Procedimiento de nitrificación y aparato para el mismo.

Un procedimiento microbiológico para la nitrificación de un fluido,

comprendiendo dicho procedimiento hacerpasar el fluido a nitrificar a través de un lecho de biomasa que comprende bacterias nitrificantes, bacterias que estáninmovilizadas en forma de biopelícula que crece sobre partículas porosas y hacer pasar dicho fluido a través dedicho lecho de dichas partículas, de modo que fluidizan o expanden dicho lecho, caracterizado porque dichaspartículas porosas comprenden partículas de coque que tienen una superficie "vítrea" o ligeramente vitrificada.

Procedimiento de nitrificación y aparato para el mismo La presente invención está relacionada con el campo de la nitrificación de fluidos y, en particular, se refiere al tratamiento de fluidos y líquidos acuosos para oxidar amoníaco y nitritos para producir nitratos.

El amoníaco y los nitritos son tóxicos para las formas de vida superiores. Su concentración en descargas efluentes y en agua para bebida está estrictamente controlada. Se conoce el uso de nitrificar bacterias para oxidar amoníaco y nitrito a nitrato. Este es un procedimiento natural en el suelo y el agua mediante el cual se oxida amoníaco secuencialmente al nitrito y, a continuación, a nitrato. Con frecuencia, durante la etapa biológica de tratamiento convencional de aguas residuales se forma amoníaco en exceso. También es un subproducto de diversas industrias, por ejemplo, la coquización de carbón, el refino del petróleo, determinados procedimientos químicos, la ganadería y la acuicultura.

En el tratamiento de aguas residuales, se usan una serie de procesos físicos, químicos y biológicos para producir un efluente adecuado para descargar en los cauces de agua naturales. Con frecuencia, el tratamiento biológico da como resultado la producción de amoníaco más rápida del que se puede eliminar por nitrificación, debido a que las bacterias nitrificantes litótrofas tienen menores velocidades metabólicas que los generadores de amoníaco heterótrofos. El amoníaco o el contenido de nitritos en las aguas tratadas devueltas a los ríos o pantanos es un riesgo tóxico. Por ello, cuando en los procedimientos de tratamiento de aguas residuales está presente un contenido de amoníaco en exceso se usa un procedimiento de nitrificación dedicado separado.

Esto implica el uso de un filtro percolador en el que crecen bacterias nitrificantes como una capa coherente sobre capas de material de relleno inerte dispuestas en bandejas de percolación muy grandes.

Existen otros procedimientos de nitrificación de la técnica anterior; estos incluyen procedimientos de lodos activados; procedimientos de contactores biológicos giratorios, procedimientos de tratamiento en lecho fijo y procedimientos en lecho fluid izado. Los intentos por mejorar la eficiencia de nitrificación han dado como resultado el desarrollo de nuevos procedimientos en los cuales se inmovilizan bacterias nitrificantes sobre perlas de poliestireno y se dejan flotar estas perlas en el agua residual que se esté tratando. Sin embargo, incluso estos últimos procedimientos son solo capaces de una velocidad de nitrificación de 1 kg N/m3.d-1 (datos del fabricante) , que está muy por debajo de la generación heterotrófica normal de amoníaco citada antes.

El documento US-A-4009099 se refiere a un procedimiento biológico para eliminar nitrógeno de amoníaco de agua residual formando un lecho fluidizado de microorganismos unido a un soporte sólido en forma de partículas sólidas, haciendo pasar de forma continua el agua residual a tratar a través de dicho lecho fluidizado, añadiendo oxígeno a dicho lecho fluidizado, reteniendo el agua residual en el lecho fluidizado durante un período de tiempo suficiente mientras que se controlan otros parámetros necesarios para convertir de forma biológica sustancialmente todo el nitrógeno de amoníaco que se va a eliminar del agua residual en formas oxidadas de nitrógeno, agua y material celular y, a continuación, extrayendo los productos biológicamente convertidos del lecho fluidizado.

Sin embargo, en la operación de este procedimiento, puesto que la reacción de oxidación de amoníaco transcurre en el lecho fluidizado, las bacterias crecen sobre la superficie de las partículas de soporte. Después de un tiempo, si no se controla, las partículas tienden a aglomerarse formando una capa que se espesa formando una masa gelatinosa. Como resultado, el área de la superficie por unidad de volumen del reactor disponible para la reacción biológica se reduce enormemente, y la eficiencia del procedimiento cae de forma eficaz. Por otro lado, las partículas tienden a ser transportadas fuera del lecho fluido y su gravedad específica disminuye. Estas también tienden a quedarse adheridas a burbujas de gas en el interior del reactor, lo cual ayuda a extraer las partículas del reactor.

Con el fin de superar estos problemas, el crecimiento bacteriano en exceso se extrae de las partículas, de forma típica, por medios mecánicos. La desventaja significativa de este procedimiento es, por un lado, alcanzar un fino equilibrio entre la capacidad de extracción de material bacteriano en exceso y, por otro lado, el mantenimiento de una capa suficiente de biopelícula sobre las partículas, con el fin de permitir que el procedimiento continúe.

El documento EP-A-0861808 se refiere a un aparato de tratamiento de agua residual que comprende un depósito de tratamiento de agua residual en el que se cargan partículas de soporte que soportan capas superficiales de microbios para la descomposición y eliminación de materia orgánica y/o materia inorgánica contenida en un agua residual, y un módulo de membrana para la filtración del agua a tratar que sale de dicho depósito de tratamiento, el agua no filtrada que no pasa a través de la membrana que es retenida y la recirculada al depósito de tratamiento. Dicho sistema se basa en un sistema de filtración para la posterior purificación de agua. En este procedimiento, los soportes para inmovilizar microbios forman un lecho circulante o fijo y comprenden una resina de alcohol vinílico y resina acrílica en combinación con compuestos inorgánicos porosos, o carbón activado. Cuando se usa carbón activado, se prefiere un sistema de lecho fijo.

El documento US-A-5747311 se refiere a un procedimiento para la modificación química de un medio de reacción usando microbios, incluyendo el procedimiento proporcionar material de forma de partículas que comprende un soporte sólido y microbios unidos al soporte, en el que el material en forma de partículas tiene una gravedad Un aspecto de la presente invención busca proporcionar un procedimiento de nitrificación alternativo que pueda implementarse comercialmente de forma sencilla, y en el que la velocidad de nitrificación se aproxime casi a la velocidad de generación de amoníaco.

Por tanto, de acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento microbiológico para la nitrificación de un fluido como se reivindica más adelante en la reivindicación 1.

La presente invención proporciona así la inmovilización de una biomasa sobre dichas partículas de coque para proporcionar una biomasa de mayor estabilidad, permitiendo de este modo un aumento significativo en la concentración de biomasa en un reactor de biomasa. A medida que mueren bacterias, la concentración se mantiene mediante el desprendimiento de la película muerta y el recrecimiento de biomasa nueva. Esta elevada estabilidad de la concentración es sorprendente y no habitual para biomasa inmovilizada que es relativamente inestable y propensa al deterioro, en especial cuando se inmoviliza en un gel. Toda la biopelícula retirada de las partículas tiende a ser muy floculante, sedimentar rápidamente y, por tanto, fácil de extraer del fluido tratado, por ejemplo, tal como por medio de una cámara de sedimentación o un hidrociclón. Además, la estabilidad de la película significa que se pueden usar altas tasas de caudal de fluido en reactores sin que las células de bacterias en crecimiento se eliminen por lavado. Por ello, la velocidad de dilución puede, excepcionalmente, superar la velocidad de crecimiento.

La invención proporciona así una biomasa de mayor concentración y actividad, en la que la biomasa está soportada sobre dichas partículas de coque.

Preferiblemente, las partículas de coque deberán tener poros interconectados que permitan la eliminación de aire de las mismas y que admitan agua y permitan la invasión de biomasa. Que se pueda usar coque como inmovilizador para una biomasa es sorprendente a la vista del hecho de que normalmente se considera un material no biocompatible que tiene una gran variedad de constituyentes potencialmente perjudiciales.

En realizaciones preferidas, las partículas porosas tienen cada una un tamaño en el intervalo de 0, 25 a 2, 50 mm y, de forma óptima, en el intervalo de aproximadamente 0, 7 a 1, 0 mm y preferiblemente 1, 0 a 1, 4 mm para células de plantas. Se puede conseguir una clasificación razonable de partículas tamizando y, si fuera necesario, lavando para eliminar el polvo.

Las partículas de coque se derivan de calidades de coque que tiene una superficie "vítrea" o ligeramente vitrificada y se ha encontrado que son particularmente eficaces las calidades tales como "polvo... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento microbiológico para la nitrificación de un fluido, comprendiendo dicho procedimiento hacer pasar el fluido a nitrificar a través de un lecho de biomasa que comprende bacterias nitrificantes, bacterias que están inmovilizadas en forma de biopelícula que crece sobre partículas porosas y hacer pasar dicho fluido a través de dicho lecho de dichas partículas, de modo que fluidizan o expanden dicho lecho, caracterizado porque dichas partículas porosas comprenden partículas de coque que tienen una superficie "vítrea" o ligeramente vitrificada.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que las partículas de coque tienen cada una un tamaño en el intervalo de 0, 25 a 2, 5 mm.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que las partículas de coque tienen cada una un tamaño en el intervalo de 0, 7 a 1, 0 mm.

4. Un procedimiento según la reivindicación 1, la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en el que la película de biomasa tiene un espesor medio menor de 1 mm.

5. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la película de biomasa tiene un espesor medio de aproximadamente 0, 5 mm.

6. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el lecho de partículas porosas está dispuesto en un reactor y el fluido a nitrificar se hace pasar en dirección ascendente a través del lecho.

7. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el fluido se oxigena por separado de la biomasa de nitrificación.

8. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la oxigenación del fluido se efectúa al menos en parte mediante el uso de peróxido de hidrógeno.

9. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el fluido a nitrificar se hace circular desde un extremo del lecho del reactor a otro extremo del mismo, de modo que la concentración de oxígeno disuelto en el fluido disminuye entre un extremo y el otro extremo, estando controlada la concentración de oxígeno en dicho otro extremo de tal modo que la concentración de oxígeno en el fluido está justo por encima de un nivel al cual la concentración sería limitante de la velocidad para el procedimiento de nitrificación.

10. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la temperatura del fluido se controla para que esté en el intervalo de 13 a 17 oC.

11. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el pH del fluido se controla para que esté en el intervalo de 7, 5 a 8, 5.

12. Un procedimiento de tratamiento de aguas residuales que comprende un procedimiento de nitrificación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

13. Un procedimiento de purificación de agua que comprende un procedimiento de nitrificación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11

14. Un procedimiento de tratamiento de efluentes que comprende un procedimiento de nitrificación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11

15. Aparato para la nitrificación de un fluido, comprendiendo dicho aparato un reactor provisto de un lecho de reactor de partículas porosas sobre cada una de las cuales ha crecido una biomasa de bacterias nitrificantes en forma de una biopelícula sobre las mismas y un medio para hacer que dicho fluido pase a través de dicho lecho de reactor, fluidizando o expandiendo de este modo dicho lecho, caracterizado porque dichas partículas porosas comprenden partículas de coque que tienen una superficie "vítrea" o ligeramente vitrificada.

16. Aparato según la reivindicación 15, que incluye además un medio para airear el fluido.

17. Aparato según la reivindicación 15 o la reivindicación 16, que incluye además un medio de control para controlar el caudal de fluido a través del lecho de reactor.

18. Aparato según la reivindicación 17, en el que el medio de control incluye un medio para muestrear la concentración de oxígeno en el fluido antes o durante la entrada en el reactor, un medio para muestrear la concentración de oxígeno del fluido durante la salida, o después de la salida del reactor, y un medio para ajustar el caudal de fluido a través del reactor, u otros parámetros del reactor, tal que la concentración de oxígeno al abandonar el reactor está justo por encima de una concentración a la cual la concentración de oxígeno sería controlante de la velocidad para el procedimiento de nitrificación.

19. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, que incluye además un medio para separar la

20. Aparato según la reivindicación 19, en el que el medio de separación es un depósito de sedimentación o un hidrociclón.

21. Un procedimiento para la preparación de un aparato para la nitrificación de un fluido según una cualquiera de las

reivindicaciones 15 a 20, comprendiendo dicho procedimiento introducir un medio de crecimiento bacteriano líquido y bacterias nitrificantes en el reactor, y hacer que dicho líquido pase a través del lecho del reactor, causando de este modo el crecimiento de una película de bacterias sobre las partículas.

22. Una planta de tratamiento de aguas residuales o efluentes que comprende un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 20.

23. Una planta de purificación de agua que comprende un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 20.