Biorreactor aerobio de cultivo fijado sumergido destinado al tratamiento de efluentes domésticos que comprende una rampa de aireación amovible.

Biorreactor aerobio de cultivo fijado sumergido destinado al tratamiento de efluentes domésticos que comprende una rampa de aireación amovible.

La presente invención se refiere a un biorreactor aerobio de cultivo fijado sumergido destinado al tratamiento de efluentes domésticos como complemento de un pretratamiento anaerobio aguas arriba y de una decantación secundaria aguas abajo, concebido sobre la base de una fosa séptica para todas las aguas (1) que comprende dos tapas de inspección (2), una zona plana situada entre una entrada de efluentes (3) y la tapa de inspección más próxima, una salida de efluentes (4), unas nervaduras de refuerzo, un canalón en forma de U situado en el fondo de la cuba sobre el eje longitudinal mediano de la cuba, y un semitabique de separación (14) de fondo, caracterizado porque comprende además una rampa de aireación (6), así como un marco portador (11) interno destinado a soportar un lecho bacteriano (8).

Biorreactor aerobio de cultivo fijado sumergido destinado al tratamiento de efluentes domésticos que comprende una rampa de aireación amovible. 5

Campo de la invención La presente invención se refiere a un reactor biológico o biorreactor aerobio de cultivo fijado sumergido destinado al tratamiento de efluentes domésticos como complemento de un pretratamiento anaerobio aguas arriba y de una decantación secundaria aguas abajo, así como a un procedimiento para la transformación reversible de una fosa séptica para todas las aguas en dicho biorreactor.

Estado de la técnica Actualmente, los reactores biológicos o biorreactores (designados a continuación simplemente con el vocablo de biorreactor (es) por comodidad) basados en el cultivo fijado sumergido en medio aerobio se emplean comúnmente para toda clase de aplicaciones industriales y, en particular, en la concepción de sistemas de saneamiento de las aguas residuales, ya se trate de tratamientos a gran escala, como para las estaciones de depuración de las ciudades, o a pequeña escala, como para las pequeñas instalaciones de saneamiento autónomo destinadas a los hogares no conectados del todo al alcantarillado, tales como las microestaciones.

En el marco de una utilización doméstica, las microestaciones de depuración -designadas asimismo bajo la denominación de miniestaciones de depuración o tambien estaciones de depuración individuales- pueden estar constituidas o bien por una sola cuba compartimentada (denominadas comúnmente microestaciones monobloque) , o bien por varias cubas compartimentadas (o no) , cumpliendo cada compartimento o cuba una o varias de las funciones indispensables para un tratamiento integral de las aguas residuales (ejemplo: separación de las grasas y predecantación, pretratamiento anaerobio, tratamiento aerobio, decantación final antes de su expulsión) .

En la cadena de tratamiento evocada anteriormente, el biorreactor está destinado típicamente a asegurar la fase de tratamiento aerobio. Por otra parte, es notable que, si bien el biorreactor es una pieza esencial de esta cadena de tratamiento, no podría ser suficiente por sí mismo.

En este contexto, el biorreactor se puede implantar o bien en uno de los compartimentos de la microestación de depuración, lo cual es típicamente el caso con los compartimentos monobloques, o bien ocupar la totalidad de una cuba dedicada, lo cual se puede encontrar en las estaciones que comprenden varias cubas.

El documento FR-A-2-359-080 presenta un procedimiento de tratamiento de aguas residuales con ayuda de un lecho bacteriano sumergido y aireado, con, en particular, un dispositivo para su realización basado en la utilización de tres cubas en serie, a saber, un decantador primario, un biorreactor de lecho sumergido y un decantador secundario. El

decantador primario asegura una separación de las grasas y de los aceites, una predigestión anaerobia y una decantación primaria, según el mismo principio que una fosa séptica para todas las aguas. El biorreactor comprende un lecho fijado sumergido y un dispositivo de aireación con el fin de asegurar el tratamiento aerobio complementario. Por último, el decantador secundario recibe los efluentes tratados a la salida del

biorreactor y almacena en el fondo de la cuba los lodos secundarios con el fin de que los efluentes así clarificados puedan ser expulsados por desbordamiento hacia el medio natural. Más de treinta años después, esta forma de proceder es conocida muy ampliamente por el experto en la materia y empleada ventajosamente por diferentes fabricantes de todo el mundo.

Si bien la cuba que constituye la envolvente del biorreactor se puede realizar a medida, por ejemplo de hormigón, y lo mismo ocurre también para el decantador primario y el decantador secundario, sería particularmente ventajoso poder utilizar una fosa séptica para todas las aguas preexistente y ampliamente extendida. Además de la ventaja cierta,

basándose en modelos que responden a todas las normas en vigor, de no tener que “reinventar la rueda”, el coste de adquisición de una microestación para el cliente que desea actualizar un saneamiento autónomo que envejece sería menor, a poco que el cliente en cuestión posea una fosa séptica para todas las aguas aún en estado de funcionamiento y apta para la reconversión.

Esta fosa séptica para todas las aguas podría ser de hormigón o, idealmente, estar constituida por un material plástico bastante más ligero, imputrescible y resistente, tal como el PEHD (Polietileno de Alta Densidad) , y presentaría ventajosamente una forma rectangular que favorece la implantación de los elementos necesarios para su transformación reversible en biorreactor. El carácter de reversibilidad de esta transformación presentaría como ventaja la posibilidad de restaurar la cuba en su estado inicial de fosa séptica para todas las aguas por el simple desmontaje del lecho fijado y del sistema de aireación, operación que implica que la transformación previa en el biorreactor se habrá efectuado según un modo particularmente respetuoso con la integridad de la cuba.

Los documentos US-A1-2003-066-790 y US-B1-6-554-996 proponen un dispositivo para convertir una fosa séptica para todas las aguas anaerobia típica en un sistema de 5 tratamiento aerobio de aguas residuales, con ayuda de un biorreactor plegable cuya inserción en la cuba se efectúa a través de un orificio de acceso de hombre, el cual, una vez desplegado, se mantiene en su sitio mediante un conjunto de cintas securizadas a nivel de la tapa de inspección. Aunque es seductora y presenta a priori el carácter de reversibilidad, esta solución prevé una recirculación de los efluentes en el seno del

biorreactor, reiterada tantas veces como sea necesario hasta la obtención de un tratamiento satisfactorio, y su realización es globalmente poco fácil.

El documento WO-A2-2008-125-684 propone un procedimiento de conversión de una fosa séptica para todas las aguas en una estación de depuración biológica de aguas 15 residuales, pero el procedimiento utilizado se basa en la técnica del lodo activado con recirculación de los efluentes y no en la técnica del cultivo fijado sumergido. Como su nombre indica, el cultivo fijado sumergido en el medio aerobio implica que el biorreactor presenta como mínimo las características siguientes: por una parte, la presencia en la cuba o compartimento de un soporte estructurado denominado lecho fijado, sobre el cual 20 los microorganismos aerobios inicialmente en suspensión preferentemente se engancharán y formarán así un medio protector denominado biopelícula y, por otra parte, la presencia de un dispositivo de aireación con burbujas finas típicamente basado en una o varias membranas microperforadas del tipo tubo o disco, asegurando la producción de un microburbujeo debajo del lecho fijado.

El soporte estructurado, o lecho fijado, puede presentar múltiples formas y estar realizado en múltiples materiales bien conocidos por el experto en la materia. A título de ejemplo, el documento FR-A1-2-768-141 propone una microestación de depuración aerobia de lecho fijado sumergido que comprende unas napas de tejido tensadas verticalmente a modo de soporte para los microorganismos. El documento FR-A1-2-811-658 describe por su parte un biorreactor de lecho fijado sumergido en el que el soporte para los microorganismos está constituido por rascadores o escobillas en polipropileno colocados en una cesta de cultivo.

Cualquiera que sea el soporte contemplado para servir de lecho fijado en un biorreactor, ciertos imperativos técnicos deben orientar la elección final. En la medida en que el soporte en cuestión se sumergirá de manera constante en un medio líquido y será sometido a la acción más o menos corrosiva de los efluentes pretratados en la fase anóxica, debe ser realizado en un material imputrescible y resistente a las agresiones químicas. Debe presentar asimismo una superficie rugosa y porosa para favorecer el enganche de la biomasa, es decir, el conjunto de los microorganismos que aseguran la degradación de los contaminantes, con el fin de que dicha biomasa forme una biopelícula que favorezca el desarrollo de nuevos microorganismos. El soporte estructurado, o lecho fijado, debe presentar asimismo un índice de vacío suficiente para permitir el libre paso de los efluentes y prever cualquier riesgo de taponamiento. Por último, debe desarrollar idealmente una superficie de soporte de 100 m2 por m3, de acuerdo con la norma NF EN 12255-7.

Los documentos US-A-5-882-510 y AU-A1-2007-231-766 describen un soporte estructurado que responde de manera particularmente ventajosa al pliego de condiciones definido anteriormente. Este soporte se presenta en...

1. Biorreactor aerobio de cultivo fijado sumergido (B) destinado al tratamiento de efluentes domésticos como complemento de un pretratamiento anaerobio aguas arriba y 5 de una decantación secundaria aguas abajo, concebido sobre la base de una fosa séptica para todas las aguas (1) realizada en polietileno de alta densidad, de forma sustancialmente paralelepipédica y que comprende, en particular, dos tapas de inspección (2) , una zona plana situada entre una entrada de efluentes (3) y la tapa de inspección más próxima, una salida de efluentes (4) , unas nervaduras de refuerzo, un canalón en U situado en el fondo de la cuba sobre el eje longitudinal mediano de la cuba, y un semitabique de separación (14) de fondo, caracterizado porque comprende además una rampa de aireación (6) , así como un marco portador (11) interno destinado a soportar un lecho bacteriano (8) .

2. Biorreactor aerobio de cultivo fijado sumergido (B) según la reivindicación 1, caracterizado porque la fosa séptica para todas las aguas (1) comprende un (pre) filtro decoloidal amovible (12) que contiene una malla filtrante amovible (13) situada debajo de la tapa de inspección (2) más próxima a la salida (4) de los efluentes.

3. Biorreactor aerobio de cultivo fijado sumergido (B) según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el marco portador (11) está posicionado en horizontal y a media altura en la fosa séptica para todas las aguas (1) y reposa sobre el semitabique de separación (14) , unas nervaduras de refuerzo verticales y horizontales laterales y unas nervaduras de refuerzo horizontales frontales de la fosa (1) .

4. Biorreactor aerobio de cultivo fijado sumergido (B) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque:

-la rampa de aireación (6) es una estructura hueca y tubular en forma de L

constituida por una entrada de aireación (5) , por una bajada de aireación (25) que se prolonga por una sección perpendicular (26) que comprende por lo menos un difusor de aire de burbujas finas (7) ,

-la entrada de aireación (5) de la rampa de aireación (6) forma una parte exterior y 35 fija de la rampa de aireación (6) y está insertada y pegada en una pequeña abertura circular, y

-la bajada de aireación (25) y la sección perpendicular (26) de la rampa de aireación

(6) constituyen un elemento de una sola pieza, que representa la parte interior y amovible de la rampa de aireación (6) .

5. Biorreactor aerobio de cultivo fijado sumergido (B) según la reivindicación 4, caracterizado porque: 5

- la bajada de aireación (25) de la rampa de aireación (6) está dimensionada de manera que la sección perpendicular (26) de dicha rampa repose en el canalón en forma de U, y

- la sección perpendicular (26) está dimensionada de modo que su longitud sea inferior o igual a aproximadamente 45 a 60% de la anchura de la fosa séptica para todas las aguas (1) , preferentemente aproximadament.

5. 55%.

6. Biorreactor aerobio de cultivo fijado sumergido (B) según la reivindicación 5, 15 caracterizado porque:

-el marco portador (11) comprende entre dos y seis riostras (17) y, preferentemente, cuatro riostras (17) , fijadas entre dos lados laterales (16) del marco portador (11) y, por tanto, paralelas a dos lados frontales (15) de este último,

- el conjunto de las riostras (17) está dispuesto en la zona de la fosa séptica para todas las aguas (1) comprendida entre las dos tapas de inspección (2) , y

-el intervalo entre dos riostras (17) sucesivas es superior o igual a veinticinco 25 centímetros.

7. Biorreactor aerobio de cultivo fijado sumergido (B) según la reivindicación 6, caracterizado porque:

- el lecho bacteriano (8) está constituido por varios pequeños bloques de tamaños variables que están superpuestos y/o yuxtapuestos con el fin de formar un bloque unido,

- el lecho bacteriano (8) está fijado sobre el marco portador (11) a nivel de las riostras

(17) con la ayuda de un fleje (9) de zunchado y de bucles autobloqueantes en material plástico imputrescible de manera que permita, si se desea, hacer deslizar el lecho bacteriano (8) de delante hacia atrás, y viceversa, sobre un plano horizontal a lo largo del marco portador (11) , dentro de los límites impuestos por las riostras (17) ,

-una abrazadera de apriete de material plástico imputrescible (10) está insertada entre la parte superior de la rampa de aireación (6) y la parte superior del lecho bacteriano (8) de manera que impida que el lecho bacteriano (8) se deslice a lo

largo del marco portador (11) .

8. Biorreactor aerobio de cultivo fijado sumergido (B) según la reivindicación 7, caracterizado porque:

- el marco portador (11) que soporta el lecho bacteriano (8) se ensambla a partir de conductos (15, 16; 17, 18) respectivamente de 50 mm y 32 mm de diámetro, así como de codos a 90º hembra/hembra (19) de 50 mm de diámetro,

-los bloques de soporte estructurado que constituyen el lecho bacteriano (8) se

presentan en forma de tubos enrejillados de polietileno que comprenden un gran número de cavidades y de tubos soldados entre ellos para formar típicamente unos bloques cúbicos, presentando este soporte estructurado una zona de circulación de por lo menos 70%, un porcentaje de vacío de por lo menos 90% y desarrollando una superficie de 100 m2 por m3, y

- la rampa de aireación (6) se ensambla a partir de tubos (23, 25, 26) de 50 mm de diámetro, de un terminal acanalado (20) de 20 mm de diámetro, de una reducción (21) de tipo 50 mm/20 mm, de por lo menos dos codos a 90º hembra/hembra (22) de 50 mm de diámetro, de una unión (24) de 50 mm de diámetro, de por lo menos un tapón (27) de 50 mm de diámetro, de por lo menos un difusor de aire de burbujas finas (7) con su abrazadera de toma de carga (28) de 50 mm ¾ de diámetro.

9. Biorreactor aerobio de cultivo fijado sumergido (B) según la reivindicación 8, 30 caracterizado porque:

-los tubos y los codos que constituyen el marco portador (11) están realizados en cualquier material imputrescible, y preferentemente en cloruro de polivinilo,

- los elementos que constituyen la rampa de aireación (6) , con excepción de la membrana microperforada del difusor de aire de finas burbujas (7) , están realizados en cualquier material imputrescible, y preferentemente en cloruro de polivinilo de alta presión, y

-el (los) difusor (es) de aire de finas burbujas (7) es (son) del tipo disco y comprende (n) una membrana microperforada en etileno propileno dieno monómero.

10. Procedimiento para la transformación reversible de una fosa séptica para todas las aguas (1) en un reactor biológico o biorreactor aerobio de cultivo fijado sumergido (B) destinado al tratamiento de efluentes domésticos como complemento de un pretratamiento anaerobio aguas arriba y de una decantación secundaria aguas abajo, caracterizado porque, comprendiendo la fosa séptica para todas las aguas (1) , en particular, dos tapas de inspección (2) , una zona plana situada entre una entrada de efluentes (3) y la tapa de inspección más próxima, unas nervaduras de refuerzo, un canalón en U situado en el fondo de la cuba en el eje longitudinal mediano de la cuba, así como un semitabique de separación (14) ,

-se practica una pequeña abertura circular (T) en la parte superior de la fosa séptica

para todas las aguas (1) en la zona plana situada entre la entrada (3) de los efluentes y la tapa de inspección más próxima (2) , estando dicha zona plana atravesada en su centro por una línea de soldadura longitudinal mediana de la fosa séptica (1) , y

- se introduce en la fosa séptica para todas las aguas (1) un dispositivo que comprende un marco portador (11) destinado a soportar un lecho bacteriano (8) , estando dicho lecho bacteriano (8) destinado a ser fijado sobre dicho marco portador (11) , así como una rampa de aireación (6) .

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque:

-se provee a la fosa séptica para todas las aguas (1) de un (pre) filtro decoloidal amovible (12) que contiene una malla filtrante amovible (13) situada debajo de la tapa de inspección (2) más próxima a la salida (4) de los efluentes, y

- se practica la pequeña abertura circular (T) en la parte superior de la fosa séptica (1) de manera que presenta un diámetro adaptado para permitir la inserción y el pegado en esta misma abertura de una entrada de aireación (5) correspondiente a la parte superior y exterior de la rampa de aireación (6) .

12. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque, comprendiendo inicialmente la fosa séptica para todas las aguas (1) un (pre) filtro decoloidal amovible (12) que contiene una malla filtrante amovible (13) situada debajo de la tapa de inspección (2) más próxima a la salida (4) de los efluentes,

- se retira dicho (pre) filtro decoloidal amovible (12) y se sustituye el manguito recto a la salida de la cuba por un tubo de inmersión, y

- se practica la pequeña abertura circular (T) en la parte superior de la fosa séptica para todas las aguas (1) de manera que presenta un diámetro adaptado para permitir la inserción y el pegado en esta misma abertura de una entrada de aireación (5) correspondiente a la parte superior y exterior de la rampa de aireación (6) .

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 10 a 12, caracterizado porque:

-se realiza el marco portador (11) posicionándolo en horizontal y a media altura en la 15 fosa séptica para todas las aguas (1) ,

-se realiza el marco portador (11) de manera que está posicionado en contacto con paredes interiores laterales y frontales de la fosa séptica para todas las aguas (1) , y

- se realiza y se dimensiona el marco portador (11) de manera que el semitabique de separación (14) , unas nervaduras de refuerzo verticales y horizontales laterales y unas nervaduras de refuerzo horizontales frontales de la fosa séptica para todas las aguas (1) constituyan unos puntos de apoyo para mantener dicho marco portador

(11) en su posición horizontal y a media altura. 25