Proceso de depuración de agua residual aplicable en instalaciones de tratamiento biológico convencional dotadas con cualquier sistema de depuración que alcance unos correctos niveles de nitrificación pero que sea incapaz de efectuar una adecuada desnitrificación,

caracterizado esencialmente incorporar en la cabecera de la instalación, un reactor anóxico (2) basado en tecnología de lecho fluido, donde el crecimiento espontáneo de la biomasa se efectúa en soportes de densidad próxima a 1 g/cm{sup,3} (3), que se mueven en el reactor biológico (2) mediante la agitación generada por sistemas mecánicos (4), disponiendo el reactor anóxico (2) de dos entradas de agua, una proveniente de la decantación primaria de la estación depuradora de aguas residuales (5) y otra de recirculación (6) por la cual se recircula el efluente que ha atravesado el resto de la instalación según una tasa de recirculación específica

Proceso de depuración de agua residual.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un proceso para el tratamiento de agua residual urbana o industrial de pequeñas poblaciones o industrias, que garantiza de forma eficiente y robusta tanto la eliminación de la materia orgánica carbonosa como de los nutrientes inorgánicos, todo ello con un coste de operación (explotación) y mantenimiento menor que el necesario con las tecnologías actuales. Esta innovadora solución técnica está basada en la complementación de un tratamiento convencional de eliminación de materia orgánica carbonosa y nitrificación con un sistema de intensificación del proceso de desnitrificación.

Antecedentes de la invención

Las tecnologías existentes permiten alcanzar un adecuado grado de depuración de aguas residuales, pero a un coste excesivamente elevado para instalaciones de pequeñas dimensiones, como por ejemplo, de pequeñas poblaciones o industrias.

En las poblaciones medianas y pequeñas uno de los procesos empleados con bastante frecuencia para la depuración es el de biomasa adherida, normalmente mediante contactores biológicos rotativos o (CBR), comúnmente conocidos como biodiscos, o mediante los filtros percoladores.

Estos procesos que han demostrado su eficacia depuradora, alcanzando la calidad del efluente exigida por la legislación para vertidos procedentes de tratamientos secundarios, su óptimo comportamiento en cuanto a consumo energético, con ratios muy inferiores a los procesos de cultivo en suspensión, su facilidad de operación y explotación, así como su robustez para afrontar las variaciones de caudal y concentración del afluente, típicas de las poblaciones pequeñas y medianas, cuentan con una desventaja respecto a los sistemas de cultivo en suspensión: la dificultad para la eliminación del nitrógeno y del fósforo, requerida cuando el vertido de las aguas depuradas vaya a realizarse en zonas sensibles.

El tratamiento biológico convencional de aguas residuales urbanas está dirigido habitualmente a la biodegradación de la materia orgánica, sin embargo en algunos casos se requiere que la concentración de nitrógeno amoniacal en el cauce receptor sea baja, para proteger la vida piscícola que es sensible al posible amoniaco (NH3) que se puede producir a pH alcalino.

Para la eliminación del fósforo, el problema se ve reducido a una dosificación de una sal metálica en la cantidad adecuada para precipitarlo y separarlo del agua depurada, pero en el caso del nitrógeno no existe un método de eliminación viable económica y técnicamente, a parte del biológico.

Para conseguir la eliminación de nitrógeno amoniacal se necesita disponer en el proceso biológico, de microorganismos específicos que lleven a cabo el proceso de nitrificación. Este proceso produce nitratos que también pueden ser perjudiciales tanto desde el punto de vista de funcionamiento de un proceso de nitrificación como para el cauce receptor especialmente porque potencia su eutrofización.

En orden a la eliminación de nitratos, surgieron los procesos de desnitrificación que, combinados con la nitrificación, dieron lugar a los procesos de nitrificación-desnitrificación ó eliminación de nitrógeno.

La nitrificación es el proceso biológico aerobio por el cual el nitrógeno amoniacal es transformado en nitratos a través de dos etapas mediatizadas por diferentes grupos de microorganismos: nitrosomonas y nitrobacter.

El nitrógeno orgánico biodegradable del agua residual se hidroliza por microorganismos heterótrofos transformándose en nitrógeno amoniacal que a su vez sufre la nitrificación.

La desnitrificación es el proceso por el cual el nitrógeno nítrico y nitroso es convertido en nitrógeno gas (liberado al aire) siendo realizado mediante microorganismos facultativos heterótrofos bajo condiciones anóxicas (sin oxígeno).

Como tales heterótrofos, la fuente de energía y de carbono celular es materia orgánica y el aceptor de electrones son los nitratos. De este modo se produce la eliminación de materia orgánica empleando los nitratos en lugar de oxígeno.

Los biodiscos no se han mostrado eficientes en la total eliminación del nitrógeno aportado por el efluente. Se han conseguido buenos resultados en el proceso de nitrificación pero no se ha conseguido que la desnitrificación alcanzase valores adecuados.

Descripción de la invención

En términos generales, la presente invención se refiere a un proceso de depuración de agua residual del tipo nitrificación-desnitrificación donde la desnitrificación se refuerza mediante cultivo adherido en lecho fluido, permitiendo adecuar los vertidos a la normativa vigente y al mismo tiempo requiriendo una baja inversión en concepto de explotación y mantenimiento, lo que representa una reducción de los costes derivados de la gestión del agua resi-dual.

Este proceso de depuración elimina los nutrientes inorgánicos que el tratamiento convencional no consigue eliminar.

La solución adoptada es una técnica innovadora basada en la complementación y refuerzo un tratamiento convencional de eliminación de materia orgánica carbonosa y nitrificación, con un sistema de desnitrificación.

El proceso de nueva invención, consiste en combinar el tratamiento biológico convencional, con un reactor anóxico basado en tecnología de lecho fluido, que puede incorporarse en cabecera de instalaciones dotadas con cualquier sistema de depuración que alcance unos correctos niveles de nitrificación pero que sea incapaz de efectuar una adecuada desnitrificación, con el fin de garantizar una adecuada eliminación de nitrógeno.

El principio básico del nuevo proceso es el crecimiento espontáneo de la biomasa (bacterias encargadas de los procesos de desnitrificación, por ejemplo Pseudomonas, Bacillus, etc), en soportes denominados comúnmente "carriers", que se mueven en el reactor biológico mediante la agitación generada por sistemas mecánicos.

Los soportes son de material plástico con densidad próxima a 1 gr/cm³ que les permite moverse fácilmente en el reactor incluso con porcentajes de llenado de entre el 40 al 70%.

La ventaja fundamental que aporta el tratamiento de desnitrificación mediante lecho móvil es que se trata de un cultivo fijo, por lo que no es necesario el aporte de una recirculación externa una vez el soporte (carrier) está colonizado por biomasa activa adherida a él. Este hecho repercute en el ahorro de un depósito o tanque intermedio entre la zona anóxica y la zona aerobia del sistema.

La transformación de nitrato a nitrógeno gas se llevar a cabo bajo condiciones anóxicas. En concreto, el agua que hay que desnitrificar tiene un contenido de materia orgánica suficiente para proporcionar la energía necesaria para que las bacterias lleven a cabo la conversión de nitrato a nitrógeno gas.

El volumen de zona anóxica se calcula a partir del tiempo de retención hidráulico necesario cuya expresión de cálculo es:

TRH = (NO3i - NO3e)/(U*X)

Donde:

Esta tasa se puede describir mediante la siguiente expresión:

U = U' * (1,09(T-20) * (1-DO)).

Donde:

Respecto al volumen de relleno necesario. El volumen óptimo esta entre el 40 a 60% del volumen total.

Un método simplificado para estimar la tasa de recirculación necesaria suponiendo que la desnitrificación del N_NO3-...

1. Proceso de depuración de agua residual aplicable en instalaciones de tratamiento biológico convencional dotadas con cualquier sistema de depuración que alcance unos correctos niveles de nitrificación pero que sea incapaz de efectuar una adecuada desnitrificación, caracterizado esencialmente incorporar en la cabecera de la instalación, un reactor anóxico (2) basado en tecnología de lecho fluido, donde el crecimiento espontáneo de la biomasa se efectúa en soportes de densidad próxima a 1 g/cm³ (3), que se mueven en el reactor biológico (2) mediante la agitación generada por sistemas mecánicos (4), disponiendo el reactor anóxico (2) de dos entradas de agua, una proveniente de la decantación primaria de la estación depuradora de aguas residuales (5) y otra de recirculación (6) por la cual se recircula el efluente que ha atravesado el resto de la instalación según una tasa de recirculación específica.

2. Proceso según reivindicación anterior, caracterizado porque el volumen de zona anóxica del reactor anóxico (2) se determina a partir del tiempo de retención hidráulico necesario, cuya expresión de cálculo es:

TRH = (NO3i - NO3e)/(U*X)

Donde:

Siendo esta tasa descrita mediante la expresión:

U = U'* (1,09(T-20) * (1-DO)).

Donde:

3. Proceso según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el volumen de relleno óptimo del reactor anóxico (2) está entre el 40 y el 60% del volumen total.

4. Proceso según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la tasa de recirculación se determina según la expresión:

R = ((N_NH4)i-(N_NH4)e)/(N_NO3)e)

Donde: