Depuración de aguas residuales completa de flujo vertical.

El procedimiento y el dispositivo de depuración de aguas residuales completo en flujo vertical se caracterizan porque conjuntan muchos biotopos ecológicos.

El dispositivo de los reactores en serie (1) se caracteriza porque los procesos de tratamiento de agua residual físico y biológico se dan en unos reactores cuyo flujo del efluente de agua se da en la vertical.

Los procesos metabólicos, anaerobios aerobio, anóxico son realizados por la biomasa suspendida en el filtro inundado, forman comunidades de bacterias tal que es el sistema el que regula el proceso de tratamiento de depuración, es decir tenemos una sucesión de etapas con sinergias para ganar en eficiencia energético y economía.

El proceso de bulking filamentoso es fácil de atajar porque el agua no permanece retenida en un reactor, sino que fluye continuamente.

La materia ni se crea ni se destruye sino que se transforma.

Depuración de aguas residuales completa de flujo vertical SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente memoria descriptiva se refiere a la depuración de aguas residuales industriales y urbanas. El sistema de depuración de aguas de flujo vertical dinámico es un método encuadrado dentro de la depuración de las aguas negras. Es un sector que se ha desarrollado y evolucionado a lo largo del siglo pasado. El impulso que necesita la sociedad actual para conseguir de un residuo como es el agua residual la transformación en una fuente de energía, pasa por observar los procesos que se dan en la naturaleza.

La depuración de las aguas residuales es un sector primordial en el desarrollo del medio ambiente, necesario para nuestra sociedad ya que el recurso de agua viva es vital para el desarrollo de una sociedad avanzada. La utilización del agua dulce implica una devolución a su entorno en las condiciones más saludables, para no alterar los cauces o las aguas receptoras.

ESTADO DE LA TÉCNICA

La técnica más desarrollada en la actualidad es la depuración convencional de aguas residuales. Este sistema consta de tres procesos, el primero desarrolla un tratamiento físico del agua residual para después realizar un tratamiento biológico en unos reactores en condiciones aerobias , el producto obtenido de este proceso es un lodo biológico que puede ser digerido en unos reactores anaerobios, el tratamiento terciario, son tratamientos avanzados, generalmente se utiliza para la eliminación de nutrientes, nitrógeno y fósforo es llevado acabo por sustancias precipitantes y métodos económicamente costosos.

Otras técnicas utilizadas son las que utilizan biofiltros inundados, son sistemas específicos para aguas residuales de unas características determinadas, los filtros tienen una superficie específica alta, empleándose un lecho de silicato u otro material adecuado y una aireación forzada. La gran superficie específica y la estructura porosa del medio soporte permiten el crecimiento de una gran concentración de microorganismos, muy superior a la que se consigue en un sistema convencional de cultivo en suspensión.

Básicamente existen dos tipos de filtros inundados dependiendo del sentido del flujo de agua y el aire:

a) El flujo de agua a tratar y el aire insuflado en el mismo sentido, bien ascendente o descendente.

En este tipo de filtro el agua residual después de una decantación primaria se aire se distribuye mediante difusores en la parte inferior y tiene también un flujo ascendente. A medida que el tratamiento se desarrolla, la perdida de carga contaminante del agua disminuye y el filtro se colmata debido al crecimiento de la biomasa. Cuando el filtro esta colmatado los filtros se lavan automáticamente. El ciclo de lavado comprende un barrido con aire y efluente limpio.

b) El flujo de agua a tratar en sentido contrario del aire insuflado.

En este tipo de filtros el aire se distribuye mediante difusores por la parte inferior y tiene un flujo ascendente, el agua residual se introduce por la parte superior del lecho y atraviesa por la fuerza de la gravedad saliendo por la parte inferior.

Los tratamientos anaerobios de aguas residuales básicamente utilizan tres técnicas o digestores que son:

Digestor de lecho de fango (UASB).

El digestor de lecho anaerobio UASB fue creado y desarrollado por Lettinga y colaboradores a finales de los 70. El agua entra por una parrilla en la parte inferior del reactor, poniéndose en contacto con el fango granular anaerobio, ascendiendo hasta una altura determinada en la que un separador trifásico separa el biogás, el agua y el fango.

El concepto de flujo ascendente supone que en una única etapa tiene lugar la eliminación de la materia orgánica y la separación de agua-fango, lo que evita la necesidad de una decantación posterior, con las ventajas de espacio que ello representa.

Para optimizar el rendimiento es necesario que el tango se mantenga expandido y que el pH dentro del reactor se mantenga cerca de la neutralidad. Para ello el reactor dispone de una recirculación externa que permite ajustar la velocidad ascensional para mantener el fango en suspensión y a la vez neutralizar la acidez que viene de la preacidificación

Debido a que dentro del reactor se está formando biogás, los parámetros de diseño y especialmente la carga volumétrica y la altura están limitadas para que la separación biogás- agua-fango sea eficaz.

El digestor de fango expandido (EGSB), en ingles, Expandeed Granular Sludge Bed.

El digestor de fango expandido utiliza bafles para optimizar la separación de liquido-sólido- gas, con lo cual aumenta la carga volumétrica y la altura del reactor.

Esto ha permitido que el ESGB haya crecido (en altura) respecto al UASB. Aún así se trata al igual que su predecesor de un sistema en una sola etapa y por lo tanto igualmente vulnerable a los incrementos importantes de carga orgánica. Es por este motivo que tanto la altura del reactor como los valores reales de operación estén a medio camino entre los reactores UASB y el IC.

Los reactores IC aparecieron a finales de los 80, con posterioridad a los EGSB, sin embargo su peculiar concepción ha hecho que con los años se estén imponiendo como mejor tecnología para un tipo de agua fácilmente biodegradable respecto a los EGSB, dado que son capaces de trabajar a mayores cargas volumétricas y pueden alcanzar alturas mayores.

Los reactores IC funcionan como dos reactores UASB puestos uno encima del otro, de tal forma que uno (inferior) trabaja a alta carga y el otro (superior) trabaja a baja carga. El agua entra por la parte inferior en un compartimiento en el que se mezcla con el tango granular, y pasa a una zona en la que se elimina el 70%-80% de la materia orgánica que es tratada por el reactor. El conjunto agua-fango-biogás, es recogido (no separado) en zona intermedia y conducido por un colector interno a un calderón situado en la parte superior, en el que el biogás no tiene ningún problema en separarse de la mezcla agua-fango, y por otro colector interno desciende a la parte inferior del reactor en donde entra el agua preacidificada, creando una recirculación interna que es lo que da el nombre a este reactor IC. Esta particular configuración del sistema IC ha permitido que con el tiempo estos reactores incrementaran su altura desde los 18 metros iniciales hasta los 24 (o más) actuales, así como los valores de carga volumétricas.

Los problemas planteados en los sistemas de depuración convencionales son la especialización en un solo proceso biológico sea aerobio, anaerobio o anóxico, esto conlleva que Ilega un punto crítico de saturación del proceso, en el cual la depuración no avanza.

Por todo lo expuesto anteriormente, se ha detectado la necesidad de crear un tipo de depuración de agua que presenta ventajas técnicas. El procedimiento y el sistema de depuración de aguas residuales completo de flujo vertical es la conjunción de procesos y la sucesión de reacciones hasta alcanzar un agua limpia, sin impurezas. Es decir hay varios reactores que desarrollan procesos conjuntamente y en cadena, cada reactor tiene dos procesos, uno físico que es la sedimentación y otro biológico que puede ser aerobio, anaerobio, anóxico o una conjunción de estos tres procesos biológicos.

Este objetivo se consigue por medio de la invención tal y como está definida en la reivindicación 1 y 2, las cuales son interdependientes, el dispositivo es propio para el procedimiento de depuraci6n de aguas residuales completa de flujo vertical.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

El dibujo (1) de la depuración de aguas residuales completa de flujo vertical es una sección de siete reactores en los que se ve el interior de los reactores con el filtro sintético.

La flecha indica el sentido del agua residual.

1.- Siete reactores cilíndricos verticales, cada uno es un reactor biológico con una función especifica.

2.- Balsa de recogida de las aguas residuales, balsa de almacenamiento del agua tiene un sistema de bombas con un conducto para elevar el agua residual a la cota superior del primer reactor.

3.- Entrada de agua residual al primer reactor biológico.

4.- Agitador superficial de agua.

5.- Filtro sintético.

6.- Sedimentadores de lodo y partículas mineralizadas.

7.- Paso de agua residual entre reactores pares, unión de conducto entre el primer y el segundo reactor.

8.- Campana de recogida de gases en primer y segundo reactor.

9.- Paso, unión de conducto entre el segundo y tercer reactor.

10.- Entrada del conducto de gases recogidos en los reactores primero y segundo.

11.- Sistema de calefacción.

12.- Campana...

1. Dispositivo de depuración de aguas residuales completo de flujo vertical caracterizado porque consta de una serie de reactores biológicos cilíndricos de gran altura (1), colocados en posición vertical.

Primero hay un sistema de recogida, homogeneización y bombeo del agua residual (2), la entrada del agua residual en el primer reactor está situada en la cota superior (3).En el primer reactor situado en la superficie tenemos un agitador de agua superficial (4).

Los reactores biológicos están unidos por conductos huecos en serie, alternándose la unión de pares de reactores arriba y abajo. La unión del primer reactor con el segundo reactor se realiza por un conducto (7).La unión del segundo reactor con el tercer reactor se realiza por un conducto en la cota inferior (9), la unión del tercer reactor con el cuarto reactor par un conducto situado en la zona superior (13), la unión del cuarto reactor con el quinto reactor por el conducto inferior (16).La unión del quinto reactor con el sexto reactor se realiza por el conducto superior (17). La unión del sexto reactor con el séptimo reactor por la cota inferior (18).

Los reactores biológicos poseen unos filtros sintéticos, para que se establezca la biomasa (5).

Los reactores primer y segundo tienen en la parte superior una campana hermética de regida de gases (8), de la zona central de la campana sale un conducto de gases que conecta con el tercer reactor por la zona inferior (11).

El tercer reactor tiene un sistema de calefacción, para elevar la temperatura del agua (10). En la zona superior del tercer reactor tenemos una campana de recogida de biogás (12), de la zona central de la campana sale un conducto de biogás que conecta con el depósito de biogás.

En la parte inferior de cada reactor tenemos una zona de depósito de sedimentos que hace las veces de sedimentador (6), los sedimentadores tienen una salida inferior de lodos (21) para almacenar los lodos en un tanque exterior (22).

En el cuarto reactor tenemos un agitador aireador superficial (14), y en la zona inferior tenemos una entrada de aire, un compresor insuflador de aire (15).

El quinto y sexto y demás reactores biológico tienen una entrada de aire (15).

En el último reactor biológico tenemos un sistema de concentración y bombeo de agua residual al primer reactor (19). El agua residual termina en una salida final de agua limpia (20.

2. Procedimiento de la depuración de aguas residuales según la reivindicación 1, se caracteriza porque el agua residual entra al primer reactor biológico por la parte superior 3), el agua residual es agitada, con un agitador superficial en el primer reactor (4).

Porque en una primera etapa

En el primer reactor biológico las bacterias facultativas mediante enzimas extracelulares hidrolizan los hidratos de carbono, proteínas, aminoácidos, grasas, el oxígeno disuelto en el agua es consumido y se desprenden gases dióxido de carbono, que son recogidos en una campana de gas suspendida en el primer reactor, este gas es conducido por un conducto al tercer reactor (11) para mejorar las reacciones metanogénicas. Las sustancias mineralizadas y solidos sedimentables precipitan en el receptáculo de sedimentar (6), estos lodos son extraídos del reactor biológico por el conducto de lodos (21), las moléculas hidrolizadas tienen una

densidad que se asemeja a la densidad del agua por lo que se sitúan en la zona superficial del primer reactor, las moléculas hidrolizadas pasan al segundo reactor por un conducto situado a media altura, con un filtro (7) para separar las partículas disueltas.

Porque en una segunda etapa

En el segundo reactor las bacterias facultativas resistentes Ilevan a cabo la etapa acetogénica, en la vertical del reactor biológico, se forman ácidos butírico, ácido acético ácido propiónico, ácido fórmico que tienen mayor densidad que la densidad del agua por lo que tiende a descender a través del segundo reactor, las sustancias sedimentables precipitan y son recogidas en el sedimentador (6) para ser extraídas fuera del reactor por un conducto de lodos(21).

Porque en una tercera etapa

El agua residual rica en ácidos orgánicos pasa al tercer reactor por un conducto inferior con filtro (9). En el tercer reactor la circulación del agua residual es hacia arriba, en el reactor las bacterias anaerobias estrictas termófilas trasforman los ácidos en metano por la asociación sintrófica de bacterias productoras de hidrogeno. El metano es un biogás formado que escapa del agua y es recogido en una campana de biogás (12), las moléculas mineralizadas precipitan en el sedimentador (6) siendo extraídos del reactor por el conducto de lodos (21). La carga orgánica, ha disminuido en un porcentaje alto, el agua residual termófilo tiende a la superficie del tercer reactor biológico anaerobio, del tercer reactor al cuarto reactor el agua residual después de sufrir la metanogénesis pasa por un conducto situado en la parte alta (13).

Porque en la cuarta etapa

En el cuarto reactor biológico tenemos reacción aerobia un agitador aireador superficial (4) mueve el agua para que no se estratifique. El agua residual circula en sentido descendente. En la parte inferior del cuarto reactor tenemos una entrada de aire (15), el agua circula en sentido descendente el biofiltro sustenta la biomasa aerobia, las tres reacciones que Ilevan a cabo las bacterias aerobias son, reacciones de aerobias , incorporan materia orgánica al protoplasma, es decir crece masa de organismos, otra reacción es de oxidación, proceso disimilatorio, se desprende dióxido de carbono al dividirse y la tercera reacción son procesos de respiración endogénesis, autooxidacion. Cuando la biomasa crece mucho se desprende y cae al sedimentador (6) formando un lodo que se retira por el conducto (21). El paso del cuarto reactor al quinto reactor es por un paso inferior (16).

Porque la quinta etapa

En el quinto reactor biológico el agua residual circula en sentido ascendente entra par el conducto (16) y sube hasta la cota (17).En el quinto reactor tenemos la reacción anóxica, la biomasa fijada, proceso de desnitrificación con formación de NO3, y desprendimiento de nitrógeno gas, Las sustancias mineralizadas, y sedimentables precipitan en el sedimentador (6), son retiradas por el conducto (21)

En el sexto reactor biológico volvemos a un tratamiento aerobio el sentido del agua residual es hacia abajo, el oxígeno insuflado en la zona inferior sube, a concentración de oxígeno insuflado varia en el agua dependiendo de la característica del agua, la biomasa fijada filtra el agua. La biomasa que no se sustente en el biofiltro precipita al sedimentador (6), y es extraída del reactor por un conducto de lodos (21) el agua residual pasa al séptimo reactor por un conducto situado abajo (18)

En el séptimo reactor biológico aerobio el agua circula hacia arriba, el aire circula en sentido vertical hacia arriba, en la parte inferior tenemos una zona de sedimentador (6), en la zona superior del séptimo reactor tenemos un sistema de bombeo que filtra el agua y puede mandarlo al primer reactor si la cantidad de concentrado es grande, este sistema de bombeo 5 es de emergencia, en la zona superior tenemos la salida del agua depurada (20) después de sufrir el tratamiento de siete reactores biológicos, este sistema de reactores puede ser variable en cuanto al aumento o disminución de reactores biológicos.