| WO2010130328A1 | 2010-11-18 |
| US4396508A | 1983-08-02 | |||
| DE1584862B1 | 1970-12-17 | |||
| DE4027879A1 | 1992-03-12 |
| Reivindicaciones [ Reivindicación 1] Equipo desmulsificador y recuperador de grasas para aguas residuales, CARACTERIZADO porque comprende un cuerpo de prisma vertical (la), que está formado por 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 o más lados, la cual tiene en su base o en su parte inferior una tolva, la cual es una pirámide invertida de base poligonal (Ib), que está formada por 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 o más lados de su poligonal, en la parte superior adosada a las caras laterales de dicho cuerpo de prisma vertical (la), se encuentra el estanque extractor de grasas purificadas (2), el cual está formado por una tolva de forma cúbica y bajo ésta, una pirámide invertida de base cuadrada; por otra parte, las grasas y aceites que ya se encuentran purificadas, es decir libres de agua y sólidos, están flotando en la parte superior del cuerpo de prisma vertical (la), a nivel del agua (3), y se trasladan por la inyección de aire perimetral sobre el nivel de agua (3), y rebalsa hacia el estanque de extracción de grasas purificadas (2); además, dentro del cuerpo del prisma vertical (la), donde se ubican en su interior dos módulos lamelares (18 y 17), colocados verticalmente, uno encima del otro y bajo ambos módulos se localiza un elemento calefactor (20); por otro lado, en la parte superior del cuerpo de prisma vertical (la), se sitúa un dosificador y bioes- timulador del cepario bacteriano (22), el cual tiene una tubería pro veniente de este equipo, que se conecta a la tubería de ingreso (13) del afluente, la tubería de ingreso (13) llega hasta la parte inferior del cuerpo o de la tolva, y aquí se distribuye hacia otras tuberías en paralelo y horizontalmente (13a), y estas tuberías tienen perforaciones que permiten un flujo ascendente (23); en la parte inferior se encuentra una válvula (4) para la limpieza del fondo del estanque. [ Reivindicación 2] El equipo de la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque el cuerpo de prisma vertical (la) que está formado por 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 o más lados, donde el número de caras dependerá del afluente a tratar, la pirámide invertida de base poligonal (Ib) puede estar formada por 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 o más lados de su poligonal. [ Reivindicación 3] El equipo de la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque el cuerpo del prisma vertical (la), tiene una relación entre su altura hl (6) y su base b (8), donde la altura hl (6) es mayor a la base (8); y la pirámide invertida de base poligonal o tolva (Ib), tiene una altura h2 (7) entre un 20% a un 30% de la altura hl (6) del cuerpo de prisma vertical (la). [ Reivindicación 4] El equipo de la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque el filtro de lecho bacteriano (19), tiene una relación de superficie de contacto promedio entre 250 a 600 m2 / m3. [ Reivindicación 5] El equipo de la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque los módulos lamelares (17 y 18) están colocados verticalmente, uno encima del otro, ubicándose el primer módulo lamelar, en la base o parte inferior del cuerpo del prisma vertical (la), y sobre este, se encuentra el segundo módulo lamelar (17). [ Reivindicación 6] El equipo de la reivindicación 1 y 2, CARACTERIZADO porque el cuerpo del prisma vertical (la,), tiene en su base tiene una rejilla panal (21), que se encuentra entre el filtro de lecho bacteriano (19) y el primer módulo lamelar (18). [ Reivindicación 7] El equipo de la reivindicación 1 y 2 CARACTERIZADO porque el elemento calefactor (20), está distribuido por el perímetro intemo del cuerpo del prisma vertical (la), está ubicado sobre la rejilla panal (21) y bajo el primer módulo lamelar (18). [ Reivindicación 8] El equipo de la reivindicación 1 y 2 CARACTERIZADO porque el estanque extractor de grasas purificadas (2), está formado por una tolva de forma cúbica, y dicho cubo consta de los lados (9, 11 y 1 la), además, en la parte inferior de este cubo se encuentra una pirámide Invertida de base cuadrada, donde la altura (10) de la pirámide invertida es igual a 2 veces su base (11) divido por pi; y en la parte inferior del extractor se encuentra la válvula de extracción de grasas purificadas (4). [ Reivindicación 9] El equipo de la reivindicación 1, 2 y 8 CARACTERIZADO porque el cuerpo del prisma vertical (la), en su parte superior y justo sobre el nivel de agua (3) contiene Inyectores de aire (13a) por el perímetro contrario a la tolva de extracción de grasas (2), estos inyectores de aire (13a) se encuentran conectados a una bomba sopladora de aire (13). [ Reivindicación 10] El equipo de la reivindicación 1 y 2, CARACTERIZADO porque tiene una tubería de salida (13) del efluente, la cual comienza, en la mitad de la altura, entre la parte superior del segundo módulo lamelar (18) y el nivel del agua (3), de aquí, la tubería de salida (13) sube verti calmente hasta el nivel del agua (3) y cruza horizontalmente hasta el exterior del cuerpo del prisma vertical (la), donde la parte superior del tubo de salida (13) está al nivel del agua (3). [ Reivindicación 11] El procedimiento del equipo desmulsificador y recuperador de grasas para aguas residuales de las reivindicaciones 1 a 10, CARACTERIZADO porque comprende las siguientes etapas: [ Reivindicación 12] Desengrasador y decantador, esta etapa ocurre en el primer y segundo módulo lamelar (17 y 18), produciendo la decantación de los sólidos gruesos y lodos, la desmulsificación de las grasas y aceites emul sionados, y la flotación de las grasas y aceites libres hacia el nivel del agua (3). [ Reivindicación 13] La separación de las grasas y aceites libres, la desmulsificación de las grasas y aceites emulsionados, así como la decantación de los sólidos, se produce porque los módulos lamelares (17 y 18), tienen caracte rísticas tales como el diseño de las medidas del largo del prisma, la apotema de la base del prisma, y el ángulo de inclinación, también las perforaciones, su diámetro y las distancias entre estos orificios. Esto permite un 98% de eficiencia, para la separación de las grasas y aceites libres, un 98% para la desmulsificación de los aceites emulsionados, y un 98% en la decantación de sólidos en suspensión. [ Reivindicación 14] El flujo laminar ocurre incluso a caudales de alta turbulencia, esto se debe principalmente, porque el afluente ingresa a los módulos lamelares (17 y 18), a contra-flujo, es decir en función contraria a la dirección de los lodos. [ Reivindicación 15] La fagocitación se realiza al decantar los sólidos gruesos y lodos, así como las grasas adheridas a los sólidos gruesos en el lecho bacteriano (19), ubicado en la tolva, la cual es una pirámide invertida de base poligonal (Ib). [ Reivindicación 16] La separación de las grasas adheridas a las paredes, de los módulos lamelares (18 y 17), se origina por el aumento de la temperatura del afluente, con el elemento calefactor (20). [ Reivindicación 17] La extracción de las grasas limpias sin agua ni sólidos, que flotan en la parte superior del cuerpo del prisma vertical (la), a nivel del agua (3), ocurre cuando estas se trasladan, por la inyección de aire perimetral sobre el nivel de agua (3) y rebalsa hacia el estanque de extracción de grasas purificadas (2), ubicado en la parte superior y adherido a las caras laterales del cuerpo del prisma vertical (la). [ Reivindicación 18] La salida del efluente con sólidos suspendidos, desde la tubería de salida (15), comienza sobre el segundo módulo lamelar prismáticos (18) y bajo el nivel de agua (3), entre estos dos limites, la tubería de salida (15) está justo al medio, siendo esta parte donde se logra la mejor calidad del efluente. [ Reivindicación 19] Ejemplos del parámetro aceite y grasas para 2 tipos específicos de afluente: [ Reivindicación 20] Afluente proveniente del proceso del porcino en el lavado de máquinas y pisos según norma D.S.90/00, límite permitido 20 mg/1. I. El decreto Supremo N°90/2000 tiene por objeto regular la descarga de contaminantes hacia cursos de aguas marinas y continentales superficiales mediante la fijación de límites máximos permisibles para la descarga de residuos líquidos, previniendo así de la contaminación de dichos cuerpos de agua. a. Ril Crudo Parámetro aceite y grasas = 750 mg/1 según análisis químico bajo D.S.90/00. b. Ril Tratado Parámetro aceite y grasas = 15 mg/1 según análisis químico bajo D.S.90/00 disminución del 98%. [ Reivindicación 21] Afluente proveniente del proceso de lavado de máquinas, pisos y utensilios en supermercado áreas de comida platos calientes y pollos asados, según norma D.S.609/98, límite permitido 150 mg/1. I. El D.S. 609/98 del Ministerio de Obras Públicas, establece la Norma de Emisión para la Regulación de Contaminantes asociados a las Descargas de Residuos Industriales Líquidos a Sistemas de Alcantarillado. a. Ril Crudo Parámetro aceite y grasas = 450 mg/1. b. Ril Tratado Parámetro aceite y grasas = 5 mg/1, disminución del 99%. |
Título de la invención: EQUIPO DESMULSIFICADOR Y RECUPERADOR DE GRASAS
Campo de la invención
[0001] La presente invención está dirigida a un equipo desmulsificador y separador de grasas para aguas residuales, realiza la fagocitación de residuos sólidos orgánicos e inorgánicos simples, y que permite separar del afluente las grasas y aceites libres y desmulsificar las emulsionadas, obteniéndose un subproducto rentable de grasas libres de agua y sólidos. Este Equipo se emplea tanto para afluentes residuales de flujo continuo, como de sistema batch.
Antecedentes del invento
[0002] La grasa incorporada en el afluente es un gran inconveniente que tienen todos los tra tamientos de aguas, tanto para los tratamientos químicos como los biológicos, los cuales requieren de sistemas desengrasadores, como trampas o cámaras de grasa para su retiro.
[0003] Estos desengrasadores son pretratamientos para aguas residuales, y son estanques o equipos que generalmente tienen grandes tamaños, y que deben anteponerse a una planta de tratamiento, siendo su objetivo retirar la grasa libre que contiene el agua a tratar. Sin embargo, las emulsiones que son los aceites y grasas que se encuentran to talmente homogéneos con el agua, éste no puede ser retirado del agua, por los sistemas tradicionales de desengrasadores.
[0004] Cuando la proporción del agua sobrepasa al del aceite y grasas se tiene una emulsión aceite y grasa en agua, como ocurre por ejemplo en la leche. Esta es una emulsión que es difícil de separar en una trampa de grasa, debido a que el agua que entra al desen grasador separa sólo el material flotante, mientras que el material más pesado se asienta como lodo en el fondo de esta trampa.
[0005] En consecuencia, al utilizar una trampa de grasa el agua clarificada sale con un 60 o 70% menos de grasa, es por esto que los tratamientos físico químico requiere de grandes cantidades de producto químico para su eficiencia. Y como se mencionó ante riormente el lodo graso que queda en el fondo de un desengrasador, se debe extraer vaciando todo el estanque y pagando por su retiro. Sin embargo, como no existe trans formación de este lodo graso, ni de la grasa flotante, no se genera un subproducto rentable por la grasa, el cual sería un valor agregado apreciado por muchas empresas, que están tendiendo a la economía circular.
[0006] la separación de grasas y la decantación de sólidos es parte del procedimiento primario en un sistema de tratamiento de aguas, dicha etapa de sedimentación se efectúa llevando el agua residual a grandes estanques, de modo que los sólidos gruesos puedan depositarse y el material flotante que es la grasa libre se eleve hacia la su perficie y allí se desnata. Estos estanques son comúnmente llamados de sedimentación primaria.
[0007] Los estanques primarios de asentamiento se equipan generalmente con raspadores conducidos mecánicamente que llevan continuamente los lodos recogidos hacia una tolva en la base del estanque sedimentador los cuales, mediante una bomba, se llevan hacia otro estanque. Donde estas grandes cantidades de lodos deben ser retirados y llevados por empresas aptas para este fin, a lugares para su tratamiento, generando un aumento de los costos de operación y un acrecentamiento en la huella carbono para la empresa poseedora del estanque sedimentador. Esto debido a la explicación de la segunda ley de termodinámica que dice; “Nada se destruye todo se transforma”.
[0008] Hasta hace pocos años, la solución de enviar los residuos producidos por una planta de tratamiento de aguas, a incineradoras o a otra disposición, se observó que no era para nada una solución sostenible. No solamente por no ser amigable con el me- dioambiente, sino porque principalmente no reduce el consumo de materias primas y de energía, y tampoco actúa sobre el origen que produce este residuo, sino solo sobre el resultado de la generación de residuos y su disposición final. Por eso, se debe cambiar de este sistema lineal a la economía circular, tendiendo de esta forma a un sistema sostenible.
[0009] Otro problema que presentan los sedimentadores y los desengrasadores es la producción de olores y gases tóxicos por la descomposición fisicoquímica y fer mentación de la carga orgánica, generada en todas ellas. Esto ha provocado variados eventos de intoxicación de seres humanos, llegando hasta la muerte por la inhalación de estos gases. Así como grandes molestias a la comunidad por los malos olores en el entorno en que se ubican.
[0010] Los gases que con mayor frecuencia se encuentran en tratamiento de afluentes es el sulfuro de hidrógeno (H 2 S), el amoniaco (NH 3 ), y el metano (CH 4 ). Este último gas se produce como resultado de un proceso de descomposición anaerobia que puede darse en depósitos acumulados en el fondo. Debido a que el metano es sumamente com bustible, el riesgo de explosión es elevado.
[0011] Por otra parte, la fuente de malos olores se debe también a la fermentación de la carga orgánica en algunos casos y al lodo biológico o químico no degradado. Uno de los compuestos que contribuye en gran medida a la generación de malos olores es el sulfuro de hidrógeno (H 2 S) que es un producto natural de la descomposición anaerobia de la materia orgánica.
[0012] La exposición a olores molestos puede provocar: Síntomas gástricos: Pérdida de apetito, asco, náuseas, y vómito. (Steinheider, Both, Winneke en 1998). [0013] Efectos respiratorios: Mayores riesgos de tener sibilancias sin tener resfríos, asma diagnosticada y rinitis alérgicas. (Radon et al en 2007).
[0014] Otros síntomas: Dolor de cabeza, irritación de los ojos, náuseas, diarrea entre otras molestias. (Schiffmann et al en 2004).
[0015] Si bien en chile no existe una regulación importante con respecto a los malos olores, en otras partes del mundo si, países tales como; España, Países Bajos, Francia, Australia, Nueva Zelanda, Canadá, Alemania, Estados Unidos y Reino Unido donde por ejemplo define un alto potencial de molestia a la medida de: 1,5 OU/m 3 para plantas de tratamiento de aguas servidas, Refinerías, Procesamiento de Aceites y Grasas entre otros.
Descripción de las figuras Fig.l
[0016] [fig.l] Elevación general del equipo desengrasador y recuperador de grasas.
Fig.2
[0017] [fig.2] Corte del equipo desengrasador y recuperador de grasas.
Fig.3
[0018] [fig.3] Planta del equipo desengrasador y recuperador de grasas.
Descripción detallada de la invención
[0019] El equipo desmulsificador y recuperador de grasas es el sistema de tratamiento perfecto para aguas residuales, ya que realiza la extracción de toda la grasa libre y emulsionada del afluente, decanta los sólidos gruesos y lodos degradándolos por medio de la fagocitosis con microorganismos, los cuales ingieren los sólidos orgánicos e inorgánicos simples llegándolos a convertir en dióxido de carbono y agua.
[0020] Este equipo tiene un diseño estructural que consta de un cuerpo de prisma vertical
(la) que está formado por 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 o más lados y bajo este, es decir en su parte inferior, tiene una tolva que es una pirámide invertida de base poligonal
(Lb), que está formada por 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 o más lados de su poligonal, en la parte superior y adosada lateralmente al cuerpo de prima vertical (la), se encuentra el estanque extractor de grasas purificadas (2), el cual está formado por una tolva de forma cúbica y bajo esta, una pirámide invertida de base cuadrada (16).
[0021] Este diseño del cuerpo de prisma vertical (la) le da una resistencia mecánica para grandes volúmenes de agua a tratar, existiendo una proporción especifica entre la altura y la apotema del polígono que es la base del prisma, lo que permite una mayor eficiencia de las 4 etapas de proceso en que opera el equipo.
[0022] Si bien los desengrasadores tradicionales tienen como tendencia a ser construidos de forma horizontal, haciendo que ocupen grandes espacios de terreno. Este equipo desen grasador y recuperador de grasas ocupa un 50% o menos de espacio que los desen- grasadores del mercado en el mismo tratamiento de riles o aguas servidas.
[0023] También en el momento que prevalezca un crecimiento de los procesos de fa bricación de una empresa y el equipo desmulsificador y recuperador de grasas instalado no de abasto, se puede añadir otro equipo desmulsificador y recuperador de grasas en paralelo y/o en serie.
[0024] Dicho equipo desmulsificador y recuperador de grasas contempla cuatro etapas:
1. La desmulsificación de las grasas y aceites emulsionadas.
2. La flotación de las grasas y aceites libres.
3. La decantación de los sólidos gruesos
4. La digestión bacteriana o fagocitación de los sólidos que reduce la carga orgánica e inorgánica simple en C0 2 y H 2 0.
[0025] El proceso que contiene estas cuatro etapas, comienza con la distribución balanceada del afluente a todos los módulos lamelares (17 y 18), garantizando igual flujo a cada módulo lamelar (17 y 18) lo que aumenta su eficiencia. Esto se logra cuando el afluente entra al equipo desmulsificador y recuperador de grasas por una tubería de ingreso (13) que llega hasta el fondo del cuerpo de prisma vertical (la) y dobla hori zontalmente (13a), el cual cruza todo el estanque a través de tubos horizontales que tienen perforaciones, ingresando con un flujo ascendente (23) de agua hacia el primer módulo lamelar (18), además la dispersión por gravedad de los sólidos de esta agua sobre el lecho bacteriano ubicada dentro de la pirámide invertida de base poligonal (Ib), evitando turbulencia en el fondo del equipo y así el riesgo de que se vuelvan a levantar los sólidos ya decantados, o la posibilidad de arrastre de partículas en suspensión, obteniéndose así un agua mejor clarificada. Posteriormente el afluente continúa subiendo por el segundo módulo lamelar (17).
[0026] El diseño está proyectado para que en primera instancia se separen las grasas que flotan libremente, luego lo harán las grasas emulsionadas o las que están en estado coloidal, y que floculan al unirse unas con otras por medio de los módulos lamelares (17 y 18). Asimismo, las grasas y los aceites que ya se encuentran purificados y se en cuentran libres de agua, sólidos y que flotan en la parte superior del cuerpo de prisma vertical (la) a nivel del agua (3), se trasladan por la inyección de aire perimetral sobre el nivel de agua (3) y rebalsa hacia el estanque de extracción de grasas purificadas (2) ubicado en la parte superior y adherido a las caras laterales del cuerpo de prisma vertical (la), donde las grasas purificadas son extraídas como un subproducto rentable, el cual es usado como materia prima en la fabricación de otros productos, tales como jabones, detergentes entre otros.
[0027] Los módulos lamelares (17 y 18) son autolimpiantes ya que existe un termostato (23) conectado a tubos de calor eléctricos (20) que calientan el agua a cierta temperatura, dependiendo del tipo de agua residual. Esto permite que la grasa y los aceites adheridos a los módulos lamelares (17 y 18) se separen por floculación y flotación sin agregar ningún producto químico.
[0028] Otra forma de autolimpieza se da por la existencia de una biomasa incorporada a los filtros de lecho bacteriano (19), ubicado dentro de la tolva con forma de pirámide invertida de base poligonal (Ib), y que permiten a los microorganismos consumir la carga orgánica e inorgánica simple, digiriendo los sólidos gruesos y lodos. De esta forma serán fagocitados por las bacterias saprofitas de este lecho bacteriano (19).
[0029] El afluente cuando ingresa a los módulos lamelares (18 y 17), lo hace a contra-flujo, es decir en función contraria a la dirección del lodo, y el agua en su ascenso tiende a ir pegada a las caras laterales superiores del prisma, mientras que los lodos descienden por las caras inferiores.
[0030] El contra-flujo requiere lámelas de menor tamaño que a co-flujo o co-corriente, y esta característica se aprecia en los módulos lamelares (17 y 18). Por otro lado, utilizando la propiedad de contra flujo y en función de obtener rápidamente un flujo laminar, existen dos módulos lamelares (18 y 17) explicados con anterioridad, donde el primer módulo lamelar (18), tiene un apotema en la base del polígono de los prismas, de mayor tamaño que el segundo módulo lamelar (17), en ambos se diseñan las apotemas de base poligonal de los prismas de cada módulo lamelar (18 y 17) según las características de las aguas residuales.
[0031] Al operar a contra flujo se tiene la posibilidad de menores rendimientos de sedi mentación, debido a que se necesita mayor altura del prisma en el módulo lamelar para alcanzar el flujo laminar, tomando en cuenta esto, el equipo desmulsificador y separador de grasas, que está formado por el cuerpo de prisma vertical (la), el cual tiene la altura necesaria para lograr este fin.
[0032] En consecuencia, este equipo desmulsificador y separador de grasas permite tratar estos aceites y grasas, transformándolos en un subproducto rentable para ser vendido como materia prima para las industrias que fabriquen jabones entre otras industrias. Esto hace que se vuelve una propiedad muy valorada por ciertas empresas, debido a permite incluir en su propuesta de valor, una línea más de negocio y porque la tendencia mundial se está inclinando a no disponer, ya que la disposición, incineración, tratamiento del lodo graso y su retiro tienen altos costos, aumentando con ello también la huella de carbono por el transporte de estos residuos.
[0033] Por lo tanto, este equipo desmulsificador y separador de grasas es una propuesta de valor innovadora, la cual no sólo es un punto diferenciador respecto a la competencia, sino que reduce de forma importante los costos de operación. Esto es primordial dentro de los intereses de las empresas, lo que permite avanzar hacia un desarrollo sostenible, estableciendo en su gestión tres hitos fundamentales, los cuales son; ser económica, social y ambientalmente sustentable. [0034] En conclusión, existen 5 beneficios de gran importancia al usar este equipo desen grasador y separador de grasas los cuales son:
1. La eliminación de olores y gases tóxicos que pueden ser respirados por el ser humano, evitando así eventos o accidentes. Esto gracias a la inoculación bacteriana con su activador específico, que logra una eficiencia óptima y da mayor vida a los microorganismos, los cuales realizan la degradación total de la materia orgánica (biorremediación), eliminando con esto la descomposición y fermentación.
2. La no generación de lodos grasos a disponer, debido a la digestión bacteriana y separación de grasas y aceites del afluente a tratar. Esto favorece la dis minución de la Huella de Carbono.
3. La obtención de un subproducto rentable con los afluentes grasos, con siguiendo una grasa purificada sin sólidos ni agua, siendo materia prima para la fabricación de detergentes.
4. Una menor envergadura en el tamaño del desengrasador.
5. El efluente obtenido cumple con creces las normas vigentes para el parámetro de aceites y grasas.