ES2349977T3 - PROCEDURE TO FRACTION ORGANIC SUBSTANCES IN PARTICLES IN SUSPENSIONS OF MICROORGANISMS. - Google Patents

Abstract

An activated sludge waste water treatment process produces organic residues in suspension that are broken down by brief rapid acceleration and deceleration. Following particle breakdown the associated fluid is evaporated and recovered by condensation. The acceleration is effected by injection of the organic residues and fluid through a series of constrictions in a flow passage or repeated passage through the same constriction. The flow is from top to bottom through a vertical passage. also claimed is a commensurate assembly.

Description

La invención se refiere a un procedimiento con las características de la reivindicación 1 para fraccionar substancias orgánicas en forma de partículas en suspensiones de microorganismos en un medio de soporte, en particular en aguas residuales o lodos de instalaciones de clarificación biológicas. The invention relates to a process with the characteristics of claim 1 for fractionating organic substances in the form of particles in suspensions of microorganisms in a support medium, in particular in wastewater or sludge of biological clarification facilities.

Campo técnico: Technical Field:

En el tratamiento de aguas residuales en instalaciones de clarificación biológicas industriales y municipales según el procedimiento de activación conocido, debido a la metabolización de materias que pueden ser descompuestas biológicamente por bacterias se produce lodo de clarificación en forma de suspensiones de bacterias. Puesto que este lodo de clarificación debido a las leyes y a presiones económicas es depositado, quemado o empleado en la agricultura sólo de manera limitada, cobra cada vez más importancia la reducción del lodo de clarificación para evitar su propagación. In the treatment of wastewater in industrial and municipal biological clarification facilities according to the known activation procedure, due to the metabolization of materials that can be biologically decomposed by bacteria, clarification sludge is produced in the form of bacterial suspensions. Since this clarification sludge due to laws and economic pressures is deposited, burned or used only in agriculture on a limited basis, the reduction of clarification sludge becomes increasingly important to prevent its spread.

Como procedimiento para la reducción de desechos en los últimos años se estudió la disgregación celular mecánica (desintegración) de los organismos contenidos en el lodo de clarificación. En la desintegración de lodo de clarificación hay que tener cuidado en destruir de las paredes celulares al menos de una parte de los microorganismos contenidos en el lodo de clarificación y liberar los contenidos de las células. As a procedure for waste reduction in recent years, mechanical cell disintegration (disintegration) of the organisms contained in the clarification sludge was studied. In the disintegration of clarification sludge, care must be taken to destroy at least part of the microorganisms contained in the clarification sludge from the cell walls and release the contents of the cells.

Esta disgregación celular persigue esencialmente dos objetivos. Por un lado debe mejorar el tratamiento anaeróbico del lodo por una descomposición acelerada e intensificada. Esta aceleración se basa en el fomento mecánico de la hidrólisis, ya que la disgregación celular conduce a una liberación del agua interior de las células que es fácil de descomponer. Adicionalmente son disgregados facultativamente microorganismos anaeróbicos que si no pueden sobrevivir parcialmente al proceso de putrefacción y en el lodo de putrefacción son responsables del contenido residual en materiales orgánicos. Por la disgregación celular se debe favorecer la intensificación de la descomposición. This cell disintegration essentially pursues two objectives. On the one hand, anaerobic sludge treatment should be improved by accelerated and intensified decomposition. This acceleration is based on the mechanical promotion of hydrolysis, since cell disintegration leads to a release of the inner water from cells that is easy to break down. Additionally anaerobic microorganisms are optionally disaggregated that if they cannot partially survive the rotting process and in the rotting mud they are responsible for the residual content in organic materials. Due to cell disintegration, the intensification of decomposition should be favored.

Por otra parte la desintegración abre la posibilidad de que el agua del interior de las células, que contiene substancias orgánicas como proteínas y polisacáridos, sea empleada como fuente de carbono interna. Para ello debe conseguirse una reducción de la cantidad de lodo y del tiempo de putrefacción, así como una elevación de la cantidad de gas de putrefacción que puede ser empleado energéticamente. Otras ventajas son entre otras la destrucción de lodo flotante y de las clamidobacterias, así como una mejora de las propiedades de acumulación de lodos. On the other hand the disintegration opens the possibility that the water inside the cells, which contains organic substances such as proteins and polysaccharides, is used as a source of internal carbon. For this, a reduction in the amount of sludge and rotting time must be achieved, as well as an increase in the amount of rotting gas that can be used energetically. Other advantages are, among others, the destruction of floating mud and clamidobacteria, as well as an improvement of the sludge accumulation properties.

Estado de la técnica: State of the art:

Una vista general de los procesos de desintegración mecánicos convencionales la dan: N. Dichtl, J. Müller, E. Englmann, An overview of conventional mechanical disintegration processes is given by: N. Dichtl, J. Müller, E. Englmann,

F.W. Günthert y M. Osswald en un artículo “Desintegration von Klärschlamm- ein aktueller Überblick” en “Korrespondenz Abwasser” 1997 (44) núm. 10, p. 1726 a 1738. Según ellos para su empleo a escala industrial son adecuados sobre todo: F.W. Günthert and M. Osswald in an article “Desintegration von Klärschlamm- ein aktueller Überblick” in “Korrespondenz Abwasser” 1997 (44) no. 10, p. 1726 to 1738. According to them for their employment on an industrial scale they are suitable above all:

-Los molinos de bolas con agitador -Ball mills with agitator

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El homogeneizador de alta presión y The high pressure homogenizer and

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El homogeneizador de ultrasonidos The ultrasonic homogenizer

Mientras que la disgregación celular en el molino de bolas con agitador es producida por la rotación de las bolas en una cámara de molido cilíndrica llena de bolas para moler que está hecha de vidrio duro o cerámica, para la disgregación de las células en el homogeneizador de ultrasonidos o de alta presión son utilizados procesos de cavitación. While the cell disintegration in the ball mill with agitator is produced by the rotation of the balls in a cylindrical grinding chamber full of grinding balls that is made of hard glass or ceramic, for the disintegration of the cells in the homogenizer of Ultrasound or high pressure cavitation processes are used.

A todos los procedimientos conocidos para la desintegración mecánica es común que el gasto de energía y los costes para la generación de los procesos de cavitación, por medio de los cuales se producen las fuerzas que causan la ruptura de las paredes celulares de los microorganismos son muy altos. Esto es aplicable tanto para la fabricación como para el funcionamiento y el mantenimiento de los homogeneizadores de alta presión y de ultrasonidos. Mientras que en los homogeneizadores de alta presión deben ser generadas presiones muy altas que requieren una alta capacidad de bombeo, en el procedimiento de ultrasonidos se necesita una gran cantidad de energía eléctrica para la alimentación de los sonotrodos. Un inconveniente del aprovechamiento del fenómeno de la cavitación en este contexto es además que se producen desprendimientos en los aparatos y materiales, por lo que deben ser empleados materiales costosos especiales para componentes de desgaste extremadamente alto, como por ejemplo titanio. It is common to all known procedures for mechanical disintegration that the cost of energy and the costs for the generation of cavitation processes, by means of which the forces that cause the breakdown of the cell walls of microorganisms are produced are very high. This is applicable both for the manufacture and for the operation and maintenance of high-pressure and ultrasonic homogenizers. While very high pressures that require high pumping capacity must be generated in high-pressure homogenizers, a large amount of electrical energy is required for sonotrode feeding in the ultrasonic procedure. A drawback of the use of the cavitation phenomenon in this context is also that detachments occur in the apparatus and materials, so that special expensive materials must be used for extremely high wear components, such as titanium.

En la solicitud de patente alemana antigua no publicada anteriormente según el documento DE 102 14 689 A1 ha sido ya propuesto para la reducción de los costes de energía y equipa-miento en la generación de fenómenos de cavitación en lugar de emplear para la disgregación de sustancias orgánicas desintegradores de ultrasonidos o de alta presión costosos en cuanto a la técnica de máquinas o de energía, transportar la suspensión bajo presión a través de una tobera con sección transversal que en primer lugar se estrecha y luego se ensancha otra vez, la llamada tobera de Laval. Así por la reducción de la sección transversal se eleva la velocidad de flujo de la suspensión, de manera que la presión desciende por debajo de la presión de vapor de la substancia de soporte, esto es el agua, mientras que al atravesar la sección transversal que a continuación se ensancha otra vez son generadas burbujas de cavitación que se colapsan por equilibrio de la presión. In the old German patent application not previously published according to DE 102 14 689 A1 it has already been proposed for the reduction of energy and equipment costs in the generation of cavitation phenomena instead of being used for the disintegration of substances organic ultrasonic or high pressure disintegrators expensive in terms of machine or energy technique, transport the suspension under pressure through a nozzle with cross section that first narrows and then widens again, the so-called nozzle of Laval. Thus, by reducing the cross section, the flow rate of the suspension is raised, so that the pressure drops below the vapor pressure of the support substance, that is, the water, while crossing the cross section which then it widens again, cavitation bubbles are generated that collapse due to pressure equilibrium.

En el documento DE 101 55 161 A1 se describe un procedimiento para la disgregación de aguas residuales, lodo de clarificación o substratos orgánicos empleados en instalaciones de biogás para la reducir y evitar la formación de lodo hinchado, lodo flotante y/o espuma. Según la invención la disgregación se realiza por fuerzas de cizallamiento y por cavitación que es generada con ayuda de un canal de flujo. En el procedimiento es deseable expresamente la generación de cavitación. Document DE 101 55 161 A1 describes a procedure for the disintegration of wastewater, clarification sludge or organic substrates used in biogas installations to reduce and prevent the formation of swollen mud, floating mud and / or foam. According to the invention, the disintegration is carried out by shear forces and by cavitation that is generated with the aid of a flow channel. In the process, the generation of cavitation is expressly desirable.

También en los procedimientos descritos en los documentos de patente norteamericana US 6,200,486 B1; US 5,494,585 B1 y US 6,505,648 B1 la disgregación se realiza aprovechando los fenómenos de cavitación. Also in the procedures described in US 6,200,486 B1; US 5,494,585 B1 and US 6,505,648 B1 the disintegration is carried out taking advantage of the cavitation phenomena.

El tratamiento de tales suspensiones por procedimientos con fenómenos de cavitación ha tenido un cierto éxito, es decir, se consigue una elevación del producto de gas de putrefacción, así como una reducción de la proporción de lodo de clarificación, pero es incuestionable que hay que aclarar si estos efectos son causados por los esfuerzos de cizallamiento que se producen en el canal de flujo, por la formación y desinflado de las burbujas de cavitación o por otros fenómenos hasta ahora no aclarados del todo. En todo caso, la formación y desinflado de las burbujas de cavitación a modo de implosión ha causado en el fondo sólo un efecto local, pero no en primer lugar una ruptura de las células y por tanto la disgregación de los microorganismos. The treatment of such suspensions by procedures with cavitation phenomena has had a certain success, that is, an elevation of the rotting gas product is achieved, as well as a reduction in the proportion of clarification sludge, but it is unquestionable that it is necessary to clarify if these effects are caused by the shear stresses that occur in the flow channel, by the formation and deflation of the cavitation bubbles or by other phenomena hitherto not fully cleared. In any case, the formation and deflation of cavitation bubbles by way of implosion has basically caused only a local effect, but not in the first place a rupture of the cells and therefore the breakdown of microorganisms.

Descripción de la invención: Description of the invention:

Ante esta situación la invención se propone conseguir una posibilidad por medio de la cual con un gasto de material y energía pequeños semejante pueda conseguirse la disgregación perseguida de los microorganismos en el sentido de una ruptura de las células. Given this situation, the invention aims to achieve a possibility by means of which with a similar expenditure of material and small energy the persecuted disintegration of the microorganisms can be achieved in the sense of a rupture of the cells.

Según la invención este objeto se lleva a cabo por un procedimiento con las características mencionadas en la reivindicación According to the invention this object is carried out by a method with the characteristics mentioned in the claim.

1. Perfeccionamientos ventajosos resultan de las reivindicaciones subordinadas. 1. Advantageous improvements result from the subordinate claims.

Según la invención el efecto desintegrador se consigue por medios hidrodinámicos. Así, la idea base de la invención es conseguir en el recorrido de transporte de la suspensión en un canal de flujo cerrado, en particular una conducción tubular, una cámara de operación en la que la velocidad de flujo del medio de soporte de la suspensión, esto es el agua, se eleve, de manera que por la caída de la presión provocada por ello, ésta quede claramente por debajo de la presión de vapor, de manera que se produzcan no sólo burbujas de cavitación que al mismo se desinflen, sino que la fase fluida se transforme prácticamente de forma completa en vapor, que sin embargo sea condensada de nuevo inmediatamente tras abandonar esta cámara de operación. According to the invention the disintegrating effect is achieved by hydrodynamic means. Thus, the basic idea of the invention is to achieve in the transport path of the suspension in a closed flow channel, in particular a tubular conduit, an operation chamber in which the flow rate of the suspension support means, this is the water, it rises, so that due to the fall in pressure caused by it, it is clearly below the vapor pressure, so that not only cavitation bubbles are produced that deflate it, but also The fluid phase is practically completely transformed into steam, which, however, is condensed again immediately after leaving this operating chamber.

Debido al gran aumento del volumen de la fase fluida en la transición al estado de vapor se eleva la velocidad de flujo del medio en la misma medida. Esto tiene como consecuencia que sobre la carga de la fase fluida, esto es sobre las bacterias y otras partículas que son arrastradas por el flujo de vapor, son ejercidas fuerzas de aceleración extremas que inmediatamente en caso de condensación del vapor en la fase fluida pasan a de nuevo a fuerzas de retardo. Debido a la inercia de las partículas, en particular de los núcleos celulares respecto al plasma y la membrana del plasma, por la variación del estado de agregación del medio de soporte que rodea a los microorganismos se ejercen fuerzas sobre estos que conducen ya a efectos por variaciones de la estructura de copos de lodo y por variaciones de las propiedades en la superficie superior de membrana, sin que los microorganismos sean totalmente destruidos y liberados sus contenidos. En particular por extensión de las superficies superiores de la membrana de los microorganismos por las fuerzas de inercia que aún no condujeron a la ruptura, pueden ya ser descompuestas materias activas superficialmente de los microorganismos hasta que las fuerzas de inercia conduzcan finalmente a una ruptura de la membrana del plasma y por tanto a una destrucción de las células. Due to the large increase in the volume of the fluid phase in the transition to the vapor state, the flow rate of the medium is increased to the same extent. This has as a consequence that on the load of the fluid phase, this is on the bacteria and other particles that are dragged by the steam flow, extreme acceleration forces are exerted that immediately in case of condensation of the vapor in the fluid phase pass to back to delay forces. Due to the inertia of the particles, in particular of the cell nuclei with respect to the plasma and the plasma membrane, by the variation of the state of aggregation of the support medium that surrounds the microorganisms, forces are exerted on them that already lead to effects by variations of the structure of mud flakes and variations of the properties in the upper membrane surface, without the microorganisms being totally destroyed and their contents released. In particular by extension of the upper surfaces of the microorganisms membrane by the forces of inertia that have not yet led to the rupture, surface active substances of the microorganisms can already be decomposed until the forces of inertia finally lead to a rupture of the plasma membrane and therefore to a destruction of the cells.

Especialmente ventajoso es que por la selección correspondiente de la velocidad de flujo del medio de soporte en la cámara de operación pueden ser elegidos diferentes tipos de tratamiento de la suspensión que van desde la ruptura de grandes copo, pasando por la destrucción de bacterias filiformes hasta la disgregación celular completa. Especially advantageous is that by the corresponding selection of the flow rate of the support medium in the operating chamber, different types of suspension treatment can be chosen ranging from the breaking of large flakes, through the destruction of filiform bacteria to the complete cell disintegration

Breve descripción de los dibujos: Brief description of the drawings:

La invención se explicará en detalle a continuación en virtud del dibujo. Muestran: Fig. 1, una representación esquemática de un recorrido de The invention will be explained in detail below by virtue of the drawing. They show: Fig. 1, a schematic representation of a path of

transporte con bomba y cámara de operación según la transport with pump and operating chamber according to

invención; Figs. 2 y 3, representaciones en diagrama del curso de la presión invention; Figs. 2 and 3, diagrammatic representations of the pressure course

de la suspensión en la zona de la cámara de operación; of the suspension in the area of the operating chamber;

Fig. 4, Fig. 4,

una representación esquemática de la formación de a schematic representation of the formation of

una cámara de operación a través de un lugar de esan operation chamber through a place of is

trangulación en una conducción tubular; trangulation in a tubular conduit;

Fig. 5, Fig. 5,

una representación en diagrama de diferentes tipos de a diagrammatic representation of different types of

tratamiento; y treatment; Y

Fig. 6, Fig. 6,

un esquema de una instalación de desintegración con a scheme of a disintegration facility with

un dispositivo según la invención. a device according to the invention.

Formas de realización de la invención y aplicabilidad industrial: Embodiments of the invention and industrial applicability:

La característica esencial de la invención desde el punto de vista físico es una cámara de operación que se realiza en el curso de la alimentación de la suspensión a ser tratada a través de un canal de flujo. En la Fig. 1 está indicado esquemáticamente cómo la suspensión es transportada en la práctica desde el reposo en un recipiente (velocidad inicial u ≈ 0) a la presión ambiente p0 por medio de una bomba 1 empleando energía exterior/tiempo Pel a través de una conducción tubular 2 a una cámara de operación 3 de un dispositivo de desintegración. En esta cámara de operación 3 el medio de soporte, esto es el agua, es sometido por variación del estado de agregación a fases aceleración y retardo extremos, antes de que después abandone de nuevo la cámara por el canal de flujo 4 colindante con la velocidad de flujo u a presión ambiente p0. The essential feature of the invention from the physical point of view is an operation chamber that is made in the course of feeding the suspension to be treated through a flow channel. In Fig. 1 it is schematically indicated how the suspension is practically transported from rest in a container (initial velocity or ≈ 0) at ambient pressure p0 by means of a pump 1 using external energy / time Pel through a tubular conduction 2 to an operation chamber 3 of a disintegration device. In this operating chamber 3, the support means, that is water, is subjected by variation of the state of aggregation to extreme acceleration and delay phases, before then leaving the chamber again by the flow channel 4 adjacent to the velocity. of flow ua ambient pressure p0.

Según la invención se pretende elevar la velocidad de flujo u en la zona de entrada de la cámara de operación 3, de manera que en la propia cámara de operación ya no se puedan producir burbujas de vapor específicas ni tampoco la cavitación habitual, sino que se consiga una transición a un flujo de vapor completo que afecte a toda la superficie superior de la carga del medio de soporte, esto es los microorganismos, de manera que produce en ésta un efecto de aceleración que inmediatamente después pasa de nuevo a un retardo debido a la condensación del vapor. Por este efecto de aceleración y retardo combinados que tiene lugar en el interior de los microorganismos, como efecto final se destruye su membrana celular y se liberan el plasma celular, así como los núcleos celulares. According to the invention, it is intended to increase the flow rate u in the inlet zone of the operating chamber 3, so that in the operating chamber itself no specific vapor bubbles nor the usual cavitation can be produced, but rather achieve a transition to a complete vapor flow that affects the entire upper surface of the load of the support medium, that is the microorganisms, so that it produces an acceleration effect that immediately afterwards passes again to a delay due to steam condensation Because of this combined acceleration and delay effect that takes place inside the microorganisms, the cell membrane is destroyed as a final effect and the cell plasma is released, as well as the cell nuclei.

En la Fig. 2 están representados el aumento y caída de la presión estática de la suspensión con referencia a la Fig. 1 en un diagrama de presión dependiendo del recorrido de transporte x. Mientras que la presión antes de la bomba 1 corresponde a la presión ambiente p0, ésta sube en correspondencia a la potencia eléctrica Pel de la bomba 1 a la presión de funcionamiento pp para descender en la cámara de operación 3 del dispositivo de desintegración a una presión pk que se sitúa por debajo de la presión de vapor pD del medio de soporte. Tras abandonar la cámara de operación 3 y atravesar el canal 4, la presión estática en la suspensión coincide de nuevo con la presión ambiente p0. In Fig. 2 the increase and fall of the static pressure of the suspension are shown with reference to Fig. 1 in a pressure diagram depending on the transport path x. While the pressure before the pump 1 corresponds to the ambient pressure p0, it rises corresponding to the electrical power Pel of the pump 1 to the operating pressure pp to descend in the operating chamber 3 of the disintegration device to a pressure pk which is below the vapor pressure pD of the support medium. After leaving the operating chamber 3 and crossing the channel 4, the static pressure in the suspension coincides again with the ambient pressure p0.

En la Fig. 3 que, de nuevo con referencia a la Fig. 1, muestra un diagrama de la velocidad de flujo dependiendo del recorrido de transporte, se puede ver cómo por la elevación de la velocidad de flujo del agua aumenta la energía cinética/volumen del flujo de agua a la entrada en la cámara de operación hasta un valor máximo: In Fig. 3 which, again with reference to Fig. 1, shows a diagram of the flow rate depending on the transport path, it can be seen how by increasing the flow rate of the water increases the kinetic energy / volume of water flow at the entrance into the operating chamber up to a maximum value:

ρw · Uk2/2 ρwUk2 / 2

de manera que en la cámara de operación puede formarse el flujo de vapor debido a la caída de la presión estática por debajo de la presión de vapor. Este flujo de vapor puede ser empleado para el fraccionamiento o destrucción de las estructuras celulares antes de que por la condensación disminuya de nuevo la energía cinética/volumen en la conducción tubular 4 colindante. Aquí ρw representa la densidad del medio de soporte (en el caso del agua por ejemplo ρw = 10 kg/m3) y uk la velocidad de flujo a la entrada de la cámara de operación. so that the flow of steam can be formed in the operating chamber due to the drop in static pressure below the vapor pressure. This vapor flow can be used for the fractionation or destruction of cellular structures before the kinetic energy / volume in the adjacent tubular conduit 4 decreases again by condensation. Here ρw represents the density of the support medium (in the case of water for example ρw = 10 kg / m3) and uk the flow rate at the entrance of the operating chamber.

En la práctica la cámara de operación 3 que constituye la base de la invención se puede realizar por un estrangulamiento o diafragma 6 dispuesto en el canal de flujo 5, a través del cual la sección transversal del canal de flujo 5 se estrecha mucho (Fig. 4). Por elevación de la presión de la suspensión por unidades de bomba correspondientes y elección del diámetro d del estrangulamiento puede elevarse la velocidad de flujo de la suspensión a través de la longitud l del lugar de estrangulación, de tal modo que queda por debajo del punto de vaporización con lo que el medio de soporte, esto es agua, pasa completamente a la fase de vapor. In practice, the operating chamber 3 that forms the basis of the invention can be carried out by a throttle or diaphragm 6 arranged in the flow channel 5, through which the cross-section of the flow channel 5 narrows a lot (Fig. 4). By raising the pressure of the suspension by corresponding pump units and choosing the diameter d of the throttle, the flow rate of the suspension can be increased through the length l of the throttle site, so that it falls below the point of vaporization with which the support medium, this is water, passes completely to the vapor phase.

Según sea la velocidad de entrada de la suspensión en la cámara de operación los grados de disgregación de las estructuras celulares son diferentes; de ello se pueden derivar diferentes tipos de tratamientos X que se pueden definir como factor para una velocidad uw,id universal en cierta medida ideal de aproximadamente 14 m/s. Esto puede deducirse del diagrama según la Fig. 5. Depending on the speed of entry of the suspension into the operating chamber, the degrees of disintegration of cellular structures are different; different types of X treatments can be derived from this, which can be defined as a factor for a speed uw, universal id to some extent ideal of approximately 14 m / s. This can be deduced from the diagram according to Fig. 5.

La velocidad del agua universal uw,id es en cierta medida la velocidad “crítica”, en la que debieran mostrarse de forma puramente mecánica ya las primeros fenómenos de cavitación, que no obstante, debido a las pérdidas por rozamiento y otras, se producen realmente a aproximadamente el doble del valor, esto es uw ≈ 28 m/s . De ello se sigue que el estado X = 1 define sólo la velocidad crítica, de manera que el estado X = 2 con una velocidad del agua uw ≈ 28 m/s con el principio de la variación de la estructura de copos puede ser designado como etapa de tratamiento. La etapa de tratamiento X = 3 con uw ≈ 42 m/s tiene ya una mayor influencia en las superficies superiores de las membranas con liberación de sustancias activas superficialmente hasta la destrucción de las bacterias filiformes, mientras que el tipo de tratamiento X = 4 con uw >≈ 50 m/s produce el comienzo de las disgregaciones celulares, es decir, la destrucción de las membranas con liberación del contenido. The universal water speed uw, id is to some extent the "critical" speed, in which they should be shown purely mechanically and at the first cavitation phenomena, which, however, due to friction and other losses, actually occur at about double the value, this is uw ≈ 28 m / s. It follows that the state X = 1 defines only the critical velocity, so that the state X = 2 with a water velocity uw ≈ 28 m / s with the principle of the variation of the flake structure can be designated as treatment stage The treatment stage X = 3 with uw ≈ 42 m / s already has a greater influence on the upper surfaces of the membranes with release of surface active substances until the destruction of the filiform bacteria, while the type of treatment X = 4 with uw> ≈ 50 m / s produces the beginning of cell disintegrations, that is, the destruction of the membranes with content release.

El ancho de abertura d del estrangulamiento y su longitud l (Fig. 4) son elegidos convenientemente, de manera que en particular la fase de aceleración y la fase de retardo puedan ser aprovechadas para la destrucción de los microorganismos. Al mismo tiempo por una selección correspondiente de la relación d: l puede también ser minimizado el empleo de energía. Ha resultado ventajosa una relación d:l = 1:5. The opening width d of the throttle and its length l (Fig. 4) are conveniently chosen, so that in particular the acceleration phase and the delay phase can be used for the destruction of microorganisms. At the same time by a corresponding selection of the ratio d: l the use of energy can also be minimized. A ratio d: l = 1: 5 has been advantageous.

En el funcionamiento de una instalación de este tipo, en la zona de retención antes del estrangulamiento y de la zona de distensión por detrás se producen depósitos que se intentaron indicar en las figuras 4 a 6. Tal variación de la sección transversal que bajo ciertas circunstancias puede producir también reducción de los ruidos se asemeja algo a la tobera de Laval conocida. In the operation of such an installation, in the retention zone before the throttling and the distension zone behind there are deposits that were intended to be indicated in Figures 4 to 6. Such a variation of the cross section that under certain circumstances It can also produce noise reduction somewhat resembling the known Laval nozzle.

Como ejemplo para la aplicación técnica de la invención, la Fig. 6 muestra esquemáticamente una instalación 10 que es parte de un procedimiento de desintegración de dos etapas para aguas residuales, lodo de clarificación o similares. Tal suspensión de microorganismos es transportada así en la dirección de la flecha 11 a través del dispositivo 10 que está formado por una conducción tubular 12, una bomba de transporte 13 y un dispositivo de desintegración 14 que comprende una cámara de operación de la forma según la invención. As an example for the technical application of the invention, Fig. 6 schematically shows an installation 10 that is part of a two-stage disintegration process for wastewater, clarification sludge or the like. Such a suspension of microorganisms is thus transported in the direction of the arrow 11 through the device 10 which is formed by a tubular conduit 12, a transport pump 13 and a disintegration device 14 comprising an operation chamber of the shape according to the invention.

Preferentemente como primera etapa del procedimiento de desintegración está conectado un dispositivo de homogeneización, por ejemplo un aparato de fragmentación 15, que debe contribuir a una distribución lo más uniforme posible del tamaño del grano en la suspensión y protege a la cámara de operación de materias gruesas. A continuación la suspensión es transportada por medio de la bomba de transporte 13 a través del propio dispositivo de desintegración 14, donde según la invención es producida la destrucción deseada de los agregados y la disgregación celular. Preferably, as a first stage of the disintegration process, a homogenization device is connected, for example a fragmentation apparatus 15, which should contribute to the distribution as uniform as possible of the grain size in the suspension and protects the operating chamber from coarse materials. . The suspension is then transported by means of the transport pump 13 through the disintegration device 14 itself, where according to the invention the desired destruction of the aggregates and cell disintegration is produced.

En el ejemplo de realización de la Fig. 6, la cámara de operación se encuentra en el pasaje central de una tobera 16 configurada a modo de una tobera de Laval con sección transversal correspondientemente reducida. Ventajosamente la sección transversal de transporte de la conducción tubular 12 se estrecha continuamente hasta la sección transversal reducida para luego después de forma correspondiente volver a ensancharse. Convenientemente la tobera 16 se encuentra en un ramal de la conducción tubular 12 que discurre vertical para excluir cualquier tipo de influencia de la fuerza de gravedad sobre los procesos en la cámara de operación. In the exemplary embodiment of Fig. 6, the operating chamber is located in the central passage of a nozzle 16 configured as a Laval nozzle with correspondingly reduced cross-section. Advantageously, the transport cross section of the tubular conduit 12 is continuously narrowed to the reduced cross section and then correspondingly widened again. Conveniently the nozzle 16 is in a branch of the tubular conduit 12 that runs vertically to exclude any influence of the force of gravity on the processes in the operating chamber.

Como ejemplo para la dimensión de la tobera de desintegración 16 puede tomarse como base el tratamiento de un lodo de clarificación excedente con 5-10% de materia seca y un flujo volumétrico de funcionamiento V B = 12 m3/h. As an example for the size of the disintegration nozzle 16, the treatment of an excess clarification sludge with 5-10% dry matter and a volumetric flow of operation V B = 12 m3 / h can be taken as a basis.

Para el tratamiento de la carga de la suspensión de microorganismos se elige una velocidad uw,B del medio de soporte aun fluido (agua) a la entrada en la cámara de operación: For the treatment of the microorganism suspension load, a speed uw, B of the support medium still fluid (water) is chosen at the entrance into the operating chamber:

uw,B = X · uw,id uw, B = X · uw, id

Aquí X representa el factor del tipo de tratamiento y uw,id la velocidad universal para el medio de soporte agua de 14 m/s. El tratamiento del lodo excedente debe ser realizado con X = 3 que por regla general asegura los efectos biológicos deseados en la torre de putrefacción (Fig. 5). Con la velocidad así elegida Uw,B = 42 m/s resulta junto con el flujo volumétrico de funcionamiento predeterminado V B = 12 m3/h el diámetro necesario para la cámara de operación: Here X represents the treatment type factor and uw, id the universal speed for the water support medium of 14 m / s. The treatment of excess sludge should be carried out with X = 3 which as a rule ensures the desired biological effects in the rot tower (Fig. 5). With the speed thus chosen Uw, B = 42 m / s, together with the predetermined volumetric flow of operation, V B = 12 m3 / h results in the diameter required for the operating chamber:

2imagen1 4V B2 image 1 4V B

VB = uw,Bd π /4 → d = VB = uw, Bd π / 4 → d =

= 10 mm = 10 mm

u πu π

w,B w, B

La longitud de la cámara de operación se elige con l = 50 mm, de manera que la variación del estado de agregación del material de soporte (agua → vapor de agua) esté asegurada a través de toda la cámara de operación y con ello la energía introducida en el sistema desde la bomba sea aprovechada al máximo posible en la cámara de operación para el tratamiento de la carga (microorganismos). The length of the operating chamber is chosen with l = 50 mm, so that the variation of the state of aggregation of the support material (water → water vapor) is ensured throughout the entire operating chamber and with it the energy introduced into the system from the pump be used as much as possible in the operating chamber for the treatment of the load (microorganisms).

Para el dimensionado de la bomba, la elevación necesaria de la presión ∆p es calculada con la presión de retención a la entrada de la cámara de operación, teniendo en cuenta la densidad del material de soporte aún fluido (agua) con ρw= 103 kg/m3: For the dimensioning of the pump, the necessary elevation of the pressure ∆p is calculated with the retention pressure at the inlet of the operating chamber, taking into account the density of the still fluid support material (water) with ρw = 103 kg / m3:

ρw 2ρw 2

∆p = uw,B = 9bar∆p = uw, B = 9bar

2 2

y a continuación es calculada la potencia hidráulica necesaria con: and then the necessary hydraulic power is calculated with:

ρw 2 π 3 m 2ρw 2 π 3 m 2

Phyd =∆pV B = d uw = uw = 3kWPhyd = ∆pV B = d uw = uw = 3kW

24 2 24 2

La base del cálculo es el conocimiento de que la potencia hidráulica de la bomba es necesaria finalmente sólo para la generación de la velocidad de entrada necesaria uw,B. Phyd corresponde, por tanto, a la energía cinética/tiempo del flujo que penetra en la The basis of the calculation is the knowledge that the hydraulic power of the pump is finally necessary only for the generation of the necessary input speed uw, B. Phyd corresponds, therefore, to the kinetic energy / flow time that penetrates the

5 cámara de operación. 5 operation chamber.

Con la eficiencia mecánico-hidráulica η≈ 0,5 de una bomba helicoidal hidrostática que puede ser empleada a modo de ejemplo puede ser indicada finalmente aún la potencia tomada por la bomba de la red eléctrica: With the mechanical-hydraulic efficiency η≈ 0.5 of a hydrostatic helical pump that can be used as an example, the power taken by the pump of the power grid can finally be indicated:

10 10

P = Pel = Phyd/η = 6 kW P = Pel = Phyd / η = 6 kW

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1.one.

Procedimiento para fraccionar substancias orgánicas en forma de partículas en suspensiones de microorganismos en un medio de soporte, en particular en aguas residuales o lodos de instalaciones de clarificación biológicas, en el que las substancias orgánicas son sometidas en una cámara de operación (3) a fuerzas inerciales como resultado de una aceleración extrema breve seguida inmediatamente de una deceleración del medio de soporte que fluye en un canal de flujo cerrado, caracterizado porque a la entrada de la cámara de operación el medio de soporte es llevado a evaporarse y posteriormente a condensarse aumentando la energía cinética/volumen del flujo de agua hasta un valor máximo ρw·uk2/2 a la entrada de la cámara de operación, de manera que puede formarse flujo de vapor en la cámara de operación debido a la caída de la presión estática por debajo de la presión del vapor, donde ρw designa la densidad del medio de soporte y uk designa la velocidad de flujo a la entrada de la cámara de operación y en la propia cámara de operación ya no se producen burbujas de vapor específicas y se consigue una transición a un flujo de vapor completo.  Procedure for fractionating organic substances in the form of particles in suspensions of microorganisms in a support medium, in particular in sewage or sludge of biological clarification facilities, in which the organic substances are subjected in an operation chamber (3) to forces inertial as a result of a brief extreme acceleration followed immediately by a deceleration of the support medium flowing in a closed flow channel, characterized in that at the entrance of the operating chamber the support means is led to evaporate and subsequently to condense increasing the kinetic energy / volume of water flow up to a maximum value ρw · uk2 / 2 at the inlet of the operating chamber, so that steam flow can be formed in the operating chamber due to the drop in static pressure below the vapor pressure, where ρw designates the density of the support medium and uk designates the flow rate at Inlet of the operating chamber and in the operating chamber itself no specific vapor bubbles are produced and a transition to a complete steam flow is achieved.

2.2.

Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las variaciones del estado de agregación del medio de soporte se realizan por variación de la velocidad de flujo.  Method according to claim 1, characterized in that the variations in the state of aggregation of the support means are carried out by variation of the flow rate.

3.3.

Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque la elevación de la velocidad de flujo se realiza por estrechamiento de la sección transversal del canal de flujo.  Method according to claim 2, characterized in that the elevation of the flow rate is performed by narrowing the cross section of the flow channel.

4.Four.

Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la suspensión es tratada varias veces sucesivamente.  Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the suspension is treated several times successively.

5.5.

Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la suspensión es transportada varias veces a través de la misma cámara de operación.  Method according to claim 4, characterized in that the suspension is transported several times through the same operating chamber.

6.6.

Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la suspensión es transportada a través de la cámara de operación desde abajo hacia arriba con una dirección de transporte vertical.  Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the suspension is transported through the operating chamber from the bottom up with a vertical transport direction.

7.7.

Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el medio de soporte tiene una velocidad de flujo uw de al menos 50 m/s.  Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the support means has a flow rate uw of at least 50 m / s.

8.8.

Método según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el medio de soporte es agua.  Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the support medium is water.