Dispositivo de biodiscos para un reactor de depuración de aguas residuales que comprende,

al menos, una pluralidad de biodiscos (1); una estructura de soporte (2) que comprende, a su vez, dos estructuras radiales de soporte paralelas (21) y giratorias sobre un primer eje hueco principal (22) con dos piezas macizas (23) en sus extremos y un segundo eje interno (24) de apoyo al primer eje hueco (22); un motor - reductor (3) solidario al eje de la estructura de tal forma que habilite su giro; y una estructura de peines portantes (4) de los biodiscos (1)

Dispositivo de biodiscos para un reactor de depuración de aguas residuales.

Objeto de la invención

El objeto de la presente invención es presentar un nuevo diseño de los biodiscos para un reactor biológico de depuración de aguas residuales que permita un ahorro en costes de fabricación, así como una estructura más robusta.

Antecedentes de la invención

Los biodiscos, también conocidos por contactores biológicos rotativos (RBC en sus siglas inglesas), son una novedad en cuanto a depuración de aguas residuales se refiere. Se trata de un sistema muy recomendable para la depuración de aguas residuales en poblaciones de pequeño tamaño, aunque su construcción modular permite ampliaciones posteriores en la medida en que crezca el núcleo de población.

La existencia de una normativa comunitaria que obliga a la depuración de las aguas residuales en todo núcleo de población provoca que la aplicabilidad del proyecto sea directa e inmediata; máxime teniendo en cuenta la enorme cantidad de pequeños municipios carentes de cualquier tipo de depuración de sus aguas residuales. Un estudio exhaustivo del diseño mecánico de este sistema de depuración permitiría a los núcleos rurales de población disponer de una opción económica, tanto de adquisición como de mantenimiento o de consumo, y con la posibilidad de ser ampliada en sucesivas construcciones modulares.

Pasemos ahora a describir más concretamente el funcionamiento de un sistema basado en biodiscos:

Tras la eliminación de los sólidos, arenas y grasas, después de la decantación primaria, el agua residual pasa al tratamiento biológico, en el que se eliminará primero la materia orgánica disuelta por oxidación de la misma, y posteriormente el nitrógeno por preoxidación a nitratos y reducción a continuación a nitrógeno gas en medio anóxico gracias a bacterias especializadas que consiguen digerir los nitratos y reducirlos a formas más simples.

La depuración biológica tendrá lugar por medio de contactores biológicos rotativos, que se alojarán en varios depósitos de hormigón colocados en paralelo para poder realizar un proceso de depuración en serie y en varias etapas.

Los biodiscos son, como su propio nombre indica, unas planchas, generalmente de PVC, polietileno o polipropileno, que están girando parcialmente sumergidos en el agua residual y que sirven de soporte para que las colonias de bacterias se adhieran y formen una biomasa constante y confinada a una superficie determinada, de modo que si no se producen desprendimientos por mal funcionamiento o vertidos accidentales que contengan tóxicos o inhibidores, se trata de sistemas muy estables y con escasas variaciones en su rendimiento.

Los biodiscos están girando a la vez que están parcialmente sumergidos, de manera que en su recorrido de 360º, una partícula recorre todas las fases posibles; desde las totalmente aerobias cuando esta fuera del agua residual, hasta las anaerobias cuando está sumergido, y por supuesto, interfases anóxicas que corresponden a zonas intermedias.

Es perfectamente posible, por tanto, si se dimensiona correctamente el proceso, conseguir tanto la eliminación de la materia orgánica disuelta como la del nitrógeno total, e incluso en procesos avanzados a la eliminación del fósforo disuelto por procedimientos biológicos.

El diseño mecánico del sistema de biodiscos es, en muchos casos, defectuoso, provocando un temor, en ocasiones fundado, por parte de las entidades públicas a la utilización de este sistema. Las ventajas intrínsecas a la utilización del sistema de biodiscos, en lo que a ahorro de energía supone, y a la práctica ausencia de mantenimiento, hace muy recomendable un estudio exhaustivo del sistema, con la finalidad de optimizar su diseño mecánico y, de esta forma, darle una nueva opción a muchos municipios obligados a la depuración de sus aguas residuales; en este momento, la tradicional opción de la balsa de aireación supone unos gastos de establecimiento y de mantenimiento a los que pocos municipios son capaces de hacer frente. La característica diferencial de este sistema de depuración frente a otros, y que motiva su economía de funcionamiento, es la escasa velocidad a la que se mueve este sistema (unas 2-4 revoluciones por minuto). Fácilmente se deduce que la potencia necesaria para la rotación del eje es muy reducida.

Enumeremos las ventajas de este sistema frente a la convencional balsa de aireación:

1.- Economía de implantación, tanto en obra civil como en elementos mecánicos y de control necesarios para el funcionamiento del sistema.

2.- Reducido coste en servicio. Únicamente existe el consumo eléctrico del motor, mucho, menor que el consumo de las bombas necesarias en una balsa de aireación convencional. En funcionamiento continuo, el motor tan sólo tiene que vencer la resistencia que opone el agua a la rotación del eje. Al ser la velocidad de rotación muy reducida, el rozamiento es muy pequeño, y el consumo de potencia mínimo.

3.- En cuanto a la depuración en si misma, el sistema responde favorablemente a posibles sobrecargas de residuos orgánicos en el agua. Como característica de este sistema, está su autorregulación en función de la carga de DBO presente en el agua residual.

4.- Posibilidad de ampliación en construcción modular a bajo coste.

5.- Necesidades de espacio en obra civil menores a las de una balsa de aireación convencional.

6.- Práctica ausencia de ruidos y de olores molestos.

7.- Por su economía de fabricación y de servicio, posibilidad de implantación- incluso en viviendas unifamiliares, eliminando los característicos e insalubres "pozos negros".

8.- Mantenimiento nulo del sistema en si mismo, condicionado exclusivamente por el motor y los rodamientos empleados.

No obstante, uno de los problemas más frecuentes a los que se enfrentan los actuales diseños de biodiscos son las frecuentes roturas de los rodamientos que forman parte de los mismos, debido, en general, a un mal dimensionamiento mecánico del dispositivo.

Del mismo modo, nos encontramos ante un problema curioso en el diseño mecánico. En la generalidad de los mecanismos, los ejes suelen actuar fundamentalmente sometidos a un esfuerzo básico de torsión, estando condicionado su diseño por la resistencia máxima del material utilizado. Sin embargo, en las estructuras típicas de biodiscos, el eje está sometido fundamentalmente a un esfuerzo de flexión, siendo el esfuerzo de torsión despreciable en relación con el esfuerzo fundamental de flexión.

Se hace pues necesario un óptimo diseño de los distintos elementos que comprenden el dispositivo, definiendo una forma óptima de los mismos que asegure su resistencia y durabilidad, minimizando el costo económico, tanto de fabricación como de transporte y establecimiento.

Descripción de la invención

Para paliar o en su caso eliminar los problemas arriba mencionados, se presentan el dispositivo de biodiscos para un reactor depurador de aguas residuales. Dicho dispositivo comprende, al menos:

1. Dispositivo de biodiscos para un reactor de depuración de aguas residuales caracterizado porque comprende, al menos:

(i) una pluralidad de biodiscos (1), consistentes en una plancha de PVC, polietileno, polipropileno o similar;

(ii) una estructura de soporte (2) que comprende, a su vez, dos estructuras radiales de soporte paralelas (21) y giratorias sobre un primer eje-hueco principal (22) con dos piezas macizas (23) en sus extremos y un segundo eje interno (24) de apoyo al primer eje hueco (22);

(iii) un motor-reductor (3) solidario al eje de la estructura de tal forma que habilite su giro; y

(iv) una estructura de peines portantes (4) de los biodiscos (1) situados entre las estructuras radiales (2) de soporte paralelas y que comprenden, en sus extremos, al menos un rodamiento (41) por extremo, de tal forma que faciliten su giro relativo respecto de las estructuras radiales (2).

2. Dispositivo según reivindicación 1 caracterizado porque los biodiscos (1) son de forma esencialmente triangular con un lado de unión a la estructura de peines portantes (4) de 1150mm y generando un aprovechamiento de la superficie plástica de 71,935%.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 caracterizado porque los biodiscos (1) son curvos en su extremo.

4. Dispositivo según las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque la longitud de los peines (4) es de 934 mm.

5. Dispositivo según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el diámetro máximo del eje hueco principal (22) es de 2360 mm.

6. Dispositivo según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el rodamiento (41) es uno con una capacidad de carga estática de 610 kN y una capacidad de carga dinámica de 475 kN, y donde en cada uno de los pares de rodamientos (41) de cada peine (4) va a descansar una carga de 2762 kg.

7. Dispositivo según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el arranque del motor-reductor (3) es de tipo lento con al menos cuatro segundos para alcanzar una velocidad de 3 rpm; y porque el motor (3) no tiene una potencia nominal inferior a 500 W para el accionamiento del eje (22) de la estructura (2).