrana recicle continuamente la corriente de retenido a través de la unidad de separación de membrana .

Por lo menos una porción de la corriente de retenido se regresa al reactor 12 anaeróbico y se mezcla con el licor mezclado en la misma. Para regresar una porción de la corriente de retenido al reactor 12 anaeróbico, se proporciona una línea 64 de retorno. De este modo, como se observa en lo anterior, una porción de la corriente de retenido se toma de la línea 62 de reciclaje y se regresa mediante la bomba 66 de recirculación de reactor al reactor 12 anaeróbico. En una modalidad, la bomba 66 se reemplaza con una válvula de control de flujo y la fuerza requerida para regresar el licor mezclado al reactor se proporciona por la bomba de alimentación de membrana, la bomba 52.

La unidad 14 de separación de membrana retiene todos o sustancialmente todos los sólidos suspendidos, de este modo, todos o sustancialmente todos los sólidos suspendidos se reciclan nuevamente al reactor anaeróbico. Varios tipos de unidades 14 de separación de membrana pueden emplearse .

Con referencia a la Figura 2, una ilustración esquemática se muestra en la presente para una unidad 14 de separación de membrana ejemplar. Se aprecia por aquellos de experiencia en la técnica que varios tipos de dispositivos de filtración de membrana convencionales pueden emplearse. La Figura 2 ilustra una unidad de filtración de membrana ejemplar que puede utilizarse como parte del biorreactor 10 de membrana anaeróbico. En el caso de una unidad 14 de filtración de membrana mostrado en la Figura 2, la misma es un sistema de corriente lateral considerando que las membranas se ubican fuera del reactor 12 anaeróbico. En la unidad 14 de filtración de membrana ejemplar, se proporciona una serie de módulos 14A de membrana de flujo trasversal. El número de módulos 14A de membrana puede variar dependiendo de la formación de los objetivos de agua de alimentación y de tratamiento. Los módulos 14A de membrana se conectan en serie en este ejemplo. Cada módulo 14A de membrana incluye un alojamiento alargado con membranas tubulares contenidas en el mismo. Como se observa en lo anterior, las membranas de este ejemplo son membranas tipo tubular que se extienden longitudinalmente a través del alojamiento de cada módulo 14 de membrana. El flujo saliente del reactor 12 se dirige hacia las membranas tubulares individuales bajo presión. Cuando el licor de alimentación o mezclado del reactor 12 anaeróbico pasa a través de las membranas individuales, un permeado se producirá y el permeado fluirá hacia fuera, en una dirección de flujo transversal con respecto a la alimentación. El permeado en cada módulo 14A de membrana se recolectará y dirigirá fuera de una salida 14 permeable proporcionada en cada módulo 14A de membrana. El retenido se dirige hacia fuera de una salida 14B de retenido dispuesta en un extremo de cada módulo 14A. Las salidas de retenido respectivas y las entradas de retenido se interconectan al conectar las líneas 14E. Esto permite que el retenido de un módulo 14A de membrana se dirija hacia otro módulo 14A de membrana corriente abajo. De este modo, como se observa en la Figura 2 , los módulos 14A de membrana respectivos son unidades singulares o múltiples conectadas en serie de manera que el retenido fluya linealmente a través de uno o varios de los módulos 14A de membrana conectados.

El retenido que sale del último módulo 14A de membrana se dirige hacia una línea 14F de salida final que se conecta a la línea 62 de retenido mostrada en la Figura 1. Esto permite que el retenido se recicle nuevamente a la entrada de la unidad 14 de filtración de membrana o nuevamente al reactor 12. En una modalidad, existe una cantidad sustancial de retenido desde la unidad 14 de filtración de membrana reciclada nuevamente a la entrada de la unidad de filtración de membrana.

Además, la línea 14F de salida final se conecta de manera comunicativa a una línea 90 de limpieza que conduce a una unidad 92 de limpieza en el lugar (CIP) . La unidad 92 de limpieza en un lugar es un sistema o unidad que es operativa para limpiar periódicamente o de vez en cuando la unidad 14 de filtración de membrana al lavar a contracorriente las membranas respectivas que forman la unidad. Varios sistemas de limpieza de membrana pueden emplearse. Aquí, la unidad 92 de limpieza de lugar se designa para utilizar el retenido o fracción recibida de la unidad 14 de filtración de membrana para lavar a contracorriente y limpiar las membranas respectivas de la unidad de filtración de membrana. Los detalles de la unidad 92 de limpieza en el lugar no se tratan aquí en detalle debido a que se conoce como operan tales sistemas o unidades y se apreciará por aquellos con experiencia en la técnica.

El biorreactor 10 de membrana anaeróbico también incluye un sistema y proceso para remover sólidos del reactor 12 anaeróbico. Más particularmente, existe un proceso de separación de sólidos que incluye un separador 74 de sólidos tal como un separador de hidrociclon. El separador de sólidos se designa para separar de manera preferencial los sólidos pesados que incluyen un porcentaje relativamente elevado de precipitados inorgánicos, a partir de sólidos más ligeros que incluyen una concentración relativamente alta de biomasa. Como se observa en lo anterior, los sólidos se remueven del reactor 12 anaeróbico para mantener o controlar SR . Además, puede existir una acumulación sustancial de sólidos e inorgánicos pesados dentro del reactor 12 anaeróbico y estos sólidos pueden removerse o dirigirlos desde el reactor anaeróbico hasta un separador de sólidos. En cualquier caso, existen varias formas de remover sólidos del biorreactor 10 de membrana anaeróbico. Por ejemplo, en una modalidad, los sólidos simplemente pueden desecharse del reactor 12 anaerobico en una forma convencional. En otro ejemplo, los sólidos pueden removerse de la corriente de retenido que sale de la unidad de separación de membrana. En este caso, una cantidad seleccionada o controlada de la corriente de retenido puede dirigirse hacia un separador de sólidos . En la modalidad ilustrada aquí, los sólidos se bombean desde la porción inferior del reactor 12 anaerobico hasta un separador de sólidos, el cual en el caso de un ejemplo ilustrado, es un hidrociclón 74. En este respecto, la línea 70 se conecta de manera operativa al reactor 12 anaerobico e incluye una bomba 72. La línea 70 y la bomba 72 se conectan de manera operativa al separador 74 de sólidos para dirigir el licor mezclado que incluye sólidos al separador de sólidos. Observe que la línea 70 se conecta al reactor 12 de modo que el licor mezclado se jala de la porción inferior del reactor 12. Esto, como se explica en lo anterior, es donde los sólidos más pesados se contienen. En cualquier caso, el licor mezclado se bombea desde la porción de fondo del reactor 12 a través de la línea 70 hacia el separador 74 de sólidos. El separador 74 de sólidos produce un flujo inferior que comprende sólidos que son más pesados por naturaleza y un flujo superior que comprende sólidos que son más ligeros por naturaleza que el flujo inferior. El flujo superior se bombea o se alimenta a través de una línea 78 de sobre-flujo nuevamente al reactor 121 anaeróbico donde se mezcla con el licor mezclado en el mismo. El infra-flujo o sólidos más pesados producidos por el separador de sólidos o el hidrociclón 74 se dirigen a través de la línea 76 de infra-flujo para tratamiento adicional. Por ejemplo, los sólidos más pesados producidos en el flujo inferior pueden dirigirse a una unidad de deshidratacion para deshidratacion y concentración adicional .

El proceso de remoción de sólidos recién descrito con respecto al separador 74 de sólidos puede operarse en paralelo con la unidad 14 de separación de membrana. En algunos casos, el proceso de remoción de sólidos puede operarse continuamente mientras la unidad 14 de separación de membrana filtra el licor mezclado del reactor 12. En otros casos, el proceso de remoción de sólidos puede operarse de manera intermitente para mantener un SRT seleccionado. El SRT puede variar dependiendo de las circunstancias, y condiciones. Se contempla que el SRT para las modalidades ilustradas y discutidas en la presente pueda variar de aproximadamente 15 a aproximadamente 80 días.

El separador 74 de sólidos no es un componente esencial de la presente invención. Existen situaciones cuando el separador 74 de sólidos no se requiere. De manera más particular, el separador 74 de sólidos se procesa para remover sólidos de la porción de fondo del reactor 12 anaeróbico se utiliza cuando la corriente de flujo entrante o la corriente de agua de alimentación incluya una cantidad sustancial de sólidos disueltos que se precipitan cuando experimenta un tratamiento en el proceso de la presente invención. Algunas corrientes de agua de alimentación no incluirán sólidos disueltos sustanciales que se precipitarán y en aquellos casos en que el proceso de separación de sólidos que utiliza el separador 74 de sólidos puede no ser un requisito en el proceso de la presente invención.

Para una comprensión más detallada de los reactores anaeróbicos y el proceso de digestión anaeróbica, se hace referencia a las descripciones encontradas en la Publicación Estadounidense No. 2002/0192809 y la Publicación Estadounidense No. 2008/0302721, de las cuales las descripciones se incorporan expresamente en la presente para referencia.

La presente invención, desde luego, puede llevarse a cabo de otra forma distinta a la específicamente establecida en la presente sin apartarse de las características esenciales de la invención. Las presentes modalidades se considerarán en todos los respectos como ilustrativas y no como restrictivas, y se pretende abarcar todos los cambios que caigan dentro del significado y margen de equivalencia de las reivindicaciones anexas en la presente .

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Un método para tratar una corriente de desechos que tiene componentes anaeróbicamente biodegradables, que comprende : a. alimentar la corriente de desechos que tiene los componentes anaeróbicamente biodegradables a un reactor anaeróbico; b. hacer reaccionar los componentes biodegradables con biomasa anaeróbica en el reactor anaeróbico para reducir la cantidad de componentes biodegradables y en el proceso producir biomasa y biogás; c. estratificar el licor mezclado en el reactor anaeróbico al formar una primera zona de licor mezclado inferior donde el licor mezclado en la primera zona de licor mezclado inferior incluye una concentración relativamente elevada de sólidos, y formar una segunda zona de licor mezclado por encima de la primera zona de licor mezclado inferior donde el licor mezclado en la segunda zona incluye una concentración de sólidos sustancialmente menor que la concentración de sólidos de licor mezclado en la primera zona de licor mezclado inferior; d. dirigir el licor mezclado desde la segunda zona de licor mezclado en el reactor anaeróbico hasta una unidad de separación en la trama y separar el licor mezclado en una corriente de permeado y una corriente recibida concentrada con biomasa; e. reciclar por lo menos una porción de la corriente de retenido en el reactor anaerobico y mezclar la corriente de retenido con licor mezclado en el reactor; f. dirigir el licor mezclado y los sólidos desde la primera zona de licor mezclado inferior hasta un separador de sólidos y separar el licor mezclado y los sólidos de la primera zona de licor mezclado inferior en una corriente de sólidos más pesados y una corriente de sólidos más ligeros que contienen biomasa; y g. reciclar por lo menos una porción de la corriente de sólidos más ligeros que contiene biomasa del separador de sólidos hasta el reactor anaerobico y mezclar la corriente de sólidos más ligeros con el licor mezclado en el reactor anaerobico.

2. El método de la reivindicación 1, que incluye proporcionar una acción de mezclado en la primera zona de licor mezclado inferior y mezclar el licor mezclado y los sólidos en la misma; y mantener el licor mezclado en la segunda zona en un estado no mezclado o un estado donde la acción de mezclado en la segunda zona sea sustancialmente menor que la acción de mezclado en la primera zona de licor mezclado inferior.

3. El método de la reivindicación 1, en donde el método incluye formar una tercera zona de licor mezclado sobre la segunda zona de licor mezclado; y en donde la primera y tercera zonas de licor mezclado se mezclan con sólidos relativamente pesados que residen en la primera zona de licor mezclado y sólidos relativamente ligeros que residen en la tercera zona de licor mezclado.

4. El método de la reivindicación 1, en donde el separador de sólidos incluye un hidrociclón.

5. El método de la reivindicación 1, en donde durante ciertos intervalos de tiempo, la unidad de separación de membrana y el separador de sólidos se operan simultáneamente y donde existe un flujo de licor mezclado desde el reactor anaerobico hasta la unidad de separación de membrana y otro flujo de licor mezclado desde el reactor anaerobico hasta el separador de sólidos; y donde los dos flujos son independientes entre sí.

6. El método de la reivindicación 3, en donde la segunda zona de licor mezclado no se mezcla y donde la concentración de sólidos de la segunda zona de licor mezclado es menor que la concentración de sólidos en la primera o tercera zonas de licor mezclado.

7. El método de la reivindicación 1, en donde los componentes biodegradables incluyen sólidos biodegradables y donde el método incluye hacer reaccionar los sólidos biodegradables con biomasa anaeróbica en el reactor anaerobico para reducir la cantidad de sólidos biodegradables .

8. El método de la reivindicación 2 , en donde estratificar el licor mezclado incluye formar una tercera zona del licor mezclado por encima de la segunda zona de licor mezclado donde el licor mezclado en la tercera zona de licor mezclado incluye una concentración de sólidos mayor que la concentración de sólidos en la segunda zona de licor mezclado .

9. El método de la reivindicación 8, que incluye proporcionar una acción de mezclado en la tercera zona de licor mezclado y mezclar el licor mezclado y los sólidos en la misma.

10. El método de la reivindicación 9, que incluye dirigir los sólidos pesados desde el separador de sólidos hasta una unidad de deshidratación y deshidratar los sólidos pesados .

11. El método de la reivindicación 9, donde existe una o más mezcladoras dispuestas en la primera zona de licor mezclado inferior y una o más mezcladoras dispuestas en la tercera zona de licor mezclado.

12. El método de la reivindicación 9, donde no existen mezcladoras dispuestas en la segunda zona de licor mezclado, y donde la concentración de sólidos del licor mezclado en la segunda zona de licor mezclado es menor que la concentración de sólidos en la primera y tercera zonas de licor mezclado de modo que las incrustaciones de membranas que forman parte de la unidad de separación de membrana se reduzcan, el rendimiento de membrana a largo plazo se mejora y la vida de la membrana se extiende al reducir la frecuencia de ciclos de limpieza en el lugar mientras se mantiene una concentración sustancial de sólidos suspendidos volátiles de licor mezclado dentro del reactor.

13. El método de la reivindicación 1, donde la corriente de desechos incluye DQO soluble e insoluble y el método incluye hacer reaccionar la DQO soluble e insoluble con biomasa anaeróbica en el reactor anaeróbico para reducir la cantidad de DQO soluble e insoluble.

14. Un biorreactor de membrana anaeróbica para biodegradar anaerobicamente los componentes en una corriente de desechos, que comprende: a. un reactor anaeróbico que tiene una entrada para permitir que la corriente de desechos que tiene componentes anaerobicamente biodegradables se dirija hacia el reactor anaeróbico que resulta en la reacción de componentes biodegradables con biomasa anaeróbica en el reactor para reducir la cantidad de componentes biodegradables y producir biomasa y biogás en el reactor anaeróbico; b. una o más primeras mezcladoras para proporcionar una acción de mezclado en una porción inferior del reactor anaeróbico y mezclar el licor mezclado y los sólidos relativamente pesados en el fondo del reactor anaeróbico; c. una o más segundas mezcladoras para proporcionar una acción de mezclado en una porción superior del reactor anaeróbico y mezclar el licor mezclado y los sólidos relativamente ligeros en la porción superior del reactor anaeróbico de manera que el licor mezclado en una porción intermedia del reactor anaeróbico incluya una concentración relativamente inferior de sólidos y biomasa; d. una primera bomba para bombear el licor mezclado desde la porción intermedia del reactor anaeróbico hasta una unidad de separación de membrana y separar el licor mezclado en una corriente de permeado y una corriente de retenido concentrada con la biomasa,- e. una primera línea de reciclaje para reciclar la corriente de retenido en el reactor anaeróbico y mezclar la corriente de retenido con el licor mezclado en el reactor anaeróbico; f. una segunda bomba para bombear el licor mezclado y por lo. menos parte de los sólidos relativamente pesados desde la porción de fondo del reactor anaeróbico hasta un separador de sólidos y separar los sólidos relativamente pesados en dos corrientes, una primera corriente que incluye sólidos relativamente pesados y una segunda corriente que incluye sólidos relativamente más ligeros; y g. una segunda línea de reciclaje para reciclar por lo menos una porción de la segunda corriente al reactor anaeróbico y mezclar la segunda corriente con el licor mezclado en el reactor anaeróbico.

15. El biorreactor de membrana anaeróbico de la reivindicación 14, en donde el biorreactor de membrana anaeróbico es operativo para estratificar el licor mezclado en al menos tres zonas en el reactor anaeróbico, una zona inferior donde el licor mezclado incluye sólidos relativamente pesados, una zona superior donde el licor mezclado incluye sólidos relativamente ligeros, y una zona intermedia en el reactor anaeróbico entre las zonas inferior y superior y donde el licor mezclado incluye una concentración de sólidos que es menos conmensurable que la concentración de sólidos en el licor mezclado en la zona inferior .

16. El biorreactor de membrana anaeróbico de la reivindicación 15, que incluye una línea de alimentación de licor mezclado para dirigir el licor mezclado desde el reactor anaeróbico hasta la unidad de separación de membrana, y donde la línea de alimentación de licor mezclado se bombea hacia el reactor anaeróbico de manera que el licor mezclado de la zona intermedia, en comparación con las zonas inferior y superior, se bombea hacia la línea de alimentación de licor mezclado y se dirige hacia la unidad de separación de membrana .

17. El biorreactor de membrana anaeróbico de la reivindicación 14, que además incluye: a. una linea de alimentación de licor mezclado conectada entre el reactor anaeróbico y la unidad de separación de membrana para dirigir el licor mezclado desde el reactor anaeróbico hasta la unidad de separación de membrana ; b. la linea de alimentación de licor mezclado conectado al reactor anaeróbico de manera que la mayor parte de licor mezclado dirigido a la unidad de separación de membrana proviene de la porción intermedia desde el reactor anaeróbico; c. un licor mezclado y una linea de alimentación de sólidos conectado operativamente entre el reactor anaeróbico y el separador de sólidos; y d. el licor mezclado y la línea de alimentación de sólidos conectada a la porción inferior del reactor anaeróbico de manera que el licor mezclado y los sólidos alimentados al separador de sólidos proviene de la porción inferior del reactor anaeróbico.