ES2411134T3

ES2411134T3 - Dispositivo para la purificación de aguas residuales sanitarias

Info

Publication number: ES2411134T3
Application number: ES10191090T
Authority: ES
Inventors: Erik Kerkhofs
Original assignee: Quaestor BVBA
Current assignee: Quaestor BVBA
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2030-11-12
Also published as: EP2322487A1; PT2322487E; DK2322487T3; EP2322487B1

Abstract

Dispositivo para la purificación de aguas residuales contaminadas orgánicamente, que comprende por lomenos un biofiltro (1) para la purificación de aguas residuales, dicho biofiltro (1) comprende un lecho bioactivo (3)con una primera capa de pedazos de mesocarpio de coco (11), el dispositivo comprende además un suministro deagua (5) para suministrar aguas residuales que van a ser purificadas a una parte superior del biofiltro en unaposición por encima de la primera capa (11), y un colector de agua (15) para recoger agua purificada desde unaparte inferior del biofiltro en una posición por debajo de la primera capa (11), caracterizado porque los pedazos demesocarpio de la primera capa (11) tienen un tamaño medio de partícula de por lo menos 1 cm, porque la primeracapa (11) es compactada para tener una densidad de entre 75 y 275 kg/m3.

Description

Dispositivo para la purificación de aguas residuales sanitarias

Descripción de la técnica anterior.

La presente invención está relacionada con un dispositivo para la purificación de aguas residuales contaminadas orgánicamente, que comprende por lo menos un biofiltro para la purificación de aguas residuales, dicho biofiltro comprende un lecho bioactivo con una primera capa de pedazos de mesocarpio de coco, el dispositivo comprende además un suministro de agua para suministrar aguas residuales que se van a purificar a una parte superior del biofiltro en una posición por encima de la primera capa y un colector de agua para recoger agua purificada de una parte inferior del biofiltro en una posición por debajo de la primera capa.

En el tratamiento de aguas residuales hay involucrados diferentes procesos. Estos procesos pueden ser físicos, tales como filtración, químicos, tales como desinfección y coagulación, o pueden ser biológicos o una combinación de dos o más de las técnicas mencionadas con el fin de obtener una satisfactoria purificación del agua. Ejemplos de instalaciones de purificación biológica de agua, en las que la purificación se atribuye a la actividad de microorganismos, incluyen las lagunas aireadas y sistemas que contienen lodos activados. En los filtros lentos de arena, por otro lado, la purificación del agua se limita principalmente a la filtración de las partículas de mayor tamaño de las aguas residuales. Las aguas residuales sanitarias normalmente se purifican en grandes instalaciones de tratamiento de agua a través del sistema de aguas negras, en el que se confía en la actividad de microorganismos. Si una unidad de producción de aguas residuales sanitarias no está conectada sin embargo a esta red, es necesario que las aguas residuales sean tratadas en el sitio en una instalación local, más pequeña.

Hasta ahora, la purificación de agua sanitaria a menudo implicaba la fermentación aeróbica de las aguas residuales en grandes depósitos de purificación con intensiva aireación. Otras técnicas se centran en la filtración de las aguas residuales utilizando un lecho de filtración de material poroso de una determinada altura, al que se suministran las aguas residuales. El material poroso funciona para retener materias particulares. En una realización más avanzada, el material poroso también funciona como soporte para los microorganismos que son responsables de la purificación biológica del agua. Sin embargo, se ha encontrado que sólo unos pocos materiales son capaces de cumplir con ambas funciones. Aunque para este fin se ha utilizado ampliamente arena, turba y materiales sintéticos, se ha encontrado que el mesocarpio de coco es uno de los materiales más adecuados capaces de funcionar como un filtro mecánico y un soporte para los microorganismos.

El documento EP652090 describe que unos tajos de la cáscara exterior de coco, que contiene la fibra de coco y el polvo derivados de la cáscara exterior, es particularmente adecuado para producir material de siembra para su uso en macetas, que puede ser regado y alimentado con nutrientes desde la parte inferior debido a su alta resistencia a la pudrición. Si así se desea, los tajos de cáscara de coco se pueden mezclar con tierra de siembra. Se dice que los tajos tienen una buena potencia de retención de agua y de fertilizante y potencia de drenaje de agua y que son materiales apropiados de propagación de microorganismos. Con cáscara exterior de codo se entiende el residuo del coco del que se separan el fruto y la cáscara interior y el epicarpio.

El documento JP1115340 describe cómo concentrar residuos de aguas negras urinarias vertidas desde un establo en material de coco, mediante la humectación de material de fibra de cáscaras de coco, también llamado epicarpio, desde arriba con las aguas negras y por evaporación del agua desde las mismas por aireación del material de cáscara de coco a lo largo de la parte inferior.

El uso de fibras de mesocarpio de coco para la filtración aeróbica de las aguas residuales se conoce por el documento EP 1539325. El dispositivo EP1539325 describe un dispositivo cerrado para la filtración de aguas residuales, que utiliza como material filtrante unas capas de mesocarpio de coco. El mesocarpio de coco es una mezcla de parénquima vinculado a fibras, que puede estar mezclado con epicarpio o endocarpio si así se desea. El biofiltro puede contener además materiales filtrantes adicionales, tales como arena, turba, grava, perlita, geotila o material polimérico para obtener un mejor control de las propiedades del lecho de filtración. El mesocarpio de coco se utiliza por su capacidad para retener material en partículas y para actuar como un medio de crecimiento para microorganismos que intervienen en la filtración de agua, debido a que el material está disponible en una gran variedad de distribuciones de tamaño de grano y debido a su porosidad intrínseca.

En el documento EP 1539325 se aconseja usar mesocarpio como una mezcla isotrópica de fragmentos de parénquima vinculado a fibras, que es la estructura natural del mesocarpio de coco. Los fragmentos tienen un diámetro superior a 3 mm y se utilizan en una mezcla con partículas aisladas de parénquima con un diámetro inferior a 3 milímetros. Cuando se muele mesocarpio hasta dimensiones inferiores a 3 mm, se produce la ruptura de los fragmentos, disociando las fibras y el parénquima. Se dice que las partículas más finas de parénquima juegan un papel fundamental en la eliminación de coliformes fecales. Se dice que las partículas de mayor tamaño proporcionan un menor nivel de tratamiento que las partículas más finas, pero que necesitan un mantenimiento superficial más frecuente. Según otra realización, se utilizan fragmentos de diferente tamaño, por lo que los fragmentos pueden colocarse en diferentes capas de tamaño homogéneo de partículas, desde partículas de tamaño más grande a las finas. El biofiltro descrito en el documento EP1539325 presenta sin embargo la desventaja de que su eficiencia de purificación es insuficiente y que la DBO del agua purificada es todavía alta. Aunque el parénquima como tal parece mostrar un buen porcentaje de reducción de DBO y SST, el aislamiento de parénquima del material de mesocarpio de coco es laborioso y requiere mucho tiempo, aumentando de ese modo el precio del parénquima hasta un nivel que es demasiado alto para permitir el uso de un sistema que concibe la purificación del agua a un nivel para que resulte adecuado para el vertido en fuentes de aguas superficiales.

Con el fin de que sea aceptable para el vertido en las fuentes de aguas superficiales, tales como arroyos, estanques

o similares, no sólo cuenta el porcentaje de reducción de SST y de DBO, sino los valores absolutos del contenido de SST (sólidos suspendidos totales), contenido de DBO (demanda biológica de oxígeno) y el contenido de DQO (demanda química de oxígeno) y debe ser inferior a un mínimo bien definido. En particular con el fin de que sean aceptables para el vertido en la parte norte de Bélgica, el promedio de SST debe ser inferior a 60 mg/l, el promedio de DBO debe ser inferior a 25 mg/l y el promedio de DQO debe ser inferior a 125 mg/l. Un certificado de BENOR, necesario para recibir permiso de vertidos, sólo se expide cuando se consiguen estos tres parámetros un máximo de tres veces durante un período de prueba de 38 semanas, y que no se rebasan más de una vez. Se ha observado que la purificación de agua utilizando medios de filtrado que contienen turba tiene como resultado una calidad de agua que es suficiente para permitir el vertido en aguas superficiales debido al muy alto contenido de SST, a menudo también la DBO y la DQO son demasiado altas. El uso de material de mesocarpio de coco que no se ha compactado usualmente tiene como resultado una calidad del agua que es insuficiente debido a la muy alta DQO.

De ese modo, existe la necesidad de un sistema de purificación de aguas residuales, que permita lograr la purificación con un grado tal que sea suficiente para permitir el vertido del agua purificada en fuentes de agua superficial, tal como arroyos, ríos, estanques, etc., con un coste aceptable.

Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo para la purificación de aguas residuales sanitarias que permita lograr la purificación de agua con un grado suficiente para permitir el vertido de agua purificada en fuentes de aguas superficiales, tales como arroyos, ríos, estanques, etc., con un coste aceptable.

Breve descripción de la invención.

Esto se logra según la presente invención con las características técnicas de la parte de caracterización de la primera reivindicación.

El dispositivo de esta invención se caracteriza porque los pedazos de mesocarpio de la primera capa tienen un tamaño medio de partícula de por lo menos 1 cm, y porque la primera capa se compacta y porque la primera capa se compacta para tener una densidad de entre 75 y 275 kg/m3. Con una densidad de 75-275 kg/m3 se entiende que un volumen de 1 m3 contiene entre 75 y 275 kg de material de mesocarpio.

Un coco consiste aproximadamente en tres partes, el epicarpio, el mesocarpio y el endocarpio. El epicarpio es la capa fina y suave que rodea el coco y el endocarpio es el núcleo o hueso del coco. El endocarpio contiene el endospermo, que es la parte blanca comestible del coco. El mesocarpio es la capa que está situada entre el epicarpio y el endocarpio. Consiste principalmente en fibras entre las que está presente tejido parenquimatoso poroso también denominado parénquima. Juntos, el mesocarpio y el epicarpio forman la cáscara del coco. El mesocarpio de coco está comercialmente disponible en bloques de tajos sueltos del material natural, sin embargo los tajos en bloques también pueden ser precompactados para reducir el volumen con el fin de facilitar el transporte. Los bloques precompactados pueden soltarse fácilmente antes del uso desgarrando el material. Dentro del alcance de esta invención, mesocarpio de coco significa parénquima vinculado a fibras.

El material de mesocarpio de coco utilizado en la primera capa del biofiltro de esta invención puede adoptar la forma de material de mesocarpio abultado, que ha sido cortado o troceado o dimensionado de otro modo, en pedazos. Estos pedazos muestran una buena permeabilidad al agua. El mesocarpio de coco utilizado en la primera capa del biofiltro de esta invención también puede adoptar sin embargo la forma de bloques precompactados que usualmente se soltarán cuando se construye el biofiltro mediante el desgarro de los bloques precompactados, para facilitar la penetración del agua. Los bloques sueltos de este modo se colocan luego en el biofiltro y se someten a compactación. La compactación del material de mesocarpio, si se suelta o no a una densidad de entre 75 y 275 kg/m3 para producir la primera capa y antes de poner en funcionamiento el biofiltro, tiene el efecto de que los espacios vacíos entre las fibras dentro del material de mesocarpio como tal se ve reducido y que se reducen las dimensiones de los espacios vacíos entre los pedazos de mesocarpio dentro de la primera capa de mesocarpio, aunque el número de espacios vacíos también puede reducirse. Si se desea, los pedazos de mesocarpio pueden mezclarse con epicarpio u otros materiales considerados adecuados por un experto en la técnica. La mezcla de material de mesocarpio con turba usualmente no se considera adecuada para el uso en el marco de esta invención, ya que la turba hace que aumente la DQO y no se añade a la actividad biológica. La turba puede ser fácilmente arrastrada por el agua fluyendo, terminar como material sólido en suspensión en el agua purificada y formar una fuente de decoloración no deseada del flujo saliente. Sin embargo, el material de mesocarpio usualmente contendrá algo de turba, para conseguir que el material de parénquima se vincule a las fibras de mesocarpio.

Al reducir el tamaño de los espacios vacíos se tiene el efecto de que se reduce el riesgo de la formación de corrientes de agua preferidas, que se ralentiza el caudal de agua por lo que se aumenta el tiempo de residencia del agua dentro del material de mesocarpio y que se puede aumentar el área superficial de contacto con el material de mesocarpio de coco. Estos efectos contribuyen a garantizar un tiempo de residencia del agua en el material de mesocarpio que es lo suficientemente largo como para permitir conseguir la purificación microbiana de las aguas residuales, mientras que al mismo tiempo se reduce el caudal de agua y de este modo el riesgo de arrastre de los microorganismos del mesocarpio. Este riesgo de arrastre puede ser significativo en corrientes de flujo preferidas. Al reducir el tamaño de los espacios vacíos se tiene el efecto de que el agua es forzada a extenderse a la superficie total de la primera capa de mesocarpio, y que se ralentiza el caudal de agua de modo que se estimula la penetración de los bloques de mesocarpio por el agua que va a ser purificada y que el agua puede ser absorbida en el material de mesocarpio. De esta manera, se maximiza el contacto de agua con el material de mesocarpio y se prolonga el tiempo de residencia del agua en el material de mesocarpio. El contacto mejorado de este modo entre las aguas residuales y el material de mesocarpio, en particular en su superficie, permite lograr una profunda primera purificación ya en la capa superior del biofiltro.

La propagación mejorada en la primera capa, mejora la distribución del agua hacia el colector de agua situado debajo de la primera capa de mesocarpio.

El uso en la primera capa de pedazos de mesocarpio con un diámetro medio mínimo de partícula de por lo menos 1 cm permite reducir el riesgo de obstrucción del biofiltro y, como tal, ayuda a prolongar su vida útil.

De este modo, el tamaño de partícula de los pedazos de mesocarpio en la primera capa del lecho bioactivo y la compactación de esta primera capa cooperan para optimizar el flujo de agua a través de esta capa de mesocarpio y contactar con los microorganismos presentes en el lecho bioactivo, para asegurar una óptima actividad microbiana de purificación.

Se ha encontrado que el paquete de mesocarpio de coco que se ha compactado favorece la adherencia de los microorganismos y les permite formarse y crecer en colonias. La presencia de microporos en el material de mesocarpio asegura que se mantienen las circunstancias aeróbicas, incluso cuando el filtro está inundado de agua, garantizando de este modo que la purificación aeróbica de agua puede tener lugar en una amplia variedad de circunstancias. Los inventores han observado que el mesocarpio de coco tiene una alta superficie relativa para la adsorción y la absorción de los compuestos orgánicos presentes en las aguas residuales, que funcionan como nutrientes para los microorganismos y que el mesocarpio de coco es un substrato ideal para el crecimiento de poblaciones de microorganismos. El resultado es que se inicia el desarrollo de microorganismos sin la necesidad de injertar el material de mesocarpio con la población de microorganismos deseados con antelación, el crecimiento de la población de microorganismo es sostenido por las aguas residuales como tal, sin que ello implique la necesidad de suministrar nutrientes. De este modo, el suplemento de las aguas residuales es suficiente para proporcionar el crecimiento natural de los microorganismos y la actividad biológica se produce de forma natural. Además, el material de mesocarpio de coco parece ser estable con respecto a la acción erosiva del agua de percolación y muestra una buena resistencia a la degradación biológica asociada con la acción de las diferentes poblaciones microbianas desarrolladas en el material de mesocarpio de coco.

Cuando se suministran aguas residuales al biofiltro de esta invención, las partículas sólidas presentes en las mismas usualmente se pegarán a la superficie exterior de las partículas de mesocarpio. La parte líquida será absorbida parcialmente por el material de mesocarpio, en particular en las fibras porosas, y penetrará en los poros interiores de las mismas. Las aguas residuales se purifican por la acción de la población de microorganismos presentes en la superficie externa de las partículas de mesocarpio y en el sistema poroso. Parte de las aguas residuales serán adsorbidas en una parte superior de la primera capa de mesocarpio, parte de ellas fluirá hacia abajo a través del lecho a través de los espacios vacíos entre el material de mesocarpio y será absorbida y purificada en una parte inferior del lecho bioactivo. El flujo de agua en todo el lecho será preferiblemente gravitacional, pero también se contempla un flujo forzado.

La compactación de la primera capa se lleva a cabo preferiblemente de tal manera que un volumen de 1 m3 contiene entre 100 y 225 kg, preferiblemente entre 100 y 250 kg de material de mesocarpio, para asegurar que las dimensiones entre los pedazos de mesocarpio se reducen a tal punto que se reduce al mínimo el riesgo de formación de canales de flujo preferidos, mientras se garantiza un caudal de agua que es lo suficientemente alto como para permitir la utilización económica del dispositivo y lo suficientemente bajo como para poder asegurar una buena purificación.

Preferiblemente, se proporcionan unos medios en el dispositivo de esta invención que permiten mantener el pH de la primera capa de mesocarpio entre 6 y 9. En este pH, son ideales las condiciones para que los microorganismos crezcan y de este modo metabolicen la pureza orgánica presente en las aguas residuales. Con este fin, se hace uso preferiblemente de un agente que es capaz de estabilizar el ácido tánico o sus precursores o sus compuestos de descomposición, que son liberados desde el mesocarpio en función del tiempo y el riesgo de acidificar el pH del lecho bioactivo. Además, puede suceder que el pH de las aguas residuales sea bastante bajo. Cuando el pH del biofiltro cae a valores demasiado bajos, existe el riesgo de que se inhiba el crecimiento de los microorganismos como consecuencia de lo cual se deteriora la metabolización de las impurezas orgánicas presentes en las aguas residuales, deteriorando de este modo la eficiencia de la purificación. Los agentes preferidos de control de pH son sales de Ca o Mg con baja solubilidad en agua que son capaces de reaccionar con ácidos, en particular un granulado que contiene CaCO3 o MgCO3 o una mezcla de estos materiales, ya que las partículas granulares se disuelven más lentamente. Un agente preferido de control de pH es la piedra caliza que está compuesta en su mayoría de CaCO3. La piedra caliza a menudo contiene MgCO3 como impureza y el MgCO3 también se considera un adecuado agente de control del pH. El CaCO3 respectivamente MgCO3 reacciona con el ácido tánico, liberando dióxido de carbono. Preferiblemente, el agente se mezcla en forma de polvo o granulado con los pedazos de mesocarpio para la construcción de la primera capa de mesocarpio. Sin embargo, si así se desea, se puede suministrar agente de control de pH adicional para aumentar el tiempo de vida del biofiltro.

Una mejora adicional de la eficiencia de purificación de agua se consigue mediante la optimización de la propagación de las aguas residuales sobre la mayor parte de la superficie del lecho bioactivo, ya en el suministro de aguas residuales. De esta manera, se minimiza el riesgo de que algunas zonas del lecho sean inundadas con las aguas residuales y en el extremo se tapone o desgaste, mientras que otras zonas no reciben aguas residuales en absoluto y se deteriora su actividad debido a su larga sequedad y deterioro de actividad microbiana. Para conseguir esto, el dispositivo comprende preferiblemente un dispositivo de suministro de agua que está dispuesto para suministrar agua por encima de la cara superior de la primera capa de mesocarpio y para proporcionar una distribución sustancialmente homogénea del agua sobre la superficie de la primera capa de mesocarpio.

Las aguas residuales que se van a purificar se suministran preferiblemente por lotes. Las aguas residuales usualmente se producen por lotes. El suministro por lotes permite asegurar que las aguas residuales se suministran sólo después de que se ha recogido un volumen que es suficiente para mojar virtualmente toda la superficie de la primera capa de mesocarpio, se consigue ese suministro regular de agua al lecho bioactivo y se mantiene el lecho bioactivo, al mismo tiempo que se minimiza el riesgo de inundación y sobrecarga del lecho bioactivo y situaciones de sequedad. El suministro por lotes es controlado preferiblemente de tal manera que se consigue la carga continua del biolecho con aguas residuales. De esta manera puede mantenerse la actividad del lecho de forma continua, se reduce el riesgo de reducir la población de microorganismos y se optimiza la bioactividad del lecho.

El biofiltro de esta invención usualmente contendrá una segunda capa con buenas propiedades de drenaje, en particular una capa que contiene un número suficiente de huecos con dimensiones suficientemente grandes para permitir la recepción y almacenamiento temporal de agua purificada filtrándose a través de la primera capa. Usualmente la segunda capa inferior funcionará principalmente como un apoyo o soporte para la primera capa y como una capa de drenaje para permitir la aireación de la primera capa desde abajo y para permitir que drene el agua que ha sido purificada en la primera capa hacia el sistema de escape de agua.

En una realización preferida adicional de la invención, el dispositivo está por lo menos parcialmente abierto al aire. Esta estructura abierta puede ser instalada en un jardín o un campo. Puesto que todo el sistema está abierto al aire, el oxígeno necesario para mantener la bioactividad del biofiltro puede entrar a través de la parte superior.

La presente invención está relacionada además con un método para producir un dispositivo para la purificación de aguas residuales sanitarias como se describe anteriormente y en la descripción detallada a continuación. Un método, para producir un dispositivo para la purificación de aguas residuales sanitarias que comprende por lo menos un biofiltro para la purificación de aguas residuales, comprende la etapa de colocar por lo menos una primera capa superior de pedazos de mesocarpio de coco en la parte superior del dispositivo de recogida de agua, en donde la primera capa comprende pedazos de mesocarpio con un tamaño medio de partícula de por lo menos 1 cm, y en donde la primera capa se compacta.

La invención además está relacionada con un método para purificar el agua, en donde se suministra por lo menos un lote de aguas residuales en la parte superior de la primera capa de mesocarpio descrita anteriormente y de la descripción detallada a continuación y porque el agua purificada es recogida en una parte inferior del biofiltro en una posición por debajo de la primera capa.

La invención se describirá con más detalle en las figuras acompañantes y la descripción de figuras.

La figura 1 muestra una sección transversal de un dispositivo de purificación de agua según la presente invención.

La figura 2 muestra realizaciones preferidas de un dispositivo para el suministro de agua al biofiltro.

La figura 3 muestra una sección transversal de un coco.

El dispositivo mostrado en la figura 1 es una realización preferida de esta invención y es adecuado para la purificación de aguas residuales de una amplia variedad de orígenes. El dispositivo de esta invención es particularmente adecuado para la purificación de aguas residuales sanitarias, porque sus dimensiones pueden variarse dentro amplios intervalos y la instalación es fácil. Las aguas residuales sanitarias incluyen las aguas residuales de una amplia variedad de orígenes, por ejemplo, de cocina, baño, lavadora, etc. Dependiendo de la naturaleza y la composición de las aguas residuales industriales, el dispositivo de la presente invención podría ser adecuado también para purificar aguas residuales industriales o agrícolas, siempre y cuando la población de microorganismos no se vea afectada negativamente al contactar con las aguas residuales industriales. Las aguas residuales pueden por ejemplo proceder de la industria de procesamiento de alimentos, por ejemplo productos lácteos, grasas, chocolate, etc. Se ha calculado que en el ámbito doméstico, para una persona por día (que corresponde a 1 por ejemplo) se producen unos 150 litros de aguas residuales sanitarias, pero esto puede variar regionalmente. Aproximadamente la mitad de esta cantidad procede de la utilización de los dispositivos sanitarios y el baño; el resto proviene de lavandería, lavavajillas y otros. Como tal el agua sanitaria usualmente incluirá una muy amplia variedad de componentes, que pueden ser tanto líquidos como sólidos. Los componentes que se dan con más frecuencia incluyen los detergentes involucrados en humanos, lavandería y lavavajillas, ingredientes alimenticios, pequeñas cantidades de disolventes, grasas, restos de alimentos, productos fecales, etc.

El dispositivo de purificación de agua mostrado en la figura 1 comprende dos partes principales, en particular un depósito 2 de almacenamiento de aguas residuales que se conecta al volumen 3 del biofiltro, que contiene un biofiltro 1.

En una realización preferida, en primer lugar las aguas residuales se suministran a y se recogen de un sistema depósito 2 de almacenamiento de aguas residuales y se transfieren desde el mismo al biofiltro 1. El depósito 2 de almacenamiento de aguas residuales actúa como un depósito intermedio para evitar la inundación del biofiltro cuando se producen grandes volúmenes de aguas residuales. El depósito de aguas residuales actúa como un colector, permite recoger un volumen de aguas residuales que es suficiente para asegurar la carga del suministro 5 de aguas residuales en una cantidad que sea suficiente para permitir la propagación homogénea de las aguas residuales por toda la superficie del lecho bioactivo. El depósito 2 de almacenamiento de aguas residuales está equipado preferiblemente con un mecanismo 21 de transporte de líquido, para transportar las aguas residuales hacia el volumen 3 de biofiltro. La conexión 21 puede ser de tal manera que las aguas residuales se transfieren ya sea desde una región superior, central o inferior en la dirección de la altura del depósito de almacenamiento de aguas residuales a una región superior del biofiltro 1.

Si así se desea el dispositivo de esta invención puede incluir un depósito de presedimentación para permitir la separación de las partículas sólidas más grandes y pesadas del resto de la parte líquida de las aguas residuales, para limitar el riesgo de inundación y de componentes grasos que se acumulan a lo largo de la parte superior del depósito de presedimentación contacten con el lecho bioactivo, y para minimizar el riesgo de obstrucción del biofiltro por partículas que se han asentado en una región inferior del depósito de sedimentación. El depósito de presedimentación es usualmente un dispositivo cerrado en el que se mantiene una atmósfera anaeróbica para lograr que los componentes sólidos de las aguas residuales puedan ser digeridos por los microorganismos anaeróbicos y que la mayoría de los componentes sólidos de las aguas residuales sanitarias puedan ser licuados. Si se desea, se puede prescindir del uso de un depósito de presedimentación y el agua puede ser suministrada directamente al volumen de biofiltro, o el depósito de almacenamiento de agua pueden funcionar como un depósito de presedimentación. Sin embargo, como se ha mencionado anteriormente, se recomienda instalar un sistema para la presedimentación anaeróbica para la eliminación de partículas sólidas. La región superior del depósito de presedimentación usualmente contendrá los componentes grasos, la región inferior usualmente contendrá principalmente sedimentos y por lo tanto el agua usualmente se suministra desde una región central del depósito de presedimentación.

Si así se desea en caso de que el agua sanitaria contenga grandes cantidades de grasa, el depósito de presedimentación puede estar precedido por un dispositivo de captura de grasa, para eliminar los componentes grasos de las aguas residuales sanitarias antes de entrar en el depósito de sedimentación. Aunque la presencia de un dispositivo de captura de grasa puede mejorar las prestaciones de la purificación, usualmente la mayoría de los componentes grasos pueden descomponerse en la presedimentación anaeróbica, y como tal el dispositivo de captura de grasa no es obligatorio.

El suministro de aguas residuales, desde el depósito de almacenamiento de aguas residuales al volumen 3 de biofiltro utilizando el sistema 5 de suministro de agua, puede ser continuo. Un experto en la técnica será capaz de adaptar el caudal de aguas residuales de tal manera que se consiga una carga continua del lecho bioactivo, con un mínimo de riesgo de sobrecargar el lecho o crear situaciones de sequedad. Se ha de evitar la sobrecarga del lecho bioactivo 1 y la inmersión en agua ya que esto puede implicar la purificación sólo parcial de agua, el arrastre de los microorganismos, una mejor descomposición y putrefacción de material de mesocarpio.

El suministro las aguas residuales también puede ser por lotes, ya que esta parece ser la forma en que usualmente se producen las aguas residuales. De ese modo, el suministro de agua al lecho bioactivo se organiza preferiblemente de tal manera que se consigue una carga continua del lecho bioactivo, con el propósito de mantener la actividad de purificación y lograr un funcionamiento continuo del lecho bioactivo. Una carga continua se puede lograr mediante el suministro de lotes subsiguientes de aguas residuales a intervalos de tiempo regulares. Los intervalos de tiempo también pueden ser variables, dependiendo de la cantidad de aguas residuales producidas como una función del tiempo. Si la velocidad de producción de aguas residuales es constante como una función del tiempo, es posible suministrar el agua en intervalos de tiempo constantes. En el caso de que el volumen producido de aguas residuales varíe como una función del tiempo, pueden variarse los intervalos de tiempo después de los que se suministra agua, para asegurar que se garantiza la carga uniforme de toda la superficie del lecho. El suministro de agua puede ser controlado por la presencia de un detector de nivel de agua en el depósito 2 de almacenamiento de agua, que se proporciona para activar el dispositivo 7 de suministro de agua cuando se consigue un determinado nivel de agua en el depósito de almacenamiento de agua. Sin embargo, también se pueden utilizar otros medios para controlar el suministro de agua. El suministro por lotes se organiza preferiblemente además de tal manera que el lecho no está continuamente inundado y completamente sumergido en agua, para ralentizar la descomposición del material de mesocarpio y reducir el riesgo de putrefacción, y para reducir el riesgo de sobrecargar el lecho bioactivo con aguas residuales y el consiguiente arrastre de los microorganismos.

Si las circunstancias así se desean, el suministro de aguas residuales puede organizarse de tal manera que el lecho bioactivo se encuentra en un estado seco durante determinados periodos de tiempo. En estos estados secos, la biodegradación del material de mesocarpio se ha ralentizado, el material de mesocarpio a menudo todavía contiene algo de agua absorbida en los poros interiores del material que asegura la supervivencia de los microorganismos en la medida necesaria. Incluso después de un período seco, el lecho bioactivo se recuperará, la población de microorganismos comenzará a crecer otra vez al primer contacto de los pedazos de mesocarpio de coco con las aguas residuales: El mesocarpio de coco presenta la ventaja de que es capaz de aceptar una carga flexible de agua. El mesocarpio de coco también parece mantener períodos de plena inmersión en el agua, para mostrar una putrefacción solo en un grado mínimo y para recuperarse después de haber sido completamente sumergido en agua. El control del suministro de aguas residuales asegura de este modo una larga vida económica del biolecho con un mínimo riesgo de sobrecargar el biolecho.

El suministro por lotes de aguas residuales se organiza preferiblemente de tal manera que los lotes subsiguientes de aguas residuales se suministran a intervalos de tiempo intermitentes. De ese modo el volumen de aguas residuales suministrado hacia el suministro 5 de agua es tal que es suficiente para suministrar a toda la superficie 20 de la primera capa 11 de mesocarpio, con virtualmente la misma cantidad de agua, aunque las variaciones de volumen de aguas residuales suministrado por área superficial puede ser aceptada por el lecho bioactivo sin que ello afecte negativamente a su actividad. Los intervalos de tiempo intermitentes pueden ser de la misma o de diferente longitud de tiempo. La cantidad suministrada y los intervalos de tiempo se adaptarán al tiempo que necesitan las aguas residuales para fluir a través del lecho bioactivo.

Las aguas residuales se organizan preferiblemente de tal manera que se garantiza una carga continua o virtualmente continua de del lecho bioactivo ya que esto mantiene la bioactividad, estimula la bioactividad del lecho y asegura una producción óptima de agua purificada. De esta forma se puede asegurar que el lecho de biofiltro siempre contiene agua para ser purificada de modo que se mantiene la población de microorganismos. El suministro de agua se puede organizar de tal manera que se ofrece un compromiso óptimo entre el caudal de las aguas residuales a través del lecho, que es lo suficientemente rápido para proporcionar la producción deseada de purificación, pero lo suficientemente lento para asegurar un grado suficiente de purificación biológica, con un riesgo mínimo de arrastre de los microorganismos presentes en el material de mesocarpio y a la degradación del mesocarpio de coco.

El suministro continuo y por lotes de aguas residuales al lecho biofiltro se puede lograr según una técnica conocida por un experto en la técnica. Un experto en la técnica será capaz de seleccionar el suministro de agua más adecuado y de adaptar el volumen de cada lote de aguas residuales al volumen que puede estar en el dispositivo 5 de suministro de agua, la capacidad del biofiltro y la purificación prevista. Usualmente, el volumen del lote de aguas residuales se elegirá de modo que el suministro de agua 5 puede ser completamente llenado ya que esto asegura un suministro homogéneo de agua al lecho bioactivo.

El volumen 3 de biofiltro es adecuado para su instalación en una amplia variedad de entornos, puede ser un sistema que está abierto al aire o ser un sistema cerrado. El sistema abierto presenta la ventaja de que puede ser instalado como tal en un jardín, junto a la ubicación en la que se producen las aguas residuales que van a ser tratadas por el biofiltro. Por ejemplo, el biofiltro puede instalarse en una cavidad dedicada de un jardín. Las paredes y el fondo del agujero usualmente se cubren con una película o lámina 4 hecha de material plástico, que no es fácilmente biodegradable, para permitir el adecuado montaje de todas las partes del biofiltro. En su lugar, el biofiltro también puede ser instalado en un cuenco rígido. Otras ventajas de la estructura abierta es que el aire accederá al biofiltro a través del lado superior y como resultado no se necesita un suministro externo de oxígeno, teniendo en cuenta que las aguas residuales se suministran por lotes y que el oxígeno necesario para la digestión aeróbica se suministra con las aguas residuales; que todo el proceso, incluida la descomposición del material similar a lodos presentes en las aguas residuales, se produce en un solo depósito. La oxidación que ocurre en el filtro provoca un auto-consumo de biomasa que evita la acumulación de materia orgánica. De esta manera el sistema es de regulación automática. En el caso de que se use un sistema cerrado, usualmente se proporcionará un suministro de aire para garantizar el suministro de aire al interior del volumen que contiene el lecho bioactivo.

La realización preferida del biofiltro mostrado en la figura 1 comprende un lecho bioactivo 1, que a su vez comprende por lo menos una capa superior bioactiva 11 que comprende unos pedazos de material de mesocarpio de coco. Hay un suministro de agua colocado en la parte superior de la primera capa de mesocarpio, ya sea directamente en la parte superior o a una distancia de la misma. Por debajo de la capa superior 11a se monta un colector de agua 15, para evacuar el agua que ha discurrido a través del lecho bioactivo a una unidad de vertido (no se muestra). El colector de agua 15 puede contener una parte 22, que se extiende a una posición por encima del lecho bioactivo, para permitir la aireación desde una posición por debajo del lecho bioactivo, a través de unos agujeros que se proporcionan en el colector de agua 15. Si se desea, se podrán proporcionar unos medios para el suministro de un gas que contiene oxígeno a una presión por encima de la presión atmosférica.

Preferiblemente se proporciona una segunda capa inferior 12 por debajo de la primera capa superior de mesocarpio

11. Los medios 15 de evacuación de agua, usualmente se colocan en la segunda capa 12, pero también se pueden colocar por debajo de esa capa.

La segunda capa 12 cumple principalmente la función de un soporte para la primera capa 11 y de capa de drenaje, para llevar el agua que ha sido purificada en la primera capa 11 y ha sido filtrada a través a la segunda capa 12, hacia el colector de agua 15 a lo largo del cual se vierte el agua purificada. El material utilizado para construir la segunda capa 12 puede ser de cualquier material de drenaje considerado adecuado por un experto en la técnica. La segunda capa 12 puede comprender una capa de material en partículas que puede ser cualquier material en partículas considerado adecuado por un experto en la técnica, en la medida en que el material no se descomponga fácilmente al contacto con el agua. Un material adecuado para su uso en la segunda capa son los pedazos de material de mesocarpio, en particular pedazos de mesocarpio con un tamaño medio de partícula de entre 4 y 7 centímetros. Otro material adecuado para utilizar como una segunda capa incluye pedazos de material poroso por ejemplo Argex®, guijarros, pedazos de material plástico. La segunda capa 12 sin embargo también puede comprender una hoja de material impermeable al agua, por ejemplo un material de polímero, dicha hoja comprende una pluralidad de volúmenes rebajados de captura de agua para recibir y almacenar agua, como se muestra en la figura 4 y se describe a continuación. La segunda capa 12 puede comprender cualquier otro material tridimensional con huecos interconectados que permiten el drenaje de agua desde la parte superior del material a una parte inferior del material, por ejemplo un panal. Si se desea también se puede utilizar una combinación de los materiales descritos anteriormente en una sola capa. Si así se desea la segunda capa puede comprender una pluralidad de capas superpuestas, que comprenden los materiales descritos anteriormente, según lo cual la parte superior de la segunda capa se hace de una capa de pedazos de material de mesocarpio, una parte central se hace de una capa de otro material en partículas y la capa más baja se hace de una estructura tridimensional porosa. Según otra realización, la segunda capa puede comprender un bastidor, que rodea un volumen hueco que da acceso al colector de agua 15, mientras que la cara superior del bastidor funciona como una cara de soporte para la primera capa superior 11.

Los pedazos de mesocarpio en la primera capa 11 tienen un tamaño medio de partículas más pequeño que el material o los pedazos de mesocarpio en la segunda capa 12. Preferiblemente, los pedazos de mesocarpio de la primera capa 11 tienen un tamaño medio de partículas que es por lo menos de 1 cm, preferiblemente por lo menos 2 cm para minimizar el riesgo de arrastre de las partículas y la obstrucción del equipo. Los pedazos de mesocarpio de la primera capa tienen preferiblemente un tamaño medio de partículas que es inferior a 6 cm, preferiblemente inferior a 5 cm, más preferiblemente inferior a 4 cm, a menudo entre 2 y 4 cm con el fin de minimizar el riesgo de aparición de recorridos preferidos de flujo de agua que limitarían el tiempo de contacto entre las aguas residuales y el material de mesocarpio y para asegurar que el agua se distribuye de forma tan homogénea como sea posible sobre la primera capa de mesocarpio 11, de modo que se asegura el suministro homogéneo de agua a la segunda capa de mesocarpio 12. Particularmente se prefiere el uso de pedazos de mesocarpio con un tamaño medio de partícula entre 2 y 4 cm. Con el fin de proporcionar una eficiencia óptima, la primera capa es preferiblemente la más gruesa, y el grosor de esta primera capa es preferiblemente por lo menos aproximadamente 40 cm, preferiblemente por lo menos aproximadamente 50 centímetros. El grosor de la primera capa usualmente será inferior a 100 cm. Sin embargo, se pueden utilizar otros espesores si el área superficial del biolecho y la carga así lo requieren. En esta primera capa de mesocarpio 11 tiene lugar la mayoría de la purificación del agua.

Si se desea, el tamaño medio de partícula de los pedazos de mesocarpio en la primera capa 11 puede variar en función de la profundidad de la primera capa. Por ejemplo, podría considerarse la posibilidad de utilizar como una primera capa, una pluralidad de subcapas colocadas unas encima de otra, estando construida cada capa de partículas de mesocarpio con un tamaño medio de partícula diferente. De ese modo el tamaño medio de partícula de los pedazos de mesocarpio aumentará preferiblemente al pasar de la cara superior de la primera capa 11 hacia la segunda capa 12 para facilitar el drenaje. El tamaño medio de partícula por ejemplo puede aumentar gradualmente. El material de la primera capa puede consistir exclusivamente en material de mesocarpio, pero también puede contener otras mezclas de material en partículas, tal como por ejemplo arena, turba, etc. En la situación mostrada en la figura 1, la primera capa 11 consiste en una capa superior con pedazos de mesocarpio de un tamaño de partícula más pequeño, y una capa inferior con pedazos de mesocarpio con un tamaño de partícula más grande.

Al tener la primera capa de pedazos de mesocarpio 11 con el tamaño medio de partícula más pequeño en una parte superior del biofiltro, las aguas residuales que entran en el biolecho son forzadas a fluir a través de un número espectacularmente mayor de recorridos de flujo con un diámetro más pequeño en la parte superior del biofiltro. Las menores dimensiones de los recorridos de flujo que se producen entre las partículas más pequeñas proporcionan una mayor superficie de contacto entre las aguas residuales y el área superficial del mesocarpio, que funciona como un medio de cultivo para una amplia variedad de microorganismos aeróbicos activos en la purificación del agua. De este modo, se garantiza una gran área superficial de contacto entre las aguas residuales que se van a tratar y los microorganismos. De este modo, la purificación del agua será la etapa limitadora de velocidad del biofiltro. Al tener una capa de un material 12 con un mayor tamaño medio de partícula o huecos para que discurra el agua con un diámetro mayor en la parte inferior del biofiltro, se optimiza el drenaje y el suministro de oxígeno al biofiltro y se minimiza el riesgo de que el drenaje sea la etapa limitadora de velocidad.

En el caso de que se use material en partículas para la segunda capa 12, se recomienda elegir el tamaño de las partículas en la segunda capa de tal manera que los espacios vacíos interconectados entre las partículas de la segunda capa faciliten el discurrir desde la primera capa y promuevan la aireación de la primera capa para proporcionar un buen drenaje.

En la realización preferida en la que la segunda capa inferior comprende preferiblemente pedazos de materiales, en particular pedazos de mesocarpio, el tamaño medio de partícula de estos pedazos generalmente es inferior a 15 cm, preferiblemente inferior a 10 cm, preferiblemente inferior a 8 cm, más preferiblemente inferior a 7 cm, pero más de 2 cm, preferiblemente más de 3 cm, más preferiblemente más de 4 cm. El tamaño medio de partícula de las partículas de mesocarpio de la segunda capa está preferiblemente entre 4 y 7 centímetros. De esta manera, la segunda capa 12 permitirá una rápida evacuación del agua purificada, no actuará como la capa que determina la velocidad de purificación, y de esa manera se minimiza el riesgo de exceso de flujo del filtro. La segunda capa inferior 12 a menudo funciona como una capa de aireación para suministrar a la primera capa 11 el oxígeno suficiente. Por convección natural, el aire presente en esta capa se propagará por el conjunto del biofiltro, proporcionando oxígeno a todo el sistema. Debido a que los pedazos son más grandes, se proporciona una óptima interacción entre las aguas residuales y el aire presente en esta capa, de modo que también se puede producir la purificación aeróbica del agua en la capa inferior. La segunda capa usualmente tendrá un menor grosor que la primera capa, pero un grosor que es de tal manera que la segunda capa se extiende a una posición por encima de cualquier agujero en el colector de agua 15, para minimizar el riesgo de obstrucción del mismo. La segunda capa inferior usualmente tendrá un grosor de entre 5 y 30 cm, a menudo entre 10 y 20 centímetros. A menudo el grosor de la segunda capa será de aproximadamente un 20% del grosor total del biolecho. En el caso de que se haga de material en partículas, como por ejemplo mesocarpio de coco, la segunda capa usualmente también estará compactada, para minimizar el riesgo de aplastamiento del lecho como una función del tiempo.

La suma de los grosores de la primera y la segunda capas de mesocarpio 11, 12 será preferiblemente de por lo menos 75 cm, más preferiblemente por lo menos 85 cm, pero se pueden utilizar grosores más grandes o más pequeños teniendo en cuenta el área superficial del lecho bioactivo y la carga esperada. Un experto en la técnica será capaz de ajustar el grosor de la primera y la segunda capas teniendo en cuenta el área superficial del biolecho y la carga esperada de aguas residuales.

Para construir la segunda capa 12, usualmente los pedazos de material de mesocarpio se desgarran para soltar el material, se colocan en la cavidad y se compactan, por lo menos un 10%, preferiblemente del 20 al 30%. La compactación se lleva a cabo preferiblemente hasta un volumen correspondiente de 1 m3 que contendría entre 75 y 275 kg de mesocarpio, preferiblemente entre 100 y 250 kg, más preferiblemente entre 100 y 225 kg, lo más preferiblemente entre 80 y 200 kilogramos. En caso de que la segunda capa contenga otro material, la compactación puede ser menos dependiente de la naturaleza del material utilizado. De forma similar, para construir la primera capa 11, los pedazos de material de mesocarpio se desgarran para soltar el material, se colocan en la cavidad de la parte superior de la segunda capa 12 y se compactan, por lo menos un 10%, preferiblemente del 20 al 30%. La compactación se puede hacer utilizando una técnica conocida por un experto en la técnica. La compactación tiene el efecto de que el material de mesocarpio como tal está comprimido, se reducen las dimensiones de los huecos existentes entre los pedazos de mesocarpio compactados de manera suelta y los recorridos de flujo están orientados al azar entre sí. De este modo se ralentiza el caudal de agua, ser reduce el riesgo de formación de corrientes preferidas de agua, dejando al mismo tiempo un área superficial de contacto accesible suficientemente grande entre el agua y las partículas del mesocarpio para garantizar una óptima eficiencia de purificación, con un mínimo de riesgo de obstrucción del filtro.

Si se desea, para asegurar una óptima calidad de purificación de agua desde el principio, los pedazos de mesocarpio de coco se injertan por adelantado con los microorganismos apropiados.

Si se desea, para mejorar aún más las prestaciones del biofiltro, por debajo de la segunda capa 12 se pueden proporcionar unas capas adicionales de material de mesocarpio o de otro material en partículas.

Por ejemplo, se puede proporcionar una capa adicional de un material biológicamente activo, especialmente en el caso que se conciba una mejora adicional de la eficiencia y la calidad del agua. En particular, puede ser ventajoso proporcionar una capa de carbón activado, carbón vegetal o cualquier otro soporte para la desnitrificación de bacterias por debajo de la capa más baja de mesocarpio. El carbón activado y el carbón vegetal son capaces de adsorber una amplia gama de compuestos orgánicos y otros compuestos disueltos o suspendidos en líquidos y funcionan como un filtro para eliminar bacterias y sales insolubles en agua. Por encima de esto, el carbón activado y el carbón vegetal son especialmente útiles en las instalaciones de tratamiento de aguas en lo que respecta a la desnitrificación de aguas residuales. Los inventores han observado que una capa de carbón activado o carbón vegetal por debajo de las diferentes capas de mesocarpio del biofiltro proporciona a todo el sistema una mejor purificación y una mayor eficiencia. Según otra realización, sin embargo, el carbón activado o carbón vegetal pueden mezclarse en la segunda capa 12.

En la parte superior de la primera capa de mesocarpio 11 se puede proporcionar una capa superior 14 de un medio de absorción de agua. La capa de absorción de agua usualmente tiene un grosor de aproximadamente 15 a 20 cm, pero puede ser más fina o más gruesa. Si se desea, para construir esta capa se puede utilizar mesocarpio de coco.

Preferiblemente, se proporciona una capa superior decorativa que comprende material de absorción de agua en la parte superior de los medios 5 de suministro de agua, la primera capa de mesocarpio 11 o la capa de absorción de agua si el dispositivo se construye en una realización abierta de la invención. La naturaleza del material de absorción de agua no es crítica para la invención, y ejemplos adecuados incluyen virutas de madera, materiales inorgánicos porosos, material de crecimiento de plantas o de cualquier otro tipo de material de absorción de agua conocido por un experto en la técnica. Esta capa superior funciona como una capa de absorción de olores producidos por las aguas residuales. La capa superior también funciona como un regulador de caudal de agua, en particular como un medio de absorción por lo menos temporal para el agua procedente de condiciones lluviosas, por medio de la absorción del agua, reteniéndola durante un tiempo y reenviándola a las capas inferiores de mesocarpio por lo que parte de la capa adsorbida usualmente también se evaporará. Esta capa también funciona como una capa de propagación del agua, por lo que el agua absorbida se propaga por el mesocarpio de la forma más uniforme posible, para minimizar el riesgo de inundación del biofiltro en caso de fuerte lluvia por ejemplo. Usualmente el agua adsorbida será liberada de nuevo cuando la presión osmótica en el biofiltro caiga por debajo de la presión osmótica del medio de absorción de agua 14. De esta manera, se minimiza el riesgo de aparición de cargas de choque en las capas inferiores de mesocarpio y el riesgo de arrastre de los microorganismos fuera del mesocarpio.

El agua que se suministra al biofiltro, pueden tener un pH que varía entre 4 o 5 a 10, 11 o más. Con un pH muy alto

o muy bajo, se pone en riesgo la supervivencia de la población de microorganismos y, por lo tanto, el biofiltro de esta invención comprende preferiblemente unos medios para mantener un pH de la primera y la segunda capas de mesocarpio 11, 12 entre 6 y 9. Estos valores de pH no sólo aparecen para promover el crecimiento de la población de microorganismos, sino que se adaptan a los requerimientos de pH del agua potable. Por otra parte, los inventores han observado que, después de un prolongado tiempo de contacto con el agua, el ácido tánico o precursores o sus productos de descomposición son liberados por el material de mesocarpio, lo que tiende a bajar el pH. Pueden utilizarse los medios que un experto en la técnica considere adecuados con el propósito de controlar el pH. Se prefieren particularmente los compuestos que sean capaces de estabilizar el ácido tánico, sus precursores o productos de descomposición. Según una posible realización, unas sales de Ca o Mg con baja solubilidad en agua se mezclan con el material de mesocarpio. Un agente de control del pH preferido es la piedra caliza que se compone en su mayor parte de CaCO3 pero también puede ser una mezcla de CaCO3 y MgCO3. CaCO3 y MgCO3 tienen baja solubilidad en agua y de este modo siguen disponibles durante un largo período de tiempo. Preferiblemente, el agente de control de PH se mezcla en forma de polvo o granulado con los pedazos de mesocarpio para la primera capa 11 cuando se construye el biofiltro. Si se considera apropiado, la segunda capa 12 puede contener este agente de control de pH, pero esto no es obligatorio.

Como puede verse en la figura 3, un coco aproximadamente consiste en tres partes, el epicarpio 8, el endocarpio 9 y el mesocarpio 10. El epicarpio 8 es la capa fina y suave que rodea el coco y el endocarpio 9 es el núcleo o hueso del coco. El endocarpio 9 contiene el endospermo 19, que es la parte blanca comestible del coco. El mesocarpio 10 es la capa que está situada entre el epicarpio 8 y el endocarpio 9. Comprende unas fibras 17 y tejido parenquimatoso 18 también llamado parénquima. Juntos, el mesocarpio 10 y el epicarpio 8 forman la cáscara del coco. El mesocarpio de coco 8 se utiliza en el biofiltro de esta invención por varias razones, tales como la capacidad para retener materias en partículas y actuar como un medio de crecimiento para los microorganismos, el hecho de que el material se encuentre disponible en una gran variedad de distribuciones de tamaño de grano y debido a su porosidad intrínseca. Ventajosamente, los biofiltros a base de mesocarpio de coco pueden comprender un material de biofiltro adicional tal como arena, turba, grava, perlita, geotextil o una alfombrilla de materiales poliméricos dado que mejoran la propagación del agua encima del lecho. Aunque al entrar en contacto con las aguas residuales, los microorganismos apropiados comenzarán a crecer como tal en el material de mesocarpio, los pedazos de mesocarpio pueden ser injertados con microorganismos con antelación si así se desea, para conseguir que el dispositivo de purificación muestre unas prestaciones óptimas desde el principio.

El dispositivo de la presente invención comprende además unos medios 5 para el suministro de aguas residuales a una parte superior del biofiltro 1, de forma que las aguas residuales pueden fluir a través del biofiltro de una manera gravitacional. El flujo gravitacional asegura que el tiempo de contacto entre las aguas residuales y el biofiltro 1 puede mantenerse durante un período de tiempo, que sea lo suficientemente largo como para garantizar la óptima purificación del agua.

El dispositivo 5 de suministro de agua se construye preferiblemente de tal manera que el agua se suministra a toda la superficie del biofiltro, de modo que se consigue la propagación óptima de las aguas residuales sobre toda la superficie del biofiltro. La distribución uniforme de agua sobre la superficie del biofiltro minimiza el riesgo de que algunas zonas sólo reciban agua, como resultado de lo cual esas zonas estarán sujetas a erosión, a un desgaste más rápido de la actividad biológica y al final quedarán obstruidas, mientras que otras zonas no recibirán en absoluto aguas residuales. Para proporcionar un suministro de agua que se distribuya lo más uniformemente posible sobre toda la superficie del biofiltro, se puede utilizar cualquier sistema conocido por un experto en la técnica, capaz de hacerlo. Según una realización práctica, se hace uso de lo que se llama bastidor 5 de percolación de agua, en las figuras 2a y 2b se muestra por ejemplo un bastidor. El bastidor de percolación 5 de la presente invención comprende por lo menos un tubo 6, que está perforado en un lado que mira al biofiltro, para proporcionar agujeros a lo largo de los cuales puede fluir el agua desde el tubo 6 hacia la cara superior del biofiltro 1. El por lo menos un tubo perforado puede hacerse de cualquier material considerado por un experto en la técnica, por ejemplo metal, en particular acero inoxidable, cobre o zinc, o un material plástico por ejemplo poli(cloruro de vinilo), polietileno, polipropileno o de cualquier otro material adecuado.

En caso de que se use un solo tubo, el tubo se configurará de tal manera que sea capaz de suministrar agua a una gran parte de la superficie del biofiltro. El tubo por ejemplo puede estar enrollado circularmente. Sin embargo, también es posible suministrar las aguas residuales a lo largo de un suministro central 7 como se muestra en la figura 2b, desde el que se suministra agua a una pluralidad de tubos 6 que se extienden en dirección longitudinal del lecho. En la realización mostrada, los tubos 6 discurren en dirección longitudinal del lecho y paralelos entre sí, pero también se puede considerar cualquier otra configuración. En la figura 2a, el dispositivo 5 de suministro de agua comprende un suministro central 7 de agua, que se proporciona para suministrar agua a los lados opuestos del dispositivo 5 de suministro de agua, para facilitar la propagación del agua.

Preferiblemente, las perforaciones presentes en el tubo tienen un diámetro que es de por lo menos 5 mm, preferiblemente por lo menos 8 mm, más preferiblemente por lo menos 1 cm para proporcionar un caudal lo suficientemente grande y minimizar el riesgo de obstrucción. Para proporcionar un caudal de agua que sea el más adecuado para el biolecho de esta invención, el bastidor de percolación se llena preferiblemente de agua, tras lo cual el agua puede dejar el bastidor de percolación gota a gota por caída desde las perforaciones. El agua que es expulsada desde las perforaciones, se propagará usualmente a lo largo de una figura cónica, y de esta manera se suministra con agua a una superficie más grande que el área superficial proporcionada por las perforaciones como tal. Puede conseguirse una propagación y optimización adicionales del suministro de agua mediante el suministro de agua a una presión por encima de la presión atmosférica. También se puede conseguir una propagación adicional mediante el suministro de agua a una capa de absorción de agua colocada en la parte superior de la primera capa de mesocarpio como se describe más arriba.

Según otra realización práctica, el dispositivo 5 de suministro de agua de esta invención comprende una capa de un material de captura de agua, que puede consistir en una hoja de material impermeable al agua, por ejemplo, un material de polímero, dicha hoja comprende una pluralidad de volúmenes rebajados de captura de agua para recibir y almacenar agua. Por lo menos una parte de los volúmenes huecos en la capa de captura de agua tienen una cara superior, que es substancialmente abierta y capaz de capturar agua. Un ejemplo de un material adecuado para la capa de captura de agua es Floradrain, una hoja de polietileno de Zinco, Países Bajos. Otros materiales adecuados para la hoja incluyen el polietileno, polipropileno, policarbonato, poliolefina, poliamida, materiales termoplásticos, resinas endurecidas o cualquier otro material conocido por un experto en la técnica. Generalmente los volúmenes de captura de agua estarán perforados en el fondo para permitir que las aguas puedan filtrarse a través, hacia el lecho.

De manera óptima, un biolecho para 5 PE se proporciona con aguas residuales de lotes de aproximadamente 30 a 50 litros, pero también se pueden suministrar lotes de mayor tamaño o más pequeños de aguas residuales. Estos volúmenes de aguas residuales pueden ser absorbidos eficientemente por el filtro, se puede suministrar aire fresco y oxígeno con cada lote y se reduce al mínimo el riesgo de arrastrar los microorganismos. En caso de que la corriente de aguas residuales sea continua o en el caso de que las aguas residuales se suministre en lotes más grandes de lo que puede ser manejado por el lecho del biofiltro, se puede proporcionar un sistema mecánico que controla el volumen de aguas residuales suministradas de tal manera que se suministren volúmenes adecuados. De esta manera, es posible lograr que el biolecho se alimente con un lote de aguas residuales en un solo paso para entregar una cantidad repentina de agua, después de lo cual el biolecho se deja por un tiempo suficiente para permitir la absorción del agua por parte del material del biolecho y para garantizar una óptima distribución sobre el biolecho. A partir de ese momento, se puede suministrar un subsiguiente lote de aguas residuales. Preferiblemente el suministro de agua se realiza de tal manera que se distribuye uniformemente a lo largo del día, independientemente de la franja de tiempo en la que se producen las aguas residuales.

Ejemplo.

Se construyó un lecho de biofiltro haciendo un agujero en el suelo de 1,90 m de longitud, 1,90 m de ancho y 1 m de altura, para 5 personas, y cubriendo el fondo y las caras laterales del agujero con una película de plástico hecha de geomembrana de caucho de revestimiento de estanque de Firestone (EPDM) de 1 mm de grosor con esquinas reforzadas. Este volumen debería ser suficiente para purificar agua residual producida por 5 personas por día.

El biofiltro se hizo proporcionando una segunda capa inferior de material de mesocarpio de coco, cuyos pedazos tenían un tamaño medio de partícula de entre 5 y 10 centímetros. Esta capa proporciona el 20% vol. del material de mesocarpio del biofiltro. En la parte superior de la superficie del material de la segunda capa se instaló un dispositivo de presión para someter a la segunda capa a una presión y compactar el material de mesocarpio. En la parte superior de la segunda capa inferior, se colocó una primera capa superior de pedazos de mesocarpio de coco, con un tamaño medio de partícula de entre 2 y 4 centímetros. Esta capa proporciona el 70% vol. del material de mesocarpio de coco del biofiltro. En la parte superior de la superficie del material de la primera capa se instaló un dispositivo de presión para someter a la primera capa a una presión y compactar el material de mesocarpio. El material de mesocarpio de coco de la primera y la segunda capas juntos tenían una densidad de 180 kg/m3.

El bastidor de percolación se montó en la parte superior de la primera capa superior. El bastidor de percolación y la primera capa de mesocarpio de coco se cubrieron con una capa superior, que consistía en partículas de mesocarpio de coco con un tamaño medio de partícula entre 0,5 y 3 centímetros. Esta capa superior decorativa proporcionaba el 10 % vol. del material de mesocarpio del biofiltro.

La primera y la segunda capas juntas tenían un grosor de 0,85 m. El volumen de la primera y la segunda capas fue 3,0685 m3, la primera y la segunda capas contenían juntas 552,33 kg de material de mesocarpio de coco. La primera y segunda capas juntas tenían una densidad de 180 kg/m3, la densidad se determinó determinando el peso del material de mesocarpio de coco contenido en el volumen ocupado por la primera y segunda capas del biofiltro.

Como bastidor de percolación, se hizo uso de la ayuda de un bastidor rectangular, que consistía en una pluralidad de tubos con un diámetro de 40 mm, que fueron perforados cada 15 cm con agujeros de un diámetro de 1 cm.

El lecho del biofiltro fue sometido a una carga hidráulica nominal de 5 PE (1501/PE) o 750 litros de aguas residuales por día. El biofiltro se equipó con un depósito de presedimentación. El flujo entrante fue suministrado en lotes de aproximadamente 30 litros. El flujo entrante discurre a través del filtro de una manera gravitacional. Las características del flujo entrante eran:

-: DBO: promedio 264 mg /I O2

-: Sólidos en suspensión totales: promedio 281 mg/l

-: NH4-N: promedio 57 mg/l

-: PT: promedio 12 mg/l

El lecho de biofiltro fue puesto a prueba durante un período de 9 meses. Los resultados detallados se muestran en la tabla 1 a continuación. Durante la alimentación nominal, se tomaron y analizaron 20 muestras mezcladas de flujo saliente. La composición promedio del flujo saliente tratado fue la siguiente:

-: DBO: promedio 8,8 mg/l O2

-: DQO: promedio 61,7 mg/l O2

-: Total de sólidos en suspensión: promedio 10,7 mg/l

-: NH4-N: promedio 9,0 mg/l

-: PT: promedio 9,6 mg/l Que de este modo da los siguientes porcentajes de reducción:

-: DBO red: promedio 96,4 %

-: DQO red: promedio 90,3 %

-: Materia sólida en suspensión red: promedio 95,6%

-: PT red: promedio 17%

El dispositivo de purificación de aguas residuales según la presente invención tiene de este modo una excelente eficiencia de purificación y muestra mejoras tanto en reducción de DBO como reducción de materia en suspensión.

DBO = demanda biológica de oxígeno

DQO = demanda química de oxígeno

PT = contenido total de fósforo

SST = sólidos en suspensión totales

Con el fin de que sea adecuado para el vertido en aguas superficiales, tal como por ejemplo arroyos, ríos o estanques es importante que el valor absoluto de la DBO del agua purificada sea inferior a 25 mg/l, que la DQO sea inferior a 125 mg/l, que la SST sea inferior a 60 mg/l y el pH esté entre 6 y 9. Dependiendo de las reglamentaciones nacionales, puede estar prohibido el vertido de agua purificada con DBO, DQO, SST o pH más altos. A fin de ser adecuado para el vertido, no sólo cuentan los valores de reducción del porcentaje de DBO, DQO y SST, sino también sus valores absolutos. El permiso de vertidos, sólo se expide cuando se consiguen estos tres parámetros un máximo de tres veces durante un período de prueba de 38 semanas, y que no se rebasan más de una vez.

Tabla 1:

Carga: día pH SST mg/l DBO mgO2/l DQO mgO2/l NH4 mgN/l

100%: 1 7,72 <0,1 6,0 53,6 40,0

7,57: <0,1 7,0 50,5 22,0

7,13: <0,1 9,0 66,2 10,0

7,11: <0,1 8,0 65,5 6,4

50%: 6,98 <0,1 6,0 55,6 1,7

6,83: <0,1 <3,0 51,8 0,35

100%: 6,79 <0,1 8,0 60,6 3,5

7,22: <0,1 8,0 61,6 6,1

6,63: <0,1 <3,0 51,3 3,4

6,51: <0,1 <5,0 54,0 1,8

6,29: <0,1 <5,4 53,6 2,2

0%: - - - -

100%: 7,49 <0,1 15,0 69,0 17,0

6,24: <0,1 <3,0 39,0 2,6

6,78: <0,1 5,0 64,0 1,4

6,51: <0,1 3,0 46,0 1,2

6,12: <0,1 5,6 100,0 4,2

150%*: 6,8 <0,1 5,0 41,0 2,2

6,38: <0,1 5,0 42,0 2,0

100%: 7,3 <0,1 8,0 58,0 6,6

6,87: <0,1 9,0 55,0 5,4

7,06: <0,1 13,0 65,0 13,0

50%: 7,19 <0,1 12,0 78,0 6,0

7,01: <0,1 12,0 67,0 7,6

100%: 7,07 <0,1 12,0 69,0 9,8

6,59: <0,1 25,0 88,0 13,0

7,53: <0,1 18,0 64,0 11,0

Claims

REIVINDICACIONES:

1.

Dispositivo para la purificación de aguas residuales contaminadas orgánicamente, que comprende por lo menos un biofiltro (1) para la purificación de aguas residuales, dicho biofiltro (1) comprende un lecho bioactivo (3) con una primera capa de pedazos de mesocarpio de coco (11), el dispositivo comprende además un suministro de agua (5) para suministrar aguas residuales que van a ser purificadas a una parte superior del biofiltro en una posición por encima de la primera capa (11), y un colector de agua (15) para recoger agua purificada desde una parte inferior del biofiltro en una posición por debajo de la primera capa (11), caracterizado porque los pedazos de mesocarpio de la primera capa (11) tienen un tamaño medio de partícula de por lo menos 1 cm, porque la primera capa (11) es compactada para tener una densidad de entre 75 y 275 kg/m3.
2.

Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el material compactado de mesocarpio de la primera capa tiene una densidad de entre 100 y 225 kg/m3.
3.

Dispositivo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque debajo de la primera capa superior se proporciona una segunda capa porosa (12) para drenar el agua desde la primera capa (11) hacia el colector de agua

(15)
4.

Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se proporcionan unos medios para mantener un pH en la primera capa (11) entre 6 y 9.
5.

Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los pedazos de mesocarpio se mezclan con un agente que es capaz de estabilizar el ácido tánico o sus precursores o sus compuestos de descomposición liberados por el mesocarpio de coco como una función del tiempo.
6.

Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque el agente es un material que contiene CaCO3o MgCO3 granulares o una mezcla de estos materiales.
7.

Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el suministro de aguas residuales (5) está dispuesto para proporcionar una distribución de agua substancialmente homogénea en una cara superior (20) de la primera capa de mesocarpio (11).
8.

Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el suministro de aguas residuales se proporciona para suministrar un flujo por lotes de las aguas residuales.
9.

Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los pedazos de la primera capa de mesocarpio (11) tienen un tamaño medio de partícula de entre 2 y 4 centímetros.
10.

Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, caracterizado porque la segunda capa comprende una capa de pedazos de material, en particular pedazos de mesocarpio (12) con un tamaño medio de partículas mayor que los pedazos de mesocarpio de trozos de la primera capa (11).
11.

Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque los pedazos de mesocarpio de la segunda capa

(12) tienen un diámetro medio de entre 4 y 7 centímetros.
12.

Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, caracterizado porque la segunda capa (12) se hace de un material plástico que comprende una pluralidad de cavidades (7) para almacenar temporalmente el agua que deja la primera capa (11) y unos orificios para la transferencia de agua desde las cavidades al colector de agua (15).
13.

Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la suma de los grosores de la primera (11) y la segunda (12) capas es por lo menos 85 centímetros.
14.

Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque debajo de la segunda capa

(12) se proporciona una capa (13) de un soporte para la desnitrificación de microorganismos, en particular, una capa que contiene carbón vegetal.
15.

Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque los pedazos de mesocarpio de la primera capa son injertados con microorganismos de antemano.
16.

Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque el dispositivo está abierto al aire por lo menos parcialmente.
17.

Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque la capa superior de un material de absorción de agua (14) se coloca en la parte superior de la primera capa de mesocarpio (11).
18.

Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17 caracterizado porque el dispositivo comprende un depósito (2) de presedimentación anaeróbica que está conectado con el biofiltro (1, 3).
19.

Un método para producir un dispositivo para la purificación de las aguas residuales que comprende por lo menos un biofiltro para la purificación de aguas residuales, en donde por lo menos una primera capa superior de pedazos de mesocarpio de coco (11) se coloca en la parte superior de un colector de agua (15), en donde la primera capa comprende pedazos de mesocarpio con un tamaño medio de partícula de por lo menos 1 cm, y en donde la primera capa se compacta para tener una densidad de entre 75 y 275 kg/m3.
20.

Un método para purificar el agua, en donde por lo menos un lote de aguas residuales se suministra en la parte superior de la primera capa de mesocarpio (11) del dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19 y se recoge desde una parte inferior del biofiltro en una posición por debajo de la primera capa (11).