PROCEDIMIENTO PARA TRATAR AGUAS RESIDUALES QUE COMPRENDE OXIDACIÓN FENTON Y OXIDACIÓN BIOLÓGICA.

La invención es un procedimiento para tratar aguas residuales, que comprende (a) acidificar el agua residual y eliminar los flóculos sedimentables y/o flotables,

(b) realizar sobre el agua residual resultante de la etapa (a) oxidación Fenton o la oxidación húmeda catalítica en presencia de H2O2 utilizando un catalizador Fe/γ-Al2O3 y (c) realizar sobre el agua residual resultante de la etapa (b) oxidación biológica en un reactor discontinuo secuencial (SBR) en presencia de fangos activos. La invención también se refiere a un procedimiento de obtención del catalizador Fe/γ-Al2O3, que comprende (a) impregnar un soporte con una sal precursora, (b) secar a 40-80ºC durante 10-15 horas, (c) mantener a temperatura entre 20 y 30ºC entre 1 y 3 horas y (d) calcinar durante 2-6 horas en atmósfera de aire a 200-400ºC.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201231843.

Solicitante: UNIVERSIDAD AUTONOMA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: RODRIGUEZ JIMENEZ,JUAN JOSE, FERNANDEZ MOHEDANO,ANGEL, MONSALVO GARCIA,Víctor, BAUTISTA CARMONA,Patricia.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > C02F1/00 (Tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla (C02F 3/00 - C02F 9/00 tienen prioridad))
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PROCEDIMIENTO PARA TRATAR AGUAS RESIDUALES QUE COMPRENDE OXIDACIÓN FENTON Y OXIDACIÓN BIOLÓGICA.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento para tratar aguas residuales que comprende oxidación fenton y oxidación biológica CAMPO DE LA INVENCIÓN

El campo de la presente invención está relacionado con el tratamiento de aguas residuales generadas en el proceso de reciclado de aceites industriales usados. El tratamiento se realiza bien mediante oxidación Fenton u oxidación húmeda catalítica con peróxido de hidrógeno (CWPO) y oxidación biológica en reactor discontinuo secuencial.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Uno de los procesos de oxidación avanzada más efectivo y económico para el tratamiento de aguas residuales industriales es el sistema Fenton, el cual se basa en el empleo de sales de Fe2+ en medio ácido para promover la descomposición catalítica del H2O2. Entre las ventajas que presenta este proceso se encuentran la disponibilidad y bajo coste del Fe, la facilidad de manejo del H2O2 y su descomposición en productos inocuos para el medio ambiente, siendo las principales desventajas el consumo de H2O2 y el hecho de que, al tratarse de un proceso homogéneo, el hierro incorporado se pierde con el efluente, lo que, además, obliga a la separación del mismo en una etapa final de neutralización, siendo necesaria la correcta gestión de los lodos resultantes. Para evitar este problema, el catalizador puede fijarse sobre un soporte sólido para mantener el Fe en el sistema, constituyendo la denominada oxidación húmeda catalítica con H2O2 o proceso Fenton heterogéneo.

Por otro lado, los sistemas biológicos empleados en el tratamiento de aguas residuales se basan en la utilización de microorganismos para llevar a cabo la eliminación de componentes indeseables del agua, aprovechando la actividad metabólica de los mismos. Entre los sistemas biológicos, el proceso de fangos activos es el más ampliamente utilizado, el cual se basa en la oxidación de la materia orgánica de un agua residual por medio de una población microbiana mixta en suspensión, en un sistema aireado y agitado. Entre los sistemas de fangos activos destacan los reactores discontinuos secuenciales (SBR) , en los que todas las operaciones (llenado, reacción aerobia y/o anóxica, decantación y vaciado) se realizan en un solo tanque modificando las condiciones de operación. Este sistema presenta grandes ventajas frente a los convencionales, tales como la reducción del espacio necesario, el control sencillo del proceso, menor coste de mantenimiento, eliminación de nutrientes, mayor flexibilidad y reducido consumo energético.

La presente invención combina ambos tratamientos, la oxidación Fenton o su versión heterogénea y la oxidación biológica por medio de fangos activos en un reactor discontinuo secuencial.

La combinación de estos tratamientos en el orden establecido en la presente invención no es evidente para un experto en la materia. Prueba de ello es el hecho de que si se realiza primero la oxidación biológica en presencia de fangos activos en reactor discontinuo secuencial y posteriormente la oxidación Fenton o Fenton heterogénea, se obtienen resultados muy insatisfactorios, con muy bajos niveles de reducción de Demanda Química de Oxígeno (DQO) y Carbono Orgánico Total (COT) en el tratamiento de oxidación (poco más de un 20% y menos de un 15%, respectivamente, tras 6 horas de reacción) .

Sin embargo, el procedimiento de la invención alcanza eficacias de eliminación en el tratamiento biológico SBR de DQO y COT del 95 y 66%, respectivamente, empleando una dosis de H2O2 del 80% respecto a la estequiométrica en la etapa de oxidación química. En conjunto, el tratamiento combinado permitió alcanzar eficacias de eliminación de DQO del 99%. Asimismo, el procedimiento de la invención disminuye considerablemente los costes de operación debido a que el consumo de H2O2 se reduce sustancialmente.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención es un procedimiento para tratar aguas residuales, en adelante procedimiento de la invención, en el que se realizan las siguientes etapas en el orden expuesto:

(a) acidificar el agua residual y eliminar los flóculos sedimentables y/o flotables,

(b) realizar sobre el agua residual resultante de la etapa (a) oxidación Fenton o la oxidación húmeda catalítica en presencia de H2O2 utilizando un catalizador Fe/y-Al2O3 y

(c) realizar sobre el agua residual resultante de la etapa (b) oxidación biológica en un reactor discontinuo secuencial (SBR) en presencia de fangos activos.

La oxidación de la etapa (b) mediante el proceso Fenton supone un sistema efectivo en el que el H2O2 se descompone en presencia de sales de hierro a pH ácido para generar especies radicalarias altamente oxidantes. Otra posibilidad es utilizar la oxidación húmeda catalítica con H2O2, la cual supone una alternativa viable para reducir las principales desventajas del sistema catalítico homogéneo. El empleo de soportes sólidos sobre los que se deposita la fase activa, en este caso hierro, evita la generación de fangos de Fe2 (OH) 3 originados en la neutralización, siendo necesaria una gestión adecuada de los mismos. No obstante, estos sistemas no están ampliamente extendidos debido a los elevados costes de operación, principalmente asociados al consumo de H2O2. El acoplamiento de estos sistemas con tratamientos biológicos permite disminuir los costes de operación debido a que el consumo de H2O2 se reduce sustancialmente.

El catalizador de Fe/y-Al2O3 mostró una alta actividad en los ejemplos de la invención, logrando una elevada eficacia de oxidación de la materia orgánica asociada a la eficiente descomposición del H2O2. La principal ventaja del sistema heterogéneo respecto al proceso homogéneo, siendo este un procedimiento adecuado de tratamiento, es que se evita la pérdida continua del hierro y la consiguiente necesidad de eliminarlo del efluente final. Por contra, el proceso heterogéneo debe operar a temperaturas más altas (85º C) para alcanzar un alto grado de eliminación de materia orgánica.

El tratamiento biológico de la etapa (c) se lleva a cabo mediante un reactor discontinuo secuencial. Este sistema se emplea para el tratamiento de aguas residuales urbanas e industriales, debido, principalmente, a las ventajas que reporta respecto a los sistemas convencionales de lodos activos. La flexibilidad para operar y controlar los SBR les convierte en una opción muy atractiva para el tratamiento de aguas sujetas a variaciones importantes en su composición como las resultantes del proceso de reciclado de aceites industriales usados.

La propuesta del sistema de tratamiento acoplado permite reducir significativamente el coste de tratamiento, ya que permite reducir el consumo de H2O2 entre un 20 y 40% respecto al necesario utilizando el sistema de oxidación química cómo único tratamiento. La utilización de condiciones subestequiométricas de H2O2 permite obtener un efluente de elevada biodegradabilidad, lo que conduce a un aumento de la eficacia de eliminación de materia orgánica en el sistema biológico del 30% al 95%. Así, el sistema acoplado permite el tratamiento efectivo de las aguas generadas durante el reciclado de aceites industriales usados, alcanzando una eficacia de eliminación del 99%. Las características físico-químicas del efluente resultante permiten su vertido a cauce de acuerdo con la legislación vigente.

Una realización preferible es el procedimiento de la invención, donde dichas aguas residuales proceden del reciclado de aceites industriales usados.

Otra realización preferible es el procedimiento de la invención, donde la concentración de H2O2 en la etapa (b) es entre un 20% y un 100% respecto a la concentración estequiométrica relativa a la Demanda Química de Oxígeno (DQO) inicial. De forma preferible, dicha concentración de...

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para tratar aguas residuales, caracterizado por que se realizan las siguientes etapas en el orden expuesto:

(a) acidificar el agua residual y eliminar los flóculos sedimentables y/o flotables,

(b) realizar sobre el agua residual resultante de la etapa (a) oxidación Fenton o la oxidación húmeda catalítica en presencia de H2O2 utilizando un catalizador Fe/y-Al2O3 y

(c) realizar sobre el agua residual resultante de la etapa (b) oxidación biológica en un reactor discontinuo secuencial (SBR) en presencia de fangos activos.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que dichas aguas residuales proceden del reciclado de aceites industriales usados.

3. El procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que la concentración de H2O2 en la etapa (b) es entre un 20% y un 100% respecto a la concentración estequiométrica relativa a la Demanda Química de Oxígeno (DQO) inicial.

4. El procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que dicha concentración de H2O2 es entre 70 y 90%.

5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que en la etapa (b) el catalizador Fe/y-Al2O3 tiene un contenido en Fe de entre 1 y 6% en peso.

6. El procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que dicho contenido en Fe es entre 3 y 5%.

7. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que en la etapa (b) la concentración del catalizador es entre 3 y 7 g/L.

8. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que en la etapa (b) el pH es entre 1 y 4.

9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que en la etapa (b) la temperatura es entre 25 y 100º C.

10. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que en la etapa (c) el pH es entre 7 y 8.

11. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que en la etapa (c) la temperatura es entre 15 y 25º C.

12. Un procedimiento de obtención del catalizador Fe/y-Al2O3, caracterizado por que comprende:

(a) impregnar un soporte con una sal precursora,

(b) secar .

4. 80º C durante 10-15 horas,

(c) mantener a temperatura entre 20 y 30 º C entre 1 y 3 horas y

(d) calcinar durante 2-6 horas en atmósfera de aire .

20. 400 º C.

13. El procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado por que dicho soporte es γ-alúmina y dicha sal precursora es Fe (NO3) 3·9H2O.