Sistema y método para procesar material residual orgánico.

Método de mantenimiento de una biomasa en un sistema de tratamiento de residuos que comprende unapluralidad de tanques (110) de biorreactor interconectados,

teniendo cada uno de dichos tanques debiorreactor una entrada (150) y una salida (160) y conteniendo una biomasa dispuesta sobre un sustrato(120, 130, 140) mediante lo cual un fluido (156) influente puede introducirse selectivamente a través de laentrada en un tanque de biorreactor para la eliminación de material residual del mismo para producir unfluido efluente que puede devolverse a través de una tubería (242) de recirculación desde la salida alsistema de tratamiento de residuos, comprendiendo el método las etapas de:

a) procesar una cantidad de fluido influente a través de cada uno de dichos tanques de biorreactor paraproducir una cantidad de fluido efluente;

b) eliminar el fluido efluente de uno seleccionado de los tanques de biorreactor a través de su salida;

c) determinar si se han cumplido criterios predeterminados para iniciar un ciclo en seco, repitiendo lasetapas (a) y (b) hasta que se hace una determinación de que se han cumplido los criterios predeterminadospara iniciar un ciclo en seco y, en respuesta a una determinación de que se han cumplido los criteriospredeterminados para iniciar un ciclo en seco, llevar a cabo las siguientes etapas de:

d) aislar el tanque de biorreactor seleccionado del sistema de tratamiento de residuos mientras continúapasando fluido a través de los otros tanques en el sistema;

e) establecer un conjunto de condiciones de ciclo en seco en el tanque de biorreactor aislado,seleccionándose las condiciones de ciclo en seco, incluyendo al menos una de una temperatura de tanqueinterna en un intervalo de temperatura predeterminado, una humedad de tanque interna en un intervalo dehumedad predeterminado y una presión de tanque interna en un intervalo de presión predeterminado, paraefectuar un crecimiento endógeno dentro de al menos una parte de la biomasa mediante lo cual puedeadaptarse una edad promedio de la al menos una parte de la biomasa; y

f) restablecer la conexión del tanque de biorreactor al sistema de tratamiento de residuos.

Campo de la invención Las realizaciones de la invención se refieren al tratamiento de materia orgánica residual, tal como aguas residuales y lodo. Más específicamente, la invención se refiere a un método de mantenimiento de una biomasa adaptado para eliminar materia residual orgánica de un fluido y a sistemas de procesamiento adaptados para usar este método.

Antecedentes de la invención La materia orgánica residual incluyendo la encontrada en aguas residuales sin tratar (es decir, aguas cloacales) , lodo de instalaciones de tratamiento de aguas cloacales, residuos agropecuarios, residuos industriales orgánicos, lixiviados, etcétera, es una causa principal de la contaminación del agua. Por tanto, la materia orgánica residual de ésta y otras fuentes se trata de manera ideal antes de liberarla al medio ambiente con el fin de reducir o eliminar la presencia de compuestos orgánicos nocivos para el medio ambiente.

La materia orgánica residual comprende una variedad de constituyentes orgánicos, incluyendo, pero sin limitarse a, celulosa, hemicelulosa, lignina, polisacáridos tales como almidón y quitina, proteínas, lípidos tales como triacilgliceroles y fosfolípidos, pesticidas, fungicidas, polímeros, residuos de petróleo y otros hidrocarburos de cadena larga o complejos. Una manera en que puede tratarse la materia orgánica residual es degradando las moléculas orgánicas en partes constituyentes más sencillas, no tóxicas o respetuosas con el medio ambiente mediante digestión o metabolismo (es decir, descomposición) mediante diversos microorganismos.

Los microorganismos reconocidos por su capacidad para degradar materia orgánica incluyen, pero no se limitan a, bacterias, actinomicetos, levaduras, algas y protozoarios. En general, la materia orgánica se degrada en partes constituyentes más sencillas mediante la acción de enzimas liberadas por los microorganismos. Durante este proceso, algo del material carbonoso de la materia orgánica puede consumirse en la formación de nuevo tejido microbiano. Adicionalmente, algo del material carbonoso puede consumirse en la producción de gases de dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4) , que pueden liberarse posteriormente al medio ambiente, calentados, quemados para fines de producción de energía, etcétera. De esta manera, el residuo orgánico puede degradarse en moléculas más pequeñas, no tóxicas que luego se incorporan en la biomasa en crecimiento de los microorganismos o liberarse como gases. Por ejemplo, los procedimientos de gestión de residuos industriales como instalaciones de tratamiento públicas (POTW) a menudo utilizan microorganismos, en particular bacterias, para degradar la materia orgánica residual.

El documento GB-A 2208856 da a conocer un procedimiento para regular un sistema de tratamiento de aguas residuales que comprende una parte de tratamiento fisicoquímico y una parte de tratamiento biológico. La parte de tratamiento biológico está constituida por múltiples tanques teniendo cada uno un lecho de carbono biológicamente activo, una bomba y cañerías y válvulas que permiten la circulación selectiva de aguas residuales a través del tanque. El procedimiento implica hacer que el carbono sea activo circulando aguas residuales a través del lecho hasta que el agua sea prácticamente transparente y limpiar periódicamente el lecho de carbono lavando con agua purificada y descargando el lodo. El documento US2004/0154983 da a conocer un digestor anaerobio de ciclo en seco que tiene una pluralidad de tanques para realizar digestión aerobia y anaerobia para eliminar el residuo mientras produce poco o nada de lodo. El digestor se opera en una secuencia en la que todos los tanques están llenos y cada tanque a su vez se drena en otro tanque, se permite que permanezca seco durante un periodo de tiempo y luego se rellena de otro tanque.

Lo que se necesita es un método mejorado para mantener una biomasa para fines de digerir, metabolizar o procesar materia orgánica residual. Lo que también se necesita es un procedimiento de tratamiento de residuos mejorado para la digestión de celulosa y hemicelulosa. Adicionalmente, se necesita un método para impedir o reducir la probabilidad de desprendimiento de biomasa de un biorreactor. Las realizaciones de la invención resuelven algunas o todas estas necesidades, así como necesidades adicionales.

La presente invención proporciona un método de mantenimiento de una biomasa en un sistema de tratamiento de residuos que comprende una pluralidad de tanques de biorreactores interconectados, teniendo cada uno de dichos tanques de biorreactor una entrada y una salida y conteniendo una biomasa dispuesta sobre un sustrato mediante lo cual un fluido influente puede introducirse selectivamente a través de la entrada en un tanque de biorreactor para la eliminación de material residual del mismo para producir un fluido efluente que puede devolverse a través de una tubería de recirculación desde la salida al sistema de tratamiento de residuos, comprendiendo el método las etapas de:

a) procesar una cantidad de fluido influente a través de cada uno de dichos tanques de biorreactor para producir una cantidad de fluido efluente;

b) eliminar el fluido efluente de uno seleccionado de los tanques de biorreactor a través de su salida;

c) determinar si se han cumplido criterios predeterminados para iniciar un ciclo en seco, repitiendo las etapas (a) y

(b) hasta que se hace una determinación de que se han cumplido los criterios predeterminados para iniciar un ciclo en seco y, en respuesta a una determinación de que se han cumplido los criterios predeterminados para iniciar un ciclo en seco, llevar a cabo las siguientes etapas de:

d) aislar el tanque de biorreactor seleccionado del sistema de tratamiento de residuos mientras continúa pasando fluido a través de los otros tanques en el sistema;

e) establecer un conjunto de condiciones de ciclo en seco en el tanque de biorreactor aislado, seleccionándose las condiciones de ciclo en seco, incluyendo al menos una de una temperatura de tanque interna en un intervalo de temperatura predeterminado, una humedad de tanque interna en un intervalo de humedad predeterminado y una presión de tanque interna en un intervalo de presión predeterminado, para efectuar un crecimiento endógeno dentro de al menos una parte de la biomasa mediante lo cual puede adaptarse una edad promedio de la al menos una parte de la biomasa; y

f) restablecer la conexión del tanque de biorreactor al sistema de tratamiento de residuos.

El método de la invención puede llevarse a cabo usando un sistema de procesamiento de material residual que comprende:

una pluralidad de biorreactores teniendo cada uno un tanque de biorreactor con una entrada de fluido y una salida de fluido y teniendo una biomasa de microorganismos dispuesta en el mismo, estando adaptado el tanque de biorreactor para recibir un influente a través de la entrada de fluido, hacer pasar el influente a través de la biomasa para la eliminación de material residual del influente para producir un fluido efluente y dispensar el efluente a través de la salida de fluido; y

una disposición de tuberías adaptadas para interconectar la pluralidad de biorreactores y para proporcionar una comunicación de fluido secuencial selectiva entre ellos,

en el que al menos un biorreactor de la pluralidad de biorreactores está adaptado para retirarse selectivamente de la comunicación de fluido con los otros biorreactores y para el establecimiento de un conjunto de condiciones de ciclo en seco dentro del tanque de cada uno del al menos un biorreactor, seleccionándose las condiciones de ciclo en seco para efectuar un crecimiento endógeno dentro de al menos una parte de la biomasa de cada uno del al menos un biorreactor y

en el que la disposición de tuberías está adaptada además de modo que cuando el al menos un biorreactor se retira de la comunicación de fluido con los otros biorreactores, los otros biorreactores permanecen operativos en una comunicación de fluido secuencial entre sí.

Ahora se describirán realizaciones preferidas de la invención con referencia a los dibujos adjuntos en los que: la figura 1 es un gráfico que muestra el tiempo (eje x) frente al logaritmo del número de microorganismos (eje y) de una biomasa típica en diversas fases de crecimiento;

la figura 2 es una ilustración esquemática de un biorreactor que puede usarse conjuntamente con los métodos y sistemas de la invención;

la figura 3 es una ilustración esquemática del funcionamiento del biorreactor de la figura 2;

la figura 4 es una ilustración esquemática de un sistema de procesamiento de residuos según una realización de la invención;

la... [Seguir leyendo]

1. Método de mantenimiento de una biomasa en un sistema de tratamiento de residuos que comprende una pluralidad de tanques (110) de biorreactor interconectados, teniendo cada uno de dichos tanques de biorreactor una entrada (150) y una salida (160) y conteniendo una biomasa dispuesta sobre un sustrato (120, 130, 140) mediante lo cual un fluido (156) influente puede introducirse selectivamente a través de la entrada en un tanque de biorreactor para la eliminación de material residual del mismo para producir un fluido efluente que puede devolverse a través de una tubería (242) de recirculación desde la salida al sistema de tratamiento de residuos, comprendiendo el método las etapas de:

a) procesar una cantidad de fluido influente a través de cada uno de dichos tanques de biorreactor para producir una cantidad de fluido efluente;

b) eliminar el fluido efluente de uno seleccionado de los tanques de biorreactor a través de su salida;

c) determinar si se han cumplido criterios predeterminados para iniciar un ciclo en seco, repitiendo las etapas (a) y (b) hasta que se hace una determinación de que se han cumplido los criterios predeterminados para iniciar un ciclo en seco y, en respuesta a una determinación de que se han cumplido los criterios predeterminados para iniciar un ciclo en seco, llevar a cabo las siguientes etapas de:

d) aislar el tanque de biorreactor seleccionado del sistema de tratamiento de residuos mientras continúa pasando fluido a través de los otros tanques en el sistema;

e) establecer un conjunto de condiciones de ciclo en seco en el tanque de biorreactor aislado,

seleccionándose las condiciones de ciclo en seco, incluyendo al menos una de una temperatura de tanque interna en un intervalo de temperatura predeterminado, una humedad de tanque interna en un intervalo de humedad predeterminado y una presión de tanque interna en un intervalo de presión predeterminado, para efectuar un crecimiento endógeno dentro de al menos una parte de la biomasa mediante lo cual puede adaptarse una edad promedio de la al menos una parte de la biomasa; y

f) restablecer la conexión del tanque de biorreactor al sistema de tratamiento de residuos.

2. Método según la reivindicación 1, en el que el conjunto de condiciones de ciclo en seco incluye una temperatura de tanque interna de al menos 40ºC. 35

3. Método según la reivindicación 1, en el que el conjunto de condiciones de ciclo en seco incluye una temperatura de tanque interna en un intervalo de desde 45ºC hasta 65ºC.

4. Método según la reivindicación 1, que comprende además:

tras el establecimiento de condiciones de ciclo en seco en el tanque de biorreactor, insuflar aire en el tanque de reactor para proporcionar oxígeno adicional a la biomasa.

5. Método según la reivindicación 1, en el que los criterios predeterminados incluyen una diferencia de presión 45 hidrológica máxima entre la entrada y la salida del tanque de biorreactor.

6. Método según la reivindicación 1, en el que la acción de procesar una cantidad de fluido influente incluye permitir que el fluido influente fluya a través del tanque de reactor y recircular el fluido influente a través del tanque de reactor hasta conseguirse un contenido en material residual deseado.

7. Método según la reivindicación 6, en el que el fluido influente comprende un lodo que tiene sólidos suspendidos en un intervalo de desde 2500 mg/litro hasta 10000 mg/litro.

8. Método según la reivindicación 6, en el que el fluido influente comprende un lodo que tiene sólidos 55 suspendidos en un intervalo de desde 2500 mg/litro hasta 5500 mg/litro.

9. Método según la reivindicación 6, en el que el contenido en material residual deseado no es superior a 150 mg/litro.

10. Método según la reivindicación 6, en el que el contenido en material residual deseado no es superior al 15% de un contenido en material residual de influente.

11. Método según la reivindicación 6, en el que los criterios predeterminados incluyen una velocidad de flujo

volumétrico mínima a través del tanque. 65

12. Método según la reivindicación 6, en el que los criterios predeterminados incluyen una velocidad de

eliminación de material residual mínima.

13. Método según la reivindicación 1, en el que los criterios predeterminados incluyen un intervalo de tiempo de

funcionamiento máximo. 5

14. Método según la reivindicación 1, en el que los criterios predeterminados incluyen un desplazamiento volumétrico máximo de la biomasa.

15. Método según la reivindicación 1, en el que los criterios predeterminados incluyen una temperatura máxima 10 dentro del tanque de reactor.

16. Método según la reivindicación 1, que comprende además:

mantener las condiciones de ciclo en seco en el tanque de biorreactor durante un intervalo de tiempo 15 predeterminado 17. Método según la reivindicación 16, en el que el intervalo de tiempo predeterminado está en un intervalo de 4, 0 horas a 6, 0 horas.