ES2282239T3 - Dispositivo para tratamiento de aguas.sp. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo para el tratamiento de aguas, que comprende un reactor (40) y un dispositivo de filtro (1), donde el reactor (40) presenta un primer conducto de salida (35) para la salida de suspensión, el dispositivo de filtro (1) se dispone en el exterior del reactor (40), comprende una cubierta (3) y al menos un elemento de filtro (11) unido de manera resistente a la torsión con un cuerpo de soporte (9) hueco situado de forma giratoria en la cubierta (3), el interior del elemento de filtro (11) está en unión fluida con el espacio interno del cuerpo de soporte (9) de tal manera, que el filtrado puede llegar desde el interior del elemento de filtro (11) al interior del cuerpo de soporte (9) y desde allí se puede extraer y se puede evacuar el concentrado separado, y el dispositivo de filtro (1) está unido al reactor (40) de tal manera, que puede entrar suspensión desde el reactor (40) al dispositivo de filtro (1), caracterizado porque el dispositivo de filtro (1) se dispone debajo del fondo(30) del reactor (40), en el lado de presión de una bomba (70) dispuesta entre el reactor (40) y el dispositivo de filtro (1), y un inyector (60) se sitúa en el fondo del reactor (40), por lo que el concentrado separado o la suspensión se puede devolver mediante el inyector (60) al reactor.

Description

Dispositivo para tratamiento de aguas.

La presente invención se refiere a un dispositivo para el tratamiento de aguas, particularmente de aguas residuales y agua potable, y un método para realizar un tratamiento de aguas usando este dispositivo.

En el tratamiento de aguas se produce el tratamiento con el objetivo de adaptar su naturaleza a la correspondiente finalidad de uso y a determinados requerimientos. Los métodos para el tratamiento de agua potable abarcan, por ejemplo, procesos de floculación, filtración, aireación, desferrización, desmanganización, desacidificación, desinfección, fosfatado, desnitrificación, y fluorización. El agua residual es agua modificada en su composición natural (agua sucia) por un uso doméstico, comercial, industrial, agrícola u otro y el agua de lluvia y de deshielo, menos contaminado, que cae por superficies construidas, donde el tipo y la concentración de las sustancias contaminantes depende mucho de la procedencia del agua residual. En la depuración de aguas residuales se usan métodos físicos, químicos y/o biológicos, que a menudo se tienen que emplear conjuntamente para conseguir un elevado grado de eficacia de la depuración. Mediante los métodos químicos se transforman los contaminantes a una forma que se puede retirar más fácilmente o a productos de reacción inocuos. De este modo se emplean, por ejemplo, reacciones que provocan una oxidación, reducción o la formación de compuestos difícilmente solubles.

En los métodos biológicos, los microorganismos y microbios metabolizan las sustancias orgánicas, con formación de biomasa, hasta compuestos inocuos. Básicamente se diferencia el tratamiento de aguas residuales aerobio y anaerobio. El tratamiento de aguas residuales aerobio se realiza con el objetivo de disminuir los componentes que consumen oxígeno considerablemente, con lo que los organismos que participan en la degradación reducen las orgánicas sustancias con formación de dióxido de carbono, agua, nitratos y sulfatos. Una condición básica para los sistemas aerobios es una suficiente aireación con aire (o aire enriquecido con oxígeno u oxígeno puro). El tratamiento de aguas residuales anaerobio también tiene una importancia creciente, es decir, la degradación biológica de sustancias en ausencia de oxígeno, en la que se pueden emplear microorganismos anaerobios estrictos, para los que el oxígeno es tóxico, o microorganismos anaerobios facultativos. La degradación anaerobia es un proceso de fermentación (por ejemplo, fermentación alcohólica, acética, láctica, acetona-butanol, etc.).

Mediante los métodos físicos para la depuración de aguas residuales se concentran los componentes de las aguas residuales según sus características físicas, como el tamaño de las partículas, densidad y velocidad de sedimentación, de acuerdo con diferentes métodos. Para ello se tienen en cuenta todos los métodos, que usan, como medios de separación, materiales auxiliares sólidos (por ejemplo, adsorción, filtración, intercambio iónico), materiales auxiliares líquidos (extracción), materiales auxiliares gaseosos (flotación, separación), energía calorífica (destilación, evaporación) o gravedad (sedimentación, suspensión). Particularmente también se pueden emplear métodos de la técnica de separación por membranas, es decir, procesos de separación
realizados con ayuda de membranas.

Los métodos y los dispositivos de la técnica de separación por membranas, aparte de en el tratamiento de aguas, se emplean en muchos ámbitos de aplicación científicos e industriales. Las etapas de separación en la técnica de separación por membranas se pueden clasificar, de acuerdo con los límites de separación, en las clases microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa. Mediante estos métodos se pueden separar tamaños de partícula de hasta 5 nm. Las materias sólidas quedan retenidas por la membrana y se concentran al menos directamente en la membrana, mientras que el líquido filtrado atraviesa la membrana. Debido a la denominada polarización de la concentración se produce una disposición de las capas superficiales, que también se conoce como ensuciamiento de la membrana, en la que se puede influir estructuralmente mediante diferentes modos. Como modos clásicos se han impuesto la filtración frontal y de flujo cruzado. Éstas se diferencian básicamente porque en la filtración frontal no se produce un flujo forzado en la membrana, y por tanto, la capa superficial puede aumentar de forma incontrolada, mientras que en la filtración de flujo cruzado se hace pasar de manera dirigida una corriente paralela a la superficie, por lo que se consigue un control de la configuración de las capas superficiales. Aun así se produce, después de algún tiempo de funcionamiento, una disminución del caudal de filtrado, que se produce por una formación de capas superficiales reversible. Por ello, en la filtración frontal y en la de flujo cruzado, se ha mantenido un flujo reversible periódico para conseguir caudales de filtrado elevados al menos momentáneamente y casi constantes. El requerimiento energético específico típico de una ultrafiltración de flujo cruzado está, por ejemplo, entre 3 y 7 kW/h/m^{3} con caudales de filtrado de aproximadamente entre 100 y 150 l/m^{2/}h y una presión transmembrana de entre 3 y 5 bar. En una filtración frontal se producen valores comparables de entre aproximadamente 0,1 y 0,5 kW/h/m^{3} con caudales de filtrado de entre aproximadamente 50 y 80 l/m^{2/}h con una presión transmembrana de entre aproximadamente 0,5 y 2 bar. Esto conduce, con caudales grandes y poco valor añadido, como es el caso de la depuración de aguas comunales y/o industriales o en la obtención de agua potable a partir de agua de superficie, a una situación de costes desventajosa. En la filtración frontal se producen costes de inversión aun mayores, pero a cambio, costes de funcionamiento más bajos. A pesar de esto, este tipo de filtración no se pudo imponer en este ámbito de aplicación, ya que su tendencia a la formación de capas superficiales puede producir problemas de funcionamiento. La filtración de flujo cruzado es técnicamente más adecuada para el ámbito de aplicación que se ha mencionado, sin embargo, genera costes de funcionamiento demasiado elevados. Por tanto, en tiempos modernos se emplean más los denominados sistemas de inmersión. Estos sistemas evitan el bombeo constante de la fase líquida y producen, por tanto, costes de funcionamiento más bajos que los sistemas de flujo cruzado. Para ello se emplean diferentes formas de membrana como fibras huecas, tubos o discos, en las que la diferencia de presión transmembrana se consigue por la generación de una presión negativa de aproximadamente entre 0,5 y 0,9 bar en el lado del filtrado. Estos sistemas de inmersión se emplean, por ejemplo, en tanques de activación de las depuradoras, de manera que es posible una cierta disminución de la formación de capas superficiales por el movimiento de la fase líquida debido a la inyección de gas que se produce en los mismos. Sin embargo, una clara disminución del caudal de filtrado con el tiempo debido a la formación de capas superficiales incontrolada es un impedimento esencial para que se empleen industrialmente tales sistemas de inmersión en depuradoras.

En el documento DE 196 241 76 C2 se describe un módulo de filtración que se compone de casetes que contienen membranas planas con forma de disco, en las que el suministro puede fluir a través de las membranas desde el exterior por todos los lados. El permeado se evacua en el centro por una tubería de recolección central. Cuando se acciona este filtro como filtro de flujo cruzado, provoca los problemas que se han descrito anteriormente, es decir, los costes energéticos son muy elevados. Particularmente con velocidades de flujo cruzado elevadas y suministro frontal de la solución de suministro, se pueden producir desperfectos mecánicos en los discos de membrana individuales.

En el documento JP 05 076899-A se describe un dispositivo de filtración que comprende varios discos de membrana, que se unen de forma resistente a la torsión con un cuerpo de soporte hueco giratorio: el líquido que sale de la zona del fondo de un reactor se introduce mediante una bomba en el dispositivo de filtración y el concentrado se conduce de nuevo a la zona superior del reactor.

En el documento DE 196 48 519 se describe el uso de la energía hidrostática de la columna de agua de un reactor para la filtración de membrana en un módulo de membrana separado del reactor.

Por tanto, el objetivo técnico de la presente invención consiste en proporcionar un método industrial y un dispositivo para el tratamiento de aguas económico, particularmente para la filtración de grandes caudales con un escaso valor añadido, particularmente para la depuración de aguas residuales comunales e industriales o de agua potable obtenida a partir de agua de superficie.

La presente invención resuelve el problema técnico proporcionando un dispositivo para el tratamiento de aguas, particularmente de aguas residuales o agua de uso general, que abarca un reactor y un dispositivo de filtro en unión fluida con el reactor, donde el dispositivo de filtro se dispone debajo del fondo del reactor y comprende al menos un elemento de filtro unido con resistencia a la torsión con un cuerpo de soporte hueco giratorio, cuyo interior está en unión fluida con el espacio interno del cuerpo de soporte de tal manera, que el filtrado puede llegar desde el interior del al menos un elemento de filtro al interior del cuerpo de soporte, y se puede extraer de allí. La disposición prevista de acuerdo con la invención del dispositivo de filtro por debajo del fondo del reactor, en el exterior del reactor, posibilita la utilización energéticamente ventajosa de las presiones hidrostáticas y/o hidrodinámicas, presentes en muchas instalaciones técnicas, para la generación de una diferencia de presión transmembrana en el elemento de filtro. La combinación de acuerdo con la invención de dispositivo de filtro y reactor, en la que el dispositivo de filtro, en una realización preferida, se realiza como un módulo con discos de filtro apilados, que se pueden fabricar de material inorgánico u orgánico, posibilita, por primera vez, el empleo industrial de la técnica de separación por membranas para la filtración de grandes caudales con escaso valor añadido, por ejemplo, en la depuración de líquidos o suspensiones, particularmente aguas residuales comunales o industriales o en la obtención de agua potable a partir de agua de superficie. Se prevé disponer el dispositivo de filtro, es decir, el elemento de filtro dispuesto sobre el cuerpo de soporte, en una cubierta preferiblemente cilíndrica y colocarlo debajo del reactor. En tal realización se tiene que unir entre sí el dispositivo de filtro y el reactor mediante conexiones de suministro y de evacuación, por ejemplo, tubos o mangueras. La cubierta se llena con la suspensión que se tiene que filtrar, por lo cual el cuerpo de soporte rota alrededor de su eje longitudinal, por ejemplo, mediante un motor. Por el al menos un disco de filtro dispuesto sobre el cuerpo de soporte de manera resistente a la torsión se absorbe filtrado y se extrae por el eje hueco unido al disco de filtro del dispositivo de acuerdo con la invención. Debido al movimiento de líquido que se presenta durante la rotación alrededor y entre los discos de filtro y la fuerza centrífuga que actúa sobre los mismos, se puede impedir de manera eficaz una formación de capas superficiales. La presión transmembrana necesaria para la filtración se puede producir, por ejemplo, por la generación de una presión negativa en el lado del filtrado del dispositivo. De acuerdo con la invención, como se ha mencionado, se utiliza la presión hidrostática e hidrodinámica, presente en muchas de las instalaciones consideradas para el presente dispositivo, como diferencia de presión transmembrana. Las instalaciones de depuración de aguas residuales modernas presentan, por ejemplo, reactores de activación de hasta 20 m de altura, por lo que es posible una diferencia de presión transmembrana debido a la presión hidrostática de casi 2 bar. Además, en reactores aerobios se produce a menudo una dispersión de la fase gaseosa introducida para la aireación mediante chorros de líquido, por ejemplo, con velocidades de hasta 20 m/s. De este modo se generan presiones hidrodinámicas útiles de, por ejemplo, hasta 2 bar, ya que el dispositivo de filtro de acuerdo con la invención empleado en la circulación del líquido presenta un inyector, por ejemplo, un inyector para dos componentes, para la introducción de líquido y/o gas o una mezcla de gases como aire. La invención posibilita la independencia energéticamente ventajosa de la velocidad de flujo cruzado necesaria para la filtración de cualquier otro movimiento de líquido, ya que la velocidad de flujo cruzado necesaria para la filtración eficaz se genera por la rotación del elemento de filtro. La diferencia de presión necesaria se genera del mismo modo automáticamente y por tanto, de forma económica debido a la presión hidrostática presente, particularmente con una gran altura de la construcción y una gran altura de llenado del reactor.

A diferencia de los dispositivos de filtración conocidos a partir de la bibliografía para reactores de aguas residuales, el dispositivo de acuerdo con la invención presenta por tanto varias ventajas. Frente a los sistemas de flujo cruzado se producen costes energéticos específicos considerablemente menores y no existe peligro de atascamiento de los elementos de filtro. Frente a módulos de placas o módulos Zee-Weed, que se incorporan en un reactor de aguas residuales, existe la ventaja de que el suministro de oxígeno de microorganismos aerobios es independiente de la filtración en el dispositivo de acuerdo con la invención, ya que el suministro de aire y la circulación del líquido para la dispersión del gas se pueden ajustar considerablemente independientes del rendimiento de filtración deseado. El control de la configuración de las capas superficiales se logra más bien por la rotación de los filtros de disco, y por tanto, se puede ajustar independientemente de la alimentación de los microorganismos aerobios. Por deflectores, como por ejemplo, interruptores de la corriente en el módulo de filtración, se puede seguir influyendo en la disposición de las capas superficiales. La presión transmembrana se produce por la presión hidrostática necesariamente presente en los reactores de aguas residuales y adicionalmente, por la presión hidrodinámica, que es necesaria para la dispersión del gas con ayuda de un chorro de líquido. Para ello, a diferencia de la filtración de flujo cruzado, no se necesita una caída de presión significativa adicional en el módulo de membrana del filtro de disco giratorio, ya que la circulación del módulo no se necesita para la generación de elevadas velocidades de flujo cruzado, sino que solamente se utiliza la presión hidrodinámica, y por tanto, se puede seleccionar el corte transversal libre atravesado por la corriente lo suficientemente grande como para que prácticamente no se produzca una caída de presión adicional y con ello, un requerimiento energético. De este modo se producen costes energéticos específicos considerablemente más reducidos que en la filtración de flujo cruzado.

De acuerdo con la invención, hay una unión fluida entre el espacio interno del cuerpo de soporte y el interior del elemento de filtro, es decir, un dispositivo que posibilita un flujo de líquido desde un espacio o una zona hasta otro espacio u otra zona. De este modo, el interior del elemento de filtro se puede unir mediante una o más aberturas, tuberías, canales, canalizaciones, perforaciones, hendiduras, zonas porosas o similares con el espacio interno del cuerpo de soporte de tal manera, que se produce un flujo de líquido desde el interior del elemento de filtro al espacio interno del cuerpo de soporte, y por tanto, se produce una unión fluida.

En una realización preferida de la presente invención, el cuerpo de soporte hueco es un eje hueco, por ejemplo, un eje hueco tubular. En otra realización preferida se puede realizar el elemento de filtro como un disco de filtro. El disco de filtro, por ejemplo, se puede realizar como un cuerpo hueco o armazón hueco que presenta una membrana o que está recubierto de una membrana. De acuerdo con la invención, se pueden emplear, por ejemplo, membranas técnicas empleadas habitualmente en la técnica de separación por membranas, por ejemplo, membranas poliméricas, filtros de membrana, membranas de ultrafiltración o membranas de microfiltración.

Por tanto, la invención se refiere en otra realización también a un dispositivo de tratamiento de agua que se ha mencionado anteriormente con un reactor y un dispositivo de filtro, en el que el cuerpo hueco de soporte se sitúa en una cubierta, preferiblemente de manera giratoria en una cubierta, particularmente una cubierta cilíndrica. Tal cubierta puede presentar, por ejemplo, una entrada al reactor y una salida, por lo que por la entrada se puede introducir el líquido que se tiene que filtrar en la cubierta y por la salida se pueden extraer las materias sólidas separadas. La entrada de la suspensión que se tiene que filtrar se realiza de manera ventajosa tangencialmente. De este modo se refuerza la rotación del líquido y se minimiza una carga mecánica sobre los discos de filtro debido a la incidencia de la suspensión que se tiene que filtrar. Las materias sólidas, también denominadas concentrado, se pueden extraer por un desagüe tangencial en la pared del cilindro o en la pared frontal inferior. El filtrado abandona la cubierta a través del cuerpo de soporte hueco.

La invención prevé, en otra realización preferida, que en la cubierta del dispositivo de filtro se puedan proporcionar deflectores para influir sobre la corriente, por ejemplo, interruptores de la corriente.

En una realización preferida, los elementos de filtro presentan aberturas de paso para recibir el cuerpo de soporte. Los elementos de filtro, en una realización preferida, se disponen sobre el cuerpo de soporte, y en otra realización preferida, el eje longitudinal del cuerpo de soporte se sitúa vertical sobre los lados superior e inferior, es decir, las bases de los elementos de filtro configurados como discos de filtro.

Es decir, la invención prevé que el al menos un disco de filtro se disponga de manera resistente a la torsión sobre un eje hueco giratorio, de manera que el filtrado se pueda extraer a través del mismo. Particularmente, el eje hueco se puede formar de una pieza y el al menos un disco de filtro puede atravesar una abertura de paso, en una realización preferida, dispuesta en el centro, donde al menos se proporciona al menos una abertura en la zona del eje hueco, que rodea el disco de filtro con su superficie de cubierta interna, de manera que puede llegar líquido desde el disco de filtro al interior del eje hueco.

En otra realización se puede prever que el cuerpo de soporte, particularmente el eje hueco, esté formado por varias piezas diferentes de secciones huecas, por ejemplo, tubulares, donde las diferentes secciones del cuerpo de soporte están separadas por elementos de filtro, particularmente discos de filtro, dispuestos entre ellas, unidos por los mismos y al mismo tiempo impermeables al líquido respecto al líquido de suministro que se tiene que filtrar. También en esta realización se proporciona una unión fluida, por ejemplo, una abertura entre el interior del cuerpo de soporte y el elemento de filtro. El filtrado que penetra al interior de los discos de filtro puede llegar de este modo desde el interior de los disco de filtro al interior del eje hueco y se puede extraer del mismo.

La invención además prevé que el dispositivo de filtro empleado de acuerdo con la invención se realice con una construcción modular.

El dispositivo de filtro empleado de acuerdo con la invención se puede emplear en sistemas que trabajan en ambiente aerobio o anaerobio, por ejemplo, sistemas de tratamiento de aguas residuales o de tratamiento de agua potable. El dispositivo de filtro se puede montar, por ejemplo, en la etapa de activación de una depuradora, y representa un sistema moderno para la retención de biomasa y, por tanto, para la reconcentración de la biomasa. De acuerdo con la invención, evidentemente también se puede emplear el dispositivo de filtro en la separación de la alimentación de depuradoras después de o en vez de la sedimentación preliminar. De este modo se separa la alimentación en un concentrado rico en carbono, que se puede transformar de forma anaerobia en biogas, y un filtrado pobre en carbono, que se puede transformar, por ejemplo, de manera aerobia en reactores de aguas residuales de alto rendimiento. Evidentemente, también es posible emplear el dispositivo de acuerdo con la invención para la obtención de agua potable a partir de agua de superficie. El dispositivo de acuerdo con la invención se puede realizar como un dispositivo que comprende dispositivos para el suministro de aire o gas y permite funcionamientos aerobios. El dispositivo de acuerdo con la invención también se puede realizar como un dispositivo hermético a aire o gas, o como un dispositivo provisto de un reactor hermético a aire o gas, o puede ser un dispositivo que permita un funcionamiento anaerobio por cualquier otro método. Un dispositivo del tipo que se acaba de mencionar permite una filtración económica durante procesos biológicos que no requieren el oxígeno del aire, como la desnitrificación, o nada de oxígeno, como la fermentación láctica, etanol o acetona-butanol.

La invención también resuelve el problema proporcionando un método para el tratamiento de agua, particularmente de aguas residuales y agua potable, en cuyo marco se realiza una separación de un filtrado de las materias sólidos del agua que se tiene que depurar, y donde se emplea uno de los dispositivos de acuerdo con la invención. Particularmente, de acuerdo con esto, la invención se refiere a un método para la obtención de agua potable o para la depuración de aguas residuales, según lo que un dispositivo de filtro que se tiene que emplear de acuerdo con la invención, es decir, un cuerpo de soporte resistente a la torsión provisto de al menos un elemento de filtro hueco y giratorio, se sitúa por ejemplo en una cubierta, se expone, básicamente solamente bajo influencia de presión hidrostática e hidrodinámica, al agua que se tiene que depurar y que comienza movimiento giratorio para la producción de una velocidad de flujo cruzado, y por el al menos un elemento de filtro pasa el filtrado que fluye al interior del cuerpo de soporte hueco y se extrae a través del cuerpo de soporte hueco y de este modo se separa del concentrado. Adicionalmente a la presión hidrostática e hidrodinámica que se ha descrito anteriormente, también se puede prever una creación de una presión negativa en el lado del filtrado o una sobrepresión en el lado de suministro.

De acuerdo con el método de la presente invención, el líquido o la suspensión que se tiene que depurar que se encuentra en el reactor genera una presión hidrostática, que actúa de tal manera sobre un dispositivo de filtro empleado de acuerdo con la invención dispuesto en la zona inferior del reactor, por ejemplo, en la zona del fondo del reactor o, cuando está en el exterior, particularmente debajo del reactor, y unido mediante dispositivos de unión con el reactor, que se genera una diferencia de presión transmembrana en el elemento de filtro, que de manera energéticamente adecuada posibilita la filtración del líquido o la suspensión que se tiene que filtrar. De acuerdo con la invención se prevé que el dispositivo de filtro dispuesto en una cubierta se disponga debajo del fondo de un reactor que trabaja aeróbicamente y un inyector, particularmente un inyector para dos componentes, se disponga en el fondo del reactor, que inyecta aire y concentrado suministrado por el dispositivo de filtro en el reactor y con ello genera una presión que actúa adicionalmente a la presión hidrostática sobre el dispositivo de filtro, de hecho, una presión hidrodinámica.

La invención se refiere, en otra realización, a un método que se ha mencionado anteriormente, en el que el agua que se tiene que tratar es el agua de alimentación de una depuradora, que se suministra a un dispositivo para el tratamiento de agua que se ha mencionado anteriormente, en el que el reactor se realiza como tanque de alimentación que contiene el agua de alimentación y en el que, de acuerdo con el método anterior, el filtrado de salida, después de la separación del concentrado, se suministra a un reactor de activación situado detrás del tanque de alimentación, que en una realización preferida puede representar parte de otro dispositivo de acuerdo con la presente invención. De acuerdo con esto, en tal método para el tratamiento de aguas residuales hay dos dispositivos de acuerdo con la invención en serie, que comprenden respectivamente un reactor y un dispositivo de filtro.

En una realización particularmente preferida se puede disponer una bomba delante o detrás, es decir, en el lado de presión o en el lado de succión del dispositivo de filtro, que garantiza una circulación del líquido o la suspensión filtrada o que se tiene que filtrar desde el reactor al dispositivo de filtro y, parcialmente, al revés.

En una realización preferida de la presente invención se prevé que el líquido /la suspensión que se tiene que filtrar se conduzca desde el reactor mediante una bomba al dispositivo de filtro. El filtrado se extrae a través del eje hueco y el concentrado, si fuera necesario, se vuelve a introducir con aire a través de un inyector, particularmente un inyector para dos componentes, al reactor, donde, por ejemplo, en un reactor de aguas residuales, se pueden conseguir elevadas densidades celulares de microorganismos.

En otra realización preferida se puede conducir el líquido/la suspensión que se tiene que filtrar desde el reactor al dispositivo de filtro dispuesto preferiblemente en una cubierta, donde el filtrado se extrae a través del eje hueco y el concentrado se conduce por una bomba hasta un inyector dispuesto preferiblemente en el fondo del reactor, particularmente un inyector para dos componentes, que introduce el concentrado junto con aire en el reactor.

En otra realización preferida se puede prever que el concentrado no se vuelva a suministrar al reactor. En tal realización se puede suministrar la suspensión que se tiene que filtrar desde el reactor por una bomba hasta el dispositivo de filtro, que se dispone preferiblemente en una cubierta. El concentrado se evacua, por ejemplo, a un dispositivo de fermentación, y el filtrado se evacua a través del eje hueco. Una parte del líquido/ la suspensión suministrada por la bomba no se suministra al dispositivo de filtro, sino más bien directamente a un inyector dispuesto preferiblemente en el fondo del reactor, que, si fuera necesario, vuelve a suministrar la suspensión junto con aire de nuevo al reactor. De este modo se puede ajustar de manera controlada una determinada densidad celular en el reactor.

Se describen otras realizaciones ventajosas en las reivindicaciones dependientes.

La invención se describe mediante un ejemplo de realización y las Figuras adjuntas.

En las Figuras:

La Figura 1 muestra, de forma esquemática, un módulo de membrana con discos de filtro giratorios empleado de acuerdo con la invención.

Las Figuras 2 a 3 muestran diferentes realizaciones de un dispositivo de tratamiento de aguas de acuerdo con la invención.

La Figura 1 muestra un dispositivo de filtro 1 realizado como un módulo de membrana con una cubierta cilíndrica 3, que presenta una abertura de entrada 5 dispuesta tangencialmente frente a la cubierta para el líquido o la suspensión (C) que contiene las materias sólidas que se tienen que filtrar y un abertura de evacuación 7 para las materias sólidas separadas, es decir, el concentrado (A). En la cubierta 3 se sitúa un eje hueco 9 de forma giratoria, que tiene una pluralidad de discos de filtro 11 unidos al mismo de forma resistente a la torsión. El filtrado (B) se evacua a través del eje hueco 9.

El eje hueco 9 tubular está formado de una pieza y atraviesa los discos de filtro 11 que presentan respectivamente una abertura de paso central no representada.

El funcionamiento del dispositivo de filtro 1 se representa de la siguiente manera:

El módulo de membrana 1 montado, de acuerdo con la invención, con un reactor que trabaja aeróbicamente, no representado en este documento, se dispone, por ejemplo, en la circulación del líquido delante del inyector, no representado, en la zona cercana al fondo, en un reactor de activación, de manera que la corriente de transporte de la bomba puede penetrar por la abertura de entrada 5 en la cubierta 3. El concentrado suministrado por la abertura de evacuación 7 del inyector se acelera en el inyector hasta una velocidad elevada, por lo que se produce un chorro de líquido en el reactor para la dispersión del gas. La presión hidrodinámica que se genera se utiliza, junto con la presión hidrostática resultado del llenado del reactor que actúa sobre el módulo de membrana, para la generación de una diferencia de presión transmembrana, y conduce a la filtración del líquido suministrado. La velocidad de flujo necesaria para evitar la formación de las capas superficiales se produce por la rotación del cuerpo de soporte y con ello, de los elementos de filtro. Es decir, este proceso es independiente de la circulación del líquido en el dispositivo de tratamiento de aguas y por tanto, energéticamente independiente del mismo. El filtrado penetra a través de los discos de filtro 11 en su interior, fluye por la unión fluida entre el disco de filtro 11 y el cuerpo hueco 9 al interior del eje hueco 9, y se evacua a través del mismo. Las materias sólidas abandonan la cubierta 3 a través de la abertura de evacuación 7. Durante el proceso, el eje hueco 9 y los discos de filtro 11 unidos al mismo de manera resistente a la torsión, rotan de manera que se genera una velocidad de flujo cruzado que lleva a una disminución o a la no formación de capas superficiales sobre los discos de filtro 11. La velocidad de flujo cruzado se genera, por tanto, de acuerdo con la invención, por la rotación del eje hueco, y por tanto, es independiente de la velocidad de entrada y del volumen de entrada la suspensión que se tiene que filtrar. Por tanto, la velocidad del flujo cruzado se puede seleccionar libremente. Esta manera de proceder posibilita un funcionamiento energéticamente considerablemente mejorado de, por ejemplo, instalaciones de tratamiento de agua potable o instalaciones de depuración de aguas residuales.

La Figura 2 muestra, de forma esquemática, un dispositivo 100 de acuerdo con la invención para el tratamiento de aguas que abarca un reactor 40 que trabaja aeróbicamente y un dispositivo de filtro 1. El reactor 40 es un reactor de aguas residuales y se realiza como un reactor de bucles con un tubo conductor del flujo 50 interno. Alrededor del tubo conductor del flujo 50 se remueve el contenido del reactor, por lo que se produce un mezclado intenso. También se representa la entrada 110 y la salida 120 del reactor y el fondo 30 del reactor 40. El reactor presenta una altura de llenado H, donde se prefiere una altura de llenado lo mayor posible.

La activación del flujo en circulación presente en el reactor 40 se realiza por un chorro de aire-líquido inyectado desde el fondo del reactor 30. Para esto se succiona por una bomba 70, que se dispone en el exterior del reactor 40, aguas residuales del fondo 30 y, por las canalizaciones 35 y 37 se transporta a un inyector 60 dispuesto en el fondo del reactor 30, en el que se inyectan las aguas residuales a velocidad elevada en el reactor 40, por lo que se consigue, junto con el aire succionado 80, una intensa dispersión del gas. Entre la bomba 70 y el inyector 60 se sitúa el módulo de membrana 1 dispuesto debajo del reactor 40. El módulo de membrana 1 está sometido a la presión hidrostática de la columna de líquido del reactor de aguas residuales 40 y a la presión hidrodinámica, que se genera por la bomba 70 con ayuda del inyector 60. Ambas presiones generan una diferencia de presión transmembrana, que posibilita la filtración del agua residual de manera económica. La corriente de filtrado B se evacua del eje hueco 9, mientras que el flujo de concentrado A se conduce al inyector 60 y se inyecta, junto con el aire 80, en el reactor 40.

El dispositivo de acuerdo con la Figura 3 muestra básicamente el mismo reactor de aguas residuales 40 que en la Figura 2. El dispositivo de filtro 1 se dispone en el lado de presión de la bomba 70. Sin embargo, a diferencia del dispositivo de acuerdo con la Figura 2, el flujo de concentrado A no se transporta al inyector 60, sino que se extrae del módulo de membrana 1 y se puede dirigir directamente, por ejemplo, para la fermentación del lodo. De acuerdo con esta realización del dispositivo de acuerdo con la invención, se puede ajustar la concentración de la biomasa en el reactor de aguas residuales 40 a voluntad.

Ejemplo

Con el siguiente ejemplo se muestra, teniendo en cuenta las Figuras 1 a 3, la ventaja en los costes del dispositivo de acuerdo con la invención en comparación con una filtración de flujo cruzado convencional.

Para la degradación biológica de aguas residuales industriales se acciona un dispositivo de depuración de aguas residuales moderno 100 con una etapa biológica, que se compone de un reactor de bucles 40 con microorganismos aerobios con una unidad de filtrado 1. El agua residual posee un requerimiento químico de oxígeno (RQO) de aproximadamente 7900 mg/l y se presenta en una cantidad de aproximadamente 20000 m^{3} por año. Se puede degradar biológicamente con un buen grado de degradación del 90% con un tiempo de permanencia hidráulico de aproximadamente 20 h. El reactor de bucles 40 tiene un diámetro de 2 m y una altura de llenado H de 15 m, por lo tanto, su volumen de líquido, con un contenido de gas de aproximadamente el 5%, es aproximadamente 45 m^{3}. Para el suministro de oxígeno para los microorganismos aerobios, se tiene que suministrar aire al reactor de bucles 40 desde abajo, es decir, en la zona del fondo 30, con un caudal de aproximadamente 170 a 200 m^{3} por hora. Para la dispersión del gas en pequeñas burbujas y con ello, para la generación de una superficie de intercambio de oxígeno lo suficientemente grande para el suministro de oxígeno, se divide la corriente de aire suministrada mediante un chorro de líquido producido por un inyector 60 dispuesto en el fondo 30 del reactor. Para ello se evacua del reactor de bucles 40 en el fondo 30 un caudal de líquido de aproximadamente 35 m^{3}/h y se transporta por las canalizaciones 35 y 37 con ayuda de una bomba 70 del inyector 60 para la dispersión del gas. La presión hidrodinámica que se produce comprende aproximadamente 2 bar, sin embargo, la presión estática debida a la columna de líquido comprende escasamente 1,5 bar. Evidentemente, también se puede realizar una dispersión del gas sin inyector, por ejemplo, mediante inyectores de gas estáticos, como suelos perforados, mangueras perforadas, placas, etc. La potencia requerida para el chorro de líquido se produce sin tener en cuenta el grado de eficacia de la bomba con aproximadamente 2 kW, por lo que se produce una potencia hidráulica específica de menos de 50 W/m^{3}. Para aumentar la biomasa activa en el sistema, el reactor de bucles 40, en el lado de presión de la bomba 70, está provisto de un módulo de filtración 1 (Figura 2). Se trata de un filtro de disco giratorio. Éste se compone de 10 módulos individuales de aproximadamente 1 m de longitud y respectivamente 100 discos de filtro cerámicos 11 de aproximadamente 0,15 m de diámetro y un diámetro de poros medio de aproximadamente 0,1 \mum. Los módulos se accionan mediante un motor eléctrico no representado con aproximadamente 220 revoluciones por minuto, de manera que se produce un caudal de filtrado específico de 70 l/m^{2}/h, sin que se presente formación de capas superficiales significativa. El requerimiento de potencia específico de esta filtración se sitúa aproximadamente en 0,13 kW/h/m^{3} sin tener en cuenta el grado de eficacia del motor.

Si se usa, en vez del disco de filtro rotatorio descrito, una filtración de flujo cruzado convencional, se producen los siguientes datos:

Membrana utilizada: elemento de múltiples canales cerámico con 7 canales de respectivamente 6 mm de diámetro; diámetro de poros medio 0,1 \mum, longitud del módulo 1 m.

Con una velocidad de flujo cruzado de 3 m/s se puede controlar la formación de capas superficiales de manera aceptable y se produce un caudal de filtrado específico medio de aproximadamente 70 l/m^{2}/h y, por tanto, valores en este punto comparables con el dispositivo de acuerdo con la invención. Para lograr la superficie de filtración requerida de aproximadamente 32 m^{2}, se tiene que usar aproximadamente 240 de tales tubos de filtración de flujo cruzado, que se montan respectivamente como 10 tubos individuales en un módulo común, de los que se necesitan en total 24 módulos. El requerimiento de potencia específico de esta filtración de flujo cruzado se sitúa aproximadamente en 1,2 kW/h por m^{3} de filtrado, y con ello, es aproximadamente diez veces mayor que en la combinación de reactor de aguas residuales con filtros de disco rotatorios de acuerdo con la invención. Adicionalmente, en la filtración de flujo cruzado además existe la desventaja de que se requiere un caudal (selección de la bomba) muy grande, y la tendencia a atascarse si hay partículas en las aguas residuales que se tienen que depurar, que presentan un diámetro mayor que el diámetro del canal (en este caso 6 mm).

Claims (17)

1. Un dispositivo para el tratamiento de aguas, que comprende un reactor (40) y un dispositivo de filtro (1),

donde el reactor (40) presenta un primer conducto de salida (35) para la salida de suspensión,

el dispositivo de filtro (1) se dispone en el exterior del reactor (40), comprende una cubierta (3) y al menos un elemento de filtro (11) unido de manera resistente a la torsión con un cuerpo de soporte (9) hueco situado de forma giratoria en la cubierta (3), el interior del elemento de filtro (11) está en unión fluida con el espacio interno del cuerpo de soporte (9) de tal manera, que el filtrado puede llegar desde el interior del elemento de filtro (11) al interior del cuerpo de soporte (9) y desde allí se puede extraer y se puede evacuar el concentrado separado, y

el dispositivo de filtro (1) está unido al reactor (40) de tal manera, que puede entrar suspensión desde el reactor (40) al dispositivo de filtro (1), caracterizado porque

el dispositivo de filtro (1) se dispone debajo del fondo (30) del reactor (40), en el lado de presión de una bomba (70) dispuesta entre el reactor (40) y el dispositivo de filtro (1), y un inyector (60) se sitúa en el fondo del reactor (40), por lo que el concentrado separado o la suspensión se puede devolver mediante el inyector (60) al reactor.

2. El dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el inyector (60) es un inyector para dos componentes

3. El dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el elemento de filtro (11) es un disco de filtro.

4. El dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cuerpo de soporte (9) es un eje hueco.

5. El dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el eje hueco (9) está formado por una pieza y, en la zona de unión con el al menos un disco de filtro (11), presenta al menos una abertura que posibilita el paso del filtrado al eje hueco (9).

6. El dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el eje hueco (9) está formado por varias piezas y el al menos un disco de filtro (11) se dispone intercalado e impermeable a líquido entre las secciones individuales del eje hueco (9).

7. El dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo (1) se configura como una construcción
modular.

8. El dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en la cubierta (3) se proporcionan deflectores para influir en la corriente.

9. El dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el reactor (40) es un reactor de bucles.

10. El dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el reactor (40) comprende un tubo conductor del flujo interno (50).

11. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, en el que el reactor comprende una segunda conducción de salida (120) para la salida de suspensión.

12. El dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el agua es el agua de alimentación de una depuradora y el reactor es el tanque de alimentación que contiene esta agua.

13. El dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el agua es agua de uso general o agua de superficie y el reactor es un tanque de almacenamiento.

14. El dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el agua es agua residual y el reactor es un reactor de aguas residuales.

15. Un método para el tratamiento de aguas en un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14, que comprende las etapas:

suministrar el agua que se tiene que tratar al reactor,

trasladar el cuerpo de soporte a rotación para generar una fuerza centrífuga en la superficie del elemento de filtro,

conducir la suspensión desde el reactor al dispositivo de filtro, donde se separa el filtrado del concentrado,

devolver el concentrado separado del dispositivo de filtro y al reactor y

evacuar el filtrado que sale desde el interior del cuerpo de soporte hueco del dispositivo de filtro,

donde el dispositivo de filtro se dispone debajo del fondo del reactor y el concentrado o suspensión se devuelve mediante un inyector al reactor.

16. El método de acuerdo con la reivindicación 15, en el que el agua es el agua de alimentación de una depuradora y se suministra a un dispositivo, en el que el reactor es un tanque de alimentación, y el filtrado de salida se suministra a un reactor de activación colocado detrás del tanque de alimentación.

17. El método de acuerdo con la reivindicación 15 ó 16, en el que el inyector suministra el concentrado junto con aire al reactor.