Reactor de lecho fijo con dos capas y procedimiento para operarlo.

Reactor de lecho fijo (7) para la purificación biológica de aguas residuales,

que incluye al menos:

- una primera capa (1) compuesta por un primer material de sustrato granular, así como

- una segunda capa (2) que se encuentra sobre la anterior, compuesta por un segundo material de sustrato granular, que presenta una densidad inferior a la del primer material de sustrato, pero que es más pesado que el agua,

- una acometida (3) para aguas residuales próxima al fondo del reactor de lecho fijo (7),

- un fondo intermedio (5) con un volumen que se puede llenar (6) y que se encuentra encima para el material de sustrato,

- una cámara distribuidora (4), que está separada mediante el fondo intermedio horizontal (5) del volumen que puede llenarse (6) y que se encuentra encima para el material de sustrato;

caracterizado porque sólo estas dos capas (1, 2) de material de sustrato están colocadas en el volumen que puede llenarse (6),

porque el primer material de sustrato presenta un tamaño de grano mayor que el del segundo material de sustrato, porque el primer material de sustrato presenta una densidad aparente del grano en húmedo de 1200 a 1600 g/l, preferiblemente de 1200 a 1500 g/l, y

porque el segundo material de sustrato presenta una densidad aparente del grano en húmedo de 1100 a 1400 g/l, preferiblemente de 1200 a 1300 g/l,

en el que la diferencia absoluta de densidades entre el primer y el segundo material de sustrato es de al menos 100 30 g/l, y

porque en la cámara distribuidora (4) desemboca una tubería de agua de aclarado (12) a través de la cual puede introducirse el agua necesaria para el aclarado de retorno mediante una bomba (13) en el reactor de lecho fijo (7).

Reactor de lecho fijo con dos capas y procedimiento para operarlo

La invención se refiere a un reactor de lecho fijo para la purificación biológica de aguas residuales, que incluye al menos:

- una primera capa compuesta por un primer material de sustrato granular, así como

- una segunda capa que se encuentra sobre la anterior, compuesta por un segundo material de sustrato granular, que presenta una densidad inferior a la del primer material de sustrato, pero que es más pesado que el agua,

- una acometida de agua para aguas residuales, próxima al fondo del reactor de lecho fijo,

- un fondo intermedio con un volumen que se puede llenar y que se encuentra encima, para el material de sustrato,

- una cámara distribuidora, que está separada mediante el fondo intermedio horizontal del volumen para el material de sustrato que puede llenarse y que se encuentra encima, así como un procedimiento para operar un tal reactor de lecho fijo.

Un reactor de lecho fijo se caracteriza porque un fluido, en el caso presente aguas residuales, fluye a través de un apilamiento o empaquetamiento fijo de material de sustrato. Este material de sustrato sirve entonces para fijar microorganismos, que descomponen determinados componentes orgánicos de las aguas residuales, así como para que se filtren sustancias particulares, es decir, no disueltas. Los microorganismos, en gran parte bacterias, forman sobre el material de sustrato que establece el apilamiento o empaquetamiento del lecho fijo, una biopelícula o césped. En función del proceso biológico de purificación que deba correr, se ventila el reactor de lecho fijo.

Mediante el proceso de purificación aumenta la cantidad de microorganismos y sustancias particulares retenidas. Aquella cantidad que sobrepase la cantidad necesaria para el proceso de purificación y que obstruiría el reactor de lecho fijo, se elimina mediante aclarado periódico como lodo excedente, junto con las sustancias particulares, del reactor de lecho fijo. Al realizar el aclarado, se conduce por lo general el agua previamente purificada en el reactor de lecho fijo como agua de aclarado desde arriba o desde abajo a través del reactor de lecho fijo, añadiéndose desde abajo aire de barrido, por lo general a través del equipo de ventilación que existe de todos modos.

Los reactores de lecho fijo para purificar aguas residuales operan por lo general durante el funcionamiento en flujo ascendente con aguas residuales, es decir, el agua residual se introduce a través de una acometida y dado el caso a través de dispositivos distribuidores situados a continuación a través del fondo o en las proximidades del fondo en el reactor de lecho fijo y se conduce desde abajo hacia arriba a través del reactor de lecho fijo. Mediante la conducción del agua residual, dado el caso en la misma dirección de flujo que el aire de proceso de los equipos de ventilación, resultan condiciones hidráulicas más favorables que cuando el agua residual se condujese desde arriba hacia abajo.

Los materiales de sustrato utilizados en reactores de lecho fijo pueden ser básicamente más ligeros o más pesados que el agua, siendo para la aplicación que nos ocupa más pesados que el agua. Los mismos pueden estar compuestos por diversos materiales, por ejemplo estar fabricados de plástico o materiales minerales. Los distintos cuerpos de un material de sustrato son iguales en forma y tamaño. La mayoría de las veces se utiliza también un único material de sustrato como medio filtrante, que ciertamente puede variar ligeramente en forma y tamaño, en particular cuando el origen es mineral, pudiendo presentar por ejemplo una distribución de tamaños de grano, pero que en el reactor se encuentra como apilamiento uniforme.

Por "material de sustrato granular" se entiende material de sustrato que se introduce en el reactor como apilamiento suelto, contrariamente a mallas de material de sustrato unidas fijamente con el reactor de lecho fijo y/o entre sí. Por ejemplo arcilla expansiva, arena, piedra pómez, antracita (carbón de antracita), carbón activo o pizarra expansiva son material de sustrato granular.

En cuanto al granulado, es decir, al tamaño de grano correspondiente a los granos individuales y/o cuerpos del material de sustrato, es ventajoso por una parte un tamaño de grano lo más pequeño posible, ya que con ello se dispone de la mayor superficie posible disponible para los microorganismos para la degradación biológica. No obstante, debido al pequeño intersticio entre los distintos granos y/o cuerpos del material de sustrato, puede obstruirse el lecho fijo más fácilmente. Un tamaño de grano lo más grande posible provoca por el contrario que pueda retenerse una mayor cantidad de sólidos en el reactor de lecho fijo. Debido al mayor volumen intermedio entre los granos y/o cuerpos, se reduce el peligro de una obstrucción del lecho fijo, aumentando así el tiempo del funcionamiento posible entre dos aclarados.

Estado de la técnica

El documento FR 276738 muestra un filtro de lecho fijo operado ascendentemente, para la purificación biológica de

aguas residuales, en el que sobre una placa están dispuestas varias capas de material granular, con una ventilación. Ambas capas más inferiores de guijarros con diámetros de hasta 8 mm, sirven como capas de apoyo.

El documento EP 43886 A1 se refiere a un procedimiento para la purificación de agua, en el que se conduce el agua cargada con hidrocarburos halogenados a través de uno o varios reactores de lecho fijo o de lecho fluido, llenos de un material de adsorción, por ejemplo de pizarra expansiva, arcilla expansiva o carbón activo.

El documento DE-C1 -19717854 describe un procedimiento y una instalación depuradora para la purificación biológica de aguas residuales cargadas con contenido orgánico. En la instalación depuradora se realizan tres etapas de purificación, un equipo de decantación y compostaje, un primer lecho filtrante poblado y un segundo lecho filtrante poblado. El filtro del primer lecho filtrante poblado está compuesto por un granulado mineral de grano determinado, que presenta determinadas características químicas para la adsorción de las sustancias disueltas en agua.

El documento DE 1951297 C1 muestra un procedimiento para la purificación de aguas residuales con un material de reactor con forma de bolitas (pellets), en el que una de las posibles etapas del procedimiento incluye un lecho fijo, en el que se utilizan dos capas de material de sustrato con distinta densidad y tamaño de grano, que son una primera capa (inferior) con una densidad mayor y un tamaño de grano menor que los de la segunda capa (superior). Puesto que el agua residual a purificar llega primeramente a la capa inferior, con un tamaño de grano menor, tiende la misma a obstruir la sección del reactor.

Al atravesar un lecho fijo desde abajo hacia arriba, tienen lugar distintos procesos de descomposición a lo largo de la altura del lecho. Se sedimentan en diversas capas del lecho fijo microorganismos especializados, que pueden descomponer distintos contenidos de las aguas residuales. Al enjuagar el reactor de lecho fijo, en particular con la ayuda de aire de barrido, se realiza por lo general la mezcla en un cierto grado en el lecho fijo, con lo que se pierde de nuevo esta especialización.

Es objetivo de la presente invención proporcionar un reactor de lecho fijo y el correspondiente procedimiento para operarlo, según los cuales la especialización de distintas capas del lecho fijo se mantiene mejor tras el enjuagado y puede reducirse a la vez el tiempo hasta el siguiente enjuagado.

Presentación de la invención

Este objetivo se logra mediante un reactor de lecho fijo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el primer material de sustrato presenta un tamaño de grano mayor que el segundo material de sustrato y sólo estas dos capas de material de sustrato están colocadas en el volumen que puede llenarse.

Debido a que el primer material de sustrato (inferior) presenta un diámetro de grano mayor que el segundo material de sustrato (superior), pueden retenerse en la primera capa (inferior) más sustancias sólidas que las que se encuentran en la acometida y/o se han formado como lodo excedente y no obstruyen así los intersticios relativamente pequeños entre los granos de la segunda capa (superior). Con ello tardan más tiempo en obstruirse los intersticios más pequeños en la segunda capa, alargándose el tiempo hasta el siguiente enjuagado más que con una primera capa (inferior) con un menor diámetro de granos, como por ejemplo en el documento DE 1951297 C1.

Debido a que el primer material de sustrato (inferior) presenta una densidad mayor que el segundo material de sustrato (superior),... [Seguir leyendo]

1. Reactor de lecho fijo (7) para la purificación biológica de aguas residuales, que incluye al menos:

- una primera capa (1) compuesta por un primer material de sustrato granular, así como

- una segunda capa (2) que se encuentra sobre la anterior, compuesta por un segundo material de sustrato granular, que presenta una densidad inferior a la del primer material de sustrato, pero que es más pesado que el agua,

- una acometida (3) para aguas residuales próxima al fondo del reactor de lecho fijo (7),

- un fondo intermedio (5) con un volumen que se puede llenar (6) y que se encuentra encima para el material de sustrato,

- una cámara distribuidora (4), que está separada mediante el fondo intermedio horizontal (5) del volumen que puede llenarse (6) y que se encuentra encima para el material de sustrato;

caracterizado porque sólo estas dos capas (1, 2) de material de sustrato están colocadas en el volumen que puede llenarse (6),

porque el primer material de sustrato presenta un tamaño de grano mayor que el del segundo material de sustrato,

porque el primer material de sustrato presenta una densidad aparente del grano en húmedo de 12 a 16 g/l, preferiblemente de 12 a 15 g/l, y

porque el segundo material de sustrato presenta una densidad aparente del grano en húmedo de 11 a 14 g/l, preferiblemente de 12 a 13 g/l,

en el que la diferencia absoluta de densidades entre el primer y el segundo material de sustrato es de al menos 1

g/i, y

porque en la cámara distribuidora (4) desemboca una tubería de agua de aclarado (12) a través de la cual puede introducirse el agua necesaria para el aclarado de retorno mediante una bomba (13) en el reactor de lecho fijo (7).

2. Reactor de lecho fijo (7) según la reivindicación 1, caracterizado porque el mismo presenta un equipo de

ventilación (8, 9).

3. Reactor de lecho fijo (7) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el primer material de sustrato presenta un tamaño de grano de 1-6 mm, preferiblemente de 2-5 mm.

4. Reactor de lecho fijo (7) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el segundo material de sustrato presenta un tamaño de grano de 1-4 mm, preferiblemente de 1,5-3 mm.

5. Reactor de lecho fijo (7) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el primer material de sustrato es pizarra expansiva, arcilla expansiva o antracita.

6. Reactor de lecho fijo (7) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el segundo material de sustrato es arcilla expansiva o pizarra expansiva.

7. Reactor de lecho fijo (7) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el segundo material de sustrato es carbón activo y/o antracita.

8. Procedimiento para operar un reactor de lecho fijo (7) según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las aguas residuales se conducen desde abajo hacia arriba a través de una primera (1) y una segunda capa (2) y a continuación se retiran del reactor de lecho fijo (7), en el que la carga de aguas residuales se elige con 5-15 m/h tal que no se produzca ninguna mezcla importante entre ambas capas (1, 2), permaneciendo la mayor parte del material de sustrato de la primera capa (1) bajo el material de sustrato de la segunda capa (2), y realizándose la limpieza de lecho fijo, compuesto por primera (1) y segunda capa (2), mediante aclarado de retorno, en el que se conduce agua desde abajo hacia arriba a través del reactor de lecho fijo (7) y eligiéndose la velocidad del agua con 2-8 m/h, preferiblemente con 4-6 m/h, tal que ambas capas se fluidifiquen al menos parcialmente y a continuación se reduzca la aportación de agua, con lo que el lecho fijo se asienta en forma de ambas capas separadas (1,2).