WO2012158012A2 - Planta modular para tratamiento de aguas residuales - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a modular system of wastewater treatment for rural, suburban, buildings, mainly
  • Patent application YU / a / 2005/000003 dated February 22, 2005 aims to increase the efficiency of previously developed septic tanks, where a smaller diameter at the outlet reduces the speed of the process by decreasing the drag of solids and supernatants , improving flotation and decantation, which translates into greater equipment efficiency.
  • Figure 1 is a sieve tank and the sieve located inside.
  • Figure 2 is a top view of the basket-shaped sieve
  • FIG. 3 is a bottom view of the influent distributor
  • FIG. 4 is a side view of the influent distributor
  • Figure 5 represents a decanter-bioreactor
  • Figure 6 shows a cut of the anaerobic filter
  • FIG. 7 shows an embodiment of the aerobic filter
  • Figure 8 is an example of how the water treatment plant with artificial wetlands (64) can be used where it is shown:
  • the water passes through a sieve tank equipment, a bioreactor decanter filter, a first anaerobic filter and a wetland (64) to obtain water with the appropriate conditions to measure the final position.
  • Figure 9 shows Graphs of the results of the sampling of residual water, in a pilot test in a pig farm the "Intensive Livestock Treatment" was designed, in the reduction of fecal conformations in npm / 100 ml.
  • Figure 10 shows the DB05 Biochemical Oxygen Demand at 5 days, measured in mg / l during the process
  • Figure 1 1 shows the behavior of COD in mg / lt during process
  • Figure 12 shows the decay of the total phosphorus concentration in mg / l during the process
  • Figure 13 allows us to evaluate the efficiency of the equipment to separate fats and oils during the process
  • Figure 14 shows the change in total nitrogen concentration in mg / l during the process
  • Figure 15 shows the decrease in total suspended solids during the process.
  • Figure 16 shows how literally sedimentable solids are virtually eliminated during the process.
  • the present invention is composed of the following elements: A tank (1) where a basket type screen (2) is placed inside the tank.
  • the tank has an influent feed (3) at the top and a discharge (4) at the bottom of the opposite face and is positioned so that there is a drop in the bottom of the tank, being lower on the opposite side to food.
  • a removable sieve (2) is placed in the form of a basket to eliminate solid waste that could affect the operation of the plant, said removable sieve (2) is shaped like a basket and is supported on the upper edges of the tank, account with handles and hinges
  • the removable screen (2) seen from the side has a trapezoidal shape whose longest side corresponds to the surface of the pond, its main face being adjacent to the face where the influent feed is located and on the opposite side it has an ascending side , so that the solids contained in the screen cannot block the passage of the liquid towards the discharge (4) and consequently to the other process equipment.
  • the basket has been designed in such a way that it does not touch the bottom of the pond, thus allowing a better flow.
  • the water treatment plant has a gravity flow distributor
  • the gravity flow distributor (6) is a container whose objective is to distribute the flow evenly to other equipment, to avoid decantation and skimming. Its construction consists of a conical or concave bottom funnel-like body through which the water to be treated is fed through the feed pipe (7) and into an upper section (8) that is completely horizontal and on whose periphery the outputs at the same level (9) of the distributor that is completely horizontal, as are the distribution tubes to other equipment, maintaining an equal flow for each tube.
  • the upper lateral part of the distributor can vary in shape depending on the application and can be circular, octagonal, or any other regular geometric shape, according to the number of equipment to which the flow is to be distributed, as long as it is not altered the characteristic of the conical or concave bottom and exit completely horizontal at the same level.
  • This equipment also has a drain (10), for accumulated sludge.
  • the distributor (6) feeds one or more decanter-bioreactor equipment (11) of vertical type (fig. 3).
  • the biological treatment starts in anaerobic equipment to achieve greater peak absorption, lower energy requirement and lower sludge production
  • the decanter - bioreactor (11) is a vessel consisting of a body divided into several sections.
  • the upper part (12) is a truncated cone or vault, the truncated part or mouth of the container (19) being the suitable place to support a container or filter (13) and the corresponding container lid (14).
  • the decanter also has in the upper part projections (16) in the form of a prism or arc, adjacent to the conical or domed section, these projections serve to give greater mechanical resistance to the container; the vertical face of one of the projections is used to place the horizontal feeding tube (15), while a vent or vent (17) is placed on the horizontal face of another of the projections.
  • the middle part of the container is a cylinder or cylindrical trunk, while the lower part is divided into two sections; a section was shaped like a truncated inverted cone or vault (18) and a cylindrical shape with a flat base (33) at the end of truncation of the cone.
  • the decanter - bioreactor has a feed tube (15), a reverse filter (13), a vent (17), a sludge extraction tube (23) and an outlet duct (20). ⁇ ⁇ ⁇ '
  • the water to be treated can be fed by the upper part, if the feed is lateral, by the feed pipe (15) which is a tube consisting of two sections; the first horizontal section extends to the center of the decanter - bioreactor, crossing the filter and ending in a "T" where one of the arms of the "T” reaches almost to the cover (14) of the decanter, while the Another end of the "T” (22) extends vertically downward through the bottom of the container or filter (13), its length being less than the length of the cylindrical section of the container.
  • the feed pipe which is a tube consisting of two sections; the first horizontal section extends to the center of the decanter - bioreactor, crossing the filter and ending in a "T" where one of the arms of the "T” reaches almost to the cover (14) of the decanter, while the Another end of the "T” (22) extends vertically downward through the bottom of the container or filter (13), its length being less than the length of the cylindrical section of the container.
  • the container or filter (13) which is a truncated cone-shaped body, closed at the bottom where only the vertical section (22) of the tube passes through feed (15) to deposit the flow near the lower conical section of the decanter.
  • the container (13) has at the bottom of the surface a series of holes (21) to allow the entry of: fluid into the container or filter (13) laterally, located on the periphery of the upper part of the filter; in a horizontal position, opposite to the feeding duct and at a height below the level of the feeding tube (15), is the discharge duct (20) whose diameter is smaller than the diameter of the feeding duct (15).
  • the decanter-bioreactor (11) also has an inclined duct (23) or maintenance duct that runs from the top of the decanter through one of the projections (16) to the bottom of the lower section of the decanter.
  • the maintenance duct (23) has a cover (25) at its upper end and a horizontal branch (24) that is located at a lower height than the feeding (15) and discharge (20) ducts, where the Bypass crosses the wall of the decanter (11) and at its free end has a valve (26) to allow cleaning of the system; additionally it has a vent (17) at the top in one of the projections (16) consisting of a duct to allow the exit of gases.
  • This equipment can be fitted with an accelerated decanter (27) to speed up the process.
  • the discharge duct (20) feeds an inverted anaerobic filter (28), (Fig. 6) whose outer geometry is equal to that of the decanter (11), having the same upper sections (29), cylindrical section (30), triangular projections (31), lower conical section (32), and lower cylindrical section (33b) but not necessarily the same capacity, volume or content.
  • the anaerobic filter has a feed duct (34) that reaches the center of the filter, the feed can be made lateral or from the top, but the tube rests to the center of the bottom, at whose end it has a shaped termination of "T" (35) where one of the arms of the "T” extends almost to the cover (36) of the filter while the other arm of the "T” extends towards the bottom of the filter through the tank upper (37) and reaching the inside of the lower tank (38), the anaerobic filter (28) has an inverted truncated cone shaped tank (37) supported by the filter mouth; said tank is closed at its base and at the bottom of its periphery has a series of perforations (39), additionally the tank (37) has a landfill (40) that connects to the outlet duct (41).
  • the filter also has a sludge extraction duct (42) consisting of an inclined tube that goes from the outside of the filter, going through one of the projections (31) and the lower tank (38) until it reaches the lower cylindrical section (33b), where the tube has a horizontal branch (24b). which is below the supply line (34) and below the discharge line (41); said bypass crosses the wall of the filter and at the end it has a bypass valve (26). Additionally, the anaerobic filter has one of the projections (31) with a vent (43).
  • the water treatment plant may include another filter that, unlike the first filter, the second filter is aerobic (44).
  • the aerobic filter is a tank with similar geometry to the previous ones and is composed of the same sections that are top (45) conical or upper concave section (46), projections or vaulted (47) cylindrical body (48), lower conical section ( 49) and lower cylindrical section (50).
  • the aerobic filter (44) has a feeding duct (51) consisting of a horizontal tube that crosses the tank wall (44) and the wall of an inner upper container (52) to a central part, where it ends in a bypass T "(53).
  • One end of the" T “(53) projects upward, while the other end pours the liquid into the container (52) that functions as a spout distributing the liquid through a series of holes (54) which are located at the bottom periphery of the wall of the container, to the contact material (55) inside the aerobic filter (44).
  • a series of holes (54) which are located at the bottom periphery of the wall of the container, to the contact material (55) inside the aerobic filter (44).
  • At the bottom, inside the aerobic filter is another container in truncated and inverted cone shape (56) that has a series of holes (57b) in the upper part of the periphery and in the lower part, to allow the passage of liquid and sludge inside, but not the passage of the contact material (55) .
  • the filter may have a bubble aerator (58) fed through a pipe network by a blower (not shown).
  • the treated water is extracted by a duct (59) with a pump or by level difference from the lower container (56).
  • the duct (59) also has a pair of joints with start In the last sector. Placed in an inclined position and has a horizontal branch (63)
  • the duct (59) is also located in the upper half of the cylindrical body of the aerobic filter in a lower position than the upper container (52).
  • the aerobic filter (44) has a sludge extraction duct (60) consisting of a tube placed in an inclined position that extends from one of the projections (47) to the lower section (49); the pipeline has a flow valve (61); the horizontal bypass (62) is in a position below the height of the outlet of the treated liquid and below the feed pipe.
  • the treated water is sent to a post treatment of the artificial wetland type (64) or an absorption well, or absorption field or a receiving body.
  • The, or wastewater discharges are sent through a pipeline (3) to a tank (1) that has a sieve (2) as described the basket-shaped sieve, where the part of the bottom of the sieve touches the surface of the pond, while the other part is raised forming an inclined plane in the direction of the discharge tube (4), allowing the passage of the liquid and at the same time keeping the discharge of the liquid (4) that is free of obstruction at the bottom of the pond (1) and in a location opposite to the pond feed (3); once the large solids have been removed from the water, it passes to the flow distributor (6), as described above, from where it is distributed equally by pipes of the same cross-section or of the same diameter, to different decanter-bioreactor equipment.
  • the liquid subsequently reaches a vertical type decanter-bioreactor (11) to process the mixture (more polluting water).
  • the feeding pipe (15) crosses the wall of the equipment and the wall of a container (13) that is supported in the mouth of the decanter-bioreactor, until it reaches the center, of the equipment, where the feeding tube (15) has a "T" where one of the arms of the "T” is directed upwards until reaching the cover (14) and the other arm extends towards the bottom of the decanter-bioreactor (11) crossing the bottom of the container (13) without reaching the lower conical section, where it discharges.
  • the geometry of the decanter-bioreactor (11) allows the fluid to enter into the equipment by directing the flow towards the conical bottom section (18).
  • the conical lower section favors the collection of sludge since it works by gravity, keeping the concentrates and sludge in the lower cylindrical section (33) that acts as a collector.
  • the fluid rises until it reaches the container (13) to which it enters through the holes (21) located perimeter in the lower area of the vessel wall (13) until it reaches the discharge duct (22) to extract digested sludge, or excess sludge, from where they will be sent to the next stage.
  • the excess sludge extraction valve (26) located at the end of the branch (24) of the sludge discharge duct (23) is opened.
  • the decanter - bioreactor has a vent (17) that allows it to release gases resulting from decomposition. In this same equipment an accelerated decanter (27) can be placed to improve the process.
  • the discharge tube of the decanter-bioreactor connects with the feed pipe (34) of the anaerobic filter (28), which was previously described, where water enters through the top of the anaerobic filter (28) through the duct (34 ) that moves the center of the water to where there is a "T” (35) where one of the ends of the "T” is directed up to the cover (36) of the anaerobic filter, while the other arm of the "T” (35) is directed towards the bottom of the anaerobic filter (28), passing through the upper tank (37), discharging the fluid near the lower conical section (32), inside the lower tank (38), leaving the lower tank (38) by means of the perimeter perforations (39) located at the upper edge (38).
  • the liquid crosses the upper perforations and ascends by density difference to the tank upper (37), and enters it through a series of holes (39) located perimeter in the lower edge of the upper tank (37); continuing its ascent until reaching the landfill (40) consisting of an open duct at the top, so that the water spills inside before leaving the anaerobic filter (28) through the outlet duct (41), being the landfill of great relevance because it allows the first aeration of water in the process of treatment.
  • the perforations in the bottom tank at the bottom serve for the collection and movement of sludge.
  • the inverted anaerobic filter (28) is conical or concave at the bottom, topped with a cylindrical shape (33b) to facilitate the accumulation of sludge by gravity, also allowing bioreaction or biofeedback by bringing the new material into contact with the biomass accumulated, concentrating the most dense at the bottom; It is important to mention that the diameter of the holes (39) is small enough to prevent the ingress of the filter material.
  • the inverted anaerobic filter (28) has a sludge extraction system or cleaning duct (42) consisting of an inclined tube that reaches the bottom of the inverted anaerobic filter (28);
  • the cleaning duct (42) has a horizontal bypass (24b) through which sludge can be removed by opening a bypass valve (26b) placed at the free end of the horizontal bypass taking advantage of the weight of the hydrostatic column and the position of the horizontal bypass of the cleaning duct that is below the height of the feed duct (34) and below the discharge duct (41), such that the liquid in the inverted anaerobic filter (28) exerts a pressure that favors the sludge outlet through the horizontal bypass of the cleaning duct (42).
  • the last stage for water treatment consists of an aerobic filter (44), which was previously described, which, like the previous equipment, consists of a conical bottom container (50) where water enters through a pipeline supply (51) to the center of the filter where it has a "T" branch whose upper arm is oriented towards the cover (45) of the aerobic filter (44) through the upper tank (52) where the liquid is poured;
  • the upper tank (52) has the function of being a landfill, receives the feed and distributes the water inside the filter through the holes (54) that are distributed perimeter in the lower section of the upper tank (52), producing a first aeration for the water inside the aerobic filter (44).
  • the anaerobic filter (44) which can be fed from the bottom with a bubble aerator (58) fed by a blower (not shown) through a network of pipes to distribute the air over the entire transverse surface, achieving a backflow to achieve better absorption.
  • the treated water enters the lower tank through the holes (57) and (57b) located both in the upper part and in the lower part of the wall of the lower tank (56); It is important to mention that the diameter of the holes is small enough to prevent the filtering material (55) from entering the holes, but prevents clogging.
  • the solid material that manages to enter the lower tank (56) will be transferred to the bottom of the lower tank (56) and will fall by gravity to the bottom of the aerobic filter (44), being placed in the lower cylindrical section (50) from which it can be removed by the maintenance pipeline (60) or by pumping; in the same way as in the equipment described above.
  • the output of the aerobic filter (44) is through an outlet duct (59), which takes the treated water from the top of the lower tank (56) to avoid dragging solids.
  • the treatment plant may have a tank for contact with disinfectant or added material, or a disinfection system of any type (for example UV light).
  • the sequence of the treatment plant is not necessarily one by one, it being possible to divide the flow into 5 bioreactor decanters (1 1) and join the effluent of these to feed two anaerobic filters (28) and subsequently feed one or several aerobic filters (44) or several depending on the quality of the influent and the required quality of the effluent. That is, the treatment plant can be in series or in parallel, combining the stages as necessary.
  • Sample Type Waste water simple sample
  • Sample Type Waste water simple sample

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Abstract

La presente invención se refiere a una planta para tratamiento de aguas residuales, específicamente, a una planta modular para tratamiento de aguas residuales orgánicas, en donde la cantidad de equipos está en función de la cantidad de agua a tratar y de la calidad del agua de entrada y la requerida para el agua al final del proceso. La planta para tratamiento está integrada por múltiples equipos en donde cada equipo representa una etapa de tratamiento y los equipos pueden ser conectados en serie o en paralelo o ambos. Adicionalmente, los equipos de proceso están diseñados para requerir un mínimo de mantenimiento, debido a que cuentan con un sistema de autolimpieza. El sistema requiere un mínimo de energía y mantenimiento, por lo que se considera óptimo para ser utilizado en comunidades rurales o en granjas pecuarias o en edificios.

Description

PLANTA MODULAR PARA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN. Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a un sistema modular de tratamiento de aguas residuales para comunidades rurales, suburbanas, edificios, principalmente
Antecedentes:
La mayor parte de las plantas de tratamiento de aguas residuales utilizan equipos de tipo electromecánico y son de tipo totalmente aerobias, por lo que requieren de habilidades para su operación, constante mantenimiento, y un alto consumo de energía; además de generar gran volumen de lodos, por estos motivos, aunque su adquisición es relativamente económica y ocupan poco espacio, este tipo de plantas de tratamiento de agua son más apropiadas para sitios más urbanizados y no son adecuadas para comunidades urbanas o semiurbanas.
Debido a los antecedentes mencionados, se diseño una planta modular con procesos mixtos, de baja operación, que en el peor escenario, garantiza un tratamiento aceptable, teniendo la ventaja de ser mayormente de tipo anaerobio y con gran capacidad de retención, por lo que se pueden absorber los picos del influente manteniendo la posibilidad de obtener biogás y baja producción de lodos que pueden aprovecharse.
Uno de los grandes problemas a resolver es el tratamiento de aguas provenientes de comunidades pequeñas o inclusive de granjas pecuarias pequeñas, ya que en ambos casos descargan el agua al río u otras fuentes de agua sin un tratamiento previo.
La patente MX No. 213398 de fecha de expedición 22 de octubre de 2002, fue nuestra primera propuesta para atender el problema. La solicitud de patente YU/a/2005/000003 de fecha 22 de febrero de 2005 pretende aumentar la eficiencia de los tanques sépticos previamente desarrollados, en donde un menor diámetro a la salida reduce la velocidad del proceso disminuyendo el arrastre de sólidos y de sobrenadantes, mejorando la flotación y decantación, lo que se traduce en una mayor eficiencia del equipo.
En la solicitud de patente MX/a/2009/001621 se incrementó el tamaño del filtro, colocándolo a mayor profundidad, resultando en la colecta de menores sólidos. Se tomó la salida del decantador en la parte superior y se direccionó hacia abajo, mejorando así la función del decantador-desnatador. El filtro se profundizó para incrementar la función anaeróbica y se incorporó un colector a la descarga ara airear y eliminar la contaminación anaerobia, mejorando sustancialmente al antecesor. Los equipos diseñados cubren las necesidades de una casa habitación, pero no las necesidades de una pequeña comunidad o zona suburbana, por tal motivo, se hicieron modificaciones en el filtro, se buscó la integración de varios equipos y se mantuvo la característica de que los tanques fueran autolimpiables. Descripción de figuras:
La figura 1 es un tanque para criba y la criba ubicada en su interior.
La figura 2, es una vista superior de la criba en forma de canasta
La figura 3 es una vista inferior del distribuidor de influentes
La figura 4 es una vista lateral del distribuidor de influentes
La figura 5 representa a un decantador-biorreactor
La figura 6 muestra un corte del filtro anaerobio
La figura 7 muestra una modalidad del filtro aerobio
La figura 8 es un ejemplo de cómo se puede utilizar la planta de tratamiento de agua con humedales artificiales (64) en donde se muestra:
a) Tanque con criba.
b) Decantador birreactor.
c) Un filtro anaerobio. e) Un humedal artificial (64).
Utilizando el proceso desarrollado en donde se recibe el agua con cierta concentración, pasa por un equipo de tanque con criba, un filtro decantador biorreactor, un primer filtro anaerobio y un humedal (64) para obtener agua con las condiciones adecuadas para medir posición final.
La figura 9 muestra Gráficos de los resultados de los muéstreos de agua residual, en una prueba piloto en una granja porcícola se diseño el "Tratamiento Pecuario Intensivo", en la reducción de conformes fecales en npm/100 mi.
La figura 10 muestra la DB05 Demanda Bioquímica de Oxígeno a los 5 días, medida en mg/l durante el proceso
La figura 1 1 muestra el comportamiento de la DQO en mg/lt durante el proceso I La figura 12 muestra el decaimiento de la concentración de fósforo total en mg/l durante el proceso
La figura 13 nos permite evaluar la eficiencia del equipo para separar grasas y aceites durante el proceso
La figurar 14 muestra el cambio de concentración nitrógeno total en mg/l durante el proceso
La figura 15 muestra la disminución de sólidos suspendidos totales durante el proceso.
La figura 16 muestra como literalmente los sólidos sedimentables prácticamente son eliminados durante él proceso.
El muestreo realizado en septiembre 2010, a 6 meses de puesta en marcha, muestran infiltrados de la calidad del agua a su paso del agua a través de cada uno de los equipos, tomando en cuenta la remoción de cada etapa de tratamiento.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN De acuerdo con las figuras, la presente invención está compuesta de los siguientes elementos: Un tanque (1) en donde en donde se coloca una criba tipo canasta (2) al interior del tanque. El tanque tiene una alimentación de influente (3) en la parte superior y una descarga (4) en la parte inferior de la cara opuesta y es colocado de tal forma que exista un desnivel en el fondo del tanque, estando más bajo el lado opuesto a la alimentación. Dentro del estanque se coloca una criba removible (2) en forma de canasta para eliminar los desechos sólidos que pudieran afectar el funcionamiento de la planta, dicha criba removible (2) tiene forma de canasta y está soportada en los bordes superiores del tanque, cuenta con asas y bisagras
(5) para ser retirada o volteada fácilmente junto con la materia atrapada; la criba removible (2) vista de lado, tiene forma de trapezoidal cuyo lado más largo corresponde a la superficie del estanque, siendo su cara principal adyacente a la cara donde se encuentra la alimentación de influente y en la cara opuesta cuenta con un lado ascendente, de tal forma que los sólidos contenidos en la criba no puedan bloquear el paso del líquido hacia la descarga (4) y consecuentemente a los otros equipos de proceso. La canasta ha sido diseñada de tal forma que no toca el fondo del estanque, permitiendo así un mejor flujo.
La planta de tratamiento de agua cuenta con un distribuidor de flujo por gravedad
(6) (Fig. 3). El distribuidor de flujo por gravedad (6) es un recipiente cuyo objetivo es distribuir en forma equitativa el flujo hacia otros equipos, para evitar su decantación y desnatación. Su construcción consiste de un cuerpo tipo embudo de fondo cónico o cóncavo por cuyo fondo se alimenta el agua a tratar mediante la tubería de alimentación (7) y hacia una sección superior (8) que es completamente horizontal y en cuya periferia se encuentran distribuidas las salidas al mismo nivel (9) del distribuidor que es completamente horizontal, al igual que los tubos de distribución hacia otros equipos, manteniendo un flujo igual para cada tubo. La parte lateral superior del distribuidor puede variar en forma dependiendo de la aplicación y puede ser circular, octagonal, o cualquier otra forma geométrica regular, de acuerdo al número de equipos hacia los cuales se va a distribuir el flujo, siempre y cuando no se altere la característica del fondo cónico o cóncavo y salida completamente horizontales al mismo nivel. Este equipo cuenta además con una purga (10), para lodos acumulados. El distribuidor (6) alimenta a uno o más equipos decantadores-biorreactores (11) de tipo vertical (fig. 3).
El tratamiento biológico se inicia en equipos anaerobios para lograr una mayor absorción de picos, menor requerimiento energético y menor producción de lodos
El decantador - biorreactor (11) es un recipiente que consiste de un cuerpo dividido en varias secciones. La parte superior (12) es un cono truncado o bóveda, siendo la parte truncada o boca del recipiente (19) el lugar adecuado para soportar a un recipiente o filtro (13) y la correspondiente tapa del recipiente (14). El decantador cuenta además en la parte superior con proyecciones (16) en forma de prisma o de arco, adyacentes a la sección cónica o abovedada, estas proyecciones sirven para darle mayor resistencia mecánica al recipiente; la cara vertical de una de las proyecciones se aprovecha para colocar el tubo de alimentación horizontal (15), mientras qué en la cara horizontal de otra de las proyecciones se coloca un respiradero o venteo (17). La parte media del recipiente es un cilindro o tronco cilindrico, mientras que la parte inferior está dividida en dos secciones; una sección érí forma de cono invertido truncado o bóveda (18) y una forma cilindrica de base plana (33) al final del truncamiento del cono. El decantador - biorreactor cuenta con un tubo de alimentación (15), un filtro inverso(13), un respiradero (17), un tubo para extracción de lodos (23) y un ducto de salida (20). ··■'
El agua a tratar puede ser alimentada por ía parte superior, si la alimentación es lateral, por el ducto de alimentación (15) que es un tubo que consta de dos secciones; la primera sección horizontal se extiende hasta el centro del decantador - biorreactor, cruzando por el filtro y terminando en una "T" en donde uno de los brazos de la "T" llega casi hasta la tapa (14) del decantador, mientras que el otro extremo de la "T" (22) se extiende en forma vertical hacia abajo atravesando el fondo del recipiente o filtro (13), siendo su longitud menor a la longitud de la sección cilindrica del recipiente.
En el interior del decantador y soportado en la boca del decantador se encuentra el recipiente o filtro (13) que es un cuerpo con forma de cono truncado, cerrado en la parte inferior por donde solamente atraviesa la sección vertical (22) del tubo de alimentación (15) para depositar él flujo cerca de la sección cónica inferior del decantador. El recipiente (13) tiene en la parte inferior de la superficie una serie de orificios (21) para permitir la entrada del: fluido al recipiente o filtro (13) en forma lateral, localizado en la periferia de la parte superior del filtro; en posición horizontal, opuesto al ducto de alimentación y a una altura inferior al nivel del tubo de alimentación (15), se encuentra el ducto de descarga (20) cuyo diámetro es menor al diámetro del ducto de alimentación(15).
El decantador-biorreactor (11) cuenta también con un ducto inclinado (23) o ducto de mantenimiento que va desde la parte superior del decantador atravesando una de las proyecciones (16) hasta el fondo la sección inferior del decantador. El ducto de mantenimiento (23) cuenta con una tapa (25) en su extremo superior y una derivación horizontal (24) que se encuentra ubicada a una altura inferior a los ductos de alimentación (15) y descarga (20), en donde la derivación atraviesa la pared del decantador (11) y en su extremo libre cuenta con una válvula (26) para permitir la limpieza del sistema; cuenta adicionalmente en la parte superior en una de las proyecciones (16) con un venteo (17) que consiste de un ducto para permitir la salida de gases. A este equipo se le puede colocar un decantador acelerado (27) para acelerar el proceso.
El ducto de descarga (20) alimenta a un filtro anaerobio invertido (28), (Fig. 6) cuya geometría exterior es igual a la del decantador (11), teniendo las mismas secciones superior (29), sección cilindrica (30), proyecciones triangulares (31), sección cónica inferior (32), y sección cilindrica inferior (33b) mas no necesariamente la misma capacidad, volumen ni contenido. El filtro anaerobio cuenta con un ducto de alimentación (34) que llega hasta el centro del filtro, la alimentación puede hacerse lateral o desde la parte superior, pero el tubo descansa al centro de la parte inferior, en cuyo extremo tiene una terminación en forma de "T" (35) en donde uno de los brazos de la "T" se extiende casi hasta la tapa (36) del filtro mientras que el otro brazo de la "T" se extiende hacia la parte inferior del filtro atravesando el tanque superior (37) y llegando al interior del tanque inferior (38), El filtro anaerobio (28) cuenta con un tanque (37) en forma de cono truncado invertido soportado por la boca del filtro; dicho tanque es cerrado en su base y en la parte baja de su periferia tiene una serie de perforaciones (39), adicionalmente el tanque (37) cuenta con un vertedero (40) que conecta con el ducto de salida (41 ). El filtro también cuenta con un ducto para la extracción de lodos (42) que consiste de un tubo inclinado que va desde el exterior del filtro, atravesando por una de las proyecciones (31 ) y por el tanque inferior (38) hasta llegar a la sección cilindrica inferior (33b), en donde el tubo tiene una derivación horizontal (24b). que se encuentra por debajo del ducto de alimentación (34) y por debajo del ducto de descarga (41 ); dicha derivación atraviesa la pared del filtro y en el extremo cuenta con una válvula de paso (26). Adicionalmente el filtro anaerobio cuenta sobre una de las proyecciones (31 ) con un venteo (43).
Adicionalmente la planta de tratamiento de agua puede incluir otro filtro que a diferencia del primer filtro, el segundo filtro es de tipo aerobio (44). El filtro aerobio es un tanque con geometría similar a los anteriores y está compuesto de las mismas secciones que son tapa (45) sección cónica o cóncava superior (46), proyecciones o abovedadas (47) cuerpo cilindrico (48), sección cónica inferior (49) y sección cilindrica inferior (50). El filtro aerobio (44) tiene un ducto de alimentación (51 ) que consiste de un tubo horizontal que atraviesa la pared del tanque (44) y la pared de un recipiente superior interior (52) hasta a parte central, en donde termina en una derivación T"(53). Uno de los extremos de la "T" (53) se proyecta hacia arriba, mientras que el otro extremo vierte el líquido dentro del recipiente (52) que funciona como vertedor distribuyendo el líquido mediante una serie de orificios (54) que se encentran en la periferia inferior de la pared del recipiente. Al material de contacto (55) que se encuentra en el interior del filtro aerobio (44). Al fondo, en el interior del filtro aerobio se encuentra otro recipiente en forma de cono truncado e invertido (56) que tiene tanto en la parte superior de la periferia como en la inferior, una serie de agujeros (57b) para permitir el paso del líquido y de los lodos a su interior, más no así el paso del material de contacto (55). El filtro puede contar con un aireador de burbujas (58) alimentado a través de una red de tuberías mediante un soplador (no mostrado). El agua tratada se extrae mediante un ducto (59) con una bomba o por diferencia de nivel desde el recipiente inferior (56). El ducto (59) tiene también un par de juntas con comienzo en el último sector. Colocado en posición inclinada y cuenta con una derivación horizontal (63) El ducto (59) tiene también ubicada en la mitad superior del cuerpo cilindrico del filtro aerobio en una posición más baja que el recipiente superior (52). El filtro aerobio (44) cuenta con un ducto para extracción de lodos (60) que consiste de un tubo colocado en posición inclinada que se extiende desde una de las proyecciones (47) hasta la sección inferior (49); el ducto cuenta una válvula de paso (61); la derivación horizontal (62) se encuentra en una posición por debajo de la altura de la salida del líquido tratado y por debajo del ducto de alimentación. Al final de sistema de tratamiento, el agua tratada es enviada a un post tratamiento del tipo humedal artificial (64) o un pozo de absorción, o campo de absorción o un cuerpo receptor.
Forma de operación del sistema de tratamiento de agua.
La, o las descargas de aguas residuales son enviadas mediante un ducto (3) a un tanque (1) que cuenta con una criba (2) como se describió la criba que tiene forma de canasta, en donde la una parte del fondo de la criba toca la superficie del estanque, mientras que la otra parte se alza formando un plano inclinado en dirección al tubo de descarga (4), permitiendo el paso del líquido y a su vez manteniendo libre de obstrucción la descarga del líquido (4) que se encuentra en el fondo del estanque (1) y en ubicación opuesta a la alimentación del estanque (3); una vez que se han removido los sólidos grandes del agua, pasa al distribuidor de flujo (6), como antes se describió, de donde es distribuido equitativamente mediante tuberías de igual sección transversal o de igual diámetro, a diferentes equipos decantadores-biorreactores. El líquido posteriormente llega a un decantador-biorreactor de tipo vertical (11) para procesar la mezcla (agua más contaminante). El ducto de alimentación (15) atraviesa la pared del equipo y la pared de un recipiente (13) que está soportado en la boca del decantador-biorreactor, hasta llegar al centro, del equipo, en donde el tubo de alimentación (15) tiene una "T" en donde uno de los brazos de la "T" se dirige hacia arriba hasta llegar a la tapa (14) y el otro brazo se extiende hacia la parte inferior del decantador- biorreactor (11) atravesando el fondo del recipiente (13) sin llegar a la sección cónica inferior, por donde descarga. La geometría del decantador-biorreactor (11) permite que el fluido ingrese hasta el del equipo dirigiendo el flujo hacia el la sección cónica del fondo (18). La sección inferior cónica favorece la recolección de lodos ya que funciona por gravedad, manteniendo los concentrados y los lodos en la sección cilindrica inferior (33) que actúa como un recolector. Conforme el decantador-biorreactor se va llenando, el fluido asciende hasta llegar al recipiente (13) al cual ingresa por medio de los orificios (21) localizados perimetralmente en la zona inferior de la pared del recipiente (13) hasta llegar al ducto de descarga (22) de extracción de lodos digeridos, o el exceso de lodos, de donde serán enviados a la siguiente etapa. Por otro lado, en caso de requerir mantenimiento, se abre la válvula (26) de extracción de lodos en exceso localizada en el extremo de la derivación (24) del ducto para descarga de lodos (23). Aprovechando de esta forma la presión de la columna hidrostática en el decantador biorreactor (1 ) para desplazar los lodos acumulados a través del ducto de descarga de lodos; opcionalmente. y en caso de que la presión no fuera suficiente, la limpieza se puede realizar utilizando medios mecánicos por la parte superior del ducto (23) que, sirve para desazolve del tubo en caso de obstrucción, quitando previamente la tapa (25). El decantador - biorreactor cuenta con un venteo (17) que le permite liberar los gases producto de la descomposición. En este mismo equipo se puede colocar un decantador acelerado (27) para mejorar el proceso.
El tubo de descarga del decantador-biorreactor conecta con la tubería de alimentación (34) del filtro anaerobio (28), que anteriormente se describió, a donde el agua ingresa por la parte superior del filtro anaerobio (28) a través del ducto (34) que traslada al agua al centro hasta donde se encuentra una "T" (35) en donde uno de los extremos de la "T" se dirige hacia arriba hasta la tapa (36) del filtro anaerobio, mientras que el otro brazo de la "T" (35) se dirige hacia el fondo del filtro anaerobio (28), atravesando el tanque superior (37), descargando el fluido cerca de la sección cónica inferior (32), en el interior del tanque inferior (38), abandonando el tanque inferior (38) por medio de las perforaciones perimetrales (39) ubicadas en el borde superior (38). El líquido atraviesa las perforaciones superiores y asciende por diferencia de densidad hasta el tanque superior (37), e ingresa en el mismo a través de una serie de orificios (39) localizadas perimetralmente en el borde inferior del tanque superior (37); continuando su ascenso hasta llegar al vertedero (40) que consiste de un ducto abierto en la parte superior, de tal forma que el agua se derrama en su interior antes de abandonar el filtro anaerobio (28) por el ducto de salida (41), siendo el vertedero de gran relevancia debido a que permite la primera aireación del agua en proceso de tratamiento. Las perforaciones en el tanque inferior en el fondo sirven para la colecta y movimiento de lodos.
El filtro anaerobio invertido (28) es de forma cónica o cóncava en el fondo, rematado con una forma cilindrica (33b) para facilitar la acumulación de lodos por gravedad, permitiendo también la biorreacción o bioretroalimentación al poner en contacto la materia nueva con la biomasa acumulada, concentrando lo más denso en el fondo; es importante mencionar que el diámetro de los orificios (39) es lo suficientemente pequeño para impedir el ingreso del material filtrante.
Adicionalmente, el filtro anaerobio invertido (28) cuenta con un sistema de extracción de lodos o ducto de limpieza (42) que consiste de un tubo inclinado que llega hasta el fondo del filtro anaerobio invertido (28); el ducto de limpieza (42) tiene una derivación horizontal (24b) por donde se pueden extraer los lodos mediante la apertura de una válvula de paso (26b) colocada en el extremo libre de la derivación horizontal aprovechando el peso de la columna hidrostática y la posición de la derivación horizontal del ducto de limpieza que se encuentra por debajo de la altura del ducto de alimentación (34) y por debajo del ducto de descarga (41), de tal forma que el líquido en el filtro anaerobio invertido (28) ejerce una presión que favorece la salida de los lodos por la derivación horizontal del ducto de limpieza (42). Otra opción es hacer uso de medios mecánicos, por ejemplo, conectando o introduciendo una manguera en el ducto de limpieza (42) que alimenta a una bomba o a un equipo de vacío. La última etapa para el tratamiento de agua, consiste en un filtro aerobio (44), que anteriormente se describió, que al igual que los equipos anteriores consiste de un contenedor de fondo cónico (50) a donde el agua entra a través de un ducto de alimentación (51) hasta el centro del filtro en donde tiene una derivación "T" cuyo brazo superior está orientado hacia la tapa (45) del filtro aerobio (44) atravesando el tanque superior (52) en donde vierte el líquido; El tanque superior (52) tiene la función de ser un vertedero, recibe la alimentación y distribuye el agua en el interior del filtro a través de los orificios (54) que se encuentran distribuidos perimetralmente en la sección inferior del tanque superior (52), produciendo una primera aireación para el agua al interior del filtro aerobio (44). El agua cae y asciende hasta el nivel determinado por la altura del ducto de salida (59), mismo que se encuentra colocado a una altura inferior y en posición opuesta al ducto de alimentación (51), y a una altura mayor que la altura de la derivación lateral del ducto de limpieza (62). El agua cae y baja a través del material de contacto (55). El filtro anaerobio (44) el cual puede ser alimentado desde la parte inferior con un aireador de burbujas (58) alimentado por un soplador (no mostrado) a través de una red de tuberías para distribuir el aire en toda la superficie transversal, logrando un flujo a contracorriente para lograr mejor absorción.
El agua tratada ingresa al tanque inferior a través de los orificios (57) y (57b) ubicados tanto en la parte superior como en la parte inferior de la pared del tanque inferior (56); es importante mencionar que el diámetro de los orificios es lo suficientemente pequeño para evitar que el material de filtrado (55) ingrese por los orificios, pero que evita obstrucción. El material sólido que logre ingresar al tanque inferior (56) se trasladará al fondo del tanque inferior (56) y caerá por gravedad al fondo del filtro aerobio (44) .depositándose en la sección cilindrica inferior (50) de donde podrá ser retirado mediante el ducto de mantenimiento (60) o por bombeo; de igual forma que en los equipos anteriormente descritos. La salida del filtro aerobio (44) es mediante un ducto de salida (59), el cual toma el agua tratada desde la parte superior del tanque inferior (56) para evitar arrastrar sólidos. Nuevamente este proceso se favorece de la columna hidrostática y la fuerza de gravedad para realizar el trabajo de trasladar al agua tratada desde el interior del tanque inferior (57) hacia el exterior del filtro aerobio (44). Adicionalmente, el ducto de salida (59) y el ducto de mantenimiento (60) cuentan con una derivación que se extiende de forma inclinada hasta el exterior del filtro aerobio (44) para permitir -en caso necesario- la extracción del agua tratada por medios mecánicos. En vez del filtro aerobio, o adicional, puede utilizarse un humedal artificial como se aprecia en la figura 8.
Adicionalmente la planta para tratamiento puede tener un tanque para contacto de desinfectante o material adicionado, o un sistema de desinfección de cualquier tipo (por ejemplo luz UV).
La secuencia de la planta de tratamiento no necesariamente es uno a uno, siendo posible dividir el flujo hacia 5 decantadores biorreactores (1 1 ) y juntar el efluente de estos para alimentar dos filtros anaerobios (28) y posteriormente alimentar a uno o varios filtros aerobios (44) o varios según la calidad del influente y la calidad requerida del efluente. Es decir, la planta de tratamiento puede ser en serie o en paralelo, combinando las etapas según sea necesario.
Los resultados experimentales que soportan a la presente invención se exponen a continuación:
Se han hecho pruebas en una granja porcícola teniendo los resultados siguientes
SISTEMA COMPLETO
Promedio Promedio % de
Análisis del sistema completo Unidad de Entrada de salida Reducción
DBO mg/l 4093.4 141.5 96.5
DQO mg/l 1 1025.2 61 1.7 94.5
Fósforo total mg/l 424.5 18.5 95.7
Grasas y aceites mg/l 949.9 15.2 98.4
Nitrógeno Total mg/l 1472.4 340.6 76.9
Sólidos suspendidos totales mg/l 12958.5 44.3 99.7
Sólidos sedimentables mg/l 221 .4 0.03 99.9 Cómo puede observarse, Los resultados obtenidos indican que se han eliminado en las aguas residuales cerca del 100% de coliformes fecales ,95.7% del fósforo total y 99% de grasas y aceites. El nitrógeno total redujo en un 76%, pero lo más relevante es la reducción prácticamente el 100% de los sólidos
Para dar mayor soporte al trabajo realizado se contrataron los servicios de un laboratorio, acreditado por la EMA y se obtuvieron los siguientes resultados:
Tipo de muestra: Agua residual muestra simple
identificación de la muestra M1 = descarga antes del tratamiento
Figure imgf000014_0001
NOTA: El valor a adicionar o sustraer de los resultados dados se define como incertidumbre y representa la dispersión de los resultados, dicha incertidumbre fue calculada con un factor de cobertura k=2 y un nivel de confianza del 95% La tabla muestra la salida del efluente después del tratamiento en la planta modular de aguas residuales.
Tipo de muestra: Agua residual muestra simple
Identificación de la muestra M1 = salida a riego
Figure imgf000015_0001
NOTA: El valor a adicionar o sustraer de los resultados dados se define como incertidumbre y representa la dispersión de los resultados, dicha incertidumbre fue calculada con un factor de cobertura k=2 y un nivel de confianza del 95%

Claims

REIVINDICACIONES Una planta para tratamiento de, aguas residuales de que cuenta con: a) un tanque para separación de sólidos con alimentación superior y descarga inferior en posición opuesta a la alimentación, o lateral a la alimentación con una criba removible para ser colocada en un tanque de separación de sólidos.
b) un equipo distribuidor de flujo con fondo cónico o abovedado, con alimentación desde el fondo del cono y purga de lodos en el fondo cónico, que cuenta con una salida en la superficie horizontal al mismo nivel, y distribución uniforme y equitativa de fluido hacia dos o mas equipos, caracterizado por que es una planta modular que tiene al menos uno de cada uno de los siguientes equipos
Un decantador - biorreactor anaerobio vertical que cuenta con un cuerpo cilindrico cónico superior o inferior o abovedado y tiene un tanque interior soportado en la boca del decantador biorreactor que tiene múltiples perforaciones perimetrales ubicadas en forma regular en la parte baja de la pared del tanque interior para permitir el paso del líquido desde el cuerpo del decantador biorreactor hasta llegar al ducto de salida ubicado a menor altura con respecto al ducto de alimentación y que cuenta con sistema de auto limpieza de lodos por gravedad. En donde el diámetro de alimentación es mayor al diámetro de descarga
- Un filtro anaerobio vertical inverso que cuenta en su interior con tanques multi perforados para el paso del líquido, retención del material filtrante y separación de lodos, mismo que además cuenta con sistema de auto limpieza de lodos por gravedad, en donde la extracción de líquido se realiza en la parte superior del tanque perforado por medio de un decantador en conexión con el ducto de salida del equipo,
- Un filtro aerobio con flujo a contracorriente tipo torre de absorción que cuenta con un sistema de distribución central, sistema de extracción de lodos aprovechando la columna hidrostática, un equipo de aireación y empaques colocados en forma aleatoria para mayor superficie de contacto; en donde la cara interna de la pared de todos los tanques es una pared rugosa que incrementa la superficie de contacto
- Y opcionalmente equipo para desinfección.
Una planta modular para tratamiento de aguas residuales como el que se reclamó en la reivindicación 1 , caracterizado por que puede contar con más de uno de los siguientes equipos
a) Criba.
b) Distribuidor.
c) Decantador.
d) Filtro anaerobio vertical
e) Filtro aerobio.
En función de la calidad y cantidad de líquido a la entrada y a los requerimientos de la de calidad de agua a la salida del proceso.
Una planta modular para tratamiento de aguas residuales como el que se reclamó en la reivindicación 2, en donde se cuenta con más de uno de los siguientes equipos
a) Criba.
b) Distribuidor
c) decantador - biorreactor y
d) filtro anaerobio
e) Tratamiento aerobio como humedal artificial
Una planta modular para tratamiento de aguas residuales como el que se reclamó en la reivindicación 2, en donde el arreglo de los módulos de decantación-biorreactor y filtro anaerobio están dispuestos en paralelo y convergen en una misma salida al final del proceso.
Una planta modular para tratamiento de aguas residuales como el que se reclamó en la reivindicación 2, en donde el arreglo de los módulos de decantación-biorreactor y filtro anaerobio están dispuestos en serie y convergen en una misma salida al final del proceso.
6. Una planta modular para tratamiento de aguas residuales como el que se reclamó en la reivindicación 3 que cuenta con equipo electromecánico para acelerar el proceso de limpieza de lodos
7. Una planta modular para tratamiento de aguas residuales como el que se reclamó en la reivindicación 1 , en donde adicionalmente la planta de tratamiento cuenta con un filtro aerobio de lecho empacado con alimentación de aire.
8. Una planta modular para tratamiento de aguas residuales como el que se reclamó en la reivindicación 1 , en donde adicionalmente la planta de tratamiento cuenta con un filtro aerobio de lecho empacado con alimentación de aire; en donde la descarga de las aguas tratadas sirven para alimentar un humedal artificial.
9. Un proceso para tratamiento de aguas residuales en donde se tienen las etapas de decantación y reacción primaria y filtración anaerobia mediante los equipos descritos en la reivindicación 1.
10. Un proceso para tratamiento de aguas residuales en donde el proceso cuenta con las etapas de decantación y reacción primaria, filtración anaerobia y filtración aerobia mediante los equipos descritos en las reivindicaciones 1 y 7.
11. Una planta de tratamiento de agua como se reivindicó en alguna de las cláusulas anteriores, en donde la remoción de lodos y de coliformes es cercana al 100%
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