Proceso para el tratamiento de aguas residuales que requieren alta reducción de contaminación orgánica y de los nutrientes N y P por vía biológica sin utilización de reactivos,

que comprende una primera zona anóxica, seguida de una etapa anaerobia, a continuación de la cual existe otra etapa anóxica y una zona de tratamiento óxico, finalmente existe una tercera etapa anóxica en la que se trata el licor de mezcla obtenido de la zona óxica anterior con fango recirculado y una segunda etapa óxica cuya salida se efectúa hacia un decantador en el que se separa el agua clarificada de los lodos; estando físicamente constituido el equipo de tratamiento por varios depósitos cuyas salidas y entradas se interconectan entre sí, formando una línea de depuración en la que se desarrollan las etapas citadas en el orden indicado.

Procedimiento y equipo para tratamiento de aguas residuales.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a sistemas biológicos de tratamientos secundarios y terciarios de las aguas residuales con fangos activos. Se aplica a instalaciones nuevas de aguas residuales urbanas e industriales así como remodelaciones de las existentes para mejoras de las mismas y ampliación en la reducción de nutrientes (fósforo y nitrógeno) , además de la materia orgánica.

Se ocupa del control de las condiciones de funcionamiento para reforzar la producción selectiva y mantener en el sistema una biomasa altamente activa, libre de crecimientos filamentosos, donde el fango que se consigue presenta unas características favorables de sedimentación.

Antecedentes de la invención

Habitualmente las depuradoras de aguas residuales clásicas y los tratamientos terciarios de reutilización tradicionales (filtración sobre arena) se diseñaban para reducir materia orgánica así como un porcentaje importante de los sólidos en suspensión que llevase el agua.

Desde hace años, el fósforo y el nitrógeno son los principales agentes responsables de provocar la aparición del fenómeno de eutrofización en las masas de agua existentes en la naturaleza. La eutrofización provoca el empeoramiento de la calidad de las aguas en las fuentes de abastecimiento de agua potable, en áreas de usos recreativos, en estuarios y aguas costeras. Como consecuencia, en diversas regiones del mundo se está imponiendo la necesidad de eliminar o reducir el fósforo y el nitrógeno de las aguas residuales a tratar.

Se ha hablado y discutido sobre los diferentes enfoques que nos deben permitir alcanzar los objetivos de calidad en las zonas cuyas aguas son receptoras de vertidos de aguas residuales tratadas. La propia Unión Europea ha venido promulgando Directivas orientadas a conseguir estos objetivos de calidad de las aguas (consumo humano, baño, vida piscícola, etc.) y Normativas con carácter mixto que limitan ciertos elementos contaminantes de carácter tóxico, persistente y acumulativo.

La Directiva de la C.E.E., en su ANEXO II da criterios de determinación de zonas sensibles, entendiendo como tales los lagos, masas de agua dulce, y estuarios y aguas costeras que sean eutróficos o que puedan llegar a serlo en un futuro próximo. Hay depuradoras en las que el vertido de sus aguas tratadas lo hacen en masas de agua dulce destinadas a la obtención de agua potable, provocando una concentración de nitratos superior a la admisible. En estos casos se exige una reducción adicional de nitrógeno y/o fósforo en el efluente de las depuradoras.

En Europa, la Directiva 91/271/CEE del Consejo de CE establece unos requisitos mínimos para el vertido de las aguas residuales y unos plazos para su cumplimiento.

Los requisitos exigidos en la reducción de materia orgánica y sólidos en suspensión son:

Requisitos para vertidos procedentes de instalaciones de tratamiento de aguas residuales urbanas realizados en zonas sensibles propensas a eutrofización. Según la situación local, se fijarán uno o los dos parámetros. Se aplicará el valor de concentración o el porcentaje de reducción.

Por otra parte, para evitar la toxicidad del nitrógeno sobre los peces, la Directiva de la CEE 78/659/CEE de 18/7/78, fija la concentración máxima de nitrito en las masas de agua en 0, 03 mg/l y de amonio total en masas de agua con peligro de eutrofización en 1 mg/l.

En California (EEUU) , las aguas residuales urbanas reutilizadas para riego agrícola procedentes de los tratamientos terciarios de las depuradoras, limitan sus concentraciones máximas de nutrientes en los siguientes valores:

Grado de restricción en el uso

Ninguno Débil a moderadoElevado

Nitrógeno, mg/l < 5 5 a 30 > 30

También son válidas para el riego de parques y jardines.

Para la reutilización del agua residual en circuitos de refrigeración para la industria, la calidad requerida es de fosfatos 1 mg/l, el ion amonio es de 4 mg/l por circuito semicerrado.

La reutilización de las aguas residuales también se utiliza para la restitución del nivel de los acuíferos sobreexplotados, creando una barrera contra la intrusión marina en acuíferos costeros o disponiendo de un almacenamiento de agua para usos posteriores.

Los modelos de recarga suelen ser dos: extensión superficial (infiltración sobre el terreno en lagunas o balsas) , e inyección directa (a través de pozos de recarga para acuíferos profundos) .

Las calidades requeridas son: amonio de 5 mg/l en extensión superficial y 0, 4 mg/l en caso de inyección directa; para los nitritos, los requisitos son de 0 y 0, 03 mg/l en extensión superficial e inyección directa. Como se puede apreciar, los valores de reducción de nitrógeno son muy altos.

Los sistemas de lodo activado para el tratamiento de las aguas residuales urbanas e industriales, son conocidos en el sector. Se han utilizado durante muchos años para la eliminación de la Demanda de Biológica de Oxígeno (D.B.O.5) . Estos procesos biológicos convencionales descritos ampliamente en numerosas bibliografías, están dotados de gran flexibilidad y eficacia y han estado sujetos a numerosas modificaciones pero, a pesar de ello, sigue existiendo un problema importante. Se trata de la proliferación en frecuentes ocasiones de especies filamentosas. Estas especies son muy numerosas (Nocardia, esferotilus, thiotrix, etc.) . No sedimentan adecuadamente en el decantador, empeorando la calidad del efluente.

Por otra parte es importante acometer la reducción de nutrientes por vía biológica. Además de los métodos tradicionales de precipitación química de los fosfatos para su eliminación de las aguas residuales, han surgido una serie de técnicas en años más recientes, que tienden a la modificación de los procesos convencionales de fangos activados para efectuar o mejorar la reducción de nutrientes tales como el nitrógeno y/o fósforo por vía biológica. Entre los diferentes métodos revelados para conseguir esta finalidad están los descritos en los libros técnicos y en otras patentes denominadas A2/O y Bamard Barden pho.

Típicamente, el contenido de las diversas zonas de un proceso de tratamiento de aguas residuales de fangos activos consta de una mezcla líquida de biomasa (sólidos) y un material orgánico conteniendo demanda biológica de oxígeno (DBO) y que se denomina "licor mezcla". El licor mezcla de un proceso biológico, contiene una porción de los fangos activos obtenidos del decantador final y agua residual a tratar en el reactor biológico, que es rica en materia orgánica, DBO5, sólidos en suspensión y nutrientes. Esta cantidad de fango procedente del decantador final se denomina "fango activo recirculado".

En el proceso mencionado en la patente de Bamard se utilizan dos depósitos de desnitrificación, a los que se añaden cantidades sustanciales de nitritos y nitratos (NOx) al objeto de llevar a cabo la desnitrificación; se efectúa en dichos depósitos mediante la utilización de oxígeno procedente de NOx para satisfacer una porción de la DBO del licor mezclado y producir compuestos de nitrógeno gaseoso (N2) que sale del sistema en forma de gas.

Para conseguir la desnitrificación, es importante no suministrar una cantidad sustancial de oxígeno libre a los depósitos de desnitrificación, de lo contrario la DBO5 se oxidará preferentemente con el oxígeno libre y se excluirá la utilización del oxígeno procedente del NOx, impidiendo así que prosiga el proceso. Los depósitos o balsas de este tipo utilizados para la desnitrificación, se denominarán "anóxicos". Este término también se utilizará para indicar las condiciones necesarias para la desnitrificación, es decir, la ausencia de...

1. Procedimiento para tratamiento de aguas residuales que comprende las siguientes fases o etapas ordenadas desde la entrada de aguas residuales hasta la salida de agua depurada:

a) una primera fase anóxica en la que se trata una parte del flujo de agua residual de entrada (1) junto con fango recirculado con alto contenido en nitratos y/o nitritos que metabolizan la materia orgánica, reduciéndose a gas N2;

b) una fase anaerobia en la que el licor de mezcla obtenido en la etapa anterior pasa a un estanque de tratamiento anaerobio donde se mezcla con el resto de agua residual (2) ;

c) una segunda etapa anóxica en la que se incorpora una parte del licor procedente de la zona óxica existente a continuación, a través de la bomba (101) de recirculación interna;

d) una primera fase óxica en la que al licor mezcla se administra aire u oxígeno desde el fondo, hasta que el contenido de oxígeno disuelto esté comprendido entre 1 y 3 partes por millón, preferentemente 2 p.p.m., que permitan asegurar que tengan lugar el metabolismo de DBO5, la oxidación del amoníaco y la absorción de fosfatos;

e) una tercera etapa anóxica en la que se trata el licor de mezcla obtenido de la zona óxica anterior, junto con fango recirculado del decantador (9) situado al final de la instalación;

f) una segunda etapa óxica en la que al licor de mezcla proveniente de la zona anóxica anterior se le administra aire u oxígeno desde el fondo; y finalmente,

g) una fase de decantación que se realiza en un decantador (9) previsto para la separación de los lodos del líquido clarificado.

2. Equipo para tratamiento de aguas residuales que requieran el mantenimiento de condiciones anaerobias o anóxicas formado por una serie de depósitos alargados en el sentido principal del flujo del líquido a depurar, todos ellos con fondo horizontal, dos paredes verticales, colocadas en la dirección principal del flujo y dos paredes de extremo, un medio de entrada situado cerca de una de las paredes extremo para la entrada de aguas residuales/licor mezcla a ser tratado en cada depósito y un medio de salida, situado cerca de su respectiva pared de extremo, para sacar el líquido tratado de cada depósito, siendo capaces tanto el medio de entrada como el de salida, de cada depósito, de mantener un nivel y los tiempos respectivos de retención deseados del líquido en cada uno de los depósitos, e incluyendo además agitadores sumergidos en los respectivos depósitos para mantener el líquido en constante movimiento, caracterizado porque comprende:

a) un primer depósito (A) en el que se desarrolla una fase anóxica tratándose una parte del flujo de agua residual de entrada (1) junto con fango recirculado desde el decantador final (9) ;

b) un depósito (B) en el que se desarrolla una fase anaerobia, que incluye dos entradas: una (32) procedente del depósito anterior (A) a través de la que se llena con el licor de mezcla obtenido aquel, y una segunda entrada (2) por la que el resto de agua residual se incorpora al equipo;

c) un depósito (C) en el que se desarrolla la fase anóxica, que además de la entrada (42) y salida (51) , presenta una entrada (111) de licor mezcla recirculado procedente del depósito (D) en el que se desarrolla la fase óxica;

d) un depósito (D) provisto de medios de aireación para facilitar la fase óxica del proceso, el cual está dividido en varias zonas de tratamiento separadas por medio de tabiques, que presenta un medio de entrada (52) de licor mezcla a ser tratado y un medio de salida (61) situado en la otra pared extrema, además de una toma (112) ubicada en el tramo final de la zona óxica desde donde un grupo de bombeo (101) recircula y transporta licor mezcla con concentración de NOx al depósito (C) ;

e) un depósito (E) que funciona en condiciones anóxicas, el cual presenta una entrada (62) de licor mezcla y una segunda entrada de recirculación externa (102) , así como la correspondiente salida (71) e interiormente una serie de agitadores sumergidos;

f) un depósito (F) que funciona en condiciones óxicas que recibe por un conducto (72) el agua tratada en el depósito anterior (E) y presenta un aporte externo de aireación mediante soplantes y difusores, aireadores mecánicos u oxígeno líquido; finalmente

g) un depósito (G) que recibe el agua tratada proveniente del depósito anterior (F) y constituye un decantador para la separación de los lodos del líquido clarificado.