PROCEDIMIENTO DE PRETRATAMIENTO DE LODOS ACTIVOS PROCEDENTES DE ESTACIONES DEPURADORAS DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE RADIACIÓN POR MICROONDAS Y POSTERIOR DIGESTIÓN ANAEROBIA.
Procedimiento de pretratamiento de lodos activos procedentes de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR),
que comprende exponer lodos activos a radiación microondas a una dosis de entre 16300 y 20000 KJ Kg-1, en un contenedor y someter el lodo irradiado a digestión anaerobia.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201331423.
Solicitante: EMPRESA METROPOLITANA DE ABASTECIMIENTO Y SANEAMIENTO DE AGUAS DE SEVILLA S.A. (EMASESA).
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: BORJA PADILLA,RAFAEL, RIAU ARENAS,Víctor, ESTÉVEZ PASTOR,Fernando Santos, CARPES HORTAL,Graciano, RAPOSO BEJINES,Francisco.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- C02F11/00 QUIMICA; METALURGIA. › C02 TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS. › C02F TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS (procedimientos para transformar las sustancias químicas nocivas en inocuas o menos perjudiciales, efectuando un cambio químico en las sustancias A62D 3/00; separación, tanques de sedimentación o dispositivos de filtro B01D; disposiciones relativas a las instalaciones para el tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla en los buques, p. ej. para producir agua dulce, B63J; adición al agua de sustancias para impedir la corrosión C23F; tratamiento de líquidos contaminados por radiactividad G21F 9/04). › Tratamiento de los fangos; Dispositivos a este efecto.
Fragmento de la descripción:
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención pertenece al campo técnico de la depuración de aguas residuales,
Particularmente, la presente invención está relacionada con procedimientos de tratamiento de lodos en depuración de aguas residuales tratados con radiación por microondas previo a la digestión anaerobia.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La presencia de sustancias poliméricas extracelulares (EPS) , así como la complejidad en la biodegradación del material interno de las células microbianas, son los dos principales factores que influyen en la baja velocidad de hidrólisis de los lodos activos procedentes de las estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas (EDAR) y, por tanto, en la degradación anaerobia de estos residuos. Estos factores determinan la necesidad de utilizar elevados tiempos de retención hidráulicos (20-25 días) , para su tratamiento por digestión anaerobia (DA) y son los responsables de la baja producción de biogás y de los relativamente bajos coeficientes de rendimiento en metano.
En el estado de la técnica se han descrito procedimientos de depuración que utilizan equipos de microondas convencionales. En estos procedimientos se incrementó la solubilización del fango activo entre 3 y 15 veces, incrementando a su vez la producción de biogás entre un 4% y un 20% durante los correspondientes ensayos de digestión anaerobia del lodo activo tratado con microondas.
El problema a resolver consiste en proporcionar un procedimiento de pretratamiento de lodos activos procedentes de EDAR previo a digestión anaerobia, alternativo a los descritos en el estado de la técnica.
El procedimiento de la presente invención, descrito en el juego de reivindicaciones, aumenta sorprendentemente la biodegradabilidad de los lodos activos pretratados mediante estas -2
operaciones. Asimismo, el procedimiento de la presente invención aumenta considerablemente la producción de metano respecto a los valores descritos en el estado de la técnica.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Una realización preferente de la presente invención es un procedimiento de pretratamiento de lodos activos procedentes de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) , que comprende:
(a) exponer lodos activos a radiación microondas a una dosis de entre 16300 y 20000 KJ Kg1, en un contenedor y
(b) someter el lodo irradiado obtenido en la etapa (a) a digestión anaerobia, en adelante procedimiento de la invención.
En la presente memoria, las dosis expresadas en las unidades KJ Kg-1 hacen referencia a la masa de los sólidos totales.
El procedimiento de la invención aumenta la biodegradabilidad anaerobia de lodos activos.
Otra realización es el procedimiento de la invención, donde la dosis de radiación microondas es 16600 KJ Kg-1 .
Otra realización es el procedimiento de la invención, donde la radiación microondas tiene una potencia entre 650 y 750 W y una duración entre 45 y 70 segundos. De forma particular, 25 dicha potencia es 700 W y dicha duración es entre 55 y 70 segundos.
Otra realización es el procedimiento de la invención, donde que la radiación microondas tiene una frecuencia de 2, 45 GHz y una longitud de onda de 0.12245 m
En el procedimiento de la invención, se aprovecha al máximo la potencia de la radicación microondas. El campo electromagnético generado en el interior del contenedor es homogéneo, por lo que se garantiza que la radiación de la muestra es uniforme.
En el contenedor se ha incluido un agitador de modos, un elemento formado por aspas 35 asimétricas que homogeneiza el campo electromagnético en el interior de la cavidad, y un posicionador, elemento en el que se monta el portamuestras, que mueve la muestra por el
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interior del contenedor. Ambos elementos permiten que la muestra reciba la radiación de forma más uniforme.
Por tanto, otra realización es el procedimiento de la invención, donde dicho contenedor 5 comprende un agitador de modos y un posicionador.
Otra realización es el procedimiento de la invención, donde dicho contenedor es de teflón.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
En la Figura 1 se representa la DQO soluble (círculos) y el porcentaje de solubilización (cuadrados) en función de la potencia de la radiación microondas después de aplicar el procedimiento de la invención a lodos activos.
En la Figura 2 se representa la DQO soluble cuando se somete el fango a potencias de radiación de microondas crecientes a un tiempo de irradiación de 60 segundos ensayadas en tres días arbitrarios y no consecutivos (los símbolos corresponden a cada uno de los días de ensayo) .
En la Figura 3 se representa la DQO soluble cuando se somete el fango a una misma energía específica (kJ/kg) a potencias de radiación de microondas crecientes a un tiempo de irradiación de 60 segundos ensayado en tres días arbitrarios y no consecutivos (los símbolos corresponden a cada uno de los días de ensayo)
En la Figura 4 se representa el potencial bioquímico de metano (BMP) en términos de volumen de metano acumulado en: el inóculo sin sustrato (cuadrados) , el reactor control alimentado con sustrato sin irradiar (rombos) , el reactor alimentado con sustrato irradiado a 700 W y 50 segundos (triángulos) y en el reactor alimentado con sustrato irradiado a 700 W y 55 segundos (círculos) .
MODOS DE REALIZACIÓN PREFERENTE
Ejemplo 1. Tratamiento de lodos activos en diferentes condiciones de potencia y tiempo Se realizaron experimentos con diferentes tipos de fango de la EDAR. En concreto, fangos mezcla (primarios y biológicos) , fangos biológicos y fangos biológicos espesados. Para una -4
misma dosis de radiación, la mayor solubilización de materia orgánica se produjo con los fangos biológicos espesados, por lo que se seleccionaron estos para continuar con la experiencia.
Una vez seleccionado el tipo de fango (biológico espesado) , se procedió a irradiar el fango en un contenedor con diferentes criterios, para estudiar la solubilización de materia orgánica. En estos ensayos, con el fin de identificar la dosis más idónea, se varió en cada caso un parámetro, manteniendo el resto constantes, y siempre con un mismo volumen de muestra. El contenedor contenía un agitador de modos, un elemento similar a un ventilador de aspas asimétricas, y un posicionador, elemento en el que se monta el portamuestras, que movía la muestra por el interior del contenedor.
La frecuencia de trabajo ha sido de 2, 45 GHz y la longitud de onda 0.12245 m.
En la Tabla 1 se puede apreciar la variación de la demanda química de oxígeno soluble obtenida en 3 muestras arbitrarias (DQOs1, DQOs2, DQOs3) para siete combinaciones de potencia y tiempo correspondientes a una misma Energía Específica (EE) de 20000 KJ Kg-1 .
EE (KJ Kg-1 ST) Potencia (W) Tiempo (segundos) Sólidos totales (g/L) V (L) DQOs1 (mg/L) DQOs2 (mg/L) DQOs3 (mg/L)
20000 100 540 27 0, 1 4982 5030 4825
20000 150 360 27 0, 1 4692 4305 4549
20000 200 270 27 0, 1 5217 4851 5074
20000 250 216 27 0, 1 5240
20000 300 180 27 0, 1 5265 5251 5240
20000 350 154 27 0, 1 5313 5334 5033
20000 400 135 27 0, 1 5279 5002 4894
Se analizó la DQO soluble antes y después del pretratamiento, comprobando el incremento. Se estudiaron combinaciones de potencias (entre 100-900 W) y tiempos de irradiación (55600 segundos) , comprobando su influencia sobre el porcentaje de solubilización. La aplicación de una potencia de 700 W durante 50, 55 y 65 segundos permite incrementar la solubilización del sustrato 15, 22 y 30 veces. A partir de 700 W (y 60 segundos de
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irradiación) , el incremento de solubilización era prácticamente asintótico. Estos resultados se muestran en la Figura 1.
En la Figura 2 se muestran otros resultados en los que se mantuvo la potencia constante 5 variando el tiempo de exposición, observándose que a 700 W, igualmente los incrementos de solubilización se hacían asintóticos.
Se realizaron ensayos a energía constante, variando los tiempos de irradiación. El objetivo era encontrar un grado de solubilización muy alto, valorando también en todo momento el
coste económico del procedimiento, que está relacionado con el tiempo y la potencia (energía específica aplicada) . Los resultados se muestran en la Figura 3.
Ejemplo 2. Potencial bioquímico de metano de los lodos activos tratados según el procedimiento de la invención Los ensayos BMP (Biochemical Methane Potential) midieron la producción de metano producida por cada muestra, en función de la solubilización...
Reivindicaciones:
1. Procedimiento de pretratamiento de lodos activos procedentes de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) , caracterizado por que comprende:
(a) exponer lodos activos a radiación microondas a una dosis de entre 16300 y 20000 KJ 5 Kg-1, en un contenedor y
(b) someter el lodo irradiado obtenido en la etapa (a) a digestión anaerobia.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la dosis de radiación microondas es 16600 KJ Kg-1 .
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la radiación microondas 10 tiene una potencia entre 650 y 750 W y una duración entre 45 y 70 segundos.
4. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que dicha potencia es 700 W.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado por que dicha duración es entre 55 y 70 segundos.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la
radiación microondas tiene una frecuencia de 2, 45 GHz y una longitud de onda de 0.12245 m.
7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que dicho contenedor es de teflón.
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que 20 dicho contenedor comprende un agitador de modos y un posicionador.
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