Depurador AFADS (unidad Anaeróbica continua a flujo vertical + Fitodepurador + Aireación mecánica + Destilador Solar) para tratamiento de aguas residuales orgánicas.

Consiste en un invernadero con al menos una cubierta inclinada, que contiene en su interior un digestor anaeróbico de flujo vertical (tipo UASB o similares), una serie de bandejas por las que el efluente baja a cascada, y un estanque poco profundo situado a la base en el que se harán crecer plantas con alto poder de fitodepuración. El perímetro de la cubierta posee una canaleta para recoger el agua condensada.

Caracterizado por englobar cuatro etapas de depuración diferenciadas en una unidad compacta más eficiente que los depuradores tradicionales.

Optimiza rendimiento y producción de biogás del digestor.

Depura el efluente, parte por destilación solar y parte por aireación + fitodepuración.

Minimiza el riesgo ambiental impidiendo fugas de las plantas acuáticas al ambiente.

Produce biomasa útil

Depurador AFADS (unidad compuesta Anaeróbica continua a flujo vertical + Fitodepurador + Aireación mecánica + Destilador Solar) para tratamiento de aguas residuales urbanas, industriales o agrícolas.

Depurador AFADS (unidad compuesta Anaeróbica continua a flujo vertical + Fitodepurador + Aireación natural por caída + Destilador Solar) para tratamiento de aguas residuales urbanas, industriales o agrícolas.

Sector de la técnica

La invención se encuadra en el sector de la técnica del tratamiento de aguas residuales urbanas, industriales (orgánicas) o agrícolas mediante procedimientos biológicos.

Antecedentes - estado de la técnica

Son empleados desde hace más de 100 años sistemas de decantación, filtración en lecho de arena, percolación aeróbica y digestión anaeróbica de fangos. Dichos sistemas se caracterizan por la necesidad de grandes superficies de instalaciones y elevados tiempos de retención hidráulica. Los primeros estudios sobre digestores a flujo vertical (tipo UASB = Upflow Anaerobic Sludge Blanket, o EGSB = Expanded Granular Sludge Bed, o HSB = Hydrolitic Sludge Bed, o sus derivados) del prof. Lettinga et al. (Universidad de Wagenigen, Holanda) se remontan a los años '70, habiendo experimentado dicha tecnología una fuerte expansión a escala industrial y mejoras constantes desde 1995. Su rendimiento depende de la temperatura. De los mismos trabajos de Lettinga et al. se desprende que con temperaturas ambientes inferiores a 15ºC empieza a ser necesario aportar calor al líquido a tratar para que las bacterias puedan mantener su metabolismo, o bien aumentar los tiempos de retención, con consecuente aumento del volumen del digestor. Dichos sistemas ofrecen elevadas eficiencias de abatimiento de materia orgánica, pero baja eficiencia de abatimiento de nitritos y fosfatos.

Por otro lado, los sistemas de fitodepuración son muy empleados desde los años '60, especialmente en U.S.A. y centro-norte de Europa. Se caracterizan por elevadas eficiencias de abatimiento de nitritos y fosfatos, pero la eficiencia de abatimiento de materia orgánica depende de la insolación que reciban las plantas. Dichos sistemas son muy económicos, pero difícilmente aplicables en España por su clima mayoritariamente templado-cálido y seco, que comportaría elevadas pérdidas por evaporación. Ocupan además grandes superficies de terreno, por utilizar especies autóctonas de crecimiento estacional. Si se opta por la fitodepuración con plantas acuáticas (lenteja de agua -Lemna minor- o camalote -Euphorbia crassipes-) suelen emplearse entonces embalses de poca profundidad y gran extensión, con el riesgo de poner en peligro el ambiente circundante por ser estas plantas muy invasoras (en 2005 hubo una invasión de camalotes en el Guadiana que provocó diversos problemas ambientales, reportados en El País, 30/1212005). Dichas plantas depuran bien en verano, pero frenan mucho su actividad metabólica con los primeros fríos.

En Dinamarca existe una planta fitodepuradora a forma de pirámide acristalada con varios pisos de cultivos, que obvia este problema al estabilizar la temperatura por efecto invernadero. Por otro lado, la tecnología del destilador solar simple (tipo "chileno" o "mexicano") se conoce desde hace un siglo y en prácticamente todos los manuales de energía solar hay esquemas y descripciones de los mismos.

La novedad de la invención consiste en combinar varias etapas y métodos de depuración optimizando el espacio en una única unidad compacta, llamada AFADS, con un eventual postratamiento de fitodepuración con plantas fijas en un campo externo o bien en una porción del mismo depurador AFADS.

Se ha previsto la posibilidad de tratar también alpechín sometiendo éste a adsorción previa del fenol mediante un filtro de carbón activado, según se desprende de estudios realizados por Bertin et al., facultad de Ingeniería de la Universidad de Bologna, Italia. El alpechín crudo no se puede tratar con ningún digestor, pues la elevada toxicidad del fenol mata las bacterias. Por lo tanto, para depurar alpechín el depurador AFADS deberá contar con una serie de filtros de carbón activado dispuestos a la entrada, que adsorberán el fenol dejando un alpechín cargado solo con materia orgánica digerible. Dichos filtros deberán ser reemplazados o reactivados periódicamente para evitar su saturación. La diferencia conceptual con las investigaciones de Bertin et al. reside en que en el presente digestor AFADS, la adsorción del fenol es previa a su entrada en el digestor y el carbón activo se cambia o regenera periódicamente, mientras que el primero preconiza el uso de un digestor de volumen doble del necesario, relleno a mitad de carbón activo, que se va evacuando juntamente con los fangos.

Descripción y principio de funcionamiento

El problema técnico que pretende resolver la presente invención es la depuración de aguas residuales con el mínimo consumo de energía e impacto ambiental de la planta. La invención consiste en un sistema que engloba un digestor anaeróbico continuo a flujo vertical de alta carga, un sistema de fitodepuración y aireación formado por una serie de bandejas con plantas acuáticas en las que el agua cae a modo de cascada, oxigenándose, y un destilador solar, todo en una única unidad compacta llamada depurador AFADS. De este modo se obtienen una serie de ventajas respecto a los tradicionales sistemas de tratamiento de aguas residuales urbanas o industriales, purines, gallinaza y alpechín:

El depurador AFADS consiste en una estructura con cubierta transparente de forma piramidal con base de N lados, o bien cónica, o bien prismática con al menos una cara inclinada, que funciona como un invernadero. Contiene en su interior un digestor anaeróbico de flujo vertical (tipo UASB = Upflow Anaerobic Sludge Blanket - manto de fangos de flujo vertical-, o EGSB = Expanded Granular Sludge Bed -lecho expandido de fango granular-, o HSB = Hydrolitic Sludge Bed -lecho de fango hidrolítico-, o sus variantes y derivados) que se caracteriza por su elevado abatimiento de la carga orgánica, elevada producción de biogás, tiempos de digestión cortos y estabilidad de funcionamiento. El rendimiento del mismo es función directa de la temperatura de trabajo, de ahí la evidente ventaja de colocarlo en un invernadero en vez que al aire libre o enterrado como suele hacerse en la práctica actual. La base de la estructura forma un estanque poco profundo (aprox. 50 cm), de volumen mayor o igual al del reactor, en el que se harán crecer plantas con alto poder de fitodepuración (por ejemplo, lentejas de agua -Lemna minor o glabra- camalotes -Eichomia crassipes- o similares). Entre la cúspide del digestor y la base se dispondrán varios planos de bandejas de material transparente y poca profundidad (aprox. 30 cm), también sembradas...

1. Sistema de depuración para tratamiento de aguas residuales urbanas, industriales o agrícolas. Caracterizado por englobar en una unidad cuatro etapas de depuración: anaeróbica, aeróbica con macrofitas flotantes como Eichomia crassipes, o Elodea canadensis (Egeria densa), (fitodepuración), aireación mecánica (por oxigenación natural al caer el agua en forma de pequeñas cascadas de una bandeja a la sucesiva), y destilación solar con parcial recuperación del calor de condensación sobre las paredes del digestor, lo que ayuda a mantener constante su temperatura y estabilizar su rendimiento.

2. Sistema de depuración como en la reivindicación 1), pero que además se caracteriza por contar con una segunda etapa de fitodepuración (interna o externa a la unidad) constituida por cultivo de macrofitas fijas como Cyperáceas (papiro, Cyperus papyrus), Gramíneas (bambú, Bambusa sp.) o Tifáceas (espadaña, Typha sp.).

3. Sistema de depuración las reivindicaciones 1) y 2) caracterizado porque en una etapa previa se hace pasar el alpechín por un filtro de carbón activado con el objeto de adsorber el fenol que de otro modo mataría las colonias de bacterias metanogénicas y anularía la eficacia del digestor anaeróbico. Una vez adsorbido el fenol, se puede depurar el alpechín directamente en un sistema como los descritos en las reivindicaciones 1) y 2).

4. Sistema depurador como en la reivindicación 1) o 2) o 3), pero caracterizado por poseer un intercambiador de calor con convección forzada entre el aire húmedo en el interior del depurador y el fluido a depurar, colocado a la entrada del mismo a la etapa anaeróbica. De este modo se aumenta la cantidad de agua condensada y la recuperación del calor latente para precalentar el fluido a depurar y facilitar así el metabolismo de las bacterias metanogénicas.