Procedimiento para la nitrificación parcial en continuo de aguas residuales e instalación correspondiente.

La presente invención describe un tipo de control automático destinado al tratamiento de un agua residual rica en amonio para su oxidación a nitrito (es decir, nitrificación parcial) en reactores que operan en continuo con la biomasa inmovilizada en forma de biopelícula. El control automático comprende un lazo cerrado de control que, a partir de una consigna do valor máximo de amonio a la salida del reactor, regula el caudal de entrada en el reactor en función de la concentración de amonio a la salida del reactor. El control automático puede incluir también un lazo de control, abierto o cerrado, del oxígeno en el reactor, regulando un sistema de aireación, a partir de una consigna que es función de la concentración de oxígeno y de amonio en el reactor

Procedimiento para la nitrificación parcial en continuo de aguas residuales e instalación correspondiente.

Campo de la invención

La invención se refiere a un procedimiento para la nitrificación parcial en continuo de aguas residuales en un reactor de biopelícula que comprende microorganismos oxidantes de amonio y con un sistema de aireación, y la instalación correspondiente.

En general se trata de aguas residuales con una concentración elevada de nitrógeno amoniacal.

Estado de la técnica

En la patente EP-A-826639 se describe un tratamiento de aguas residuales que contengan amonio mediante bacterias nitrificantes, en el que el amonio se oxida principalmente a nitrito (es decir nitrificación parcial) en un reactor continuo de tanque agitado sin retención de biomasa y ajustando el tiempo de residencia hidráulico a 1,5 días. En estas condiciones las bacterias o, en general, los microorganismos que convierten el amonio a nitrito (usualmente denominados AOB, del inglés ammonium oxidizing bacteria) tienen una velocidad de crecimiento suficiente para compensar la pérdida de biomasa debida al flujo continuo del reactor, mientras que las bacterias (o, en general, los microorganismos) que convierten el nitrito a nitrato (usualmente denominados NOB, del inglés nitrite oxidizing bacteria) no crecen a la suficiente velocidad para que se mantengan en el reactor. Como resultado, se elimina la conversión de nitrito a nitrato, lo cual es ventajoso porque permite reducir el consumo de oxígeno y la demanda química de oxígeno (DQO) en un proceso posterior de desnitrificación. Este proceso se denomina SHARON (Single reactor High activity Ammonium Removal Over Nitrite). Otros procedimientos de tratamiento de este tipo de aguas residuales se describen en:

- Fux C, Huang D, Monti A, Siegrist H 2004. Difficulties in maintaining long-term partial nitrification of ammonium-rich sludge digester liquids in a moving-bed biofilm reactor. Water Science and Technology 49(11-12):53-60.

- Van Loosdrecht M C M, Salem S 2006. Biological treatment of sludge digester liquids. Water Science and Technology 53(12):11-20.

- N. Bernet, O. Sánchez, D. Cesbron, J.-P. Steyer, J.-P. Delgenès 2005. Modeling and control of nitrite accumulation in a nitrifying biofilm reactor. Biochemical Engineering Journal 24: 173-183.

El proceso SHARON tiene como principal inconveniente que es un sistema sin retención de biomasa, limitándose la capacidad de degradación volumétrica (por unidad de volumen de reactor), y por tanto resultando en reactores con elevado volumen.

Sumario de la invención

La invención tiene por objeto superar estos inconvenientes. Esta finalidad se consigue mediante un procedimiento del tipo indicado al principio caracterizado porque realiza un lazo cerrado de control que regula el caudal de entrada en dicho reactor en función de la concentración de amonio a la salida de dicho reactor.

Efectivamente el procedimiento de acuerdo con la invención se caracteriza porque la variable a controlar es la concentración de amonio a la salida del reactor y se controla mediante la indicación de un valor objetivo de amonio a la salida del reactor y la regulación del caudal de entrada en el reactor para alcanzar este valor objetivo. Además, se utiliza un reactor de biopelícula para retener la biomasa. Este procedimiento es totalmente novedoso ya que los procedimientos convencionales emplean otras técnicas de control, usualmente basadas en el control del oxígeno en disolución, del pH, etc. Por ejemplo, el citado procedimiento SHARON no puede emplear el caudal de entrada (que tiene una consecuencia directa sobre el tiempo de residencia) para ajustar la concentración de amonio ya que su tiempo de residencia determina la concentración de nitrato. Por su parte, en los reactores de biopelícula utilizados para la nitrificación parcial descritos (Fux et al., 2004; van Loosdrecht y Salem, 2006) aparece nitrato en el efluente. Con la presente invención se ha conseguido desarrollar un sistema que permite obtener un efluente con concentraciones elevadas de nitrito y concentraciones muy bajas de nitrato mientras que la concentración de amonio en el efluente es muy baja y además controlada.

La biopelícula es una forma de retener la biomasa que estar sobre un soporte, como por ejemplo carbón activo, pero que también puede estar presente sin necesidad de ningún soporte, como por ejemplo en forma de gránulos.

En general, la concentración de amonio realmente de interés es la concentración de amonio a la salida del reactor. Sin embargo ello no quiere decir que el punto de lectura de la concentración de amonio tenga que estar necesariamente de una forma física a la salida del reactor. Si el reactor presenta una buena agitación, la concentración de amonio se homogeneiza muy rápidamente, por lo que es posible que el punto de lectura de la concentración de amonio esté en el interior del reactor, en particular si está en un lugar próximo a la salida. Por ello, cuando se dice "la concentración de amonio a la salida del reactor" debe entenderse que la lectura se realiza en algún punto que, o bien sea substancialmente igual a la que se obtendría si físicamente se hiciese a la salida del reactor o que, por lo menos, guarda una relación directa con la concentración a la salida, de manera que un cálculo corrector permita obtener la concentración a la salida a partir de dicha lectura.

Preferentemente se realiza, adicionalmente, un lazo abierto de control que regula el sistema de aireación en función de la concentración de oxígeno en el reactor y de la concentración de amonio en el reactor. Efectivamente se ha observado que el procedimiento de la invención es particularmente eficaz si la concentración de oxígeno en el reactor guarda una cierta proporción con la concentración de amonio en el reactor. De esta manera se consigue reducir a un mínimo la concentración de nitrato a la salida del reactor, manteniendo sin embargo una elevada conversión del amonio a nitrito. De esta manera el procedimiento permite la regulación independiente de la concentración de amonio a la salida del reactor y de la concentración de nitrato a la salida del reactor. Los resultados obtenidos muestran una gran constancia en los valores de las concentraciones obtenidos, de tal manera que el sistema de aireación puede funcionar simplemente con un lazo abierto de control del oxígeno disuelto. Sin embargo, si el control del oxígeno disuelto se realiza mediante un lazo cerrado, se consigue mejorar aún más la eficiencia del sistema.

Idealmente, se calcula la señal de consigna del lazo de control del oxígeno a partir de la señal de la concentración de amonio real a la salida del reactor. Sin embargo, debido precisamente a la elevada estabilidad del sistema, es posible calcular la señal de consigna del lazo de control empleando la señal de consigna del lazo de control del amonio, ya que las diferencias entre el valor de consigna de amonio y el valor real son prácticamente despreciables.

Ventajosamente se alimenta el reactor con un caudal de agua residual con una concentración de amonio superior a 100 mg/l. Efectivamente, este procedimiento es particularmente adecuado para el tratamiento de aguas residuales ricas en amonio.

Preferentemente se ajusta la concentración de oxígeno disuelto en el reactor de manera que la relación entre la concentración de oxígeno disuelto y la concentración de amonio es menor de 0,35, y preferentemente está comprendida entre 0,15 y 0,25. Efectivamente unas relaciones menores, que significan unas bajas concentraciones de oxígeno, hacen que el reactor sea ineficiente, ya que se requeriría un gran tiempo de residencia para conseguir los valores de concentración de amonio fijados. Sin embargo, unas relaciones mayores provocan un rápido incremento de la concentración de nitrato a la salida del reactor.

Ventajosamente se ajusta el pH en el reactor entre 6 y 9, preferentemente entre 6,5 y 8,5. Asimismo es ventajoso que la temperatura del reactor esté comprendida entre 15ºC y 40ºC. Como puede verse el nuevo procedimiento tiene la ventaja de que permite una mayor flexibilidad en los rangos de pH y, sobre todo, en los rangos de temperatura.

La invención también tiene por objeto una instalación para la nitrificación parcial en...

1. Procedimiento para la nitrificación parcial en continuo de aguas residuales en un reactor de biopelícula que comprende microorganismos oxidantes de amonio y con un sistema de aireación caracterizado porque realiza un lazo cerrado de control que regula el caudal de entrada en dicho reactor en función de la concentración de amonio a la salida de dicho reactor.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se realiza, adicionalmente, un lazo abierto de control que regula dicho sistema de aireación en función de la concentración de oxígeno en dicho reactor y de la concentración de amonio en dicho reactor.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se realiza, adicionalmente, un lazo cerrado de control que regula dicho sistema de aireación en función de la concentración de oxígeno en dicho reactor y de la concentración de amonio en dicho reactor.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se alimenta dicho reactor con un caudal de agua residual con una concentración de amonio superior a 100 mg/l.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se ajusta la concentración de oxígeno disuelto en dicho reactor de manera que la relación entre la concentración de oxígeno disuelto y la concentración de amonio es menor de 0,35, y preferentemente está comprendida entre 0,15 y 0,25.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se ajusta el pH en dicho reactor entre 6 y 9, preferentemente entre 6,5 y 8,5.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la temperatura de dicho reactor está comprendida entre 15ºC y 40ºC.

8. Instalación para la nitrificación parcial en continuo de aguas residuales que comprende un reactor de biopelícula, dicho sistema comprendiendo microorganismos oxidantes de amonio, y con un sistema de aireación, caracterizado porque comprende un lazo cerrado de control que, a su vez, comprende unos medios de cuantificación de la concentración de amonio, unos medios de regulación del caudal de entrada a dicho reactor y unos medios de control aptos para actuar sobre dichos medios de regulación del caudal de entrada en función de una señal de control recibida de dichos medios de cuantificación de la concentración de amonio.

9. Instalación según la reivindicación 8, caracterizado porque comprende un segundo lazo de control que, a su vez, comprende unos medios de regulación de dicho sistema de aireación, y unos segundos medios de control aptos para actuar sobre dichos medios de regulación de dicho sistema de aireación en función de una segunda señal de control recibida de dichos medios de cuantificación de la concentración de amonio.