ES2318986B1 - Depurador afads (unidad compuesta anaerobica continua a flujo vertical + fitodepurador + aireacion mecanica + destilador solar) para tratamiento de aguas residuales urbanas, industriales o agricolas. - Google Patents
Depurador afads (unidad compuesta anaerobica continua a flujo vertical + fitodepurador + aireacion mecanica + destilador solar) para tratamiento de aguas residuales urbanas, industriales o agricolas. Download PDFInfo
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Abstract
Depurador AFADS (unidad compuesta Anaeróbica
continua a flujo vertical + Fitodepurador + Aireación mecánica +
Destilador Solar) para tratamiento de aguas residuales urbanas,
industriales o agrícolas.
Consiste en un invernadero con al menos una
cubierta inclinada, que contiene en su interior un digestor
anaeróbico de flujo vertical (tipo UASB o similares), una serie de
bandejas por las que el efluente baja a cascada, y un estanque poco
profundo situado a la base en el que se harán crecer plantas con
alto poder de fitodepuración. El perímetro de la cubierta posee una
canaleta para recoger el agua condensada.
Caracterizado por englobar cuatro etapas de
depuración diferenciadas en una unidad compacta más eficiente que
los depuradores tradicionales.
Optimiza rendimiento y producción de biogás del
digestor.
Depura el efluente, parte por destilación solar
y parte por aireación + fitodepuración.
Minimiza el riesgo ambiental impidiendo fugas de
las plantas acuáticas al ambiente.
Produce biomasa útil.
Description
Depurador AFADS (unidad compuesta Anaeróbica
continua a flujo vertical + Fitodepurador + Aireación mecánica +
Destilador Solar) para tratamiento de aguas residuales urbanas,
industriales o agrícolas.
Depurador AFADS (unidad compuesta Anaeróbica
continua a flujo vertical + Fitodepurador + Aireación natural por
caída + Destilador Solar) para tratamiento de aguas residuales
urbanas, industriales o agrícolas.
La invención se encuadra en el sector de la
técnica del tratamiento de aguas residuales urbanas, industriales
(orgánicas) o agrícolas mediante procedimientos biológicos.
Son empleados desde hace más de 100 años
sistemas de decantación, filtración en lecho de arena, percolación
aeróbica y digestión anaeróbica de fangos. Dichos sistemas se
caracterizan por la necesidad de grandes superficies de
instalaciones y elevados tiempos de retención hidráulica. Los
primeros estudios sobre digestores a flujo vertical (tipo UASB =
Upflow Anaerobic Sludge Blanket, o EGSB = Expanded Granular Sludge
Bed, o HSB = Hydrolitic Sludge Bed, o sus derivados) del prof.
Lettinga et al. (Universidad de Wagenigen, Holanda) se
remontan a los años '70, habiendo experimentado dicha tecnología una
fuerte expansión a escala industrial y mejoras constantes desde
1995. Su rendimiento depende de la temperatura. De los mismos
trabajos de Lettinga et al. se desprende que con temperaturas
ambientes inferiores a 15ºC empieza a ser necesario aportar calor
al líquido a tratar para que las bacterias puedan mantener su
metabolismo, o bien aumentar los tiempos de retención, con
consecuente aumento del volumen del digestor. Dichos sistemas
ofrecen elevadas eficiencias de abatimiento de materia orgánica,
pero baja eficiencia de abatimiento de nitritos y fosfatos.
Por otro lado, los sistemas de fitodepuración
son muy empleados desde los años '60, especialmente en U.S.A. y
centro-norte de Europa. Se caracterizan por elevadas
eficiencias de abatimiento de nitritos y fosfatos, pero la
eficiencia de abatimiento de materia orgánica depende de la
insolación que reciban las plantas. Dichos sistemas son muy
económicos, pero difícilmente aplicables en España por su clima
mayoritariamente templado-cálido y seco, que
comportaría elevadas pérdidas por evaporación. Ocupan además grandes
superficies de terreno, por utilizar especies autóctonas de
crecimiento estacional. Si se opta por la fitodepuración con
plantas acuáticas (lenteja de agua -Lemna minor- o camalote
-Euphorbia crassipes-) suelen emplearse entonces embalses de
poca profundidad y gran extensión, con el riesgo de poner en
peligro el ambiente circundante por ser estas plantas muy invasoras
(en 2005 hubo una invasión de camalotes en el Guadiana que provocó
diversos problemas ambientales, reportados en El País, 30/1212005).
Dichas plantas depuran bien en verano, pero frenan mucho su
actividad metabólica con los primeros fríos.
En Dinamarca existe una planta fitodepuradora a
forma de pirámide acristalada con varios pisos de cultivos, que
obvia este problema al estabilizar la temperatura por efecto
invernadero. Por otro lado, la tecnología del destilador solar
simple (tipo "chileno" o "mexicano") se conoce desde hace
un siglo y en prácticamente todos los manuales de energía solar hay
esquemas y descripciones de los mismos.
La novedad de la invención consiste en combinar
varias etapas y métodos de depuración optimizando el espacio en una
única unidad compacta, llamada AFADS, con un eventual
postratamiento de fitodepuración con plantas fijas en un campo
externo o bien en una porción del mismo depurador AFADS.
Se ha previsto la posibilidad de tratar también
alpechín sometiendo éste a adsorción previa del fenol mediante un
filtro de carbón activado, según se desprende de estudios realizados
por Bertin et al., facultad de Ingeniería de la Universidad
de Bologna, Italia. El alpechín crudo no se puede tratar con ningún
digestor, pues la elevada toxicidad del fenol mata las bacterias.
Por lo tanto, para depurar alpechín el depurador AFADS deberá
contar con una serie de filtros de carbón activado dispuestos a la
entrada, que adsorberán el fenol dejando un alpechín cargado solo
con materia orgánica digerible. Dichos filtros deberán ser
reemplazados o reactivados periódicamente para evitar su
saturación. La diferencia conceptual con las investigaciones de
Bertin et al. reside en que en el presente digestor AFADS, la
adsorción del fenol es previa a su entrada en el digestor y el
carbón activo se cambia o regenera periódicamente, mientras que el
primero preconiza el uso de un digestor de volumen doble del
necesario, relleno a mitad de carbón activo, que se va evacuando
juntamente con los fangos.
\vskip1.000000\baselineskip
El problema técnico que pretende resolver la
presente invención es la depuración de aguas residuales con el
mínimo consumo de energía e impacto ambiental de la planta. La
invención consiste en un sistema que engloba un digestor anaeróbico
continuo a flujo vertical de alta carga, un sistema de
fitodepuración y aireación formado por una serie de bandejas con
plantas acuáticas en las que el agua cae a modo de cascada,
oxigenándose, y un destilador solar, todo en una única unidad
compacta llamada depurador AFADS. De este modo se obtienen una
serie de ventajas respecto a los tradicionales sistemas de
tratamiento de aguas residuales urbanas o industriales, purines,
gallinaza y alpechín:
\newpage
- a)
- Tiempos de retención hidráulica bajos y elevado abatimiento de materia orgánica, típicos de los digestores a flujo vertical de alta carga.
- b)
- Obtención de biogás sin necesidad de mezclado mecánico de fangos (ahorro de energía eléctrica de los mezcladores).
- c)
- Estabilización de la temperatura del digestor por efecto invernadero e inercia térmica.
- d)
- Fitodepuración del efluente del digestor en un ambiente cerrado, evitando así escapes de las plantas a ambientes fluviales o lacustres, con consecuentes problemas ecológicos. Si se opta por una segunda etapa de fitodepuración externa a la unidad AFADS, ésta debería ser una plantación de vegetales fijos (cañizos, bambú, juncos...) para evitar escapes al ecosistema circundante. La fitodepuración se caracteriza por su elevado abatimiento de nutrientes (nitritos, nitratos, fosfitos y fosfatos).
- e)
- Aireación del efluente al caer de una bandeja a la sucesiva.
- f)
- Destilación solar de una parte del efluente, con recuperación parcial del calor de evaporación al condensar el agua en las paredes del digestor. Esto aumenta la eficiencia del digestor pues ayuda a mantener su temperatura constante y al mismo tiempo aumenta la producción diaria de agua destilada pues disipa menos energía hacia el exterior.
- g)
- Elevada producción de biomasa para uso como combustible, forraje, fabricación de papel, etc.
- h)
- Unidades más compactas, mejor aprovechamiento del suelo y ausencia de olores.
- i)
- Bajos costos de bombeo y mantenimiento.
El depurador AFADS consiste en una estructura
con cubierta transparente de forma piramidal con base de N lados, o
bien cónica, o bien prismática con al menos una cara inclinada, que
funciona como un invernadero. Contiene en su interior un digestor
anaeróbico de flujo vertical (tipo UASB = Upflow Anaerobic Sludge
Blanket - manto de fangos de flujo vertical-, o EGSB = Expanded
Granular Sludge Bed -lecho expandido de fango granular-, o HSB =
Hydrolitic Sludge Bed -lecho de fango hidrolítico-, o sus variantes
y derivados) que se caracteriza por su elevado abatimiento de la
carga orgánica, elevada producción de biogás, tiempos de digestión
cortos y estabilidad de funcionamiento. El rendimiento del mismo es
función directa de la temperatura de trabajo, de ahí la evidente
ventaja de colocarlo en un invernadero en vez que al aire libre o
enterrado como suele hacerse en la práctica actual. La base de la
estructura forma un estanque poco profundo (aprox. 50 cm), de
volumen mayor o igual al del reactor, en el que se harán crecer
plantas con alto poder de fitodepuración (por ejemplo, lentejas de
agua -Lemna minor o glabra- camalotes -Eichomia
crassipes- o similares). Entre la cúspide del digestor y la
base se dispondrán varios planos de bandejas de material
transparente y poca profundidad (aprox. 30 cm), también sembradas
con plantas acuáticas. El agua al caer de una bandeja a la
siguiente se va oxigenando. Las plantas elegidas, el camalote en
especial, se caracterizan por su elevada velocidad de proliferación
(300 t/ha de biomasa seca al año), elevada capacidad de absorber
contaminantes (nitritos NO_{2}^{-}, nitratos NO_{3}^{-},
metales pesados, e incluso fenol). Siendo plantas de origen
tropical y subtropical, el invernadero garantiza la constancia de su
productividad durante el invierno, además de servir como barrera
para evitar que puedan escapar a ríos y lagos, proliferando en
ellos y dañando el equilibrio del ecosistema.
Lógica consecuencia de la gran cantidad de agua
contenida en la estructura será la abundante condensación sobre la
cubierta transparente, por lo cual el perímetro interno de la misma
estará circundado por una canaleta para recoger el agua que condensa
y resbala hacia abajo (de ahí la necesidad de que la estructura
tenga forma piramidal o cónica, o de prisma con al menos una cara
inclinada). La base del digestor también estará circundada por una
canaleta de recolección del agua condensada. Es importante el hecho
de hacer condensar todo el vapor posible sobre las paredes del
digestor, para mantener su temperatura y recuperar el calor latente
que de otro modo se disiparía al exterior. El agua condensada se
recuperará para su utilización.
El agua residual entra al digestor por su parte
inferior y las particulares condiciones del flujo (velocidad
ascensional < 1 m/h) producen una decantación de los sólidos
junto con las bacterias, que tienden a formar colonias en forma de
gránulos que permanecen establemente en el digestor y ofrecen la
máxima superficie de contacto con el líquido a tratar. De este modo
el mismo es digerido en forma anaeróbica en muy poco tiempo,
obteniéndose biogás y fangos estabilizados. El efluente
clarificado, pero aún rico en nutrientes, sale por la parte superior
y va cayendo por las bandejas dispuestas en planos sucesivos, donde
las plantas acuáticas lo van depurando. La caída de un plano de
bandejas a otro favorece la oxigenación del efluente. Al llegar al
estanque que constituye la base, el agua habrá sido despojada de
gran parte de sus nutrientes, y otra parte de ella habrá evaporado.
La parte que evapora condensará sobre la cubierta y sobre las
paredes del digestor. Resbalando por las mismas será recogida en
sendas canaletas que la llevarán a un depósito para su uso
posterior.
Periódicamente se procederá a retirar parte del
fango estabilizado que se vaya acumulando en el fondo del reactor,
y también se cosechará parte de las plantas para favorecer su
renovación. La cosecha se podrá utilizar como combustible, como
materia prima para fabricar papel, como forraje, etc. El sistema de
cosecha puede ser manual, neumático, mecánico, etc.
El biogás extraído en la cúpula del reactor se
podrá depurar, enriquecer y utilizar en cualquier proceso.
El agua recolectada en el estanque que forma la
base de la estructura se puede utilizar para riego de olivos o
frutales o enviar a una planta potabilizadora convencional, o bien
hacerla pasar por una segunda etapa de fitodepuración que podría
consistir en canales de unos 50 cm de profundidad,
impermeabilizados y rellenos con grava y compost, en los cuales se
plantarían juncos, cañizos o bambú. Dichas plantas absorberán los
nutrientes remanentes y producirán grandes cantidades de biomasa
(40 a 300 T/ha en el caso del bambú). El agua efluente tendrá
entonces una calidad apta para ser vertida en ríos o lagos o ser
usada para riego de hortalizas de consumo humano.
La figura 1 representa esquemáticamente el
alzado lateral de una unidad AFADS. El líquido a tratar (1) entra
en el digestor D. Por el otro extremo del mismo sale biogás (8) que
se utiliza en algún proceso (no mostrado en la figura) y agua
parcialmente depurada (2). Ésta va cayendo de una bandeja B a otra
en forma de cascadas (3), lo cual permite su oxigenación y parcial
digestión aeróbica. Las bandejas B contienen plantas que absorben
parte de los nutrientes, hasta que al llegar a la última bandeja,
el agua depurada sale para su ulterior utilización (4). Durante el
día, el sol S calienta por efecto invernadero el interior de la
estructura P, lo cual mantiene el digestor a temperatura óptima de
trabajo, y provoca la evaporación (5) de parte del agua contenida
en las bandejas B. El vapor de agua (5) se condensa y el agua (6)
resbala por la cubierta transparente hasta ser recogida en las
canaletas C, de donde se la envía a su ulterior utilización (7).
Los sólidos fijos que se van acumulando en el digestor como fangos
estabilizados se eliminan mediante una toma colocada en un punto
situado a 50% - 75% de su altura útil, con una eventual derivación
para su reciclado parcial (9).
La figura 2 muestra un sistema de depuración
AFADS de aguas residuales orgánicas, capaz de depurar entre 50 y
100 m^{3} día dependiendo del clima de la zona y del tipo de
afluente (de su carga orgánica o DQO). Se trata de una estructura
metálica piramidal a 60º, de base cuadrada (22 m x 22 m), de 20 m
de altura. La estructura sostiene una cubierta de material
transparente que hace de invernadero y a la vez de superficie de
condensación. En su interior va colocado un digestor anaeróbico
continuo de flujo vertical (de tipo UASB, EGBS o sus variantes) de
unos 12 m de altura y entre 2 y 4,5 m de diámetro. El fondo de la
estructura es un estanque de unos 50 cm de profundidad,
preferiblemente impermeabilizado con material de color negro para
aumentar la captación solar. El afluente se bombea al digestor por
la parte inferior, y sale depurado al 80% por unos conductos
colocados en la base de su cúpula. En la cúpula del digestor se
acumula el biogás, que se extrae para su ulterior depuración y uso y
en parte se reinyecta a presión en el fondo del digestor para
mantener el estado granular de las colonias de bacterias y asegurar
el máximo contacto entre éstas y el purín. El efluente cae por
gravedad a unas bandejas de material transparente, de unos 30 cm de
profundidad donde se sembrarán macrofitas flotantes (L. minor o
E. crassipes) o algas. Las plantas absorberán parte de los
nutrientes contenidos en el efluente y producirán oxígeno. El
efluente irá cayendo de una bandeja a la sucesiva, oxigenándose y
evaporándose en parte. Parte del agua evaporada se condensará en el
intercambiador de calor dispuesto a tal efecto, en el que se forzará
aire mediante un ventilador eléctrico, recuperando así el calor
latente para precalentar el purín a su entrada al digestor. Otra
parte del vapor condensará en la cubierta y resbalará hacia abajo,
donde la recogerán unas canaletas dispuestas a lo largo del
perímetro de la base de la pirámide. El agua condensada se bombeará
fuera de la estructura para su posterior reutilización. El efluente
de las bandejas se recogerá finalmente en el estanque que conforma
su base, que debido a su gran superficie sembrada de plantas
acuáticas, proveerá la etapa final de fitodepuración, con posterior
bombeo o escurrimiento fuera de la estructura. Tanto las bandejas
como el estanque contarán con pasarelas y escaleras de acceso para
que un operario coseche diariamente las plantas acuáticas, que se
podrán utilizar como forraje para animales. La cosecha se podrá
realizar manualmente mediante simples redecillas o bien con un
sistema de aspiración neumática. También sería factible criar peces
o crustáceos de agua dulce que se alimenten de las plantas.
Claims (4)
1. Sistema de depuración para tratamiento de
aguas residuales urbanas, industriales o agrícolas.
Caracterizado por englobar en una unidad cuatro etapas de
depuración: anaeróbica, aeróbica con macrofitas flotantes como
Eichomia crassipes, o Elodea canadensis (Egeria
densa), (fitodepuración), aireación mecánica (por oxigenación
natural al caer el agua en forma de pequeñas cascadas de una bandeja
a la sucesiva), y destilación solar con parcial recuperación del
calor de condensación sobre las paredes del digestor, lo que ayuda
a mantener constante su temperatura y estabilizar su
rendimiento.
2. Sistema de depuración como en la
reivindicación 1), pero que además se caracteriza por contar
con una segunda etapa de fitodepuración (interna o externa a la
unidad) constituida por cultivo de macrofitas fijas como Cyperáceas
(papiro, Cyperus papyrus), Gramíneas (bambú, Bambusa
sp.) o Tifáceas (espadaña, Typha sp.).
3. Sistema de depuración las reivindicaciones 1)
y 2) caracterizado porque en una etapa previa se hace pasar
el alpechín por un filtro de carbón activado con el objeto de
adsorber el fenol que de otro modo mataría las colonias de bacterias
metanogénicas y anularía la eficacia del digestor anaeróbico. Una
vez adsorbido el fenol, se puede depurar el alpechín directamente
en un sistema como los descritos en las reivindicaciones 1) y
2).
4. Sistema depurador como en la reivindicación
1) o 2) o 3), pero caracterizado por poseer un intercambiador
de calor con convección forzada entre el aire húmedo en el interior
del depurador y el fluido a depurar, colocado a la entrada del mismo
a la etapa anaeróbica. De este modo se aumenta la cantidad de agua
condensada y la recuperación del calor latente para precalentar el
fluido a depurar y facilitar así el metabolismo de las bacterias
metanogénicas.
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| ES200602188A ES2318986B1 (es) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | Depurador afads (unidad compuesta anaerobica continua a flujo vertical + fitodepurador + aireacion mecanica + destilador solar) para tratamiento de aguas residuales urbanas, industriales o agricolas. |
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| ES200602188A ES2318986B1 (es) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | Depurador afads (unidad compuesta anaerobica continua a flujo vertical + fitodepurador + aireacion mecanica + destilador solar) para tratamiento de aguas residuales urbanas, industriales o agricolas. |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2027600A6 (es) * | 1991-01-17 | 1992-06-01 | George L Chan | Un reactor para el tratamiento y la depuracion de aguas residuales, combinando un tratamiento anaerobio con lagunajes aerobios de micro y macrofitas. |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1224597B (it) * | 1988-11-04 | 1990-10-04 | Giannotti Maurizio | Procedimento integrato per la fitodepurazione di acque reflue |
-
2006
- 2006-08-09 ES ES200602188A patent/ES2318986B1/es not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2027600A6 (es) * | 1991-01-17 | 1992-06-01 | George L Chan | Un reactor para el tratamiento y la depuracion de aguas residuales, combinando un tratamiento anaerobio con lagunajes aerobios de micro y macrofitas. |
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| ES2318986A1 (es) | 2009-05-01 |
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