MXPA05007425A - Sistema de tratamiento de aguas residuales con prefiltracion utilizando material celulosico y anelidos unicelulares. - Google Patents

Abstract

El sistema esta compuesto en su primera etapa de un prefiltro, que ayuda a eliminar las impureza mayores que contenga el agua residual, compuesto de distintas capas de material inerte, que en su parte principal (superior) esta compuesta de material celulosico (Aserrin, Viruta, Paja, Alfalfa, etc). La segunda etapa esta compuesto por el Filtro Dinamico (F.D) que en su parte superior su ubican anelidos unicelulares en un soporte de material celulosico (Aserrin, Viruta, Paja, Alfalfa, etc). El agua residual ingresa a un carcamo (planta elevadora) el cual por medio de bombas es impulsada sobre el prefiltro celulosico, el que tiene como finalidad retener los solidos mayores a 1 milimetro. El agua sobre este filtro es distribuida uniformemente y escurre a las capas inferiores en forma gravitacional, en donde es conducida a su parte externa. Despues que el agua ha pasado por el prefiltro, ingresa al Filtro Dinamico por su parte superior y escurre a las capas inferiores en forma gravitacional. Principalmente en la primera etapa del Filtro Dinamico se ubican anelidos unicelulares que degradan la materia organica transformandola en un material biologicamente estabilizado y sin olor.

Description

SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES CON PREFILTRACIÓN UTILIZANDO MATERIAL CELULÓSICO Y ANÉLIDOS UNICELULARES.

DESCRIPCIÓN OBJETO DE LA INVENCIÓN (Entregar una solución económica al problema de tratamiento de aguas residuales, en el cual se degrade íntegramente el lodo generado, para lo cual se utiliza anélidos unicelulares que se alimentan de la materia orgánica proveniente en el. Utilizar material celulósico como pre-filtros que ayuda a remover la materia orgánica proveniente en el agua residual y de esta forma colaborar en la degradación posterior hecha por los anélidos unicelulares en el Filtro Dinámico (F.D.) ANTECEDENTES Los sistemas de tratamientos de aguas servidas y Residuos Industriales Líquidos Orgánicos (RILES) se dividen en dos categorías, anaeróbicos (ausencia de oxígeno) y aeróbico (presencia de oxígeno), dentro de cada una de estas categorías existe una gran variedad de tratamientos. Por ejemplo dentro de los anaeróbicos, los más comunes son la laguna anaeróbica y el digestor cerrado; y dentro de los aeróbicos los más utilizados son los denominado lodos activados y los filtros percoladores.

Este nuevo tratamiento (F.D.) es un sistema aeróbico, ya que necesita oxígeno para íuncionar correctamente y por constituir un medio filtrante, se puede clasificar dentro de la familia de los filtros percoladores.

Filtros Percoladores.

Los filtros percoladores tradicionales se componen de soportes de piedra, sobre las cuales cae un cierto flujo de agua contaminada por medio de un sistema de distribución. En las piedras se forma una flora bacteriana, con distintos tipos de micro-organismos que van digiriendo la materia orgánica procedente del agua contaminada. Aunque los filtros percoladores tradicionales no proporcionan el alto grado de remoción de materia orgánica que da el proceso de lodo activado, tienen sus ventajas respecto al ahorro de espacio, energía y su capacidad de resistir perturbaciones. Ciertas modificaciones recientes incorporan discos giratorios sobre cuya superficie se forma una masa biológica gelatinosa, que digiere la materia orgánica presente en el agua que pasa sobre la superficie. Estas unidades no requieren más aire que el proporcionado por la ventilación natural. Los filtros percoladores poseen dos grandes desventajas, las cuales son: a) Producen una gran cantidad de lodo de desecho.

Los lodos de desechos, por lo común, alcanzan de 0,22 a 0,66 lb de sólidos por lb de DBO5 removida en un sistema de agua de desechos domésticos. Tratándose de desechos industriales, la producción de lodo puede ser tan alta como 0,4 - 0,5 lb/lb de DBO5 removida si es alto el contenido de carbohidratos del desecho, o tan baja como 0,05 - 0,1 lb/lb de DBO5 removida si los materiales orgánicos son ácidos volátiles o alcoholes. b) El lecho filtrante se impermebiliza. Tanto las piedras como los discos giratorios, se impermebilizan con la grasa que contiene el agua contaminada. Debido a esto, la eficiencia del filtro se reduce considerablemente.

Tratamiento con lodos activados (Sistema aeróbico).

Este sistema de tratamiento es el más utilizado en la actualidad, debido a que es mucho más compacto, opera con cargas orgánicas más elevadas y en condiciones climáticas sumamente variadas. Por lo común, el aire es abastecido mediante difusores situados debajo de la superficie. En algunas plantas, se abastece oxígeno puro en vez de aire, lo cual reduce aun más el volumen del incubador. Las desventajas más importantes de este tipo de tratamiento son las siguientes: a) Produce una gran cantidad de lodo de desecho.

La producción de lodo es significativamente mayor que los otros sistemas de tratamiento, lo que conlleva a una operación de la planta más compleja. Una porción de los lodos es reciclado hacia los estanques de aireación y la otra parte tiene que ser estabilizado con algún tipo de tratamiento. b) Elevados costos operacionales.

Este sistema necesita que constantemente aireadores estén trabajando en los estanque de aireación suministrando aire u oxígeno puro al agua contaminada, lo que se traduce en un alto consumo de energía. Debido a la compleja operación de los lodos, se necesita de bombas para succionarlos del fondo de los estanques de aireación y transportarlos a los lugares donde se van a estabilizar. Lo que encarece considerablemente los costos de operación de la planta.

Filtro Dinámico (F.D.) Este nuevo sistema de tratamiento de aguas servidas y residuos industriales líquidos orgánicos posee las siguientes VENTAJAS: a) No produce lodos inestables. En los procesos de tratamientos de agua servidas y residuos industriales líquidos orgánicos tradicionales tiene como subproductos sólidos (lodos) que se producen por la eliminación de contaminantes del agua cruda, para lo cual hay que recurrir a una disposición secundaria.

Este nuevo sistema de tratamiento de aguas servidas o residuos industriales líquidos (F.D.) degrada la totalidad de los sólidos orgánicos proveniente en el agua contaminada, sin producir lodos inestable como el resto de los tratamientos tradicionales. El F.D. no necesita ningún tipo de decantador de sólidos orgánicos antes del filtro, solo es necesario instalar una cámara de rejas, para retener sólidos inorgánicos provenientes en el afluente u sólidos grandes que pudieran tapar las cañerías o el sistema de distribución. b) El lecho filtrante no se impermebiliza.

El medio filtrante tiene una característica muy importante que diferencia este filtro (F.D.) de los demás: nunca se colmata, debido a las lombrices, que constantemente se están moviendo y haciendo canales en el humus, lo que permite que el medio filtrante siempre este poroso y permeable. Los materiales sólidos orgánicos que vienen con el agua servida, que colmatan o tapan otros filtros, en este caso son digerido por las lombrices. c) Bajos costos operacionales.

El filtro dinámico aeróbico (F.D.) necesita solamente energía para elevar el agua servida a la torre, donde va estar ubicado el estanque de distribución, de aquí en adelante el agua escurre en forma gravitacional. Por lo tanto, no necesita energía, como los tratamientos de lodos activados, ni necesita sustancias químicas como otros procesos, las cuales constituyen un costo adicional de éstos últimos. d) Produce un subproducto que puede ser utilizado como abono natural.

Debido a que el lecho filtrante del F.D. esta compuesto de humus, el cual es un abono natural, y el trabajo de las lombrices y micro-organismos produce humus se puede extraer humus cada cierto tiempo.

La DESVENTAJA del filtro dinámico aeróbico (F.D.) es la siguiente: a) Sensible a las variaciones de cargas orgánicas proveniente en el agua servida o residuos industriales líquidos. Por tratarse de un sistema de tratamiento biológico el F.D., igual que los demás, es sensible a la variaciones de cargas orgánicas o de otra índole, que puedan producirse en el afluente del nuevo sistema (F.D.). Cualquier descarga considerable de alguna sustancia química tóxica, como por ejemplo ácidos, hidrocarburos, sobrecarga inorgánica, etc; dañarían el F.D., matando las lombrices y eliminando los micro-organismos.

Los productos químicos que se utilizan comúnmente en las casas, para el lavado de los baños o la ropa, no dañan el F.D., mientras no se descargue una cantidad considerable, ya que se diluyen con el resto del agua utilizada.

Cuando se utiliza el F.D. para tratar una descarga orgánica industrial, la tasa de descarga es distinta a la aplicable en aguas servidas, por lo tanto, siempre hay que ceñirse a las condiciones de diseño, ya que aumentos en la cantidad óptima de agua tratada dañarían el F.D.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En lo relacionado a tratamiento de aguas residuales y residuos industriales líquidos orgánicos (RILES), la tendencia mundial es desarrollar y buscar nuevos procesos que no produzcan efectos colaterales, como suele suceder en el caso de los tratamiento que ocupan cloro para desinfectar y otros que producen lodos inestables (lodo activado). En investigaciones se ha podido descubrir que el Cl produce clor.tm_na en los vegetales, la cual es una sustancia cancerígena para el ser humano.

Este nuevo sistema de tratamiento de aguas residuales y residuos industriales líquidos orgánicos (RILES) lo denominaremos Filtro Dinámico (F.D.). Dinámico debido a que el medio filtrante se encuentra en constante transformación, ya que las lombrices que habitan en él siempre están en movimiento. Este tipo de lombriz es de la especie Eisenia Foétida o similares, su característica principal es que sean gregarias, es decir se agrupan en grandes cantidades en superficies reducidas, las cuales con su permanente movimiento impiden que se cólmate el filtro. A parte de existir lombrices en el medio filtrante, también hay una gran variedad de organismos unicelulares (bacterias).

Este filtro dinámico (F.D.) esta confinado en un estanque que se encuentra perforado por su parte inferior, para evacuar el agua tratada. El agua contaminada (9) es distribuida en forma uniforme sobre este estanque, la cual traspasa en forma gravitacional por todas las capas filtrantes del filtro dinámico (F.D.) y es recogida en su parte inferior por medio de canaletas con pendiente(7). Este estanque esta compuesto de paredes que pueden estar construidas de albañilería (repostería), hormigón armado, fibra de vidrio, madera, acero etc, no existe un material definido exactamente para construir un filtro dinámico (F.D.), solo es necesario que existan paredes capaces de sostener el material filtrante que compone su interior. El suelo (radier (4)) del estanque tampoco es de un material definido, sirve cualquier material que resista las solicitudes (requerimiento) que va ser sometido, por ejemplo compresión del material que compone el filtro dinámico e impermeabilidad.

El filtro dinámico (F.D.) de naturaleza orgánica está compuesto de un medio filtrante (1) y un soporte (como lo muestra la Fig.N°l). El medio filtrante (1) es una combinación de humus con aserrín de aproximadamente 20 cms de profundidad, en el cual habitan en mancomunion micro-organismos y lombrices de la especie Eisenia Foétida o similares. Debajo de este primer soporte se ubica una segunda capa de aserrín (2) de aproximadamente 50 cms y la tercera, de piedras y gravilla (3).

El medio filtrante (1) tiene una característica muy importante, que diferencia este tipo de filtro (F.D.) de los demás: este medio nunca se colmata, debido a que las lombrices constantemente se están moviendo y haciendo canales en el humus. Esto permite que el medio filtrante (1) siempre este poroso y permeable. Los materiales sólidos orgánicos proveniente en el agua servida, que colmatan o tapan otros filtros, en este caso son digerido por las lombrices.

En el medio filtrante (1) (humus) se genera una amplia flora bacteriana, que permite obtener una gran remoción de la contaminación. Se logran reducir los siguientes índices en aguas servidas: 95% de la DBO5, 93% de Sólidos Suspendidos Volátiles, 96% de los Sólidos Volátiles, 70% de Nitrógeno y 70% de Fósforo.

El aserrín (2) cumple una función de soporte de las lombrices y también como alimento suplementario en el caso eventual que la carga contaminante del agua servida o Riles, no sea suficiente para alimentarlas en forma es normal. El aserrín (2) sirve de alimento a las lombrices debido a que con el tiempo se degrada por la acción de los microorganismos.

Las lombrices normalmente se alimentan lo equivalente en su peso al día.

La tercera capa del soporte, está constituida de ripio y gravilla (3), las piedras de mayor tamaño van puestas en la parte inferior y las de menor en la parte superior. En las piedras se forma una flora bacteriana que digiere la materia orgánica del agua que pasa por ella y que no fue retenida en las capas superiores del Filtro Dinámico (F.D).

El piso del Filtro Dinámico (como lo muestran la Fig.N°2 y N°4), también denominado falso fondo, consiste en un radier (4) con cierta inclinación para que fluya el agua y sobre este existen pastelones (5) apoyados en soportes (6) que pueden ser de cualquier material resistente e inerte (ladrillo, adoquines, barras de acero inoxidable, etc.). Estos pastelones (5) pueden ser de distinto tamaño, separados 2 cms. entre sí. Sobre estos, se posan las piedras (3) más grandes del soporte, principalmente las de diámetro mayor a 2 cms., para así no permitir que estas pasen más abajo. Este piso falso, cumple dos funciones: I) Sostener las capas del soporte y el lecho de filtrado (1), y II) crear una sola guía de agua, en forma de caja que constituya el emisor (7) del agua tratada.

Conectado al doble fondo existe un respiradero(l?) que tiene como función principal oxigenar la parte inferior del Filtro Dinámico (F.D.), el cual consiste en un tubo perforado en su parte inferior y en su parte superior abierto. Este tubo se ubica sobre el doble fondo, justo en las intersecciones de cuatro pastelones (5) y las perforaciones que se realizan en su parte inferior no son mayores a 1 pulgada de diámetro. Este respiradero permite un intercambio de oxigeno de la parte exterior al fondo del Filtro Dinámico(F.D.).

La distribución de agua contaminada sobre el Filtro Dinámico (F.D.) se puede realizar de distintas formas, como por ejemplo, utilizando una red de cañerías perforadas de PVC (8) (como lo muestra la Fig.N°3), aspersores, boquillas, canales abiertos, etc. No es muy importante el medio que se utiliza para distribuir el agua contaminada (9), sino que la distribución sea uniforme sobre el lecho filtrante, por lo tanto, cualquier método sirve, si cumple con esta condición. Para Filtros Dinámicos (F.D.) pequeños (menores de 100 m2), se puede usar una red de PVC (8) o boquillas, pero para mayores hay que usar otros sistemas de mayor área de cobertura.

No existe un material único para construir la obra gruesa de un Filtro Dinámico (F.D.), se puede utilizar cualquier material existente en el mercado (hormigón, internit, ladrillo, etc.), que posea características de impermeabilidad y capacidad de soportar el peso de las distintas capas del F.D.

El Filtro Dinámico (F.D.) degrada la totalidad de los sólidos orgánicos proveniente en el agua contaminada, sin producir lodos inestable como el resto de los tratamientos tradicionales.

El afluente del filtro posee una absorbancia muy baja (es transparente) lo que permite eliminar los microorganismos patógenos utilizando cualquier sistema de desinfección (radiación ultravioleta, cloro, ozono, etc.). Por ejemplo, si se utiliza radiación ultravioleta, se hace pasar el agua que sale del Filtro Dinámico (F.D.) por una cámara de radiación ultravioleta, de tal manera que se expone el agua a esta radiación y por ser esta bastante transparente la radiación es muy efectiva en la eliminación de bacterias procedentes en el agua (colifopnes fecales especialmente ). De tal modo el agua tratada cumple con las normas establecidas para ser usada en regadío sin necesidad de ningún aditivo químico, pero también se podría utilizar cloro u otro desinfectante líquido.

Antes de entrar el agua al Filtro Dinámico (F.D.) se debe filtrar el agua, especialmente los Residuos Industriales Líquidos (Riles), debido especialmente a que el exceso de sólidos puede colmatar el lecho del sistema, provocando inundaciones, lo que hacen que las lombrices en el Filtro Dinámico (F.D.) se ahoguen. Para filtrar el agua contaminada (agua cruda) se puede utilizar distintos sistema de filtrados, como por ejemplo: Filtro rotatorios, Filtros parabólicos, decantadores, etc. Y para filtrar en forma más fina se utilizará un sistema similar al Filtro Dinámico (F.D.), el cual no posee lombrices, lo que nos permite pasar más agua por metro cuadrado (4 m3 por metros cuadrado). Este sistema de filtrado lo llamaremos Prefiltro General (P.G) (Figura N° 5), el cual esta compuesto de las siguientes capas filtrantes: en la parte inferior una capa de bolones o piedras (11) de 2" a 4" el cual posee un espesor de 40 cms, posteriormente se agrega gravilla (12) de 0,5" el cual posee un espesor de 25 cms y posterior a esta capa se agrega viruta (13), con un espesor de 55 cms desde la capa de gravilla. El agua contaminada (9) sobre el Prefiltro General (P.G.) se puede distribuir (14) con cañerías perforadas, boquillas, regadores o simplemente se descarga sobre una parte de la superficie del Prefiltro General (P.G.), ya que ha medida que se va colmatando la viruta (13) en el lugar de descarga, sola el agua se comienza a expandirse a lugares no cohnatados, por lo tanto la descarga de agua sobre este Prefñtro General (P.G.) no posee una manera exclusiva, solamente es importante descargarla en forma suave sobre la superficie del Prefiltro General (P.G.), para que no haga hoyos. Este Prefiltro General (P.G.) esta confinado dentro de un estanque que posee las mismas características físicas que el Filtro Dinámico (F.D.), es decir se puede construir las paredes (15) del Prefiltro General (P.G.) en albañilería, en cualquiera de sus tipos (ladrillos, bloques , etc) y el radier (16) en hormigón armado con pendientes (17), que permiten evacuar por su parte inferior del Prefiltro General (P.G.) el agua contaminada que se dispuso en su parte superior.

Calidad del Efluente Producido.

En el Filtro Dinámico (F.D.) se logran reducir los siguientes parámetros contaminantes del agua servida: 95% de la DBO5, 93% de Sólidos Suspendidos Volátiles, 96% de los Sólidos Volátiles, 70% de Nitrógeno y 70% de Fósforo.

Al comparar con el cuadro N°l se puede apreciar que el efluente del Filtro Dinámico (F.D.) cumple con la Norma Chilena oficial 1333. OÍ78 modificada en 1987 y en el cuadro N°2 con la Norma Técnica de Descargas de Residuos Industriales Líquidos (RILES) a sistemas recolectores de aguas servidas.

Cuadro N°l Cuadro N°2 BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS En la la pagina N° . , se encuentra la Figura N° 1, 2 y 3. La Figura N° 1, representa el corte lateral, del Biofiltro Dinámico, con la especificación de las diferentes estratos. El cual se especifica con número en la Descripción Detallada de la Invención. Figura N°2, se encuentra el corte inferior de la canaleta central y los estratos inferiores del Biofiltro Dinámico. Y finalmente la Figura N° 3, el corte lateral del Biofiltro Dinámico, el cual se especifican los diferentes estratos, que se componen. Especificando con números y explicándolo en la Descripción Detallada de la Invención. En la pagina N° ., se encuentra la Figura N° 4, 5. La Figura N° 4, muestra una visión desde arriba, para mostrar el sistema hidráulico de regadío sobre el Biofiltro Dinámico. La Figura N° 5, muestra en dos fases, el proceso de Prefiltrado General , antes de llegar al Biofiltro Dinámico. En el muestran por números los diferentes estratos del Prefiltro, el cual se detalla en la Descripción Detallada de la Invención.

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficiente mi invención, considero como una novedad y por lo tanto reclamo como de mi exclusiva propiedad, lo contenido en la siguientes cláusulas: 1) Procedimiento para descontaminación de aguas servidas y residuos industriales líquidos orgánicos CARACTERIZADO porque complementa el uso de tres capas filtrantes, siendo la superior de humus y material celulósico (Aserrín, Viruta, Paja, Alfalfa, etc) con anélidos unicelulares, especialmente lombrices de la especie EISENIA FÉTIDA O SIMILARES que degradan la totalidad de los sólidos proveniente en el afluente y la inferior es un lecho de piedra que permite la formación de una flora bacteriana que apoya la degradación de la materia orgánica, obteniéndose un efluente con una absorbancia muy baja (transparente).
2. 2) Procedimiento para descontaminación de aguas servidas y residuos industriales líquidos orgánicos según la reivindicación N°l CARACTERIZADO porque ocupa una filtración previa fina la cual se realiza principalmente con un material celulósico (aserrín, viruta, paja, alfalfa, etc.).
3. 3) Procedimiento para descontaminación de aguas servidas y residuos industriales líquidos orgánicos según la reivindicación N° 1 CARACTERIZADO porque no produce lodos inestables como residuos.
4. 4) Procedimiento para descontaminación de aguas servidas y residuos industriales líquidos orgánicos según la reivindicación N° 1 CARACTERIZADO porque produce humus como sub-producto, el cual es un excelente nutriente natural para los terrenos (abono).
5. 5) Procedimiento para descontaminación de aguas servidas y residuos industriales líquidos orgánicos según la reivindicación N°l CARACTERIZADO porque el filtro contiene un sistema de riego uniforme que evita el stress de los anélido unicelulares, facilitando el desarrollo de la flora bacteriana generada.
6. 6) Procedimiento para descontaminación de aguas servidas y residuos industriales líquidos orgánicos según la reivindicación N°4 CARACTIZADO porque es un reciclaje natural, que no acumula el agua para aplicarle aireación, inyección de oxígeno, ni deja como residuos contaminantes como por ejemplo lodos.