WO2020106133A1 - Reactor biológico secuencial para instalarse en tanques digestores y depositos de sanitarios que no se encuentren interconectados a una red de descarga - Google Patents

Reactor biológico secuencial para instalarse en tanques digestores y depositos de sanitarios que no se encuentren interconectados a una red de descarga

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WO2020106133A1
WO2020106133A1 PCT/MX2019/000129 MX2019000129W WO2020106133A1 WO 2020106133 A1 WO2020106133 A1 WO 2020106133A1 MX 2019000129 W MX2019000129 W MX 2019000129W WO 2020106133 A1 WO2020106133 A1 WO 2020106133A1
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tanks
water
biological reactor
chamber
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PCT/MX2019/000129
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Román VARGAS MEDINA
Jiri Skalicky
Original Assignee
Vargas Medina Roman
Jiri Skalicky
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/74Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with air
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02Aerobic processes
    • C02F3/12Activated sludge processes
    • C02F3/20Activated sludge processes using diffusers
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • This invention refers to the implementation of a sequential biological reactor for use by communities or small groups (from 1 to 40 people) that works with photovoltaic energy, which is installed in a common digester tank of various capacities and contributes to treating excreta. and onna, leaving the water damaged and susceptible to being incorporated into the terrain without pathogenic contaminants or odor.
  • the operating process is based on the system. It is a type of activated sludge process for wastewater treatment.
  • SBR reactors treat wastewater, such as wastewater or the production of anaerobic digesters or mechanical biological treatment facilities in batch. Oxygen is bubbled through the mixture of wastewater and activated sludge to reduce organic matter (measured as biochemical oxygen demand (BOD) and chemical oxygen demand (COD)).
  • BOD biochemical oxygen demand
  • COD chemical oxygen demand
  • the treated effluent may be suitable for discharge in surface water or possibly for discharge to the ground.
  • the degradation is carried out in a single deposit. This eliminates the process of channeling wastewater from one chamber to another and also the return of remaining sludge
  • the technology uses oxygen to purify the waste water. Therefore, the purification is carried out silently, supporting the injection of air to improve oxygen gain and in order to accelerate the degradation organically, it is added with enzymatic bactenas harmless to the human being with design and characteristics not harmful or destructive because it has no chemical elements
  • the residual water enters directly into the oxidation chamber without any pumping process.
  • the aeration causes an activation of the microorganisms that are responsible for purifying the residual water.
  • This system can be implemented as previously mentioned in areas with floating populations, such as settlements for infrastructure construction, rural communities, fishing fields, agricultural fields, among others.
  • the felano system for agricultural and social use is designed to combine in a small design, maneuverable and easy to install and remove, an integral device that contains an air inclusion system by means of a fine bubble diffuser, a submersible motor that drains clarified water out of the system and reintegrate it into the surrounding land and that, at the same time, does not require the contracted electrical energy for its operation.
  • the main body of the device consists of a 6 ' PVC pipe that can be of the reinforced hydraulic or sanitary type, inside which a pipe with a diameter of 1 ⁇ 4 "inch will be contained to inject air through a diffuser installed in the lower part end of said tube
  • a pipe with a diameter of 1 ⁇ 4 "inch will be contained to inject air through a diffuser installed in the lower part end of said tube
  • the same pnnapal body will contain another 4 "tube that works as a second compartment that contains a submersible pump, in this compartment settled water is received which is expelled from the device to the outside as water clarified.
  • the operation is controlled by an electronic board in which it is configured to operate both an are inclusive motor and a water extractor pump.
  • the electrical energy required by the panel to put the system into operation preferably must be self-supporting, for which it is installed on the roof or upper part where the service of a photovoltaic solar panel is installed, which will provide sufficient energy for operation and Carrying out the waste treatment process will generate the required energy itself and allow operation in each of its cycles without generating expenses for energy consumption.
  • Figure 1 shows a schematic of the basic technological operation of the proposed design.
  • Figure 2 shows the layout of the outer body of the biological reactor and each of the parts that make up the body
  • Figure 3 shows the design of the external body of the biological reactor and each of the parts that make up said body
  • Figure 4 shows the layout of the air-inclusive device of the biological reactor.
  • Figure 5 shows the design and integral assembly of the SBR biological reactor
  • Figure 6 shows the arrangement of the automatic control panel that controls the operation of the air pump, the water extractor pump and the electro-level that activates the water pump.
  • Figure 7 shows a schematic section with the installation of the system in a toilet. commercial line.
  • Figure 1 shows a schematic of the basic technological operation of the proposed design.
  • the waste (excreta) enters through the hole in the toilet (1). and falls to the water tank to the bottom inside the biodigester tank (2), the fine bubble diffuser is in charge of injecting Ana bubble as aeration, accelerating the process of biological degradation of the deposited excreta (3), when the water remains at rest, access is allowed by entering through the compartment (4) where the most high and consequently with greater clarification enters the pumping chamber (5), being pumped by the pump (6), through a pipe (7). arriving at an external tank (8), where it is sanitized as the final process and distributed to the natural terrain (9) where the process ends.
  • Figure 2 shows the layout of the outer body of the biological reactor and each of the parts that make up the body
  • the body is finished off at the upper and lower end with a PVC nipple (2). And a plug (3) that finish off said ends. of the cylinder 50 cm high from the main tube, a hole is made to place a G diameter connector with a plug and from this point three other holes are arranged to place an equidistance of 10 cm, two other connectors with a plug (4).
  • the design of the outer body is completed by the placement of a 3/8 "gland type connection for the passage of the electric wiring line of the water extractor pump and an additional perforation of 3/8" diameter for the passing the air induction line (5).
  • Figure 3 shows the layout of the internal body of the biological reactor and each of the parts that make up said body.
  • Main cylindrical body shown is 4 "PVC tubing with a total length of 90 cm.
  • Figure 4 shows the layout of the biological reactor air diffuser device.
  • Figure 5 shows the design and integral assembly of the SBR biological reactor
  • body (1) the internal body (4), the arrangement in which the air inducer and fine bubble diffuser (13) are observed.
  • Figure 6 shows the arrangement of the automatic control panel that controls the operation of the air pump, the water extractor pump and the electro-level that activates the water pump.
  • the charge controller (17) is observed in an outdoor connection box, which is in charge of receiving the photovoltaic energy from the 50w solar panel. arranged on the roof or upper part where it receives solar energy If they have 2 timers (18) and (19) that each control the air induction pump and the submersible water extractor pump, it also has a terminal strip (20) where The interconnection of the charge controller (17) will be carried out. air pump (20), power line of the submersible water pump and its electro level and finally a backup battery to support the equipment startup
  • Figure 7 shows a schematic section with the installation of the system in a commercial line toilet. You can see in this figure a section where you can see the layout of a sanitary line model, the placement of the digester tank with the layout of the SBR Biological Reactor system designed, as well as the dimensioned plan and elevation suggested for the installation of a toilet ecological integral with

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Abstract

El reactor biológico secuencial para instalarse en tanques biodigestores y depósitos de sanitarios que no se encuentren interconectados a una red de descarga, está desarrollado para cubrir una necesidad básica de higiene y mejora al medio ambiente en zonas donde no se cuenta con el servicio de drenaje municipal o red de interconexión hacia un servicio municipal. Su diseño simplificado facilita la instalación dentro de una fosa séptica, tanque digestor o depósito para recibir excretas. La implementación se enfoca además de la mejora ambiental en no incrementar en gran medida el consumo o incremento sustantivo en costos energéticos.

Description

REACTOR BIOLÓGICO SECUENCIAL PARA INSTALARSE EN TANQUES DIGESTORES Y
DEPOSITOS DE SANITARIOS QUE NO SE ENCUENTREN INTERCONECTADOS A UNA RED DE
DESCARGA.
Campo de la Invención:
Esta invención se refiere a la implementación de un reactor biológico secuencial para uso de comunidades o grupos reducidos (de 1 a 40 personas) que trabaja con energía fotovoltaica, el cual se instala en un tanque digestor común de diversas capacidades y contribuye a tratar las excretas y onna, dejando el agua danficada y susceptible de incorporarse al terreno sin contaminantes patógenos ni olor.
Antecedentes de la Invención:
En pequeñas o grandes cantidades los asentamientos humanos tienen la necesidad de desechar sus aguas residuales
Situación a la que no escapan las áreas agrícolas, comunidades pesqueras y comunidades rurales y suburbanas sin servicio de drenaje.
Desafortunadamente existen una gran cantidad de zonas y comunidades habitacionates en toda la república que no tienen un sistema adecuado de drenaje para sus desechos sanitarios. Solucionando su problema en la mayoría de los casos pagando servicios adicionales de renta de sanitarios y recolección de desechos que no solucionan del todo el problema creando zonas de insalubridad. Malos olores, creación de fauna nociva y contaminación de mantos acuíferos y tiernas de cultivo
Los problemas principales que enfrentan este bpo de campos agrícolas y comunidades rurales son
Están muy alejados de zonas más desarrolladas y se vuelve costoso el encausar tubería de descarga a las plantas tratadoras existentes
No se justifica en erogar grandes recursos para fabricar (llantas tratadoras (radia onales. se torna costosa la ojaeración tanto en gasto de técnicos operadores cano en el consumo de energía eléctnca y químicos necesarios para un tratamiento eficiente Se crean problemas de salud pública que pueden tornarse en problemas mayores de epidemias o defunciones por enfermedades gastrointestinales sobre todo en la población de edad mayor y población infantil.
En los últimos años se ha estado volteando a ver las opciones ecológicas, tanto en países subdesarrollados como en los altamente desarrollados:
Buscando además que estas opciones sean amigables para la operación y sean mas económicas que los procesos tradicionales
Dentro de este rubro de opciones presentamos nuestra propuesta de Sistema de Sanitario Ecológico con reactor biológico secuencial SER SBR (Sequencing batch reactor) por sus siglas en Ingles, y que traducido se interpreta como Reactor Biológico Secuencial
El proceso de opeiación está basado en el sistema Es un tipo de proceso de lodo activado para el tratamiento de aguas residuales Los reactores SBR tratan las aguas residuales, como las aguas residuales o la producción de digestores anaeróbrcos o instalaciones de tratamiento biológico mecánico en lotee. El oxigeno se burbujea a través de la mezcla de aguas residuales y lodo activado para reducir la materia orgánica (medida como la demanda bioquímica de oxigeno (DBO) y la demanda química de oxigeno (DQO)) El efluente tratado puede ser adecuado para su descarga en aguas superficiales o posiblemente para su descarga al suelo.
Operación simplificada con tecnologías Impías
La degradación se efectúa en un solo depósito. Con ello se elimina el proceso de encausar el agua residual de una cámara a otra y también el retomo de lodos remanentes
La tecnología utiliza oxigeno para depurar el agua residual. Por tanto, la depuración se realiza de manera silenciosa, apoyando a la inyección de aire para mejorar en la ganancia de oxigeno y con la finalidad de acelerar la degradación de manera orgánica, se adiciona con bactenas enzimáticas inocuas al ser humano con diseño y características no dañinas ni destructivas debido a que no tiene elementos químicos
Con estos elementos se obtienen parámetros de depuiadón excepa onales, con un rendimiento muy elevado Esto le asegura una inversión fiable y económica que además ayuda a mitigar los trabajos de falta de servíaos de las zonas marginadas o alejadas de dotación de infraestructura tradicionales. 2 ciclos de depuración al día:
1.- Depuración del agua residual.
El agua residual entra directamente en la cámara de oxidación sin ningún proceso de bombeo La aireación provoca una activación de los microorganismos que son los encargados de la depuración del agua residual.
2.- Fase de decantación.
Cuando interrumpimos la aireación, en horario nocturno, los fangos decantan al fondo del depósito y en la parte superior del depósito queda el agua limpia
3 - Salida del agua depurada. El agua superficial que debe estar limpia, clarificada, se extrae de la depuradora en las primeras horas de la mañana, para aprovechar que el agua estuvo vanas horas en estado estático y se realizó durante la noche la mayor sedimentación posible, esta extracción se realiza con la bomba sumergible, y durante el di a se realiza el proceso comenzando nuevamente
Este sistema puede implementarse como se comento anteriormente en áreas con población flotante, como lo son sentamientos para construcciones de infraestructura, comunidades rurales, campos pesqueros, campos agrícolas entre otros
Breve Síntesis de la Invención:
El Sistema samtano para uso agrícola y social está dingido a conjuntar en un pequeño diseño, maniobrable y fácil de colocar y retirar, un dispositivo integral que contenga un sistema de inclusión de aire por medio de un difusor de burbuja fina, un motor sumergible que drene agua clarificada fuera del sistema y lo reintegre al terreno aledaño y que a la vez para su funcionamiento no requiera de manera indispensable la energía eléctrica contratada.
El cuerpo principal del dispositivo está formado por un tubo de 6 de PVC que puede ser de tipo hidráulico o sanitario reforzado dentro del cual se contendrá un tubo con diámetro de ¼" pulgada para inyectar aire por medio de un difusor instalado en la parte baja final de dicho tubo El mismo cuerpo pnnapal contendrá otro tubo de 4" que funciona como un segundo compartimiento que contiene una bomba sumergible, en este compartimiento se recibe agua sedimentada la cual es expulsada del dispositivo al exterior como agua clarificada. El funcionamiento está controlado por un tablero electrónico en cual se configura para hacer funcionar tanto un motor inclusor de are y una bomba extractora de agua. La energía eléctrica que requiere el tablero para poner en operación al sistema de preferencia deberá ser autosufkaente, para lo cual se instala en la techumbre o parte alta donde se instale el servicio de un panel solar fotovoltaico el cual dotará de energía suficiente para la operación y realización del proceso de tratamiento de desechos, generara la propia energía requerida y permitirá el funcionamiento en cada uno de sus ciclos sin generar gastos por consumos energéticos.
Para acelerar el proceso biológico de degradación, se le agregan bacterias bioenzimáticas inocuas, las cuales además de acelerar el ddo reducen los malos olores en el sistema Brava Descripción de los Dftiujos del Sistema:
La figura 1 muestra un esquema del funcionamiento tecnológico base del diserto propuesto.
La figura 2 muestra el diserto del cuerpo exterior del reactor biológico y cada una de las partes que componen dicho cuerpo
La figura 3 muestra el diserto del cuerpo extenor del reactor biológico y cada una de las partes que componen dicho cuerpo
La figura 4 muestra el diserto del dispositivo inclusor de aire del reactor biológico.
La figura 5 muestra el diserto y armado integral del reactor biológico SBR
La figura 6 muestra la disposición del tablero de control automático que controla el funcionamiento de la bomba de aire, la bomba extractora de agua y electro nivel que activa la bomba de agua La figura 7 muestra un corte esquemático con la instalación del sistema en un sanitario de linea comercial.
Descripción Datilada de los dlbijos del Sistema:
La figura 1 muestra un esquema del funcionamiento tecnológico base del diseño propuesto.
El desecho (excreta) ingresa por el orificio del retrete (1). y cae al tirante de agua hasta el fondo dentro del depósito biodigestor (2), el difusoi de burbuja fina se encarga de inyectar burbuja Ana a manera de aireación acelerando el proceso de degradación biológica de las excretas depositadas (3), cuando el agua permanece en reposo se permite el acceso ingresando por el compartimiento (4) donde el agua más elevada y por consiguiente con mayor clarificación ingresa a la cámara de bombeo (5), siendo bombeada por la bomba (6), a través de una tubería (7). llegando a un deposito extenor (8), donde se higieniza como proceso final y se distribuye al terreno natural (9) donde termina el proceso.
La figura 2 muestra el diserto del cuerpo exterior del reactor biológico y cada una de las partes que componen dicho cuerpo
Se trata de un elemento cilindnco de 6" de diámetro y 1.10 m. de altura (1). el cuerpo se remata en el extremo supenor e infenor con un niple de PVC (2). y un tapón (3) que rematan dichos extremos del cilindro. A 50 cm de altura del tubo principal se realiza una perforación para colocar un conector de G de diámetro con tapón y a partir de este punto se disponen otras tres perforaciones para coloca· a una equidistancia de 10 cm. otros dos conectores con tapón (4). rematan el diserto del cuerpo exterior la colocación de un conectar tipo glándula de 3/8" para el paso de la linea de cableado eléctrico de la bomba extractora de agua y una perforación adicional de 3/8" de diámetro paa el paso de la linea indusora de aire (5).
La figura 3 muestra el diserto del cuerpo interior del reactor biológico y cada una de las partes que componen dicho cuerpo.
Se muestra el cuerpo cilindrico pnncipal a base de tubería de PVC de 4" con una longitud total de 90 cm.
(6). rematada en cada uno de sus extremos con un copie y un tapón de PVC de 4’ (7) y (8)., llevara 4 perforaciones de G equidistantes entre si a 90" tanto en la parte infenor del tubo a 5 cm de altura como en el copie inferior para permitir el paso de agua clarificada (9), también se tiene una perforación para colocar un conectar tipo glándula para permitir el paso del cableado del equipo de bombeo (5)
La figura 4 muestra el diserto del dispositivo mdusor de aire del reactor biológico.
Se observa un diseño en forma de L con una tubería hidráulica de CPVC de 1/2" con desarrollo de 1 m. de longitud y largo de 12 cm (11), en el extremo superior se instala un htting de V* el cuál se inserta en un conectar de PVC para tubo de 1/2" (10). el diserto de esta pieza lleva dos codos de 90" para dar el quiebre que forma la L y para recibir el difusor de burbuja fina de 9' de diámetro con un flujo de diserto entre 1.3 y 3 pies cúbicos por minuto, que lemata el elemento en su extremo inferior (13)
La figura 5 muestra el diserto y armado integral del reactor biológico SBR Se observa el cuerpo pnncipal de 6" (1), el cuerpo interior (4), la disposición en que va instalado el indusor de aire y difusor de burbuja fina (13). la ubicación dentro del cuerpo interior de la bomba encargada de sacar el agua clanficada (14). el paso del cableado de la bomba (15)) por los conectares glándula de 3/8' y la conexión de una manguera rígida de ¼" PVC (15). la cual se inserta en el conectar fittmg de V* (10). La figura 6 muestra la disposición del tablero de control automático que controla el funcionamiento de la bomba de aire, la bomba extractara de agua y electro nivel que activa la bomba de agua.
Se observa en una caja de conexiones para intemperie el controlador de carga (17) el cual se encarga de recibir la energía fotovoltaica del panel solar de 50 w. dispuesto en la techumbre o parte alta donde reciba la energía solar Si tienen 2 timmer (18) y (19) que controlaran cada uno la bomba indusora de aire y la bomba sumergible extractara de agua, tiene también una regleta de conexiones (20) donde se realizara la interconexión del controlador de carga (17). bomba de aire (20), linea de energía de la bomba sumergible de agua y su electro nivel y finalmente una batería de respaldo que apoyara en el arranque de los equipos
(22).
La figura 7 muestra un corte esquemático con la instalación del sistema en un sanitario de linea comercial. Se puede observar en esta figura un corte donde se observa la disposición de un modelo sanitario de linea, la colocación del tanque digestor con la disposición del sistema Reactor Biológico SBR diseñado, asi como el dimensionamiento en planta y alzado sugerido para la instalación de un sanitario ecológico integral con
Reactor Biológico SBR.

Claims

Rehrindicadones:
1.- Se trata de un modelo de utilidad de un reactor biológico aecuendal para instalarse en tanques bkxfigestores y depósitos de sanitarios que no se encuentren interconectados a una red de descarga Es un diserto integral dentro de un tubo de 6" con longitud máxima de 1.10 m. de altura, formando un cilindro cerrado que forma una cámara pnnapal que recibirá agua clarificada y dentro de la que se encuentran una cámara secundaria con un tubo cerrado de 90 cm de altura y 4" de diámetro, que aloja una bomba sumergible encargada de desalojar el agua clarificada al exterior del sistema a través de una tubería de descarga de ¾ de pulgada que vaciara agua da manera paulatina y de forma programada, controlada por un bmmer que pondrá en operación el bombeo durante un horario matutino en un periodo de entre 10 y 20 minutos
Dentro de la cámara pnndpal de 6" se localiza un tubo de PVC o CPVC de ½" que recorre toda la altura de la cámara principal y sale por meció de un codo en la parte infenor y conecta con un difusor de burbuja fina de 9- de diámetro el cual es acciona*) por un motor generador de aire a presión el cual dotara de aireación dentro del tanque digestor donde se disponga el rector provocando la Inclusión de aire dentro del depósito seleccionado
2 - un sistema de interconexión autosuficiente de acuerdo a la reivindicación de la cláusula 1 donde por medio de un panel solar se dota de energía eléctrica independiente.
3. -Un tablero de control inteligente que controla un motor indusor de aire y una bomba sumergible de agua, el cual controla los tiempos de operación y es alimentado por el elemento descrito en la cláusula 2 y la reivindicaaón de la clausula 1.
PCT/MX2019/000129 2018-11-23 2019-11-25 Reactor biológico secuencial para instalarse en tanques digestores y depositos de sanitarios que no se encuentren interconectados a una red de descarga WO2020106133A1 (es)

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