ES2300164B1 - Sistema para la extraccion y llenado de agua de un sistema anaerobio de depuracion de agua por lotes. - Google Patents
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Abstract
Sistema para la extracción y llenado de agua de
un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes.
Comprende un primer (1) y segundo (2, 2a, 2b)
contenedor cerrados, uno de los cuales está dotado de medios de
llenado de un lote de agua residual a tratar, de medios de
agitación para provocar la reacción y la posterior decantación
mediante su desactivación, extrayéndose a continuación el agua
decantada; estando los contenedores conectados mediante una
conducción de biogas (10) para igualar sus presiones; caracterizado
porque comprende medios de control de caudal que gobiernan
simultáneamente tanto el vaciado del lote de agua depurada en uno de
los contenedores y el llenado del otro contenedor con el lote de
agua a depurar, como el llenado del lote de agua a depurar y el
vaciado del otro contenedor con el agua depurada; para mantener el
mismo caudal y volumen de llenado y vaciado durante el ciclo de
depuración, manteniéndose la misma presión en los contenedores
evitándose la aparición de presiones que pudieran dañarlos.
Description
Sistema para la extracción y llenado de agua de
un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes.
La presente invención, tal y como se expresa en
el enunciado de esta memoria descriptiva, consiste en un sistema
previsto para realizar la extracción y llenado de agua de un
sistema anaerobio de depuración de agua por lotes (BATCH) que tiene
por objeto mantener el mismo caudal y volumen de llenado y de
vaciado de los dos contenedores que convencionalmente se utilizan
en los sistemas anaerobios de depuración de agua por lotes durante
un ciclo de depuración de forma que se mantenga la misma presión en
ambos contenedores al efectuarse el llenado y vaciado de los
mismos, evitando la aparición de presiones positivas o negativas
que estén fuera de los valores admisibles, evitándose que los
contenedores puedan sufrir daños.
La invención es aplicable en la depuración de
aguas residuales que utilizan tratamientos biológicos mediante
microorganismos anaerobios que degradan la materia orgánica
transformándola en biogas, que es una mezcla de metano y dióxido de
carbono en ausencia de oxígeno.
Es conocido el empleo de reactores anaerobios
secuencial por lotes (ASBR) que prevén el empleo de un contenedor
en el que se debe alternar cíclicamente las fases de alimentación o
llenado del reactor con el vertido a depurar; reacción, que se
realiza mediante medios de agitación del interior del reactor en la
que se produce la degradación anaerobia o depuración del vertido y
en la que se genera biogas dentro del propio reactor;
clarificación, que es la fase en la que el reactor deja de ser
agitado, produciéndose una separación de fangos en el fondo y el
agua ya depurada en la zona superior y finalmente la extracción de
una determinada cantidad de agua clarificada en la zona superior.
El siguiente ciclo comienza de nuevo con la fase de alimentación
repitiéndose todo el proceso de forma cíclica.
Los reactores de este tipo presentan el problema
de que las fases de llenado y extracción, en donde, al estar
cerrado el reactor y lleno de biogas, se generan diferencias de
presiones en los contenedores que pueden provocar el dañado de los
mismos.
Las soluciones propuestas hasta la fecha
consisten en hacer una cubierta flotante, que sube o baja junto con
el nivel de agua que se va llenando o extrayendo, lo que complica
y encarece excesivamente el sistema.
Alternativamente es conocido el documento de
patente US 6383371, en el que el nivel de agua no varía, sino que
el agua clarificada es extraída por rebose simultáneamente a la
alimentación del reactor por la parte inferior con el agua a
depurar. Por consiguiente en el sistema descrito en este documento
no existen diferencias de nivel dentro del reactor, ya que el agua
sale por rebose, y por lo tanto la presión del reactor se mantiene
constante. En realidad el sistema descrito en este documento no es
un auténtico reactor anaerobio por lotes, ya que en éstos las fases
descritas anteriormente (llenado, reacción, clarificación y
extracción) deben estar separadas.
El problema que presenta el sistema descrito en
este documento, consiste en la simultaneidad de las fases de
alimentación y de extracción dentro del propio reactor. Esta
simultaneidad genera la contaminación de agua que se está vertiendo
con la que se introduce dentro del reactor y que aún no se
encuentra depurada. Al mismo tiempo se genera una corriente
ascensional entre el agua que entra por la parte inferior y la que
rebosa por la parte superior, lo que provoca que una determinada
proporción de los fangos del fondo sea arrastrada con el vertido
final que son fácilmente arrastrados en una corriente ascensional
de agua, ya que los flóculos del fango anaerobio son de baja
sedimentabilidad, con densidades similares al agua.
Para evitar los inconvenientes y conseguir los
objetivos anteriormente indicados, la invención prevé en un sistema
que realiza la extracción y llenado del agua de un sistema
anaerobio de depuración por lotes que comprende un primer
contenedor cerrado determinado por un depósito (que puede ser o no
reactor al mismo tiempo) y un segundo contenedor cerrado
constituido por un reactor, pudiéndose intercambiar el orden de los
mismos, al menos uno de los cuales comprende, medios de agitación
para al activarlos provocar la reacción en la que se produce
biogas, y para al desactivarlos decantar las aguas residuales;
comprendiendo además medios de extracción del agua depurada tras la
decantación; y todo ello de manera que el primer y el segundo
contenedor están conectados por su parte superior mediante al menos
una conducción del biogas generado en la reacción para igualar las
presiones de los contenedores. La novedad de la invención se centra
en que tras realizar la reacción se realiza la decantación de forma
estática con los medios de agitación inactivos, y mediante medios
de control de caudal se realiza de forma simultánea, tanto el
vaciado del lote de agua decantada (depurada) en una de los
contenedores y el llenado del otro contenedor con el lote de agua a
depurar o con el lote de agua depurada; como el llenado del lote de
agua a depurar y el vaciado del otro contenedor con el agua
depurada; todo ello para mantener el mismo caudal y volumen de
llenado y de vaciado en un ciclo de depuración, manteniendo la
misma presión en el primer y segundo contenedor y evitando la
aparición de presiones positivas o negativas en éstos, ya que si
las velocidades de llenado y vaciado son diferentes, a pesar de la
existencia de la conducción de biogas que une ambos contenedores
para igualar las presiones, provoca la aparición de presiones
positivas o negativas en los contenedores.
En la realización básica de la invención se
prevé que el primer y segundo contenedor estén constituidos por
reactores que tras efectuar la alimentación del segundo reactor con
el lote de agua a depurar, simultáneamente con el vaciado del
primer reactor que contiene el lote de agua depurada, en dicho
segundo reactor se lleva a cabo la posterior reacción, decantación
y posterior extracción, que se realiza de forma simultánea con el
llenado del primer reactor con el siguiente lote de agua a depurar;
repitiéndose a continuación el proceso en el primer reactor y así
sucesivamente.
En otra realización de la invención el primer y
segundo reactor están unidos mediante conducciones que conectan la
parte superior de cada reactor con la parte inferior del otro
reactor. Además, dichas conducciones están dotadas de una bomba y
una válvula que se mantienen cerradas mientras se realiza el
llenado, decantación y vaciado de los reactores, de forma que una
vez finalizado el proceso simultáneo de
llenado-vaciado de los reactores se abren las
válvulas hasta igualar los niveles del primer y segundo reactor y a
continuación se activan las bombas para realizar una mezcla
completa de los contenidos del primer y segundo reactor. A
continuación se produce la reacción simultánea en el primer y
segundo reactor y tras llenar el primer reactor con el agua de la
reacción del segundo reactor, se efectúa la posterior decantación
en el primer reactor y se repite el ciclo comenzando por el
llenado-vaciado.
Para realizar la mezcla completa de los
contenidos del primer y segundo reactor y la posterior reacción
simultánea en los mismos, la invención prevé que el extremo
inferior de las conducciones que conectan la parte inferior del
primer y segundo reactor con la parte superior del reactor
contrario, esté conectado a unos eyectores que realizan la reacción
con la circulación del agua entre los dos reactores.
En otra realización de la invención se prevé que
el segundo contenedor tenga un volumen ligeramente superior al
volumen del lote de agua alimentada en un ciclo que se corresponde
a un nivel en el que está previsto un rebosadero incluido en el
primer contenedor. Además el volumen de primer contenedor es
superior al del segundo contenedor y suficiente para alojar el lote
de agua en el que se ha de producir la reacción. En este caso la
parte inferior del primer contenedor está unido mediante una
conducción con el fondo del segundo contenedor, incluyendo dicha
conducción una bomba y una válvula y opcionalmente una válvula
antirretorno. El rebosadero está unido con la parte inferior del
segundo contenedor de forma que tras realizarse el vaciado y el
llenado del primer contenedor y segundo contenedor simultáneamente,
todo ello manteniéndose la válvula cerrada, se procede a llenar el
segundo contenedor y a continuación se abre la válvula y se activa
la bomba para llevar a cabo la reacción pasando el agua a tratar
desde el segundo contenedor al primero hasta el nivel en el que
sobrepasa el rebosadero. Así, el agua pasa de nuevo al segundo
contenedor en el que se realiza simultáneamente la reacción. La
bomba se mantiene activa para permitir la recirculación del agua
entre los dos contenedores y realizar la reacción, todo ello de
forma que se arrastran las espumas flotantes producidas en la
reacción del primer contenedor hasta el segundo contenedor cuya
recirculación permite su degradación, con lo que se eliminan de
forma continua las grasas, flotantes y espumas de la superficie del
depósito evitando los problemas habituales que se ocasionan en los
reactores anaerobios. A continuación se cierra la válvula una vez
transcurrido el tiempo de reacción.
Esta realización tiene la gran ventaja de que al
incorporar el rebosadero, el nivel del agua del primer contenedor
está por encima del nivel del segundo, con lo que se facilita la
agitación del agua con el consiguiente ahorro eléctrico. Además se
minimiza el VER del reactor (ratio entre volumen de llenado y
volumen global de reacción).
En esta realización los medios de agitación
empleados son preferentemente eyectores incluidos en ambos
contenedores, de forma que el extremo de la conducción, que conecta
la parte inferior del primer y del segundo contenedor, está
conectado al eyector del primer contenedor, en tanto que la
conducción que conecta la parte inferior del segundo contenedor con
la superior del primer contenedor está conectado al eyector del
segundo contenedor para realizar la reacción con la recirculación
del agua entre los dos contenedores de una forma más eficaz.
En una variante de la realización descrita
anteriormente, se prevé que en la conducción que une la parte
inferior del primer y segundo contenedor se conecten medios de
calentamiento por los que se hace circular la totalidad o parte del
agua a tratar mediante la bomba, recirculándose el agua del segundo
contenedor durante un tiempo previamente fijado que, por ejemplo,
se corresponde con el tiempo de llenado de dicho segundo reactor,
de forma que se permite acondicionar el agua antes de ser tratada
mediante su calentamiento.
En esta realización se prevé que el sistema
pueda incorporar un dosificador de reactivos de control de
alcalinidad y/o nutrientes conectado en la misma conducción.
Otra variante de la invención prevé que el
segundo reactor esté ubicado concéntricamente y en el interior del
primer reactor para generar un flujo ascendente y con una
distribución uniforme.
En una última realización de la invención se
prevé que la salida del agua ya depurada en uno de los contenedores
esté conectada al otro contenedor, con lo que se llena al mismo
tiempo que se vacía el contenedor en el que se ha hecho la
depuración. En este caso, la salida del segundo contenedor se hace
pasar a través de un intercambiador de calor por el que también
discurre la conducción de entrada del lote de agua a depurar,
realizándose el llenado del contenedor en el que entra el agua a
depurar, con el mismo volumen y caudal que se efectúa el vaciado
del contenedor que fue llenado con el agua ya depurada en el
contenedor al que ahora entra el agua a depurar.
En diferentes realizaciones se ha comentado que
los agitadores están constituidos por eyectores situados en el
fondo de los reactores, pero también cabe la posibilidad de que
estos estén constituidos por cualquiera de los agitadores de
mercado como son los agitadores verticales o los agitadores que
aprovechan el biogas generado.
En cualquiera de las realizaciones descritas los
medios de extracción del agua clarificada pueden estar
constituidos por una válvula y el llenado del agua a depurar se
efectúa mediante una bomba, de forma que los medios de medida de
caudal gobiernan el funcionamiento de dichos elementos para
conseguir que el caudal y volumen de llenado y vaciado sea el
mismo. Así por ejemplo los medios de medida de caudal comprenden un
presostato de medida de la presión del biogas que actúa sobre la
válvula de salida y sobre un variador de frecuencia que está
conectado a la bomba de llenado del reactor, para igualar el
volumen del caudal de vaciado y llenado manteniendo una determinada
presión en el interior de los reactores. Para realizar el vaciado
también se puede utilizar una bomba de forma que los medios de
medida de caudal gobiernan su funcionamiento de manera simultánea
con el de la bomba de entrada. La invención también prevé el empleo
de caudalímetros en lugar de un presostato para proporcionar una
señal que se envía al variador de frecuencia que actúa sobre las
bombas ajustando los caudales de ambas. Obviamente para que los
caudales y volúmenes de vaciado y llenado sean los mismos se pueden
utilizar variadores mecánicos u otros sistemas de regulación de
caudal convencionales como puede ser un medidor de nivel en cada
reactor que actúa sobre la válvula de vaciado y sobre la bomba de
llenado.
El sistema de la invención prevé un medio
original de extracción del agua que está constituido por un medio
flotante formado por un flotador unido a una tubería que se
mantiene por debajo del nivel del agua y que está dotada de un
tramo que queda ubicado por encima del nivel del agua del que sale
un tubo que, mediante una articulación flexible y mediante un tramo
extremo, se conecta con el exterior del contenedor para al empezar
a llenarse el contenedor que está vacío y aumentar la presión del
biogas, esta presión sumerge el tramo de tubería que se encuentra
por encima del nivel del agua, con lo que se llena de agua
produciéndose la salida del agua depurada al exterior con un caudal
igual al de llenado hasta que disminuye la presión del biogas
cuando se corta la entrada de agua a tratar.
En estos medios de extracción flotantes la
invención prevé que el tramo de tubería que se encuentra por encima
del nivel del agua esté conectado a un tubo flexible que a su vez
se conecta con la atmósfera mediante una válvula automática que se
mantiene cerrada durante el vaciado del agua y se abre para
permitir la entrada de aire y finalizar el vaciado.
A continuación para facilitar una mejor
comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante
de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con
carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto
de la invención.
Figura 1.- Muestra una vista esquemática del
primer ejemplo de realización de la invención en el que la
depuración se realiza alternativamente en cada uno de los
contenedores para cada uno de los lotes de agua a depurar.
Figura 2.- Muestra una representación
esquemática de un segundo ejemplo de realización en el que la
reacción se realiza de forma simultánea en ambos contenedores
mientras que la decantación únicamente se efectúa en uno de los
contenedores.
Figura 3.- Presenta esquemáticamente un tercer
ejemplo de realización de la invención en el que la reacción se
realiza, al igual que en el caso de la figura 2, de forma
simultánea en los dos contenedores, pero en este caso está
optimizado para reducir el tiempo de decantación y la energía
necesaria para el funcionamiento de los medios de agitación.
Figura 4.- Representa esquemáticamente un cuarto
ejemplo de realización en el que se preacondiciona mediante
calentamiento el agua a depurar.
Figura 5.- Representa esquemáticamente un quinto
ejemplo de realización de la invención en el que también se
aprecondiciona, mediante calentamiento el agua a depurar.
Figura 6 y 7.- Muestran un ejemplo de
realización de los medios de extracción del agua clarificada o
depurada que están constituidos por medios flo-
tantes.
tantes.
A continuación se realiza una descripción de la
invención basada en las figuras anteriormente comentadas.
En la figura 1 se muestra un primer ejemplo de
realización en el que se utilizan dos contenedores constituidos por
dos reactores 1 y 2 dispuestos en paralelo. Para su descripción se
parte del hecho de que por ejemplo el reactor 1 se encuentra lleno
de un lote de agua a depurar y el 2 vacío, de forma que a
continuación se activa el agitador 19 de los microorganismos en
suspensión con el agua a degradar produciéndose la reacción del
agua a depurar. A continuación el agitador vertical 19 se para,
permitiendo la decantación de los fangos anaerobios y produciéndose
una clarificación del agua en la parte superior. Terminada la
decantación hasta un nivel del manto de fango suficiente, se
realiza el llenado del reactor 2 y el vaciado simultáneo del
reactor 1 del agua ya clarificada y depurada hasta los límites
deseados. La alimentación se realiza por tanto a través de la bomba
de llenado 9 y del conducto 3 que alimentan el reactor 2.
Simultáneamente al llenado del reactor 2 se produce el vaciado del
reactor 1 por la salida 4 mediante un sistema de extracción
flotante que puede ser cualquiera de los existentes en el mercado y
ampliamente utilizados en reactores secuenciales fundamentalmente
en los de tipo anaerobio. También puede utilizarse un sistema de
extracción flotante específicamente diseñado como es el
representado en la figura 6, y cuyo funcionamiento será descrito al
final de este apartado que genéricamente consiste en un flotador 5,
un vertedero 6 que recoge el agua por debajo del nivel del agua 8
y un tubo 7 de descarga, que es flexible o que permite su giro
mientras el flotador se desplaza verticalmente a medida que varía
el nivel del agua 8.
Los dos reactores están comunicados por la parte
superior mediante una tubería 10, para equilibrar las presiones
del biogas generado en el proceso de fermentación anaerobia que se
produce al efectuar la reacción mediante el accionamiento del
agitador vertical. Al llenarse el reactor 2, al mismo tiempo que se
vacía el reactor 1, el biogas pasa del reactor 2 al 1. Si el
volumen de llenado del reactor 2 coincide exactamente con el
volumen de vaciado del reactor 1, y ambos se producen al mismo
caudal, dado que los depósitos están equilibrados en sus presiones
por la tubería 10, no se produce ninguna presión negativa o positiva
en el reactor 1 que se está vaciando. La tubería 20 está a su vez
conectada a la línea de biogas 41 habitual en cualquier reactor
anaerobio.
Para conseguir que el caudal de salida 4 sea el
mismo que el de llenado por 3, se emplean dispositivos comerciales
como por ejemplo puede ser la disposición de un presostato 11 que
mide la presión del biogas y actúa sobre una válvula 12 de
regulación de salida, de forma que se mantiene siempre durante el
vaciado y llenado simultáneo una presión por encima de la que
podría dañar el depósito. Este presostato también podría actuar
sobre un variador de frecuencia que actuará a su vez sobre la bomba
de llenado 9, de forma que proporciona un caudal y volumen de
llenado muy aproximado al de vaciado.
Otra posibilidad de regulación más precisa
consiste en actuar sobre la válvula de salida 12 o sobre la bomba
de llenado 9 en función de medios de medida de nivel de ambos
reactores o de mediciones de caudal de entrada y salida.
Un sistema simple de regulación que aprovecha el
incremento de presión que se produce en los reactores durante el
llenado de uno de ellos es el representado en las figuras 6 y 7 que
tal y como ya se ha comentado será descrito al final de este
apartado.
Una vez que ha sido llenado el reactor 2 se
puede comenzar la reacción activando el agitador 20. Durante todo
el tiempo de reacción del reactor 2, el reactor 1 debe estar a la
espera hasta su llenado mediante la bomba 13, ya que se acaba de
vaciar, y por tanto no tiene agua para ser depurada y su llenado no
se puede producir hasta que termine la reacción del reactor 2 y se
proceda a su vaciado por el sistema de extracción 12.
Mediante la realización descrita se resuelven
los problemas de decantación, al hacerse en régimen inicialmente
estático, sin crear presiones negativas, pero existen tiempos
muertos de espera.
Una solución para evitarlos tiempos muertos de
espera se representa en la figura 2, en la que los dos reactores 1
y 2 se pueden agitar mediante los agitadores 19 y 20 ya descritos,
aunque parte de la potencia de agitación, o en su totalidad, se
puede sustituir por los eyectores de fondo 17 y 18. Estos eyectores
pueden ser cualquiera de los existentes en el mercado.
El funcionamiento de esta segunda realización,
prevé que mientras se llena el reactor 2 mediante la bomba 9 a
través de la conducción 3, se va vaciando el reactor 1 mediante el
mismo procedimiento ya descrito para la figura 1, y lógicamente una
vez que se ha terminado la decantación y en la parte superior
existe un volumen suficiente de agua clarificada.
En este ejemplo de realización la agitación para
provocar la reacción se efectúa mediante eyectores 17 y 18
previstos en el fondo de los reactores 1 y 2 respectivamente. El
eyector 18 está conectado mediante una bomba 14 y válvula 38 a la
parte superior del reactor 1, y de igual manera el eyector 18 del
reactor 1 está conectado a la parte superior del reactor 2 mediante
una bomba 15 y una válvula 39.
Así, durante el proceso de llenado y vaciado las
válvulas 38 y 39 están cerradas. Una vez que ha finalizado el
proceso de llenado y extracción simultánea de los dos reactores, se
abren las válvulas 38 y 39, hasta igualar los niveles de los dos
depósitos, entrando a continuación en funcionamiento las bombas de
recirculación 14 y 15 del sistema de agitación 17 y 18. De esta
forma se consigue que los dos reactores realicen una mezcla
completa de sus contenidos, como si fueran un único reactor, por lo
que se puede realizar la reacción en el volumen total de la suma
de ambos. Así el reactor 1 permanece inactivo durante el tiempo de
reacción del reactor 2. Una vez finalizada la reacción, la
extracción se puede realizar por cualquiera de los dos, siendo
necesario solo una unidad de extracción 7, como la ya descrita o
como la que será descrita con posterioridad. En esta realización la
unidad de extracción 7 se ha dispuesto en el reactor 1, aunque
obviamente podría ubicarse en el reactor 2.
Previo a la extracción del agua depurada, ha de
llenarse el reactor 1 y vaciar el 2, con un volumen de agua igual
al que de nuevo entrará en el próximo ciclo al reactor 2. Para
hacer este trasvase se activa la bomba 15 cerrando la válvula 38.
Una vez terminado el trasvase se cierra la válvula 39, estando el
reactor preparado para la decantación de vertido hasta conseguir un
volumen de agua clarificada en la parte superior y su posterior
extracción 4 mientras se produce el llenado simultáneo del reactor
2 mediante la bomba 9 y a través del conducto 3.
El punto de aspiración de las bombas de
recirculación 14 y 15 se puede realizar lo más alto posible,
compatible con las osciliaciones de nivel de los depósitos, para
que el flujo dentro de los reactores sea ascendente,
consiguiéndose de esta forma un ahorro energético y mejoras
microbiológicas conocidas.
Uno de los problemas que presenta la realización
descrita con ayuda de la figura 2, es que la oscilación del
volumen de agua en un ciclo repercute en la mitad del volumen de
reacción, es decir en un solo reactor, que en este caso es el
reactor 1. Esto origina un ratio entre el volumen extraído y el
volumen total del tanque de reacción (VER) alto. A menudo esto
puede representar un problema al obligar a unos tiempos de
decantación excesivos. Para evitar este inconveniente la invención
cuenta con un reactor 1 y un depósito 2a, que es el que recibe el
vertido a tratar. El reactor 1 se dimensiona para el volumen de
reacción necesario, es decir, un volumen equivalente a la suma de
los volúmenes de reacción previstos en los reactores 1 y 2 de la
figura 2. Del reactor 1 se extrae el volumen del agua depurada, con
lo que el VER se reduce sustancialmente, respecto del de la figura
2.
El contenedor 2a presenta un volumen ligeramente
superior al volumen de agua alimentada en un ciclo, y su parte
inferior está conectada al eyector 17 del reactor 1 mediante una
válvula de retorno 23 una bomba 22 y una válvula 21. Además en esta
realización en el reactor 1 se prevé un rebosadero 24 que mediante
una conducción 25 comunica con el eyector 18 del depósito 2a.
Mientras el depósito 2a se llena mediante la
bomba 9 y a través del conducto 3, el agua ya depurada se vierte
por la salida 4 del reactor 1, de forma simultánea y tal y como se
describió en las figuras 1 y 2. Durante este periodo se cierra la
válvula 21 para mantener independizados los reactores 1 y 2a. Si el
contenedor o reactor 2a está en un nivel inferior al reactor 1
puede ser suficiente con la incorporación de la válvula
antirretorno 23, que evita que el agua pase del reactor 1 al 2a.
Una vez que se ha extraído el agua del reactor 1, se procede a
llenarlo con el vertido almacenado en el reactor 2a. Para ello se
abre la válvula 21 y se pone en marcha la bomba 22 que está unida
al sistema de agitación 17, como en la figura 2. El nivel en el
reactor 1 entonces asciende hasta un máximo que se sitúa en un
rebosadero o vertedero 24. Una vez que el vertido ha alcanzado el
nivel del rebosadero 24, se ha completado el trasvase del agua a
tratar del depósito 2a al reactor 1, pero la bomba 22 sigue en
marcha durante toda la etapa de reacción y hasta la decantación y
extracción. Dado que el rebosadero 24 está conectado mediante la
tubería 25 con el eyector 18 del contenedor 2a se establece una
recirculación entre los dos reactores de forma que el agua se va
extrayendo en continuo de la superficie 8 en donde se suelen
acumular las grasas, espumas y todo tipo de flotantes. El caudal de
recirculación es obligado a rebosar por el perfil superior 40 del
rebosadero 24, arrastrando dichos flotantes hasta el contenedor 2a.
La bomba 22 los introduce de nuevo en el reactor 1 desde la parte
inferior, dando por tanto un tiempo de contacto a dicha materia con
los microorganismos anaerobios para su degradación.
Es de destacar, que dado que el nivel en el
reactor 1, durante la fase de reacción, está por encima del nivel
de agua en el contenedor 2a, es posible aprovechar la energía de
caudal de agua vinculado en recirculación por el conducto 25 para
agitar el interior del contenedor 2a mediante el eyector 18, que
distribuye el agua recirculada desde el conducto 25 con el
consiguiente ahorro eléctrico.
Cuando se ha completado el tiempo de reacción,
se cierra la válvula 21 y de nuevo el depósito 2a queda con su
nivel mínimo listo para ser llenado simultáneamente a la extracción
que se realiza por la salida 4 del reactor 1.
En la figura 4 se muestra una variante de la
realización de la figura 3, en la que se incluye un intercambiador
de calor 26 para el acondicionamiento mediante calentamiento del
agua a depurar y un dosificador de reactivos 29, que se complementa
con unas válvulas 27 y 28.
Durante el periodo de llenado del depósito 2a,
la bomba de recirculación 22 está funcionando, la válvula 28
abierta y la 27 cerrada. De esta forma se agita el contenido del
contenedor 2a con la misma bomba 22 que se utilizará posteriormente
para agitar todo el reactor. En este punto cabe señalar que la
bomba 22 puede estar constituida por varias en paralelo, pudiéndose
en ese caso decidir, cuantas funcionan simultáneamente en esta
fase. En paralelo con la impulsión de la bomba 22 se coloca el
intercambiador de calor 26, desviándose parte o la totalidad del
agua veiculada a través del mismo. Una vez que se ha terminado la
fase de llenado, se decide si se desea continuar durante un tiempo
más con la tapa de calentamiento y preadificación, o si se pasa
directamente a alimentar al reactor 1, para lo que basta con cerrar
la válvula 28 y abrir la 27 comenzando el ciclo ya descrito en la
figura 3.
Paralelamente al calentamiento se dosifican
reactivos mediante el dosificador 29 necesarios para la actividad
biológica, con punto de inyección en la impulsión de la bomba 22.
Por consiguiente en esta realización el vertido es preacondicionado
antes de la alimentación al reactor 1, favoreciendo su
precalentamiento y su preacidificación durante el tiempo que se
encuentra almacenado, lo cual es especialmente útil en el caso en
el que la entrada de un lote de agua en el reactor pueda
desestibilizar el equilibrio térmico y microbiológico, por lo que
sería necesario realizar su precalentamiento.
Una variante a la realización de la figura 3, no
representada en las figuras, consiste en introducir el contenedor
2a en el interior del reactor 1 manteniendo el resto igual. En este
caso el contenedor 2a no tendría cubierta sino que lógicamente
sería común a los dos, y el agua del reactor 1 rebosaría por el
borde superior del 2a, generando la recirculación descrita en la
figura 3. La ventaja de esta disposición es el generar un flujo
ascendente con una distribución uniforme.
En la figura 5 se muestra otra realización
similar a la de la figura 3, pero en este caso la salida 4 del
reactor 1 se conecta al contenedor 2b. En este caso el vaciado de
este tanque, mediante la bomba 9a, se simultanea con el llenado del
reactor 1, mediante la bomba 9b, ambas bombas reguladas para dar el
mismo caudal produciéndose en este momento la compensación de las
presiones de biogas por la tubería 10. También se produce el
vaciado del reactor 1 a través del decantador de extracción 7
simultáneamente al llenado del contenedor 2b, al conducirse el
volumen de agua de un depósito a otro directamente por la tubería
4, compensándose de nuevo las presiones. En esta realización el
depósito 2b sirve de tanque y de almacenamiento del vertido ya
depurado. En este diseño es suficiente con que el depósito 2b tenga
un volumen un poco superior al del volumen de agua de un lote del
proceso.
Por consiguiente en este caso cuando en el ciclo
de funcionamiento llega el momento de llenar el reactor 1 para el
comienzo de un nuevo ciclo, se procede al vaciado simultáneo del
contenedor 2b, de forma que en ese momento se produce de nuevo la
compensación de presiones de biogas a través del conducto 10. Esto
se puede realizar de forma sencilla sin más que los caudales de las
bombas de llenado 9b y de vaciado 9a coincidan según cualquiera de
los dispositivos ya descritos con anterioridad, preferiblemente
caudalímetros que actúan sobre variadores de frecuencia.
En esta realización la salida de agua depurada
53 procedente del contenedor 2b se hace pasar a través de un
intercambiador de calor 52, a través del cual también discurre el
conducto 3 de entrada al reactor 1.
Esta configuración tiene la ventaja de que antes
de su vertido final, se utiliza para calentar el vertido de agua a
tratar en la entrada 3 del reactor 1. Para ello se aprovecha la
simultaneidad en el tiempo de los dos vertidos, lo que facilita la
reacción de la transferencia de calor.
En cualquiera de las realizaciones descritas, en
el caso de que se refiera a una mezcla completa en vez de a un
flujo ascendente se puede sustituir los sistemas de agitación
mediante bombas y eyectores por agitadores mecánicos o mediante
biogas, ampliamente utilizados en el mercado. En este caso las
bombas tendrían la función únicamente de trasvase entre depósitos y
nueva agitación. Esta variante no altera la filosofía general de
trabajo descrita en la presente invención.
Por último, se describe un sistema flotante de
extracción de agua que es aplicable en cualquiera de las
realizaciones descritas.
El sistema descrito en las figuras 6 y 7, consta
del flotador 5 ya comentado anteriormente, que es solidario del
vertedero 6 que está constituido por una tubería de recogida de
agua 31 situada por debajo del nivel de agua 8 y que incorpora un
tramo de tubería 32 en "U" invertida que sale por encima del
nivel 8 de agua, estableciéndose un sifón que está conectado
mediante una tubería 33 hasta la salida en la que se prevé un punto
de articulación 34 que permite que el dispositivo pueda variar su
posición entre los niveles de agua máxima 8a y de agua mínima
8b.
Mediante esta configuración, cuando el reactor
se empieza a llenar, la presión de biogas aumenta en ambos. Si el
incremento de presión es suficiente para vencer la columna de agua
de la tubería 32 que se encuentra por encima del nivel de agua,
dicho agua llegará hasta dicha tubería 32 estableciéndose un sifón
y saliendo el agua por una tubería 33 hasta la salida. Además para
extraer el aire acumulado en el tramo 32 en "U" invertida, se
coloca una tubería flexible 35 conectada con la atmósfera y una
válvula automática 42 o ventosa.
Cuando el vertido deja de entrar en el reactor,
la presión del biogas en ambos disminuye, con lo que el nivel
dentro del tramo 32 baja, rompiendo el sifón producido a través de
la conducción 35 y dejando salir el vertido por 33.
Con este sistema se obtiene una forma fácil de
sincronizar la entrada y salida en los reactores de forma
automática. Además este dispositivo se puede completar con
mediciones de nivel y/o caudal en ambos depósitos, para compensar
las fugas y/o producciones de biogas durante el periodo de
extracción. Estos dispositivos de medición controlan que el volumen
de vertido que ha entrado en el reactor sea el mismo que sale del
otro reactor, parando la bomba de llenado cuando ha llegado al
valor del volumen a tratar, y permitiendo que el sistema de
extracción siga funcionando hasta que llegue al nivel mínimo de
agua 37, equivalente al volumen que se desea vaciar, normalmente
igual al que ha entrado en el otro reactor. Para que la bajada de
presión que se produce al dejar de entrar vertido y seguir
extrayendo no rompa el sifón, se prevé la incorporación de la
válvula 42 que se mantiene cerrada, manteniendo por tanto cerrado
el sifón, hasta que llegue al nivel mínimo de agua 8b o se haya
vaciado el volumen deseado. En dicho momento la válvula 42 se abre,
entrando aire por el conducto 35 que rompe el sifón lo que
determina la finalización de extracción de agua.
Claims (17)
1. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, que
comprende un primer contenedor cerrado determinado por un reactor
(1) y un segundo contenedor cerrado seleccionado entre un reactor
(2) y un depósito (2a, 2b), al menos uno de los cuales comprende
medios de llenado o alimentación de un lote de agua residual a
tratar, medios de agitación para al activarlos provocar una
reacción que produce biogas y para al desactivarlos decantar las
aguas residuales, y medios de extracción del agua depurada tras la
decantación; estando el primer contenedor (1) conectado al segundo,
(2, 2a, 2b) mediante al menos una conducción del biogas (10)
generado, para igualar las presiones de los contenedores;
caracterizado porque tras finalizar la reacción se realiza
la decantación de forma estática con los medios de agitación (15,
14, 17, 18, 19, 20) inactivos, y mediante medios de control de
caudal se realiza simultáneamente tanto el vaciado del lote de agua
decantada (depurada) en uno de los contenedores (1, 2, 2a, 2b) y el
llenado del otro contenedor (1, 2, 2a, 2b) con el lote de agua del
siguiente lote de agua seleccionado entre el siguiente lote de agua
a depurar y el lote de agua ya depurada, como el llenado del lote
de agua a depurar y el vaciado del otro contenedor con el lote de
agua depurada para mantener el mismo caudal y volumen de llenado y
de vaciado en el ciclo de depuración, manteniendo la misma presión
en el primer y segundo contenedor evitando la aparición de
presiones positivas o negativas en éstos.
2. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, según
reivindicación 1, caracterizado porque el primer (1) y
segundo (2) contenedores están constituidos por reactores, y tras
efectuar la alimentación del segundo reactor (2), simultáneamente
con el vaciado del primer reactor (1), en dicho segundo reactor (2)
se lleva a cabo la posterior reacción, decantación y posterior
extracción que se efectúa simultáneamente con el llenado del primer
reactor; repitiéndose a continuación el proceso en el primer
reactor (1) y así alternativamente.
3. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, según
reivindicación 1, caracterizado porque el primer (1), y
segundo reactor (2) están unidos mediante conducciones que conectan
la parte superior de cada reactor con la parte inferior del otro
reactor, incluyendo dichas conducciones una bomba (14, 15) y una
válvula (38, 39), que se mantienen cerradas mientras se realiza el
llenado, decantación y vaciado de los reactores.
4. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, según
reivindicación 3, caracterizado porque una vez finalizado el
proceso simultáneo de llenado-vaciado de los
reactores (1 y 2) se abren las válvulas hasta igualar los niveles
del primer (1) y segundo reactor (2) y a continuación se activan
las bombas (14, 15) para realizar una mezcla completa de los
contenidos del primer (1) y segundo reactor (2); seguidamente se
produce la reacción simultánea en el primer (1) y segundo reactor
(2) y tras llenar el primer reactor (1) con el agua de la reacción
del segundo reactor (2), se efectúa la posterior decantación en el
primer reactor (1) y se repite el
llenado-vaciado.
5. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, según
reivindicación 1, caracterizado porque los medios de
agitación están seleccionados entre agitadores verticales (19, 20),
eyectores (18 y 19) situados en el fondo de los reactores y
agitadores que aprovechan el biogas generado.
6. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, según
reivindicaciones 4 y 5, caracterizado por cuando los medios
de agitación son eyectores (17, 18) el extremo inferior de las
conducciones que conectan la parte inferior del primer (1) y
segundo reactor (2) con la parte superior del otro reactor,
(segundo y primero), está conectado con los eyectores (17 y 18)
para realizar la reacción con la circulación de agua entre los dos
reactores.
7. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, según
reivindicación 1, caracterizado porque el segundo contenedor
(2a) tiene un volumen ligeramente superior al volumen del lote de
agua alimentada en un ciclo correspondiente a un nivel en el que
está previsto un rebosadero (24) incluido en el primer contenedor
(1) y el volumen de éste es superior al del segundo contenedor (2a)
y suficiente para alojar el lote de agua en el que se ha de
producir la reacción; estando la parte inferior del primer
contenedor (1) unido mediante una conducción con el fondo del
segundo contenedor (2a), e incluyendo dicha conducción una bomba de
recirculación (22) y selectivamente una válvula (21) y/o una
válvula antirretorno (23); y estando el rebosadero (24) unido con
la parte inferior del segundo contenedor (2a); habiéndose previsto
que tras realizarse el vaciado-llenado del primer
contenedor (1) y el segundo contenedor (2a) simultáneamente,
manteniéndose la válvula (21) cerrada, se procede a llenar el
segundo contenedor (2a) y a continuación se abre la válvula (21) y
se activa la bomba (22) para llevar a cabo la reacción pasando el
agua a tratar desde el segundo contenedor (2a) al primer (1) hasta
el nivel en el que sobrepasa al rebosadero, pasando de nuevo al
segundo contenedor (2a) en el que se realiza simultáneamente la
reacción, y manteniéndose la bomba (22) activa para permitir la
recirculación del agua entre los dos contenedores y arrastrar las
espumas flotantes producidas en la reacción del primer contenedor
permite su degradación, cerrándose a continuación la válvula (22)
una vez transcurrido dicho tiempo de reacción.
8. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, según
reivindicaciones 5 y 7, caracterizado porque cuando los
medios de agitación son eyectores (17, 18) el extremo de la
conducción que conecta la parte inferior del primer (1) y segundo
contenedor (2a), está conectada al eyector (17) del primer
contenedor (1), y porque el extremo inferior de la conducción que
conecta la parte inferior del segundo contenedor (2a) con la
superior del primer contenedor (1) está conectado al eyector (18)
del segundo contenedor, para realizar la reacción con la
recirculación del agua entre los contenedores.
9. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, según
reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque en la
conducción que une la parte inferior del primer y segundo y segundo
contenedor se conectan medios (26) de calentamiento por los que se
hace circular la totalidad o parte del agua a tratar mediante una
bomba (22), recirculándose el agua hacia el segundo contenedor (2a)
durante un tiempo previamente fijado que selectivamente se
corresponde con el tiempo de llenado de dicho segundo contenedor
(2a) para acondicionar el agua antes de ser tratada.
10. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, según
reivindicación 9 caracterizado porque comprende un
dosificador de reactivos (29) de acidificación.
11. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, según
reivindicaciones 7 a 10 caracterizado porque el segundo
reactor (2a) está ubicado concéntricamente en el interior del
primer reactor, para generar un flujo ascendente con una
distribución uniforme.
12. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, según
reivindicación 1, caracterizado porque la salida del primer
contenedor (1) está conectada al segundo contenedor (2b) que se
llena al mismo tiempo que se vacía el agua depurada en el primer
contenedor (1), y la salida del segundo contenedor (2b) discurre a
través de un intercambiador de calor (52) por el que también
discurre la conducción (3) del lote de agua a depurar del primer
contenedor (1) para su precalentamiento antes de ser tratada.
13. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, según
reivindicación 1, caracterizado porque los medios de
extracción del agua clarificada, son medios flotantes.
14. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, según
reivindicación 13, caracterizado los medios de extracción
flotantes comprenden un flotador (5) unido a una tubería (31) que
se mantiene por debajo del nivel del agua (8) y que está dotada de
un tramo (32) que queda ubicado por encima del nivel del agua del
que sale un tubo (33) que mediante una articulación flexible (34)
se conecta con el exterior del contenedor (1, 2, 2a, 2b), para al
empezar a llenarse el contenedor que está vacío y aumentar la
presión del biogas, esta presión sumerge el tramo de tubería (32)
que se encuentra por encima del nivel (8) del agua produciéndose la
salida del agua al exterior para vaciarse el agua decantada con un
caudal igual al de llenado mediante el gobierno de la bomba de
llenado (9), todo ello hasta que disminuye la presión del biogas
cuando se corta la entrada de agua a tratar.
15. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, según
reivindicación 14, caracterizado el tramo (32) de tubería
que se encuentra por encima del nivel de agua (8) está conectado a
un tubo flexible (35) conectado con la atmósfera mediante una
válvula automática (42) que se mantiene cerrada durante el vaciado
del agua y se abre para permitir la entrada de aire y finalizar
dicho vaciado.
16. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, según
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque los medios de
extracción del agua clarificada comprenden una válvula y los medios
de medida de caudal comprenden un presostato (11) de medida de la
presión del biogas que selectivamente actúa sobre la válvula y
sobre un variador de frecuencia que está conectado a la bomba (9)
de llenado del contenedor para igualar el volumen y caudal de
vaciado y llenado.
17. Sistema para la extracción y llenado de agua
de un sistema anaerobio de depuración de agua por lotes, según
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque los medios de
medida de caudal comprenden un medidor de nivel en cada contenedor
que actúa sobre la válvula de vaciado y sobre la bomba de llenado
para igualar el caudal de vaciado al de llenado.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES200502148A ES2300164B1 (es) | 2005-09-05 | 2005-09-05 | Sistema para la extraccion y llenado de agua de un sistema anaerobio de depuracion de agua por lotes. |
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---|---|---|---|
ES200502148A ES2300164B1 (es) | 2005-09-05 | 2005-09-05 | Sistema para la extraccion y llenado de agua de un sistema anaerobio de depuracion de agua por lotes. |
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