Biorreactor y método para la purificación biológica del agua.

Un biorreactor (1) para la purificación de aguas, conteniendo dicho reactor una sección de tanque (2) provista de medios de entrada (5) para transportar el agua a purificar y medios de salida (6) para transportar el agua purificada,

teniendo la sección de tanque una sección transversal circular o elíptica y conteniendo en su interior un material soporte (3) sobre el cual puede desarrollarse un biofilm, y estando provisto adicionalmente dicho tanque de medios (4) para suministrar un fluido que contiene un gas de reacción requerido por el proceso de purificación, caracterizado porque el material de soporte (3) está constituido por uno o más elementos de soporte, y porque el material de soporte (3) tiene un grado de llenado del tanque comprendido dentro de intervalo que va desde más de 70% a 100%;

porque los medios de salida de agua (6) están provistos en la sección de tanque (2) de tal manera que la sección de tanque (2) está esencialmente llena de agua durante el proceso de purificación;

porque los medios de suministro de fluido (4) están dispuestos en la pared del tanque;

y porque el reactor comprende medios de control para impulsar los medios de suministro de fluido de tal manera que se efectúa por ello un movimiento rotativo del soporte, el agua, y el fluido transportador del gas de reacción alrededor de una línea central de rotación que pasa esencialmente por el centro de la sección transversal del tanque.

Biorreactor y método para la purificación biológica del agua.

La invención se refiere a un biorreactor para la purificación de aguas según la reivindicación 1, comprendiendo dicho reactor una sección de tanque esencialmente circular o elíptica en sección transversal provista de medios de entrada para el agua a purificar y medios de salida para el agua purificada, conteniendo dicho tanque en su interior un material soporte sobre el cual puede desarrollarse un biofilm, y estando provisto adicionalmente dicho tanque de medios para suministrar el aire requerido por un proceso de purificación aerobio.

La invención se refiere también a un método para la purificación biológica del agua según la reivindicación 8 en un biorreactor, que comprende una sección de tanque de sección transversal esencialmente circular o elíptica provista de medios de entrada para el agua a purificar y medios de salida para el agua purificada, conteniendo dicho tanque en su interior un material soporte sobre el cual puede desarrollarse un biofilm, y estando provisto adicionalmente dicho tanque de medios para suministrar el aire requerido por un proceso de purificación aerobio.

En la purificación biológica del agua, tal como v. g. agua residual, el agua se hace pasar a través de un reactor, en el que se utilizan microorganismos para convertir las impurezas transportadas por el agua en productos finales inocuos tales como dióxido de carbono, minerales y agua. En la purificación biológica del agua, los microorganismos pueden haberse unido a sí mismos, es decir a la biomasa, y también a productos no biodegradables, v.g. metales pesados. La purificación puede realizarse en modalidad aerobia o anaerobia. Se conocen con anterioridad diversos biorreactores para purificación de aguas residuales, tales como filtros de goteo, biorrotores (contactores rotativos biológicos) , reactores de lecho fluidizado, reactores de lecho fijo, y reactores de lecho móvil. Un biorreactor conocido con anterioridad comprende transportar un material soporte a un proceso, siendo la superficie de dicho material soporte capaz de desarrollar microorganismos en forma de un biofilm.

Un proceso de biofilm típico (reactor de lecho fijo) está basado en el llenado del reactor de purificación con un material soporte en forma de partículas de carga, estando adaptadas dichas partículas de carga para mantenerse estacionarias durante el proceso. La oxigenación de un biofilm presente en la superficie de las partículas de carga se efectúa suministrando aire al reactor a través del fondo. Una ventaja del proceso es una gran cantidad de biomasa por unidad de volumen de reactor, dado que el biofilm tiene un área de crecimiento grande. Un inconveniente en este tipo del denominado lecho fijo es que el bioproceso puede paralizarse por la biomasa (lodo) u otra materia particulada, y que pueden desarrollarse zonas inactivas en el proceso en puntos con un contacto deficiente entre el agua y los microorganismos activos. Otro problema es la dificultad de limpieza, a causa del difícil acceso por debajo de reactor y, en el caso de que un biorreactor llegue a obstruirse, el volumen total del biorreactor tiene que vaciarse para limpiarlo.

Se conocen también con anterioridad procesos de biofilm, en los cuales el material soporte se mantiene en movimiento durante el proceso, véanse v.g. US 6.126.829, US 5.458.779, WO92/11211 y US 5.543.039. Una ventaja de un biorreactor del tipo de lecho móvil de esta clase es que se eliminan por completo el atascamiento del material soporte y el desarrollo de zonas inactivas. La superficie de los elementos de soporte está protegida parcialmente contra las colisiones con otros elementos de soporte. Un inconveniente de este caso es, sin embargo, una capacidad considerablemente limitada del proceso debido al hecho de que se requiere un grado de llenado particularmente bajo, v.g. del orden de aproximadamente 30-70% del volumen del reactor vacío, a fin de proporcionar a los elementos de soporte una movilidad no restringida en el agua a purificar. De acuerdo con ello, la capacidad de eliminación de las impurezas es menor que la de un reactor de lecho fijo que tiene el mismo volumen y está lleno con el mismo material soporte, debido a que reactor de lecho fijo tiene una capacidad de carga mayor.

El aumento del grado de llenado daría como resultado un consumo incrementado de oxígeno, lo que podría requerir un compresor de mayor potencia, en cuyo caso la potencia del chorro podría perturbar adicionalmente el proceso. El aumento del grado de llenado podría conducir a la formación de un lecho fijo y podría paralizar el proceso biológico, dado que los soportes podrían llegar a quedar atascados por la biomasa. Además de esto, si tuviera que aumentarse el grado de llenado en un tipo de reactor de lecho móvil, ello requeriría una cantidad desfavorablemente grande de aire y energía para mantener los soportes en movimiento, lo cual podría aumentar notablemente el esfuerzo mecánico aplicado a un biofilm y esto, a su vez, podría conducir al despegado del biofilm de la superficie del soporte, lo cual podría dar como resultado a su vez una paralización del proceso biológico. Otro inconveniente importante es que el reactor tiene que estar provisto de un filtro de seguridad para separar el medio de aireación de los elementos de soporte. El filtro debe tener un tamaño de malla adecuado a fin de impedir el paso de los elementos de soporte a través de las aberturas. Esto excluye el uso de soportes de tamaño pequeño que podrían proporcionar una gran área por unidad de volumen, debido a que una reducción correspondiente del tamaño de malla del filtro podría debilitar el suministro de aire y probablemente causaría el bloqueo de las aberturas.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un biorreactor mejorado capaz de eliminar los inconvenientes tanto de un proceso de lecho fijo como de un proceso de lecho móvil, consiguiendo un tratamiento excepcionalmente mayor de las impurezas por unidad de volumen que el que es conseguido por los reactores conocidos anteriores, y reducir por tanto los costes de purificación. Para alcanzar este objetivo, un biorreactor de la invención se caracteriza porque el material soporte está constituido por uno o más elementos de soporte, y porque el material soporte tiene un grado de llenado del tanque comprendido dentro de intervalo que va desde mayor que 70% a 100%; porque los medios de salida del agua están provistos en la sección del tanque de tal manera que la sección del tanque está esencialmente llena de agua durante el proceso de purificación, porque los medios de suministro de fluido están dispuestos en la pared del tanque, y porque el reactor comprende medios de control para hacer funcionar los medios de suministro de fluido de tal manera que un movimiento rotativo del soporte, el agua, y el fluido transportador del gas de reacción se efectúa por ello alrededor de una línea central de rotación que pasa esencialmente por el centro de la sección transversal del tanque, estando adaptados los medios de control para efectuar opcionalmente una desactivación de los medios de suministro de fluido en momentos deseados.

Una idea de la invención, de acuerdo con la cual la sección del tanque se mantiene esencialmente llena de agua durante el proceso de purificación, hace posible que un gas de reacción, v.g. en forma de burbujas de gas, se desplace junto con el agua y un soporte, proporcionando así a las burbujas una distancia y un tiempo largos eficaces, permitiendo con ello un alto grado de llenado del soporte, dentro de intervalo que va desde mayor que 70% hasta aproximadamente 100%, en oposición al tipo de solución que afirma que el grado de llenado de un material soporte está comprendido dentro del intervalo de 30-70%. El grado de llenado de un material soporte está en relación directa con la eficiencia de un proceso biológico, es decir que cuanto mayor es el grado de llenado de un material soporte en un reactor m2/m3, tanto mayor es su eficiencia de purificación. En una solución de acuerdo con la presente invención, la cantidad de un material soporte puede ser también claramente menor que 70%, v.g. menor que 50%. El grado de llenado para un material soporte se determina sobre la base de la capacidad de oxigenación y la carga de un reactor. Los soportes pueden estar constituidos por piezas de plástico con tamaño y forma deseados que permitan un movimiento de rotación sostenido. Cuando se utiliza un reactor de la invención en un proceso aerobio, se encontrado que las burbujas de aire se mantienen en el reactor durante un periodo considerablemente más largo que en los reactores utilizados corrientemente, dado que las burbujas de aire están rotando durante un tiempo bastante largo junto con... [Seguir leyendo]

1. Un biorreactor (1) para la purificación de aguas, conteniendo dicho reactor una sección de tanque (2) provista de medios de entrada (5) para transportar el agua a purificar y medios de salida (6) para transportar el agua purificada, teniendo la sección de tanque una sección transversal circular o elíptica y conteniendo en su interior un material soporte (3) sobre el cual puede desarrollarse un biofilm, y estando provisto adicionalmente dicho tanque de medios (4) para suministrar un fluido que contiene un gas de reacción requerido por el proceso de purificación, caracterizado porque el material de soporte (3) está constituido por uno o más elementos de soporte, y porque el material de soporte (3) tiene un grado de llenado del tanque comprendido dentro de intervalo que va desde más de 70% a 100%; porque los medios de salida de agua (6) están provistos en la sección de tanque (2) de tal manera que la sección de tanque (2) está esencialmente llena de agua durante el proceso de purificación; porque los medios de suministro de fluido (4) están dispuestos en la pared del tanque; y porque el reactor comprende medios de control para impulsar los medios de suministro de fluido de tal manera que se efectúa por ello un movimiento rotativo del soporte, el agua, y el fluido transportador del gas de reacción alrededor de una línea central de rotación que pasa esencialmente por el centro de la sección transversal del tanque.

2. Un biorreactor como el indicado en la reivindicación 1, caracterizado porque el material soporte está constituido por una pluralidad de elementos de soporte que tienen un grado de llenado en la sección del tanque de 100%, rotando por tanto en forma de un lecho de soporte esencialmente continuo alrededor de la línea central de rotación después de suministrar dicho fluido a la sección del tanque.

3. Un biorreactor como el indicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la superficie interna de la sección de tanque es esencialmente lisa, permitiendo la rotación sin impedimento del material soporte alrededor de la línea central longitudinal.

4. Un biorreactor como el indicado en cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque alrededor de la sección del tanque (2) está provista una cubierta protectora (7) , que confina al menos parcialmente la sección del tanque y que presenta al menos un conducto de suministro de aire (8) , que está conectado por una válvula a una fuente de suministro de aire, estando provisto dicho conducto (8) de medios de suministro de aire (4) .

5. Un biorreactor como el indicado en cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque los medios de control están adaptados para efectuar opcionalmente una desactivación de los medios de suministro de fluido en momentos deseados y/o un reemplazamiento del fluido con uno esencialmente exento de un gas de reacción.

6. Un biorreactor como el indicado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sección de tanque (2) es una estructura alargada tubular o discoidal dispuesta en posición horizontal.

7. Un biorreactor como el indicado en cualquiera de las reivindicaciones uno-5, caracterizado porque la sección de tanque (2) tiene una estructura que es esférica o elipsoidal generada por rotación.

8. Un método para la purificación biológica del agua en un biorreactor que comprende una sección de tanque (2) provista de medios de entrada (5) para el agua a purificar y medios de salida (6) para el agua purificada, y conteniendo dicho tanque en su interior un material soporte (3) sobre el cual puede desarrollarse un biofilm, y estando provisto adicionalmente dicho tanque de medios (4) para suministrar un fluido que contiene un gas de reacción requerido por el proceso de purificación, caracterizado porque el método comprende proporcionar un material de soporte (3) que está constituido por uno o más soportes, y teniendo el material de soporte (3) un grado de llenado de la sección de tanque comprendido dentro de intervalo que va desde más de 70% a 100%; siendo la sección de tanque (2) circular o elíptica en sección transversal; estando dispuestos los medios de suministro de fluido (4) en la pared del tanque; porque el método comprende suministrar al tanque agua a purificar de tal manera que el tanque está esencialmente lleno de agua durante el proceso de purificación, y porque los medios de suministro de fluido están controlados de tal manera que un movimiento rotativo del soporte, el agua, y el fluido transportador del gas de reacción se efectúa por ello continua o intermitentemente alrededor de una línea central de rotación que pasa esencialmente por el centro de la sección transversal del tanque.

9. Un método como el indicado en la reivindicación 8, caracterizado porque el proceso de purificación está adaptado para proceder como un proceso aerobio y porque se utiliza aire como dicho fluido transportador del gas de reacción, que produce burbujas en el agua a purificar, rotando al menos algunas de las burbujas de aire junto con el material soporte y el agua, alrededor de dicha línea central de rotación.

10. Un método como el indicado en la reivindicación 8, caracterizado porque el bioproceso está adaptado para proceder como un proceso aerobio y porque se utiliza agua pre-aireada como fluido transportador de dicho gas de reacción, en el cual el aire se ha disuelto y/o está presente en forma de burbujas.

11. Un método como el indicado la reivindicación 8, caracterizado porque el bioproceso está adaptado para proceder opcionalmente como un proceso anaerobio por desactivación del suministro de fluido en momentos deseados y/o por reemplazamiento del fluido con uno esencialmente exento de un gas de reacción.