Un método de procesado de aguas residuales que comprende:

introducir el agua residual en el fondo de una celda de fermentación diseñada para la sedimentación y fermentación de metano de los sólidos orgánicos sedimentables,

teniendo la celda de fermentación microorganismos reductores de sulfato que liberan sulfuros para combinarse con iones de metales multivalentes en las aguas residuales para formar partículas de sulfuro metálico insolubles y sedimentables;

hacer pasar el agua residual a un estanque facultativo primario cubierto que contiene microorganismos que tienen una carga superficial negativa para adsorber iones metálicos multivalentes en el agua residual;

retirar los sólidos suspendidos, microorganismos, nutrientes y patógenos del agua residual para producir un efluente cuaternario desinfectado; y

producir agua purificada a partir del efluente cuaternario desinfectado, en el que el agua purificada está sustancialmente libre de partículas de metal multivalente

Recuperación de agua y de un concentrado de salmuera utilizable a partir de aguas residuales domésticas.

Breve descripción de la invención

La presente invención se refiere en general al tratamiento de aguas residuales. Más concretamente, la presente invención se refiere a un método de recuperación de agua y de un concentrado de salmuera utilizable y desechable de forma segura a partir de las aguas residuales domésticas.

Antecedentes de la invención

Un suministro de agua doméstico normalmente contiene varios cientos de miligramos por litro (mg/l) de minerales en forma de cationes (por ejemplo, sodio, magnesio y calcio, etc.) y aniones (por ejemplo, cloruro, sulfato y bicarbonato, etc.). Sometida a los múltiples usos en una vivienda, el agua usada se convierte en una suspensión de residuos de baño y cocina junto con residuos de lavado y compuestos de limpieza de múltiples orígenes. Disolventes, pigmentos, y pesticidas a menudo se tiran "por el desagüe". Además de estas sustancias, el agua usada contiene también cantidades en microgramos de diversos minerales (por ejemplo, cobre, cadmio, cinc, níquel, plomo, cromo y hierro) disueltos en los utensilios domésticos, de las tuberías de cobre y galvanizadas y a partir del plomo y la soldadura de las tuberías de viviendas y edificios de apartamentos antiguos. Las aguas residuales domésticas contienen también cantidades minoritarias, aunque en aumento, de antibióticos, hormonas, y otras sustancias relacionadas con la salud procedentes de las industrias médicas y farmacéuticas en desarrollo.

En la técnica anterior, las aguas residuales domésticas podían recuperarse usando un proceso de tratamiento secundario con lodos activados seguido de un proceso de microfiltración y un proceso de ósmosis inversa (OI). El agua recuperada por estos métodos de la técnica anterior puede volver a entrar en el suministro de agua doméstico para reutilizarla. Entre estos procesos de la técnica anterior, el proceso de ósmosis inversa es particularmente importante, porque retira el aumento salino (es decir, el aumento en la concentración de sólidos disueltos totales asociado con cada uso) del agua tratada. La retirada del aumento salino es clave para la sostenibilidad de cualquier esquema de reutilización de agua de múltiples pasos. Si estas sales añadidas no se retiran antes de la reutilización, la concentración de sólidos disueltos del agua recuperada aumentará a ritmo constante, reduciendo las opciones de reutilización. El proceso de ósmosis inversa también es importante, porque retira los iones de metales pesados del agua recuperada y evita que los iones de metales pesados vuelvan a entrar en el suministro de agua doméstica.

Un problema de los procesos de lodos activados/microfiltración/OI de la técnica anterior es que son costosos. Se ha estimado que un proceso de lodos activados/microfiltración/osmosis inversa de la técnica usa más de 900 kWh de energía y cuesta más de 1.200 dólares americanos para recuperar un millón de litros de agua residual. Otro problema del proceso de la técnica anterior es que los metales pesados en las aguas residuales estarán muy concentrados junto con otros iones en la salmuera. La alta concentración resultante de metales pesados se añade a los peligros y costes de la evacuación de la salmuera.

En vista de lo anterior, existe necesidad de un tratamiento de agua residual y un proceso de recuperación que sea energéticamente eficaz y rentable.

La Patente de Estados Unidos Nº 5.976.372 describe un método de tratamiento de una biomasa que incluye estiércol líquido que contiene metales pesados que comprende: someter la biomasa a una degradación microbiana anaerobia para formar sulfuro de hidrógeno gaseoso, transportar al menos parte de este gas a través de al menos una parte de la biomasa degradada microbianamente para precipitar los metales pesados como sulfuros metálicos y separar la mezcla resultante en un precipitado y un sobrenadante.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona un método para procesar aguas residuales de acuerdo con la reivindicación 1 y un método para cultivar algas de acuerdo con la reivindicación 9.

Las realizaciones de la presente invención proporcionan un proceso para tratar y recuperar el agua residual que es rentable. Además, los productos finales del proceso de recuperación no contienen ningún químico tóxico. De hecho, los productos finales del proceso de recuperación pueden usarse de una manera económica y comercialmente beneficiosa para ayudar a reducir los costes de recuperación del agua residual.

De acuerdo con una realización de la invención, el tratamiento y proceso de recuperación incluye un proceso de producción de metano anaerobio intensivo seguido de un proceso de oxidación de residuos basado en algas altamente aerobio, un proceso de Flotación por Aire Disuelto (DAF), un proceso de Filtración en Arena de Flujo Lento (SSF) y/u otro proceso de filtración (por ejemplo, microfiltración, nanofiltración, ultrafiltración, etc.), un proceso de desinfección y finalmente, un proceso de Ósmosis Inversa (OI). El proceso anaerobio precipita la mayor parte de los metales pesados en forma de sulfuros metálicos, y el proceso de tratamiento del agua residual basado en algas aerobio posibilita el uso de algas para adsorber los metales pesados restantes. El proceso DAF retira los sólidos suspendidos y las algas de las aguas residuales tratadas. El proceso SSF asegura que sustancialmente todos los sólidos y microorganismos suspendidos se retiran de las aguas residuales tratadas. El proceso de desinfección elimina los microorganismos que aún no se han filtrado. Finalmente, el proceso de ósmosis inversa retira los sólidos disueltos restantes de las aguas residuales tratadas para producir un agua permeada y un concentrado de alta salinidad (por ejemplo, salmuera). El agua permeada es potable y el concentrado de alta salinidad está sustancialmente libre de iones de metales pesados. Preferentemente, el concentrado de alta salinidad se usa para cultivar algas halofílicas, tales como Dunaliella, que tienen un alto valor comercial. De esta manera, la presente invención proporciona un método de recuperación tanto de agua como de un concentrado de alta salinidad de las aguas residuales. La presente invención puede usarse también para recuperar otros tipos de aguas residuales.

Además de la presente realización, el tratamiento de aguas residuales y el proceso de recuperación retiran la dureza del calcio del agua residual. La retirada de la dureza del calcio "ablanda" el agua y minimiza el pretratamiento requerido antes de la ósmosis inversa, prolongando de esta manera la vida útil de las membranas usadas en el proceso de ósmosis inversa.

Breve descripción del dibujo

Los aspectos de la presente invención resultarán más fácilmente evidentes a partir de la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas cuando se toman junto con el dibujo adjunto, en el que:

La Figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra un proceso de tratamiento de aguas residual de acuerdo con una realización de la presente invención.

Descripción de las realizaciones preferidas

La Figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra las etapas clave de un proceso de tratamiento de agua residual 100 de acuerdo con una realización de la presente invención. Algunas etapas del proceso de tratamiento de agua residual 100 se realizan preferentemente en una instalación Advanced Integrated Wastewater Pond Systems® 110. Debe observarse en este documento que Advanced Integrated Wastewater Pond Systems® y AIWPS® son marcas registradas de Oswald Green, LLC de Concord, California, Estados Unidos de América. Una instalación AIWPS® se localiza actualmente en el Laboratorio de Ingeniería Medio Ambiental y de Ciencias de la Salud de California en Berkeley, Richmond, California, Estados Unidos de América.

Con referencia a la Figura 1, el agua residual bruta pasa primero a través de una estación de medición, tamizado y desarenado 102, donde los sólidos grandes y no biodegradables se retiran para una evacuación por separado. Los sólidos grandes y no biodegradables típicamente se evacuan mediante enterramiento.

El agua residual se introduce después en una o más celdas de fermentación aisladas 113 de cinco a seis metros de profundidad (en ocasiones denominadas Digestores de Estanque cuando se recoge biogás rico en metano), que en la presente realización están construidas en el fondo de un estanque facultativo primario 112 y que están diseñadas para una sedimentación...

1. Un método de procesado de aguas residuales que comprende:

introducir el agua residual en el fondo de una celda de fermentación diseñada para la sedimentación y fermentación de metano de los sólidos orgánicos sedimentables, teniendo la celda de fermentación microorganismos reductores de sulfato que liberan sulfuros para combinarse con iones de metales multivalentes en las aguas residuales para formar partículas de sulfuro metálico insolubles y sedimentables;

hacer pasar el agua residual a un estanque facultativo primario cubierto que contiene microorganismos que tienen una carga superficial negativa para adsorber iones metálicos multivalentes en el agua residual;

retirar los sólidos suspendidos, microorganismos, nutrientes y patógenos del agua residual para producir un efluente cuaternario desinfectado; y

producir agua purificada a partir del efluente cuaternario desinfectado, en el que el agua purificada está sustancialmente libre de partículas de metal multivalente.

2. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente producir una salmuera que tiene minerales concentrados a partir del efluente cuaternario desinfectado, donde la salmuera está sustancialmente libre de partículas de metales multivalente.

3. El método de la reivindicación 2, en el que la etapa de producción comprende realizar la ósmosis inversa sobre el efluente cuaternario desinfectado para producir el agua purificada y la salmuera.

4. El método de la reivindicación 1, en el que hay una pluralidad de celdas de fermentación localizadas dentro del estanque facultativo.

5. El método de la reivindicación 4, en el que las celdas de fermentación están rodeadas por paredes que evitan la entrada agua que contiene oxígeno.

6. El método de la reivindicación 1, en el que la etapa de retirada comprende un proceso de Flotación por Aire Disuelto y un proceso de Filtración en Arena de Flujo Lento para producir el efluente cuaternario desinfectado.

7. El método de la reivindicación 1, en el que la etapa de retirada comprende un proceso de Flotación por Aire Disuelto y un proceso de microfiltración para producir el efluente cuaternario desinfectado.

8. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente, antes de la etapa de introducción, retirar los sólidos no biodegradables del agua residual para una evacuación por separado.

9. Un método de cultivo de algas, que comprende:

introducir el agua residual en el fondo de una celda de fermentación diseñada para optimizar la sedimentación y fermentación de metano de los sólidos orgánicos sedimentables, teniendo la celda de fermentación organismos reductores de sulfato que liberan sulfuros que se combinan con las partículas de metal multivalente en el agua residual para formar partículas de sulfuro metálico insolubles y sedimentables;

hacer pasar el agua residual desde la celda de fermentación a un estanque facultativo primario cubierto que contiene microorganismos, en el que los microorganismos tienen una carga superficial negativa para absorber iones metálicos multivalentes en el agua residual;

retirar los sólidos suspendidos, microorganismos, nutrientes y patógenos del agua residual para producir un efluente cuaternario desinfectado;

realizar la ósmosis inversa del efluente desinfectado para producir un concentrado de alta salinidad que está sustancialmente libre de partículas de metal multivalente; y

cultivar microorganismos halofílicos en el concentrado de alta salinidad.

10. El método de la reivindicación 9, en el que los microorganismos halofílicos comprenden Dunaliella.