MX2013010229A - Reactor para la precipitación de solutos de aguas residuales y metodos asociados. - Google Patents

Abstract

Se divulgan aparatos y métodos para extraer solutos de aguas residuales. Una realización proporciona un tanque de reactor que cuenta con un colector localizado en o cerca de la interface entre una sección inferior (corriente arriba) que cuenta con un primer sección transversal y una sección superior (corriente abajo) que tienen una segunda sección transversal más pequeña que la primera sección transversal. Una toma para que el agua residual entre el tanque reactor se localiza en o debajo de la primera sección transversal. Un trayecto o área de reciclaje se proporciona para quitar el agua residual del colector y reciclar por lo menos parte del agua eliminada dentro del tanque del reactor. Y una salida para que el agua salga del tanque reactor que se localiza en el chorro descendente del colector.

Description

REACTOR PARA LA PRECIPITACIÓN DE SOLUTOS DE AGUAS RESIDUALES Y MÉTODOS ASOCIADOS Referencia cruzada con aplicaciones relacionadas Esta aplicación reivindica la prioridad de la Aplicación de Patente de los Estados Unidos N9 61/451, 518 ingresada el 10 de Marzo 2011 intitulada REACTOR PARA LA PRECIPITACIÓN DE SOLUTOS DE AGUAS RESIDUALES. Para propósitos de los Estados Unidos de América, esta solicitud reivindica el beneficio bajo la 35 U.S.C. § 119 de la solicitud de Patente de los Estados Unidos de América N2 61/451, 518 ingresada el 10 de Marzo, que se incorpora en el presente como referencia.

Campo Técnico El invento se relaciona con el tratamiento de aguas residuales. Las realizaciones se relacionan con reactores para la precipitación de materiales disueltos de aguas residuales, y métodos para precipitar materiales disueltos de aguas residuales. Por ejemplo, el invento puede ser aplicado a reactores de precipitación de estruvita.

Antecedentes Los reactores en general, y reactores de lecho fluidizado en particular se han empleado para eliminar y recuperar fósforo de aguas residuales que contienen concentraciones significativas de fósforo, con frecuencia en forma de fosfato. Dicha agua residual puede provenir de una amplia variedad de fuentes. Estas incluyen fuentes como por ejemplo lixiviación de rellenos sanitarios, escorrentía de tierras agrícolas, efluente de procesos industriales, aguas residuales municipales, desechos animales y similares. Dichas aguas residuales, si se liberan al medio ambiente sin tratamiento pueden resultar en niveles de fosforo efluente en exceso.

Existen varias tecnologías de remoción y recuperación de fósforo. Algunas de las tecnologías proporcionan un reactor de lecho fluidizado para extraer el fósforo de soluciones acuosas al producir estruvita (MgNH4P0 6H20) o análogo de estruvita o un compuesto de fosfato en forma de pellets. La estruvita se puede formar mediante una reacción: Mg2+ + NH4+ + P043_ + 6H20 <-> MgNH4P04.6H20 Ejemplos de reactores empleados para remover y recuperar fósforo de soluciones de aguas residuales han sido descritos en varias referencias. Estas incluyen las siguientes: • Regy et al., phosphate recovery by struvite precipitation in a stirred reactor, LAGEP (Marzo a Diciembre 2001) incluye una encuesta de varios intentos para remover fósforo y nitrógeno de aguas residuales mediante la precipitación de estruvita.

• Trentelman, U.S. Patente ? 4,389,317 y Piekema et al., Phosphate recovery by Crystallization Process: Experience and Developments, documentos presentados en la Segunda Conferencia International de Recuperación de Fosfato para el Reciclaje de Aguas Residuales y Desechos Animales, Noordwijkerhout, Los Países Bajos, Marzo 12-13, 2001, que divulga un reactor y método para precipitar fosfato en forma de fosfato de calcio, fosfato de magnesio, fosfato de magnesio y amonio o fosfato de magnesio y potasio.

• Ueno et al., Three years experience on operating and selling recovered struvite from full scale plant (2001). Environmental Technology, v. 22, p. 1373, que divulga el uso de reactores de cristalización con flujo lateral para eliminar el fosfato en forma de fosfato de magnesio y amonio (también conocido como estruvita).

• Tsunekawa et al. Resúmenes de Patentes de Japón N¾ 11-267665 que divulga un reactor para extraer el fósforo del agua.

• Koch et al., tratamiento de aguas residuales en lecho fluidizado, Patente US N9 7, 622, 047.

Algunos problemas que pueden ocurrir en el tratamiento de aguas residuales y reactores incluyen insuficientes precipitaciones de solutos en aguas residuales tratadas y arrastre de partículas precipitadas en aguas residuales tratadas. Existe una necesidad de métodos efectivos al costo y sistemas para cubrir algunos o todos estos problemas.

Breve descripción del Invento Este invento tiene varios aspectos. Un aspecto proporciona reactores de cama fluidizada y componentes del mismo .dichos reactores, pueden por ejemplo, ser aplicados en la producción de estruvita, análogos de estruvita y otros compuestos que contienen fósforo de aguas residuales. Otro aspecto proporciona métodos pata el tratamiento de aguas residuales. Varios ejemplos de dichos aparatos y métodos se describen en el presente y se ilustran en las ilustraciones anexas. Las características de varios de las realizaciones ilustradas se pueden combinar en otras formas para proporcionar otro ejemplo de realizaciones.

Un aspecto de ejemplo, proporciona un reactor de lecho fluidizado que cuenta con una sección de chorro ascendente de clarificación desde una salida, la sección clarificante está configurada para proporcionar un baja velocidad al fluido. La sección clarificante de esta forma, ayuda a mantener las partículas pequeñas de estruvita y otras de salir del reactor. Las velocidades de los fluidos en por lo menos una sección debajo de la sección clarificante son mayores que las velocidades de los fluidos en la sección de clarificación. Las velocidades de fluidos en la sección clarificante se reducen al remover el fluido antes de que el fluido entre a la sección clarificante. Esto puede implicar la extracción del fluido dentro de un colector o similar cerca o en el extremo inferior de la sección del clarificador.

El fluido extraído puede ser parcialmente o completamente reciclado dentro de una sección del reactor debajo de la sección de clarificación. En algunas realizaciones, una sección transversal de la sección de clarificación es más pequeña que la sección transversal de una o más secciones debajo de la sección de clarificación en donde las velocidades de fluidos son mayores a las velocidades de fluidos dentro de la sección clarificante.

Otro aspecto proporciona sistemas de tratamiento de aguas residuales que incluyen: un tanque de reactor cónico desde una primera sección transversal a una segunda sección transversal más pequeña que la primera sección transversal. La primera sección transversal se encuentra sobre la segunda sección transversal. Una entrada se proporciona para que el agua residual entre al tanque del reactor debajo o cerca del fondo de la segunda sección transversal. Se configura un camino de reciclaje para que acepte el agua residual de una toma en el flujo descendiente desde una primera sección transversal y que regrese por lo menos parte del agua eliminada dentro del tanque del reactor en corriente ascendente desde la toma. Una sección de clarificación se puede proporcionar entre la entrada del camino de reciclaje y la salida.

En algunas realizaciones un distribuidor de flujo está configurado para recolectar aguas residuales desde el tanque del reactor y entregarlas en la entrada. El distribuidor de flujo puede estar configurado para provocar que el agua residual se extraiga mediante la entrada de forma sustancialmente uniforme desde la sección transversal del tanque. El distribuidor de flujo puede incluir, por ejemplo, un colector, un lavador, una placa horizontal de distribución de flujo y un vertedero sumergido localizado verticalmente debajo de la placa de distribución de flujo o similar.

Algunas realizaciones comprenden un mecanismo de dosificación conectado para mezclar un reagente con las aguas residuales entrantes. El reagente puede, por ejemplo, comprender una fuente de una o más de: iones de magnesio y iones de amonio.

Otro aspecto proporciona métodos para tratamiento de aguas residuales. Los métodos de acuerdo con este aspecto comprende: flujo de agua residual desde una entrada de un tanque de reactor en forma ascendente a través del tanque del reactor; reducir la velocidad del agua residual en el flujo descendente desde la entrada: quitar el agua residual de velocidad reducida del torrente ascendente de una salida del tanque del reactor; y reintroducir el agua residual eliminada al tanque del reactor en corriente ascendente en donde el agua residual es eliminada.

Otros aspectos proporcionan cualquier característica nueva o inventiva, combinación de las características o subcombinaciones de características divulgadas en el presente y métodos que comprenden cualquier paso, nuevo o inventivo, acción, combinación de pasos y/o actos o subcombinaciones de pasos y/o actos descritos en el presente.

Otros aspectos del invento y características de las realizaciones ejemplificadas del invento se describen a continuación y/o se ilustran en los dibujos anexos.

Breve Descripción de las Ilustraciones Las ilustraciones anexas ilustran las realizaciones no limitantes del invento.

La FIG. 1 es una elevación lateral de una sección transversal de un reactor de lecho fluidizado en cono de acuerdo con un ejemplo de realización.

La FIG. 2 es una vista lateral elevada transversal de un reactor de lecho fluidizado de cono con paso de acuerdo a un ejemplo de las realizaciones.

La FIG. 3 es una vista elevada lateral de una sección transversal de un reactor de lecho fluidizado en cono de acuerdo con un ejemplo de la realización.

La FIG. 4 es una vista lateral transversal de un reactor de lecho fluidizado en cono con escalón de acuerdo con ejemplo de la realización.

La FIG. 4A es un plano superior de una vista transversal de un colector de un reactor mostrado en la FIG. 4 La FIG. 5 es una vista lateral elevada de un vista transversal de un reactor de lecho fluidizado en cono de acuerdo con un ejemplo de la realización.

La FIG. 6 es una elevación lateral de una vista transversal de un reactor de lecho fluidizado de acuerdo con un ejemplo de realización.

La FIG. 6A es un plano superior de una vista de sección transversal de una configuración de lavadora de un reactor mostrado en la FIG. 6.

La FIG. 7 es un diagrama de flujo de u8n método de acuerdo con un ejemplo de la realización.

La FIG. 8 es una vista elevada lateral de una vista transversal de un reactor de lecho fluidizado en cono, de acuerdo con un ejemplo de la realización.

La FIG. 9 es una vista elevada de acuerdo con una vista transversal de un reactor de lecho fluidizado con cono escalonado de acuerdo con un ejemplo de la realización.

La FIG. 10 es una vista lateral elevada de una sección transversal de un ejemplo de reactor que incluye un tubo de aspiración o tiro.

Descripción A través de la siguiente descripción se establecen los detalles específicos para poder proporcionar una comprensión más profunda para las personas conocedoras del arte. Sin embargo, algunos elementos bien conocidos pueden o haber sido mostrados o descritos en detalle para evitar oscurecer innecesariamente la divulgación. De igual forma, la descripción y las ilustraciones deben considerarse como ilustrativas, en lugar de en el sentido restrictivo.

Algunas de las realizaciones del invento en la siguiente descripción se relacionan a un aparato reactor o métodos en donde el fósforo en aguas residuales se precipita en la forma de estruvita o análogos de estruvita o en un compuesto de fosfato. La elección de los ejemplos coincide con las realizaciones que tienen una utilidad comercial significativa. La envergadura del invento, sin embargo, no se limita a estos ejemplos.

Para su conveniencia, el término "aguas residuales" se emplea en la siguiente descripción y reivindicaciones para describir soluciones acuosas como por ejemplo aguas residuales industriales o municipales, lixiviados, escorrentía, desechos animales, efluente o aguas residuales o similares. El término "aguas Residuales" no se limita a residuos provenientes del drenaje municipal, desechos animales o cualquier otra fuente específica-algunas realizaciones proporcionan métodos para tratar el drenaje municipal y/o desechos animales. Algunas realizaciones proporcionan métodos y aparatos para tratar otros tipos de aguas residuales, como residuos mineros o similares. El aparato y métodos descritos en la presente no se limitan al tratamiento de aguas residuales pero tienen también otras aplicaciones. El aparato y método pueden ser aplicados a materiales de precipitados como por ejemplo de estruvita, análogos de estruvita y otros compuestos que contienen fosfatos de soluciones de iones constituyentes obtenidos desde otras fuentes distintas al agua residual.

La FIG. 1 es una diagrama que ilustra en forma de esquema un reactor de lecho fluidizado en cono 10 de acuerdo con un ejemplo de realización que puede ser empleado para precipitar sólidos disueltos de aguas residuales. El Reactor 10 comprende un tanque de reacción en cono 12, una entrada 14 localizada en el fondo del tanque 12, y una salida 16 en la parte superior del tanque. El agua residual de un alimentador 18, entra al tanque de reacción 12 en la entrada 14 y fluye hacia arriba a través del tanque 12, y hacia la salida 16. El alimentador 18 puede comprender aguas residuales sin tratamiento o una combinación de aguas residuales in tratamiento y reagentes. El agua residual sale del tanque 12 en la salida 16 a un sistema de tubería efluente conectado (no se ¡lustra). La forma de cono del tanque 12 resulta en un gradiente de flujo de velocidad de agua residual que disminuye de la entrada 14 a la salida 16.

Los solutos en el precipitado de aguas residuales en partículas sólidas 22 (por ejemplo estruvita u otros compuestos que contienen fósforo) en el tanque 12. El flujo superior de agua residual contrarresta la fuerza de gravedad en las partículas 22. Las partículas sólidas 22 se fluidizan en donde la velocidad de aguas residuales en el tanque 12 es suficientemente más grande que la fuerza del agua residual en las partículas 22 que equilibra o excede la fuerza de gravedad. Debido a que la fuerza de las aguas residuales en las partículas 22 registra el gradiente de la velocidad de las aguas residuales, las partículas 22 de diferentes tañamos se separarán por tamaño en diferentes elevaciones en el tanque 12 en donde las fuerzas de gravedad y el flujo de las aguas residuales se encuentran en equilibrio. Las partículas más pequeñas tienden a encontrarse cerca del tanque superior 12 mientras que las partículas más grandes tienden a encontrarse más cerca del fondo del tanque 12.

Al crecer las partículas 22 (por ejemplo debido a la aglomeración y/o crecimiento de cristal), tienden a moverse hacia abajo en el tanque 10. En algunas inclusiones, el flujo ascendente de agua residual en el reactor 12 soporta a los pellets o bolitas de estruvita o de otros compuestos que contienen fosfatos que se forman en el reactor a través de la precipitación de materiales disueltos. Al crecer en mayor tamaño las bolitas o pellets con el tiempo, se pueden separar de acuerdo a su tamaño por diferencia en los promedios de velocidad del agua residual en las diferentes regiones dentro del reactor.

Es común permitir que los pellets crezcan por lo menos un tamaño mínimo antes de que sean recolectadas (por ejemplo en algunas aplicaciones es deseable recolectar los pellets de estruvita con un diámetro de 1 mm o más). Los pellets de un tamaño recoiectable tienden a acumularse en una zona de recolección desde la cual pueden ser extraídas. El reactor 10 comprende una etapa de decantación 26 que puede ser útil para recolectar pellets desde la zona de recolección. La zona de decantación 26 se encuentra en comunicación fluida con el tanque de reacción 12 y la fuente de fluido de decantación (no se ilustra). El líquido de decantación fluye hacia arriba desde el fondo de la etapa de decantación 26. Simultáneamente, las partículas de precipitado son alimentadas gravitacionalmente a la parte superior de la rama 26 y viajan hacia abajo a través de la rama 26 en contracorriente al flujo de fluido de decantación. El flujo ascendente de fluido de decantación fluidiza el flujo descendente de partículas de precipitado. El fluido de decantación puede ser agua de abastecimiento municipal, por ejemplo. En algunas realizaciones, las partículas de precipitado en una rama de decantado se fluidizan con aguas residuales del alimentador 18. La rama de decantación 26 puede incluir una válvula operable para romper la comunicación del fluido a lo largo de la rama de decantación 26. El flujo de fluido en la rama de decantación 26 se puede ajustar usando un aparato de control de flujo (por ejemplo, rotámetro, válvula de control de flujo, bomba, etc.) para de forma selectiva rechazar las partículas por debajo de un tamaño mínimo deseado y regresarlas al reactor para permitirles que crezcan aún más antes de ser recolectadas. De esta forma, sólo las partículas más grandes que el tamaño deseado se eliminan del reactor por medio de la rama de decantación 26. Las partículas más pequeñas se dejan crecer hasta que lleguen al tamaño deseado. El fluido que fluye en la rama de decantación 26 puede ser proveído de una fuente de agua separada (por ejemplo, agua procesada, agua potable, etc.) o puede ser extraída del reciclaje del reactor o del flujo efluente.

Para poder evitar la acumulación a óxido o escamas en el sistema de tubería efluente conectado y asegurar una mayor producción de precipitación, es deseable que el agua residual que sale del tanque 12 contenga una baja concentración de ciertos solutos y que las pocas partículas de precipitación 22 se pierdan al ser transportadas desde el tanque 112 dentro del sistema efluente de tuberías. La concentración de solutos en el agua residual que sale del tanque 12 se puede reducir al alargar el tiempo de estancia que el agua residual pasa en el tanque 12 para proporcionar una mayor oportunidad para que ocurra la precipitación. Esto se puede lograr por ejemplo, al aumentar el volumen del tanque 12 en relación con el índice o promedio de flujo en la entrada 14. La presencia de partículas precipitadas 22 en las aguas residuales en la cercanía de la salida 16 se puede reducir al agrandar la sección transversal del tanque 12 en su extremo superior (es decir en la sección clarificante) para que la velocidad del fluido en el extremo superior del tanque 12 sea suficientemente baja que todas menos las partículas precipitadas 22 muy pequeñas, se asienten antes de entrar en las cercanías de la salida 16.

La FIG. 2 es un diagrama que ¡lustra en forma de esquema un reactor de lecho fluidizado 30, de acuerdo con un ejemplo de la realización. El reactor 30 incluye un tanque de reacción en cono escalonado 32 que tiene una sección de clarificación más grande, es decir la sección superior 38, así como una sección inferior 34, y una sección media 36. La sección transversal del área superior 38 es mayor que la sección transversal de una sección media 36, que a su vez es más grande que la sección transversal de la sección inferior 34. El reactor 30 se puede operar para que promedio del índice o tasa de flujo a la entrada en relación al área transversal de la sección superior 38 del tanque 32 sea, suficientemente pequeña en donde exista una zona de reposos 40 en la sección superior 40 del tanque. En la zona de reposos 40, la velocidad del fluido es suficientemente baja que las partículas precipitadas tienen a asentarse fuera de la zona de reposo 40.

Las zonas clarificantes de un área transversal muy grande se asocian a varios costos. Una sección transversal más grande corresponde a una mayor masa de agua residual en la zona de clarificación. Para proporcionar una mayor idea de la mas implicada, considere, que una sección cilindrica de agua que mide 5 metros de diámetro por 1.5 metros de alto tendrá una masa de aproximadamente 29.4 toneladas métricas. En donde una sección más grande de clarificación es elevada para proporcionar un flujo en contra de la gravedad de agua residual, se pueden requerir de soportes estructurales robustos para dar soporte a la masa de agua contenida en la sección de clarificación. En el reactor 30, el peso del agua residual en la sección superior 38 es soportada por los soportes estructurales 42, 44. Los tanques más grandes también tienen costos más grandes para su construcción así como una mayor huella en cuanto a su instalación. Los tanques más grandes pueden presentar dificultades prácticas en la manufactura y transporte del tanque a las locaciones donde debe ser instalado.

El reactor 10 tiene un trayecto opcional de reciclaje 24 mediante el cual el agua residual se alimenta de nuevo dentro de la corriente ascendiente de la entrada del reactor 14. El camino o trayecto de reciclaje 24 provoca que por lo menos algo de agua residual circule a través del tanque más de una vez, antes de salir por el sistema de tubería efluente. De esta forma, proporcionando una mayor oportunidad para la formación de partículas (es decir por nucleación) y crecimiento (es decir, mediante la aglomeración y/o crecimiento de cristales). El camino de reciclaje 24 también aumenta el "promedio de flujo de fluido y en forma correspondiente la velocidad del fluido en el tanque 12 entre el camino de regreso de reciclaje 24 y la parte superior del tanque 12.

Debido a que el camino de reciclaje 24 aumenta la velocidad de fluido en el tanque 12, los resultados en el aumento en la velocidad de fluido en la región de la salida 16. Esto aumenta el tamaño y número de partículas precipitadas que pueden ser soportadas por el flujo de fluido en la cercanía de la salida 16y que a su vez, pueden llevar a mayor numero de partículas precipitadas arrastradas desde el tanque 12 a través de la salida 16.

A través del aumento en partículas precipitadas que salen del tanque 12 debido al efecto del trayecto de reciclaje 24 puede estar desviado al aumentar la sección transversal del tanque 12 en relación con promedio de flujo de la entrada, para permitir un mayor asentamiento ( por ejemplo como se ilustra en la FIG. 2), esto disminuye la eficiencia del reciclaje ya que resulta en un menor número de partículas que se están reciclando u que atraviesan un proceso de aglomeración y crecimiento de cristal (por ejemplo debido a que las partículas pueden tender a asentarse lejos de la entrada del trayecto de reciclaje) y tiene los problemas inherentes de un tanque más grande.

El efecto del promedio de flujo de reciclaje en el arrastre de partículas precipitadas vía la salida 16 del reactor 10 también puede estar en tensión con el uso del reactor 10, para obtener una alta recuperación de estruvita del alimentador 18 de aguas residuales, que tiene altas concentraciones de fósforo. En algunas aplicaciones, el alimentador de aguas residuales 18 puede tener concentraciones de fósforo en exceso a los 60 mg/L como PO-P, y tan altas como 10,000 mg/L de P0 -P. Para poder obtener una alta recuperación de fosfato (por ejemplo mayor a 70% o superior a 90%) como pellets de estruvita de gran tamaño (0.5 mm a 5mm en diámetro) un promedio de saturación relativamente bajo se debe mantener en el tanque 12 (por ejemplo un promedio de supersaturación debajo de 5). Para mantener dichos promedio de supersaturación tan bajos en la presencia de un alimentador de alta concentración, es deseable tener promedio de reciclaje a alimentador de por lo menos 3 a 1 hasta de 100 a l o más.

La FIG. 3 es una diagrama que ilustra esquemáticamente un reactor de lecho fluidizo en cono 50 de acuerdo con un ejemplo de la realización. El reactor 50 incluye un tanque de reacción en cono 52, una entrada 54, una salida 56. En la entrada 54 se puede localizar por ejemplo, en o cerca de la porción inferior del tanque de reacción 52. En algunas realizaciones, la entrada 54 se localiza en el fondo del tanque de reacción 52. En algunas inclusiones, la entrada 54 está en la porción inferior media del tanque de reacción52. En algunas realizaciones, la entrada 54 está en el tercio inferior del tanque de reacción 52. En algunas realizaciones, la entrada 54 está en la cuarta parte inferior del tanque re reacción 52. La salida 56 se puede localizar por ejemplo, en o cerca de la porción superior del tanque de reacción 52. En algunas realizaciones, la salida 56 se localiza en la parte superior del tanque de reacción 52. En algunas realizaciones, la salida 56 se encuentra en el cuarto superior del tanque de reacción 52. Algunas realizaciones comprenden una pluralidad de entradas y/o salidas.

El agua residual del alimentador 58 entra en el tanque de reacción en la entrada 54 y sale del tanque 52 en la salida 56. En la realización ilustrada, la entrada 54 se dirige hacia arriba y el flujo de fluido se introduce desde la entrada 54 dentro del tanque reactor 52 dirigido hacia arriba. La entrada 54 y/o salida 56 pueden estar orientadas sustancialmente verticales, sustancialmente horizontales, o en un ángulo al tanque del reactor 52.

El reactor 50 comprende un trayecto de reciclaje 60. El agua residual ingres al camino o trayecto de reciclaje 60 en la entrada 62 localizada en el flujo descendente de la entrada 54 y ascendente de la salida 56. El trayecto de reciclaje 60 regresa por lo menos parte de las aguas residuales que se removieron al tanque 52 en forma ascendente a la entrada 62 en el regreso 64. En la realización ilustrada, la entrada 62 se localiza sobre la entrada 54 y debajo de la salida 56. Debido a que el trayecto de reciclaje 60 extrae fluido en forma ascendente de la salida 56, la velocidad del fluido en el tanque 52 descendente de (es decir arriba) de la entrada 62 no depende en un grado importante del promedio de flujo del trayecto de reciclaje 60. De igual forma, El 'promedio del trayecto de reciclaje 60 se puede aumentar sin el aumento correspondiente de velocidad del fluido en la cercanía de la salida 56. Como resultado, el reactor 50, se puede operar con un alto promedio de reciclaje y de igual forma, tener un volumen relativamente pequeño en la zona de reposo 65 (es decir, en términos del área transversal y/o volumen) entre la entrada 62 y la salida 56.

En la realización ilustrada, el trayecto de reciclaje 60 comprende una unidad de control de flujo 61. La unidad de control de flujo 61 puede incluir un elemento de estrangulación, como una válvula o similar. La Unidad de control de flujo 65 puede incluir una bomba o similar. Codo bomba, bomba de hélice y tubos de aspiración o respiraderos que tienden a ser buenas para aplicaciones de alto flujo, y aplicaciones de low head.

Dichas bombas se pueden incorporar en la unidad de flujo de control 61. Sin embargo, las bombas de otros tipos adecuados también se pueden emplear en esta aplicación. Convenientemente, las bombas incorporadas en la unidad de control de flujo 61 son de tipos que proporcionan una turbulencia relativamente baja, ya que dichas bombas son menos probables que las bombas de tipos que provoquen más turbulencia para formar depósitos de estruvita cuando se tratan aguas residuales saturadas con C02. Los aparatos de bombeo de baja turbulencia son también menos probable que provoquen daños mecánicos o desgaste a las finas partículas de estruvita que se están reciclando a través del trayecto de reciclaje, de esta manera, alentando la formación de partículas más grandes en el reactor.

La unidad de control de flujo 61 se puede conectar a un suministro de fluido e introducir fluido al área de reciclaje 60 como por ejemplo fluido de lavado (por ejemplo, agua no potable, ácido mineral u orgánico) por ejemplo.

En algunas realizaciones, el promedio o tasa de flujo del trayecto de reciclaje 60 es de por lo menos 3 veces el promedio de flujo del alimentador 58. La relación de tasa de flujo del trayecto de reciclaje 60 a la tasa de flujo del alimentador 58 puede ser de 100:1 o más en algunas realizaciones. En las realizaciones de aplicaciones de aguas residuales de alta intensidad (es decir de 10,000 mg/L P) la tasa de alto reciclaje puede ser útil. Dichas tasas de reciclaje pueden ser de 300:1 o más.

En algunas realizaciones, la sección transversal de la zona de reposos arriba de la entrada 62 puede ser reducida por un factor de 3 o más, en comparación con un reactor de dimensiones similares en donde un trayecto de reciclaje extrae agua de la parte superior de su tanque de reactor.

La unidad de control de flujo 61 u otras características del trayecto de reciclaje 60 pueden descomponer partículas más grandes de precipitados en partículas de precipitados más pequeñas. La eficiencia del reactor 50 en el desarrollo de pellets de estruvita más grandes, puede verse dañado si se sacan o extraen partículas de precipitado más grandes dentro del trayecto de reciclaje 60 y se descomponen en partículas de precipitados más pequeñas. El tanque del rector 52 se estrecha primero desde una primer sección transversal 66 debajo de la entrada 62 a una segunda sección transversal más pequeña 68 en corriente ascendente de una primer sección inferior transversal 66. La conicidad del tanque 52 de una primer sección transversal 66 a una segunda sección transversal 68, resulta en un gradiente de velocidad de aguas residuales, y un correspondiente gradiente de distribución de partículas de precipitado de acuerdo a un tamaño. Debido a que la entrada 62 se localiza sobre la primer sección transversal 66, el reactor 50 se puede operar para que el agua residual que entra al trayecto o área de reciclaje 60 contengan relativamente partículas finas de precipitado si las hubiera, en lugar de partículas relativamente grandes. El reciclaje de partículas relativamente más finas, puede fomentar un crecimiento de cristales más uniforme.

En el reactor 50, el retorno 64 del área o trayecto de reciclaje 60, se localiza corriente arriba de la entrada 54. El agua residual reciclada puede ser introducida en la entrada 54 o corriente debajo de la entrada 54 en la base del reactor 52, a través de un conducto externo de reciclaje, o a través de un tubo de aspiración o tiro por ejemplo. La reintroducción de partículas finas de precipitado en corriente ascendente de y/o cerca de la entrada del reactor 52 permite al agua reciclada mezclarse con producto nuevo y reagente, que pueden fomentar el rápido crecimiento de cualquier tipo de partículas finas de precipitado que se encuentren el agua reciclada.

El reactor 50 comprende un distribuidor opcional de flujo 69. El distribuidor de flujo opcional 69 está configurado para recolectar aguas residuales del tanque 52 y entregarla a la entrada o toma 62, El distribuidor de flujo 69 puede comprender uno o más puertos (no se ilustran= en donde el agua residual del tanque 52 se puede extraer mediante el distribuidor de flujo 69. Los puertos del distribuidor de flujo 69 pueden estar configurados para extraer aguas residuales de diferentes zonas en el tanque del reactor 52. En algunas inclusiones, los puertos del distribuidor de flujo 69 se configuran para extraer agua de diferentes áreas de una sección transversal del tanque 52. Por ejemplo, el distribuidor de flujo 69 puede comprender una variedad de puertos configurados para extraer aguas residuales de una pluralidad de diferentes áreas distribuidas a través de la sección transversal del tanque 52. En algunas realizaciones, los puertos del distribuidor de flujo 69 están configurados de tal forma que el distribuidor de flujo 69 puede extraer aguas residuales de forma sustancialmente uniforme a través de una sección transversal del tanque 52.

La extracción uniforme de aguas residuales reciclada puede ayudar a mantener una distribución uniforme del flujo en el reactor de lecho fluidizado debajo de la toma 62 y puede evitar cortos circuitos con el agua residual reciclada de la toma 54 al trayecto de reciclaje 60. El distribuidor de flujo 69 puede comprender, por ejemplo un colector de distribución de flujo, un vertedero sumergido o similar.

En la realización ilustrada, el distribuidor de flujo 69 es sustancialmente plana, y puertos del distribuidor de flujos 69 pueden estar configurados para extraer aguas residuales a través de una correspondiente sección transversal plana del tanque 52. En algunas realizaciones, un reactor comprende un distribuidor de flujo no plano (por ejemplo el distribuidor de flujo tiene forma de cono o similar) y los puertos del distribuidor de flujo pueden estar configurado para extraer el agua desde a través de una correspondiente superficie no plana en el tanque 52.

En muchos casos, la pérdida resultante del flujo a través del distribuidor de flujo será suficiente para provocar que algunos de los gases disueltos sean eliminados de la solución en el distribuidor de flujo. Por ejemplo, en casos en donde el agua residual que está siendo tratada está saturada con C02 ó ácido carbónico, la desgasificación del C02 (con el aumento resultante del pH) puede ocurrir en el distribuidor de flujo. Esto puede fomentar la precipitación de estruvita en el distribuidor de flujo (por ejemplo la precipitación en el colector, los orificios, los rotores de la bomba y/o la tubería. Por esta razón, es ventajoso para las superficies del distribuidor de flujo estar cubiertas con una cubierta resistente al sarro como por ejemplo Teflón™, Kynar™, o revestimiento de vidrio. La estruvita no se adhiere bien a dichas cubiertas. Como resultado, la estruvita que se precipita en el distribuidor de flujo se verá arrastrada en el flujo como partículas finas de materia, en lugar de formar masas pesadas en las paredes o en el colector o atascándose en los orificios del colector o similares. La formación de sarro en el distribuidor de flujo o línea de reciclado es una carga de mantenimiento, porque la formación de sarro puede tapar las tuberías al punto en que el flujo sea impedido y también porque si se permite la acumulación de sarro en las piezas entonces las piezas de sarro endurecido ya de gran tamaño son lo suficientemente grandes para dañar el equipo de bombeo de corriente descendente que se puede romper.

Algunas realizaciones incluyen una pluralidad de distribuidores de flujo. Los distribuidores de flujo de algunas realizaciones pueden estar configurados para que las aguas residuales se extraigan de diferentes regiones y que tengan aproximadamente la misma velocidad de fluido. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la velocidad de las aguas residuales cerca del centro del tanque es mayor que la velocidad de las aguas residuales cerca de la pared del tanque. Un reactor cónico de abertura hacia arriba puede comprender un primer distribuidor de flujo configurado para provocar que el agua residual sea extraída de una región central y un segundo distribuidor de flujo localizado debajo del primer distribuidor de flujo, configurado para provocar que el agua residual extraída de una región periférica concéntrica y radialmente hacia fuera de la región central. Los distribuidores múltiples de flujo se pueden configurar para dirigir el agua residual a la misma o diferentes tomas de uno o más de las áreas o trayectos de reciclaje.

En algunas realizaciones, el promedio de reciclaje (promedio de flujo a través del trayecto de reciclaje 60 al flujo de la salida 56) se puede monitorear y/o controlar. Algunas realizaciones comprenden un sistema de control como un controlador de proceso, configurado para controlar la relación de reciclaje, como por ejemplo al ajustar la compuerta en la toma 62, una compuerta en el retorno 64, una compuerta en el distribuidor de flujo 69 y/o una bomba configurada para extraer fluido a través del trayecto de reciclaje 60. Por ejemplo, algunas realizaciones comprenden un sistema de control que tiene características descritas en la patente U.S. IM^ 7, 622, 047 de Koch et al., intitulada Tratamiento de aguas residuales de lecho fluidizado, Fluidized bed wastewater treatment, que se incorpora al presente como referencia.

En algunas realizaciones, el tanque del reactor 52, es cónico escalonado; es decir, comprende una pluralidad de secciones adyacente con diferentes secciones transversales. Por ejemplo, el tanque 52 puede incluir un conducto sustancialmente de orientación vertical que tiene una sección de recolección y una o más secciones arriba de la sección de recolección. El número de secciones en el conducto puede ser variado. En algunos casos, hay dos o más secciones en secuencia vertical arriba de la zona de recolección. Las secciones del conducto pueden ser cilindricas por ejemplo.

En algunas realizaciones, una sección transversal del tanque 52 sobre la toma 62 es igual a la sección transversal en y/o inmediatamente debajo de la toma 62. En algunas realizaciones, una sección transversal del tanque 52 sobre la toma 62 es más pequeña que una sección transversal de la toma 52.

En algunas realizaciones, el volumen del tanque del reactor 52 y el volumen del fluido introducido a la toma 62 es tal que el tiempo medio de estancia del agua residual en el tanque 52 corriente debajo de (arriba) la toma 62 es de por lo menos algunos minutos. En algunas realizaciones el tiempo de estancia medio se encuentra dentro de un rango de 3 a 100 minutos, Por ejemplo, en algunas realizaciones el promedio de alimentación y el promedio de reciclaje son tales que el tiempo de retención del fluido en el tanque del reactor 52 en chorro ascendente del colector de reciclaje es de menos de 10 minutos, Por ejemplo aproximadamente 3-7 minutos en algunas realizaciones.

La altura del reactor se puede seleccionar de tal forma que el volumen del reactor es lo suficientemente grande para permitir que los pellets o bolitas crezcan al tamaño deseado. En prototipos de realizaciones, los pellets o estruvita se han descubierto que crecen en diámetro en un promedio de 0.1-0.3 mm por día. A estas tasas de crecimiento, el permitir que los pellets crezcan a un tamaño de 3 mm se requeriría un tiempo de estancia o residencia de los pellets en el tanque del reactor 52 de aproximadamente 10-30 días. Por ejemplo los pellets de tamaños de entre 0.5 a 4.0 mm pueden crecer en 5-15 día en algunas realizaciones.

La FIG. 4 es un diagrama esquemáticamente ¡lustrando un reactor cónico de lecho fluidizado 70 de acuerdo con un ejemplo de la realización. El reactor 70 comprende un tanque de reactor escalonado cónico 72, una toma 74, una salida 76. El escalonamiento cónico del tanque 72 define cuatro secciones: Una sección clarificante 72 A, una sección de reposo 72 B, una sección de reacción 72 C y una sección de recolección 72 D. se debe apreciar que los nombres asignados a las secciones 72 A-72 D son sólo para propósitos de ilustración, y no se deben interpretar como limitantes de la funcionalidad de cualquier sección a sólo la funcionalidad indicada o sugerida por el nombre, o como excluyente de la funcionalidad de cualquier sección a una funcionalidad indicada o sugerida por el nombre en cualquier otra sección. La sección transversal de la sección de clarificación 72 A es más pequeña que la sección transversal de la sección de reposo 72 B. la sección transversal de la sección de reposo 72 B es más grande que la sección transversal de la sección de reacción 72 C. La sección de reposo 72 C es más grande que la sección de recolección 72 D. Podrá ser apreciado que el tanque cónico escalonado puede incluir un mayor o menor número de secciones. La toma 74 se localiza en la base de la sección de recolección 72 D. la salida 76 se localiza en la parte superior de la sección de clarificación 72 A.

El escalonamiento cónico del tanque del reactor 72 puede resultar en partículas del precipitado que sean seleccionadas entre las diferentes secciones de acuerdo al tamaño. En las realizaciones ilustradas, las paredes de las secciones del tanque 72 son verticales y se unen mediante estantes horizontales. En algunas realizaciones, las paredes de las secciones del tanque se unen por estantes angulares. Los estantes angulares pueden alentar el movimiento descendente de las partículas del precipitado desde secciones más altas del tanque a secciones más bajas del tanque.

El reactor 70 comprende un trayecto o camino de reciclaje 80 que se extiende desde la toma del colector 82 localizada en la base de la sección de reposo 72 B al retorno 84 en corriente ascendente de la toma 74. Como se ilustra en la FIG. 4 A, el colector 82 incluye un cabezal de colector 84 y una pluralidad de brazos de colector 86 que se extiende hacia fuera del mismo. El cabezal del colector 84 y los brazos del colector 86 incluyen puertos, por ejemplo, orificios 88 a través de los cuales, se extrae el agua dentro del trayecto de reciclaje 80. La configuración de los orificios 88 del colector 82, puede ser tal que el colector 82 puede extraer agua residual sustancialmente de forma uniforme a través una sección transversal del tanque 72. En algunas realizaciones, los orificios 88 señalan hacia arriba. Esto facilita la limpieza de los orificios desde la parte superior o tope del reactor con una máquina de lavado a presión o un cepillo grande por ejemplo. El colector se puede extender a o a través de la pared del recipiente o contenedor. El colector puede tener puertos de acceso (no se ilustran) en uno o ambos extremos para permitir la limpieza del interior del colector desde el exterior del contenedor.

Extrayendo el agua residual reciclada a la base de la zona de asentamiento 72 B, la velocidad del fluido en la parte superior de la sección de asentamiento 72 B y la sección clarificante 72 A se encuentra sustancialmente desacopladas del promedio de flujo en la toma 74, y primordialmente una función del promedio de alimentación 78 y las áreas transversales de las secciones 72 A y 72 B. Al disminuir el promedio de la tasa de flujo dentro de la sección clarificante 72 A en relación al promedio de flujo del trayecto de reciclaje 80, la velocidad del fluido en la sección clarificante 72 A puede ser controlada independientemente de la sección transversal de la sección clarificante 72 A. con un promedio lo suficientemente bajo, la velocidad de fluido en una sección relativamente pequeña de la sección clarificante 72 A, se puede reducir hasta el punto en que las partículas pequeñas que arbitrariamente no se encuentran soportadas contra la fuerza de gravedad y el tiempo de estancia o residencia del agua residual en la sección clarificante 72 A pueda ser arbitrariamente largo. Como resultado, los niveles aceptables de precipitación de solutos se pueden lograr con una sección relativamente pequeña clarificante 72 A( en términos de área transversal y/o volumen) que, en comparación con una sección clarificante más grande 72 A, tiene sus ventajas de un costo reducido de construcción ( una sección clarificante más pequeña contiene unja menor masa de agua residual y de igual forma puede ser soportada por una estructura elevada menos robusta), reducción en las huellas de instalación y reducción en los costos de transportación ( menos dificultad en el transporte del tanque del reactor que haya sido fabricado fuera del sitio).

En algunas realizaciones, el colector 82 o cualquier otro tipo de distribuidor de flujo, se localiza en la parte superior de la sección de reacción 72 C. en algunas realizaciones, el colector 82, o cualquier otro tipo de distribuidor de flujo, se localiza para montar a horcajadas un límite entre la sección de asentamiento 72 B y la sección de reacción 72 C. en las realizaciones en donde un distribuidor de flujo se localiza para montar a horcajadas un límite entre secciones adyacentes que tienen diferentes secciones transversales, el promedio de flujo será diferente entre las secciones adyacente. El colector 82 se puede localizar en la sección clarificante 72 A o para montar a horcajadas el límite entre la sección clarificante 72 A y la sección de reposo 72 B.

En algunas realizaciones, el colector 82 se localiza en la interface entre una sección más baja (corriente arriba) que tiene una primer sección transversal y una sección más alta (chorro abajo) que tiene una segunda sección transversal más pequeña qu7e la primer sección transversal. En algunas de dichas realizaciones, el promedio de entrada del colector mayor al umbral FR, en donde FR es dado por: En donde Fi es el promedio de flujo de agua residual en la sección más baja, oi, es el área de la primer sección transversal (de la sección más baja) y o , es el área de la segunda sección transversal (de la sección más alta). Podrá apreciarse que en dichas realizaciones, el efecto de la disminución del conducto en la sección transversal entre las secciones más bajas y más altas en el flujo de la velocidad es por lo menos desviado por el efecto de la reducción en el promedio o tasa de flujo en la sección más alta.

La FIG. 5 es un diagrama ilustrando en un esquema un reactor cónico de lecho fluidizado 90 de acuerdo con un ejemplo de la realización. El reactor 90 incluye un tanque cónico de reactor 92 en la toma 94 y una salida 96. el reactor 90 comprende un trayecto de reciclaje 100 que se extiende desde una toma de un vertedero sumergido 102, localizado debajo de una placa de distribución de flujo 104 opcional a un retorno 106 chorro arriba de la toma 94. La placa de distribución de flujo 104, provoca que el fluido que corre en forma ascendente, sea parcialmente desviado en forma periférica (es decir, radialmente y hacia fuera) hacia el vertedero 102, la cresta de la cual, define un puerto. La placa de distribución de flujo 104 puede estar perforada (es decir, la placa de distribución de flujo 104 puede incluir una pantalla). En algunas realizaciones, la cara descendente de la placa de distribución de flujo se encuentra en una pendiente descendente (es decir hacia abajo y cónico, hacia abajo en pirámide, etc.) En algunas realizaciones, la cara ascendente de la placa de distribución de flujo es convexa en forma ascendente (es decir cónica ascendente, piramidal ascendente, Etc.).

La FIG. 6 es una diagrama esquemático ilustrando un reactor de lecho fluidizado cónico 110 de acuerdo con un ejemplo de la realización. El reactor 110 comprende un tanque de reactor 112, una toma 114, una salida 116. El reactor 110 incluye un trayecto de reciclaje 120, que se extiende desde una configuración de lavadora sumergida 122, a un retorno 126, corriente arriba de la toma 114. Como se ilustra en la FIG. 6 A, la configuración de lavadora 122 comprende una pluralidad de puertos configurados en forma radial, principalmente lavadores o artesas 124. La configuración de lavadora 122 saca el fluido dentro del trayecto de reciclaje 120 desde una sección transversal del tanque 112.

Extrayendo el agua residual de reciclaje de la configuración de lavadora 122, el promedio o tasa de flujo de fluido y la velocidad en parte del tanque del reactor 112 sobre la configuración de lavadora 122 están sustancialmente desacoplados de el promedio de flujo y velocidad en parte del tanque del reactor 112, debajo de la configuración de lavadora 122. Al disminuir el promedio de la tasa de flujo sobre la configuración de lavadora 122 en relación con el promedio de flujo debajo de la configuración de lavadora 122 (es decir, al aumentar el promedio de flujo del trayecto o camino de reciclaje 120) la velocidad de fluido en parte del tanque del reactor 112 sobre la configuración de lavadora 122, puede ser controlada en forma independiente de la sección transversal de esa parte del tanque del reactor 112. Con un promedio suficientemente bajo, la velocidad de fluido en parte del tanque del reactor arriba de la configuración de lavadora 122 se puede reducir hasta el punto en que las pequeñas partículas arbitrarias del precipitado no se soporten contra la fuerza de gravedad y el tiempo promedio de residencia de las aguas residuales en esa parte del tanque del reactor 112 puede ser arbitrariamente larga. Como resultado, el reactor 110 puede lograr niveles aceptables de precipitación de solutos con un tanque de reactor relativamente pequeño 112 (por ejemplo en términos del área transversal y/o volumen) que en comparación con un tanque de reactor más grande 112, tiene ventajas de un costo reducido de construcción (es decir el tanque del reactor contendrá una menor masa de agua, que de igual forma, puede ser soportada con una estructura elevada menos robusta) la reducción en la huella de instalación y reducción en costos de transportación (es decir menos dificultad en el transporte del tanque del reactor fabricado fuera del área).

La FIG. 7 es un diagrama de flujo de un método 130 para precipitar solutos de aguas residuales en un tanque de un reactor, de acuerdo con un ejemplo de realización. En el paso 140, el agua residual es dirigida al tanque del reactor desde una toma o salida de colector de un tanque de reactor. El paso 140 puede incluir introducir o alimenta el suministros de agua residual al tanque del reactor (es decir, el agua residual dirigida dentro de la toma en el paso 140 que puede comprender la alimentación de agua residual).

En el paso 160, el agua residual se quita del tanque del reactor en corriente arriba de una salida efluente del tanque del reactor. En algunas realizaciones, el paso 160 incluye quitar el agua residual por lo menos, una distancia vertical de 12 a 30 pies sobre la toma de alimentación en el tanque de reacción. El paso 160 puede incluir la extracción de agua residual de una pluralidad de diferentes sitios en el tanque de reactor. Por ejemplo, el paso 160 puede comprender la extracción de agua residual con uno o más distribuidores de flujo que tienen puertos configurados para extraer el agua residual de diferentes lugares distribuidos a través de una sección transversal del tanque del reactor. El paso 160 puede comprender quitar el agua residual de forma sustancialmente uniforme desde una sección transversal del tanque del reactor. En algunas inclusiones o realizaciones, el paso 160 incluye la extracción de agua residual desde una pluralidad de diferentes regiones en el tanque del reactor en donde la velocidad del flujo del agua residual es sustancialmente el mismo.

En el paso 160, el agua residual se extrae desde el tanque del reactor corriente arriba de un efluente de la salida del tanque del reactor. En algunas realizaciones, el paso 160 incluye extraer el agua residual por lo menos a una distancia vertical de 12 a 30 pies sobre la entrada de la toma al tanque de reacción. El paso 160 puede incluir la extracción de agua residual para su eliminación desde una pluralidad de ubicaciones en el tanque del reactor. Por ejemplo, el paso 160 puede incluir la eliminación de de agua residual de uno o más de los distribuidores de flujo que tienen puertos configurados para extraer el agua residual de diferentes lugares a través de una sección transversal del tanque del reactor. El paso 160 puede incluir la eliminación de aguas residuales sustancialmente de forma uniforme para su eliminación desde una pluralidad de diferentes regiones en el tanque reactor en donde la velocidad de flujo de las aguas residuales es sustancialmente el mismo.

El paso 160 puede incluir un elemento de estrangulación, de bombeo o de otra forma controlar el promedio en el que el agua residual es eliminada del tanque del reactor. En algunas realizaciones, el paso 160 incluye la extracción del agua residual en un promedio proporcional al promedio en el que el agua residual es alimentada al tanque del reactor (por ejemplo) en el paso 140) en algunas realizaciones, el paso 160 incluye extracción de aguas residuales en un promedio que es de 3 a 300 veces mayor a promedio en que el suministro de agua residual es introducido al tanque délo reactor.

En algunas realizaciones, el paso 160 incluye la eliminación de agua residual en un promedio de tal forma que la velocidad del agua residual inmediatamente corriente arriba del puntoO en donde el agua residual es eliminada para el reciclaje se encuentra en el rango de aproximadamente 500 a 200 cm/min. El promedio del la velocidad de flujo inmediatamente debajo del punto en donde el agua residual es eliminada para su reciclaje al promedio de la velocidad de flujo inmediatamente arriba del punto en donde el agua residual es eliminada para su reciclaje puede ser por ejemplo, dentro de un rango de 4 a 300.

En el paso 170, el agua extraída es reintroducida al tanque del reactor corriente arriba de donde el agua residual fue extraída en el paso 160. El paso 170 incluye la reintroducción del agua residual eliminada en el puerto de entrada del tanque del reactor. En algunas realizaciones, el paso 170 incluye la reintroducción de agua residual a una pluralidad de diferentes lugares corriente arriba de donde el agua residual fue eliminada en el paso 160. El paso 170 puede incluir la mezcla de agua residual eliminada con un fluido de lavado ( por ejemplo, agua no potable, ácidos minerales u orgánicos), reactivos(fuentes de Mg como Mg (OH)2 , MgCl2, MgS0 , y similares, fuentes de amoniaco como gas de amoniaco, amoniaco anhidro, hidróxido de amonio, sulfato de amonio, fosfato monoamónico, fosfato diamónico, poli fosfato de amonio y similares y/o fuentes de fosfato como fosfato trisódico, ácido fosfórico, fosfato monoamónico, poli fosfato de amonio, fosfato diamónico y similares).

Algunas realizaciones incluyen el paso adicional 150. En el paso 150, la velocidad del agua residual que fluye corriente abajo desde la entrada o toma es reducida. El paso 140 y el paso 150 se puede combinar. En las realizaciones en donde el método 130 incluye el paso 150, el paso 160 puede incluir la eliminación de agua residual que tiene una velocidad menor que el agua residual en el punto en donde el agua reciclada sea reintroducida en el paso 170. El paso 150 puede incluir el flujo del agua residual corriente debajo desde una toma a través de la sección del tanque del reactor, desde el aumento de la sección transversal, como por ejemplo, un cono continuo o un conducto en forma de cono escalonado. En donde las partículas se forman de solutos precipitados en el agua residual, reduciendo la velocidad del agua residual que fluye chorro arriba que puede provocar que las partículas se distribuyan a lo largo de un gradiente de velocidad.

En el paso 180, el agua residual en chorro descendente de un punto en donde el agua residual se quita en el paso 160 (por ejemplo toma de reciclaje) fluye en forma ascendente. En el paso 200, el agua residual se quita en la salida de efluente del tanque reactor. El paso 200 puede incluir la eliminación de agua residual en un promedio sustancialmente igual al promedio en el que el agua residual alimentada sea introducida al tanque del reactor en el paso 140. En algunas realizaciones, el paso 200 incluye quitar el agua residual por lo menos una distancia vertical de 30 a 150 cm sobre el punto en donde el agua residual es quitad en el paso 160.

Algunas realizaciones incluyen un paso adicional 190. En el paso 190, la velocidad del agua residual que fluye corriente debajo de un punto en donde el agua residual es quitada para su reciclaje en el paso 160 (una toma de reciclaje) se reduce. El paso 180 y el paso 190 se pueden combinar. En las realizaciones en donde el método 130 incluye el paso 190, el paso 200 puede incluir quitar el agua residual que tiene una velocidad más baja que la velocidad del agua residual en el punto en donde el agua residual es quitada del paso de reciclaje 160. El paso 190 puede incluir el flujo de agua residual corriente debajo de la toma de reciclaje a través de una sección del tanque reactor, que tiene una sección transversal mayor que la sección transversal del tanque del reactor en la toma de reciclaje.

En lagunas realizaciones, el paso 190 incluye la reducción de la velocidad del agua residual para que la velocidad del agua residual corriente arriba de un punto en donde el agua residual es eliminada en la salida efluente en el paso 200 (en la sección clarificante del tanque reactor) sea lo suficientemente pequeña para prevenir que las partículas de un tamaño más grande que el establecido salgan del tanque de reacción en la salida efluente.

La FIG. 8 es un diagrama ilustrandoO esquemáticamente un reactor de lecho fluidizado cónico 250 de acuerdo a un ejemplo de realización. El reactor 250 de realización de la FIG. 8 es generalmente similar al reactor 50 de la realización de la FIG. 3, y se emplean números de referencia similares para componentes similares excepto que los números de referencia para componentes del reactor 250 son precedidos por el numero "2". El reactor 250 difiere del reactor 50 en que el trayecto de reciclaje 260 del reactor 250 transporta agua desde la toma 262 al tanque reactor 252 en el retorno 264 separado de la toma 254 en donde el alimentador 258 es introducido al tanque 252. En la realización ilustrada, el retorno 264 se localiza chorro debajo de la toma 254. En otras realizaciones, un trayecto de reciclaje regresa el agua residual de reciclaje a un tanque reactor en una pluralidad de lugares diferentes. En algunas realizaciones, una pluralidad de trayectos de reciclaje regresa el agua de reciclaje a un tanque reactor en una sola ubicación. En algunas realizaciones, una pluralidad de trayectos de reciclaje regresa el agua residual reciclada a un tanque reactor en una pluralidad de diferentes ubicaciones. (0079) La FIG. 9 es un diagrama ilustrando esquemáticamente un reactor fluidizado de lecho cónico 300 de acuerdo con un ejemplo de realización. El reactor 300 incluye un tanque reactor cónico escalonado 302. El espacio cónico escalonado del tanque 302, define cuatro secciones: una sección clarificante 302 A, una sección de asentamiento 302 B, una sección de reacción 302 C y una sección de recolección 302 D. se debe apreciar que los nombres asignados a las secciones 302^_302 D son sólo para propósitos de ilustración solamente, y no se pretende que sean interpretados como limitantes de la funcionalidad de cualquier sección a la funcionalidad indicada o sugerida por su nombre o como excluyente de una funcionalidad de cualquier sección una funcionalidad indicada o sugerida por el nombre de cualquier otra sección. La sección transversal de la sección clarificante 302 A es mayor que la sección transversal de la sección de reposo o asentamiento 302 B. la sección transversal de asentamiento o reposo 302 B es más grande que la sección transversal de la sección de reacción 302 C. la sección transversal de la sección de asentamiento 302 C es mayor que la sección transversal de recolección 302 D.

La alimentación del agua residual 310 cuenta con una válvula de control 312 en la parte inferior de la sección de recolección 302 D. el flujo ascendente del agua residual a través del tanque 302 a un colector ajustable 316 dentro de u lavador efluente 318. El piso del lavador efluente 318 se encuentra debajo del colector 316 y un efluente colector en pendiente en uno de varios puntos en el lavador conectado a la tubería efluente. El efluente en el lavador 318 sobre el nivel de la tubería efluente o canaleta 320 es realizado por el lavador 318 a una salida efluente 322.

Una toma de agua residual de reciclaje 330 se localiza en la interfase entre la parte superior de la sección de asentamiento 302 B y la parte inferior de la sección clarificante 302 A. la toma de reciclaje de aguas residuales 330 comprende una válvula 332 operable para controlar el flujo de agua residual a través de la toma 330. La toma de reciclaje de agua residual 330 proporciona reciclaje de agua residual a un camino de reciclaje 340. El trayecto ó área de reciclaje 340 re introduce el agua residual de reciclaje a una sección de recolección 302 D en el retorno de reciclaje 350. Un sistema de bombeo (no se ilustra) mueve el agua residual a lo largo del trayecto de reciclaje 340.

Una etapa de decantación se encuentra conectada a la sección de recolección 302 D. el fluido de una fuente de fluido 373 es proporcionado a la etapa de decantación 302 D mediante una bomba 374. La etapa de decantación 302 D incluye una válvula limitadora 372 operable junto con una bomba 374 para controlar la velocidad de fluido en la etapa de decantación 302 D. las partículas del precipitado son lo suficientemente grandes pOara entrar a la zona de decantación 302 D contra el flujo de la corriente. Dichas partículas de precipitado (pellets de estruvita) de la sección de recolección 302 D puede pasar a lo largo de la zona de decantación 302 D a la válvula 378. Las partículas de precipitado junto con una pequeña cantidad de aguas residuales se pueden descargar vía una válvula 378 para la eliminación de agua y manejo del producto, almacenamiento o empaque.

No es obligatorio que el trayecto de reciclaje sea externo a un reactor. En algunas realizaciones, parte o todo el trayecto de reciclaje yace dentro de un volumen de reactor. La figura 10 es un diagrama que esquemáticamente representa un reactor cónico de lecho fluidizado 400 con un trayecto interno de reciclaje que se extiende desde un colector de reciclaje 409 localizado debajo de la salida 420, a través de un aparato tipo tubo de control de flujo 406. En la realización ilustrada, un propulsor o rotor 408 localizado en el tubo de aspiración 406 es impulsado por un motor adecuado (no se ilustra) para provocar que el fluido caiga en forma descendente a través del tubo de aspiración 406. La operación del propulsor 408 puede estar controlada por un controlador y/o deflector variable o válvula que puede proporcionarse en el tubo de aspiración 406. El flujo de reciclado es dirigido hacia la base del reactor 400. En la base del reactor 400 un distribuidor de flujo sustancialmente cónico 410 se proporciona para redirigir el flujo de reciclado hacia el perímetro del reactor y hacia arriba. El distribuidor de flujo 410 es circularmente simétrico (tiene la forma de un sólido de revolución) en algunas realizaciones. En la realización ilustrada, la base 411 del reactor 400 está sustancialmente plana y soportada en grado de en una base típica (concreto), de esta forma reduciendo o eliminando significativamente la necesidad de miembros de soporte estructural, y reduciendo la altura general del reactor 400 comparado con otras naves de igual volumen o capacidad.

En esta realización, la alimentación de aguas residuales y/o reagentes que se pueden introducir a través de tuberías verticales, horizontales o angulares, toberas o colectores posicionados para descargar los fluidos cerca de la base del tubo de aspiración (ya sea en o debajo de la descarga del tubo de aspiración).

El pasaje de entrada puede estar configurado para alimentar el agua y reagentes a la mezcla con el flujo de reciclaje antes de entrar en la cama de productos de pellets en la sección de recolección 414 en la parte más baja del reactor.

La realización ilustrada incluye una conducto toma de agua residual 404 que introduce el agua residual entrante cerca del fondo del tubo de aspiración 406. También se muestra un mecanismo de dosificación 407 que está configurado para introducir reactivos (es decir fuentes de Mg como Mg (OH)2, MgCI2, MgS04 y similares. Las fuentes de amoniaco gas amoníaco, amoníaco anhidro, hidróxido de amonio, sulfato de amonio, fosfato monoamónico, fosfato diamónico, poli fosfato de amonio y similares y/o fuentes de fosfatos como fosfato trisódico, ácido fosfórico, fosfato monoamónico, poli fosfato de amonio, fosfato diamónico y similares) dentro del agua residual entrante y/o tubo de aspiración 406. Dicho sistema de mecanismo de dosificación puede ser proporcionado en cualquiera de las realizaciones descritas en el presente.

Un reactor de lecho fluidizado, equipado con un tubo de aspiración se puede emplear para usar el control de la reacción de supersaturación mediante el control de flujo de reciclaje a través del tubo de aspiración en relación a la tasa en donde el agua residual y/o reagentes se introducen al reactor. Las partículas más grandes de estruvita, un análogo a la estruvita o cualquier otro compuesto que contiene fósforo que forme en el reactor 400 se recolectan de la zona de recolección 414. En la realización ilustrada, las partículas más grandes se recolectan en una zona de decantación 412.

Un aparato como se describe en el presente que puede ser construido y/o empleado junto con los métodos de operación diseñados para reducir la probabilidad de formación de sarro en las superficies en el aparato. Las soluciones saturadas de C02 tienden a aumentar el pH debido a la liberación de gases de C02 en zonas de presión disminuida o de mucha turbulencia. El aumento del pH puede provocar que las reacciones de cristalización (como la formación de estruvita) resulten en acumulación de sarro en el equipo. En algunas superficies de las realizaciones en áreas susceptibles al sarro, se cubren con cubiertas resistentes al sarro como Teflón™, Kynar™, (PVDF) Hylar™ o vidrio. Las zonas de baja presión tienden a ocurrir en los colectores de distribución de flujo en el lado de succión de los elementos de bombeo. El flujo turbulento o cascadas de los contenidos del reactor también tienden al decapado de C02 en áreas que desborden el vertedero, tuberías de drenado mediante fuerza de gravedad y similares. En algunas realizaciones, la acumulación de sarro en algunas áreas es controlado al añadir agua de dilución para reducir la concentración de reagentes debajo de la saturación en el pH elevado y/o al agregar una sustancia ácida para reducir el pH y/o al añadir C02 a la solución.

Interpretación de los Términos A menos que claramente requiera lo contrario, a través de la descripción y las reivindicaciones: "incluye" "comprende" y similares se deben interpretar en el sentido inclusive, en contraposición a un sentido exhaustivo o exclusivo; es decir, en el sentido de "incluyendo pero sin estar limitado a". "conectado", "acoplado", o cualquier variante del mismo, significa en conexión o acoplado, ya sea directa o indirectamente entre dos o más elementos; el acoplamiento o conexión entre dos elementos que puede ser físico, lógico o una combinación de los mismos; "en el presente", "arriba", "debajo" y palabras de significado similar, cuando se emplean para describir esta especificación se referirá a esta especificación como un todo y no a porciones especificas de esta especificación; "0" en referencia a una lista de dos o más artículos, cubre todas las siguientes interpretaciones de la palabra: cualquiera de los artículos en la lista, todos los artículos de la lista, y cualquier combinación de los artículos en la lista; Las formas singulares "un", "una" "uno" y "el", "la", también incluyen el significado de cualquier forma plural apropiada.

Las palabras que indiquen direcciones como "vertical", "transversal", "horizontal", "hacia arriba", "hacia abajo", "hacia delante", "hacia atrás", "hacia adentro", "vertical", "transversal", "izquierdo", "derecho", "al frente", "atrás", "base", "debajo", "arriba", "debajo" y similares, empleado en la descripción y cualquiera de las reivindicaciones acompañantes (donde estén presentes) depende de la orientación específica del aparato descrito e ilustrado. La materia descrita en el presente puede asumir otras orientaciones alternativas. De igual forma, estos términos de dirección no se definen en forma estricta y no deben ser interpretados estrictamente.

En donde un componente (tanque, mecanismo, bomba, conducto, configuración, aparato, etc.) se refiere a lo anterior, a menos que se indique lo contrario, la referencia a dicho componente (incluyendo una referencia a "medios") debe ser interpretada como incluyendo equivalentes de ese componente cualquier componente que realce la función del componente descrito (es decir que sea funcionalmente un equivalente) incluyendo componentes que no sean estructuralmente equivalentes a la estructura divulgada que realiza la función en las realizaciones ejemplares ilustradas del invento.

Los ejemplos específicos del sistema, métodos y aparato han sido descritos en el presente para propósitos de ilustración. Estos son solo ejemplos. La tecnología proporcionada en el presente puede ser aplicada a sistemas diferentes a los de los sistemas ejemplares descritas anteriormente. Muchas alteraciones, modificaciones, adiciones, omisiones y permutaciones son posibles dentro de la práctica de este invento. Este invento incluye variaciones sobre las realizaciones descritas que deben ser aparentes para los conocedores del arte, incluyendo variaciones obtenidas al reemplazar: características, elementos y/o actos con características similares, elementos o actos; mezclar y combinar las características, elementos y/o actos de diferentes realizaciones; combinar características, elementos y/o actos de realizaciones como se describe en el presente con características, elementos y/o actos de otras tecnologías; y/o omitir características que combinen, elementos y/o actos de la realización descrita.

Mientras que se han discutido varias realizaciones ejemplares y reivindicaciones anteriormente, aquellos conocedores del arte reconocerán ciertas modificaciones, permutaciones, adiciones, y subcombinaciones del mismo. Es por esto que se pretende que las siguientes reivindicaciones anexas y las reivindicaciones posteriores que sean introducidas sean interpretadas para incluir todas las modificaciones, permutaciones, adiciones, omisiones y subcombinaciones que se puedan inferir en forma razonable. La envergadura de las reivindicaciones no debe limitarse a las realizaciones preferidas establecidas en los ejemplos, pero se les debe dar la interpretación más amplia consistente con la descripción como un todo.

Claims (32)

REIVINDICACIONES SE REIVINDICA:

1. Un sistema de tratamiento de aguas residuales que comprende: Un tanque de reactor cónico de una primera sección transversal a una segunda sección transversal más pequeña que la primera sección transversal, la primera sección transversal se encuentra arriba de la segunda sección transversal; Una entrada para agua residual que entre al tanque del reactor debajo o cerca de la parte inferior de la segunda sección transversal; Un trayecto de reciclaje configurado para tomar el agua residual de una toma descendente desde una primer sección transversal a un retorno y por lo menos parte del agua residual eliminada dentro del tanque del reactor en la corriente ascendente desde la toma; y Una salida de agua para salir del tanque del reactor en forma descendente desde el camino de la toma de reciclaje.

2. El sistema de tratamiento de agua de la reivindicación 1 que incluye un distribuidor de flujo configurado para recolectar agua residual desde el tanque del reactor y entregarla a la entrada o toma.

3. El sistema de tratamiento de aguas residuales de la reivindicación 2 en donde el distribuidor de flujo está configurado para provocar que el agua residual sea extraída por la toma para ser sustancialmente extraída de forma uniforme desde una sección transversal al tanque del reactor.

4. El sistema de tratamiento de agua de cualquiera de una de las reivindicaciones 2 y 3 en donde el distribuidor de flujo comprende un colector.

5. El sistema de tratamiento de aguas residuales de cualquiera de las reivindicaciones 2 y 3, en donde el distribuidor de flujo incluye una lavadora.

6. El sistema de tratamiento de aguas residuales de cualquiera de las reivindicaciones 2 y 3 en donde el distribuidor de flujo comprende una placa de distribución de flujo horizontal y una vertedero sumergido localizado verticalmente debajo de la placa de distribución de flujo, la placa de distribución de flujo configurada para desviar el agua residual periféricamente o concéntricamente hacia el vertedero sumergido.

7. El sistema de tratamiento de agua residual de cualesquiera de las reivindicaciones de 1 a 6 en donde el tanque del reactor es cónico y escalonado para definir por lo menos una primera sección incluyendo la primer sección transversal y la segunda sección transversal incluyendo una segunda sección transversal y en donde el distribuidor de flujo se localiza en la parte inferior de la primer sección.

8. El tratamiento de aguas residuales de cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en donde el tanque del reactor es cónico escalonado para definir por lo menos una primer sección incluyendo la primer sección transversal y una segunda sección transversal incluyendo la segunda sección transversal y en donde el distribuidor de flujo se localiza en la parte superior de la segunda sección.

9. El sistema de tratamiento de agua de cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el tanque del reactor es un cono escalonado para definir por lo menos una primera sección incluyendo la primer sección transversal y una segunda sección transversal incluyendo la segunda sección y transversal y en donde el distribuidor de flujo se localiza para montar a horcajadas un límite entre la primera y segunda secciones.

10. El sistema de tratamiento de aguas residuales de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en donde el trayecto de reciclaje comprende un tubo de aspiración configurado dentro del tanque del reactor.

11. El sistema de tratamiento de aguas residuales de la reivindicación 10 en donde la entrada o toma está configurada para introducir el agua residual dentro del tubo de aspiración.

12. El sistema de tratamiento de aguas residuales de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 que comprende un mecanismo medidor conectado para mezclar un reagente con el agua residual entrante.

13. El sistema de agua residual de la reivindicación 12 en donde el reagente comprende una fuente de una o más de: iones de magnesio y iones de amonio.

14. Un método para el tratamiento de aguas residuales, el método comprende: El flujo de aguas residuales desde una entrada de un tanque de reactor en forma ascendente a través del tanque del reactor; Reducir la velocidad del agua residual que fluye corriente debajo de la toma; Quitar el agua residual de velocidad reducida en chorro ascendente de la salida del tanque de reactor; y Reintroducir el agua residual a la corriente ascendente del tanque de reactor de donde se quitó el agua residual.

15. El método de la reivindicación 14 que incluye: Quitar el agua residual de velocidad reducida e la salida del tanque del reactor.

16. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14 y 15 en donde el agua residual fluía en forma ascendente desde la toma, e incluye agua residual del alimentador.

17. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 15 en donde la reducción de la velocidad del agua residual que fluye en forma descendente, la toma comprende el flujo de agua residual a través de un conducto de una sección transversal que aumenta de tamaño.

18. El método de la reivindicación 17 en donde la velocidad del agua residual que fluye en forma descendente a la toma incluye el flujo de agua residual a través de un conducto cónico continuo.

19. El método de la reivindicación 17 en donde la reducción de la velocidad del agua residual que fluye en corriente descendente desde la toma, que incluye el flujo de agua residual a través de un conducto escalonado cónico.

20. el método de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 19 en donde la eliminación de agua residual de velocidad reducida en corriente ascendente desde una salida del tanque del reactor, comprende quitar el agua residual de velocidad reducida que tiene una velocidad sustancialmente constante.

21. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 20 en donde se reintroduce el agua residual eliminada al tanque del reactor corriente arriba de donde el agua residual reciclada es quitada, que comprende la reintroducción de agua residual quitada en la toma del tanque del reactor.

22. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 21 en donde se reintroduce el agua residual eliminada al tanque del reactor en la corriente ascendente de donde el agua residual reciclada es quitad y que comprende la mezcla del agua residual quitada con el alimentador o corriente.

23. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 22, en donde se reintroduce el agua residual extraída al tanque reactor en la corriente ascendente de donde el agua residual reciclada es quitada y que comprende la reintroducción del agua residual eliminada en la corriente descendente de la toma del tanque reactor.

24. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 23 en donde el agua residual comprende fósforo disuelto.

25. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 24 en donde el agua residual comprende fósforo disuelto o fosfato.

26. El método de las reivindicaciones 14 a 25 en donde quitar el agua residual de la corriente ascendente de una toma del tanque del reactor comprende la extracción de agua residual dentro del tubo de aspiración.

27. El método de la reivindicación 26 en donde la entrada se localiza dentro del tubo de aspiración y el método comprende permitir que el agua residual se mezcle con fluido en el tubo de aspiración antes de que el flujo de agua residual ascendente a través del tanque de reactor.

28. El método de la reivindicación 27 que comprende la mezcla del agua residual entrante con un reagente que comprende una o más fuentes de Mg y una fuente de amonio.

29. El uso de un aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 para precipitar estruvita de agua residual que contiene fosfato disuelto.

30. El uso de un método de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 28 para precipitar estruvita a partir de agua residual que contiene fosfato disuelto.

31. Aparato que comprende cualquier característica nueva, inventiva, combinación de características o subcombinaciones de características divulgadas en el presente.

32. Métodos que comprenden cualquier paso nuevo, inventivo, acto, combinación de pasos y/o actos o subcombinaciones de pasos, y/o actos descritos en el presente.