OZONACION DE AGUAS RESIDUALES PARA LA REDUCCION DE LODO O ESPUMA Y CONTROL DE HINCHAMIENTO.

Un método para tratar aguas residuales en una planta de tratamiento de aguas residuales,

que comprende las etapas de:

recibir una corriente de entrada de aguas residuales en un recipiente o reactor de tratamiento de aguas residuales;

oxidar los biosólidos en el interior del recipiente o reactor de tratamiento de aguas residuales;

descargar una corriente del recipiente o reactor de tratamiento de aguas residuales;

desviar una porción de la corriente descargada del recipiente o reactor de tratamiento de aguas residuales a un reactor de tipo flujo pistón;

introducir ozono en el reactor de tipo flujo pistón, induciendo con el ozono la lisis de biosólidos o bacterias filamentosas en el interior del reactor de tipo flujo pistón; y

hacer retornar la corriente desviada al recipiente o reactor de tratamiento de aguas residuales; en donde el ozono se introduce en la corriente desviada en un intervalo de 0,1 hasta 10,0 g de ozono por día y kg de lodos en el recipiente o reactor de tratamiento de aguas residuales, con el objetivo de reducir los lodos o reducir la espuma, y en donde el tiempo de contacto del ozono con la corriente desviada en el reactor de flujo pistón se encuentra dentro de un intervalo entre 10 y 60 segundos

Ozonación de aguas residuales para la reducción de lodo o espuma y control de hinchamiento.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a métodos y sistemas para el tratamiento de aguas residuales y, de forma más particular, al tratamiento de lodos con ozono en un reactor de alta selectividad con el fin de reducir los lodos y controlar la espuma.

Antecedentes

Los métodos tradicionales de tratamiento de aguas residuales comprenden poner en contacto corrientes de aguas residuales con bacterias en un proceso de carácter aeróbico o anaeróbico, en lo que se conoce como tratamiento de lodos activados. Estas bacterias consumen partes del material de sustrato o residuos contenidos en las aguas residuales que, típicamente, son compuestos químicos que contienen carbono, nitrógeno, fósforo, azufre y elementos similares. Típicamente, una parte de los residuos se consume para estimular el metabolismo de las células bacterianas o mantener el funcionamiento fisiológico de las células bacterianas. Adicionalmente, una porción de los residuos se consume también como parte del procedimiento de síntesis de nuevas células bacterianas. El procedimiento de tratamiento de lodos activados proporciona una cierta cantidad de lodos y sólidos asociados, que deben ser continuamente retirados del recipiente de tratamiento para conservar el equilibrio de lodos en estado dinámico que es fundamental para el funcionamiento eficaz del sistema de tratamiento de lodos activados.

Con el fin de mantener la capacidad de eliminación de residuos de la planta de tratamiento en estado dinámico, es importante controlar la generación de nuevas células bacterianas en el procedimiento de tratamiento de lodos activados. Una síntesis excesiva de nuevas células bacterianas, superior a la necesaria para el tratamiento de los residuos en estado dinámico o próximo a él da como resultado un exceso de formación de biosólidos, atribuible a la acumulación de estas células bacterianas de nueva síntesis, pero innecesarias. Este exceso de biosólidos se debe retirar de manera continua durante el procedimiento de tratamiento de lodos activados.

Los métodos existentes para gestionar la eliminación de lodos incluyen el transporte de los lodos a vertederos, utilización de los lodos para su aplicación como abono o fines agrícolas, e incineración de los lodos. La mayoría de las operaciones de eliminación de lodos requiere algún tratamiento previo del lodo; un procedimiento conocido en la técnica como tratamiento de sólidos. Los procedimientos de tratamiento de sólidos son a menudo operaciones costosas y que requieren mucho tiempo, y típicamente comprenden una o múltiples de las etapas siguientes: (a) concentración de los lodos en un espesador que, a menudo, requiere el uso de polímeros; (b) digestión de los lodos con el fin de estabilizar las bacterias y reducir adicionalmente el volumen y contenido de patógenos de los lodos; (c) extracción del agua de los lodos hasta alcanzar un contenido en sólidos de aprox. 15-25%, lo que implica hacer pasar los lodos a través de centrifugadoras u otros dispositivos para la separación de sólidos-líquidos; (d) almacenamiento de los lodos; y (d) transporte a vertederos, aplicaciones agrícolas en granjas, u otros usos finales.

Se estima que los costes asociados con los procedimientos de tratamiento y eliminación de sólidos pueden ser entre 20 y 60% de los costes operativos totales relacionados con el procedimiento total de tratamiento de las aguas residuales. Debido al coste y al tiempo necesario para el tratamiento y la eliminación de sólidos, es conveniente minimizar la cantidad de exceso de lodos generados en el procedimiento de tratamiento de aguas residuales.

En los sistemas y métodos convencionales de tratamiento de lodos activados, se necesita oxígeno tanto para la oxidación química del material de sustrato (es decir, desechos) como para la síntesis de nuevas células y procesos metabólicos de las células bacterianas. También se ha informado sobre el uso de ozono, además de oxígeno, para el tratamiento de los lodos. Más en particular, se ha informado sobre el tratamiento con ozono en combinación con agitadores mecánicos y/o una bomba, que contribuyen a la mezcla de las sustancias. El contacto de los lodos con el ozono tiene lugar típicamente en modo de reacción en un tanque con agitación continua (CSTR, siglas en inglés) y la lisis (destrucción de la integridad de la pared celular) se produce como consecuencia de la intensa acción oxidante del ozono sobre las paredes celulares. La lisis conduce a la liberación del contenido celular rico en sustrato de las células bacterianas. De esta forma, las células sólidas que, de lo contrario, se habrían eliminado como exceso de lodos, son sometidas a lisis de, al hacerlo, se transforman en sustrato que, entonces, puede ser consumido por las bacterias en el recipiente de tratamiento.

El contenido celular es una matriz líquida compuesta de proteínas, lípidos, polisacáridos y otros azúcares, ADN, ARN e iones orgánicos. Debido a la baja selectividad que se produce cuando se lleva a cabo el contacto de los lodos con el ozono en modo de reactor con agitación continua, con el uso anteriormente descrito de ozonización de lodos se consumen cantidades excesivas de ozono. Además, algunos empleos del ozono sobre los que se ha informado anteriormente requerían un pre-tratamiento especializado o la modificación de los lodos. Estos pre-tratamientos y modificaciones pueden incluir ajustar el pH de los lodos, elevar su temperatura, aumentar la presión del vaso de tratamiento con ozono, o hacer pasar los lodos a través de etapas de pre-digestión anaeróbica. De este modo, el uso anterior de ozono en el tratamiento de lodos implicaba una complejidad, materiales y equipos adicionales, y el correspondiente aumento de costes asociado con ellos.

Se conocen tres métodos principales para sistemas de reactores, a saber, el sistema de Reactor de Tanque con Agitación Continua (CSTR), el Reactor de Flujo Pistón (PFR), de mayor selectividad, y el Sistema de Reactor Discontinuo (BRS). Las principales diferencias entre los distintos modos de reactor radican fundamentalmente en: (i) la cantidad media de tiempo que permanece una molécula dentro del espacio del reactor, conocida también como tiempo de residencia; (ii) la interacción entre "lotes" de reacción, por ejemplo, existe una importante retro-mezcla en el CSTR, en tanto que el PFR se distingue por una retro-mezcla muy limitada, en caso de haberla; y (iii) el rendimiento obtenido.

Además de los desafíos asociados con la reducción de lodos, uno de los restantes retos formidables en muchas operaciones de tratamiento de aguas residuales es el control de espumación y aglutinación ("bulking") en las aguas residuales. Los problemas de espumación y aglutinación se deben generalmente a la presencia de una abundancia de bacterias filamentosas tales como Nocardia y Parvicella en las aguas residuales. Estos organismos filamentosos tienden a prosperar en las aguas residuales cuando el nivel de oxígeno disuelto en las mismas es bajo, o se produce un déficit de nutrientes en las aguas residuales, que se distingue por una baja relación de alimentos a microorganis-mos.

Los problemas de espumación se caracterizan a menudo por la presencia de una espuma de color bronceado claro que cubre hasta 25% de la superficie del recipiente de lodos activados y contribuye, frecuentemente, a problemas operativos dentro de las aguas residuales, incluidos olores indeseables, eliminación de sólidos y condiciones de trabajo generalmente peligrosas. Por su parte, la aglutinación se distingue por la presencia de organismos filamentosos que se extienden desde el flóculo, provocando de este modo una interferencia con las propiedades de asentamiento y compactación de los lodos. Esta acción tiene un impacto adverso sobre el rendimiento del clarificador y a menudo tiene como resultado una baja calidad del efluente.

El control de los problemas de aglutinación y espumación en las operaciones de tratamiento de aguas residuales requiere la eliminación o el control de los organismos filamentosos en las aguas residuales. De manera convencional, el control de organismos filamentosos en las aguas residuales se lleva a cabo por la adición de agentes oxidantes tales como cloro, peróxido y ozono al recipiente de lodos activados. Un medio alternativo para controlar los organismos filamentosos incluye incrementar la carga de nutrientes o mejorar el estado óxico de los lodos, o ambas acciones.

Resumen de la invención

La presente invención es un...

1. Un método para tratar aguas residuales en una planta de tratamiento de aguas residuales, que comprende las etapas de:

       recibir una corriente de entrada de aguas residuales en un recipiente o reactor de tratamiento de aguas residuales;

       oxidar los biosólidos en el interior del recipiente o reactor de tratamiento de aguas residuales;

       descargar una corriente del recipiente o reactor de tratamiento de aguas residuales;

       desviar una porción de la corriente descargada del recipiente o reactor de tratamiento de aguas residuales a un reactor de tipo flujo pistón;

       introducir ozono en el reactor de tipo flujo pistón, induciendo con el ozono la lisis de biosólidos o bacterias filamentosas en el interior del reactor de tipo flujo pistón; y

       hacer retornar la corriente desviada al recipiente o reactor de tratamiento de aguas residuales;

en donde el ozono se introduce en la corriente desviada en un intervalo de 0,1 hasta 10,0 g de ozono por día y kg de lodos en el recipiente o reactor de tratamiento de aguas residuales, con el objetivo de reducir los lodos o reducir la espuma, y en donde el tiempo de contacto del ozono con la corriente desviada en el reactor de flujo pistón se encuentra dentro de un intervalo entre 10 y 60 segundos.

2. El método según la reivindicación 1, en el que el ozono se introduce en la corriente desviada en un intervalo de 1,0 a 10,0 g de ozono por día y kg de lodos en el recipiente o reactor de tratamiento de aguas residuales para inducir, con el ozono, la lisis de biosólidos en el reactor de tipo flujo pistón, con el fin de reducir los lodos.

3. El método según la reivindicación 1, en el que el ozono se introduce en la corriente desviada en un intervalo de 0,1 a 1,5 g de ozono por día y kg de lodos en el recipiente o reactor de tratamiento de aguas residuales, para inducir, con el ozono, la lisis de bacterias filamentosas en el interior del reactor de tipo flujo pistón, con el fin de reducir la espuma.