Reactor de flujo ascendente para la circulación controlada de biomasa.

Reactor de flujo ascendente (1) con retorno de biomasa, para tratamiento biológico de aguas residualescomprendiendo por lo menos un primer separador por flotación (10) que comprende una o varias campanas de gas(11) comunicadas con una instalación colectora (4) y uno o varios dispositivos (13,

23) para el control de retorno debiomasa, caracterizado porque las campanas de gas (11) comprenden cada una un orificio de salida (13) con unárea de sección controlable.

Reactor de flujo ascendente para la circulación controlada de biomasa La invención se refiere a un reactor de flujo ascendente para el tratamiento bilógico de aguas residuales. Para la depuración de las aguas residuales se emplea una pluralidad de procedimientos, entre otros la filtración y procedimientos biológicos que se sirven de microrganismos aerobios o anaerobios. En particular, las aguas residuales que lleven una carga de impurezas orgánicas en forma disuelta o no disuelta, se tratan mediante el procedimiento UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) . El lecho de fango anaerobio (Anaerobic Sludge Blanket) de un reactor UASB contiene diversas especies de bacterias, de las cuales algunas convierten las impurezas orgánicas sin disolver en sustancias solubles en el agua, en particular en ácidos grasos orgánicos, y los hidrolizan. A continuación de esto, las sustancias disueltas se convierten en biogás mediante microrganismos anaerobios contenidos en el lecho de fango, depurando de este modo las aguas residuales. El biogás es una mezcla de gases a base de los componentes de metano y dióxido de carbono así como sulfuro de hidrógeno y otros gases traza. En la medida en que haya suficiente biomasa para la descomposición de las sustancias contenidas en el agua se obtiene un tiempo de permanencia hidráulico óptimo para el agua que se ha de depurar en el reactor, a partir del grado de suciedad, expresado por ejemplo como demanda química de oxígeno (CSB) y el grado de depuración deseado. Es sabido que en condiciones favorables se pueden alcanzar grados de depuración superiores a 90 % incluso con unos tiempos de permanencia hidráulicos del orden de unas pocas horas.

Ahora bien un elevado grado de depuración solamente se puede alcanzar de forma duradera si se consigue mantener en el reactor una cantidad suficientemente grande de biomasa o conseguir un crecimiento adicional de biomasa. La velocidad de crecimiento de la vía o masa anaerobia o aerobia se encuentra dentro del campo desde aprox. 0, 05 · d-1 a 0, 5 · d-1. Es preciso asegurarse de que se forma el reactor al menos igual cantidad de biomasa nueva como la que constantemente se va eliminando con una descarga de agua. En el caso más desfavorable de un caudal hidráulico elevado con una baja concentración de CSB, la biomasa contenida en el reactor también puede disminuir aunque sea reducido el volumen eliminado por descarga, porque la velocidad de formación de biomasa nueva depende de la cantidad de sustrato alimentado o CSB de las aguas residuales. De ahí se puede ver que la retención efectiva de biomasa tiene una importancia decisiva con respecto al rendimiento de un reactor biológico, en particular de un reactor con biomasa anaerobia.

En los reactores anaerobios conocidos aparecen debido a la intensiva producción de biomasa unas velocidades de flujo ascendente elevadas, de varios m/h. En la medida en que los microrganismos no estén fijados sobre soportes especiales debido a un cultivo especial, la elevada velocidad ascendente da lugar a una selección de especies que forman agregados naturales. Este proceso de selección está basado en que las especies que no forman agregados tiene un peso menor y por lo tanto son arrastradas fuera del reactor en mayor cantidad, y finalmente son desplazadas por las especies que forman agregados. Este proceso de selección se extiende a lo largo de un periodo de tiempo desde varios meses hasta unos años, y da lugar a formación de una forma especial de fangos que de forma general de designa como fango granulado o “fango en pellets”. Los “pellets de fango” tienen una velocidad de descenso en el agua de 50 a 150 m/h, mientras que los copos de fango descienden a una velocidad de aprox. 1 m/h.

Los pellets de fango están presentes típicamente como granulado en forma de esferas o lentejas con un tamaño de grano de aprox. 0, 5 a 2 mm. Los pellets de fango se componen de una estructura caliza porosa que se va formando en el curso del proceso de selección. Las bacterias no solamente se asientan en la superficie de los pellets de fango, como por ejemplo en el caso de un granulado de soporte macizo, cerrado, de un reactor de lecho fijo, sino que también se encuentran en las superficies interiores de la estructura caliza.

Debido a la actividad de los microrganismos se forma biogás, que por una parte asciende en forma de burbujas de gas, pero otra parte también se adhiere a la biomasa. Al estar los pellets de fango parcialmente envueltos de biogás, el peso específico de los pellets de fango desciende por debajo de la densidad del agua y los pellets de fango ascienden. Los pellets de fango que se desplazan hacia arriba son captados mediante unas campanas de gas correspondientemente dispuestas y allí van cediendo paulatinamente gas. El desprendimiento del gas de los distintos pellets de fango se intensifica por la presión hidráulica que en el reactor va disminuyendo hacia arriba, porque el gas es compresible y se dilata al disminuir la presión exterior. Las burbujas de gas adheridas al pellet de fango se van haciendo mayores según disminuye la presión. Las fuerzas de rozamiento y cortadura que actúan debido al movimiento ascendente en el agua obtienen de este modo una mayor superficie de ataque y se favorece el desprendimiento de la burbuja de gas del pellet de fango. De modo que al desprenderse el gas de los distintos pellets de fango, vuelve a aumentar el peso específico del pellet de fango, de modo que este vuelve a hundirse a la zona inferior del reactor, donde el proceso comienza de nuevo. Debido a la formación de gas y al desprendimiento del gas de los pellets de fango se pone en marcha un circuito cerrado a base de flotación y sedimentación.

Para la transformación de las impurezas orgánicas, el transporte de sustancia o la difusión en la superficie de los pellets de fango juega un papel determinante. La intensidad del flujo de difusión de una determinada sustancia es proporcional a su gradiente de concentración en el pellet de fango desde las aguas residuales hasta los microorganismos. El pellet de fango está rodeado parcialmente de una envoltura de biogás adherido. El gradiente de concentración y la difusión son inmersamente proporcionales al espesor de esta envoltura de gas adherida. La transformación de los compuestos orgánico, y unido con ello la eficacia del proceso de depuración, se puede incrementar si se desprende lo más rápidamente posible la envoltura del biogás adherida a los pellets de fango. Es sobradamente conocido que la envoltura de gas adherida a los pellets de fango se reduce debido a una intensa turbulencia, es decir debido a un importante gradiente de velocidad. Ahora bien, es preciso tener en cuenta que una circulación demasiado violenta en el reactor y los correspondientes fuerzas de cortadura mecánicas que esto entraña pueden perturbar o impedir el proceso de crecimiento de los pellets de fango. En un caso extremo, el frágil granulado incluso puede llegar a ser destruido. Por lo tanto es deseable que haya una circulación eficaz o conducción del circuito cerrado de la biomasa con un desprendimiento de gas cuidadoso.

El documento DE 10 2005 O50 997 A1 da a conocer un procedimiento y un reactor para la depuración de aguas residuales que tengan carga de impurezas orgánicas, mediante un lecho de fango anaerobio de flujo ascendente (Upflow Anaerobic Sludge Blanket = UASB) . La biomasa que está presente en forma de fango o de una acumulación de pellets de fango se conduce en un circuito cerrado, siendo la proporción entre la biomasa devuelta respecto a la biomasa total presente en el reactor, por día es mayor que 0, 1 y muy

·d-1, en particular mayor que d·d-1preferentemente mayor a 10· d-1. El reactor comprende un depósito del reactor, unas conducciones para un mezclador de aguas residuales, un primer y por lo menos un segundo separador de flotación para la separación del agua del reactor, la biomasa y el biogás, uno o varios mezcladores para mezclar biomasa y biogás y un separador de gas para separar la biomasa y el biogás.

El documento EP 0 170 332 A1 da a conocer un procedimiento y un dispositivo para el tratamiento anaerobio de aguas residuales mediante UASB, en el que se emplea un recipiente en cuya zona inferior se introducen las aguas residuales que se tratan de depurar y en el que desde su zona superior se extraen las aguas residuales depuradas. En el incipiente actúan microrganismos anaerobios. Entre la entrada de aguas residuales y el rebosadero para las aguas residuales depuradas se encuentran dentro del recipiente unos colectores de gas apilados uno sobre otros en forma de campanas cuya zona superior se comunica a través de una conducción con un dispositivo de separación de gas- fango. Debido a la actividad de los microrganismos se... [Seguir leyendo]

1. Reactor de flujo ascendente (1) con retorno de biomasa, para tratamiento biológico de aguas residuales comprendiendo por lo menos un primer separador por flotación (10) que comprende una o varias campanas de gas (11) comunicadas con una instalación colectora (4) y uno o varios dispositivos (13, 23) para el control de retorno de biomasa, caracterizado porque las campanas de gas (11) comprenden cada una un orificio de salida (13) con un área de sección controlable.

2. Reactor de flujo ascendente (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque el reactor de flujo ascendente (1) comprende un segundo separador por flotación (20) que está dispuesto por encima del primer separador por flotación (10) así como una o varias campanas de gas (21) comunicadas con una instalación colectora (4) .

3. Reactor de flujo ascendente (1) según la reivindicación 2, caracterizado porque las campanas de gas (21) presentan cada una un orificio de salida (23) con un área de sección controlable.

4. Reactor de flujo ascendente (1) según la reivindicación 2 o 3, caracterizado porque el primer separador por flotación (10) y el segundo separador por flotación (20) presentan una forma de construcción diferente entre sí.

5. Reactor de flujo ascendente (1) según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque por lo menos una zona del borde de los orificios de salida (13, 23) está limitado por un obturador desplazable (14, 24) .

6. Reactor de flujo ascendente (1) según la reivindicación 5, caracterizado porque el reactor de flujo ascendente (1) comprende unos elementos de ajuste para el accionamiento de obturadores desplazables (14, 24) , estando los elementos de ajuste equipados preferentemente con un accionamiento hidráulico.

7. Reactor de flujo ascendente (1) según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque por lo menos una zona del borde de los orificios de salida (13) y eventualmente (23) está limitado cada uno por un obturador de tubo flexible.

8. Reactor de flujo ascendente (1) según la reivindicación 7, caracterizado porque el obturador de tubo flexible está en comunicación con una instalación de presión para un fluido, preferentemente para agua.

9. Reactor de flujo ascendente (1) según una o varias de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los orificios de salida (13) y eventualmente (23) están equipados cada uno con un sifón (12) o (22) .

10. Reactor de flujo ascendente (1) según la reivindicación 9, caracterizado porque el sifón (12, 22) está realizado en forma de capota.

11. Reactor de flujo ascendente (1) según la reivindicación 10, caracterizado porque el sifón (12, 22) y la campana de gas (11, 21) están realizados de una sola pieza.

12. Reactor de flujo ascendente (1) según la reivindicación 11, caracterizado porque el sifón (12, 22) está realizado de forma tubular.

13. Reactor de flujo ascendente (1) según una o varias de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el reactor de flujo ascendente (1) comprende un sistema de control electrónico (80) .

14. Reactor de flujo ascendente (1) según o varias de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el reactor de flujo ascendente (1) contiene biomasa (8) , anaerobia y/o aerobia.