Reactor para el tratamiento de aguas residuales.

Reactor para el tratamiento de aguas residuales.

Reactor (1) para el tratamiento de aguas residuales,

por ejemplo de efluentes generados en la elaboración del vino y otras bebidas alcohólicas, caracterizado porque se diseña en base a dos componentes separados principales, un cuerpo de reactor principal (2) y un separador de tres fases (3) acoplado aguas arriba del cuerpo de reactor principal (2), incluyendo dicho cuerpo principal en su interior módulos deflectores (4) ajustables en ángulo fijados de forma pivotante sobre las paredes interiores del cuerpo del reactor (2) en dirección transversal a la longitud de dicho cuerpo cilíndrico, para generar un fenómeno cascada, e incluyendo dicho separador de fases (3) dos conos invertidos (6) situados uno por encima del otro y abiertos en su parte inferior.

REACTOR PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

OBJETO DE LA INVENCiÓN

La presente invención se refiere a un reactor para el tratamiento de aguas residuales, por ejemplo efluentes generados en la elaboración del vino y otras bebidas alcohólicas, encontrando por tanto su aplicación en ese caso en el sector industrial de la elaboración del

vino, industrias alcoholeras y bodegas.

Durante el proceso de elaboración del vino, por ejemplo, se genera un gran volumen de efluentes que, por sus características, implican ciertas dificultades en cuanto a su gestión o tratamiento, en particular en referencia al alto contenido en materia orgánica, con altos valores de concentraciones DaO (Demanda Química de Oxígeno) , el elevado volumen de sólidos en suspensión, la alta conductividad y el pH ácido de estos efluentes.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Entre los tratamientos habitualmente aplicados para controlar estos efluentes se encuentran los tratamientos biológicos tanto aerobios como anaerobios para metabolizar la materia orgánica biodegradable.

En Romero y col. (Romero, L.I., Sales, D. y Martinez de la Ossa, E., Comparison of three practical processes for purifying wine distiller y wastewaters. Process Bichem, 25:93-96, 1990) se comparan tres procesos biológicos: aerobio, anaerobio mesofílico y anaerobio termofílico. En todos ellos se obtuvieron disminuciones de materia orgánica superiores al 90% (Racault Y., Treatment of distiller y wastewater using anaerobic downflow stationar y fixed-film reactor: performance of a large plant in operation for four years, Water Sci.

Technol., 22: 361-372; Balaguer et al., 1992, Anaerobic fluidized bed reactor with sepiolite as support for anaerobic treatment of vinasse, Biotechnol. Letters, 14: 433-438; Borja et al., 1992, Cinética del proceso de biometanización del agua residual de destilerías vínicas en biorreactores con microorganismos inmovilizados. Tecnología del Agua, 12: 27-37; Moosbrugger et aL , 1993, Treatment of wine distiller y waste in UASB systems-feasibility,

alkalinity requirements and pH control, Water Sci. Technol., 28: 45-54.; Pérez et aL, 1996, Digestión anaerobia termofílica de vinazas de vino. Tecnología del Agua, 158; 41-45) .

En alcoholeras se han realizado diversos estudios sobre depuración de aguas residuales por digestión anaerobia en diferentes tipos de reactores (mezcla perfecta por cargas, lecho fijo, lecho fluizado, etc.) . Todos ellos obtienen una reducción superior al 90% de la carga contaminante (Racault, 1990; Balaguer et aL, 1992; Borja et al., 1992; Moosbrugger et aL, 1993; Perez el al., 1996, supra) .

La digestión anaerobia se caracteriza por su bajo coste de manejo y mantenimiento, bajos niveles de formación de fangos, escaso requerimiento de nutrientes y obtención de biogas como fuente de energía (Roux y coL, 1998) . Así, mediante el uso de un reactor anaerobio, la materia orgánica soluble y coloidal se transforma, por metanización o fermentación anaerobia, en ácidos volátiles que, a su vez, se transforman en metano y dióxido de carbono, entre otros.

En general, los reactores para el tratamiento anaerobio se pueden clasificar en dos grupos principales: reactores con la biomasa no unida a soporte y reactores con la biomasa unida a un soporte.

Entre los primeros se pueden citar:

• Reactor de mezcla completa (CSTR) , es el digestor anaerobio más simple, asimilable a un cultivo microbiano continuo, con una entrada continua de medio y una salida continua de residuos (agua tratada) y exceso de biomasa;

• Reactor de contacto (ACP) , se trata de un reactor de mezcla completa y un posterior

decantador para separar sólidos de líquidos, lo que permite el reciclado de parte de la biomasa;

• Reactor anaerobio de flujo ascendente con lecho/manto de lodos (Upflow Anaerobic Sludge Blanket, UASB) , incluye un dispositivo situado en la parte superior del reactor (separador de tres fases-GSS) que permite separar internamente la biomasa, el

efluente tratado y el biogás. Con ello se consigue acumular grandes cantidades de biomasa -muy activa -que adopta la estructura de gránulos compactos con una elevada capacidad de sedimentación. Es el más extendido a escala industrial. Las ventajas de este tipo de reactor son su independencia de medios de mezcla mecánicos, ya que la recirculación de los efluentes permite una mezcla suficiente,

así como su capacidad para solventar problemas tales como altas velocidades de carga o fluctuaciones térmicas. Una velocidad de carga orgánica típica en este caso (OLR, Organic Loading Rate) es de 5-15 kg CODlm3·día; velocidad de ascenso deseada < 4 m/h.

• Reactor anaerobio por loles en serie (ASBR) , donde tanto la alimentación como la decantación tienen lugar por loles en series discontinuas en un único reactor. La secuencia cíclica incluye cuatro etapas: alimentación, reacción, sedimentación y vaciado.

• Reactor anaerobio con defleclores (ABR) , conceptualmente se podría considerar como una serie de reactores UASB conectados en serie. Está formado por un único tanque con una serie de defleclores o paneles inlernos verticales que fuerzan el paso del agua entre ellos.

Entre los segundos, esto es reactores con la biomasa unida a un soporte, se encuentran:

• Filtros anaerobios (AF) , donde la biomasa se encuentra unida a un medio inerte o atrapada en él. El afluente atraviesa el reactor con flujo vertical, bien ascendente o descendente. El tamaño de dichas partículas es relativamente grande y su tasa de colonización por parte de las bacterias depende de la rugosidad, porosidad, tamaño de poro, etc.

• Biodiscos (ARBC) . En los RBC los microorganismos están unidos a un soporte ligero formando una película. El soporte, constituido por una serie de discos paralelos, se encuentra casi totalmente sumergido y gira lentamente sobre un eje horizontal dentro del tanque cerrado por el que fluye el medio a tratar.

• Reactores de contacto con soporte (CASBER) , estos reactores son, en esencia, idénticos a los sistemas de contacto pero con la incorporación de un medio inerte en el reactor. La cantidad de material soporte es pequeña, sus dimensiones también lo son y tienen baja velocidad de sedimentación.

• Reactores de lecho fluido y lecho expandido (FB/EB) . Técnicamente, un reactor FEB es una estructura cilíndrica, empaquetada hasta un 10% del volumen del reactor con un soporte inerte de pequeño tamaño lo que permite la acumulación de elevadas concentraciones de biomasa que forman películas alrededor de dichas partículas. La expansión del lecho tiene lugar gracias al flujo vertical generado por un elevado grado de recirculación. La velocidad ascensional es tal que el lecho se expande hasta un punto en el que la fuerza gravitacional de descenso es igual a la de fricción por arrastre.

Por ejemplo, de la EP O 526 590, "Process and apparatus far bialagical treatment of effluent"

se conoce un proceso de tratamiento de un efluente en el que se introduce el efluente dentro de una cámara de biorreactor para sumergir una matriz fija que está posicionada dentro de la cámara de biorreactor y define superficies para su colonización por las bacterias aerobias y se hace ascender burbujas de aire a través del efluente, donde se hace pasar a burbujas de aire muy finas entre prácticamente todas las superficies de la matriz usando el paso de las burbujas de aire muy finas para mezclar todo el efluente, y exponiendo continuamente todas las bacterias aerobias al efluente mezclado que contiene las burbujas de aire muy finas.

La EP2649017, "An anaerobic reactor for wastewater treatment", describe un reactor anaeróbico para el tratamiento de efluentes líquidos a temperaturas psicrofílicas o mesofílicas, comprendiendo el reactor una entrada de líquido, una cámara de mezcla alimentada por la entrada, una cámara de biopelícula en comunicación fluida con la cámara de mezcla, un medio soporte de biopelícula situado dentro de la cámara de biopelícula y una cámara de separación en comunicación fluida con ésta.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un reactor de diseño mixto cuya configuración viene determinado por una mejora y adaptación de los reactores ya conocidos que permita mejorar el rendimiento de la digestión anaeróbica de estos efluentes, desarrollando un nuevo sistema anaeróbico capaz de superar las desventajas derivadas de las cargas orgánicas altamente fluctuantes típicas de los sistemas de efluentes de tamaño medio convencionales.

Así, el reactor objeto de la presente invención combina...

1. Reactor (1 ) para el tratamiento de aguas residuales, por ejemplo de efluentes generados en la elaboración del vino y otras bebidas alcohólicas, caracterizado porque se diseña en base a dos componentes separados principales, un cuerpo de reactor principal (2) y un separador de tres fases (3) acoplado aguas arriba del cuerpo de reactor principal (2) , incluyendo dicho cuerpo principal en su interior módulos deflectores (4) ajustables en ángulo fijados sobre las paredes interiores del

cuerpo (2) en dirección transversal a la longitud de dicho cuerpo, para generar un 10 fenómeno cascada, e incluyendo dicho separador de fases (3) dos conos invertidos (6) situados uno por encima del otro y abiertos en su parte inferior.

2. Reactor (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo de reactor (2)

presenta una proporción altura:anchura en un rango entre 3 y 10.

3. Reactor (1 ) según la reivindicación 1, caracterizado porque los módulos deflectores (4) se disponen de forma alternada en una pared interior del cuerpo (2) y en la opuesta, definiendo camaras (5) en el volumen interior del cuerpo (2) y

correspondientes aberturas de paso entre los bordes de los módulos deflectores (4) Y 20 las paredes interiores del cuerpo de reactor (2) .

4. Reactor (1) según la reivindicación 3, caracterizado porque la altura de cada camara (5) así definida oscila entre una y dos veces la anchura del cuerpo de reactor (2) .

5. Reactor (1) según la reivindicación 3, caracterizado porque las citadas aberturas de paso tienen una anchura variable en un rango entre una sexta y una tercera parte de la anchura del cuerpo de reactor (2) .

6. Reactor (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque los módulos deflectores 30 (4) se ajustan formando diversos ángulos entre -40° y +40°.

7. Reactor (1 ) según la reivindicación 1, caracterizado porque el separador de tres fases (3) está constituido por un alojamiento (7) en continuidad con el cuerpo principal (2) donde se disponen dos conos invertidos (6) abiertos por su parte inferior 35 estrecha y dispuestos uno por encima del otro solapándose parcialmente por su zona estrechada, siendo el diámetro de estos conos (6) en su parte mas ancha mayor que

el del cuerpo de reactor (2) con el fin de reducir la velocidad de flujo ascendente y

evitar turbulencias en esta zona.

8. Reactor (1) según la reivindicación 7, caracterizado porque el diámetro de los conos (6) en su parte más ancha es mayor que el del cuerpo de reactor (2)

9. Reactor (1) según la reivindicación 7, caracterizado porque el cono (6) inferior presenta en su parte estrecha dos salientes verticales que se prolongan hacia el cuerpo de reactor (2) y a los que se acopla una caperuza cónica (8) cuyo vértice se dirige hacia la parte estrecha de dicho cono inferior (6) ,

10. Reactor (1) según la reivindicación 7, caracterizado porque en la parte superior de las paredes laterales que definen el alojamiento (7) se disponen sendas salidas (9, 9') para la expulsión y/o recogida desde el cuerpo de reactor (2) de gases y líquidos.

11. Reactor (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dispone en la parte inferior del cuerpo de reactor (2) de entradas de gas para promover la mezcla y la transferencia de masa y para mejorar la circulación dentro de los compartimentos, minimizando así el volumen no útil del interior del reactor.

12. Reactor (1) según cualquiera des reivindicaciones 1 a 11 , caracterizado porque además incluye una cubierta (10) alojando el cuerpo de reactor principal (2) .