MÉTODO Y APARATO PARA ESTABLECER Y OPTIMIZAR LA SEDIMENTACIÓN Y FERMENTACIÓN DEL METANO EN ESTANQUES PRIMARIOS DE AGUAS RESIDUALES.

Método y aparato para establecer y optimizar la sedimentación y fermentación del metano en estanques primarios de aguas residuales Breve descripción de la invención Esta invención se refiere generalmente al tratamiento de residuos. Más particularmente, esta invención se refiere a un nuevo método para la primera etapa de tratamiento de residuos líquidos, que es más sencillo, más seguro y más barato que los métodos actuales usados para el tratamiento primario de aguas residuales. Antecedentes de la invención La primera etapa, o etapa primaria del tratamiento convencional de residuos líquidos de pozo, como se practica actualmente, consiste en la sedimentación de restos inorgánicos pesados llamados arenas, seguida de flotación de materiales ligeros llamados flotantes y un producto graso congelado llamada grasa, y sedimentación de los sólidos orgánicos más pesados llamados lodo. La arena por lo general se desecha enterrándola en una base diaria. El lodo generalmente se extrae en una corriente lateral y se trata en un digestor de lodos separado donde su contenido orgánico se convierte parcialmente en dióxido de carbono, metano y gases inertes, y el residuo se deshidrata y se desecha, normalmente mediante enterramiento. El material flotante, junto con la grasa, se tritura finamente y se introduce en un digestor de lodos separado con el lodo o se desechan por separado por enterramiento o incineración. Bajo la nueva legislación de control de la contaminación, la arena, los materiales flotantes y el lodo fresco de aguas residuales o parcialmente estabilizado, si no se someten a tratamiento térmico o se desinfectan fuertemente con cloro, se consideran como altamente infecciosos y potencialmente tóxicos o peligrosos. Por lo tanto, manejar y disponer de ellos con seguridad es extremadamente caro. El documento de Estados Unidos 2.355.760 describe un aparato de clarificación de líquidos. En vista de lo anterior, sería muy deseable proporcionar una técnica mejorada para el tratamiento de aguas residuales. De manera ideal, el sistema sería de bajo coste y no requeriría de un manejo frecuente de residuos. Sumario de la invención La presente invención proporciona un método de evacuación de residuos como se establece en la reivindicación 1, y un aparato de evacuación de residuos como se establece en la reivindicación 13. En un ejemplo preferido, un método de evacuación de residuos incluye la etapa de formación de un estanque primario de residuos. Se establece una zona de fermentación de metano microbiológicamente estable dentro del estanque primario de residuos. El sistema constituye un tratamiento primario completo de los residuos orgánicos y aguas residuales que no requiere la manipulación diaria de lodos asociada típicamente con el tratamiento de residuos orgánicos y eliminación de lodos. El método convierte los compuestos orgánicos, incluyendo los sólidos sedimentables, en metano. Las algas también producen y consumen dióxido de carbono. El método controla olores de sulfuro de la fermentación del metano. El método también proporciona un método de filtrado de aguas residuales brutas a través de un lecho de fermentación de sólidos orgánicos suspendidos por el gas desprendido en una zona de fermentación. El sulfuro de hidrógeno se oxida. La técnica aumenta el pH biológicamente cerca de la superficie del estanque, reteniendo de esta forma el sulfuro de hidrógeno en solución en el agua del estanque. El incremento biológico del nivel de pH cerca de la superficie del estanque aumenta la tasa de desaparición gradual de las bacterias patógenas. El método transforma proteínas y otros compuestos de nitrógeno orgánico a nitrógeno gas. El método también detoxifica hidrocarburos clorados y compuestos orgánicos volátiles. En diversas realizaciones, el método adicionalmente captura y acumula gases desprendidos de la fermentación del metano, y retira los metales pesados, estableciendo mientras meromixis en las celdas de fermentación o zonas dentro de los estanques primaros de aguas residuales. Breve descripción de los dibujos Para entender mejor los ejemplos de la invención, se debe hacer referencia a la siguiente descripción detallada que se toma junto con los dibujos adjuntos, en los que: Las FIGURAS 1A-1E ilustran un aparato de tratamiento de residuos de acuerdo con una realización de la invención. Las FIGURAS 2A a 2E ilustran una celda de fermentación para recolección de gas de acuerdo con una realización de la invención. Las referencias numéricas similares se refieren a las partes correspondientes en todos los dibujos. 2 E00926117 05-10-2011   Descripción detallada de la invención En los ejemplos de la invención, el trabajo pesado, los peligros y los costes de manipulación diaria de arena, elementos flotantes, grasas y lodo se eliminan para periodos de hasta20 años. Como el enterramiento es probable que sea el método final para la eliminación de elementos flotantes, grasa, arena y lodo, lo fundamental de este nuevo método es crear un tratamiento combinado y un sitio de eliminación en el punto de la introducción de residuos. En cuanto a la estructura, este nuevo método se lleva a cabo en dos estanques, uno dentro del otro. El mayor de los dos rodea y se superpone al estanque más pequeño. Se le llama el estanque exterior. El otro estanque se encuentra en el fondo del estanque exterior y se llama estanque interior o pozo. El estanque exterior se diseña para que contenga las aguas residuales aerobias o semiaerobias. El estanque interior se diseña para evitar la intrusión de oxígeno disuelto en el estanque exterior y contener una suspensión semisólida en el estado anaerobio altamente reducido necesario como sustrato para fomentar la fermentación del metano. El estanque interior se diseña para fomentar la sedimentación de los sólidos, así como su conversión a metano. Debido a que el oxígeno disuelto es inhibidor de la fermentación del metano, las zonas de fermentación, en diferentes configuraciones, se han diseñado para que tengan de 1 a 10 metros de profundidad, preferentemente de 2 a 8 metros de profundidad con paredes altas para evitar la intrusión de oxígeno disuelto del estanque exterior por convección o por las corrientes impulsadas por el viento. Las aguas residuales brutas, sin tamizar, sin sedimentar, se introducen en este pozo a través de una tubería descendente, también llamada tubería de flujo entrante, estando su abertura localizada cerca del fondo del pozo. En cuanto al diseño, el volumen del pozo se determina a partir del volumen proyectado de materiales inertes, tales como arena, limo y residuos de lodo acumulados durante más de 20 años, sumado a un volumen de espacio lleno requerido para la fermentación de metano a largo plazo de la carga orgánica basada en las cargas y temperaturas proyectadas en el pozo. El estanque exterior se diseña para que crezcan algas, que por su propia absorción de luz solar y de calor, crean una capa superficial caliente de agua. Las algas, que crecen cerca de la superficie, también producen excedente, de oxígeno, controlando de esta forma olores, aumentando el pH del agua mediante la extracción de dióxido de carbono, mejorando así la desinfección, y la tendencia de los metales a precipitar. Para iniciar el proceso, el pozo se siembra con varias toneladas de lodos húmedos activos de un cultivo de producción de metano, asegurando así la presencia de un gran número de bacterias de metano. Después el agua residual se aplica al pozo en un grado proporcional a la carga orgánica y a la temperatura. Uno o más orificios de compensación hidráulica tienen por objeto evitar el desbordamiento por las paredes del pozo e igualar la profundidad del agua en el pozo y el estanque exterior. El estanque exterior está diseñado para retener las aguas residuales de 10 a 20 días dependiendo del clima, se usa un volumen más pequeño para climas más cálidos y se usa un volumen más grande para climas más fríos. El desbordamiento del estanque exterior está localizado de tal manera que también tiene una profundidad de 2 a 6 metros y, preferentemente, de 3 a 4 metros de profundidad y se extiende hacia arriba 1 a 1,5 metros por encima del borde superior de la pared que rodea el pozo. Aunque la inversión del desbordamiento determina la profundidad del estanque exterior, el agua rebosada debe extraerse desde una profundidad de aproximadamente 1,5 metros para evitar el arrastre de materiales flotantes. Esto se hace extendiendo la toma de la tubería de salida hacia abajo a una profundidad de 1,5 metros dentro del estanque. Como los materiales que flotan se acumulan en el estanque primario, se establece su retirada mediante la instalación de una rampa de desechos a modo de orilla pavimentada a lo largo del borde de las partes del estanque donde es probable que se acumule el material... [Seguir leyendo]

1. Un método de evacuación de residuos, comprendiendo dicho método las etapas de: formar un estanque primario de residuos (10) dentro de un estanque exterior (15), de tal forma que el estanque exterior rodea y se superpopone al estanque primario de residuos, estando el estanque primario de residuos localizado en el fondo del estanque exterior, y caracterizado por que dicho estanque exterior comprende aguas residuales aerobias, estableciendo una zona de fermentación de metano microbiológicamente estable (21) dentro de dicho estanque primario de residuos, en el que dicho estanque primario de residuos proporciona dicha zona de fermentación con una profundidad de al menos 6 metros por debajo de un superficie de agua de dicho estanque exterior y con un área superficial superior menor de 0,09 hectáreas; dirigir las aguas residuales en dicho estanque primario de residuos a través de una tubería de flujo entrante; y desviar el oxígeno disuelto en dicho estanque exterior de la intrusión en dicha zona de fermentación de metano en el estanque primario de residuos. 2. El método de la reivindicación 1, en el que dicha etapa de formación incluye la etapa de formación de varios estanques primarios de residuos dentro de dicho estanque exterior. 3. El método de la reivindicación 1, en el que dicha etapa de formación incluye la etapa de formación de un estanque exterior que comprende residuos aerobios o semiaerobios. 4. El método de la reivindicación 1, en el que dicha etapa de formación incluye la etapa de formación de un estanque primario de residuos que comprende material semisólido en un estado altamente reducido para facilitar la conversión de metano. 5. El método de la reivindicación 1, en el que dicha etapa de establecimiento incluye la etapa de establecimiento de una zona de fermentación de metano microbiológicamente estable que comprende bacterias heterótrofas facultativas y bacterias de metano. 6. El método de la reivindicación 5, en el que dicha etapa de establecimiento comprende además la etapa de conversión de dichas bacterias heterótrofas facultativas y bacterias de metano en una emisión gaseosa. 7. El método de la reivindicación 6, en el que dicha etapa de establecimiento comprende, además, la conversión de dichas bacterias heterótrofas facultativas y bacterias de metano en una emisión gaseosa que comprende aproximadamente 70% de metano. 8. El método de la reivindicación 1, en el que dicha etapa de formación incluye la etapa de formación de un estanque primario de residuos que tiene un área superficial máxima no superior a 0,1 hectáreas. 9. El método de la reivindicación 1, en el que dicha etapa de formación incluye la etapa de siembra de dicho estanque primario de residuos, con lodo activo productor de metano. 10. El método de la reivindicación 9, en el que dicha etapa de establecimiento comprende, además, el establecimiento de dicha zona de fermentación de 6 a 8 metros de profundidad. 11. El método de la reivindicación 1, que comprende además la etapa de captura del gas, comprendiendo dicha captura de gas las etapas de: recoger un gas emitido por dicha zona de fermentación de metano en un colector de gas sumergido, transportar dicho gas a través de una tubería central vertical, y recoger dicho gas en un capuchón de gas. 12. El método de la reivindicación 11, en el que dicho método además comprende: usar dicho gas para la generación de energía. 13. Un aparato de evacuación de residuos que comprende: formar un estanque primario de residuos (10) dentro de un estanque exterior (15), de tal forma que el estanque exterior rodea y se superpopone al estanque primario de residuos, estando el estanque primario de residuos localizado en el fondo del estanque exterior, y caracterizado por que dicho estanque exterior comprende aguas residuales aerobias, estableciendo una zona de fermentación de metano microbiológicamente estable (21) dentro de dicho estanque primario de residuos, en el que dicho estanque de residuos primarios proporciona dicha zona de fermentación con una profundidad de al menos 6 metros por debajo de un superficie de agua de dicho estanque exterior y con un área superficial superior 9 E00926117 05-10-2011   menor de 0,09 hectáreas; una tubería de flujo entrante (12) dispuesta para dirigir las aguas residuales al interior de dicho estanque primario de residuos; y medios (13) para evitar la intrusión de oxígeno disuelto en dicho estanque exterior en dicha zona de fermentación de metano en el estanque primario de residuos. E00926117 05-10-2011   11 E00926117 05-10-2011   12 E00926117 05-10-2011   13 E00926117 05-10-2011   14 E00926117 05-10-2011   E00926117 05-10-2011   16 E00926117 05-10-2011