Un método para tratar agua para remover nitrógeno al nivel bajo requerido en el tratamiento,

mediante el uso de mecanismos de post-desnitrificación sin adición de fuentes de carbono, y caracterizado porque comprende las etapas de (a) proporcionar una zona aeróbica (1) en la que se tiene un licor mixto aeróbico que tiene organismos que degradan la materia carbonácea y nitrifican el licor mixto aeróbico; (b) proporcionar una zona anóxica (2) en la que se tiene un licor mixto anóxico que tiene organismos que desnitrifican el licor mixto anóxico sin ninguna necesidad de fuentes de carbono adicionales; (c) hacer fluir el agua a ser tratada en dicha zona aeróbica (1); (d) hacer fluir el licor mixto aeróbico en dicha zona anóxica (2); (e) poner en contacto el licor mixto anóxico con el lado de alimentación de un filtro de membrana (3); (f) producir un efluente tratado, pobre en nitrógeno, DBO, DQO, sólidos en suspensión y organismos, en la fracción del permeado del filtro de membrana (3); y (g) remover una parte o todo el material rechazado por el filtro de membrana (3) en el proceso, siendo dichas etapas sustancialmente efectuadas continua y simultáneamente.

La invención se refiere a un proceso de tratamiento biológico de agua. Más precisamente, la invención se refiere a la tecnología de Biorreactor a Membrana (BRM).

Estado de la Técnica

La tecnología de Biorreactor a Membrana (BRM) combina la tecnología de tratamiento de lodos activados con la filtración a través de membranas. Se desarrolló en la década de los 80 y se ha usado ampliamente para el tratamiento de aguas residuales industriales y de aguas residuales municipales.

En comparación con la tecnología tradicional de tratamiento de lodos activados, la tecnología de BRM ofrece las siguientes ventajas: tratamiento avanzado (DQO, Nitrógeno, Patógenos, etc.), sistema robusto y compacto.

Tradicionalmente, los sistemas de BRM se operan con edad elevada de lodo (tiempo de retención de la masa sólida) y baja carga de masa orgánica. Estas condiciones favorecen los mecanismos de amonificación y nitrificación en la zona aeróbica (transformaciones biológicas de los compuestos orgánicos nitrogenados a amoniaco, y de amoniaco a nitrato vía nitrito). Cuando la desnitrificación es necesaria (mecanismo de remoción de nitrógeno a través de la transformación de nitrato en nitrógeno gaseoso), se añade una zona anóxica.

Hasta donde los autores de la invención conocen, en los sistemas de BRM la zona anóxica se implementaba hasta ahora siempre en configuraciones de pre-desnitrificación (zona anóxica antes de la zona aeróbica), con un circuito de recirculación del licor mixto desde la zona aeróbica a la zona anóxica. Esta configuración se originó a partir de los sistemas de lodos activados convencionales, que se diseñan tradicionalmente con procesos de pre-desnitrificación. Se espera que dicha configuración ofrezca las siguientes ventajas:

(i) Uso de la materia orgánica biodegradable disponible en la zona anóxica para mejorar la tasa de desnitrificación, reduciéndose, por consiguiente, el volumen requerido del reactor biológico, y

(ii) Uso de la capacidad de oxidación del nitrato para degradar parte de la materia orgánica, reduciéndose, por consiguiente, la demanda de oxígeno y consiguiéndose disminuir los requerimientos de aireación.

Los autores de la invención identifican estas ventajas como no sustanciales en sistemas de BRM por las razones siguientes:

(i) Debido a la baja carga de masa orgánica de los procesos de BRM, la cantidad de materia orgánica biodegradable disponible para desnitrificación en la zona anóxica es muy baja, siendo, por consiguiente, la tasa anóxica de desnitrificación próxima a la tasa de desnitrificación endógena (tasa de desnitrificación mínima observada cuando no hay materia orgánica disponible), y

(ii) Las necesidades de aireación de los sistemas de BRM están relacionadas principalmente con la aireación del filtro de membrana, con objeto de limitar la colmatación de la membrana, y no con la necesidad de oxígeno del licor mixto, no esperándose, por lo tanto, que la reducción en la demanda de oxígeno debida al modo de pre-desnitrificación reduzca mucho la necesidad de aireación de los sistemas en su totalidad.

La configuración de pre-desnitrificación parece no adaptarse bien a la tecnología de BRM. En contraste, las configuraciones de los procesos de post-desnitrificación pueden ser favorables para los sistemas de BRM en algunos casos y mejorar su eficiencia.

Es de destacar que la post-desnitrificación se describe en la literatura para sistemas convencionales de lodos activados, pero siempre en los casos en que se recurre a la adición de fuentes de carbono (Wilson T. E. and Newton D., “Brewery Wastes as a Carbon Source for Denitrification at Tampa, Florida, May 1973”, presentado en la 28th Annual Purdue Industrial Industrial Waste Conference ; Mitsdörfer R. and Gerhart U., “Nachgeschaltete Methanol-Denitrifikation im Sandfilter”, gwf 133, 1992, Heft 9). Los autores de la invención afirman que a diferencia de los sistemas de lodos convencionales, la adición de fuentes de carbono no es necesaria para conseguir una postdesnitrificación eficiente con biorreactores a membrana.

Descripción de la Invención

Esta descripción se lleva a cabo haciendo referencia a las figuras 1 a 4.

Se usarán las definiciones siguientes.

Tipo de filtro de membrana: La expresión “filtro de membrana” se refiere a cualquier tipo de dispositivo de membrana de microfiltración o de ultrafiltración, con tamaño de poro desde 10 nm a 10 μm.

Fuente de agua: La expresión “agua a ser tratada” se refiere a cualquier tipo de fuente de agua residual para cualquier pre-tratamiento (agua residual municipal o industrial, filtrada o pre-sedimentada, etc).

Diseño de zonas biológicas: Las expresiones “zona anaeróbica”, “zona anóxica” y “zona aeróbica” se refieren a cualquier tipo de reactor biológico (flujo pistón, mezcla completa, o no definido) mantenido respectivamente bajo condiciones anaerobias, anóxicas o aerobias. El término “zona” se refiere a uno o a una sucesión de varios reactores biológicos que contienen un licor biológico mixto. La invención es válida también para geometrías alternativas de reactores, tales como reactores en carrusel o de chicanas, que garantizan condiciones aerobias y anóxicas sucesivas del licor mixto.

Condiciones aerobias: La terminología “licor mixto aeróbico” se refiere a cualquier licor mixto en el que el nivel de oxígeno disuelto se mantiene por encima de 0,1 mg/L.

Condiciones anóxicas: La terminología “licor mixto anóxico” se refiere a cualquier licor mixto en el que el nivel de oxígeno disuelto se mantiene por debajo de 0,1 mg/L y con presencia de nitrato.

Condiciones anaerobias: La terminología “licor mixto anaeróbico” se refiere a cualquier licor mixto en el que el nivel de oxígeno disuelto se mantiene por debajo de 0,1 mg/L y el nivel de nitrato se mantiene por debajo de 0,1 mg/L. Fuente de carbono: La expresión “fuente de carbono” se refiere a cualquier material que contiene un sustrato a base de carbono que está disponible para los microorganismos. Esto incluye, si bien no se limita a, agua bruta y derivados, compuestos químicos, tales como metanol, acetato, glucosa, etc., o cualquier producto industrial sólido o líquido (melazas, etc.).

La invención se refiere a una configuración de proceso para el tratamiento biológico de aguas residuales. Dicha configuración incluye un sistema de reactor biológico con una zona de post-desnitrificación y un filtro de membrana. El proceso incluye un mínimo de dos zonas distintas, una zona aeróbica (1) y una zona anóxica (2), que contienen un licor mixto líquido aeróbico y anóxico, y un filtro de membrana (3). El filtro de membrana se puede montar en una zona externa (Figura 1), sumergido en la zona anóxica (Figura 2) o sumergido en una zona aeróbica adicional (4) (Figura 3). El agua a ser tratada (5) fluye primero en la zona aeróbica (1). El licor mixto aeróbico (6) fluye a la zona 25 anóxica (2). La post-desnitrificación de nitrato NO3- tiene lugar en esta zona anóxica. El licor mixto anóxico fluye (2) hacia el lado de alimentación del filtro de membrana (3), y opcionalmente vuelve (8) a la zona aeróbica (1). El filtro de membrana trata el licor mixto para producir un efluente tratado (9) bajo en nitrógeno, DBO, DQO y organismos como la parte del permeado del filtro de membrana y un líquido rico en los sólidos y organismos rechazados por dicho filtro. Una parte o todo el material rechazado por la membrana se remueve del proceso, bien directamente (10)

o bien retornando el material rechazado por el filtro de membrana a una de las zonas (11, 12) y desechando el licor mixto de la zona aeróbica o anóxica (13, 14). En una primera variación (Figura 4), se añade una zona anaeróbica (15), que contiene un licor mixto anaerobio, delante de la zona aeróbica (1), con objeto de conseguir una remoción biológica de fósforo mejorada. En esta variación, el licor mixto fluye desde la zona anóxica a la zona anaeróbica (16). Puede añadirse también, opcionalmente, una zona de pre-fermentación (17), que contiene el agua a ser tratada, con objeto de mejorar las características del agua a ser tratada y promover mejoras en la remoción biológica de fósforo. Pueden añadirse también otros compuestos químicos o productos en lugares específicos del proceso según las necesidades (tales como la adición de coagulantes para... [Seguir leyendo]

1. Un método para tratar agua para remover nitrógeno al nivel bajo requerido en el tratamiento, mediante el uso de mecanismos de post-desnitrificación sin adición de fuentes de carbono, y caracterizado porque comprende las etapas de

(a) proporcionar una zona aeróbica (1) en la que se tiene un licor mixto aeróbico que tiene organismos que degradan la materia carbonácea y nitrifican el licor mixto aeróbico;

(b) proporcionar una zona anóxica (2) en la que se tiene un licor mixto anóxico que tiene organismos que desnitrifican el licor mixto anóxico sin ninguna necesidad de fuentes de carbono adicionales;

(c) hacer fluir el agua a ser tratada en dicha zona aeróbica (1);

(d) hacer fluir el licor mixto aeróbico en dicha zona anóxica (2);

(e) poner en contacto el licor mixto anóxico con el lado de alimentación de un filtro de membrana (3);

(f) producir un efluente tratado, pobre en nitrógeno, DBO, DQO, sólidos en suspensión y organismos, en la fracción del permeado del filtro de membrana (3); y

(g) remover una parte o todo el material rechazado por el filtro de membrana (3) en el proceso, siendo dichas etapas sustancialmente efectuadas continua y simultáneamente. 2. Un método para tratar agua para remover nitrógeno al nivel bajo requerido en el tratamiento, mediante el uso de

mecanismos de post-desnitrificación sin adición de fuentes de carbono y que comprende las etapas de

(a) proporcionar una zona aeróbica (1) en la que se tiene un licor mixto aeróbico que tiene organismos que degradan la materia carbonácea y nitrifican el licor mixto aeróbico;

(b) proporcionar una zona anóxica (2) en la que se tiene un licor mixto anóxico que tiene organismos que desnitrifican el licor mixto anóxico sin ninguna necesidad de fuentes de carbono adicionales;

(c) hacer fluir el agua a ser tratada en dicha zona aeróbica (1);

(d) hacer fluir el licor mixto aeróbico en dicha zona anóxica (2);

(e) hacer fluir el licor mixto anóxico en una zona aireada (4) que contiene un filtro de membrana;

(f) producir un efluente tratado, pobre en nitrógeno, DBO, DQO, sólidos en suspensión y organismos, en la fracción del permeado del filtro de membrana (3); y

(g) remover una parte o todo el material rechazado por el filtro de membrana (3) en el proceso,

en el que las etapas anteriores se efectúan sustancialmente de manera continua y sustancialmente de manera simultánea. 3. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que dicho licor mixto anóxico fluye a la zona

aeróbica. 4. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el material rechazado por el filtro de membrana

(3) se mezcla también con dicho licor mixto aeróbico. 5. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el material rechazado por el filtro de membrana

(3) se mezcla también con dicho licor mixto anóxico.

6. El método de cualquiera de las reivindicaciones 4 ó 5, en el que la etapa de remover el material rechazado por el filtro de membrana (3) en el proceso se lleva a cabo por remoción de dicho licor mixto aeróbico que contiene el material rechazado por el filtro de membrana (3).

7. El método de cualquiera de las reivindicaciones 4 ó 5, en el que la etapa de remover el material rechazado por el filtro de membrana (3) en el proceso se lleva a cabo por remoción de dicho licor mixto anóxico que contiene el material rechazado por el filtro de membrana (3).

8. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, inclusive comprendiendo adicionalmente las etapas de

- proporcionar una zona anaeróbica (15) que tiene un licor mixto anaeróbico;

- hacer fluir el agua a ser tratada en dicha zona anaeróbica (15);

- hacer fluir el licor mixto anaeróbico en dicha zona aeróbica (1); y

- hacer fluir el licor mixto aeróbico en dicha zona anóxica (2). 9. El método de la reivindicación 8, que adicionalmente comprende las etapas de

- proporcionar una zona de pre-fermentación (17) que contiene agua fermentada; 5 - hacer fluir el agua a ser tratada en la zona de pre-fermentación (17); y

- hacer fluir el agua fermentada en la zona anaeróbica (15).

10. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que adicionalmente comprende la etapa de añadir otros compuestos químicos o productos diferentes de una fuente de carbono en lugares específicos del proceso.

11. El método de la reivindicación 10, en el que dichos compuestos químicos o productos se seleccionan de 10 coagulantes, ácidos, bases o polímeros.