Procedimiento para la descontaminación de residuales líquidos de alta carga orgánica y nitrogenada.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la descontaminación de residuales líquidos de alta carga orgánica y nitrogenada, que comprende las siguientes etapas:

a) desbaste de sólidos,

b) fermentación anóxica-aerobia-anóxica,

c) decantación del efluente procedente de la fermentación anóxica-aerobia-anóxica de la etapa b) anterior, obteniéndose un efluente que consiste en un lodo sedimentado y una fracción líquida y

d) digestión anaerobia del lodo sedimentado y del sobrenadante de la de la etapa c) anterior, obteniéndose biogás, y un efluente que consiste en un lodo digerido y una fracción líquida digerida,

opcionalmente una etapa de homogeneización antes de la fermentación, y su uso en la depuración orgánica y nitrogenada de un vertido, en el que se producen los siguientes subproductos reciclables: lodo biológico, efluente líquido, energía eléctrica y energía calorífica

Procedimiento para la descontaminación de residuales líquidos de alta carga orgánica y nitrogenada.

Campo técnico de la invención

La invención se vincula técnicamente al campo de la depuración de residuales líquidos de alta carga orgánica y nitrogenada mediante la aplicación de procedimientos físicos, fisicoquímicos y biológicos.

Objeto de la invención

La invención describe un procedimiento para la descontaminación orgánica y nitrogenada de residuales líquidos de alto efecto contaminante sobre el medioambiente, que se basa en la integración de los siguientes procesos y operaciones unitarias: desbaste de sólidos, homogenización, desnitrificación/nitrificación/desnitrificación, separación físicoquímica del efluente mediante decantación, digestión anaerobia diferenciada del lodo sedimentado y el sobrenadante. El efluente líquido digerido se somete a un post-tratamiento en una o varias lagunas facultativas y los lodos se estabilizan mediante procesos de deshidratación.

Estado de la técnica anterior a la invención

Es conocido que los sistemas para el tratamiento de aguas residuales de baja o mediana concentración de materia orgánica y nitrógeno han sido objeto de un profundo y sistemático desarrollo, en particular las aguas residuales de origen urbano, según se demuestra en la obra clásica de Metcalf & Eddy 2000 Ingeniería de Aguas Residuales. Tratamiento, vertido y reutilización. Tercera Edición.

Una situación diferente se manifiesta en el estado actual de la técnica en el tratamiento de residuales de alta carga orgánica y nitrogenada. El agudo y progresivo deterioro del medioambiente impone el desarrollo emergente de procedimientos para atenuar el impacto que ejercen estos vertidos.

En las técnicas para la depuración de aguas residuales de alto contenido de materia orgánica y nitrogenada, empieza a considerarse la integración de los procesos fisicoquímicos y biológicos, no como una competencia entre ellos sino como complementarios y no excluyentes, muestra de ello son las siguientes referencias:

- Patente con Número Publicación: EP-0484867 A1. "Process for the utilization of organic wastes for producing biogas and agricultural products" (proceso para la utilización de desechos orgánicos para producir biogás y productos agrícolas) (Kimchie & Shelef).

- ES-2093556: Procedimiento para depuración integral de aguas residuales de carácter orgánico, por procesos biológicos (Moreno, A.; Arias, A.J. & Angulo, R.).

- Nuñez Recio, Luis A. (1999). Tesis Doctoral, Eliminación biológica de carbono y nitrógeno en aguas residuales de matadero mediante reactores UASB, EGSB y Fangos Activos. Universidad de Burgos.

- Carrera Muyo, Julián (2001). Tesis Doctoral, Eliminación biológica de nitrógeno en un efluente con alta carga: estudio de los parámetros del proceso y diseño de una depuradora industrial. Universidad Autónoma de Barcelona.

- Magri A. y Flotats X. (2000). Biologic treatment of the liquid fraction of pig slurry in a sequencing batch reactor (SBR). 2^ND International Symposium on Sequencing Batch Reactors Technology, Narbonne. France (Tratamiento biológico de la fracción líquida de residuos de cerdo en un reactor discontinuo).

- ADE BIOTEC S.L. Tratamiento de aguas residuales por electrocoagulación/SBR/Lagunaje. PORCpress. IV-Nº 34.

Sin embargo, permanecen dificultades relacionadas principalmente, con el grado de depuración del efluente final del tratamiento, los costes de inversión, operación y mantenimiento y la viabilidad técnica, económica y ambiental del sistema de gestión de los vertidos, aspectos que han sido debatidos en:

- ATEGRUS (2004). XXXII Conferencia Anual de Tratamiento Biológico de Residuos y Valorización de Residuos en la Industria Agroalimentaria. Valencia.

- IV Foro Mundial del Agua México 2006. 17 al 21 de marzo. México DF.

- X Congreso de Ingeniería Ambiental Proma 2006. Bilbao.

- ATEGRUS (2007). III Conferencia sobre Bioenergía: Tecnologías y Oportunidades de Negocio, 1 y 2 de marzo. Madrid.

Mediante el procedimiento propuesto en la presente invención se alcanzan los indicadores de calidad exigidos para los efluentes de plantas de tratamiento de residuales líquidos con esta tipología de contaminación, con un balance económico atractivo, mediante la integración de tres procesos biológicos: nitrificación, desnitrificación y digestión anaerobia, complementados con operaciones unitarias de recirculación, homogenización, separación física y fisicoquímica.

Breve descripción de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para la depuración de residuales líquidos de alta carga orgánica y nitrogenada mediante la aplicación de procesos físicos, físico-químicos y biológicos.

El procedimiento consiste en un pretratamiento para el desbaste de sólidos, homogenización, ciclo de fermentación anóxica-aerobia-anóxica, separación del efluente del tratamiento biológico anterior en lodo sedimentado y sobrenadante y tratamiento de ambas fracciones, de forma independiente, en reactores biológicos anaerobios. Por último, la fracción líquida digerida y los lodos digeridos se estabilizan mediante lagunaje facultativo y deshidratación, respectivamente.

El efluente final del tratamiento puede ser reciclado como agua de limpieza o como agua para el fertirriego, los lodos digeridos y estabilizados como abono y el biogás para cubrir las necesidades energéticas de la planta de tratamiento y/o para la comercialización mediante venta a la red.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para la depuración de residuales líquidos de alta carga orgánica y nitrogenada, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

a) desbaste de sólidos,

b) fermentación anóxica-aerobia-anóxica,

c) decantación del efluente procedente de la fermentación anóxica-aerobia-anóxica de la etapa b) anterior, obteniéndose un efluente que consiste en un lodo sedimentado y una fracción líquida y

d) digestión anaerobia del lodo sedimentado y del sobrenadante de la de la etapa c) anterior, obteniéndose biogás, y un efluente que consiste en un lodo digerido y una fracción líquida digerida.

En el procedimiento descrito la etapa b) se puede realizar en dos o más reactores independientes.

Según una realización particular del procedimiento la etapa b) se realiza en las siguientes condiciones:

- pH comprendido entre 6,8 y 8,0

- temperatura del medio líquido entre 15 y 35ºC,

- relación entre demanda química de oxígeno y concentración de nitrógeno total - Kjedahl - comprendida entre 5 y 25,

- relación entre materia orgánica referida a sólidos totales y concentración del nitrógeno total - Kjedahl - comprendida entre 4 y 20,

- tiempo de retención de sólidos comprendido entre 10 y 20 días, y

- concentración de oxígeno disuelto en la etapa de nitrificación mayor o igual a 2 mg/l.

En la realización descrita en el párrafo anterior se alcanzan eficiencias globales en la reducción de nitrógeno total de 40-90% y de la materia orgánica de 20-95%, referida a Demanda Química de Oxígeno.

Según una realización adicional del procedimiento la etapa c) se realiza mediante un dispositivo de sedimentación en flujo vertical u horizontal, en operación continua y con un tiempo de retención hidráulico comprendido entre 1 y 4 horas.

La digestión anaerobia del lodo sedimentado en la etapa d) se puede realizar en un reactor horizontal, tabicado interiormente para que el flujo del lodo siga una dirección de movimiento en forma de zigzag.

La digestión anaerobia del lodo sedimentado en la etapa d) comprende la agitación del licor en proceso de digestión con una parte del biogás producido, de forma continua o semicontinua, siendo la dirección del flujo de gas ascendente y perpendicular a la componente horizontal del movimiento del lodo en el interior del reactor.

El biogás producido en la etapa d) de digestión anaerobia, es presurizado y recirculado a dicha etapa d) para la agitación del lodo en proceso de digestión anaerobia.

El biogás producido en la etapa...

1. Procedimiento para la depuración de residuales líquidos de alta carga orgánica y nitrogenada, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

a) desbaste de sólidos,

b) fermentación anóxica-aerobia-anóxica,

c) decantación del efluente procedente de la fermentación anóxica-aerobia-anóxica de la etapa b) anterior, obteniéndose un efluente que consiste en un lodo sedimentado y una fracción líquida y

d) digestión anaerobia del lodo sedimentado y del sobrenadante de la de la etapa c) anterior, obteniéndose biogás, y un efluente que consiste en un lodo digerido y una fracción líquida digerida.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa b) se realiza en dos o más reactores independientes.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa b) se realiza en las siguientes condiciones:

- pH comprendido entre 6,8 y 8,0

- temperatura del medio líquido entre 15 y 35ºC,

- relación entre demanda química de oxígeno y concentración de nitrógeno total - Kjedahl - comprendida entre 5 y 25,

- relación entre materia orgánica referida a sólidos totales y concentración del nitrógeno total - Kjedahl - comprendida entre 4 y 20,

- tiempo de retención de sólidos comprendido entre 10 y 20 días, y

- concentración de oxígeno disuelto en la etapa de nitrificación mayor o igual a 2 mg/l.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa c) se realiza mediante un dispositivo de sedimentación en flujo vertical u horizontal, en operación continua y con un tiempo de retención hidráulico comprendido entre 1 y 4 horas.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la digestión anaerobia del lodo sedimentado en la etapa d) se realiza en un reactor horizontal, tabicado interiormente para que el flujo del lodo siga una dirección de movimiento en forma de zigzag.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la digestión anaerobia del lodo sedimentado en la etapa d) comprende la agitación del licor en proceso de digestión con una parte del biogás producido, de forma continua o semicontinua, siendo la dirección del flujo de gas ascendente y perpendicular a la componente horizontal del movimiento del lodo en el interior del reactor.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el biogás producido en la etapa d) de digestión anaerobia, es presurizado y recirculado a dicha etapa d) para la agitación del lodo en proceso de digestión anaerobia.

8. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque el biogás producido en la etapa d) de digestión anaerobia, es recirculado como combustible para el calentamiento de los afluentes y/o del interior de los reactores de digestión anaerobia.

9. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque el biogás producido en la etapa d) de digestión anaerobia, es recirculado como combustible para la generación de energía eléctrica.

10. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa d) de digestión anaerobia, el 10-30% del lodo digerido se recicla a la corriente del afluente, homogeneizándose con éste antes de la alimentación del reactor anaerobio de lodos.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la digestión anaerobia de la fracción líquida de la decantación primaria se realiza en un reactor de lecho empacado, en operación continua y flujo ascendente o descendente.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque en el reactor de lecho empacado el soporte utilizado para el empaque consiste en fragmentos perforados de barro pre-cocido a una temperatura de cocción comprendida entre 750-850ºC.

13. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa d) de digestión anaerobia, el 15-35% del efluente del reactor de lecho empacado se recicla en operación continua a la corriente del afluente de dicho reactor, homogeneizándose con éste antes de la alimentación del reactor.

14. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1, 5, 6, 7, 8 ó 10, caracterizado porque la digestión del lodo sedimentado en condiciones mesófilas transcurre con un tiempo de retención hidráulico de 240-360 horas.

15. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1, 5, 6, 7, 8 ó 10, caracterizado porque la digestión del lodo sedimentado en condiciones termófilas transcurre con un tiempo de retención hidráulico de 192-288 horas.

16. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1, 8, 11, 12 ó 13, caracterizado porque la digestión anaerobia del sobrenadante en condiciones mesófilas transcurre con un tiempo de retención hidráulico de 24-72 horas.

17. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1, 8, 11, 12 ó 13, caracterizado porque la digestión anaerobia del sobrenadante en condiciones termófilas transcurre con un tiempo de retención hidráulico de 12-24 horas.

18. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende:

a) desbaste de sólidos,

b) fermentación anóxica-aerobia-anóxica,

c) decantación del efluente procedente de la fermentación anóxica-aerobia-anóxica, de la etapa b) anterior, obteniéndose un efluente que consiste en un lodo sedimentado y un sobrenadante,

d) digestión anaerobia del lodo sedimentado y del sobrenadante de la etapa c) anterior, obteniéndose biogás, y un efluente que consiste en un lodo digerido y una fracción líquida digerida, y

e) estabilización del lodo digerido y de la fracción líquida digerida de la etapa d) anterior.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, caracterizado porque la etapa e) de estabilización del lodo digerido y de la fracción líquida digerida comprende la deshidratación del lodo digerido y el lagunaje de la fracción líquida digerida en una o varias balsas.

20. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 18, caracterizado porque comprende una etapa de homogenización que se lleva a cabo entre el desbaste de sólidos y la etapa c) de fermentación anóxica-aerobia-anóxica.

21. Procedimiento según la reivindicación 20, caracterizado porque la etapa de homogenización está integrada físicamente al primer reactor anóxico de la etapa de fermentación anóxica-aerobia-anóxica.

22. Procedimiento según una de las reivindicaciones 20 o 21, caracterizado porque la etapa de homogenización se realiza con agitadores de hélice sumergidos.

23. Uso del procedimiento definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22 en la depuración orgánica y nitrogenada de un vertido, en el que se producen los siguientes subproductos reciclables: lodo biológico, efluente líquido, energía eléctrica y energía calorífica.