ES2606829T3 - Dispositivo de mezcla e inyección por pulsos de aguas residuales y método de inyección de aguas residuales para reactores anaerobios - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales no presurizadas de entrada para el tratamiento de agua residual sin sedimentar bajo temperaturas sub-mesofílicas en reactores UASB, caracterizado por que comprende: - un depósito de alimentación de agua residual (12), situado fuera del reactor y por encima del nivel del agua del reactor, con un volumen efectivo de agua residual suficiente para generar pulsos por gravedad en el intervalo comprendido entre 0,5 a 1,5 % del volumen total del reactor, dicho volumen efectivo dentro del depósito (12) estando a una altura entre un nivel mínimo de agua residual Hmin igual o mayor a 0,5 m y un nivel máximo de agua residual Hmax igual o inferior a 2,5 m sobre el nivel del agua en el reactor, siendo Hmax siempre mayor que Hmin para producir la energía hidráulica del pulso; y teniendo el depósito de alimentación (12) una entrada superior (13) así como una salida (14) en la parte inferior para el agua residual, y conectándose al reactor a través de - un colector de entrada (15), que en un extremo conecta hacia abajo la salida (14) del depósito de alimentación (12) con, - una o más tuberías de distribución de aguas residuales (17) en un segundo extremo, teniendo cada tubería de distribución (17) una válvula (16) controlada automáticamente por el nivel efectivo de agua residual en el interior del depósito de alimentación (12), insertándose la tubería o tuberías (17) en el manto de lodos (6) dentro del reactor para la distribución de pulsos de agua residual a la parte inferior del reactor - boquillas de inyección (18) que tienen un punto de descarga hacia abajo situado a una altura entre 200 y 300 mm desde la parte inferior del reactor para evitar zonas muertas y pérdidas de energía, y - un sensor de nivel de agua (19) para medir el nivel mínimo efectivo de agua residual Hmin y el nivel máximo efectivo de agua residual Hmax dentro del depósito de alimentación (12), capaz de enviar una señal a los medios de control (20) que actúan cerrando y abriendo la válvula (16).

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo de mezcla e inyeccion por pulsos de aguas residuales y metodo de inyeccion de aguas residuales para reactores anaerobios

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere al uso de reactores anaerobios de flujo ascendente con manto de lodos (UASB), mas espedficamente a dispositivos de distribucion de entrada para el tratamiento psicrofflico de aguas residuales municipales en reactores UASB.

Antecedentes de la invencion

La aplicacion del tratamiento anaerobio directo de aguas residuales municipales crudas (sin sedimentacion previa) en pafses con temperaturas sub-mesofflicas (< 20 °C) es un desaffo constante para los investigadores en el campo de la ingeniena ambiental y tecnologfa. Un uso exitoso de reactores anaerobios psicrofflicos de este tipo sena de gran importancia economica ya que, en general (dependiendo de la temperatura de las aguas residuales), se requiere una cantidad significativa de energfa para llevar la temperatura de aguas residuales hasta el rango mesofflico optimo (30-40 °C). Esto supone un gasto importante dentro de la econoirna del sistema de aguas residuales.

La presente patente se centrara en:

1. Reactores anaerobios de alta carga (UASB y EGSB), y espedficamente en

2. Sistemas de distribucion de entradas, una parte importante de este tipo de reactores anaerobios.

1. REACTORES ANAEROBIOS DE ALTA CARGA

Uno de los mayores exitos en el desarrollo de la tecnologfa de tratamiento anaerobio de aguas residuales ha sido la introduccion de reactores de alta carga en los que la retencion de la biomasa y la retencion de ffquidos estan desacopladas, como en los reactores anaerobios de flujo ascendente con manto de lodos (UASB) y en los reactores de manto de lodos granular expandido (EGSB).

1.1 El reactor UASB (anaerobio de flujo ascendente con manto de lodos) fue desarrollado por Lettinga y colaboradores en Holanda (Universidad de Wageningen) a finales de 1970. Existen varios tipos de reactores a escala real operados en todo el mundo, como por ejemplo el descrito en la patente de Estados Unidos n.° 4253956.

El diseno de los biorreactores UASB ha sido considerado, desde hace mucho tiempo, como el sistema anaerobio mas apropiado para tratar aguas residuales municipales debido a su simplicidad, bajos costes de inversion y operacion, y experiencia positiva previa en el tratamiento de una amplia gama de aguas residuales. En las regiones tropicales, la configuracion del biorreactor UASB se ha reportado como el proceso mas comunmente utilizado para el tratamiento de aguas residuales municipales. Cientos de sistemas UASB para el tratamiento de aguas residuales se han encargado en varios pafses tropicales tales como India, Colombia, Brasil y Mexico. La temperatura ambiente en estos pafses es relativamente alta durante todo el ano (20-35 °C), permitiendo que la digestion anaerobia (AD) de las aguas residuales proceda en un rango de temperatura mesofflico sin procesar el calentamiento.

Sin embargo, la experiencia con reactores UASB de una sola etapa para el tratamiento de aguas residuales crudas en el rango de temperaturas sub-mesofflicas ha obtenido un exito limitado a escala real, debido principalmente a las dos bajas intensidades de mezcla interna:

a) Mezcla de agua:

Los reactores UASB deben operar con velocidades de flujo ascendentes del ffquido menores de 1 m/h para evitar el lavado de los solidos suspendidos totales (TSS), coloidales y de los solidos suspendidos volatiles. Las velocidades de flujo ascendentes superiores a 1 m/h disminuinan la capacidad filtrante del manto de lodos y como consecuencia las eficiencias de eliminacion de solidos suspendidos volatiles totales, deteriorando la calidad del efluente y disminuyendo la produccion de biogas. La limitacion de velocidades de flujo ascendentes del agua de 1 m/h es la principal desventaja del reactor UASB, puesto que esta velocidad es mucho menor que 6-12 m/h que es la velocidad requerida para conseguir un manto expandido con un contacto optimo entre el lodo (biomasa) y el agua residual de entrada (sustrato). El contacto sustrato-biomasa es muy importante por las siguientes razones:

- para evitar la formacion de canales del agua residual en el manto de lodos y

- para evitar la formacion de zonas muertas en el reactor.

Ademas, bajo las condiciones de proceso consideradas en la presente patente, es frecuente encontrar caudales de

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entradas del Ifquido bajas (< 0,25 m/h), disminuyendo aun mas la capacidad de mezcla de agua.

La recirculacion interna o la agitacion mecanica son posibles soluciones a este problema, como se muestra en los modelos de utilidad CN202246251 y CN2652923. Ambas soluciones usan una cantidad significativa de energfa para conseguir una buena mezcla dentro del reactor, aproximadamente 5 w/m3 de reactor, lo cual constituye un gasto economico importante para el sistema.

b) Mezcla de gas interna:

Debido a que la mezcla de agua es extremadamente baja, los reactores UASB requieren de mezcla interna por biogas, como se produce en aguas residuales industriales con una alta demanda qmmica de oxfgeno (COD) o aguas residuales municipales a bajos tiempos de retencion hidraulico (HRT, de 8 a l6 horas) en condiciones mesofilas (>20 °C). Sin embargo, la mezcla interna por el biogas desarrollado se reduce en gran medida cuando se tratan aguas residuales crudas a T<20 °C, debido a los bajos caudales de biogas, produciendo espacio muerto en el reactor, y como resultado, conduciendo a una reduccion en la eficiencia del tratamiento (de Man et al. 1988).

Bajos caudales de biogas en estas condiciones son el resultado de las condiciones de operacion necesarias para la hidrolisis, que es la etapa inicial de la AD. La hidrolisis de las partfculas procedentes del agua residual retenidas en el manto de lodos se considera, en general, como el paso limitante de la tasa del proceso de digestion global y requiere de tiempos de retencion de solidos de lodos (SRT) relativamente largos, dependiendo de la temperatura del proceso utilizada. Aunque se considera que un tiempo de retencion de lodos (STR) de 15 dfas es suficiente para lograr la hidrolisis y metanogenesis a una temperatura de 25 °C (Zeeman, G. y Lettinga (1999). Agua Sci. Technol. 39, 187-194), a una temperatura de 15 °C se necesita un SRT de 75 dfas. Cuanto mas grande sea el STR requerido, mas largo sera el tiempo de retencion hidraulico (HRT) que tiene que aplicarse, como se deduce de modelo desarrollado por Zeeman y Lettinga, (1999). Considerando valores de aguas residuales crudas comunes de COD, solidos suspendidos de entrada y el % de hidrolisis, altos HRT de 16 a mas de 48 h podnan resultar de este modelo. Obviamente este alto HRT dara como resultado bajos niveles de sustrato de entrada en el interior del reactor y tambien bajas tasas de produccion de biogas, con velocidades de gas de flujo ascendentes que oscilan entre 0,02 y 0,1 m/h, mucho menores que la velocidad minima requerida para la mezcla en el manto (mezcla de gas V>0,5 m/h); como consecuencia, el reactor no funciona correctamente.

Por consiguiente, cuando un reactor UASB se alimenta con aguas residuales crudas a bajas temperaturas, la produccion de biogas sera muy baja y la mezcla debido a este gas formado dentro de este reactor es insuficiente, y el reactor no funciona correctamente.

1.2. Reactor EGSB: con el fin de solucionar los problemas de los reactores UASB, en el sistema EGSB se aplica una velocidad de flujo ascendente de agua significativamente mayor. El uso de la recirculacion del efluente combinado con reactores mas altos (o una alta relacion altura/diametro) ha resultado en el reactor de manto de lodos granular expandido (EGSB), donde se aplica una velocidad superficial alta (van der Last y Lettinga, 1992). En este diseno de reactor, la velocidad de flujo ascendente del lfquido esta entre 6 y 15 m/h (o dicho en otras palabras, la carga superficial esta entre de 6 y 15 m3 de agua/m2 de superficie del separadortrifasico/hora) hace que el manto de lodos granular se expanda, eliminando las zonas muertas y resultando en un mejor contacto lodos-sustrato.

Sin embargo, el reactor EGSB es inadecuado para tratamiento de aguas residuales, como muestran Van der Last y Lettinga (1992), ya que una gran fraccion de la COD de entrada consiste en solidos suspendidos, y las partfculas de entrada con pobres caractensticas de sedimentacion se lavan fuera del sistema EGDB por la elevada velocidad del lfquido (van Haandel y Lettinga, 1994). Un intento de resolver este problema se encuentra en la patente EP1806324, en la que el agua reciclada se retira desde el separador trifasico o desde la parte superior del reactor fuera del separadortrifasico, reduciendo asf la carga superficial y por consiguiente los solidos a lavar.

Ademas de los solidos suspendidos, el lodo floculento tambien es lavado en los reactores EGSB. Por tanto, si bien los reactores UASB pueden funcionar con lodo floculento o lodo granular, debido a la baja velocidad de flujo ascendente, el sistema EGSB utiliza exclusivamente lodo granular. Esta es una limitacion grave cuando se tratan las aguas residuales puesto que la granulacion no se ha observado en ninguno de los reactores UASB existentes a escala real para el tratamiento de aguas residuales. En todos los casos un tipo de lodo floculento se ha desarrollado.

Ademas, la disipacion de energfa es alta como resultado del lfquido que sale del dispositivo de distribucion (6-15 m/h) es alta, y a menudo entrara gas en el compartimento de sedimentacion. Esto perturbara el proceso de sedimentacion y, por lo tanto, resultara en una perdida de biomasa. Ha habido varios intentos de resolver este problema, principalmente con separadores trifasicos complejos como los disenados en la patente US 5855785 por Biothane Corporation, estando el potencial de este reactor para el tratamiento de aguas residuales sin sedimentar a bajas temperaturas limitado por la alta recirculacion de efluente requerida para este uso. Los altos HRT aplicados (16-72 h) resultan en bajos caudales de entrada (entre 0,3 y 0,75 m/h), o que son mucho mas bajos que los requeridos para una la mezcla del manto (mezcla de agua V = 6-12 m/h), lo que resulta en un ratio reciclado superior a 20 (flujo de recirculacion/de entrada) y alto consumo de energfa para el bombeo. Ademas, los reactores mas altos requieren tambien de un alto consumo de energfa para el bombeo.

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A continuacion la Tabla 1 resume los problemas descritos anteriormente:

Tabla 1. Problemas tecnicos derivados de reactores UASB yEGSB de la tecnica anterior

Reactores UASB Reactores EGSB

Nombre comercial

Biothane UASB Biobed EGSB

Problemas

- Ninguna mezcla de gas (Vgas<0,25 m/h). - Ninguna mezcla de agua (Vagua<0,1 m/h). - Ningun manto expandido. - Arrastre de burbujas de aire - Obstruccion en las boquillas (baja velocidad de salida). - “Espagueti” denso cruzando el separador trifasico. - Lavado de solidos suspendidos de entrada y biomasa floculante. - Alto consumo energetico para el bombeo y recirculacion (x20 flujo de entrada). - Separador trifasico complejo.

2. SISTEMAS DE DISTRIBUCION DE ENTRADA CONVENCIONALES

A diferencia de los reactores UASB industrials, donde el de entrada se bombea a traves de un dispositivo situado en la parte inferior del reactor (EP0315233 B1), en un reactor UASB de aguas municipales el de entrada se alimenta normalmente a traves de tubenas que entran desde la parte de superior del reactor.

Para facilitar la distribucion adecuada de entrada se utilizan cajas de distribucion para conseguir la division necesaria del flujo en varias partes iguales. Normalmente se utiliza una serie de cajas de distribucion (elemento 2 en la Figura 1, que muestra la tecnica anterior) que dividen el flujo en cada reactor. A partir de atn, la division final se logra a traves de una o mas tubenas de entrada (3) (ver Figura 1). Como se muestra en la Figura 1, es importante que en cada caja de distribucion (2) el flujo libre que reboza se confine/asegure por las tubenas de entrada individuales (3) por encima del aliviadero de cafda libre en forma de V dentados (4), incluso cuando se trabaja con el maximo flujo. Suponiendo que los reboces estan alineados correctamente, se garantiza la division del flujo en partes iguales.

Para las aguas residuales municipales, se recomienda al menos un punto de entrada por cada 1-2 m2. Van Haandel y Lettinga, reportan experiencias en muchas plantas de tratamiento donde areas entre 2-4 m2 por punto de entrada son suficientes para alcanzar una buena eficiencia del tratamiento, sin embargo, estas plantas operan a temperaturas promedio de las aguas residuales por encima de 20 °C. En un caso donde la temperatura de entrada es menor, se requiere una mayor densidad de puntos de entrada debido a que el contacto entre los lodos y el sustrato se vuelve menos eficiente a bajas temperaturas.

La seleccion de una alta densidad de puntos de entrada repercute en los costes de construccion. Este resultado dara lugar a un “espagueti” denso de tubenas, que pasan a traves del separador trifasico, provocando un aumento en los costes de diseno y construccion.

Aparte del numero de puntos de entrada de la alimentacion, la caja convencional de distribucion de entrada tiene el problema de que arrastra burbujas de aire en el flujo. El arrastre de burbujas de aire con el de entrada es inevitable debido a la turbulencia que crea la cafda por reboce del agua residual, al caer del aliviadero en las cajas de distribucion de entrada, y puede tener una serie de efectos negativos como son: La toxicidad del oxfgeno sobre las bacterias anaerobias y la aparicion de bolsas de aire que bloquean temporalmente las tubenas de entrada. El diseno de las tubenas de entrada permite que las burbujas de aire puedan salir hacia atras. Segun Van Haandel et al. (1994), una velocidad de flujo descendente de < 0,2 m/s, trabajando con el flujo maximo, sera suficiente para evitar la formacion de burbujas de aire con un diametro mayor de 2 mm. Por lo tanto, se necesitan de grandes secciones de tubenas para lograr la baja velocidad requerida en la parte superior de las tubenas, lo cual aumenta los costes.

Por otra parte, se necesita una alta velocidad en la salida de las tubenas, instaladas normalmente a una altura H1 entre 100 y 200 mm de la parte inferior del reactor, con el fin de evitar la deposicion alrededor de la salida, que podna resultar en obstrucciones. Se recomienda una velocidad de salida de alrededor de 0,6 m/s para el flujo maximo de trabajo, lo cual representa mas del doble de la velocidad de sedimentacion de diseno de canales de arena (Van Haandel et al., 1994). En estas condiciones, la obstruccion de las boquillas representa un problema grave que resulta en una distribucion desigual de las aguas residuales por encima de la parte inferior del reactor. Por tanto, se deben hacer arreglos para la limpieza o lavado del sistema de entrada.

Un ejemplo de este tipo de dispositivo de distribucion de entrada se puede encontrar en el modelo de utilidad CN202046929.

Algunos intentos de resolver los problemas descritos anteriormente se pueden encontrar en el documento CN103241833. Este dispositivo requiere una alta presion de bombeo (2 kg/cm2) a traves de un deposito cerrado y presurizado. El sistema distribuye el flujo de entrada alternativamente a las tubenas de entrada, concentrando la totalidad del flujo de alimentacion en un solo tubo. Esta es una buena solucion para aumentar el flujo en ese punto a mas de 2,5 m/s, evitando el bloqueo en la salida, pero al mismo tiempo tiene varias desventajas:

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- el dispositivo mostrado en el documento CN103241833 distribuye el flujo de entrada sin aumentarlo, por lo tanto genera cargas superficiales bajas (<0,25 m/h) y no hay una mezcla adecuada que permita la expansion de la cama de lodos (>6 m/h requeridos), lograndose solo una mezcla local alrededor de los puntos de inyeccion (inyectores con v>2,5 m/s).

- el bombeo de alta presion no es sostenible para el tratamiento de aguas residuales municipales debido al alto consumo de energfa. Las plantas de tratamientos de aguas residuales requieren una operacion mas sostenible porgravedad, como en los dispositivos de distribucion de entrada convencionales (Figura 1);

- costosa fabricacion de los componentes mecanicos que incluyen motor de engranajes, ejes, placas, sellado, etc.

Otro sistema de distribucion se describe en el documento CN201424404. Este sistema utiliza una alimentacion continua sin pulsos, para distribuir uniformemente el agua en la parte inferior del reactor y forma un ciclon hidraulico para su mezcla. Tiene las mismas desventajas que los sistemas convencionales, aunque es posible limpiar facilmente una boquilla si se obstruye, mediante un sistema de descarga. El sistema requiere una bomba de alimentacion.

El documento US 6.592.751 B2 divulga un dispositivo para el tratamiento de aguas residuales altamente contaminadas que contiene una gran cantidad de solidos suspendidos y demanda bioqmmica de oxfgeno. Una de las realizaciones (Figura 13) muestra una realizacion de la invencion para el funcionamiento de flujo por gravedad no automatico, disenado para proporcionar tratamiento tanto anaerobico como aerobio de aguas residuales complejas cuyo potencial de produccion de gas es mayor que su volumen de ffquido. Una situacion de este tipo es posible cuando los residuos contienen una CDO degradable superior a 2500 mg/l (como se describe en 21, 54-60). Los elementos principales de la invencion son un deposito de recogida 1301, una valvula unidireccional 1308, una camara anaerobica 102, un unico conducto de alimentacion 1118, un filtro de ffquido 119, una camara superior 104 y un deposito aerobico 1313. El deposito de recogida 1301 recoge aguas residuales por gravedad para alimentar la camara anaerobica 102. La valvula 1308 evita el flujo de ffquido hacia atras desde la camara inferior 102 al deposito de recogida 1301. Cuando se ha acumulado cantidad suficiente de gas desde el proceso anaerobico en 102, se descarga a traves del funcionamiento de un mecanismo de tubo en U 130 Y como consecuencia, a intervalos regulares, el nivel de agua en 104 baja y hace retroceder el filtro de ffquido 119.

Debido a los problemas descritos anteriormente, es necesario realizar algunas mejoras esenciales en el diseno convencional de los reactores UASB, que permitan su uso para tratar aguas residuales municipales sin sedimentar a temperaturas sub-mesofflicas. Como se ha explicado anteriormente, bajo estas condiciones, existen bajas velocidades de flujo ascendentes del ffquido (<0,25 m/h) y bajas producciones de biogas (<0,1 m/h), lo que resulta en una baja capacidad de mezcla en el reactor y una baja calidad de los efluentes, debido a la aparicion de caminos preferenciales y zonas muertas en el reactor. El sistema descrito en el presente documento, representa un importante aporte tecnologico, ya que combina las ventajas de los procesos UASB y EGSB, evitando al mismo tiempo los problemas asociados a ambos sistemas.

Sumario de la invencion

La presente invencion, segun la reivindicacion 1, se refiere a un dispositivo no presurizado de inyeccion y mezcla de un de entrada para el tratamiento de aguas residuales municipales sin sedimentar a temperaturas sub-mesofflicas (en el caso de la presente invencion significa igual o por debajo de 20 °C) en reactores anaerobios de tipo UASB. Los principales objetivos de la presente invencion son:

• alimentar (y por lo tanto la mezcla) la cama de lodos de reactores UASB por gravedad, es decir, en ausencia de una bomba o cualquier otro dispositivo similar para alimentar las aguas residuales, y por lo tanto con bajo consumo de energfa, evitando la recirculacion del efluente, la presurizacion de entrada o la agitacion mecanica;

• obtener una velocidad de flujo ascendente del ffquido en el reactor entre 6 y 12 m/h, capaz de fluidificar y expandir la cama de lodos para evitar la canalizacion y aparicion de zonas muertas, permitiendo el uso eficiente de todo el volumen del reactor;

• distribuir el de entrada lo mas uniformemente posible en toda la superficie del reactor;

• evitar la obstruccion de las tubenas de entrada y las boquillas; y

• evitar el "espagueti" denso que cruza el separador trifasico, y una densa distribucion de boquillas, gracias a una distribucion simple de las tubenas.

Para cumplir con estos objetivos, el dispositivo de inyeccion y mezcla de las aguas residuales de entrada de la presente invencion comprende las caractensticas de la reivindicacion 1.

La distancia a la que se encuentra el punto de descarga de las boquillas de inyeccion con respecto a la parte inferior del reactor/manto de lodos contribuye significativamente a la forma en que el dispositivo de inyeccion promueve un manto de lodos fluidizado/expandido, mejorando asf el contacto lodos-aguas residuales. La distancia depende del tamano del reactor y del diseno del dispositivo de inyeccion.

Ademas, la densidad de boquillas, es decir, el numero de boquillas en la tubena o tubenas es importante para

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conseguir una buena distribucion y mezcla, y dicho numero tambien vana dependiendo del tamano del reactor, en una realizacion preferida, el numero es calculado para obtener una densidad de 1 boquilla por cada 4-5 m2 de area superficial de reactor (es decir, en un caso preferido el dispositivo de inyeccion comprende 1 boquilla por cada 4-5 m2 de area superficial de reactor); es decir, una densidad significativamente menor si se compara con los reactores UASB convencionales, debido a los flujos de descarga mas altos. Ademas, el diametro de la boquilla se calcula para obtener una velocidad de salida de las aguas residuales adecuada. Por ejemplo, en una realizacion preferida, el diametro de la boquilla permite velocidades de salida de 3-5 m/s, lo suficientemente altas para evitar la obstruccion en el punto de descarga de las mismas.

Gracias a dicha configuracion del dispositivo de inyeccion de aguas residuales en el interior del reactor, el deposito de alimentacion acumula energfa hidraulica en forma de lo que se denomina volumen efectivo de aguas residuales, que representa un volumen espedfico, parcial, del volumen total del deposito de alimentacion y determina la cantidad de agua generada en cada pulso cuando se abre la valvula automatica. El volumen efectivo dentro del deposito de alimentacion debe oscilar entre el 0,5 % y 1,5 % del volumen total del reactor y esta definido por un nivel maximo (Hmax) y mmimo (Hmin) de aguas residuales, de forma tal que la energfa hidraulica (volumen efectivo) se libere en forma de pulsos de aguas residuales y dichos pulsos fluyan hacia abajo a traves de las tubenas empleando valvulas automaticas que se abren cuando el volumen efectivo dentro del deposito de alimentacion alcanza el maximo nivel espedfico (Hmax), que puede alcanzar hasta 2,5 m por encima del nivel de agua en el interior del reactor. Por el contrario, el pulso termina cuando el volumen efectivo de aguas residuales en el interior del deposito de alimentacion alcanza una altura o nivel mmimo Hmin que nunca debe ser inferior a 0,5 m por encima del nivel del agua dentro del reactor. Es decir, la energfa hidraulica del pulso de aguas residuales depende de la diferencia entre el nivel maximo y el nivel mmimo alcanzado en el deposito de alimentacion (que se define como el volumen efectivo). Hmax y Hmin siempre diferentes y nunca iguales. El nivel de altura maxima alcanzado por el volumen efectivo de las aguas residuales (que tambien puede ser nombrado como "volumen de equiparacion efectiva") actua como alarma de nivel alto para que se abra la valvula automatica y producir el pulso de aguas residuales; en ese momento el deposito de alimentacion posee el volumen efectivo. El Hmax debe de estar preferentemente entre 1,5 y 2,5 m por encima del nivel del agua dentro del reactor. El nivel de altura minima actua como senal para cerrar la valvula, ya que en ese momento se ha liberado el volumen efectivo y el deposito tiene que ser rellenado; la Hmin debe de estar preferentemente entre 0,5 y 1,5 m por encima del nivel de agua del reactor. En particular, el dispositivo de inyeccion comprende medios para medir los niveles mmimos y maximos de aguas residuales efectivos en el interior del deposito de alimentacion para controlar automaticamente la valvula o valvulas, es decir para la apertura y cierre. Particularmente, la valvula o valvulas se controlan automaticamente por medio de un sensor de nivel que mide el nivel de agua dentro del deposito (nivel mmimo y maximo) y envfa una senal a algun dispositivo de control (por ejemplo, PLC o controlador logico programable, que puede comprender un transmisor y un controlador) que actua sobre la valvula, particularmente el sensor de nivel de agua mide el nivel de aguas residuales en el interior del deposito de alimentacion y envfa una senal al sistema de control para cerrar automaticamente la valvula cuando el nivel de agua efectivo alcanza Hmin y para abrir automaticamente la valvula cuando el nivel de agua efectivo alcanza Hmax. Es decir, es posible utilizar un solo sensor en el deposito de alimentacion para medir ambos, el nivel efectivo mmimo y el nivel efectivo maximo. Sin embargo, un primer y un segundo sensor de nivel se pueden utilizar tambien para medir el nivel mmimo y el nivel maximo, respectivamente.

El sensor de nivel empleado para medir el nivel de aguas residuales puede estar situado dentro o fuera del deposito de alimentacion. Por ejemplo, se puede utilizar un sensor de nivel, piezometrico (o conductivo), que se encuentre en el interior del deposito de alimentacion para medir el nivel a traves de la medida de la presion de la columna de agua. Este sensor de presion esta sumergido en el agua a un nivel fijo y mide la presion hidrostatica equivalente por encima del diafragma del sensor. Se puede utilizar un sensor de nivel de contacto alternativo en el interior del deposito como por ejemplo un interruptor de nivel flotante, que es mas barato, pero no proporciona una senal continua, sino solo las senales de nivel maximo y mmimo. En una realizacion particular y diferente, se puede utilizar un sensor de nivel de agua que no es de contacto para controlar el nivel de agua efectivo, siendo por ejemplo dicho sensor de nivel un sensor ultrasonico, que opera sobre el principio basico de la utilizacion de ondas de sonido para determinar el nivel de lfquido. Los sensores de nivel de agua sin contacto se encuentran fuera del deposito de alimentacion y por encima del nivel del agua, de tal manera que el sensor mide la distancia a la lamina de agua, permitiendo tener una lectura de nivel en todo momento. La eleccion de un sensor de nivel particular depende del tipo de aguas residuales; en este sentido, se ha observado que los sensores de nivel piezometricos funcionan mejor que los sensores de nivel sin contacto cuando se inyecta aguas residuales que contienen grasa y espuma.

La senal del sensor de nivel es enviada a los medios de control, y dichos medios de control realizan la apertura o cierre de la valvula. El PLC esta programado para reconocer los dos puntos de consignas de interes: niveles maximo y mmimo.

Para evitar el arrastre de burbujas de aire, la altura minima de la lamina de agua dentro del deposito de alimentacion debe mantenerse siempre por encima del extremo superior del colector de admision. Dicho primer extremo (superior) del colector de admision esta conectado a la salida del deposito de alimentacion y situado en la parte inferior del mismo para permitir la salida por gravedad de los pulsos de agua residual a traves del colector de admision. Sin embargo, esta ubicacion espedfica de la salida del deposito no es estrictamente necesaria, ya que se puede dejar que el flujo salga directamente hacia abajo desde la parte inferior del deposito, o alternativamente se

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puede dejar que el flujo salga lateralmente en algun un punto de la parte inferior del deposito junto a la parte inferior. La salida (y el colector de admision) deben permitir que el agua salga por la parte inferior, para evitar la acumulacion de solidos.

El dispositivo de inyeccion de las aguas residuales produce una velocidad de flujo ascendente del lfquido en el reactor que va desde 0 m/h entre pulsos hasta un maximo de 6-12 m/h en el momento del pulso, es decir durante un tiempo no muy largo para evitar el lavado de solidos en el reactor, pero que es suficiente para provocar la expansion del manto de lodos. Como se ha indicado, el deposito de alimentacion se encuentra siempre por encima del nivel del agua dentro del reactor, y tiene un volumen efectivo de entre 0,5 % y 1,5 % del volumen total del reactor, de tal manera que su nivel de aguas residuales fluctua de 0,5 a 2,5 m por encima del nivel del agua del reactor para la produccion de los pulsos por gravedad. De acuerdo con lo anterior, la valvula se abre para el paso del pulso de aguas residuales cuando el nivel dentro del deposito alcanza un nivel maximo efectivo Hmax, y se cierra en un nivel mmimo efectivo Hmin. Entre pulsos, el volumen efectivo fluctua entre los niveles, maximo y mmimo. Preferentemente el volumen efectivo del deposito de alimentacion debe ser de 1,0 % del volumen total del reactor.

Debe tenerse en cuenta que los reactores UASB, como se menciona en la presente invencion, son una tecnologfa conocida. Por ejemplo, se sabe que los reactores UASB generalmente poseen un separador trifasico, un manto de lodos granulares o floculentos, deflectores en la parte superior, un colector de gas y aliviaderos para la salida del efluente por rebosamiento, entre otros elementos. En el caso de la presente invencion el reactor UASB tiene un lodo granular o floculento.

La presente invencion va dirigida tambien a un metodo para inyectar y mezclar aguas residuales (no presurizadas), de entradas en reactores anaerobios de tipo UASB por medio del dispositivo descrito anteriormente para fluidizar el manto de lodos con aguas residuales sin sedimentar y bajo temperaturas sub-mesofilicas, caracterizado por que el metodo comprende las etapas de la reivindicacion 6.

De acuerdo con lo anterior, el lapso de tiempo entre la apertura y el cierre de la valvula, que es el tiempo necesario para drenar gradualmente el deposito hasta que el nivel de aguas residuales alcanza el Hmin (y entonces la valvula se cierra), por lo general vana entre 15 y 30 segundos en la presente invencion. El tiempo para drenar el deposito es esencial para lograr expandir el manto de lodos.

Como se ha explicado anteriormente, cuando se describe el dispositivo de inyeccion, el volumen efectivo fluctua dentro del deposito entre un nivel maximo o efectivo menor e igual que 2,5 m por encima del nivel del agua dentro del reactor, y un nivel mmimo mayor o igual que 0,5 m. En un caso ideal, el deposito se alimenta con un caudal de aguas residuales hasta alcanzar una altura o nivel maximo Hmax entre 1,5 y 2,5 m por encima del nivel del agua dentro del reactor, y luego la valvula se abre. Posteriormente, la valvula se cierra cuando el nivel de las aguas residuales en el interior del deposito alcanza una altura o nivel mmimo Hmin entre 0,5 y 1,5 m por encima del nivel del agua en el interior del reactor. Es obvio que la altura o nivel maximo Hmax de aguas residuales dentro del deposito es siempre mayor que la altura o nivel mmimo Hmin, ya que el volumen efectivo definido entre los dos niveles, determina la energfa hidraulica del pulso de aguas residuales.

Como se ha afirmado anteriormente, el nivel mmimo de aguas residuales ademas de estar por encima del nivel de agua del reactor tambien debe estar por encima del colector de entrada para evitar el arrastre de burbujas de aire hacia el interior del reactor.

Los pulsos de aguas residuales generadas con un dispositivo de este tipo, y con el metodo descrito anteriormente, producen un flujo de alimentacion de aguas residuales entre 25 y 80 veces mayor que el flujo que genera el sistemas de distribucion sin pulsos, lo que resulta en una velocidad de flujo ascendente de lfquido en el reactor que vana de 0 m/h entre pulsos (sin pulso) a un maximo de entre 6 y 12 m/h cuando se genera el pulso, creando asf suficiente energfa para expandir el manto de lodos.

Gracias a dicho metodo, junto a la configuracion del dispositivo de inyeccion, la velocidad de flujo/pulso del agua residual a traves del colector y las tubenas de distribucion vana desde 0 m/h entre pulsos (sin pulso) hasta 1-3 m/s durante la generacion de pulsos. Ademas, la velocidad de inyeccion de agua obtenida a traves de las boquillas oscila entre 0 m/h (entre pulsos) hasta 3-5 m/s durante la generacion del pulso.

Un tercer objeto de la presente divulgacion se trata de un digestor anaerobio de flujo ascendente con manto de lodos (UASB) para el tratamiento de agua residual, sin sedimentar previa, a temperaturas sub-mesofflicas, caracterizado por que comprende el dispositivo de inyeccion y mezcla no presurizado de aguas residuales definido anteriormente. El dispositivo de inyeccion es el encargado de inyectar, mezclar y distribuir el agua residual de entrada en el reactor UASB, y ambos elementos, el dispositivo de inyeccion y el reactor, son conectables mediante una o varias tubenas del primer elemento que entran en el interior del segundo elemento citado hasta quedar insertadas dentro del manto de lodos.

El dispositivo y metodo descritos permiten obtener las siguientes ventajas:

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• Mejora de las eficiencias de eliminacion de la demanda qmmica de ox^geno total CODt), demanda qmmica de oxfgeno soluble (CODs), y de solidos suspendidos totales (TSS).

• Obtencion de mayores rendimientos de biogas que los reactores UASB convencionales para este uso (vease Ejemplos 1 y 2).

• Excelente clarificacion, debido a la retencion eficiente de solidos de diffcil sedimentacion mediante clarificacion estatica entre pulsos. Este es uno de los puntos mas importantes para esta aplicacion debido a que:

o Hace que el sistema sea apto tanto para reactores UASB con lechos de lodo granular como con lodo floculento. En la mayona de los casos, el lodo no llega a formar biomasa granular, por lo que es importante proporcionar un sistema capaz de retener la biomasa floculenta;

o La eliminacion de gran parte de los solidos suspendidos coloidales en el de entrada, que son retenidos en el manto de lodos con una mayor hidrolisis y degradacion anaerobia. Esta fraccion representa el mayor porcentaje de la COD total en aguas residuales municipales.

• Bajo consumo de energfa: El manto fluidizado se obtiene mediante pulsos de alto flujo, generados por gravedad sin recirculacion del efluente y en reactores de menor altura que los reactores EGSB.

• Menores costes de operacion y mantenimiento, ya que con el alto flujo de los pulsos se impide la obturacion de la tubena y de la boquilla, y no es necesario el uso de bombas de alta presion o de limpieza continua.

• Diseno simple: el lodo floculento es retenido sin una alta densidad de tubenas cruzadas “espaguetis” como en los reactores UASB municipales, ni el complejo diseno del separadortrifasico de los reactores EGSB.

La Tabla 2 muestra una comparacion entre las caractensticas mas importantes del presente dispositivo y de aquellos de la tecnica anterior (mostrados tambien en la Tabla 1).

Tabla 2. Comparacion de las caracteristicas principales de los reactores UASB, reactores EGSB y estos tipos de _______________sistemas que comprenden del presente dispositivo de inyeccion ymezcla_______________

TIPO DE REACTOR

UASB EGSB Reactor que comprende el presente dispositivo

Nombre comercial

Biothane UASB Biobed EGSB

PARAMETROS DE DISENO GENERALES

Tipo de lodo Floculento o granular Granular Floculento o granular

Energeia de mezcla

Gas producido; se requiere alta COD o bajo HRT Alta velocidad de flujo ascendente del lfquido por recirculacion, Gas producido. Pulsos

Velocidad del gas (m/h)

0,4-1,5 0,5-7 0,01-1

Velocidad del lfquido (m/h)

0,5-1 6-15 (con recirculacion) Vana desde 0,1-1 (sin pulso) a 6-12 (pulsos)

Altura del Reactor (m)

5,5-6,5 12-18 5-6

LODO A T<20°C

HRT (h) 16-48 16-48 16-48

STR (d) para la hidrolisis

100-140 100-140 100-140

Velocidad de flujo ascendente del lfquido en el reactor (m/h)

0,1-0,25 0,3-0,75 (de entrada) 6-15 (se requiere una recirculacion elevada) Vana entre 0,1-1 (sin pulso) a 6-12 (pulsos)

Velocidad del gas (m/h)

0,02 a 0,1 0,06-0,3 0,02-0,1

Ventajas

- Retencion de los solidos suspendidos de entrada y de la biomasa floculenta - No necesita granulacion - Baja energfa de bombeo (baja altura y no se necesita recirculacion en la mayona de los casos) - Separador trifasico simple. - Manto expandido: excelente mezcla por recirculacion. - Evita el arrastre de burbujas de aire. - Evita el bloqueo de las boquillas - Manto expandido: excelente mezcla por pulsos - Evita el arrastre de burbujas de aire. - Evita el bloqueo de las boquillas - Retencion de los solidos suspendidos de entrada y de la biomasa floculenta - No necesita granulacion - Baja energfa de bombeo (baja altura y no se necesita recirculacion) - Separador trifasico simple sin cruce de tubenas verticales.

Breve descripcion de las figuras

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La Figura 1 muestra una representacion esquematica bien conocida de un reactor anaerobico de alta carga, de tipo flujo ascendente con manto de lodos (reactor UASB), con un dispositivo convencional de distribucion del agua residual de entrada.

La Figura 2 muestra una representacion esquematica de un reactor anaerobico de alta carga, de tipo flujo 10 ascendente con manto de lodos (reactor UASB), con un dispositivo de inyeccion y mezcla del agua residual de entrada de acuerdo con la presente invencion.

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Descripcion detallada de la invencion

La Figura 1 ilustra la tecnica anterior, y muestra un reactor UASB bien conocido alimentado con un flujo de entrada de agua residual (1) y que tiene una caja de distribucion de entrada convencional (2) por gravedad sobre varios aliviaderos de cafda libre en forma de V dentados (4) y tubenas verticales de entrada (3) individuales. El agua alimentada en la parte superior del reactor se inyecta en la parte inferior del mismo a traves del extremo (5) de las tubenas de entrada, que estan a una altura Hi sobre la parte inferior del manto de lodos (6)/el reactor, y posteriormente atraviesan el manto de lodos (6). La biomasa, el agua y el biogas se separan en la parte superior del digestor mediante un deflector convencional (7) y un separador trifasico (8). El flujo de gas (11) se recoge, y la biomasa vuelve al volumen activo del reactor mientras que el flujo de agua tratada (10) rebosa por los aliviaderos (9).

El dispositivo de inyeccion y mezcla del agua residual de entrada particular objeto de la presente invencion se muestra en la Figura 2, se utiliza en un reactor de tipo UASB para fluidizar el manto de lodos (6) con agua residual sin sedimentar y trabaja bajo temperaturas sub-mesofflicas.

El dispositivo de inyeccion y mezcla del agua residual comprende un deposito de alimentacion por pulsos no presurizado (12) con un volumen efectivo del 1 % del total del volumen del reactor, estando el deposito situado fuera del reactor y por encima del nivel del agua del propio reactor, el nivel del agua residual dentro del deposito de alimentacion manteniendose (y fluctuando entre pulsos) a una altura entre 0,5 y 2,5 m sobre el nivel del agua del reactor. El deposito (12) es alimentado por un flujo de agua residual (1) a traves de una tubena (13) localizada en la parte superior del mismo, normalmente mediante bombeo del flujo (1). El agua residual se acumula en el deposito (12) hasta que alcanza la altura maxima Hmax dentro del deposito (cuando el deposito esta lleno) variando en el rango de 1,5 a 2,5 m sobre el nivel de agua dentro del reactor. Despues, una valvula (16) se controla automatica por un sensor del nivel sin contacto (19) que esta conectado a un sistema de control (Controlador Logico Programable) (20), de manera que el flujo de agua residual en la forma de un pulso con un volumen igual al volumen efectivo acumulado dentro del deposito se genera por gravedad durante 15-30 segundos a traves de un colector de entrada (15) que conecta en un extremo con la salida (14) del deposito de alimentacion (12) y en el otro con las tubenas de distribucion (17) por medio de la valvula (16), permitiendo dicha valvula (16) el paso del pulso de agua residual y su entrada en el reactor. La tubena de distribucion (17) se conecta con la valvula automatica (16) fuera del reactor y con el interior del mismo, introduciendose en el manto de lodos (6). Posteriormente el pulso de agua residual es inyectado por las tubena de distribucion (17) en la parte inferior del reactor a traves de las boquillas de inyeccion (18) localizadas sobre la parte inferior (6), las boquillas estan colocadas a una altura H1 de 200-300 mm sobre la parte inferior, y la densidad de boquillas es de 1 por 4-5 m2 de superficie de reactor. El diametro de las boquillas esta calculado para generar una velocidad de inyeccion de 0 m/h entre pulsos hasta 3-5 m/s durante la generacion del pulso. La valvula (16), automaticamente controlada por el sensor de nivel de agua (19), se cierra cuando el nivel de agua residual en el deposito de alimentacion (2) alcanza una altura menor Hmin de 0,5 a 1,5 m sobre el nivel del agua dentro del reactor y siempre estando por encima de la salida del deposito de alimentacion (14) para impedir la entrada de burbujas de aire en el reactor. Los pulsos generados con este sistema producen un flujo en la tubena de distribucion (15) que es de 25 a 80 veces mayor que el flujo de entrada de agua residual (1), creando la suficiente energfa para expandir el manto de lodos (6) por gravedad.

El resto de la configuracion mostrada en la Figura 1 es identica a los reactores UASB convencionales, y puede variar dependiendo de cada caso y situacion experimental: aparte del dispositivo de inyeccion descrito anteriormente, el reactor comprende un manto fluidizado/expandido de lodo granular o floculento (6), un deflector convencional (7) asf como bafles; un separador trifasico (8), aliviaderos (9) para la salida del efluente (flujo del agua tratada (10)), y un colector de gas para la corriente de biogas (11). De este modo, el agua residual inyectada con el sistema descrito pasa a traves del manto de lodos (6) y portanto de la biomasa; el agua tratada (efluente) y el biogas son separados en la parte superior del digestor mediante un deflector convencional, los aliviaderos del efluente (9) y el separador trifasico (8). Es decir, la corriente de gas (11) se colecta, la biomasa se devuelve al volumen activo del reactor y el agua tratada (10) sale del reactor al rebosar a traves de los aliviaderos (9).

El dispositivo de inyeccion produce una velocidad de flujo ascendente del lfquido en el reactor en el rango desde 0 m/h entre pulsos (i.e. sin pulso) hasta un maximo de 6-12 m/h durante la generacion del pulso, que es suficiente para expandir el manto, pero no tan elevado como para producir el lavado de los solidos suspendidos con el efluente.

Ejemplos

Ejemplo 1. Estudio comparativo experimental: dispositivo de inyeccion de acuerdo a la invencion definida en la Figura 2 frente a un sistema de distribucion convencional en un reactor UASB para el tratamiento de agua residual sin sedimentar previa en condiciones sub-mesofflicas.

El agua residual bruta fue alimentada a dos reactores UASB identicos, ambos inoculados con lodo floculento en el Suroeste de Espana (Chiclana de la Frontera), en condiciones ambientales, uno de ellos equipado con un sistema convencional de distribucion y otro con el dispositivo de inyeccion instantaneo. El presente dispositivo de inyeccion

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esta adaptado al metodo experimental, y por esa razon las tubenas de distribucion estan equipadas con una unica boquilla. Dicha caractenstica no es una limitacion de la invencion, sino un aspecto que se adapta a las condiciones experimentales espedficas.

Los principales parametros de diseno del sistema, incluyendo el reactor y el dispositivo de inyeccion y mezclado son:

PARAMETROS DEL REACTOR

- Volumen del reactor

20 m3

- Diametro del reactor

2,5 m

- Area del reactor

4,91 m2

DISPOSITIVO DE INYECCION Y MEZCLA DEL AGUA RESIDUAL

Deposito de alimentacion____________________________________

- Diametro del deposito

- Volumen del deposito de alimentacion

- Ratio de volumen del deposito/reactor

- Hmax

- Hmin

- Numero de colectores de entrada

- Numero de tubenas de distribucion

- Diametro de entrada de la boquilla

- Numero de boquillas

- Densidad de boquillas

- Distancia de inyeccion desde la boquilla a la parte inferior del reactor

600 mm

0,201 m3

1,0 %

1,88 m

1,17 m

1 1

67,8 mm

1

4,91 m2 superficie reactor/boquilla

300 mm

PARAMETROS DEL PROCESO

- Flujo de entrada del agua residual

0,55 m3/h

- Tiempo de retencion hidraulico

36 h

- Flujo en las tubenas de distribucion durante los pulsos

43 m3/h

- Ratio flujo del colector de distribucion/flujo de entrada

78

- Tiempo de drenaje del deposito

16,6 s

- Velocidad en las boquillas

3,3 m/s

- Velocidad de flujo ascendente del lfquido durante los pulsos

8,9 m/h

PARAMETROS DEL AGUA RESIDUAL

- Temperatura

16-19 °C

- DQOs

255+63 mg/l

- DQOt

255+63 mg/l

- TSS

203+87 mg/l

- Sulfatos

98+42 mg/l

- Amonio

46+10 mg/l

A continuacion, se muestran los resultados experimentales principales obtenidos cuando se compara el dispositivo de inyeccion instantaneo con el convencional:

_______RESULTADOS________reactor UASB Dispositivo de inyeccion presente

DQOt (%)

34,3 68,8

Sulfatos RE (%)

28,5 84,4

m CH4/kg CODeliminada

0,10 0,12

Produccion de biogas (m3/dfa)

0,29 0,71

Los resultados obtenidos muestran un incremento significativo e importante de los parametros eliminacion de DQOt (192 %) y produccion de biogas (245 %) en el reactor UASB gracias al dispositivo de inyeccion de entrada, descrito en la presente invencion.

Ejemplo 2. Estudio comparativo experimental: dispositivo de inyeccion de acuerdo a la invencion definida en la Figura 2 frente a un sistema de distribucion convencional en un reactor UASB para el tratamiento de agua residual bruta con un manto de lodos de lodo granular.

El agua residual bruta fue suministrada a dos reactores UASB identicos, ambos inoculados con lodo granular procedente de Chiclana de la Frontera, Cadiz (Suroeste de Espana), a temperatura ambiente. Uno de los reactores fue equipado con un sistema de distribucion convencional mientras que el otro fue equipado con el dispositivo de inyeccion instantanea. Los parametros definidos en el Ejemplo 1 fueron aplicados tambien en este caso experimental, pero con un incremento en el flujo de agua residual de entrada:

parAmetros DEL PROCESO

- Flujo de entrada del agua residual

0,83 m3/h

- Tiempo de retencion hidraulico

24 h

- Flujo en las tubenas de distribucion durante los pulsos

43 m3/h

- Ratio flujo del colector de distribucion/flujo de entrada

51

- Tiempo de drenaje del deposito

16,6 s

- Velocidad en las boquillas

3,3 m/s

- Velocidad de flujo ascendente del lfquido durante los pulsos

8,9 m/h

A continuacion se muestran los resultados experimentales mas relevantes de la comparacion del dispositivo de inyeccion instantaneo y el sistema convencional:

_______RESULTADOS________reactor UASB Dispositivo de inyeccion presente

DQOt (%)

14,4 37,3

Sulfatos RE (%)

36 96,5

m CH4/kg CODeliminada

0,06 0,09

Produccion de biogas (m3/dfa)

0,29 0,49

5

Los resultados obtenidos representan un incremento significativo e importante de los parametros de DQOs (259 %) y de produccion de biogas (169 %) del reactor UASB gracias al dispositivo de inyeccion de entrada descrito en la presente divulgacion.

Claims (10)

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   REIVINDICACIONES

   1. Un dispositivo de inyeccion y mezcla de aguas residuales no presurizadas de entrada para el tratamiento de agua residual sin sedimentar bajo temperaturas sub-mesofflicas en reactores UASB, caracterizado por que comprende:

   - un deposito de alimentacion de agua residual (12), situado fuera del reactor y por encima del nivel del agua del reactor, con un volumen efectivo de agua residual suficiente para generar pulsos por gravedad en el intervalo comprendido entre 0,5 a 1,5 % del volumen total del reactor, dicho volumen efectivo dentro del deposito (12) estando a una altura entre un nivel mmimo de agua residual Hmin igual o mayor a 0,5 m y un nivel maximo de agua residual Hmax igual o inferior a 2,5 m sobre el nivel del agua en el reactor, siendo Hmaxsiempre mayor que Hmin para producir la energfa hidraulica del pulso; y teniendo el deposito de alimentacion (12) una entrada superior (13) asf como una salida (14) en la parte inferior para el agua residual, y conectandose al reactor a traves de

   - un colector de entrada (15), que en un extremo conecta hacia abajo la salida (14) del deposito de alimentacion (12) con,

   - una o mas tubenas de distribucion de aguas residuales (17) en un segundo extremo, teniendo cada tubena de distribucion (17) una valvula (16) controlada automaticamente por el nivel efectivo de agua residual en el interior del deposito de alimentacion (12), insertandose la tubena o tubenas (17) en el manto de lodos (6) dentro del reactor para la distribucion de pulsos de agua residual a la parte inferior del reactor

   - boquillas de inyeccion (18) que tienen un punto de descarga hacia abajo situado a una altura entre 200 y 300 mm desde la parte inferior del reactor para evitarzonas muertas y perdidas de energfa, y

   - un sensor de nivel de agua (19) para medir el nivel mmimo efectivo de agua residual Hmin y el nivel maximo efectivo de agua residual Hmax dentro del deposito de alimentacion (12), capaz de enviar una senal a los medios de control (20) que actuan cerrando y abriendo la valvula (16).
2. 2. El dispositivo de la reivindicacion 1, donde el deposito de alimentacion (12) tiene un volumen efectivo de agua residual del 1,0 % del volumen total del reactor.
3. 3. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, donde el reactor comprende un manto fluidizado de lodo floculento o granular.
4. 4. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 anteriores, donde la densidad de las boquillas (18) en las tubenas de distribucion (17) es de 1 boquilla (18) por cada 4-5 m2 de area superficial de reactor, y el diametro de la boquilla (18) permite una velocidad de 3-5 m/s del flujo de agua residual.
5. 5. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el nivel mmimo de agua residual dentro del deposito de alimentacion (12) esta a una altura comprendida entre 0,5 y 1,5 m por encima del nivel de agua dentro del reactor, y el nivel maximo de agua residual dentro del deposito de alimentacion (12) esta a una altura maxima comprendida entre 1,5 m y 2,5 m por encima del nivel de agua dentro del reactor, siendo el nivel maximo mayor que el nivel mmimo de agua residual dentro del reactor.
6. 6. Un metodo para la inyeccion y mezcla de agua residual no presurizada, de entrada en reactores anaerobios de alta carga por medio del sistema definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, para fluidizar el manto de lodos (6) con aguas residuales sin sedimentar y bajo temperaturas sub-mesofflicas, caracterizado por que dicho metodo comprende:

   - alimentar el deposito de alimentacion (12) con un flujo de agua residual;

   - abrir automaticamente la valvula (16) por medio del sensor de nivel de agua (19) que envfa una senal a los medios de control (20) cuando el volumen efectivo en el interior del deposito (12) alcanza el nivel maximo Hmax para generar un pulso del flujo de agua residual por gravedad que pasa a traves del colector de entrada (5) que conecta la salida (14) del deposito de alimentacion (12) con la tubena de distribucion (17), inyectando por tanto dicho pulso de agua residual en el reactor (6) de manto de lodos,

   - distribuir el pulso de agua residual desde la tubena de distribucion (17) a la parte inferior del manto de lodos (6) del reactor a traves de las boquillas de inyeccion (18), por gravedad; y

   - cerrar automaticamente la valvula (16) por medio del sensor de nivel de agua (19) que envfa una senal a los medios de control (20) cuando el volumen efectivo en el interior del deposito (12) alcanza el nivel mmimo Hmin para detener el pulso.
7. 7. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 6 anterior, donde la velocidad del pulso de agua residual dentro del reactor para expandir el manto de lodos (6) alcanza hasta un maximo entre 6 y 12 m/h.
8. 8. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 o 7, donde la valvula (16) se abre cuando el nivel maximo de agua residual Hmax se encuentra entre 1,5 m y 2,5 m sobre el nivel de agua dentro del reactor, y la valvula (16) se cierra cuando el nivel mmimo de agua residual Hmin se encuentra entre 0,5 m y 1,5 m sobre el nivel de agua dentro del reactor, siendo Hmaxsiempre mayor que Hmin para producir la energfa hidraulica del pulso.
9. 9. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, donde la diferencia entre el nivel de agua residual maximo y el nivel de agua residual mmimo dentro del deposito (12) define un volumen efectivo igual al 1 % del volumen total del reactor.

   5 10. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, donde la velocidad del pulso de agua

   residual a traves del colector de entrada (15) y de la tubena de distribucion (17) alcanza los 1-3 m/s, y la velocidad de inyeccion del agua a traves de las boquillas (18) alcanza los 3-5 m/s.
10. 11. Un reactor anaerobico de flujo ascendente con manto de lodos (UASB) para el tratamiento de aguas residuales 10 sin sedimentar bajo temperaturas sub-mesofflicas caracterizado por que comprende un dispositivo de inyeccion y mezcla de agua residual no presurizada de entrada definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.