ES2970601T3 - Dispositivo de reactor uasb-digestor anaeróbico de sólidos combinado y método para tratar aguas cloacales no depuradas - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un dispositivo de una etapa para tratar aguas residuales, tales como aguas residuales no sedimentadas, especialmente aguas residuales que tienen temperaturas submesófilas y/o que muestran altas fluctuaciones de temperatura a lo largo del año, estando el dispositivo hecho esencialmente de una combinación de un UASB pulsante. reactor con un digestor anaeróbico de sólidos no calentado ubicado debajo del reactor UASB, que comprende un elemento divisorio inclinado deflector que conecta ambas cámaras; de tal manera que los lodos producidos durante el proceso dentro del reactor UASB son sedimentados hacia el digestor, reciclados y enviados al reactor UASB mediante una bomba de elevación de gas que opera con el biogás generado en el digestor anaeróbico. El reactor UASB comprende un dispositivo de mezcla e inyección de aguas residuales que funciona por pulsos, y que no sólo alimenta y mezcla el reactor, sino que también mezcla el lecho de lodos del digestor, en diferentes modos operativos. La invención también describe el método para tratar aguas residuales. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de reactor uasb-digestor anaeróbico de sólidos combinado y método para tratar aguas cloacales no depuradas
Campo de la invención
Esta invención se refiere al tratamiento de aguas residuales, específicamente a reactores de lecho de lodo anaeróbico de flujo ascendente (UASB), más específicamente a reactores UASB pulsantes como en la patente EP 3009408 A1, y más particularmente a reactores UASB para tratamiento psicrofílico de aguas cloacales municipales, combinados con digestores anaeróbicos.
Antecedentes de la invención
La implementación del tratamiento anaeróbico directo de aguas residuales municipales sin tratar (no depuradas) en países con temperaturas por debajo de 20 °C, y más específicamente con temperaturas submesófilas (<15 °C) es un desafío continuo para los investigadores en el campo de la ingeniería y tecnología ambiental. Un uso tan exitoso del reactor anaeróbico psicrófilo sería de gran importancia económica porque, en general (dependiendo de la temperatura de las aguas residuales), se requiere una cantidad significativa de energía para llevar la temperatura del agua residual hasta la temperatura mesófila (superior a 20 °C) y, preferentemente, hasta el intervalo mesófilo óptimo (30-40 °C). Esto supone una pesada carga para la economía del sistema de aguas residuales.
Pueden considerarse tres tecnologías la técnica anterior en este campo:
1. Tanque Imhoff con un separador y un digestor psicrófilo (sin UASB);
2. UASB pulsante (tal como la patente EP 3009408 A1) con separador y UASB (sin digestor); y
3. Dispositivo UASB-digestor de dos etapas, que comprende separador, UASB y digestor mesófilo.
1. Tanque Imhoff (Figura 1a, estado de la técnica)
El tanque Imhoff consiste en una sección superior conocida como la cámara de sedimentación y una sección inferior conocida como el compartimento de digestión de lodos (véase el diagrama de proceso simplificado en la Figura 1, estado de la técnica). El flujo de avance entra en la cámara de sedimentación. La depuración de sólidos se produce en la cámara de sedimentación superior y la digestión del flujo gradual de sólidos en la cámara inferior, en donde los sólidos se acumulan y se digieren lentamente. Las dos cámaras están separadas por una partición inclinada de deflector que contiene ranuras estrechas a través de las que pasan los sólidos a la cámara inferior. Por diseño, se evita que el gas y la escoria entren en la cámara de sedimentación debido a las ranuras estrechas que impiden que el gas y las partículas de lodo entren en la cámara de sedimentación que "agitan" los sólidos como se aprendió a partir del tanque séptico.
Los tanques Imhoff fueron una forma aceptable de tratamiento de aguas residuales usada en instalaciones de tratamiento de aguas residuales tanto pequeñas como grandes durante el diseño de plantas de aguas residuales a principios y mediados del siglo XX. La ventaja principal de este tipo de tanque sobre el tanque séptico es que el lodo se separa del efluente, lo que permite una depuración y digestión más completas. Cuando se operan apropiadamente, estos sistemas pueden retirar del 30 al 60 por ciento de la materia suspendida y del 25 al 40 por ciento de la demanda biológica de oxígeno (DBO). Los tanques Imhoff demostraron ser más adecuados para aplicaciones de tratamiento pequeñas en lugar de grandes. La desaparición del tanque Imhoff fue el resultado de la incapacidad para cumplir con los requisitos de rendimiento más estrictos de hoy en día. El problema principal del tanque Imhoff es una baja eficiencia en la retirada de materia orgánica, del 25 al 40 por ciento de la DBO ya que no hay un tratamiento anaeróbico de las aguas residuales, solamente una aclaración primaria.
2. UASB pulsante (Figura 1b, estado de la técnica: patente EP 3009408 A1).
Uno de los éxitos principales en el desarrollo de la tecnología de aguas residuales anaeróbicas fue la introducción de reactores de alta velocidad en los que la retención de biomasa y la retención de líquido están desacopladas, como los bien conocidos reactores de lecho de lodo anaeróbico de flujo ascendente (UASB). Hay varios tipos de reactores a gran escala operados en todo el mundo, como, por ejemplo, el descrito en la patente de Estados Unidos n.° 4.253.956.
El diseño del biorreactor de UASB se ha considerado durante mucho tiempo como el sistema anaeróbico más apropiado para tratar aguas residuales municipales debido a la simplicidad, bajos costes de inversión y operación del mismo y experiencia positiva previa en el tratamiento de una amplia gama de tipos de aguas residuales. En las regiones tropicales, se informa que la configuración del biorreactor de UASB es el proceso más comúnmente usado para el tratamiento anaeróbico de aguas residuales municipales. Cientos de sistemas de UASB para el tratamiento de aguas cloacales se han puesto en marcha en varios países tropicales tales como India, Colombia, Brasil y México. La temperatura ambiente en estos países es relativamente alta durante todo el año (20-35 °C), permitiendo que la digestión anaeróbica (AD) de las aguas cloacales proceda en el intervalo de temperatura mesófila sin calentamiento del proceso. Sin embargo, la experiencia con sistemas de UASB de una etapa para aguas cloacales sin tratar a temperaturas submesófilas ha proporcionado un éxito limitado en usos a gran escala, debido principalmente a dos intensidades de mezcla interna bajas. Para resolver estos problemas, se realizaron algunas mejoras esenciales en el diseño convencional de reactores de UASB en la patente EP 3009408 A1 (desarrollada por los mismos autores de la presente invención) para permitir su uso para aguas cloacales no depuradas bajo temperaturas subóptimas. El sistema aumenta el contacto de la biomasa y el sustrato mediante un dispositivo de inyección y mezcla que comprende un tanque de alimentación de aguas residuales, ubicado fuera del reactor y por encima del nivel de agua del reactor para generar pulsos por gravedad.
El problema del reactor de UASB pulsante es el que el rendimiento a baja temperatura (<15 °C) y/o que muestra intensas fluctuaciones de temperatura, cambiando de condiciones submesófilas a condiciones mesófilas (por ejemplo, entre las estaciones de verano e invierno (fluctuaciones de 5 °C-15 °C sobre una temperatura media) tiene una hidrólisis limitada, es decir, está muy limitado por la hidrólisis de los sólidos atrapados (materia orgánica particulada), que se acumulan en el lecho de lodo cuando se aplican altas tasas de carga, dando como resultado un deterioro del rendimiento del reactor y una baja eficiencia de retirada. En consecuencia, la cantidad de exceso de lodo aumenta, lo que conduce a un menor tiempo de retención de lodos (SRT), lo que podría limitar el crecimiento de los metanógenos, lo que da como resultado una retirada de la demanda de oxígeno químico (COD) soluble deficiente y, por lo tanto, el deterioro de la estabilidad de lodo y la producción de biogás.
3. Dispositivo UASB-digestor de dos etapas (Figura 1c, estado de la técnica)
En los países mediterráneos, la temperatura ambiente fluctúa entre invierno y verano, lo que da como resultado un cambio en la temperatura de las aguas cloacales de 15 °C a 25 °C, respectivamente (20 °C ± 5 °C). Además, las aguas cloacales a menudo se concentran con una alta fracción de sólidos en suspensión. Como se ha explicado anteriormente, el rendimiento de los reactores de UASB de una etapa en climas de baja temperatura (entre 5-15 °C) está muy limitado por la hidrólisis de los sólidos atrapados, que se acumulan en el lecho de lodo. Mahmoudet al.(Anaerobic sewage treatment in a one-stage UASB reactor and a combined UASB-Digester system, Water Research,2004)investigó un sistema de UASB-digestor para el tratamiento de aguas residuales municipales a baja temperatura. Este sistema trata las aguas residuales en un reactor de UASB con un tiempo de retención hidráulica (HRT) corto. Los lodos de UASB se recirculan a un digestor externo separado que se calienta, en donde los sólidos en suspensión de las aguas residuales, capturados en el reactor de UASB se convierten en metano. A continuación, el lodo digerido estabilizado se retira del digestor y se devuelve al reactor de UASB donde continúa capturando sólidos orgánicos de aguas residuales y al mismo tiempo suministra biomasa metanogénica al reactor de UASB para la conversión de la COD soluble en las aguas residuales. Este es un sistema de UASB-digestor de dos etapas que proporciona una excelente retirada de COD soluble con una baja producción de exceso de lodo incluso cuando se opera a bajo HRT, pero hay varios inconvenientes que resolver en este proceso:
1) Alto consumo de energía: bombear la recirculación del lodo de UASB al digestor y desde el digestor al UASB consume energía;
2) eficiencia limitada del proceso: la recirculación por bombeo electromecánico del lodo de UASB al digestor y del digestor al UASB rompe los gránulos del lodo, reduciendo la eficiencia del proceso;
3) altos costes de mantenimiento relacionados con el equipo electromecánico dan como resultado altos costes de mantenimiento;
4) mayor huella de dos reactores separados en comparación con un único reactor de UASB;
5) mezcla muy limitada en el UASB cuando se opera a bajas temperaturas;
6) alto consumo de energía para el calentamiento del digestor anaeróbico hasta el intervalo mesófilo; y 7) pérdida de biomasa: lavado de la biomasa durante flujos pico en HRT corto.
Teniendo en cuenta los inconvenientes comentados anteriormente, la presente invención proporciona un sistema de una etapa muy rentable para tratar aguas cloacales no depuradas de manera sostenible, especialmente a temperaturas submesófilas (es decir, a bajas temperaturas: <15 °C) y/o más especialmente para aguas cloacales no depuradas que muestran cambios de condiciones submesófilas a condiciones mesófilas a lo largo del tiempo, debido a intensas fluctuaciones de temperatura (por ejemplo, entre verano e invierno o debido a cualquier otro cambio en las condiciones climáticas o las condiciones de las aguas residuales). Debe tenerse en cuenta que, trabajar a temperaturas submesófilas es solo un desafío en el campo técnico del tratamiento de aguas residuales, porque la actividad biológica es menor en esas condiciones climáticas. Sin embargo, el mayor desafío para cualquier experto en la materia es la fluctuación de las temperaturas entre el verano y el invierno, no únicamente por el impacto térmico en el proceso, sino también porque la diversidad de la comunidad microbiana que crece a bajas temperaturas tiene una composición diferente a la que crece a altas temperaturas, y no existe ningún sistema conocido en el campo que muestre la flexibilidad que sería necesaria para adaptarse al proceso de unas condiciones a las otras.
Sumario de la invención
La presente invención, de acuerdo con la reivindicación 1, se refiere a un dispositivo de una etapa para tratar aguas residuales, tales como aguas cloacales no depuradas, hecho esencialmente de una combinación de un reactor de UASB con un digestor, que comprende un elemento de partición que se divide y conecta entre sí. "Una etapa" debe entenderse como un dispositivo que puede tratar las aguas residuales simultáneamente con el lodo generado en el proceso en un solo tanque, es decir, en una sola etapa combinada.
Las aguas cloacales tienen más preferentemente una temperatura por debajo de la submesófila (<15 °C) y/o muestran cambios a lo largo del tiempo entre condiciones submesófilas (<15 °C) y condiciones mesófilas (>15 °C) debido a fluctuaciones significativas de temperaturas. Fluctuaciones "intensas" o "significativas" significa una fluctuación que varía de ±7,5 °C en relación con una temperatura media; es decir, la temperatura media puede ser cualquier temperatura igual o inferior a 15 °C o superior a 15 °C, por ejemplo 20 °C, de tal manera que la temperatura de las aguas cloacales puede variar con el tiempo entre 12,5 °C y 27,5 °C.
Para mejorar los sistemas de la técnica anterior, el dispositivo de una etapa combina un reactor de UASB pulsante con un digestor anaeróbico de sólidos no calentado ubicado en la parte inferior del reactor de UASB (es decir, debajo del reactor, en forma de "torre"). "No calentado" debe entenderse como "en ausencia de medios de calentamiento (para los sólidos)", es decir, el digestor está configurado para funcionar a temperatura ambiente, que es la temperatura del flujo de aguas residuales a tratar, sin la necesidad de calor externo/adicional. De esta manera, los lodos producidos durante el proceso dentro del reactor de UASB se recirculan hacia abajo al digestor (no calentado) ubicado debajo, en donde los sólidos en suspensión de aguas residuales capturados en el reactor de UASB se convierten posteriormente en metano.
Por lo tanto, la presente invención se refiere esencialmente a un dispositivo de una etapa para tratar aguas cloacales no depuradas a través de una acción de reactor de UASB-digestor anaeróbico combinada, que comprende:
- un tanque o recipiente dividido en dos cámaras, en donde
o una primera cámara está en la sección superior del tanque (también denominada cámara superior), y es una cámara de reactor de UASB que tiene un lecho de lodo en la parte inferior de la cámara, un separador de tres fases en la parte superior de la cámara, y un dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales por pulsos externo que tiene un tanque de alimentación, configurado para alimentar y mezclar la cámara de reactor de UASB por pulsos, hacer que el afluente pase a través del lecho de lodo de la cámara de reactor de UASB; y
o una segunda cámara está en la sección inferior del tanque y es una cámara de digestor anaeróbico no calentada (es decir, en ausencia de medios de calentamiento para las aguas cloacales), que se encuentra en el fondo del tanque, es decir, debajo de la cámara de reactor de UASB, y está configurada para recibir e hidrolizar los sólidos atrapados que se acumulan en el lecho de lodo de la cámara de reactor de UASB superior;
en donde ambas cámaras están divididas y conectadas a través de
- al menos una partición inclinada de deflector, configurada para separar la cámara de reactor de UASB superior de la cámara de digestor anaeróbico inferior, y para recoger el biogás generado en la cámara de digestor anaeróbico y el lodo generado en la cámara de reactor de UASB; y
- medios para reciclar el lodo desde la cámara de digestor anaeróbico a la cámara de reactor de UASB, que comprenden una bomba de elevación por gas, un separador de gas-lodo y una tubería de reciclaje de lodo. La bomba de elevación por gas eleva el lodo desde la cámara de digestor anaeróbico hasta el separador de gaslodo, con la energía proporcionada por el biogás producido en la cámara de digestor, y la tubería de reciclaje de lodo envía los lodos desde el separador de gas-lodo al tanque de alimentación por pulsos por gravedad; y en donde el dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales por pulsos de la cámara de reactor de UASB también está configurado para agitar/mezclar la cámara de digestor anaeróbico, que comprende dos válvulas que, de manera alterna, dejan pasar el flujo de aguas residuales y lodos desde el tanque de alimentación a la cámara de reactor de UASB o desde el tanque de alimentación a la cámara de digestor anaeróbico; que también comprende medios de derivación para (de manera alterna) inyectar el flujo de aguas residuales y lodos desde el tanque de alimentación del dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales por pulsos externo directamente al separador de tres fases (es decir, sin pasar el afluente a través del lecho de lodo del reactor de UASB), que comprende: una tubería de derivación de UASB y una válvula, para operar el reactor de UASB como un tanque Imhoff, es decir, como una cámara de sedimentación para las aguas cloacales y un digestor anaeróbico para los sólidos, evitando el lavado de biomasa cuando hay picos de flujo (por ejemplo, episodios de lluvia). El dispositivo de una etapa también comprende medios de control (20) que actúan cerrando o abriendo las válvulas.
El dispositivo de reactor-digestor combinado de una etapa que tiene una partición de pendiente está configurado preferentemente para tratar aguas cloacales no depuradas a bajas temperaturas (<15 °C), también denominadas temperaturas submesófilas, y/o aguas cloacales no depuradas que muestran intensas fluctuaciones de temperatura, independientemente de la temperatura ambiente (puede ser temperaturas submesófilas o mesófilas) como se ha definido anteriormente, principalmente debido a las condiciones climáticas, por ejemplo, cambios entre verano e invierno.
El dispositivo reivindicado proporciona tasas óptimas de tratamiento de aguas residuales. Las principales ventajas de la presente invención son:
• proporcionar un reactor de UASB implementado que funciona como un sistema de una etapa, optimizar la retirada de COD soluble y la hidrólisis de los sólidos atrapados acumulados en el lecho de lodo, y que da como resultado una baja producción de exceso de lodo;
• proporcionar un dispositivo de bajo coste de mantenimiento tal como el tanque Imhoff, así como reactores UASB pulsantes, evitando el uso de los equipos electromecánicos necesarios para conectar el reactor de UASB y el digestor en la técnica anterior (bombas, mezcladores, etc.);
• permitir el uso de biomasa granular, aumentando por tanto la eficiencia del proceso, evitando el uso de bombas electromecánicas comúnmente usadas en dispositivos de UASB-digestor de la técnica anterior que provocan la rotura de gránulos;
• reducir la huella en un único recipiente como lo hacen los tanques Imhoff y el UASB pulsante, en lugar de dos dispositivos conectados como en el UASB-digestor de la técnica anterior;
• llevar a cabo el proceso completo en el intervalo de temperatura submesófila, retirar el consumo de energía del calentamiento del digestor anaeróbico como en los dispositivos de UASB-digestor de la técnica anterior; y • operar como un tanque Imhoff durante los flujos pico para evitar el lavado de biomasa.
En total, el dispositivo puede funcionar como un reactor de UASB, o como un digestor, o como un tanque Imhoff, que tiene las siguientes ventajas adicionales:
- la separación sólido-líquido y la estabilización de lodos se combinan en una única unidad;
- resistente contra flujos orgánicos y pico;
- no tiene partes móviles/equipo electromecánico, es decir, mezcladores mecánicos, bombas, etc.;
- ofrece en este momento, una buena solución para el manejo y digestión de sólidos;
- proporciona una digestión anaeróbica no calentada, es decir, no hay necesidad de medios de calentamiento para el lodo, y el proceso puede llevarse a cabo a la temperatura ambiente del flujo de entrada, incluso si es una temperatura baja (<15 °C); y
- bajos costes de operación.
El tiempo de retención mínimo de sólidos/lodos (SRT) requerido para la hidrólisis es el criterio de diseño principal (Figura 2, estado de la técnica - Referencia: Environmental Anaerobic Technology, págs. 59-89 (2010) Anaerobic Sewage Treatment using UASB Reactors: Engineering and Operational Aspects Jules B. van Lieret al.),estando directamente vinculado a la cantidad, viable, biomasa activa y la capacidad del reactor para hidrolizar los sólidos atrapados que se acumulan en el lecho de lodo.
El SRT del biorreactor de UASB se estima a partir de la producción de lodo promedio por m3 de volumen de reactor de UASB por día (dXpROM/dt) y la concentración promedio del manto de lodo (X<prom>) del módulo sobre la altura total (UASB):
La producción promedio de lodo por m3 de reactor por día (dXpROM/dt) se calcula mediante:
en la que:
• HRT = tiempo de retención hidráulica en el reactor de UASB (días)
La producción de lodo orgánico por m3 de aguas residuales (P aguas residuales,<v s s>) se puede calcular basándose en la conversión de COD biodegradable (BCOD) y la acumulación de sólidos en el lecho de lodo:
en la que:
• Y<tot>es el coeficiente de rendimiento para la conversión de BCOD en bacterias (kg VSS/kg BCOD) TSSretirado es los sólidos retirados por m3 de aguas residuales (kg/m3)
• A in es el porcentaje de cenizas de los sólidos de aguas residuales (%)
• Z es el porcentaje del VSS en las aguas residuales que se degrada durante su estancia en el reactor de UASB.
En el caso de la presente invención, los lodos producidos en la cámara de reactor de UASB tienen un SRT adicional en la cámara de digestor anaeróbico no calentado, que se añade al SRT parcial de la cámara de reactor de UASB para obtener el SRT total requerido:
Se obtuvo que, para alcanzar el SRT mínimo requerido para el tratamiento de hidrólisis de aguas residuales municipales comunes a las temperaturas descritas en el presente documento, la cámara de digestor anaeróbico tiene preferentemente un volumen efectivo que varía del 40 % al 60 % del volumen total de todo el tanque (es decir, combinando el volumen de la sección o cámara superior y la sección o cámara inferior del dispositivo). De esta manera, la invención proporciona un tiempo de retención de lodo superior a 140 días en el sistema total cuando las temperaturas son iguales o inferiores a 15 °C (entendido como "temperaturas bajas o submesófilas" en el alcance de la invención). Este resultado técnico es el factor clave para determinar la ubicación de los deflectores que dividen el tanque en dos partes y separan la cámara de reactor de UASB de la cámara de digestor. Este largo tiempo de retención para sólidos, de 140 días a un año, junto con el proceso de digestión no calentado adicional proporcionado por el digestor y la recirculación de lodos desde la cámara de digestor a la cámara de reactor de UASB fomentan una gran diversidad de comunidades microbianas estables, tanto submesófila como mesófila y, como consecuencia, una mejor adaptación rápida a las fluctuaciones de temperatura durante todo el año. Este es un factor clave del funcionamiento del dispositivo reivindicado.
La sección superior del tanque divulgada en la presente invención, que es la cámara de reactor de UASB, es como se define y conoce en la técnica anterior por cualquier experto en el campo de los tratamientos de agua, tales como tratamientos de aguas residuales urbanas. Por ejemplo, se sabe que los reactores de UASB convencionales normalmente comprenden un lecho de lodo fluidizado/expandido granular o floculante, un separador de tres fases, un digestor que tiene desviadores en la parte superior del mismo, tales como deflectores, un colector de gas y vertederos de efluente para la salida de los desbordamientos de aguas residuales, entre otros elementos. Preferentemente, la cámara de reactor de la presente invención comprende un lecho de lodo fluidizado granular o floculante.
Como ya se ha divulgado, esta cámara de reactor de UASB comprende un dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales configurado para alimentar la cámara de reactor de UASB mediante pulsos. Es decir, es un tipo de reactor de UASB pulsante. En la realización más preferida, la cámara de reactor de UASB es igual al reactor divulgado en la patente EP3009408 A1, en donde comprende un dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales configurado para alimentar el reactor de UASB mediante pulsos (modo de''alimentación de UASB")como se describe en dicha patente. Este afluente preferido, el dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales no presurizadas para el tratamiento de aguas cloacales no depuradas en reactores de UASB comprende:
- un tanque de alimentación de aguas residuales externo, ubicado fuera de la cámara de reactor de UASB y por encima del nivel de agua del reactor, que tiene un volumen de aguas residuales efectivo para generar pulsos por gravedad que varía del 0,5 % al 1,5 % del volumen total de la cámara de reactor, estando dicho volumen efectivo dentro del tanque a una altura entre un nivel mínimo de aguas residuales Hmín igual o superior a 0,5 m y un nivel máximo de aguas residuales Hmáx igual o inferior a 2,5 m por encima del nivel del agua del reactor, siendo Hmáx siempre mayor que Hmín para producir la energía hidráulica del pulso; y teniendo el tanque de alimentación una entrada superior así como una salida en la parte inferior para las aguas residuales; y estando conectado a la cámara de reactor a través de
- un colector de entrada, que en un extremo conecta hacia abajo la salida del tanque de alimentación con - una o más cadenas de distribución de aguas residuales en un segundo extremo, teniendo cada cadena de distribución una válvula controlable automáticamente por el nivel de aguas residuales efectivo dentro del tanque de alimentación, estando la cadena o cadenas enterradas en el lecho de lodo dentro de la cámara de reactor para distribuir los pulsos de aguas residuales a la parte inferior de la cámara de reactor a través de
- boquillas de inyección que tienen un punto de descarga hacia abajo ubicado a una altura de entre 200 y 300 mm desde la parte inferior de la cámara de reactor para evitar zonas muertas y pérdidas de energía, y - un sensor de nivel de agua para medir el nivel mínimo de aguas residuales efectivo Hmín y el nivel máximo de aguas residuales efectivo Hmáx dentro del tanque de alimentación (externo), que puede enviar una señal a los medios de control que actúan cerrando o abriendo la válvula.
La distancia a la que se ubica el punto de descarga de las boquillas de inyección con respecto al fondo del lecho de lodo dentro de la cámara de reactor contribuye significativamente a la forma en que el dispositivo de inyección fomenta un lecho de lodo fluidizado/expandido, mejorando por tanto el contacto lodo-agua residual. La distancia depende del tamaño de la cámara de reactor y de todo el diseño del dispositivo de inyección. En un caso preferido, dicho punto de descarga está a una altura de entre 200 y 300 mm desde (por encima) del fondo de la cámara de reactor.
Además, la densidad de las boquillas, es decir, el número de boquillas en la cadena o cadenas también varía dependiendo del tamaño de la cámara de reactor; en una realización preferida, el número se calcula para obtener una densidad de 1 boquilla por 4-5 m2 área superficial de la cámara de reactor (es decir, en un caso preferido, el dispositivo de inyección comprende 1 boquilla por 4-5 m2 área superficial de cámara de reactor); esta es una densidad significativamente menor en comparación con los reactores de UASB convencionales, debido a flujos de descarga superiores. Además, el diámetro de la boquilla se calcula para obtener una velocidad de salida apropiada de las aguas residuales. Por ejemplo, en una realización preferida, el diámetro de la boquilla permite una velocidad de salida de 3 5 m/s, lo suficientemente alto para evitar la obstrucción en el punto de descarga del mismo.
Gracias a dicha configuración del dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales dentro de la cámara de reactor, el tanque de alimentación acumula energía hidráulica en forma de lo que se denominavolumen de aguas residuales efectivo,que es un volumen parcial y específico del volumen total del tanque de alimentación que determina la cantidad de agua de un pulso generado cuando la válvula automática está abierta. El volumen efectivo dentro del tanque de alimentación, que debe variar entre el 0,5 % y el 1,5 % del volumen total de la cámara de reactor, se define por un nivel de aguas residuales efectivo superior (máximo) Hmáx y un nivel de aguas residuales efectivo inferior (mínimo) Hmín, de tal manera que la energía hidráulica (volumen efectivo) se libera en forma de pulsos de aguas residuales y dichos pulsos fluyen hacia abajo a través del colector de entrada drenándolo con las válvulas automáticas que están abiertas cuando el volumen efectivo dentro del tanque de alimentación alcanza un altura o nivel máximo específico (Hmáx) hasta 2,5 m por encima del nivel del agua dentro de la cámara de reactor. De lo contrario, el pulso de flujo de aguas residuales finaliza cuando el volumen efectivo de aguas residuales dentro del tanque de alimentación alcanza una altura o nivel mínimo Hmín nunca por debajo de 0,5 m por encima del nivel del agua dentro de la cámara de reactor. Es decir, la energía hidráulica del pulso de agua residual depende de la diferencia entre el nivel de altura máximo y el nivel de altura mínimo alcanzado por el agua residual dentro del tanque que define el volumen efectivo, tanto Hmáx como Hmín son siempre diferentes y nunca iguales. El nivel de altura máximo alcanzado por el volumen efectivo de aguas residuales (que también puede denominarse "volumen de ecualización efectivo") dentro del tanque de alimentación actúa como una "alarma" de nivel alto que abre la válvula para producir el pulso de aguas residuales; en ese momento, el volumen efectivo está lleno. La Hmáx preferentemente varía de 1,5 a 2,5 m por encima del nivel de agua de reactor. El nivel de altura mínima actúa como un nivel de "corte" que cierra la válvula, ya que en ese momento no queda ningún volumen efectivo dentro del tanque, y el tanque necesita ser rellenado; la Hmín preferentemente varía de 0,5 a 1,5 m por encima del nivel de agua de cámara de reactor.
En una realización preferida particular de la invención, el dispositivo de inyección comprende medios para medir los niveles de aguas residuales mínimo y máximo efectivos dentro del tanque de alimentación, que controlan automáticamente la válvula o válvulas, es decir, abriendo o cerrando. Particularmente, en un caso preferido, la válvula o válvulas se controlan automáticamente por medio de un sensor de nivel de agua que mide el nivel de agua efectivo dentro del tanque de alimentación (los niveles mínimo y máximo) y envía una señal a los medios de control (por ejemplo, PLC o controlador lógico programable, que puede comprender un transmisor y un controlador) que actúa sobre la válvula, en particular, el sensor de nivel de agua mide el nivel de agua residual dentro del tanque de alimentación y envía una señal al sistema de control para cerrar automáticamente la válvula cuando el nivel de agua efectivo alcanza Hmín, y para abrir automáticamente la válvula cuando el nivel del agua alcanza Hmáx, es decir, es posible que solo se incluya un sensor de nivel de agua en el dispositivo de inyección y mezcla para medir tanto, el nivel mínimo efectivo y el nivel máximo efectivo. No obstante, también se pueden usar un primer y un segundo sensores de nivel para medir el nivel mínimo y el nivel máximo, respectivamente. El sensor de nivel puede ubicarse dentro o fuera del tanque de alimentación para medir el nivel de aguas residuales.
En el caso de la presente invención, el dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales está adaptado para mezclar tanto, la cámara de reactor de UASB en la sección superior del tanque como la cámara de digestor en la sección inferior del tanque, pero no al mismo tiempo; también está claro que dicho dispositivo está configurado para alimentar únicamente la cámara de reactor, pero no la cámara de digestor. Para operar de esta manera, el afluente, el dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales no presurizado divulgado en la patente EP3009408 A1 también comprende, en el caso de la presente invención:
- un colector de entrada, conectado a la salida del tanque de alimentación en un extremo y a
- una cadena de distribución de digestor en el otro extremo; conectando dicha cadena
- una válvula automática fuera de la cámara de digestor con el interior de la misma, y que está enterrada en - un lecho de lodo de la cámara de digestor anaeróbico, ubicado en la parte inferior de dicha cámara de digestor (es decir, por encima del fondo de la misma); y teniendo también
- boquillas de inyección que forman parte de la cadena de distribución del digestor y que están ubicadas a una altura de entre 200 y 300 mm desde el fondo de la cámara de digestor anaeróbico.
Todas las especificaciones divulgadas para las cadenas, boquillas, válvulas y otros elementos de la cámara de reactor también son equivalentes y aplicables a los de las cadenas, boquillas, válvulas y otros elementos de la cámara de digestor.
La al menos una partición inclinada de deflector comprendida en el dispositivo de reactor-digestor de UASB combinado está configurada para a) dividir el tanque del dispositivo en dos cámaras: una cámara de reactor de UASB superior (en la sección superior del tanque) y una cámara de digestor anaeróbico inferior (ubicada en la sección inferior del tanque), mientras que b) permite la recirculación de sólidos y lodos entre las dos cámaras, y también c) para recoger el biogás producido dentro de la cámara de digestor. En una realización particular, el dispositivo comprende únicamente una partición inclinada de deflector hecha de un par de deflectores, que separan las cámaras: un primer deflector unido a una pared lateral de la cámara principal y enfrentado a un segundo deflector, que es más largo que el primer deflector (preferentemente de 0,2 a 0,5 m más largo), y que está unido a la pared lateral opuesta de la cámara, estando ambos deflectores inclinados hacia abajo con respecto al plano perpendicular del eje axial. La pendiente de los deflectores tiene un ángulo que varía entre 50° y 60° con respecto al plano perpendicular del eje axial, y que tiene una separación en la parte inferior de los deflectores (preferentemente, entre 0,1 y 0,3 m de distancia) que configura una abertura para permitir que los sólidos y los lodos se asienten. De esta manera, los sólidos y lodos generados dentro de la cámara de reactor de UASB caen al digestor anaeróbico a través de tal abertura formada entre los dos deflectores, llegando a una recirculación desde la cámara de reactor de UASB a la cámara de digestor anaeróbico. Al mismo tiempo, ya que un deflector es más largo que el opuesto, se mantiene el biogás producido en la cámara de digestor y no puede entrar en la cámara de reactor de UASB, por lo tanto, dicho biogás se recoge por la tubería de elevación por gas de los medios de elevación por gas.
En otra realización particular, el dispositivo comprende más de una partición inclinada de deflector, es decir, múltiples particiones inclinadas de deflector, cada una hecha de un par de deflectores que tienen la misma pendiente que la divulgada en la realización anterior. En cada par de deflectores, un deflector es más grande que el otro, como se ha comentado anteriormente, y cada par de deflectores está unido al opuesto. El número de pares de deflectores depende del tamaño y las dimensiones del tanque de dispositivo. Cuanto mayor sea el número de pares de deflectores, menor será la altura de dichos deflectores, por lo que la cámara del reactor puede ser inferior, y el coste se reduce.
El al menos un par de particiones de pendiente de deflector está ubicado en una posición del dispositivo de este tipo (es decir, en una altura del tanque de este tipo) para que la cámara de digestor anaeróbico inferior tenga un volumen efectivo que varía del 40 % al 60 % del volumen total del dispositivo de digestor anaeróbico UASB de una etapa combinado (es decir, del tanque). Para lograr este volumen efectivo, la pendiente del par de deflectores varía de 50° a 60° con respecto al plano perpendicular del eje axial, lo que da como resultado un volumen efectivo del volumen total de todo el dispositivo que varía del 40 % al 60 %.
Los medios de reciclaje de lodo comprenden una bomba de elevación por gas (también denominada bomba de elevación por aire en el alcance de la presente invención), un separador de gas-lodo y una tubería de lodos configurada para enviar los lodos desde la cámara de digestor al tanque de alimentación por pulsos. La bomba de elevación por gas opera con el biogás generado en la cámara de digestor anaeróbico, que se recoge por el al menos un par de particiones de pendiente de deflector, específicamente, gracias a la diferencia de tamaño entre el primer y el segundo deflectores como se ha explicado anteriormente. El biogás es conducido por la partición de pendiente de deflector a la parte inferior de la tubería de lodos, que transporta los lodos. Por flotabilidad el biogás, que tiene una densidad inferior que los lodos, sube (rápidamente). Por la presión de fluido, los lodos se toman en el flujo de biogás ascendente y se mueven en la misma dirección que el biogás. De esta manera, después de que el proceso de digestión anaeróbica se lleve a cabo dentro de la cámara de digestor, los lodos de dicha digestión anaeróbica se envían de vuelta a la cámara de reactor de UASB a través del sistema de reciclaje de lodo.
Ciertos tipos de aguas residuales dan como resultado lodos granulados, que son beneficiosos para aumentar las velocidades de tratamiento. Cuando hay gránulos presentes en el lecho de lodo de la cámara de reactor, dichos gránulos caen al digestor a través de la partición de deflector, y más tarde en la tubería de elevación por gas que eleva los gránulos dentro de la cámara de digestor anaeróbico sin dañarlos, a diferencia de las bombas mecánicas. Gracias a dicho sistema de reciclaje de lodo, los lodos estabilizados se devuelven desde la cámara de digestor anaeróbico a la cámara de reactor de UASB, en donde dichos lodos continúan capturando sólidos orgánicos de aguas residuales y, al mismo tiempo, dichos lodos suministran biomasa metanogénica a la cámara de reactor de UASB para la conversión de la COD soluble en las aguas residuales.
Los medios de derivación comprenden un sensor de caudalímetro ubicado en la tubería de entrada para medir el flujo afluente; una tubería de derivación de UASB y una válvula de derivación de UASB. El caudalímetro está configurado para detectar flujos pico de aguas residuales afluentes y enviar una señal a los medios de control configurados para cerrar la válvula de alimentación de la cámara de reactor de UASB (que se conecta a la cadena de distribución) y abrir la válvula de derivación de UASB que comunica directamente el tanque de alimentación de pulsos al separador de tres fases de la cámara de reactor AUSB ubicada en la parte superior del mismo. Este medio de derivación permite que el sistema opere como un tanque Imhoff en un modo de alimentación continua, sin pulsos, es decir, evitando el lavado de biomasa cuando hay flujos pico, por ejemplo, episodios de lluvia (que aumenta significativamente el flujo de entrada).
La presente invención también se refiere a un método para el tratamiento de aguas cloacales no depuradas usando el dispositivo de reactor-digestor de UASB combinado de la presente invención, en donde dicho método comprende: a) alimentar la cámara de reactor de UASB y generar un pulso ("modo de alimentación de UASB", como el dispositivo del estado de la técnica del documento EP3009408 A1) mediante:
a.1) alimentar el tanque del dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales con un flujo de aguas residuales y con lodos generados dentro de la cámara de reactor de UASB y digeridos en la cámara de digestor anaeróbico, alimentados a la cámara de reactor de UASB a través de la tubería de lodos reciclados;
a.2) abrir automáticamente (únicamente) la válvula de cámara de reactor de alimentación, mientras la válvula de derivación de UASB y la válvula de mezcla de digestor están cerradas, por medio del sensor de nivel de agua para medir el nivel de aguas residuales Hmín mínimo efectivo y el nivel de aguas residuales Hmáx máximo efectivo dentro del tanque de alimentación, que envía una señal a los medios de control de la válvula de cámara de reactor de alimentación cuando el volumen efectivo dentro del tanque de alimentación alcanza el nivel máximo Hmáx para generar un pulso de flujo de aguas residuales por gravedad que pasa a través del colector de entrada que conecta la salida del tanque de alimentación con la cadena de distribución, inyectando por tanto dicho pulso de aguas residuales en la cámara de reactor de lecho de lodo;
a.3) distribuir el pulso de aguas residuales desde la cadena de distribución hasta el fondo del lecho de lodo de la cámara de reactor a través de las boquillas de inyección, por gravedad; y
a.4) cerrar automáticamente la válvula de cámara de reactor de alimentación por medio del sensor de nivel de agua que envía una señal a los medios de control cuando el volumen efectivo dentro del tanque de alimentación alcanza el nivel mínimo Hmín para cortar el pulso;
b) mezclar la cámara de digestor anaeróbico ("modo de mezcla de digestor") por pulsos, mediante:
b.1) alimentar el tanque del dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales con un flujo de aguas residuales y con los lodos generados dentro de la cámara de reactor de UASB y digeridos en la cámara de digestor anaeróbico, alimentados a la cámara de reactor de UASB a través de la tubería de lodos reciclados;
b.2) abrir automáticamente la válvula de mezcla anaeróbica, mientras que la válvula de derivación de reactor de UASB y la válvula de alimentación de reactor de UASB están cerradas, por medio del sensor de nivel de agua para medir el nivel de aguas residuales Hmín mínimo efectivo y el nivel de aguas residuales Hmáx máximo efectivo dentro del tanque de alimentación, que envía una señal a los medios de control de la válvula de mezcla anaeróbica cuando el volumen efectivo dentro del tanque alcanza el nivel máximo Hmáx para generar un pulso de flujo de aguas residuales por gravedad que pasa a través del colector de entrada que conecta la salida del tanque de alimentación con la cadena de distribución de digestor, inyectando por tanto dicho pulso de aguas residuales y lodos en la cámara de digestor anaeróbico; b.3) distribuir el pulso de aguas residuales y lodos desde la cadena de distribución anaeróbica hasta el fondo de la cámara de digestor anaeróbico a través de las boquillas de inyección, por gravedad; y b.4) cerrar automáticamente la válvula de mezcla de digestor por medio del sensor de nivel de agua que envía una señal a los medios de control cuando el volumen efectivo dentro del tanque de alimentación alcanza el nivel mínimo Hmín para cortar el pulso.
Se deriva claramente de la lectura de este texto para cualquier experto en la materia, que alimentar el tanque del dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales con lodos generados dentro de la cámara de reactor de UASB y digeridos en la cámara de digestor anaeróbico únicamente es posible una vez que se producen los lodos en la cámara de reactor USAB y a continuación caen a la cámara de digestor para ser digeridos.
En una realización preferida, la etapa b), que resulta del cierre de la válvula de cámara de reactor de alimentación y de la apertura de la válvula de mezcla de cámara de digestor anaeróbico, se activa de una vez cada dos horas a una vez cada hora. Preferentemente, el sensor de nivel de agua se controla mediante medios de control (controlador lógico programable) que conmutan de un pulso a otro, es decir, modo de''alimentación de UASB',modo de "derivación de UASB" o a modo de"mezcla de digestor anaeróbico".
En un tercer modo opcional (modo de "derivación de UASB"), el sistema opera como un tanque Imhoff, es decir, como una cámara de sedimentación para las aguas cloacales y un digestor anaeróbico para los sólidos, debido a que las aguas residuales afluente no pasan a través del lecho de lodo de la cámara de reactor, sino al separador de tres fases ubicado en la parte superior de la cámara de reactor de UASB, que comprende las siguientes etapas:
c. 1) alimentar el tanque del dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales con un flujo de aguas residuales, y con los lodos generados dentro de la cámara de reactor de UASB y digeridos en la cámara de digestor anaeróbico alimentados a la cámara de reactor de UASB a través de la tubería de lodos reciclados;
c.2) Medir el flujo afluente mediante un sensor de caudalímetro, configurado para enviar una señal a los medios de control cuando se detecta un flujo pico afluente para abrir la válvula de derivación de UASB mientras se cierra la válvula de cámara de reactor de alimentación y la válvula de mezcla de cámara de digestor;
c.3) distribuir el flujo de aguas residuales y lodos desde el tanque de alimentación directamente al separador de tres fases en la parte superior de la cámara de reactor de UASB, por la tubería de derivación de UASB.
Gracias a dicha realización alternativa, el separador de tres fases ubicado en la parte superior de la cámara de reactor de UASB opera como una cámara de sedimentación que separa de una parte los sólidos y los lodos que caen a través del lecho de lodo y la al menos una partición inclinada de deflector hasta la cámara de digestor anaeróbico, y, por otra parte, el efluente clarificado con el vertedero de desbordamiento de agua.
El modo de "derivación de UASB" opera sin pulsos en un modo de alimentación continua por gravedad.
Breve descripción de los dibujos
LaFigura 1a (técnica anterior)Tanque Imhoff, como se describe en los antecedentes de la invención. Este sistema sería similar a la segunda cámara en la parte inferior del tanque de dispositivo de la presente invención.
(1) Aguas residuales afluentes
(2) Separador (separador de asentamiento)
(3) Apertura de deflector
(4) Partición inclinada de deflector
(5) Digestor anaeróbico
(6) Lodos residuales
(7) Efluente
El agua residual afluente (1) entra en una sección superior conocida como el separador de asentamiento (2) y una sección inferior conocida como el compartimento de digestor anaeróbico (5). El asentamiento de los sólidos se produce en una cámara superior (2) y la digestión de los sólidos en la cámara inferior (5). Las dos cámaras están separadas por una partición inclinada de deflector (4) que contiene aperturas de deflector estrechas (3) a través de las que pasan los sólidos a la cámara inferior. Los sólidos se asientan en la cámara de sedimentación superior (2) y fluyen gradualmente hacia la cámara de digestión inferior (5). En la cámara de digestión (5), los sólidos se acumulan y se digieren lentamente. Por diseño, se evita que el gas y la escoria entren en la cámara de sedimentación debido a las aberturas de deflector estrechas (3) que impiden que el gas y las partículas de lodo entren en la cámara de sedimentación que "remueven" los sólidos. La línea que tiene un espesor normal ilustra los elementos del dispositivo; la línea con alto espesor ilustra el flujo de aguas residuales; y la línea discontinua ilustra el nivel de agua dentro del digestor.
LaFigura 1b (técnica anterior)ilustra una representación esquemática del reactor de tipo lecho de lodo anaeróbico de flujo ascendente (reactor de UASB), como en la patente EP 3009408 A1, con el dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales afluente. Este sistema sería similar a la primera cámara en la parte superior del tanque de dispositivo de la presente invención.
(I) Aguas residuales afluentes
(7) Efluente
(8) Separador de tres fases
(9) Vertedero de desbordamiento de agua
(10) reactor de UASB
( I I ) Tubería para biogás de UASB
(12) Tanque de alimentación de pulsos
(13) Entrada
(14) Salida
(15) Colector de entrada
(16) Válvula de reactor de alimentación
(17) Cadena de distribución de reactor
(18) Boquillas de inyección de reactor
(19) Sensor de nivel
(20) Control de nivel de válvula
(21) Lecho de lodo
(22) Deflector
La Figura 1b muestra un reactor de UASB (10) alimentado con un flujo de agua residual afluente (1) y que tiene un dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales afluentes externo particular, usado en un reactor anaeróbico del tipo de USAB para fluidizar el lecho de lodo (21) con aguas cloacales sin depurar y que funciona a temperaturas submesófilas. El dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales comprende un tanque de alimentación por pulsos y no presurizado (12). El tanque (12) se alimenta con un flujo de aguas residuales (1) a través de una entrada (13) ubicada en el lado superior del mismo, normalmente bombeando el flujo (1). El agua residual se acumula en el tanque (12) hasta que alcanza una altura máxima Hmáx dentro del tanque. A continuación, una válvula (16) se controla automáticamente mediante un sensor de nivel de agua sin contacto (19) que está conectado a los medios de control (20) (controlador lógico programable), de tal manera que se genera un flujo de aguas residuales en forma de pulso con un volumen igual al volumen efectivo acumulado dentro del tanque por gravedad a través de un colector de entrada (15) que conecta en un extremo la salida (14) del tanque de alimentación (12) con una cadena de distribución (17) en el otro extremo por medio de la válvula (16), permitiendo dicha válvula (16) que el pulso de aguas residuales pase a través de ella y entre en el reactor. La cadena de distribución (17) conecta la válvula automática (16) fuera del reactor con el interior del mismo, enterrándose en el lecho de lodo (21). El pulso de aguas residuales se inyecta a continuación desde la cadena de distribución (17) al fondo del reactor a través de boquillas de inyección (18) que forman parte de la cadena de distribución (17) y que están ubicadas por encima de la parte inferior del reactor (es decir, la parte inferior del lecho de lodo (21)). La válvula (16), controlada automáticamente por el sensor de nivel de agua (19), se cierra cuando el nivel de aguas residuales dentro del tanque de alimentación (2) alcanza una altura inferior Hmín por encima del nivel del agua dentro del reactor y estando siempre por encima de la salida de la entrada del tanque de alimentación (14) para evitar el arrastre de burbujas de aire en el reactor. Los pulsos generados con un dispositivo de este tipo producen un flujo en el colector de entrada (15) que es de 25 a 80 veces mayor que el flujo de agua residual afluente (1), creando por tanto suficiente energía para expandir el lecho (21) por gravedad.
El resto de la configuración mostrada en la Figura 1b es idéntica a los reactores de UASB convencionales, el reactor comprende además el citado lecho de lodo granular o floculante fluidizado/expandido (21), un desviador convencional (22), tales como deflectores; un separador de tres fases (8), vertederos de efluente (9) para la salida del efluente (es decir, flujo de agua tratada (7)), y un colector de gas para el flujo de biogás (11). De esta manera, el agua residual inyectada con el dispositivo reivindicado pasa a través del lecho de lodo (21), y, a continuación, luego la biomasa, el agua tratada (efluente) y el biogás se separan en la parte superior del digestor mediante un deflector convencional, es decir, los vertederos de efluente (9) y el separador de tres fases (8). Es decir, se recoge el flujo de gas (11), la biomasa se asienta de nuevo al volumen activo del reactor mientras que el flujo de agua tratada (7) sale del reactor a través de una salida de efluente ya que el agua se desborda a través del vertedero o vertederos (9).
La línea que tiene un espesor normal ilustra los elementos del dispositivo; la línea con alto espesor ilustra el flujo de aguas residuales; y la línea discontinua ilustra el nivel de agua dentro del reactor.
LaFigura 1c (técnica anterior)UASB-digestor de dos etapas como se describe en los antecedentes de la invención. (1) Aguas residuales afluentes
(6) Lodos residuales
(7)Efluente
(10) reactor de UASB
(11) Tubería para biogás de UASB
(23) Digestor anaeróbico calentado a 35 °C
(24) Bomba de afluente
(25) Bomba de reciclaje de lodo del UASB
(26) Bomba de reciclaje de lodo del digestor
(27) Mezclador mecánico
(28) Palas
(29) Tubería para biogás del digestor
Este sistema trata el flujo de entrada de aguas residuales (1) que entra en un reactor de UASB (10) mediante una bomba (24). Los lodos de UASB se recirculan a través de un digestor calentado a 35 °C (23) mediante una bomba electromecánica (25) en donde los sólidos suspendidos en aguas residuales, capturados en el reactor de UASB (10) se convierten en biogás (29). Los lodos de digestor estabilizados se devuelven al reactor de UASB mediante una bomba (26) donde continúa capturando sólidos orgánicos de aguas residuales y, al mismo tiempo, suministra biomasa metanogénica al reactor de UASB (10) para la conversión de la COD soluble en las aguas residuales para producir biogás adicional (11) y un efluente tratado final (7). Un mezclador mecánico (27) agita la biomasa en el digestor anaeróbico calentado (23) con palas (28).
La línea que tiene un espesor normal ilustra los elementos del dispositivo; la línea con alto espesor ilustra el flujo de aguas residuales,
laFigura 2representación gráfica de SRT (tiempo de retención de sólidos/lodos) para lodos estabilizados (días) frente a temperatura (°C). SRT mínimo requerido para la hidrólisis.
LaFigura 3 (la presente invención)ilustra una representación esquemática de un dispositivo de una etapa de acuerdo con la descripción detallada de la invención, que comprende un tanque que tiene dos cámaras, una ubicada encima de la otra: una cámara de reactor de UASB superior y una cámara de digestor anaeróbico no calentada inferior ubicada en la parte inferior del mismo, ambas conectados entre sí por una partición inclinada de deflector. La línea de la figura que tiene un espesor normal ilustra los elementos del dispositivo; la flecha que tiene un espesor normal ilustra la línea de gas; la línea gruesa ilustra el flujo de aguas residuales; la línea discontinua ilustra el nivel de agua dentro del tanque; y la línea de puntos ilustra la señal de control entre elementos.
( I) Aguas residuales afluentes
(3) Apertura de deflector
(4) Partición inclinada de deflector
(4a) Primer deflector
(4b) Segundo deflector
(5) Cámara de digestor anaeróbico
(6) Lodos residuales
(7) Efluente
(8) Separador de tres fases
(9) Vertedero de desbordamiento de agua
(10) Cámara de reactor de UASB
( I I ) Tubería para biogás de la cámara de reactor de UASB
(12) Tanque de alimentación de pulsos
(13) Entrada
(14) Salida
(15) Colector de entrada
(16) Válvula de reactor de alimentación
(17) Cadena de distribución de reactor
(18) Boquillas de inyección de reactor
(19) Sensor de nivel
(20) Control de nivel de válvula
(21) Lecho de lodo
(22) Deflector
(29) Tubería para biogás de la cámara de digestor
(35) Bomba de elevación por gas
(37) Válvula de derivación de UASB
(38) Control de flujo
(39) Separador de lodos gaseosos
(40) Tubería de reciclaje de lodo
(41) Válvula de mezcla de digestor
(42) Cadena de distribución de digestor
(43) Boquillas de inyección de digestor
LaFigura 4 (la presente invención)ilustra una representación esquemática de un dispositivo de una etapa de acuerdo con la descripción detallada de la invención, que comprende una cámara de reactor de UASB con una cámara de digestor anaeróbico no calentada ubicada en el fondo, ambas conectadas por una partición inclinada de deflector hecha de múltiples pares de deflectores. La línea de la figura que tiene un espesor normal ilustra los elementos del dispositivo; la línea gruesa ilustra el flujo de aguas residuales; y la línea de puntos ilustra la señal de control entre elementos.
(3) Apertura de deflector
(4) Partición inclinada de deflector
(4a) Primer deflector
(4b) Segundo deflector
(5) Cámara de digestor anaeróbico
(6) Lodos residuales
(16) Válvula de reactor de alimentación
(17) Cadena de distribución de reactor
(18) Boquillas de inyección de reactor
(41) Válvula de mezcla de digestor
(42) Cadena de distribución de digestor
(43) Boquillas de inyección de digestor
Descripción detallada de la invención
La Figura 3 ilustra la presente invención de un dispositivo de digestor anaeróbico-reactor de UASB combinado de una etapa. En esencia, el dispositivo comprende un tanque dividido en dos secciones o cámaras: una inferior, cámara de digestor anaeróbico no calentada (5) (es decir, un digestor sin medios de calentamiento, que funciona a temperatura ambiente) ubicada en la parte inferior de la parte superior, cámara de reactor de tipo UASb (10), que es similar a la mostrada en la Figura 1b (reactor del estado de la técnica). (Únicamente) una partición inclinada de deflector (4) está comprendida dentro del tanque, y está configurada para separar dicha cámara de reactor de UASB de dicha cámara de digestor anaeróbico ubicada en la parte inferior del mismo, mientras que permite la recirculación de sólidos y lodos desde la cámara de digestor anaeróbico (5) a la cámara de reactor de UASB (10) y de vuelta a la cámara de digestor anaeróbico de nuevo (5). La partición inclinada de deflector comprende un par de deflectores (4a, 4b): un primer deflector (4a) unido a una pared lateral del tanque de dispositivo, específicamente debajo del lecho de lodo de la cámara de reactor y en la parte superior de la cámara de digestor, y enfrentado a un segundo deflector (4b) que es más largo que el primer deflector (4a) (preferentemente de 0,2 a 0,5 m más largo) y que está unido a la pared lateral opuesta del tanque de dispositivo, estando ambos deflectores (4a, 4b) inclinados hacia abajo con respecto al plano perpendicular del eje, teniendo la pendiente de los deflectores un ángulo que varía entre 50° y 60° con respecto al plano perpendicular del eje axial, y que tiene una separación en la parte inferior de los deflectores (preferentemente, entre 0,1 y 0,3 m de distancia) que configura una abertura, denominada abertura de deflector (3) para permitir que los sólidos y los lodos se asienten. La partición de pendiente de deflector (4) está ubicada en una posición tal para que la cámara de digestor anaeróbico (5) tenga un volumen efectivo que varía del 40 % al 60 % del volumen total del dispositivo de digestor anaeróbico-UASB de una etapa combinado (es decir, del tanque).
Hay una (re)circulación continua de sólidos y lodos desde la cámara de reactor de UASB (10) a la cámara de digestor anaeróbico (5) y desde la cámara de digestor anaeróbico (5) de vuelta a la cámara de reactor de UASB (10):
1) Circulación de lodos desde la cámara de reactor de UASB (10) a la cámara de digestor anaeróbico (5): los sólidos y lodos generados dentro de la cámara de reactor de UASB caen a la cámara de digestor anaeróbico (5) por la partición inclinada de deflector (4). La partición inclinada de deflector comprende un primer deflector (4a) y un segundo deflector más largo (4b) (de 0,2 a 0,5 m más largo), la pendiente del par de deflectores tiene un ángulo que varía entre 50° y 60° con respecto al plano perpendicular del eje axial, para permitir que los sólidos y los lodos se asienten, y que tiene una separación entre los dos deflectores (0,1 a 0,3 m de distancia) en la parte inferior de los mismos que configura una abertura o abertura de deflector (3).
2) Recirculación de lodos desde la cámara de digestor anaeróbico (5) al lecho de lodo (21) de la cámara de reactor de UASB (10): después del proceso de digestión anaeróbica, los lodos de la cámara de digestor anaeróbico (5) se envía de vuelta a la cámara de reactor de UASB (10) a través de los medios de reciclaje de lodo, que comprenden una bomba de elevación por gas (35), un separador de gas-lodo (39) y una tubería de reciclaje de lodo (40) que envía los lodos al tanque de alimentación por pulsos (12). El biogás sale del separador de gaslodo (39) a través de una tubería (29).
La bomba de elevación por gas (35) opera con el biogás generado en la cámara de digestor anaeróbico (5), que es recogido por la partición de pendiente de deflector (4), siendo la recogida de biogás la segunda función de dicha partición. El biogás es conducido por la partición inclinada de deflector (4) a la parte inferior de la tubería de lodos (40) que eleva los lodos desde la cámara de digestor anaeróbico (5) al separador de gas-lodo (39). Por flotabilidad el biogás, que tiene una densidad inferior que los lodos, sube rápidamente. Por la presión de fluido, los lodos se toman en el flujo de biogás ascendente y se mueven en la misma dirección que el biogás.
En una realización de la invención, el elevador por gas es un elevador por aire convencional como el usado en el reactor de UASB divulgado en el documento WO2006132523A1.
Sin embargo, es necesario decir que el objetivo del elevador por aire divulgado en ese documento WO2006132523A1 es reciclar dentro del propio reactor, pero no entre la cámara de digestor y la cámara de reactor de UASB, a diferencia de la presente invención.
Uno de los puntos técnicos clave de la presente invención es que la cámara de digestor anaeróbico (5) se agita y mezcla (pero no se alimenta) por el mismo dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales que el que mezcla la cámara de reactor de UASB (10), pero únicamente como un dispositivo de mezcla (es decir, sin inyección) específicamente por el mismo tanque de alimentación por pulsos (12), cambiando del modo de''alimentación de UASB'al modo de"mezcla de digestor anaeróbico"; es decir, el dispositivo de inyección y mezcla opera hacia la cámara de reactor de UASB (10) o, como alternativa, hacia la cámara de digestor (5), dependiendo de las condiciones del proceso, y esta es una diferencia clave con respecto a los sistemas de alimentación de la técnica anterior. Para añadir más, es posible un tercer modo alternativo: alimentar la cámara de reactor de UASB (10) a través de la parte superior directamente, es decir, desde el tanque de alimentación (12) y hasta el separador de tres fases (8).
En primer lugar, durante el modo de "alimentación de UASB", similar al modo divulgado en la patente EP3009408 A1, la cámara de reactor de UASB (10) es alimentada y agitada por un pulso generado al llenar el tanque (12) del dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales con un flujo de aguas residuales y lodos a través de la tubería de lodos reciclados (40) con los lodos acumulados dentro de la cámara de reactor de UASB (10) y digeridos en el digestor anaeróbico (5), abriendo automáticamente la válvula de cámara de reactor de alimentación (16) por medio del sensor de nivel de agua (19) mientras la válvula de derivación de cámara de reactor de UASB (37) y la válvula de mezcla de cámara de digestor (41) están cerradas para medir el nivel mínimo de aguas residuales efectivo Hmín y el nivel máximo de aguas residuales efectivo Hmáx dentro del tanque de alimentación (12). El sensor de nivel de agua (19) envía una señal a los medios de control de la válvula de cámara de reactor de alimentación (16) cuando el volumen efectivo dentro del tanque de alimentación (12) alcanza el nivel máximo Hmáx para generar un pulso de flujo de aguas residuales por gravedad que pasa a través del colector de entrada (15) que conecta la salida del tanque de alimentación (14) con la cadena de distribución (17), inyectando por tanto dicho pulso de aguas residuales en la cámara de reactor de lecho de lodo (21); distribuir el pulso de aguas residuales desde la cadena de distribución (17) hasta el fondo del lecho de lodo (21) de la cámara de reactor a través de las boquillas de inyección (18). Cuando el volumen efectivo dentro del tanque de alimentación (12) alcanza el nivel mínimo Hmín para cortar el pulso, el sensor de nivel de agua (19) envía una señal a los medios de control (20) y cierra automáticamente la válvula de cámara de reactor de alimentación (16).
En segundo lugar, el modo de "mezcla de digestor" se activa preferentemente de una vez cada dos horas a una vez cada hora alimentando el tanque (12) del dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales con un flujo de las aguas residuales y los lodos acumulados dentro de la cámara de reactor de UASB (10) y se digiere en el digestor anaeróbico (5), a través de la tubería de lodos reciclados (40); la válvula de mezcla de cámara de digestor anaeróbico (41) se abre automáticamente por medio del sensor de nivel de agua (19) mientras que la válvula de derivación de cámara de reactor de UASB (37) y la válvula de alimentación de cámara de reactor de UASB (18) están cerradas, para medir el nivel mínimo de aguas residuales efectivo Hmín y el nivel máximo de aguas residuales efectivo Hmáx dentro del tanque de alimentación (12). El sensor de nivel de agua (19) envía una señal a los medios de control (20) de la válvula de mezcla de cámara de digestor anaeróbico (41) cuando el volumen efectivo dentro del tanque de alimentación (12) alcanza el nivel máximo Hmáx para generar un pulso de flujo de aguas residuales por gravedad que pasa a través del colector de entrada (15) que conecta la salida (14) del tanque de alimentación (12) con la cadena de distribución de digestor (42), inyectando por tanto dicho pulso de aguas residuales y lodos en la cámara de digestor anaeróbico (5), distribuir el pulso de aguas residuales y los lodos desde la cadena de distribución anaeróbica (42) hasta el fondo de la cámara de digestor anaeróbico (5) a través de las boquillas de inyección (43), por gravedad; cuando el volumen efectivo dentro del tanque de alimentación (12) alcanza el nivel mínimo Hmín para cortar el pulso, el sensor de nivel de agua (19) envía una señal a los medios de control (20) y cierra automáticamente la válvula de mezcla de cámara de digestor (41).
En tercer lugar, el modo de "derivación de UASB" opera el sistema como un tanque Imhoff, (es decir, una cámara de sedimentación para las aguas cloacales y un digestor anaeróbico para los sólidos, sin pasar el afluente a través del lecho de lodo) (21). El dispositivo se opera alimentando el tanque (12) del dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales con un flujo de aguas residuales y con los lodos acumulados dentro de la cámara de reactor de UASB (10) y digerido en el digestor anaeróbico (5) a través de la tubería de lodos reciclados (40). Un sensor de caudalímetro (38) mide el flujo afluente y envía una señal a los medios de control (20) cuando se detecta un flujo pico afluente para abrir la válvula de derivación de cámara de reactor de UASB (37) mientras se cierra la válvula de cámara de reactor de alimentación (16) y la válvula de mezcla de cámara de digestor (41). El flujo de aguas residuales y los lodos se distribuyen desde el tanque de alimentación (12) al separador de tres fases (8) por la tubería de derivación de cámara de reactor de UASB (37), operando tal separador como una cámara de sedimentación, que separa, de una parte, los sólidos y los lodos, que caen a través del lecho de lodo (21) y la partición inclinada de deflector (4) hasta la cámara de digestor anaeróbico (5), y, en la otra parte, el efluente clarificado (7) con el vertedero de desbordamiento de agua (9). El modo de "derivación de UASB" opera en un modo de alimentación continua por gravedad, sin pulsos.
Preferentemente, el sensor de nivel de agua (19) se controla mediante medios de control (20) (controlador lógico programable) que conmutan de un pulso a otro, es decir, del modo de"alimentación de UASB"al modo de "derivación de UASB", o"mezcla de digestor anaeróbico".
Ejemplos
Ejemplo 1. Ensayo experimental de un dispositivo de digestor anaeróbico de sólidos-UASB por pulsos de una etapa para tratar aguas residuales no depuradas durante condiciones de verano
El agua residual sin tratar se alimentó a un reactor de UASB como se describe en la presente invención(Descripción detallada de la invención),siendo inoculado con lodosfloculantesen Loulé (Portugal), a temperatura ambiente. Los parámetros de diseño principales del sistema, incluyendo dicho sistema tanto el UASB como el digestor anaeróbico de sólidos, son:
PARÁMETROS DEL REACTOR
-Volumen de UASB 4,5 m3
-Volumen de digestor anaeróbico 4,5 m3
-% Volumen de digestor/reactor total 50 %
DISPOSITIVO DE INYECCIÓN Y MEZCLA DE AGUAS RESIDUALES
Tanque de alimentación
- Diámetro de tanque 600 mm
- Volumen de tanque de alimentación 0,190<m3>
- Número de colectores de entrada 1
- Número de cadenas de distribución 1
- Diámetro de boquilla de entrada 45 mm
- Número de boquillas 4
- Pendientes de deflectores 60 °
PARÁMETROS DE PROCESO
- Flujo de aguas residuales afluente 0.375 m3/h
- Tiempo de retención hidráulica en UASB 12 h
- Número de pulsos por día 71 pulsos
- SRT 150 días
PARÁMETROS DE AGUAS RESIDUALES
- Temperatura del agua (verano) 25-29 °C
- Temperatura ambiente (verano) 22-39 °C
-CO Ds307±63 mg/l
- COD<t>1167±63 mg/l
- TSS 425±87 mg/l
- Sulfato 46±42 mg/l
A continuación, se obtuvieron los resultados principales experimentales:
RESULTADOS
COD<t>(%) 81
RE Sulfato (%) 86,3
m3 CH4/kg CODretirada 0,24
Producción de biogás (m3/día) 2,4
Ejemplo 2. Ensayo experimental de un digestor anaeróbico de sólidos-UASB por pulsos de una etapa para tratar aguas residuales no depuradas durante condiciones de invierno
Los parámetros definidos en el Ejemplo 1 se aplicaron también a este caso experimental, pero se operó durante condiciones de invierno.
PARÁMETROS DE AGUAS RESIDUALES
-Temperatura del agua (invierno) 15-18 °C
-Temperatura ambiente (invierno) 6-18 °C
RESULTADOS
COD<t>(%) 80
RE Sulfato (%) 82
m3 CH4/kg CODretirada 0,14
Producción de biogás (m3/día) 1,5
Los resultados obtenidos representan un rendimiento robusto durante todo el año, y un importante, aumento significativo (21,7 %, 22 %, 22 %) en retirada de COD<t>de los valores informados de la técnica anterior: tanque Imhoff, UASB por pulsos y UASB-digestor de dos etapas, respectivamente.
Claims (12)
1. Un dispositivo de una etapa para tratar aguas cloacales no depuradas a través de una acción de reactor de UASB-digestor anaeróbico combinado en una etapa, que comprende:
- un tanque dividido en dos cámaras, en donde
o una primera cámara es una cámara de reactor de UASB (10) ubicada en la sección superior del tanque, que tiene un lecho de lodo (21) en la parte inferior de la cámara (10), un separador de tres fases (8) en la parte superior de la cámara, y un dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales no presurizado externo que tiene un tanque de alimentación (12), configurado para alimentar y mezclar la cámara de reactor de UASB (10) por pulsos, haciendo que el afluente pase a través del lecho de lodo (21) de la cámara de reactor de UASB (10); y
o una segunda cámara es una cámara de digestor anaeróbico (5) ubicada en la sección inferior del tanque, por debajo de la cámara de reactor de UASB (10), sin medios de calentamiento para las aguas cloacales y configurada para recibir e hidrolizar los sólidos atrapados que se acumulan en el lecho de lodo (21) de la cámara de reactor de UASB superior (10);
en donde ambas cámaras están conectadas a través de
- al menos una partición inclinada de deflector (4), configurada para separar la cámara de reactor de UASB superior (10) de la cámara de digestor anaeróbico inferior (5), y para recoger el biogás generado en el digestor anaeróbico (5) y los lodos generados en el reactor de UASB; y
- medios para reciclar los lodos desde la cámara de digestor anaeróbico a la cámara (5) de reactor de UASB (10), que comprenden: una bomba de elevación por gas (35), un separador de gas-lodo (39) y una tubería de reciclaje de lodo (40); en donde dicha bomba de elevación por gas (35) eleva los lodos desde la cámara de digestor anaeróbico (5) hasta el separador de gas-lodo (39), con la energía proporcionada por el biogás producido en la cámara de digestor anaeróbico (5), y en donde la tubería de reciclaje de lodo (4) envía los lodos desde el separador de gas-lodo (39) al tanque de alimentación por pulsos (12) por gravedad;
y caracterizado por que el dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales por pulsos de la cámara de reactor de UASB (10) también está configurado para mezclar la cámara de digestor anaeróbico (5), que comprende
dos válvulas (16, 41) que, de manera alterna, dejan pasar el flujo de aguas residuales y lodos desde el tanque de alimentación (12) a la cámara de reactor de UASB (10) o desde el tanque de alimentación (12) a la cámara de digestor anaeróbico (5); comprendiendo también
una tubería de derivación de UASB y una válvula (37) configurada para inyectar el flujo de aguas residuales y lodos desde el tanque de alimentación (12) del dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales por pulsos externo directamente al separador de tres fases (8); y
medios de control (20) que actúan cerrando o abriendo las válvulas (16, 41).
2. El dispositivo para tratar aguas cloacales no depuradas de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales no presurizado externo comprende:
- un tanque de alimentación de aguas residuales externo (12), ubicado fuera de la cámara de reactor de UASB (10) y por encima del nivel de agua del reactor, que tiene un volumen de aguas residuales efectivo para generar pulsos por gravedad que varía del 0,5 % al 1,5 % del volumen total de la cámara de reactor (10), estando dicho volumen efectivo dentro del tanque a una altura entre un nivel mínimo de aguas residuales Hmín igual o superior a 0,5 m y un nivel máximo de aguas residuales Hmáx igual o inferior a 2,5 m por encima del nivel del agua del reactor (10), siendo Hmáx siempre mayor que Hmín para producir la energía hidráulica del pulso; y teniendo el tanque de alimentación (12) una entrada superior (13) así como una salida (14) en la parte inferior para las aguas residuales; y estando conectado a la cámara de reactor (10) a través de
- un colector de entrada (15), que en un extremo conecta hacia abajo la salida (14) del tanque de alimentación (12) con
- una o más cadenas de distribución de aguas residuales (17) en un segundo extremo, teniendo cada cadena de distribución (17) una válvula (16) controlada automáticamente por el nivel de aguas residuales efectivo dentro del tanque de alimentación (12), estando la cadena o cadenas enterradas en el lecho de lodo (21) dentro de la cámara de reactor (10) para distribuir los pulsos de aguas residuales a la parte inferior de la cámara de reactor (10) a través de
- boquillas de inyección (18) que tienen un punto de descarga ubicado a una altura de entre 200 y 300 mm desde la parte inferior de la cámara de reactor para evitar zonas muertas y pérdidas de energía;
- un sensor de nivel de agua (19) para medir el nivel mínimo de aguas residuales efectivo Hmín y el nivel máximo de aguas residuales efectivo Hmáx dentro del tanque de alimentación (12), que puede enviar una señal a los medios de control (20) que actúan cerrando o abriendo la válvula (16);
- un colector de entrada (15), conectado a la salida del tanque de alimentación (12) en un extremo y a una cadena de distribución de digestor (42) en el otro extremo; conectando dicha cadena de distribución de digestor (42) - una válvula automática (41) fuera de la cámara de reactor de UASB (10) con el interior de la misma, y que está enterrada en
- un lecho de lodo de la cámara de digestor anaeróbico (5) ubicado por encima del fondo de la cámara de digestor (5); y teniendo también
- boquillas de inyección (43) similares a aquellas de la cámara de reactor (10), que forman parte de la cadena de distribución (42) y que están ubicadas a una altura de entre 200 y 300 mm desde el fondo de la cámara de digestor de reactor (5).
3. El dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en donde el reactor (10) comprende un lecho de lodo fluidizado granular o floculante (21).
4. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 3, en donde la cámara de digestor anaeróbico (5) tiene un volumen efectivo que varía del 40 % al 60 % del volumen total del tanque.
5. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, en donde comprende una partición inclinada de deflector (4) hecha de un par de deflectores, que separan las cámaras: un primer deflector (4a) unido a una pared lateral de la cámara principal (10) y enfrentado a un segundo deflector (4b), que es más largo que el primer deflector (4a), y que está unido a la pared lateral opuesta de la cámara (10), estando ambos deflectores inclinados hacia abajo con respecto al plano perpendicular del eje axial, y teniendo una separación en la parte inferior de los deflectores que configura una abertura (3) para permitir que los sólidos y los lodos se asienten.
6. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 5, en donde comprende dos o más particiones inclinadas de deflector (4), cada una hecha de un par de deflectores: un primer deflector (4a) unido a una pared lateral de la cámara principal (10) y enfrentado a un segundo deflector (4b), que es más largo que el primer deflector (4a), y que está unido a la pared lateral opuesta de la cámara (10), estando ambos deflectores inclinados hacia abajo con respecto al plano perpendicular del eje axial, y teniendo una separación en la parte inferior de los deflectores que configura una abertura (3) para permitir que los sólidos y los lodos se asienten.
7. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 6, en donde los medios para derivación comprenden un sensor de caudalímetro (38) ubicado en una tubería de entrada (1) para medir el flujo afluente; una tubería de derivación de UASB y una válvula (37), en donde el caudalímetro (38) está configurado para detectar flujos pico de aguas residuales afluentes y enviar una señal a los medios de control (20) configurados para cerrar la válvula de alimentación (16) de la cámara de reactor de UASB (10) y abrir la válvula de derivación de UASB ( 37) que comunica directamente el tanque de alimentación de pulsos (12) al separador de tres fases (8) de la cámara de reactor de AUSB (10) ubicada en la parte superior del mismo.
8. Un método para el tratamiento de aguas cloacales no depuradas usando el dispositivo combinado de reactordigestor de UASB de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde dicho método comprende a) alimentar la cámara de reactor de UASB (10) y generar un pulso mediante:
a.1) alimentar el tanque (12) del dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales con un flujo de aguas residuales y con lodos generados dentro de la cámara de reactor de UASB (10) y digeridos en la cámara de digestor anaeróbico (5), alimentados a la cámara de reactor de UASB (10) a través de la tubería de lodos reciclados (40);
a.2) abrir automáticamente (únicamente) la válvula de cámara de reactor de alimentación (16), mientras la válvula de derivación de UASB (37) y la válvula de mezcla de digestor (41) están cerradas, por medio del sensor de nivel de agua (19) para medir el nivel de aguas residuales Hmín mínimo efectivo y el nivel de aguas residuales Hmáx máximo efectivo dentro del tanque de alimentación (12), que envía una señal a los medios de control (20) de la válvula de cámara de reactor de alimentación cuando el volumen efectivo dentro del tanque de alimentación alcanza el nivel máximo Hmáx para generar un pulso de flujo de aguas residuales por gravedad que pasa a través del colector de entrada (15) que conecta la salida (14) del tanque de alimentación (12) con la cadena de distribución (17), inyectando por tanto dicho pulso de aguas residuales en la cámara de reactor de lecho de lodo (10);
a.3) distribuir el pulso de aguas residuales desde la cadena de distribución (17) hasta el fondo del lecho de lodo (21) de la cámara de reactor (10) a través de las boquillas de inyección (18), y
a.4) cerrar automáticamente la válvula de cámara de reactor de alimentación (16) por medio del sensor de nivel de agua (18) que envía una señal a los medios de control (20) cuando el volumen efectivo dentro del tanque de alimentación (12) alcanza el nivel mínimo Hmín para cortar el pulso;
y caracterizado por que el método también comprende:
b) alimentar la cámara de digestor anaeróbico (5) por pulsos, mediante:
b.1) alimentar el tanque (12) del dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales con un flujo de aguas residuales y con los lodos generados dentro de la cámara de reactor de UASB (10) y digeridos en la cámara de digestor anaeróbico (5), alimentados a la cámara de reactor de UASB (10) a través de la tubería de lodos reciclados (40);
b.2) abrir automáticamente la válvula de mezcla anaeróbica (41), mientras que la válvula de derivación de reactor de UASB (37) y la válvula de alimentación de reactor de UASB (16) están cerradas, por medio del sensor de nivel de agua (18) para medir el nivel de aguas residuales Hmín mínimo efectivo y el nivel de aguas residuales Hmáx máximo efectivo dentro del tanque de alimentación (12), que envía una señal a los medios de control (20) de la válvula de mezcla anaeróbica (41) cuando el volumen efectivo dentro del tanque (12) alcanza el nivel máximo Hmáx para generar un pulso de flujo de aguas residuales por gravedad que pasa a través del colector de entrada (15) que conecta la salida (14) del tanque de alimentación (12) con la cadena de distribución de digestor (42), inyectando por tanto dicho pulso de aguas residuales y lodos en la cámara de digestor anaeróbico (5);
b.3) distribuir el pulso de aguas residuales y los lodos desde la cadena de distribución anaeróbica (42) hasta el fondo de la cámara de digestor anaeróbico (5) a través de las boquillas de inyección (43), por gravedad; y
b. 4) cerrar automáticamente la válvula de mezcla de digestor (41) por medio del sensor de nivel de agua (18) que envía una señal a los medios de control (20) cuando el volumen efectivo dentro del tanque de alimentación (12) alcanza el nivel mínimo Hmín para cortar el pulso.
9. El método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde las aguas cloacales no depuradas están bajo temperaturas submesófilas iguales o inferiores a 15 °C y/o tienen una temperatura que muestra una fluctuación en el tiempo que varía de ±7,5 °C en relación con una temperatura media.
10. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 o 9, en donde en la etapa b), que resulta del cierre de la válvula de cámara de reactor de alimentación (16) y de la apertura de la válvula de mezcla de cámara de digestor anaeróbico (41), se activa de una vez cada dos horas a una vez cada hora.
11. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en donde el sensor de nivel de agua (18) está controlado por medios de control (20) que conmutan de un pulso a otro.
12. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en donde el método también comprende:
c.1) alimentar el tanque (12) del dispositivo de inyección y mezcla de aguas residuales con un flujo de aguas residuales y con los lodos generados dentro de la cámara de reactor de UASB (10) y digeridos en la cámara de digestor anaeróbico (5) alimentados a la cámara de reactor de UASB (10) a través de la tubería de lodos reciclados (40);
c.2) Medir el flujo afluente mediante un sensor de caudalímetro (38), configurado para enviar una señal a los medios de control (20) cuando se detecta un flujo pico afluente para abrir la válvula de derivación de UASB (37) mientras se cierra la válvula de cámara de reactor de alimentación (16) y la válvula de mezcla de cámara de digestor (41);
c.3) distribuir el flujo de aguas residuales y lodos desde el tanque de alimentación (12) al separador de tres fases (8) en la parte superior de la cámara de reactor de UASB (10) por la tubería de derivación de UASB (37).
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