ES2633463T3

ES2633463T3 - Sistema de servicios integrados

Info

Publication number: ES2633463T3
Application number: ES07860942.7T
Authority: ES
Inventors: Ian Moncrieff; Trevor Redvers Bridle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-10-09
Filing date: 2007-10-08
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2027-10-08
Also published as: DK2086887T3; WO2008044945A2; JP5491183B2; EP2086887A2; CN101528608A; BRPI0719832B1; AU2007307388B2; WO2008044945A3; US20100089809A1; EP2086887A4; CN104743620B; CA2701364C; EA014379B1; JP2010505620A; CA2701364A1; US10029933B2; AU2007307388A1; CN104743620A; EA200970380A1; BRPI0719832A2

Abstract

Un sistema (10) de servicios integrados in situ para proporcionar recirculación in situ y reutilización de agua y energía en una propiedad (22), comprendiendo el sistema (10) de servicios integrados: un dispositivo (12) de generación de energía que tiene un suministro de combustible (13) y dispuesto para producir electricidad para la propiedad (22) y energía térmica residual (14) como subproducto; un sistema (20) de tratamiento de aguas residuales para recibir aguas residuales de la propiedad (22), tratar las aguas residuales y reciclar aguas residuales tratadas a la propiedad (22) para su reutilización, comprendiendo el sistema (20) de tratamiento de aguas residuales: una unidad maceradora (24) para homogeneizar material de desecho; una unidad (26) de deshidratación para separar una fase acuosa (28) de una fase de lodo (30); una unidad (32) de espesamiento para maximizar el contenido de sólidos en la fase de lodo (30); una unidad (36) de secado y combustión de lodos para recibir la fase de lodo (30); una unidad (48) de esterilización de agua para tratar la fase acuosa (28) de la unidad (26) de deshidratación; y una unidad (54) de pulido de agua, en el que la energía térmica residual (14) se dirige desde el dispositivo (12) de generación de potencia a: la unidad (36) de secado y combustión de lodos para tratar la fase de lodo (30); y a la unidad (48) de esterilización de agua para tratar la fase acuosa (28).

Description

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DESCRIPCION

Sistema de servicios integrados Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un sistema de servicios integrados. Mas particularmente, el sistema de servicios integrados de la presente invencion esta destinado a reciclar energfa residual para el tratamiento de aguas residuales a una calidad que permita combinarla con un suministro de agua existente y reutilizarla.

Tecnica anterior

Las propiedades domesticas y no domesticas requieren servicios publicos tales como electricidad, agua, calefaccion de agua y alcantarillado. La mayona de las propiedades dependen de la conexion a los servicios reticulados, que no pueden estar disponibles para todos los posibles lugares de construccion, especialmente aquellos mas alla de los centros urbanos. La infraestructura para la prestacion de tales servicios no puede satisfacer la creciente demanda, ni puede continuar ampliandose de manera infinita. Ademas, proporcionar estos servicios a ubicaciones remotas es ineficiente y costoso. Ademas, la provision de servicios publicos de plantas centralizadas tambien puede ser vulnerable a la interrupcion por desastres naturales y fallos en la infraestructura. Los danos a una planta centralizada pueden tener potencialmente un impacto significativo para una gran parte de una poblacion si estan todos interconectados a la misma planta.

Suministro de energia

El suministro de energfa convencional proviene de centrales de generacion de energfa a gran escala centralizadas, con la electricidad reticulada a los centros de poblacion a traves de redes de transmision y distribucion. La demanda de energfa aumenta continuamente, lo que requiere mayor capacidad para esta infraestructura intensiva capital. Los requisitos de planificacion a largo plazo se basan en proyecciones estimadas y se eliminan de la toma de decisiones a nivel local, donde tfpicamente se genera el impulso para el crecimiento de la capacidad.

Ademas, cumplir con los niveles de demanda maxima a corto plazo a menudo tiene un costo marginal alto. Los contratos de suministro de energfa al usuario estan siendo ponderados mas a los cargos de lmea fija que sobre los cargos de consumo variable, con el fin de proporcionar certidumbre en la inversion en la generacion de energfa y en la capacidad de la red de transmision. Esta relacion indirecta entre la oferta y el consumo disminuye el incentivo para la eficiencia energetica a nivel de usuario.

La mayor parte de la generacion de energfa recae en la energfa termica alimentada con combustibles fosiles, que conlleva la consecuencia de las emisiones de gases de efecto invernadero. Los biocombustibles generalmente no son competitivos para la generacion de energfa centralizada a gran escala, y las alternativas renovables son menos manejables y estan menos desarrolladas y no se puede confiar para la generacion de la carga base.

La generacion de energfa in situ es una alternativa establecida desde hace mucho tiempo, que utiliza generadores motorizados. Estos son tfpicamente poco sofisticados en su rendimiento, en la gestion del uso y son generalmente una opcion de ultimo recurso. Estan surgiendo mejoras, como el motor de Stirling y los sistemas de turbinas de gas de tamano familiar, invariablemente alimentados con combustibles fosiles, que pueden proporcionar calor y energfa combinados a la propiedad si se configuran adecuadamente. Ademas, ninguno de estos sistemas de generacion de energfa ha sido disenado para interactuar con sistemas domesticos de agua y aguas residuales con el proposito de desinfectar y recircular el agua al hogar.

Los sistemas de energfa solar y eolica para viviendas individuales tambien se estan volviendo populares y son opciones aceptables para la captura/generacion de energfa de baja intensidad. Sin embargo, no hay garantia de continuidad en el suministro o en la coincidencia con la demanda utilizando estos sistemas, ni se pueden proporcionar economicamente para alta potencia y picos de demanda de carga.

Tratamiento de aguas residuales

El tratamiento centralizado de las aguas residuales, en el que cada propiedad se conecta al sistema de alcantarillado para su transporte a una gran planta centralizada de tratamiento de aguas residuales ("EDAR"), es relativamente comun en la mayona de los centros urbanos. Se utilizan diversos procedimientos de tratamiento para tratar aguas residuales, siendo los metodos predominantes los procesos biologicos, mas particularmente los procesos de lodos activados.

Hasta hace poco, la mayona de los efluentes de aguas residuales tratadas se descargaban en las aguas receptoras locales o en el oceano. Mas recientemente ha habido una tendencia a anadir procesos de tratamiento terciario al proceso basico de lodos activados para mejorar la calidad de los efluentes y permitir la reutilizacion indirecta del efluente a traves de inyeccion subterranea en acrnferos o reciclar a presas que se utilizan como fuente de agua potable.

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El exceso de lodo de las grandes EDAR centralizadas suele desecarse mecanicamente y luego se desecha en rellenos sanitarios o se utiliza en la agricultura como suplemento de fertilizante. En las zonas urbanas altamente pobladas, los lodos excedentes a menudo se incineran como la opcion de eliminacion preferida. Hoy en dfa, la mayona de las grandes EDAR centralizadas producen dos descargas adversas al medio ambiente, es decir, el efluente tratado y el exceso de lodo. Los procesos de tratamiento y eliminacion de aguas residuales y lodos son generadores bastante significativos de gases de efecto invernadero, en particular el dioxido de carbono y el metano, que se generan en el tiempo a partir de lodos que se aplican en tierra o se depositan en vertederos.

El tratamiento centralizado de las aguas residuales es caro y la instalacion de sistemas de reticulacion se esta convirtiendo en una limitacion en los nuevos desarrollos urbanos. Con la aparicion de procesos de tratamiento de confianza basados en membranas, existe ahora una tendencia mundial hacia sistemas de tratamiento de aguas residuales mas descentralizados.

El proceso mas comun de tratamiento de aguas residuales de viviendas individuales es el sistema de fosas septicas. Esto no implica componentes mecanicos, pero requiere grandes recipientes para el tratamiento biologico crudo de las aguas residuales y la retencion del lodo, que normalmente se bombea aproximadamente una vez cada 5 anos aproximadamente, para la eliminacion en vertederos en otra parte. El efluente de los tanques septicos es tfpicamente sub-superficial irrigado en un sistema de drenaje frances con las aguas residuales que, a menudo en ultima instancia, la descarga a las aguas receptoras. En muchas partes del mundo, estas descargas han causado graves impactos ambientales en las aguas receptoras, principalmente por eutrofizacion del cuerpo de agua a partir de los nutrientes asociados con las aguas residuales.

Para superar algunos de estos problemas a menudo se proporcionan unidades de tratamiento aerobico ("UTAs"). Se trata de pequenas unidades de tratamiento biolomecanico que proporcionan un nivel mas alto de tratamiento de aguas residuales que las fosas septicas, pero todavfa dependen de la eliminacion de los efluentes contaminados al medio ambiente, llegando a menudo a cuerpos de agua sensibles. Estas UTAs requieren mantenimiento rutinario y control para asegurar que estan trabajando para las especificaciones de diseno y generalmente involucran grandes requerimientos de tanques, tfpicamente del orden de muchos miles de litros. Tambien hay preocupacion por las emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente el metano de cualquier digestion anaerobica no controlada.

La eficiencia en el funcionamiento de los procesos biologicos comunes a todos estos sistemas de tratamiento puede ser altamente sensible a sus condiciones de mantenimiento y funcionamiento, y especialmente a cargas excesivas de productos qrnmicos domesticos comunmente utilizados.

En ambientes ecologicos sensibles, la eliminacion de aguas residuales tratadas a cuerpos de agua locales, a menudo a traves de la percolacion a traves del suelo, no es aceptable. Por lo tanto, existe la necesidad de un proceso de tratamiento de aguas residuales fiable y robusto, para aplicaciones de una sola vivienda, donde las aguas residuales se puedan tratar a un nivel que permita su reutilizacion y, por lo tanto, eliminar cualquier descarga adversa al medio ambiente. Es necesario que esto se logre a un costo moderado.

La falta de conexion posible con los sistemas centralizados de tratamiento de aguas residuales es a menudo la principal limitacion de la aprobacion de la autoridad local para liberar tierras rurales para el desarrollo residencial, especialmente en sitios aislados.

Conservacion del agua

Una creciente preocupacion mundial es el suministro finito de agua, con la creciente demanda de una oferta limitada, tal como se extrae del entorno natural local. Las urbanizaciones convencionales esperan estar conectadas a una red de suministro reticulado, todas ellas necesariamente tratadas con una calidad potable, aunque, solo una pequena proporcion del agua se utiliza realmente para fines de consumo.

Aquellas ubicados fuera de las areas urbanas pueden no tener acceso a los suministros de agua principales. Esto puede requerirles que la tomen de un curso de agua natural, o de un acrnfero, o confiar en el agua de lluvia recogida del techo. Ademas de las limitaciones de ubicacion, cada opcion plantea problemas de calidad y cantidad para asegurar la continuidad del suministro. La conservacion del agua se puede llevar a cabo con instalaciones disenadas espedficamente para la economfa en uso, pero no existe ningun metodo para el reciclaje in situ de aguas residuales negras como medio para reducir el consumo neto.

La Patente de EEUU 4.052.858 describe la utilizacion de una corriente de calor residual a partir de una fuente de energfa para esterilizar agua. Sin embargo, el metodo proporcionado en este documento no proporciona los medios para la esterilizacion in situ de las aguas residuales a calidad de "agua blanca", y su posterior reintegracion con un suministro primario de agua. Ademas, este documento no describe la separacion y tratamiento de lodos o la utilizacion de calor residual para el agua, la calefaccion de espacios o edificios.

Otro estado de la tecnica relevante incluye los documentos JP 2005 169 184, KR 2006 009 5273, WO 2005/033023 y ES 2 151 811.

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Es dedr, los sistemas de tratamiento de aguas residuales de la tecnica anterior no describen un sistema totalmente integrados que proporcione la recirculacion in situ y la reutilizacion de agua y energfa.

El sistema de servicios integrados de la presente invencion tiene como un objetivo de la misma superar sustancialmente los problemas antes mencionados de la tecnica anterior o al menos proporcionar una alternativa util a la misma.

La discusion de la tecnica anterior se incluye exclusivamente con el proposito de proporcionar un contexto para la presente invencion. Debena apreciarse que la discusion no es un reconocimiento o admision de que cualquiera de los materiales mencionados era un conocimiento general comun en el campo relevante para la presente invencion en Australia o en otro lugar antes de la fecha de prioridad.

A lo largo de la memoria descriptiva, a menos que el contexto lo exija de otro modo, la palabra "comprender" o variaciones tales como "comprende" o "comprension", se entendera que implica la inclusion de un entero o grupo de enteros declarados, pero no la exclusion de cualquier otro entero o grupo de enteros.

Descripcion de la invencion

Segun la presente invencion, se proporciona un sistema de servicios integrados in situ segun la reivindicacion 1.

Preferiblemente, el agua tratada del sistema de tratamiento de aguas residuales puede utilizarse para su reutilizacion in situ ademas de en un suministro de agua primario.

Mas preferiblemente, la fuente de energfa comprende uno o mas de un motor de combustion o una pila de combustible. Cuando la fuente de energfa es un motor de combustion, puede comprender, por ejemplo, uno o mas de un ciclo diesel, un motor alternativo de ciclo Otto, un ciclo Stirling o una mini turbina de gas. Preferiblemente, la fuente de energfa es agua o lfquido enfriado para permitir que la energfa residual sea canalizada al sistema de suministro de agua y de tratamiento de aguas residuales.

Todavfa preferiblemente, la fuente de energfa comprende ademas un dispositivo de almacenamiento de energfa, por ejemplo una batena, para permitir que se suministre un nivel base de energfa sin necesidad de que funcione la fuente de energfa, o para proporcionar energfa suplementaria durante los penodos de demanda de pico.

Todavfa mas preferiblemente, la fuente de energfa se acopla con fuentes de energfa suplementarias alternativas, por ejemplo generadores solares y eolicos, para minimizar el consumo de combustible y la carga en la fuente de energfa y reducir el impacto ambiental.

El exceso de energfa generado por la fuente de energfa y no utilizado por la instalacion o en los sistemas de tratamiento de aguas residuales o solidos se almacena preferiblemente en el dispositivo de almacenamiento.

La fuente de combustible para la fuente de energfa preferiblemente comprende cualquier medio de energfa qmmica que sea adecuado para el dispositivo de suministro de energfa.

Mas preferiblemente, la fuente de combustible para la fuente de alimentacion, al menos parcialmente, comprende cualquiera de biocombustible o de hidrogeno.

Preferiblemente, la fuente de energfa se acopla con un sistema de calefaccion para un edificio o propiedad, que incluyen calentamiento de agua.

La fuente de energfa esta disenada tambien preferiblemente para suministrar la tension y la frecuencia requeridos dependiendo del pafs particular para el cual esta en uso.

El funcionamiento de la fuente de energfa esta preferiblemente regulado mediante un sistema informatizado de control, supervision y adquisicion de datos ("SCADA").

El funcionamiento del sistema de tratamiento de aguas residuales esta preferiblemente regulado por el sistema SCADA.

El SCADA esta conectado preferiblemente por telemetna a una funcion de soporte de servicio centralizada para el control remoto del rendimiento, la fiabilidad y el diagnostico de fallos.

Preferiblemente, la fuente de energfa puede funcionar con una carga de generador cero en el caso de que se requiera producir espedficamente energfa residual para el sistema de suministro de agua o de tratamiento de aguas residuales.

Todavfa preferiblemente, la fuente de energfa comprende tambien una fuente de energfa auxiliar para proporcionar calentamiento y/o electricidad adicionales durante los penodos de demanda de pico.

Al suministro de agua primaria se accede preferiblemente desde una conexion de suministro de reticulacion, suministrada por una cisterna o recogida como agua de lluvia en una instalacion de almacenamiento in situ, y es de

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calidad potable. Donde el suministro primario de agua no es de una calidad potable, el suministro de agua primario es preferiblemente circulado a traves del sistema de tratamiento de aguas residuales para tratar el suministro de agua primario a la calidad potable.

Preferiblemente, la fase acuosa se somete a una etapa de pretratamiento antes de la unidad de esterilizacion, para maximizar la eliminacion de solidos, lo que resulta en una fase de lodo secundaria.

Preferiblemente, la fase de lodo secundario se recircula de nuevo a la unidad de deshidratacion.

Preferiblemente, se proporciona un deposito de retencion despues de la unidad de deshidratacion para regular cualquier caudal de tratamiento de lote descendente.

Preferiblemente, la unidad de maceracion esta provista de tamices antes de la etapa de sedimentacion para ayudar a la eliminacion de solidos gruesos, en la que los solidos gruesos pueden comprender uno o mas solidos bioactivos o solidos no organicos.

Preferiblemente, la unidad de deshidratacion comprende uno o mas de un decantador y un espesante, una prensa mecanica de tornillo, un clarificador, una centnfuga de decantacion y/o la adicion qmmica para mejorar la separacion de fases.

Todavfa preferiblemente, el contenido en solidos del lodo resultante de la unidad de espesamiento es al menos aproximadamente del 8%.

Todavfa mas preferiblemente, la energfa residual para la unidad de combustion de lodo se puede suplementar mediante la combustion de combustible auxiliar a partir de una corriente de combustible suministrada a la fuente de energfa.

La fase de lodo y el procesamiento de la fase acuosa se realizan preferiblemente en modo discontinuo cuando la fuente de energfa esta en funcionamiento y bajo el control del sistema SCADA.

Preferiblemente, se anexa o se incorpora un incinerador de solidos separado dentro de la unidad de combustion de lodo para la destruccion y esterilizacion de los solidos gruesos cribados antes de la etapa de sedimentacion y/u otro material de desecho que normalmente se eliminana a traves de la recoleccion de basura.

La unidad de combustion del incinerador de solidos y/o de lodo incorpora preferentemente un conducto de escape. Preferiblemente, el conducto de escape incluye al menos uno entre un separador de ciclon o un medio para la precipitacion electrostatica o la filtracion de partfculas, para facilitar la eliminacion del residuo de ceniza esteril resultante de la incineracion y/o la combustion.

Preferiblemente, la composicion qmmica del residuo de ceniza esteril puede utilizarse en forma de fertilizante debido a la concentracion de elementos inorganicos, tales como fosforo y potasio, en el mismo.

Preferiblemente, la unidad de maceracion se incorpora dentro de un pozo humedo para controlar la velocidad de alimentacion de residuos a traves del sistema de tratamiento de aguas residuales.

Todavfa preferiblemente, la unidad de maceracion comprende otros dispositivos mecanicos o qmmicos para mejorar la separacion, por ejemplo una inyeccion de coagulante qmmico para mejorar la eliminacion de solidos y/o la precipitacion en la etapa de deshidratacion.

La etapa de pretratamiento preferiblemente comprende microfiltracion para maximizar la eliminacion de la materia solida.

Preferiblemente, la etapa de pretratamiento da como resultado la minimizacion de la Demanda Biologica de Oxfgeno ("DBO"), la Demanda Qmmica de Oxfgeno ("DQO") y las concentraciones de nitrogeno y fosforo en la corriente de efluente resultante.

Todavfa preferiblemente, las concentraciones de DBO, nitrogeno y fosforo no superan 10, 10 y 1 mg/L, respectivamente.

Todavfa mas preferiblemente, las concentraciones de DBO, DQO, nitrogeno y fosforo se minimizan adicionalmente mediante el uso de tecnicas tales como oxidacion qmmica, intercambio ionico, osmosis inversa o filtracion de carbono.

La esterilizacion de una corriente de efluente resultante de la etapa de pretratamiento se consigue preferiblemente mediante el uso de un esterilizador aislado integrado y de una unidad de calentamiento de agua.

Preferiblemente, el esterilizador integrado y la unidad de calentamiento de agua se mantienen a una temperatura de al menos aproximadamente 70°C.

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Todavfa preferiblemente, el tiempo de retencion de la corriente efluente en el esterilizador integrado y en la unidad de calentamiento de agua es de al menos aproximadamente 30 minutos.

Preferiblemente, el ciclo de la corriente efluente a traves del sistema de esterilizacion se controlado mediante el sistema SCADA.

La unidad de pulido de agua preferiblemente comprende uno o mas entre nanofiltracion, osmosis inversa, filtracion de carbon activado y desinfeccion qmmica. El tiempo de retencion del agua en la unidad de pulido dependera de los procedimientos ffsicos y/o qmmicos utilizados y puede requerir que la unidad de pulido se dimensione en consecuencia para impartir cierta capacidad de retencion.

Se dirige una corriente de purga de la unidad de pulido preferiblemente de nuevo a la unidad de secado y combustion de lodo.

Preferiblemente, el agua que sale de la unidad de pulido de agua es de la misma calidad que el agua del suministro de agua primario.

Todavfa preferiblemente, el agua pulida pasa a traves de un intercambiador de calor si se requiere enfriamiento. De esta manera, la energfa residual del intercambiador de calor se puede retener dentro del sistema de tratamiento de aguas residuales para ser utilizada en otra parte.

Preferiblemente, al menos una corriente de aguas residuales tratadas vuelve a la propiedad a traves de la unidad de calentamiento de agua.

Todavfa preferiblemente, la energfa residual procedente del intercambiador de calor se dirige a la corriente de aguas residuales tratadas que entra en la unidad de calentamiento de agua. Alternativamente, la energfa de desecho del intercambiador de calor se puede usar para precalentar el flujo de entrada del material de desecho a la unidad de deshidratacion para mejorar la eficiencia de la separacion de fases. Preferiblemente, la corriente de aguas residuales recicladas se complementa con el suministro de agua primario.

Las emisiones de gases de escape de la unidad de secado y combustion de lodos en el sistema de tratamiento de aguas residuales se combinan preferiblemente con las emisiones del generador de energfa.

Preferentemente, la temperatura de emision de los gases de escape se supervisa y se gestionada mediante el sistema SCADA.

Todavfa preferiblemente, se emplean tecnicas de post-tratamiento de control de emisiones para minimizar la contaminacion si los niveles de emision exceden las limitaciones locales de control de emisiones.

Preferiblemente, la energfa residual de la fuente de alimentacion esteriliza y desactiva cualquier material bioactivo.

Preferiblemente, el sistema de servicios integrados permite que la ubicacion permanezca independiente del suministro de servicios publicos reticulado.

Segun la presente invencion, se proporciona ademas un metodo segun la reivindicacion 18.

La fuente de energfa y el sistema de tratamiento de aguas residuales pueden ser como se describio anteriormente. Breve descripcion de los dibujos

La presente invencion se describira ahora, a modo de ejemplo solamente, con referencia a una realizacion de la misma y al dibujo adjunto, en el que:

La Figura 1 es una hoja de flujo del sistema de servicios integrados de la presente invencion.

Ejemplos

Para indicar el rendimiento de los metodos de tratamiento de aguas residuales que se van a utilizar en el sistema de servicios integrados, se evaluaron varios procesos de tratamiento a pequena escala que utilizan el efluente primario de una gran planta metropolitana de tratamiento de aguas residuales. Los metodos de tratamiento incluyeron microfiltracion, oxidacion qmmica, osmosis inversa y adsorcion de carbon activado granular.

El efluente primario de la planta de tratamiento de aguas residuales se filtro primero a traves de cartuchos comerciales de microfiltracion (cartuchos de 5 micras y luego de 0,5 micras). El efluente de la microfiltracion, calentado a 45°C, se oxido entonces qmmicamente con peroxido de hidrogeno utilizando un reactor de mezcla completa con un tiempo de retencion de 60 minutos. El peroxido se anadio a 1,5 veces la cantidad estequiometrica de adicion, basada en la demanda qmmica de oxfgeno. El efluente qmmicamente oxidado se paso a continuacion a traves de un cartucho de filtro comercial de OI (osmosis inversa) y finalmente el efluente de OI se puso en contacto con carbon activado granular comercial (CAG) a una velocidad de dosis de 10 g/l con un tiempo de retencion de 60 minutos. Todas las muestras se analizaron para la Demanda Bioqmmica de Oxfgeno (DBO), los Solidos Totales

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Suspendidos (STS), el Nitrogeno Total (NT), el Nitrogeno Kjeldahl Total (NKT) y el Nitrogeno Oxidado Total (NOt). Los resultados de este trabajo de ensayo se muestran en la Tabla 1 a continuacion.

Tabla 1. Resultados de la prueba (todos en mg/L)

Parametro: Efluente Primario Efluentes microfiltrados Efluentes de Oxidacion Qrnmica Efluente de OI Efluentes del CAG

DBO: 120 120 <5 <5 <5

STS: 120 45 22 <1 <1

NT: 41.1 42.4 34 5.1 5.1

NKT: 41.1 42.4 34 5.1 4.6

NOt: 0 0 0 0 0.5

Estos resultados muestran claramente la eficacia de las operaciones de tratamiento para producir un efluente adecuado para su reutilizacion como suministro de agua no potable en el hogar. El efluente tratado era completamente claro e incoloro y, a todos los efectos, pareda agua potable comercial.

Mejor(es) modo(s) para llevar a cabo la invencion

En la Figura 1 se muestra una hoja de flujo de un sistema 10 de servicios integrados segun la presente invencion. Una fuente de energfa 12, por ejemplo un motor de combustion o pila de combustible, produce electricidad para la propiedad y la energfa residual, en forma de energfa termica residual 14 como subproducto.

La fuente de energfa 12 utiliza un suministro de combustible 13 que comprende cualquier medio de energfa qrnmica que sea adecuado para el dispositivo del motor y el ciclo de funcionamiento. Sena conveniente utilizar biocombustibles para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

La fuente de energfa 12 esta tambien equipada con un dispositivo 16 de almacenamiento de energfa, por ejemplo una batena, y esta acoplada con fuentes de alimentacion alternativas suplementarias 18, por ejemplo paneles solares o generadores eolicos, para minimizar el consumo de combustible y el tiempo de funcionamiento requerido de la fuente de energfa 12, ademas de reducir el impacto ambiental. La fuente de energfa 12 se puede disenar para suministrar el voltaje y la frecuencia deseados, dependiendo del pafs en el que se vaya a utilizar.

La energfa termica residual 14 se canaliza a continuacion desde la fuente de energfa 12 a un sistema 20 de tratamiento de aguas residuales. La fuente de energfa 12 puede funcionar tambien con una carga de generador cero en el caso de que se requiera producir espedficamente energfa termica residual 14 para el sistema 20 de tratamiento de aguas residuales. El exceso de energfa generado por la fuente de energfa 12 se almacena en el dispositivo 16 de almacenamiento de energfa para uso posterior.

El agua residual y los solidos de la propiedad 22 se desvfan a traves de un pozo humedo 23 que contiene una unidad de maceracion 24 en la que los solidos de desecho se pasan primero sobre cribas gruesas para filtrar mecanicamente cualquier solido bruto. Los solidos gruesos pueden incluir solidos organicos y/o solidos inorganicos. Los solidos organicos de desecho que pasan a traves de las cribas se homogeneizan y se dirigen a una unidad de desague 26 donde el material de desecho se separa en una fase acuosa 28 y una fase de lodo 30. La unidad de maceracion 24 se puede equipar con dispositivos mecanicos o qrnmicos para mejorar la separacion en la unidad de deshidratacion 26, por ejemplo la adicion de un coagulante qrnmico para aumentar la precipitacion. El pozo humedo 23 actua como un tanque de almacenamiento y se dimensiona para controlar la velocidad de alimentacion de residuos hasta el sistema de tratamiento de aguas residuales. Por ejemplo, suponiendo un consumo de agua para el hogar de 900 l/dfa, la capacidad del tanque de ecualizacion 23 debena ser de aproximadamente 250 L.

La fase de lodo 30 experimenta un engrosamiento en una unidad de espesamiento 32, de manera que el contenido final en solidos es al menos de aproximadamente el 8%. El lodo que sale de la unidad de espesamiento 32 se transfiere a una unidad 36 de secado y combustion de lodo.

La unidad 36 de combustion de lodo utiliza la energfa termica residual 14 de la fuente de energfa 12 para secar, carbonizar y finalmente incinerar el material del lodo. El calor suplementario, si es necesario, se genera mediante la combustion de combustible auxiliar del suministro 13 de combustible. El residuo 38 de ceniza esteril resultante se desecha directamente al desecho o se recoge durante el mantenimiento rutinario. El residuo 38 de ceniza esteril puede contener elementos inorganicos beneficiosos tales como fosforo y potasio y por lo tanto puede utilizarse como

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fertilizante, permitiendo as^ la reutilizacion de cualquier valor qmmico latente en el producto de desecho final. Las emisiones 40 de escape de gas comprenden escape combinado a partir de la fuente de energfa 12 y de la unidad 36 de combustion de lodo.

El procesamiento de la fase de lodo 30 y de la fase acuosa 28 se realiza idealmente en el modo por lotes cuando la fuente de energfa esta en funcionamiento. La utilizacion de la energfa termica residual 14 para el tratamiento de la fase de lodo 30 y/o la fase acuosa 28 esteriliza y desactiva finalmente cualquier material bioactivo presente.

La fase acuosa 28 producida en la unidad de decantacion 26 se transfiere a un tanque de retencion 41, para regular los caudales de tratamiento de lote aguas abajo. La fase acuosa 28 se somete entonces a una etapa de pretratamiento 42, por ejemplo microfiltracion, dando como resultado una corriente de efluente 44 y una fase de lodo secundaria 34. El objetivo es minimizar el contenido de solidos, ademas de las concentraciones de DBO, nitrogeno y fosforo, que idealmente no superan los 10 mg/l, 10 mg/l y 1 mg/l, respectivamente. La fase de lodo secundario 34 se recircula de nuevo a la unidad de deshidratacion 26.

La corriente de efluente 44 se desvfa a traves de una unidad de esterilizacion 46, en la que se utiliza de nuevo la energfa termica residual 14. La unidad de esterilizacion 46 a su vez comprende un esterilizador 48 integrado y una unidad 50 de calentamiento de agua. La energfa termica residual 14 mantiene la temperatura de la unidad de esterilizacion a aproximadamente 70°C o superior durante un tiempo de retencion de al menos aproximadamente 30 minutos.

Una corriente de efluente esterilizada 52 pasa entonces a traves de una unidad 54 de pulido de agua que implica el uso de una o mas de varias tecnicas, por ejemplo, nanofiltracion, osmosis inversa, filtracion de carbon activado y desinfeccion qmmica. Una corriente de purga 55 dirige toda el agua contaminada restante a la unidad 36 de secado y combustion de lodo donde se convierte en vapor y se libera con la ceniza 38 y las emisiones 40 de escape de gas.

Se preve que el tiempo de retencion del agua en la unidad de pulido dependera de los procedimientos ffsicos y/o qmmicos utilizados y puede requerir que la unidad de pulido sea dimensionada en consecuencia para impartir cierta capacidad de retencion.

El producto de la unidad de pulido 54 se conoce como "agua blanca" 56. El agua blanca se describe como agua adecuada para reutilizacion, hasta una calidad potable tal como la que se extrae de un suministro de agua primario 58, por ejemplo agua de lluvia, agua suministrada por un buque cisterna o agua de una conexion de suministro reticulada.

El agua blanca 56 se recicla a la propiedad 22 directamente a traves de la unidad de calentamiento de agua 50. El agua del suministro de agua primario 58 tambien se puede alimentar a la corriente de agua blanca 56 para compensar cualquier perdida sufrida en el sistema de tratamiento de aguas residuales 20. El agua blanca 56 tambien puede necesitar pasar a traves de un intercambiador de calor 60 antes de dirigirse de nuevo a la propiedad si todavfa retiene algo de energfa termica residual 14 de la unidad de esterilizacion 46. El intercambiador de calor 60 dirige la energfa termica residual 14 al agua blanca 56 que entra en la unidad de calentamiento de agua 50. Alternativamente, el intercambiador de calor 60 puede dirigir la energfa termica residual 14 al material de desecho que entra en la unidad de decantacion 26 para mejorar la eficiencia de la separacion de fases.

El suministro de agua primario 58 se mantiene como una lmea separada para uso directo en la propiedad 22. Sin embargo, cuando el suministro de agua primario 58 no es de un estandar potable, puede dirigirse al sistema 20 de tratamiento de aguas residuales para su tratamiento en el mismo, antes de dirigirse a la propiedad 22.

Se preve que el sistema de servicios integrados se pueda controlar y regular mediante un sistema informatizado de control de sistemas y adquisicion de datos (SCADA). El sistema SCADA tambien puede vincularse de forma telemetrica a una funcion de soporte de servicio para la supervision remota del rendimiento, la fiabilidad y el diagnostico de fallos. Esto tambien supervisara y registrara los creditos de carbono resultantes del uso de biocombustibles.

Cuando la fuente de energfa 12 es un motor de combustion, puede comprender, por ejemplo, uno o mas entre un ciclo diesel, un motor alternativo de ciclo Otto, un ciclo de Stirling o una mini turbina de gas.

Se preve que, cuando proceda, la fuente de alimentacion pueda utilizar biocombustibles al 100% o hidrogeno, eliminando asf las emisiones de gases de efecto invernadero del sistema de servicios integrados. Cuando se utilice el uso de combustibles no volatiles como el diesel o el biodiesel, se preve la posibilidad de incluir un deposito de combustible dentro del sistema de servicios integrados. El deposito de combustible se puede proporcionar como un recipiente en forma de placa que forma una pared del sistema de servicios integrados. Se preve que la temperatura ambiente general dentro del modulo puede ser ventajosa en la prevencion de problemas de flujo en fno con diesel y biocombustibles comunmente encontrados en condiciones extremas de invierno cuando se utilizan tanques de combustible remotos.

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Se preve ademas que la fuente de ene^a 12 se pueda refrigerar por agua o por Ifquido, proporcionando el flujo de refrigerante un metodo adicional o alternativo para canalizar la energfa termica residual 14 al sistema 20 de tratamiento de aguas residuales.

Tambien se preve el uso de energfa termica residual 14 de la fuente de energfa 12 en un sistema de calefaccion para un edificio o propiedad.

Un destinatario experto entendena que se puede usar una fuente de energfa auxiliar para proporcionar calentamiento y/o electricidad adicional durante los penodos de demanda de pico.

La deshidratacion se puede conseguir utilizando muchos metodos, por ejemplo una prensa mecanica de tornillo, un decantador y un espesante, un clarificador, una centnfuga de decantacion o una adicion qmmica para mejorar la separacion de fases.

El tratamiento de la DBO, la DQO, el nitrogeno y el fosforo en la corriente de efluente esterilizada 52 se consigue generalmente mediante el uso de tecnicas que incluyen, pero no se limitan a, oxidacion qmmica, intercambio ionico, osmosis inversa y filtracion de carbono.

Tambien se puede anexar o incorporar un incinerador de solidos separado dentro de la unidad 36 de combustion de lodo para la incineracion y/o esterilizacion de solidos eliminados en la unidad de maceracion 24 y/u otro residuo organico que normalmente se eliminana mediante la recoleccion de basura.

Las emisiones 40 de escape de gas se pueden someter despues a tecnicas de tratamiento, por ejemplo, oxidacion catalftica, reduccion catalftica selectiva, filtracion de partfculas, lavado de gases de escape. Cada tecnica de tratamiento debe ayudar a minimizar la contaminacion, aunque la contaminacion se considera naturalmente bastante baja.

El residuo de ceniza inorganica resultante de la incineracion/combustion puede separarse de las emisiones 40 de escape de gas mediante cualquiera entre la separacion ciclonica, la precipitacion electrostatica o la filtracion en partfculas. El residuo de ceniza inorganica puede eliminarse directamente debido a su naturaleza esteril e inerte, o recogerse para su eliminacion durante cualquier procedimiento de mantenimiento rutinario y puede utilizarse como, por ejemplo, fertilizante.

Se preve que la incorporacion del sistema de servicios integrados puede ser en la forma de un sistema "espedfico de la ubicacion", que permita que una propiedad permanezca independiente de cualesquiera servicios publicos reticulados, que conserve el consumo de agua y que pueda evitar la descarga de cualquier contaminante adverso al medio ambiente, ncluidos los gases de efecto invernadero y los contaminantes biologicamente activos.

El consumo neto de agua de una ubicacion se puede reducir en un 90% debido a un volumen significativo de agua residual que se esta reciclando. Ademas, la eficiencia energetica global se maximiza, logrando una eficiencia potencialmente superior al 90%, ya que la energfa y el calor se crean solo cuando se requiere, y todas las corrientes de energfa se utilizan de manera beneficiosa. Se espera que el sistema de servicios integrados de la presente invencion ayude a la supervision y registro de creditos de carbono a un nivel de rendicion de cuentas adecuado para el comercio de carbono. Esta supervision "en tiempo real" facilitara la revision periodica del consumo de energfa y las practicas mas eficientes energeticamente implementadas. Como resultado, se espera que la huella de carbono global de una propiedad se pueda reducir significativamente.

Como una instalacion in situ (independientemente de los grandes servicios de red reticulada), se preve que el sistema de servicios integrados proporcionara seguridad contra la interrupcion de la infraestructura. Ademas, como el sistema de servicios integrado se supervisa directamente, cualquier signo de fallo se senalara automaticamente, y se enviara el mantenimiento del servicio si es necesario. Ademas, la naturaleza del diseno y de los componentes tiene por objeto permitir la sustitucion inmediata in situ. Los artfculos reemplazados estan destinados a ser movilizados a instalaciones centralizadas para su reacondicionamiento y reutilizacion.

Se espera que la instalacion del sistema de servicios integrados sea mas rentable y significativamente mas simple, ya que no se requieren conexiones con grandes sistemas de distribucion reticulada. Ademas, el area de terreno ftpicamente requerida por el drenaje de efluentes procedentes de sistemas septicos se reduce sustancialmente.

Se cree que una ventaja significativa de un sistema de servicios integrados es el reciclado de energfa termica y qmmica dentro del sistema y la capacidad para que substancialmente todos los flujos de residuos organicos producidos por una propiedad sean esterilizados, el material bioactivo desactivado y el material resultante de forma segura reutilizado como, por ejemplo, fertilizante.

Se considera que las modificaciones y variaciones que senan evidentes para el destinatario experto caen dentro del alcance de la presente invencion.

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REIVINDICACIONES

1. Un sistema (10) de servicios integrados in situ para proporcionar recirculacion in situ y reutilizacion de agua y energfa en una propiedad (22), comprendiendo el sistema (10) de servicios integrados:

un dispositivo (12) de generacion de energfa que tiene un suministro de combustible (13) y dispuesto para producir electricidad para la propiedad (22) y energfa termica residual (14) como subproducto;

un sistema (20) de tratamiento de aguas residuales para recibir aguas residuales de la propiedad (22), tratar las aguas residuales y reciclar aguas residuales tratadas a la propiedad (22) para su reutilizacion, comprendiendo el sistema (20) de tratamiento de aguas residuales:

una unidad maceradora (24) para homogeneizar material de desecho;

una unidad (26) de deshidratacion para separar una fase acuosa (28) de una fase de lodo (30); una unidad (32) de espesamiento para maximizar el contenido de solidos en la fase de lodo (30); una unidad (36) de secado y combustion de lodos para recibir la fase de lodo (30);

una unidad (48) de esterilizacion de agua para tratar la fase acuosa (28) de la unidad (26) de deshidratacion; y

una unidad (54) de pulido de agua,

en el que la energfa termica residual (14) se dirige desde el dispositivo (12) de generacion de potencia a: la unidad (36) de secado y combustion de lodos para tratar la fase de lodo (30); y a la unidad (48) de esterilizacion de agua para tratar la fase acuosa (28).
2. Un sistema (10) de servicios integrados segun la reivindicacion 1, en el que el sistema (20) de tratamiento de aguas residuales recupera el agua para su reutilizacion in situ en adicion a un suministro de agua primario (58).
3. Sistema (10) de servicios integrados segun la reivindicacion 1, en el que el dispositivo (12) de generacion de energfa:

(a) se enfna por lfquido, y la energfa termica residual del lfquido se utiliza en el sistema (20) de tratamiento de aguas residuales; y/o

(b) comprende ademas un dispositivo (16) de almacenamiento de energfa; y/o

(c) se acopla con un sistema de calefaccion para la propiedad (22).
4. Un sistema (10) de servicios integrados segun la reivindicacion 1, en el que el funcionamiento integrado del dispositivo (12) de generacion de energfa, tratamiento de aguas residuales y sistemas (20) de reciclado de energfa esta regulado por un sistema informatizado de control de supervision y adquisicion de datos (SCADA).
5. Un sistema (10) de servicios integrados segun la reivindicacion 4, en el que el SCADA se une por telemetna a una funcion de soporte de servicio centralizada para supervision remota.
6. Un sistema (10) de servicios integrados segun la reivindicacion 2, en el que el suministro (58) de agua primario es de una calidad potable.
7. Un sistema (10) de servicios integrados segun la reivindicacion 1, en el que la fase acuosa (28) producida a partir de la unidad (26) de deshidratacion se somete a una etapa de pretratamiento (42) antes de la unidad (48) de esterilizacion de agua para minimizar la concentracion de los solidos, la demanda bioqmmica de oxfgeno (DBO), la demanda qmmica de oxfgeno (DQO), el nitrogeno y el fosforo mediante el uso de uno o mas entre la microfiltracion, la oxidacion qmmica, la osmosis inversa, el intercambio ionico y la filtracion de carbono en la etapa de pretratamiento.
8. Un sistema (10) de servicios integrados segun la reivindicacion 1, en el que la unidad (26) de deshidratacion comprende una o mas entre una prensa mecanica de tornillo, un clarificador, una centnfuga de decantacion, un decantador y un espesante y/o adicion qmmica para mejorar la separacion de fases.
9. Un sistema (10) de servicios integrados segun la reivindicacion 1, en el que la fase de lodo (30) experimenta un engrosamiento en la unidad (32) de espesamiento hasta un contenido de solidos de al menos aproximadamente el 8%.

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10. Un sistema (10) de servicios integrados segun la reivindicacion 1, en el que un incinerador de solidos separado esta unido o incorporado dentro de la unidad (36) de secado y combustion de lodo.
11. Un sistema (10) de servicios integrados segun la reivindicacion 7, en el que la etapa de pretratamiento minimiza las concentraciones de DBO, nitrogeno y fosforo de manera que no excedan de 10, 10 y 1 mg/L, respectivamente.
12. Un sistema (10) de servicios integrados segun la reivindicacion 7, en el que una corriente de efluente resultante de la etapa de pretratamiento se esteriliza mediante el uso de un esterilizador (48) aislado y de una unidad (50) de calentamiento de agua integrados.
13. Un sistema (10) de servicios integrados segun la reivindicacion 1, en el que la energfa termica residual (14) del dispositivo (12) de generacion de energfa se utiliza para uno o mas de:

(a) esterilizar y desactivar cualquier material bioactivo;

(b) calefaccion de espacios.
14. Un sistema (10) de servicios integrados segun la reivindicacion 1, en el que la unidad (54) de pulido de agua (54) comprende uno o mas entre nanofiltracion, osmosis inversa, filtracion de carbon activado y desinfeccion qmmica.
15. Un sistema (10) de servicios integrados segun la reivindicacion 1, en el que el agua que sale de la unidad (54) de pulido de agua pasa a traves de un intercambiador de calor (60).
16. Un sistema (10) de servicios integrados segun la reivindicacion 1, en el que al menos una corriente de agua que sale del sistema (20) de tratamiento de aguas residuales se recicla a la propiedad (22) a traves de una unidad (50) de calentamiento de agua.
17. Un sistema (10) de servicios integrados segun la reivindicacion 1, en el que las emisiones de los gases de escape de la unidad (36) de secado y combustion de lodos se combinan con las emisiones del dispositivo (12) de generacion de energfa.
18. Un metodo para proporcionar in situ recirculacion y reutilizacion de agua y energfa en una propiedad (22), comprendiendo el metodo:

suministrar combustible desde un suministro (13) de combustible para hacer funcionar un dispositivo (12) de generacion de energfa para producir electricidad para la propiedad (22) y energfa termica residual (14) como subproducto;

hacer funcionar un sistema (20) de tratamiento de aguas residuales para recibir aguas residuales de la propiedad (22), tratar las aguas residuales y reciclar las aguas residuales tratadas a la propiedad (22) para su reutilizacion, comprendiendo el metodo de funcionamiento del sistema (20) de tratamiento de aguas residuales:

homogeneizar el material de desecho en una unidad (24) de maceracion;

separar una fase acuosa (28) de una fase de lodo (30) en una unidad (26) de deshidratacion;

maximizar el contenido de solidos en la fase de lodo (30) en una unidad (32) de espesamiento;

recibir la fase de lodo (30) en una unidad (36) de secado y combustion de lodo;

tratar la fase acuosa (28) de la unidad (26) de deshidratacion en una unidad (48) de esterilizacion de agua;

y

tratar la fase acuosa (28) de la unidad (48) de esterilizacion de agua en una unidad (54) de pulido de agua,

en el que el metodo comprende ademas dirigir la energfa termica residual (14) desde el dispositivo (12) de generacion de energfa a:

la unidad (36) de secado y combustion de lodos para tratar la fase de lodo (30); y a la unidad (48) de esterilizacion de agua para tratar la fase acuosa (28).