WO2019103594A1 - Contactor biológico flotante para tratamiento de aguas residuales - Google Patents

Contactor biológico flotante para tratamiento de aguas residuales Download PDF

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WO2019103594A1
WO2019103594A1 PCT/MX2017/000140 MX2017000140W WO2019103594A1 WO 2019103594 A1 WO2019103594 A1 WO 2019103594A1 MX 2017000140 W MX2017000140 W MX 2017000140W WO 2019103594 A1 WO2019103594 A1 WO 2019103594A1
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WO
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floating
contactor
biological contactor
support
wastewater treatment
Prior art date
Application number
PCT/MX2017/000140
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English (en)
French (fr)
Inventor
Francisco Xavier VALDÉS SIMANCAS
Xavier VALDÉS DE LA GARZA
Original Assignee
Valdes Simancas Francisco Xavier
Valdes De La Garza Xavier
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Filing date
Publication date
Application filed by Valdes Simancas Francisco Xavier, Valdes De La Garza Xavier filed Critical Valdes Simancas Francisco Xavier
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D33/00—Filters with filtering elements which move during the filtering operation
    • B01D33/15—Filters with filtering elements which move during the filtering operation with rotary plane filtering surfaces
    • B01D33/21—Filters with filtering elements which move during the filtering operation with rotary plane filtering surfaces with hollow filtering discs transversely mounted on a hollow rotary shaft
    • B01D33/23—Construction of discs or component sectors thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/08—Aerobic processes using moving contact bodies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention falls in the field of wastewater treatment; in general it is related to the means and devices used in wastewater treatment plants and more specifically it is referred to a floating biological contactor (for its acronym in English "FBC” Floating Biological Contactor) for treatment and sanitation of wastewater used for the reduction of the organic pollutant load.
  • a floating biological contactor for its acronym in English "FBC” Floating Biological Contactor
  • Processes for the treatment of water such as the use of a biological contact rotor or rotating biological contactor (for its acronym in English “RBC” Rotating Biological Contactor) and submerged biological rotors or submerged biological contactor (by its acronym in English “SBC” Submerged Biological Contactor) consist of a technology of fixed film treatment, the structure of these conventional systems assemble rotating discs on a shaft partially submerged in tanks, in these discs are elements that serve as the place of residence of bacteria in order that they take care of do the treatment process.
  • a biological contact rotor or rotating biological contactor for its acronym in English "RBC” Rotating Biological Contactor
  • submerged biological rotors or submerged biological contactor by its acronym in English “SBC” Submerged Biological Contactor
  • Biological processes both aerobic and anaerobic, are widely used in the treatment of wastewater for sanitation; aerobic processes are usually carried out in the upper part of water treatment tanks, where aerators are required to oxygenate the water; for this, RBC's are used, which in the first stages performs the degradation of the remaining organic matter of water from some primary or secondary treatment unit and in the last stages allows the growth of bacterial species mirificantes ⁇ nitrobacter and nitrosomonas) that convert the ammoniacal nitrogen in nitrites and later in nitrates that will be transformed into nitrogen gas in the anoxic zone, in this way it is released into the environment.
  • the rotors consist of a plastic medium fastened by means of a steel structure to a central axis that rotates constantly, so that the disks are submerged approximately 40% and the average is in intermittent contact with water and atmospheric air . In this way, the optimum conditions are created so that microorganisms develop on the average, forming a biofilm that is capable of degrading the organic matter contained in the wastewater.
  • the existing rotors use as a means of fixing for the biofilm different elements such as PVC tubes, polyethylene sheets of high density or polypropylene that form a disc.
  • the assembly of conventional rotors is carried out by means of structural members such as "c" standard profile channels (CPS), which are armed in the place of the work and its design consists of a simple arm to accommodate each of the packages or sections of media, that is, for each end of the package requires an independent clamping arm; so the number of arms is equal to twice the number of packages to be placed.
  • the circular ring formed by the set of these arms is formed by structural members as "L" angles independent of the arms.
  • the conventional designs of the arms have shortcomings with respect to the scope of installation, mainly in terms of durability, since, being metallic elements, they oxidize quickly, abrading the welding lines, causing the breaking of the joints.
  • US Pat. No. 4,385,987 of Charles M. McGinley, et al. granted on May 31, 1983 discloses an apparatus for the treatment of wastewater that includes a rotating disk assembly partially immersed in a tank containing wastewater.
  • the disc assembly includes a plurality of light non-metallic discs, each disc comprising a plurality of similar disc sections. Adjacent disks of the disk assembly are coupled together and each disk has a surface configuration that cooperates with the adjacent adjacent disk surface configuration to define a plurality of concentric passages between the disks.
  • a plurality of elongated rigid rods secure the disc through joints to a pair of circular end support members and the circular intermediate support members.
  • the rotor includes a polygonal shaft 18 in which support discs 29 are fixed which include central shaft elements 30 which consist of a circular flat plate 31 having a plurality of slots 35 and a polygonal central hole 32 for fitting on the polygonal shaft 18.
  • Each of the support discs comprises a plurality of elongated bars 34 projecting from the slots 35 of the circular plate 31. The bars project radially and are secured at their outer end to a ring member 36 with welding.
  • the rotating disk assembly is partially submerged in a tank that contains wastewater, which implies significant deterioration of the structure due to corrosion due to the metallic components, so its useful life is short.
  • the structural configuration, the components and their assembly are completely different from those of the present invention, as well as the driving mechanisms and form of operation.
  • US Pat. No. 4,444,658 to Robert W. Hankes and Lloyd H. Parker of April 24, 1984 which discloses a biological contact rotor comprising a tank, an axle mounted to rotate in said tank, means for turning said axis and a plurality of frame assemblies.
  • the shaft has a plurality of rows of bayonet terminals. Each frame is adapted to secure a separate row of terminals, and is adapted to mount the contactor.
  • the shaft comprises fixing eyebrows of a plurality of annular elements adapted to fix a plurality of radial arms in the form of "L" that are joined together as by means of tension arms and said radial arms receive braces longitudinal that join packages to provide greater structural strength.
  • the "L" shaped radial arms do not have the same configuration, nor the same structure of the rotor nor armed of the structural arms compared with the present invention.
  • each support assembly is bolted at their inner end to a radial shoulder (43c, 44c) of the rotor shaft 25, and at their outer end in the respective ring 43a, 44a and are arranged in axial pairs along the axis 25 such that, for each pair of attached support assemblies, these pairs of arms 43b, 44b are in an axial plane with their channels facing each other.
  • Each package 40 includes an extensive number of support sheets for biomass 41, 42 (typically 50 or more) that are threaded to through the tubes 45, 46, 47.
  • Each sheet 41, 42 has a slit 49 in shape surrounding the hole where the respective tube 45-47 is located and has diagonal ribs / grooves 50 for hardening the plastic sheets and for separating the sheets. adjacent sheets.
  • Each tube 45 is dimensioned so that the opposite ends slide into channels of a respective coplanar pair of arms 43b, 44b and a network plate 51 is provided in each channel.
  • the ends of the two tubes 46, 47 enter the circumference of the rings 43a, 44a and can be fixed there with a support in the form of "IT 52.
  • the biological rotor for the treatment of biomass in a wastewater treatment plant has an unsuitable configuration for floating, rather it is an end-supported structure that is partially submerged in a tank containing wastewater, which implies significant deterioration of the structure due to corrosion, so its useful life is short.
  • the structural configuration, the components and their assembly are completely different from those of the present invention, as well as the driving mechanisms and form of operation.
  • the rotor is not configured to be able to float, and requires support or load elements at its ends.
  • the aforementioned systems do not have a configuration suitable for floating, rather, it is a structure that is submerged in a tank that contains waste water, which implies significant deterioration of the structure by corrosion, so its useful life is short.
  • the structural configuration, the components, materials and their assembly are completely different from those of the present invention, as well as the driving mechanisms and operation form.
  • the rotor is not configured to float, so it requires support or load elements at its ends.
  • the existing rotors have a structure that does not allow to house a large number of stockings and wastes a lot of space.
  • the installation of the rotor is slow and difficult, since it is carried out totally in the field or in case it is assembled and later it is transported to the work; the transfer limits the size of the rotor (diameter and length).
  • the arrow is the structural member designed to support all the load or weight of the entire system, such as the structural members, the polyethylene average, the biomass generated during the biological process and all other accessories such as fasteners and rivets, which requires a large investment in the construction of civil works due to large loads of reaction in the axle supports.
  • the main objective of the present invention is to make available a floating biological contactor for wastewater treatment that defines a floating system that uses the fixed film treatment process.
  • Another objective of the invention is to make available a floating biological contactor for the treatment of wastewater, which also considerably reduces the structural load between elements unlike conventional systems for water treatment and allows the economic reduction in the construction and maintenance of water. the same.
  • Another objective of the invention is to make available a floating biological contactor for the treatment of wastewater, which, in addition, being completely floating, avoid fatigue between the joining elements, avoid corrosion when using mostly composite polymers and some fasteners in stainless steels, extending the useful life thereof and allowing to eliminate maintenance costs in the long term.
  • Another objective of the invention is to make available a rotor that can be used in existing tanks whose only requirement would be to accommodate the dimensions of the rotor (s) but would not need special support points or strengthening in the civil work to be the entire rotor floating
  • Another objective of the invention is to make available a hydrodynamic floating biological contactor for the treatment of wastewater, which minimizes the "drag" in the fluid as it rotates, maintains a laminar flow in the water and therefore allows to reduce appreciably the energy required for turn this system, by moving a mass in a fluid medium by the effects of flotation.
  • Another objective of the invention is that, by means of the hydrodynamic design and its precision axial flow of a floating biological contactor for the treatment of wastewater, a flow is maintained traveling neatly along the different stages of the rotor without shaking or mixing with the rest of the water in the primary tank, so that for applications where BOD and SST reduction is mainly sought, it is not necessary to use a " trough" separation vessel between the main tank and the rotor, which can alternatively be used in applications where It requires a high removal of nutrients.
  • Another objective of the invention is to make available said floating hydrodynamic biological contactor for water treatment residual, that integrates a receptacle of treated water, where the water that has traveled along all the stages of the rotor is channeled to a container that is placed on the two collars at the center of the rotor that form the discharge structure and that It makes a quasi-hermetic seal with it so that the water already treated goes to later stages or to recirculation.
  • Another objective of the invention is to make available a floating biological contactor for the treatment of wastewater, which also allows the reduction of the operating costs of the floating biological contactor for wastewater treatment.
  • Another objective of the invention is to make available a floating biological contactor for the treatment of wastewater, which is also structurally simple, practical and functional.
  • the floating biological contactor for wastewater treatment consists of a floating cylindrical tubular shaft sealed at both ends by hermetically sealed covers and containing pressurized air inside, which has a hermetically sealed inspection entrance; and wherein said floating cylindrical tubular shaft externally comprises a plurality of annular supporting and fixing bodies disposed symmetrically along the longitudinal section of the floating tubular shaft and two end supporting and fixing annular bodies; adapted each pair of annular bodies to receive by means of fixing means a plurality of peripheral sections distributed peripherally, which together define an annular body of media between each pair of said annular bodies.
  • Such media sections consist of a plurality of polyethylene sheets for the biomass support, colinearly grouped and partially separated from each other, comprising ribs on both sides to provide firmness and separate the adjacent sheets; which are self-supported by fixation elements of rectangular section transversely crossing said plurality of sheets and which are fixed in said annular bodies.
  • Said floating cylindrical tubular shaft comprises a motor assembly capable of rotating said floating biological contactor, and which is arranged on a symmetrical support and alignment structure of said floating biological contactor, which consists of a fixed gearmotor in an upper traverse of the referred to structure, which rotates two longitudinal drive shafts supported in bearings in the upper area of said symmetrical structure of support and alignment, whose ends include toothed motor pulleys where elastomeric bands with toothed faces are placed, which embrace the support and annular bodies fixing ends arranged on the ends of the tubular shaft that in its periphery they comprise toothed tracks where these elastomeric bands fit.
  • said drive assembly comprises tensioning elements that tension the elastomeric bands as a function of the buoyancy of the floating biological contactor when the submergence level of the contactor varies according to its load; said tensioning elements consist of fixed pulleys at the ends of rods of fixed pneumatic cylinders in the upper zone of the support structure.
  • said floating biological contactor In the modality in which said floating biological contactor will have the same fixed position, it comprises a semicircular container fixed to the symmetrical structure of support and alignment to house the contactor with variable water level with a variable height spout that allows to control the tension Water.
  • Said floating biological contactor for wastewater treatment also integrates a fixed high volume air blower in the symmetrical structure of support and alignment close to the longitudinal middle section of the contactor that blows a high volume of air at low pressure to conduct it towards a diffuser longitudinal of new air arranged on the sides of said biological contactor, which channels the air through all of the media packages that are above the water level.
  • a longitudinal collector of saturated air which is helped by a high volume air extractor that removes the air exhausted of oxygen.
  • said floating biological contactor comprises a treated water receptacle arranged at the center of the longitudinal section thereof, with annular fixing means, which is used when water is injected at both ends of the contactor and when this is of larger dimensions.
  • said plurality of support sheets for biomass are thermoformed of high density polyethylene (HDPE, for its acronym in English) of different patterns that define a contact area factor of (m 2 ) in a volume of space (m 3 ).
  • said floating cylindrical tubular shaft is made of glass fiber reinforced polyester (GRP) or some other composite with properties equal to or better than the GRP of rigidity preferably equal to or greater than 10,000 N / m 2 .
  • GRP glass fiber reinforced polyester
  • Said caps that hermetically seal the ends of said cylindrical tubular shaft are also made of reinforced composite with internal radial flutes.
  • the components manufactured on the basis of composite give the characteristic of a total protection against corrosion in comparison against carbon steels.
  • the floating biological contactor is applicable to municipal or industrial residual liquids, it is one of the systems of biological biological treatment of fixed biofilm, where the microorganisms adhere to the media discs of inert plastic material, which act as support, forming a biofilm, which is the fundamental component in these processes.
  • the microorganisms of the biofilm adhered to the support mainly take the oxygen from the atmosphere, for their breathing and feed on organic matter contained in the residual liquid, thus reducing the organic load contained in the wastewater.
  • annular supporting and fixing bodies disposed symmetrically along the longitudinal section of the floating cylindrical tubular shaft, they are formed by arc sections that are fixed and assembled with each other and against the surface of the floating cylindrical tubular shaft through the use of fixing means or some mechanism such as eyebrows, hooking systems or any other means that allows to fix the adjacent ends of said sections in arc and the internal edges against the external surface of said floating cylindrical tubular axis for defining the annular support and fixation bodies of the plurality of media sections.
  • fixed film also known as biofilm
  • biofilm refers to the biomass is fixed to polyethylene sheets by the natural adhesion process where the microorganisms adhere to the surface due to Van der Waals forces, electrostatic attractions and / or the generation of biopolymers during cell development.
  • the rotor rotates continuously in a predetermined direction at speeds that can range from 1 to 2.5 RPM, depending on the diameter and flow of the rotor, so that the bacteria when submerged comes in contact with the organic load and when it comes to the air it breathes to complete your cycle.
  • the biomass film being a living being that proliferates or is scarce depending on the amount of food it has, the weight of it can vary up to an order of magnitude to be completely clean at 100 % loaded.
  • a growth of disordered bacteria can easily unbalance the weight that occurs along the rotor and cause problems in the motor system.
  • the floating biological contactor has unique characteristics since it uses the physical principle of Archimedes of thrust and buoyancy: a submerged body receives a vertical and upward thrust equal to the weight of the volume of liquid displaced.
  • the level of flotation occurs when the balance between the weight of the complete rotor and its biomass is found and the volume displaced from water in the part that is submerged. Derived that the amount of biomass varies significantly from a clean rotor (without biomass) to one that is fully populated and at 100% capacity, the level of submergence for equilibrium also varies in the same proportion.
  • the first is typically used in systems where there is a single large reactor in which several rotors are housed to give the system capacity.
  • the water level is kept fixed for the entire tank and the level of submersion of each rotor is the one that varies according to the load that each of them has, for this purpose a pneumatic cylinder of a considerable stroke maintains a minimum tension in the driving band that adjusts as the rotor submerges or floats.
  • a fixed water level, a variable rotor level In this mode we call it a fixed water level, a variable rotor level.
  • the second mode is the one most frequently used in single-rotor installations or in new installations. In this case, it is easier to leave the rotor in the same position and using a variable height spout, to control the stay that is kept of water and give more or less submersion to it according to the tension that is present in the drive belt, At higher load, the water spout is raised so that the rotor is more submerged.
  • This mode is called variable water level, fixed rotor level.
  • the principle of operation of the floating biological contactor is similar to that of the ships since the system makes use of the available buoyancy force as the general support of the assembly, requiring less force to overcome the friction forces that occur in the water. to rotate the rotor.
  • Figure 1 illustrates a conventional perspective view of the floating biological contactor (without the media sections) for wastewater treatment, in accordance with the present invention.
  • Figure 2 illustrates a side view of the floating biological contactor (without the media sections and the means for securing it) for wastewater treatment, in accordance with the present invention.
  • Figure 3 illustrates a front view of the floating biological contactor illustrating an annular body for supporting and fixing the media sections and the treated water receptacle
  • Figure 4 illustrates a conventional perspective view of the floating biological contactor for wastewater treatment; but with the incorporation of the media sections, in accordance with the present invention.
  • Figure 5 illustrates a conventional perspective of a media section that is incorporated in the floating biological contactor, in accordance with the present invention.
  • Figure 6A shows a conventional perspective of the complete assembly of the floating biological contactor for the treatment of waste water in its variable rotor level mode, with its motor support and ventilation systems in accordance with the present invention.
  • Figure 6B shows a conventional perspective of the floating biological contactor for the treatment of wastewater in its variable water level mode where all the basic elements of the system appear in addition to the variable height spout.
  • Figures 7A and 7B illustrate two front views of the floating biological contactor in its variable rotor level mode, wherein Figure 7A shows a rotor with 0% load, low weight and maximum float, and in Figure 7B the same rotor, but with the maximum biomass film, at 100% of its capacity and consequently with greater weight and submergence; in both figures the motor and ventilation support system is illustrated, where the reduction motor and the drive pulley appear, which causes the rotation of the rotor shaft through the elastomeric toothed belt and the Tensioner cylinder fully extended in the condition of greater buoyancy (7A) and retracted to the maximum in the highest submergence (7B).
  • Figure 8 illustrates a front view of the floating biological contactor for the treatment of wastewater in its variable water level mode where all the basic elements of the system appear.
  • Figures 9A and 9B illustrate views in conventional perspective and its details "A" and "B" of the annular body of fixation support in its two modalities, the flat type A with blades that protrude and force the entrance of water to each of the subsequent sections and the type B spiral type collar that incorporates the inclination in the development of the same that achieves the same effect of type A with greater hydrodynamic efficiency, but with greater manufacturing complexity.
  • the floating biological contactor (1) for wastewater treatment consists of a floating cylindrical tubular shaft (2) sealed at both ends by hermetic sealing caps (3) and containing pressurized air inside , which has an inspection entrance (4) hermetically sealed; and wherein said floating cylindrical tubular shaft (2) externally comprises a plurality of annular supporting and fixing bodies (5) arranged symmetrically along the longitudinal section of the floating cylindrical tubular shaft (2) and two supporting annular bodies and extreme fixation (6); adapted each pair of attached support and fixing rings (5) to receive by means of fixing means (7) a plurality of peripheral sections (8) distributed peripherally, which together define an annular body of media (9) between each pair of said support and fixing annular bodies (5).
  • Such media sections (8) consist of a plurality of polyethylene sheets (10) for the biomass support, colinearly grouped and partially separated from one another, comprising ribs (11) on both faces to provide firmness and separate the adjacent sheets; which are unsupported by fixation elements (7) of rectangular section transversely crossing said plurality of polyethylene sheets (10) and which are fixed in said annular supporting and fixing bodies (5).
  • said floating cylindrical tubular shaft (2) comprises a motor assembly capable of rotating said floating biological contactor (1), and which is arranged on a symmetrical structure of support and alignment (12) of said floating biological contactor, which consists of a gearmotor (13) fixed in an upper crossbar (14), which rotates two longitudinal motor arrows (15) in whose ends comprise toothed motor pulleys (16) where elastomeric bands are placed (17) ) with serrated faces, which embrace the annular support and end fixing bodies (6) arranged on the ends of the floating cylindrical tubular shaft (2) which on their periphery comprise toothed tracks where these elastomeric bands (17) fit.
  • a motor assembly capable of rotating said floating biological contactor (1), and which is arranged on a symmetrical structure of support and alignment (12) of said floating biological contactor, which consists of a gearmotor (13) fixed in an upper crossbar (14), which rotates two longitudinal motor arrows (15) in whose ends comprise toothed motor pulleys (16) where elastomeric bands are placed
  • said motor assembly comprises tension elements that tension the elastomeric bands (17) depending on the buoyancy of the floating biological contactor (1) when the level of submergence thereof varies according to its load; said tensioning elements consist of pneumatic cylinders (18) comprising pulleys (19) fixed on the ends of their rods (20) and supported on the upper area of the symmetrical structure of support and alignment (12).
  • Said floating biological contactor (1) for wastewater treatment also integrates an air blower (21) of high fixed volume into the symmetrical structure of support and alignment (12) close to the longitudinal middle section of the floating biological contactor (1) that blows a high volume of air at low pressure to drive it towards a longitudinal diffuser of new air (22) disposed on the sides of said floating biological contactor (1), which channels the air through all of the sections of media (8) that are above the level of the water.
  • an air blower (21) of high fixed volume into the symmetrical structure of support and alignment (12) close to the longitudinal middle section of the floating biological contactor (1) that blows a high volume of air at low pressure to drive it towards a longitudinal diffuser of new air (22) disposed on the sides of said floating biological contactor (1), which channels the air through all of the sections of media (8) that are above the level of the water.
  • a longitudinal collector of saturated air (23) which is aided by a high volume air extractor (24) that draws out the oxygen depleted air.
  • Said floating biological contactor (1) comprises a treated water receptacle (25) disposed at the center of the longitudinal section thereof, which is used when water is injected at both ends of the contactor and when this is larger.
  • said floating biological contactor (1) when it has the same fixed position, it comprises a semicircular container (26) fixed to the symmetrical supporting and alignment structure (12) to house the contactor with variable water level with a spout of variable height (27) that allows controlling the water tightness.

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Abstract

La presente invención está referida a un contactor biológico flotante del tipo que se dispone en la parte superior de un tanque empleado para el tratamiento de aguas residuales, caracterizado porque consta de un eje tubular cilíndrico flotante sellado en ambos extremos mediante tapas de sellado hermético y conteniendo aire presurizado en su interior, en donde dichas tapas de sellado hermético tienen en su interior refuerzos con nervaduras radiales; dicho eje tubular cilíndrico flotante comprende un ensamble motriz ajustable capaz de hacer girar a dicho contactor a través del movimiento de un motor reductor y una banda dentada elastomérica. Externamente comprende una pluralidad de cuerpos anulares de soporte y fijación dispuestos equidistante entre sí a lo largo de la sección longitudinal adaptados cada par adjunto de cuerpos anulares de soporte y fijación para recibir fijamente mediante el empleo de medios de fijación una pluralidad de secciones de media distribuidas periféricamente.

Description

CONTACTOR BIOLÓGICO FLOTANTE PARA TRATAMIENTO DE
AGUAS RESIDUALES
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención cae en el campo del tratamiento de aguas residuales; en lo general se relaciona con los medios y dispositivos usados en plantas de tratamiento de agua residual y más específicamente está referida a un contactor biológico flotante (por sus siglas en ingles "FBC" Floating Biological Contactor) para tratamiento y saneamiento de aguas residuales empleado para la disminución de la carga orgánica contaminante.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los procesos para el tratamiento de agua, como por ejemplo mediante el empleo de un rotor biológico de contacto o contactor biológico rotatorio (por sus siglas en inglés "RBC" Rotating Biological Contactor) y rotores biológicos sumergidos ó contactor biológico sumergido (por sus siglas en inglés "SBC" Submerged Biological Contactor) consisten en una tecnología de tratamiento mediante película fija, la estructura de estos sistemas convencionales ensamblan discos giratorios sobre un eje parcialmente sumergido en tanques, en dichos discos se encuentran elementos que fungen como lugar de residencia de las bacterias con la finalidad de que las mismas se encarguen de hacer el proceso de tratamiento.
Los procesos biológicos tanto aerobios como anaerobios son ampliamente utilizados en el tratamiento de aguas residuales para su saneamiento; los procesos aerobios se realizan por lo general en la parte superior de tanques de tratamiento de aguas, en donde se requiere de aireadores que permitan oxigenar el agua; para ello se emplean RBC's que en las primeras etapas realiza la degradación de la materia orgánica remanente del agua proveniente de alguna unidad de tratamiento primaria o secundaria y en las últimas etapas permite el crecimiento especies bacterianas mirificantes {nitrobacter y nitrosomonas) que convierten el nitrógeno amoniacal en nitritos y posteriormente en nitratos que se transformarán en nitrógeno gas en la zona anóxica, de esta forma es liberado al ambiente. Los rotores consisten en un medio de plástico sujetado por medio de una estructura de acero a un eje central que gira constantemente, de manera que los discos queden sumergidos aproximadamente un 40 % y la media queda en contacto intermitente con el agua y con el aire atmosférico. De esta manera se crean las condiciones óptimas para que se desarrollen microorganismos sobre la media formando una biopelicula que es capaz de degradar la materia orgánica contenida en el agua residual. Los rotores existentes utilizan como medio de fijación para la biopelicula diferentes elementos como tubos de PVC, hojas de polietileno de alta densidad o polipropileno que forman un disco.
El armado de los rotores convencionales se lleva a cabo mediante miembros estructurales como canales perfil estándar "c" (CPS), los cuales son armados en el lugar de la obra y su diseño consiste en un brazo simple para alojar cada uno de los paquetes o secciones de media, es decir, por cada extremo del paquete se requiere de un brazo de sujeción independiente; por lo que el número de brazos es igual al doble del número de paquetes a colocar. El aro circular formado por el conjunto de estos brazos es formado mediante miembros estructurales como ángulos "L" independientes de los brazos. Además, los diseños convencionales de los brazos tienen carencias respecto al alcance de instalación, principalmente en cuestión de durabilidad, ya que, al ser elementos metálicos, estos se oxidan rápidamente, desgastando las lineas de soldadura, provocando el rompimiento de las uniones.
En el estado de la técnica se encontró la patente US4.385.987 de Charles M. McGinley, et al. otorgada el 31 de mayo de 1983, la cual divulga un aparato para el tratamiento de agua residual que incluye un ensamble de disco giratorio parcialmente sumergido en un tanque que contiene agua residual. El ensamble del disco incluye una pluralidad de discos no metálicos ligeros, cada disco comprende una pluralidad de secciones de disco similares. Discos adyacentes del ensamble de disco se acoplan entre si y cada disco tiene una configuración de superficie que coopera con la configuración de superficie disco adyacente próximo para definir una pluralidad de pasajes concéntricos entre los discos. Una pluralidad de barras rígidas alargadas asegura el disco a través de juntas a un par de miembros de soporte de extremo circular y a los miembros de soporte intermedios circulares.
El rotor incluye un eje poligonal 18 en el que se fijan discos de soporte 29 que incluyen elementos centrales de eje 30 que constan de una placa plana circular 31 que tiene una pluralidad de ranuras 35 y un orificio central poligonal 32 para embonar sobre el eje poligonal 18. Cada uno de los discos de soporte comprende una pluralidad de barras alargadas 34 que se proyectan desde las ranuras 35 de la placa circular 31. Las barras se proyectan radialmente y se aseguran en su extremo externo a un miembro de anillo 36 con soldadura.
Sin embargo, el ensamble de disco giratorio se encuentra parcialmente sumergido en un tanque que contiene agua residual, lo que implica deterioro significativo de la estructura por corrosión debido a los componentes metálicos, por lo que su vida útil es corta. Además, la configuración estructural, los componentes y su ensamble es completamente diferente a los de la presente invención, asi como los mecanismos de impulsión y forma de operación.
Se encontró también la patente US 4.444.658 de Robert W. Hankes y Lloyd H. Parker del 24 de abril de 1984 la cual divulga un rotor biológico de contacto que comprende un tanque, un eje montado para rotar en dicho tanque, medios para girar dicho eje y una pluralidad de ensambles de marcos. El eje tiene una pluralidad de filas de terminales de bayoneta. Cada marco está adaptado para asegurar a una fila separada de terminales, y está adaptada para montar el contactor. De acuerdo con la figura 3, el eje comprende cejas de fijación de una pluralidad de elementos anulares adaptados para fijar una pluralidad de brazos radiales en forma de "L" que se unen entre sí como por medio de brazos tensores y dichos brazos radiales reciben tirantes longitudinales que unen paquetes para brindar mayor resistencia estructural.
Sin embargo, ios brazos radiales en forma de "L" no tienen la misma configuración, ni la misma estructura del rotor ni armado de los brazos estructurales comparada con la presente invención.
Se encontró la patente US 4.692.241 de John L. Nicholson otorgada el 08 de septiembre de 1987 la cual divulga un rotor biológico para el tratamiento de biomasa en una planta de tratamiento de agua residual, dicho rotor comprende paquetes 40 que comprende hojas de soporte para biomasa 41, 42, el paquete 40 está soportado entre ensambles de soporte 43, 44 cada uno de los cuales comprende un anillo circular 43a, 44a y un número de brazos en forma de canal 43b, 44b. Los brazos de cada ensamble de soporte están atornillados en su extremo interno a una ceja radial (43c, 44c) del eje 25 del rotor, y en su extremo externo en el anillo respectivo 43a, 44a y se disponen en pares axiales a lo largo del eje 25 tal que, para cada par adjunto de ensambles de soporte, estos pares de brazos 43b, 44b que se encuentran en un plano axial con sus canales confrontados.
Cada paquete 40 incluyen un numero extenso de hojas de soporte para biomasa 41, 42 (típicamente 50 o más) que son roscadas a través de los tubos 45, 46, 47. Cada hoja 41, 42 tiene una hendidura 49 en forma rodeando el orificio donde el tubo respectivo 45-47 se localiza y tiene nervaduras/ranuras 50 diagonales para endurecer las hojas de plástico y para separar las hojas adyacentes.
Cada tubo 45 esta dimensionado para que los extremos opuestos se deslicen dentro de canales de un par coplanar respectivo de brazos 43b, 44b y una placa red 51 se provee en cada canal.
Los extremos de los dos tubos 46, 47 entran en la circunferencia de los anillos 43a, 44a y pueden fijarse ahí con un soporte en forma de "IT 52.
Sin embargo, el rotor biológico para el tratamiento de biomasa en una planta de tratamiento de agua residual, tiene una configuración no apta para flotar, más bien es una estructura que soportada en los extremos que se sumerge parcialmente en un tanque que contiene agua residual, lo que implica deterioro significativo de la estructura por corrosión, por lo que su vida útil es corta. Además, la configuración estructural, los componentes y su ensamble es completamente diferente a los de la presente invención, así como los mecanismos de impulsión y forma de operación. El rotor no está configurado para poder flotar, y requiere de elementos de soporte o carga en sus extremos.
Ya el inventor (Francisco Xavier Valdés Simancas) de la presente invención presentó la solicitud de patente MX/a/2012/013686 el 26 de noviembre de 2012 titulada: sistema de ensamble de rotor biológico de contacto para tratamiento de aguas residuales, en la que resuelve muchos de los inconvenientes, principalmente al ofrecer estructuras de rotores biológicos de contacto para el tratamiento de agua residuales con la finalidad de ofrecer mayor resistencia estructural más liviana y de fácil ensamblado.
Sin embargo, los sistemas mencionados anteriormente no tienen una configuración apta para flotar, más bien, es una estructura que se sumerge en un tanque que contiene agua residual, lo que implica deterioro significativo de la estructura por corrosión, por lo que su vida útil es corta. Además, la configuración estructural, los componentes, materiales y su ensamble son completamente diferentes a los de la presente invención, asi como los mecanismos de impulsión y forma de operación. El rotor no está configurado para poder flotar, por lo que requiere de elementos de soporte o carga en sus extremos.
Otros documentos relacionados son los documentos US4608162, EP0366477, MX/a/2008/005486, MX167652, MX9404071, MX185983, los cuales se citan solo como referencia de estructuras de rotores de construcciones similares, en donde se emplean brazos estructurales en forma de "L", en forma de "T" o en forma de "U"; pero ninguno de ellos se exhibe, muestra o sugiere un brazo estructural de soporte para armado de rotor de aireación en planta de tratamiento de agua residual como el de la presente invención.
Dichas estructuras se han diseñado utilizando generalmente acero al carbono, mediante tratamientos anticorrosivos superficiales se trata de innovar y encontrar la solución al deterioro que sufren los elementos que integran al sistema, reduciendo la corrosión entre los materiales que se instalan, pero es inevitable dar mayor tiempo de vida a sus equipos por el contacto que tienen con los ácidos y gases que desprenden las aguas negras.
Los rotores existentes presentan una estructura que no permite alojar gran número de medias y desperdicia mucho espacio. Además, la instalación del rotor es lenta y difícil, ya que se realiza totalmente en campo o en caso que se arme y posteriormente es transportado a la obra; el traslado limita el tamaño del rotor (diámetro y longitud). Dentro del rotor biológico de contacto (RBC), la flecha es el miembro estructural destinado a soportar toda la carga o peso de todo el sistema como lo son: los miembros estructurales, la media de polietileno, la biomasa generada durante el proceso biológico y todos los demás accesorios como tornilleria y remaches, lo que requiere de una gran inversión en la construcción de la obra civil debido a grandes cargas de reacción en los apoyos del eje.
Existen muchos inconvenientes en cuanto al empleo de RBC's y SBC's, ya que los costos de fabricación son elevados, requiere la construcción de obra civil, existen grandes afectaciones por oxidación de elementos estructurales de acero y los costos de operación por metro cubico de agua tratada son más elevados que los de la presente invención debido al consumo de energía eléctrica.
Ante la necesidad de contar con otras alternativas para el tratamiento de aguas residuales, fue que se desarrolló el contactor bilógico flotante que resuelve las deficiencias e inconvenientes que ofrecen otras tecnologías.
OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN El objetivo principal de la presente invención es hacer disponible un contactor biológico flotante para el tratamiento de aguas residuales que defina un sistema flotante que utilice el proceso de tratamiento mediante película fija. Otro objetivo de la invención es hacer disponible un contactor biológico flotante para el tratamiento de aguas residuales, que además reduzca considerablemente la carga estructural entre elementos a diferencia de los sistemas convencionales para el tratamiento de aguas y permita la reducción económica en la construcción y mantenimiento de la misma.
Otro objetivo de la invención es hacer disponible un contactor biológico flotante para el tratamiento de aguas residuales, que, además, al ser completamente flotante, evite la fatiga entre los elementos de unión, evite la corrosión al emplear mayormente polímeros compuestos y algunos elementos de sujeción en aceros inoxidables, alargando la vida útil del mismo y permitiendo eliminar costos de mantenimiento a largo plazo. Otro objetivo de la invención es hacer disponible un rotor que pueda ser utilizado en tanques existentes cuyo único requisito seria acomodar las dimensiones del(los) rotor(es) mas no necesitarían puntos de apoyo especiales o robustecimiento en la obra civil al estar todo el rotor flotando
Otro objetivo de la invención es hacer disponible un contactor biológico flotante hidrodinámico para el tratamiento de aguas residuales, que minimice el "arrastre" en el fluido conforme rota, mantenga un flujo laminar en el agua y por lo tanto permita reducir sensiblemente la energía requerida para girar este sistema, al mover una masa en un medio fluido por los efectos de flotación. Otro objetivo de la invención es que, mediante el diseño hidrodinámico y su flujo axial de precisión de un contactor biológico flotante para el tratamiento de aguas residuales, se mantenga un flujo viajando ordenadamente a lo largo de las diferentes etapas del rotor sin agitar ni mezclarse con el resto del agua del tanque primario, de manera que para aplicaciones donde se busca principalmente reducción de DBO y SST no sea necesario utilizar un recipiente de separación "trough" entre el tanque principal y el rotor, pudiendo éste utilizarse alternativamente en aplicaciones donde adicionalmente se requiere una alta remoción de nutrientes.
Otro objetivo de la invención es hacer disponible dicho contactor biológico flotante hidrodinámico para el tratamiento de aguas residuales, que integre un receptáculo de agua tratada, en donde el agua que ha viajado a lo largo de todas las etapas del rotor sea canalizada a un recipiente que se coloca sobre los dos collarines al centro del rotor que forman la estructura de descarga y que hace un sello cuasi hermético con el mismo de manera que el agua ya tratada salga a etapas posteriores o a recirculación.
Otro objetivo de la invención es hacer disponible un contactor biológico flotante para el tratamiento de aguas residuales, que además permita la reducción de los costos de operación del contactor biológico flotante para tratamiento de aguas residuales.
Otro objetivo de la invención es hacer disponible un contactor biológico flotante para el tratamiento de aguas residuales, que además sea estructuralmente simple, práctico y funcional.
Y todas aquellas cualidades y objetivos que se harán aparentes al realizar una descripción general y detallada de la presente invención apoyados en las modalidades ¡lustradas.
BREVE DESCRIPCIÓN DEL INVENTO
De manera general, el contactor biológico flotante para tratamiento de aguas residuales consta de un eje tubular cilindrico flotante sellado en ambos extremos mediante tapas de sellado hermético y conteniendo aire presurizado en su interior, las cuales cuenta con una entrada de inspección sellada herméticamente; y en donde dicho eje tubular cilindrico flotante comprende externamente una pluralidad de cuerpos anulares de soporte y fijación dispuestos de manera simétrica a lo largo de la sección longitudinal del eje tubular flotante y dos cuerpos anulares de soporte y fijación extremos; adaptados cada par adjunto de cuerpos anulares para recibir mediante el empleo de medios de fijación una pluralidad de secciones de media distribuidas periféricamente, que en conjunto definen un cuerpo anular de media entre cada par de dichos cuerpos anulares. Tales secciones de media constan de una pluralidad de hojas de polietileno para el soporte biomasa, agrupadas colinealmente y parcialmente separadas entre sí, que comprenden nervaduras en ambas caras para proporcionar firmeza y separar las hojas adyacentes; las cuales están autosoportadas por elementos de fijación de sección rectangular que atraviesan transversalmente dicha pluralidad de hojas y que se fijan en dichos cuerpos anulares.
Dicho eje tubular cilindrico flotante comprende un ensamble motriz capaz de hacer girar a dicho contactor biológico flotante, y que se dispone sobre una estructura simétrica de soporte y alineación de dicho contactor biológico flotante, el cual consta de un motorreductor fijo en un travesarlo superior de la referida estructura, que hace girar dos flechas motrices longitudinales soportadas en chumaceras en la zona superior de dicha estructura simétrica de soporte y alineación, en cuyos extremos comprenden poleas motrices dentadas donde se colocan bandas elastoméricas con caras dentadas, que abrazan los cuerpos anulares de soporte y fijación extremos dispuestos en los extremos del eje tubular que en su periferia comprenden pistas dentadas donde embona dichas bandas elastoméricas.
Alternativamente en una modalidad de la invención, dicho ensamble motriz comprende elementos tensores que tensan las bandas elastoméricas en función de la flotabilidad del contactor biológico flotante cuando varía el nivel de sumergencia del contactor de acuerdo con su carga; dichos elementos tensores consisten en poleas fijas en los extremos de vástagos de cilindros neumáticos fijos en la zona superior de la estructura de soporte.
En la modalidad en la que dicho contactor biológico flotante tendrá una misma posición fija, comprende un contenedor semicircular fijo a la estructura simétrica de soporte y alineación para alojar el contactor con nivel de agua variable con un vertedor de altura variable que permite controlar el tirante de agua.
Dicho contactor biológico flotante para tratamiento de aguas residuales además integra un soplador de aire de alto volumen fijo en la estructura simétrica de soporte y alineación próximo a la sección media longitudinal del contactor que sopla un alto volumen de aire a baja presión para conducirlo hacia un difusor longitudinal de aire nuevo dispuesto a los costados de dicho contactor biológico, el cual canaliza el aire a través de la totalidad de los paquetes de media que se encuentran arriba del nivel del agua. De la misma forma en el lado opuestos del contactor se encuentra un colector longitudinal de aire saturado el cual es ayudado por un extractor de aire de alto volumen que saca el aire agotado de oxigeno.
En otra de las modalidades de la invención dicho contactor biológico flotante comprende un receptáculo de agua tratada dispuesto al centro de la sección longitudinal del mismo, con medios de fijación anulares, que se emplea cuando se inyecta agua por ambos extremos del contactor y cuando éste es de mayores dimensiones. En la modalidad preferida de la invención dicha pluralidad de hojas de soporte para biomasa son termoformadas de polietileno de alta densidad (HDPE, por sus siglas en inglés) de diferentes patrones de forma que definen un factor de área de contacto de (m2) en un volumen de espacio (m3).
En la modalidad preferida de la invención, dicho eje tubular cilindrico flotante está fabricado de poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) o algún otro composite de propiedades iguales o mejores que el PRFV de rigidez preferentemente igual o superior a 10,000 N/m2 de un diámetro preferido de 1 a 2.5 m y típicamente de 3 a 12 m de longitud.
Dichas tapas que sellan herméticamente los extremos de dicho eje tubular cilindrico están hechas también de composite reforzadas con acostillamientos radiales internos.
Los componentes fabricados en base a composite le dan la característica de una total protección a la corrosión en comparación contra los aceros al carbón.
El contactor biológico flotante es aplicable a líquidos residuales municipales o industriales, es uno de los sistemas de tratamiento biológico aeróbico de biopelicula fija, donde los microorganismos se adhieren a los discos de media de material plástico inerte, que actúan como soporte, formando una biopelicula, que es el componente fundamental en dichos procesos. Los microorganismos de la biopelicula adheridos al soporte, toman principalmente el oxigeno de la atmosfera, para su respiración y se alimentan de materia orgánica contenida en el liquido residual, de esta manera reduce la carga orgánica contenida en el agua residual.
En el desarrollo de la invención, existe una pluralidad de cuerpos anulares de soporte y fijación dispuestos simétricamente a lo largo de la sección longitudinal del eje tubular cilindrico flotante, están conformados por secciones en arco que se fijan y ensamblan entre sí y contra la superficie del eje tubular cilindrico flotante mediante el uso de medios de fijación o algún mecanismo como cejas, sistemas de enganche o cualquier otro medios que permita fijar los extremos adyacentes de dichas secciones en arco y los bordes internos contra la superficie externa de dicho eje tubular cilindrico flotante para definir los cuerpos anulares de soporte y fijación de la pluralidad de secciones de media.
El término de película fija (también conocido como biopelicula) se refiere a que la biomasa es fijada a las hojas de polietileno mediante el proceso natural de adhesión donde los microorganismos se adhieren a la superficie debido a las fuerzas de Van der Waals, atracciones electrostáticas y/o la generación de biopolímeros durante el desarrollo celular. El rotor gira continuamente en un sentido predeterminado en velocidades que pueden oscilar de 1 a 2.5 RPM, dependiendo del diámetro y flujo del mismo, de manera que la bacteria cuando está sumergida entra en contacto con la carga orgánica y cuando sale al aire respira para completar su ciclo.
En contactores pequeños, el agua se inyecta por un lado del rotor de manera que viaja a lo largo del mismo pasando ordenadamente a través de los cuerpos anulares y la media de polietileno para descargar por el extremo opuesto. En rotores grandes el agua se inyecta por ambos extremos y descarga en el receptáculo de agua tratada que se encuentra al centro del mismo. Hay dos razones por las que esto se hace. La primera es porque en seis metros de largo (que corresponde a una mitad de un rotor grande) se puede lograr las etapas de digestión de carga orgánica y la biodiversidad de colonias de bacteria para degradar tanto la Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO por sus siglas) como los nutrientes, en especial el Nitrógeno, que se encuentran en el agua residual municipal típica. La segunda razón es por motivo de que la película de biomasa al ser un ser vivo que prolifera o escasea dependiendo de la cantidad de alimento con la que cuenta, el peso del mismo puede variar hasta por una orden de magnitud de estar completamente limpio a 100% cargado. Un crecimiento de bacteria desordenado fácilmente puede desbalancear el peso que se da a lo largo del rotor y ocasionar problemas en el sistema motriz. Al tener alimentación por ambos extremos se puede monitorear el peso y sumergencia en cada extremo y de acuerdo a eso reducir o aumentar el flujo de manera que los espesores de biomasa se engrosen o adelgacen según se requiera y consecuentemente el peso y sumergencia de los mismos se mantenga balanceado.
El diseño hidrodinámico en espiral que tienen tanto los cuerpos anulares como los paquetes de media, mantienen un flujo laminar del agua en el tanque, que esté avanza ordenadamente a lo largo del rotor con cada vuelta del mismo. El hecho de que el agua vaya siendo expuesta ordenada y secuencialmente a diferentes colonias de bacteria es una condición deseada puesto que las mismas van agotando la carga orgánica y nutrientes de la misma regresándola a su condición de origen; sin embargo este mismo principio no es el recomendado para el aire, que en la parte no sumergida entra con oxigeno y al interactuar con las bacterias estas lo convierten en dióxido de carbono el cual no es útil para que las bacterias que se encuentran mas adelante respiren. Por tal razón, y en el entendido que el aire es un gas 780 veces menos denso que el agua y por lo tanto de menor consumo energético en su manipulación es que se opta por una ventilación inducida para la biomasa.
El contactor biológico flotante cuenta con características únicas ya que utiliza el principio físico de Arquímedes de empuje y flotabilidad: un cuerpo sumergido recibe un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de líquido desplazado. El nivel de flotación se da cuando se encuentra el equilibrio entre el peso del rotor completo y su biomasa y el volumen desplazado de agua en la parte que se encuentra sumergida. Derivado que la cantidad de biomasa varia importantemente de un rotor limpio (sin biomasa) a uno que se encuentra completamente poblado y al 100% de su capacidad, el nivel de sumergencia para el equilibrio también varía en la misma proporción.
Existen dos modalidades para llegar a ese equilibrio.
La primera es la típicamente usada en sistemas donde se cuenta con un solo reactor grande en el que se alojan varios rotores para dar la capacidad del sistema. En este caso el nivel del agua se conserva fijo para todo el tanque y el nivel de sumergencia de cada rotor es el que varía de acuerdo a la carga que tiene cada uno de ellos, para este propósito un cilindro neumático de una carrera considerable mantiene una tensión mínima en la banda motriz que se ajusta conforme el rotor se sumerge o flota A esta modalidad la denominamos nivel de agua fijo, nivel de rotor variable.
La segunda modalidad es la que se utiliza más frecuentemente en instalaciones de un solo rotor o en instalaciones nuevas. En este caso es más sencillo dejar el rotor en una misma posición y mediante un vertedor de altura variable, controlar el tirante que se mantiene de agua y darle mayor o menor sumergencia al mismo de acuerdo a la tensión que se presente en la banda motriz, a mayor carga, se sube el vertedor de agua para que el rotor quede mas sumergido. A esta modalidad se denomina nivel de agua variable, nivel de rotor fijo. Básicamente el principio de funcionamiento del contactor biológico flotante es similar al de los barcos ya que el sistema hace uso de la fuerza disponible de flotabilidad como el soporte general del ensamble siendo requerida una menor fuerza para vencer las fuerzas de fricción que se presentan en el agua para girar el rotor.
Para comprender mejor las características de la invención se acompaña a la presente descripción, como parte integrante de la misma, los dibujos con carácter ilustrativo más no limitativo, que se describen a continuación.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1 ilustra una vista en perspectiva convencional del contactor biológico flotante (sin las secciones de media) para el tratamiento de aguas residuales, de conformidad con la presente invención.
La figura 2 ilustra una vista lateral del contactor biológico flotante (sin las secciones de media ni los medios de sujeción de la misma) para el tratamiento de aguas residuales, de conformidad con la presente invención.
La figura 3 ilustra una vista frontal del contactor biológico flotante ilustrando un cuerpo anular de soporte y fijación de las secciones de media y el receptáculo de agua tratada
La figura 4 ilustra una vista en perspectiva convencional del contactor biológico flotante para el tratamiento de aguas residuales; pero con la incorporación de las secciones de media, de conformidad con la presente invención.
La figura 5 ilustra una perspectiva convencional de una sección de media que se incorpora en el contactor biológico flotante, de conformidad con la presente invención.
La figura 6A muestra una perspectiva convencional del ensamble completo del contactor biológico flotante para el tratamiento de aguas residuales en su modalidad de nivel de rotor variable, con sus sistemas de soporte motriz y de ventilación de conformidad con la presente invención.
La figura 6B muestra una perspectiva convencional del contactor biológico flotante para el tratamiento de aguas residuales en su modalidad de nivel de agua variable donde aparecen todos los elementos básicos del sistema además del vertedor de altura variable. Las figuras 7A y 7B ilustran dos vistas frontales del contactor biológico flotante en su modalidad de nivel de rotor variable, en donde la figura 7A muestra un rotor con 0% de carga, poco peso y máxima flotación, y en la figura 7B se muestra el mismo rotor, pero con la máxima película de biomasa, al 100% de su capacidad y consecuentemente con mayor peso y sumergencia; en ambas figuras se ilustra el sistema de soporte motriz y de ventilación donde aparece el motor reductor y la polea motriz que provoca el giro del eje del rotor mediante la banda dentada elastomérica y el cilindro neumático tensor completamente extendido en la condición de mayor flotabilidad (7A) y retraído al máximo en la de mayor sumergencia (7B). La figura 8 ilustra una vista frontal del contactor biológico flotante para el tratamiento de aguas residuales en su modalidad de nivel de agua variable donde aparecen todos los elementos básicos del sistema. Las figuras 9A y 9B ilustran vistas en perspectiva convencional y sus detalles "A" y "B" del cuerpo anular de soporte de fijación en sus dos modalidades, el tipo A plano con alabes que protruyen y fuerzan la entrada de agua a cada una de las secciones subsecuentes y el collar tipo B tipo espiral que tiene incorporada la inclinación en el desarrollo del mismo que logra el mismo efecto del tipo A con mayor eficiencia hidrodinámica, pero con mayor complejidad de manufactura.
Para una mejor comprensión del invento, a continuación, se describirá detalladamente de alguna de las modalidades del mismo, mostrada en los dibujos que con fines ilustrativos mas no limitativos se anexan a la presente descripción.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL INVENTO
Los detalles característicos del contactor biológico flotante para tratamiento de aguas residuales, se muestran claramente en la siguiente descripción y en los dibujos ilustrativos que se anexan, sirviendo los mismos signos de referencia para señalar las mismas partes. Haciendo referencia a las figuras 1 a ΘΒ, el contactor biológico flotante (1) para tratamiento de aguas residuales consta de un eje tubular cilindrico flotante (2) sellado en ambos extremos mediante tapas de sellado hermético (3) y conteniendo aire presurizado en su interior, las cuales cuenta con una entrada de inspección (4) sellada herméticamente; y en donde dicho eje tubular cilindrico flotante (2) comprende externamente una pluralidad de cuerpos anulares de soporte y fijación (5) dispuestos de manera simétrica a lo largo de la sección longitudinal del eje tubular cilindrico flotante (2) y dos cuerpos anulares de soporte y fijación extremos (6); adaptados cada par adjunto de cuerpos anulares de soporte y fijación (5) para recibir mediante el empleo de medios de fijación (7) una pluralidad de secciones de media (8) distribuidas periféricamente, que en conjunto definen un cuerpo anular de media (9) entre cada par de dichos cuerpos anulares de soporte y fijación (5). Tales secciones de media (8) constan de una pluralidad de hojas de polietileno (10) para el soporte biomasa, agrupadas colinealmente y parcialmente separadas entre si, que comprenden nervaduras (11) en ambas caras para proporcionar firmeza y separar las hojas adyacentes; las cuales están autosoportadas por elementos de fijación (7) de sección rectangular que atraviesan transversalmente dicha pluralidad de hojas de polietileno (10) y que se fijan en dichos cuerpos anulares de soporte y fijación (5). Viendo las figuras 6A a la 8, dicho eje tubular cilindrico flotante (2) comprende un ensamble motriz capaz de hacer girar a dicho contactor biológico flotante (1), y que se dispone sobre una estructura simétrica de soporte y alineación (12) de dicho contactor biológico flotante, el cual consta de un motorreductor (13) fijo en un travesaño superior (14), que hace girar dos flechas motrices longitudinales (15) en- cuyos extremos comprenden poleas motrices dentadas (16) donde se colocan bandas elastoméricas (17) con caras dentadas, que abrazan los cuerpos anulares de soporte y fijación extremos (6) dispuestos en los extremos del eje tubular cilindrico flontante (2) que en su periferia comprenden pistas dentadas donde embona dichas bandas elastoméricas (17). Viendo la figura 6A, 7A y 8 dicho ensamble motriz comprende elementos tensores que tensan las bandas elastoméricas (17) en función de la flotabilidad del contactor biológico flotante (1) cuando varía el nivel de sumergencia del mismo de acuerdo con su carga; dichos elementos tensores consisten en cilindros neumáticos (18) que comprende poleas (19) fijas en los extremos de sus vástagos (20) y soportados en la zona superior de la estructura simétrica de soporte y alineación (12).
Dicho contactor biológico flotante (1) para tratamiento de aguas residuales además integra un soplador de aire (21) de alto volumen fijo en la estructura simétrica de soporte y alineación (12) próximo a la sección media longitudinal del contactor biológico flotante (1) que sopla un alto volumen de aire a baja presión para conducirlo hacia un difusor longitudinal de aire nuevo (22) dispuesto a los costados de dicho contactor biológico flotante (1), el cual canaliza el aire a través de la totalidad de las secciones de media (8) que se encuentran arriba del nivel del agua. De la misma forma en el lado opuestos del contactor biológico flotante (1) se encuentra un colector longitudinal de aire saturado (23) el cual es ayudado por un extractor de aire de alto volumen (24) que saca el aire agotado de oxigeno. Dicho contactor biológico flotante (1) comprende un receptáculo de agua tratada (25) dispuesto al centro de la sección longitudinal del mismo, que se emplea cuando se inyecta agua por ambos extremos del contactor y cuando éste es de mayores dimensiones. Con referencia a las figuras 6B y 8 dicho contactor biológico flotante (1) cuando tiene una misma posición fija, comprende un contenedor semicircular (26) fijo a la estructura simétrica de soporte y alineación (12) para alojar el contactor con nivel de agua variable con un vertedor de altura variable (27) que permite controlar el tirante de agua.
Con referencia a las figuras 9A y 9B los cuerpos anulares de soporte de fijación (5, 6) en sus dos modalidades, el tipo A (fig. 9A) plano con alabes (28) que protruyen y fuerzan la entrada de agua a cada una de las secciones subsecuentes y el collar tipo B (fig. 9B) tipo espiral (29) que tiene incorporada la inclinación en el desarrollo del mismo que logra el mismo efecto del tipo A con mayor eficiencia hidrodinámica, pero con mayor complejidad de manufactura.
Listado de partes que conforman el contactor biológico flotante: o Contactor biológico flotante (1)
o Eje tubular cilindrico flotante (2)
o Tapas de sellado hermético (3)
o Entrada de inspección (4)
o Cuerpos anulares de soporte y fijación (5)
o Cuerpos anulares de soporte y fijación extremos (6) o Elementos de fijación (7)
o Secciones de media (8)
o Cuerpo anular de media (9)
o Hojas de polietileno (10)
o Nervaduras (11)
o Estructura simétrica de soporte y alineación (12)
o Motorreductor (13)
o Travesarlo superior (14)
o Poleas motrices dentadas (16)
o Bandas elastoméricas (17)
o Cilindros neumáticos (18)
o poleas (19)
o Vástagos (20)
o Soplador de aire (21)
o Difusor longitudinal de aire nuevo (22)
o Colector longitudinal de aire saturado (23)
o Extractor de aire de alto volumen (24)
o receptáculo de agua tratada (25)
o Sistema de guía y soporte (26) Vertedor de altura variable (27)
Alabes (28)
Espiral (29) El invento ha sido descrito suficientemente como para que una persona con conocimientos medios en la materia pueda reproducir y obtener los resultados que mencionamos en la presente invención. Sin embargo, cualquier persona hábil en el campo de la técnica que compete el presente invento puede ser capaz de hacer modificaciones no descritas en la presente solicitud, sin embargo, si para la aplicación de estas modificaciones en una estructura determinada o en el proceso de manufactura del mismo, se requiere de la materia reclamada en las siguientes reivindicaciones, dichas estructuras deberán ser comprendidas dentro del alcance de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficientemente la invención, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes cláusulas reivindicatorías.
1.- Un contactor biológico flotante para tratamiento de aguas residuales del tipo que se dispone en la parte superior de un tanque primario de sedimentación en cuyo fondo se desarrollan bacterias para la degradación de materia orgánica y cuya agua asciende gradualmente hacia la superficie donde se dispone dicho contactor en el cual se desarrollan bacterias aerobias que se alimentan materia orgánica; caracterizado porque dicho contactor biológico flotante consta de un eje tubular cilindrico flotante sellado en ambos extremos mediante tapas de sellado hermético y conteniendo aire presurizado en su interior; dicho eje tubular cilindrico flotante comprende externamente una pluralidad de cuerpos anulares de soporte y fijación intermedios y dos externos dispuestos de manera simétrica a lo largo de su sección longitudinal y que están adaptados para recibir fijamente una pluralidad de secciones de media distribuidas periféricamente que en conjunto definen un cuerpo anular de media entre cada par de dichos cuerpos anulares de soporte y fijación, definiendo aperturas que permiten el flujo de agua entre las diferentes etapas de tratamiento que induce un flujo en sentido axial que para un dado nivel de sumergencia mediante la velocidad de rotación controla la cantidad de flujo a circu-lar por la media; comprendiendo además un ensamble motriz capaz de hacer girar a dicho contactor trio lóg ico flotante, y que se dispone sobre una estructura simétrica de soporte y alineación de dicho contactor biológico flotante; además integra un soplador de aire de alto volumen fijo en la estructura que sopla un alto volumen de aire a baja presión para conducirlo hacia un difusor longitudinal de aire nuevo dispuesto a los costados de dicho contactor biológico, el cual canaliza el aire a través de la totalidad de los paquetes de media que se encuentran arriba del nivel del agua; comprendiendo en el lado opuestos un colector longitudinal de aire saturado el cual es ayudado por un extractor de aire de alto volumen que saca el aire agotado de oxigeno.
2.- El contactor biológico flotante para tratamiento de aguas residuales de acuerdo con la reivindicación 1; caracterizado porque dicho ensamble motriz consta de motorreductor fijo en un travesaño superior de la estructura de soporte, que hace girar dos flechas motrices longitudinales soportadas en c la zona superior de dicha estructura simétrica de soporte y alineación, en cuyos extremos comprenden poleas motrices dentadas donde se colocan bandas elastoméricas con caras dentadas, que abrazan los cuerpos anulares de soporte y fijación extremos dispuestos en los extremos del eje tubular que en su periferia comprenden pistas dentadas donde embona dichas bandas elastoméricas.
3.- El contactor biológico flotante para tratamiento de aguas residuales de acuerdo con la reivindicación 2; caracterizado porque dicho ensamble motriz comprende elementos tensores que tensan las bandas elastoméricas en función de la flotabilidad del contactor biológico flotante cuando varía el nivel de sumergencia del contactor de acuerdo con su carga; dicho elementos tensores consisten en poleas fijas en los extremos de vástagos de cilindros neumáticos fijos en la zona superior de la estructura de soporte.
4. - El contactor biológico flotante para tratamiento de aguas residuales de acuerdo con la reivindicación 1; caracterizado porque además comprende un receptáculo de agua tratada dispuesto al centro de la sección longitudinal del mismo, con medios de fijación anulares.
5. - El contactor biológico flotante para tratamiento de aguas residuales de acuerdo con la reivindicación 1; caracterizado porque además comprende un contenedor semicircular fijo a la estructura simétrica de soporte y alineación para alojar ei contactor con nivel de agua variable con un vertedor de altura variable que permite controlar el tirante de agua.
6. - El contactor biológico flotante para tratamiento de aguas residuales de acuerdo con la reivindicación 1; caracterizado porque dicha pluralidad de hojas de soporte para biomasa son termoformadas de polietileno de alta densidad (HDPE, por sus siglas en inglés) de diferentes patrones de forma que definen un factor de área de contacto de (m2) en un volumen de espacio (m3).
7.- El contactor biológico flotante para tratamiento de aguas residuales de acuerdo con la reivindicación 1; caracterizado porque dicho eje tubular cilindrico flotante está fabricado de composite de rigidez preferentemente de 10,000 N/m2 de un diámetro preferido de 1 a 2.5 m y de 4 a 12 m de longitud.
8. - El contactor biológico flotante para tratamiento de aguas residuales de acuerdo con la reivindicación 1; caracterizado porque dichas tapas que sellan herméticamente los extremos de dicho eje tubular cilindrico están hechas de composite reforzadas con nervaduras interiores radiales.
9. - El contactor biológico flotante para tratamiento de aguas residuales de acuerdo con la reivindicación 1; caracterizado porque la pluralidad de cuerpos anulares de soporte y fijación dispuestos de manera simétrica lo largo de la sección longitudinal de dicho eje tubular cilindrico flotante, están conformados por secciones en semicirculares que se fijan y ensamblan entre si y contra la superficie del eje tubular cilindrico flotante mediante el uso de medios de fijación o algún mecanismo como cejas, sistemas de enganche o cualquier otro medios que permita fijar los extremos adyacentes de dichas secciones en arco y los bordes internos contra la superficie externa de dicho eje tubular cilindrico flotante para definir los cuerpos anulares de soporte y fijación de la pluralidad de secciones de media.
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