Aparato para disminuir la concentración de amonio en agua residual,

y para retirar el amonio como gas nitrógeno, en el que:

el aparato incluye una estación de extracción de amonio, que:

- incluye un puerto de entrada de agua residual, para recibir una corriente de agua residual que se va a tratar;

- se puede hacer funcionar para extraer amonio de la solución de la corriente de agua residual;

- incluye un puerto de descarga de agua tratada, para descargar la corriente de agua residual, ahora con su contenido en amonio disuelto reducido, del aparato;

el aparato incluye un cuerpo de agua secundaria;

el aparato incluye un circuito de agua secundaria, que comprende componentes contaminantes de agua, que contienen el cuerpo de agua secundaria;

el aparato está configurado de manera que la corriente de agua residual que se va a tratar pase a través del aparato, y se descargue, sin tocar el cuerpo de agua secundaria;

el aparato incluye una estación de transferencia de amonio, que es uno de los componentes contaminantes de 15 agua del circuito de agua secundaria, y que se puede hacer funcionar para recibir el amonio extraído de la estación de extracción de amonio y para transferir el mismo al cuerpo del agua secundaria;

el aparato incluye una estación de electrólisis;

la estación de electrólisis incluye una celda electrolítica, que se puede hacer funcionar tras suministrarle energía eléctrica:

- para electrolizar el agua secundaria, y para oxidar el amonio disuelto en él;

- para favorecer termodinámicamente la transformación del componente de nitrógeno del mismo en gas nitrógeno;

el aparato incluye un puerto de descarga de nitrógeno, para descargar el gas nitrógeno resultante de la estación de electrólisis;

el aparato incluye un depósito, que es uno de los componentes contaminantes de agua del circuito de agua secundaria;

la estación de transferencia de amonio tiene una entrada de estación de amonio y una salida de estación de amonio, a través de las que el agua secundaria entra y sale respectivamente de la estación de transferencia de amonio;

la estación de electrólisis tiene una entrada de estación de electrólisis y una salida de estación de electrólisis, a través de las que el agua secundaria entra y sale de la estación de electrólisis;

la estación de transferencia de amonio se configura de tal manera que el agua secundaria en la salida de la estación de amonio sea de una concentración de amonio disuelto mayor que el agua secundaria en la entrada de la estación de amonio;

la estación de electrólisis se configura de tal manera que el agua secundaria en la salida de la estación de electrólisis sea de una concentración de amonio disuelto menor que el agua secundaria en la entrada de la estación de electrólisis;

el circuito de agua secundaria incluye conductos respectivos que transportan agua secundaria:

- desde la salida de la estación de amonio al depósito;

- desde el depósito a la entrada de la estación de amonio;

- desde la salida de la estación de electrólisis al depósito; y

- desde el depósito a la entrada de la estación de electrólisis

.

Tratamiento electroquímico de amoniaco en agua residual Esta invención se refiere a la descomposición de amoníaco y amonio disueltos, en agua residual, y al objetivo esencial de descarga del nitrógeno resultante en forma de gas nitrógeno. Se sabe que el tratamiento de amonio-agua por 5 electrólisis puede liberar el nitrógeno en forma de gas nitrógeno, y la presente invención tiene por objeto mejorar la rentabilidad de esta tecnología de electrólisis.

Antecedentes de la invención

Los procedimientos no electrolíticos tradicionales de descomposición y retirada de amoniaco y amonio del agua han implicado básicamente el diseño de un sistema que expone el agua a oxígeno. Se promueven las reacciones de oxidación, lo que ha presentado normalmente un componente microbiológico aerobio alto. Sin embargo, estas reacciones de oxidación dejan predominantemente el nitrógeno en forma de nitrato (disuelto) y de diversos óxidos (gaseosos) de nitrógeno. Estos compuestos de nitrógeno por sí mismos pueden ser peligrosos para la salud, y no se deben descargar simplemente en el entorno, al menos no en las grandes cantidades que surgen del tratamiento de agua residual.

La publicación de patente US-6.083.377 (Lin+Shelp, julio de 2000) describe el uso de electrólisis, para efectuar la descomposición directa de amonio en gas nitrógeno. Aunque pueda ser eficaz, bajo muchas condiciones, la tecnología de electrólisis dada a conocer funciona mejor cuando la concentración de amonio es alta. Cuando la concentración es baja, la cantidad de energía eléctrica necesaria para accionar corriente a través de celdas electrolíticas puede afectar a la economía del procedimiento. Si el uso de energía se mantiene económico, el contenido de amonio del agua descargada, si bien se reduce, aún podría ser demasiado alto.

El documento US-A-3929600 da a conocer un procedimiento para retirar el nitrógeno de amoníaco del agua residual. El agua pasa a través de una columna de intercambio iónico, donde se adsorbe de amonio. Después de la regeneración de la columna con agua que contiene cloruro sódico, el agua que contiene amonio se conduce a una celda de electrólisis en la que el amonio se oxida a nitrógeno, que se descarga por medio de una columna de carbón activo.

Es un objetivo de la presente invención proporcionar (a) que se convierta el amonio en el agua residual, por electrólisis, directamente a gas nitrógeno; (b) que el nivel de concentración de amoniaco y amonio en el agua descargada sea aceptablemente bajo; y además (c) que sólo se requiera una cantidad económica de energía eléctrica.

La descomposición de amonio por electrólisis, cuando se diseña y se funciona de forma apropiada, evita la formación de los productos no deseados y de oxidación tóxicos. Además, se reconoce que el tratamiento electrolítico es mucho menos dependiente de la temperatura ambiente que la oxidación microbiológica aerobia. Es decir, la electrólisis es un procedimiento preferido, en especial en climas fríos, para lograr la disminución necesaria de amonio, si se puede realizar de forma más económica.

La invención en relación con la técnica anterior

En la invención, se proporciona un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, que incluye una estación de extracción y transferencia de amonio, en la que se extrae el amonio de solución de la corriente de agua residual. El amonio extraído se transfiere de nuevo a la solución, pero ahora en un cuerpo de agua secundaria. El agua secundaria no se mezcla con el agua residual.

El cuerpo de agua secundaria se proporciona como un vehículo que recibe el amonio extraído del agua residual.

Ahora, el diseñador pueden diseñar el sistema para garantizar que el agua residual descargada del aparato tenga un contenido en amonio suficientemente bajo como para que el agua residual tratada se pueda descargar en el entorno, asegurando al mismo tiempo que la concentración de amonio en el agua secundaria es considerablemente mayor de lo que era la concentración en el agua residual entrante.

Se reconoce que el diseñador puede centrarse en el diseño de un tratamiento de amonio cuando el amonio está en el 45 agua secundaria, mientras que, cuando el amoniaco está en el agua residual, también es muy posible que al tener que ocuparse del flujo de agua residual se podría comprometer el diseño del tratamiento de amonio. El amonio en el agua secundaria, que está más concentrado que el amonio en el agua residual entrante, es más fácil de tratar, ya que cuanto mayor sea la concentración, mayor será la velocidad a la que pueden tener lugar las reacciones de descomposición. Esto sería cierto incluso si el amonio se fuera a retirar por los procedimientos de oxidación 50 microbiana aerobia tradicionales. Sin embargo, se reconoce que cuanto mayor sea la concentración de amonio en el cuerpo de agua secundaria, será mucho más económico extraer el amonio del agua secundaria por electrólisis, de lo que era extraer el amonio del agua residual en sí, directamente, por electrólisis.

El agua secundaria se hace circular a través de una celda electrolítica, de modo que se descompone el amoniaco en el agua secundaria. Preferentemente, la celda se hace funcionar de tal manera que el potencial redox del agua 55 secundaria (comprendiendo el electrolito el agua secundaria) y el pH del agua secundaria, son de tal forma que el amonio se descompone de tal manera que el componente de nitrógeno del amonio toma la forma de gas nitrógeno. El citado documento US-6.083.377, al que se dirige la atención en el presente documento, muestra cómo hacer funcionar una celda electrolítica de forma tal que se puedan dar las condiciones deseadas de Eh y pH, lo que dará lugar a la formación de gas nitrógeno.

Se reconoce que la cantidad de energía eléctrica necesaria para descomponer el amonio disuelto en gas nitrógeno está bien dentro de los límites de lo que es económicamente práctico, bajo un amplio intervalo de condiciones, cuando se realiza la electrólisis en el agua secundaria. En contraste, cuando se realiza la electrólisis directamente sobre el agua residual, sólo se puede llevar a cabo el sistema bajo un intervalo estrecho de condiciones. Se reconoce en la invención que la conversión de amonio disuelto directamente en gas nitrógeno se puede diseñar sustancialmente de forma más económica cuando se ha transferido el amonio del agua residual y se ha introducido en el agua secundaria, que cuando se disolvió el amonio en el agua residual en sí.

La invención tiene como objetivo proporcionar un sistema en el que se descarga el agua residual tratada sólo con un contenido en amonio insignificantemente bajo, lo que aún se puede llevar a cabo de forma económica bajo un amplio intervalo de condiciones.

En los sistemas que se describen en el presente documento, el amonio se retira de la corriente de agua residual y se transfiere al cuerpo del agua secundaria. Esto se puede llevar a cabo de varias maneras, de las que se describen dos en detalle. La etapa de electrólisis, que se lleva a cabo sobre el agua secundaria, y que convierte el amonio disuelto en gas nitrógeno, se puede llevar a cabo de forma económica en los dos casos.

Las dos formas en las que se puede extraer el amonio a partir de la corriente de agua residual y situar en solución en el agua secundaria se denominan en esta memoria descriptiva como el sistema de intercambio iónico y el sistema de alcalino-ácido.

Se prefiere el sistema de intercambio iónico cuando se trata con grandes cantidades de agua residual en la que la concentración de amonio es de media a baja. El sistema alcalino-ácido es más adecuado cuando la concentración de amonio en el agua residual es mayor. En muchas instalaciones, ocurre que, cuando está presente una corriente de volumen alto y concentración baja, también está presente una concentración de volumen bajo y concentración alta, y ambas deben ser tratadas. En esos casos, es económico tratar la corriente de concentración alta con el sistema alcalino-ácido; y después, se añadiría el efluente descargado de ese sistema a la corriente de volumen grande y concentración baja que entra en el sistema de intercambio iónico.

Se pueden utilizar otros sistemas para extraer de amonio a partir de una corriente de agua residual y transferir el amonio extraído al cuerpo del agua secundaria, además de los dos sistemas que se describen en el presente documento, como se requiera bajo diferentes circunstancias. En cada caso, la preferencia se basa en... [Seguir leyendo]

1. Aparato para disminuir la concentración de amonio en agua residual, y para retirar el amonio como gas nitrógeno, en el que: el aparato incluye una estación de extracción de amonio, que.

5. incluye un puerto de entrada de agua residual, para recibir una corriente de agua residual que se va a tratar; -se puede hacer funcionar para extraer amonio de la solución de la corriente de agua residual; -incluye un puerto de descarga de agua tratada, para descargar la corriente de agua residual, ahora con su contenido en amonio disuelto reducido, del aparato; el aparato incluye un cuerpo de agua secundaria; 10 el aparato incluye un circuito de agua secundaria, que comprende componentes contaminantes de agua, que contienen el cuerpo de agua secundaria; el aparato está configurado de manera que la corriente de agua residual que se va a tratar pase a través del aparato, y se descargue, sin tocar el cuerpo de agua secundaria;

el aparato incluye una estación de transferencia de amonio, que es uno de los componentes contaminantes de 15 agua del circuito de agua secundaria, y que se puede hacer funcionar para recibir el amonio extraído de la estación de extracción de amonio y para transferir el mismo al cuerpo del agua secundaria;

el aparato incluye una estación de electrólisis; la estación de electrólisis incluye una celda electrolítica, que se puede hacer funcionar tras suministrarle energía eléctrica:

- para electrolizar el agua secundaria, y para oxidar el amonio disuelto en él; -para favorecer termodinámicamente la transformación del componente de nitrógeno del mismo en gas nitrógeno; el aparato incluye un puerto de descarga de nitrógeno, para descargar el gas nitrógeno resultante de la estación de electrólisis;

el aparato incluye un depósito, que es uno de los componentes contaminantes de agua del circuito de agua secundaria; la estación de transferencia de amonio tiene una entrada de estación de amonio y una salida de estación de amonio, a través de las que el agua secundaria entra y sale respectivamente de la estación de transferencia de amonio; 30 la estación de electrólisis tiene una entrada de estación de electrólisis y una salida de estación de electrólisis, a través de las que el agua secundaria entra y sale de la estación de electrólisis; la estación de transferencia de amonio se configura de tal manera que el agua secundaria en la salida de la estación de amonio sea de una concentración de amonio disuelto mayor que el agua secundaria en la entrada de la estación de amonio;

la estación de electrólisis se configura de tal manera que el agua secundaria en la salida de la estación de electrólisis sea de una concentración de amonio disuelto menor que el agua secundaria en la entrada de la estación de electrólisis;

el circuito de agua secundaria incluye conductos respectivos que transportan agua secundaria: -desde la salida de la estación de amonio al depósito;

-desde el depósito a la entrada de la estación de amonio; -desde la salida de la estación de electrólisis al depósito; y -desde el depósito a la entrada de la estación de electrólisis.

2. Aparato de la reivindicación 1, en el que el aparato incluye un medio para agitar el agua secundaria que se encuentra en el depósito.

45 3. Aparato de la reivindicación 1, en el que dichos conductos respectivos que transportan el agua secundaria:

- desde la salida de la estación de amonio al depósito; -desde el depósito a la entrada de la estación de amonio; -desde la salida de la estación de electrólisis al depósito; y -desde el depósito a la entrada de la estación de electrólisis;

son eficaces para transportar de este modo el agua secundaria.

4. Aparato de la reivindicación 1, en el que la corriente de agua residual que se va a tratar pasa a través del aparato, y se descarga, sin someterse a electrólisis.

5. Aparato de la reivindicación 1, en el que la estación de extracción de amonio y la estación de transferencia de amonio comprenden una estación de intercambio iónico, y en el que:

la estación de intercambio iónico incluye un recipiente absorbente, en el que está contenido un cuerpo absorbente, que es eficaz para absorber el amonio del agua que pasa a través de él;

el agua secundaria comprende agua de regeneración, siendo agua que contiene, en solución, una sustancia de regeneración, que es de tal naturaleza y, de tal concentración, como para tener una relación de intercambio iónico con respecto a los iones de amonio absorbidos sobre el cuerpo absorbente, y en el que el agua secundaria preferentemente es salmuera;

la estación de intercambio iónico incluye conductos de conexión y válvulas de control de flujo de funcionamiento en la misma;

las válvulas se pueden hacer funcionar para fijar la estación de intercambio iónico en modo de absorción y se pueden hacer funcionar para fijar la estación de intercambio iónico en modo de regeneración;

en el modo de absorción, las válvulas y conductos se disponen de modo que el agua residual pase desde el puerto de entrada de agua residual, a través del recipiente absorbente, y fuera del puerto de descarga de agua tratada; y en el modo de regeneración, las válvulas y conductos se incluyen en el circuito de agua secundaria, en el que el agua de regeneración, que ha pasado a través del recipiente absorbente, pasa entonces a través de la celda 25 electrolítica.

6. Aparato de la reivindicación 5, en el que el circuito de agua secundaria se puede hacer funcionar para recircular el agua de regeneración a través del recipiente absorbente y la celda electrolítica.

7. Aparato de la reivindicación 1, en el que la estación de extracción de amonio y la estación de transferencia de amonio comprenden una estación de alcalino-ácido, y en el que:

el cuerpo del agua secundaria comprende un cuerpo de ácido-agua, y en el que el agua secundaria preferentemente es, o incluye, ácido clorhídrico;

la estación de alcalino-ácido incluye:

- un medio para elevar el pH de agua residual cargada de amonio que entra en el puerto de entrada de agua residual hasta al menos diez;

- una estación de alcalino, que comprende un conducto de agua residual que contiene el agua residual alcalina y un conducto de gas, y la estación de alcalino se estructura de modo que el gas de amoníaco que emana del agua residual alcalina en el conducto de agua residual se captura y se lleva en el conducto de gas;

- un medio para mantener el pH del ácido-agua en no más de cuatro;

- una estación de ácido, que incluye el conducto de gas y un conducto de ácido-agua que contiene el 40 ácido-agua, y la estación de ácido está estructurada de modo que el gas de amoníaco contenido en el conducto de gas se lleva a solución en el ácido-agua en el conducto de ácido-agua;

y el circuito de agua secundaria incluye el conducto de ácido-agua, en el que el ácido-agua, que ha pasado a través de la estación de ácido, pasa entonces a través de la celda electrolítica.

8. Aparato de la reivindicación 7, en el que el circuito de agua secundaria se puede hacer funcionar para recircular el 45 ácido-agua a través de la estación de ácido y la celda electrolítica.