Procedimiento de pelicula biológica soportada.

Un procedimiento para tratar aguas residuales, que comprede las etapas de:

(a) proporcionar un aparato que comprende una pluralidad de fibras huecas de pared densa no porosa (10),teniendo cada fibra una pared con una superficie externa y una luz (14), siendo las fibras de polimetilpentenoy teniendo un diámetro externo de 5 30-100 μm, teniendo el aparato un puerto en comunicación con las lucesde las fibras;

(b) poner en contacto el aparato con el agua residual;

(c) proporcionar un gas al puerto del aparato, atravesando el gas las paredes de las fibras hacia la superficieexterna de las fibras;

(d) soportar el gas una película biológica en crecimiento sobre las superficies externas de las fibrasindividuales;

(e) mantener la película biológica con un grosor de entre 0,05 mm y 2 mm; y

(f) mantener la carga de alimentación aplicada a la película biológica de modo que la velocidad de deteriorode la película biológica sea igual a su velocidad de crecimiento;

en el que la película biológica se mantiene en un estado aerobio adyacente a la(s) superficie(s) externa(s) en unestado anóxico o anaeróbico adyacente al líquido.

Procedimiento de película biológica soportada Campo de la invención La presente invención se refiere a un aparato y procedimiento de transferencia de gas, por ejemplo para soportar una película biológica en un líquido, como en un procedimiento o aparato de tratamiento de agua o de aguas residuales.

Antecedentes de la invención Actualmente, la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas residuales usan un procedimiento de sedimentos activado basado en oxidación biológica de contaminantes orgánicos en un medio de crecimiento suspendido. El oxígeno se obtiene del aire usando aireadores de tipo burbuja. La eficiencia de estos sistemas es mala, lo cual da como resultado un uso de energía muy alto. El tamaño de tanque es grande ya que las cargas de la demanda de oxígeno son bajas. El resultado es un elevado coste en capital y operaciones.

Un segundo tipo de procedimiento de oxidación biológica establecido usa películas biológicas que han crecido en un medio sólido. Por ejemplo, se puede hacer circular las aguas residuales por la parte superior del reactor y se filtra. El aire se suministra desde el fondo. La velocidad de transferencia de oxígeno está limitada por el área de superficie de la película biológica y los costes de operaciones son elevados por los requisitos del bombeo de aguas residuales.

Recientemente se ha realizad trabajo de desarrollo con un concepto de biorreactor soportado en membrana. Por ejemplo, las patentes de EE.UU. números 4, 181, 604 y 4, 746, 435 describen un procedimiento para tratar las aguas residuales suministrando oxígeno desde un lado de una membrana permeable al gas a microorganismos en crecimiento en el otro lado de la membrana. Como membrana se usaron fibras huecas con paredes porosas. En la patente de EE.UU. 5, 116, 506, una membrana permeable al gas divide un vaso reactor en un compartimento para líquidos y un compartimento para gases. Una película biológica crece en la membrana permeables al gas en el lado para líquidos de la membrana. A través de la membrana pasan el oxígeno y los gases alternos hacia las bacterias en crecimiento en el lado para líquidos de la membrana.

Kazuaki Yamagiwa y col.: "Simultaneous organic carbon removal and nitrification by biofilm formed on oxygen enrichment membrane", Journal of Chemical Engineering of Japan, Society of Chemical Engineers, Tokyo, JP, vol. 27, no. 5, 1 October 1994, páginas 638-643, divulga un soporte para película biológica que consiste en una fibra hueca de silicona y un soporte fibroso. El soporte fibroso está en forma de fibras de poliéster superfinas tejidas alrededor de la fibra hueca. El soporte para película biológica se usa para tratar aguas residuales en un reactor.

El documento US 5, 126, 050 divulga un aparato para la eliminación de compuestos orgánicos del agua, aguas residuales o carbón activado granular usado. El procedimiento comprende introducir el líquido que se va a tratar por la parte superior del reactor donde pasa sobre lechos de membrana permeable a gas que eliminan los contaminantes. El gas se suministra a la membrana que proporciona los necesarios donantes y aceptores de electrones para soportar el crecimiento de los microorganismos adecuados. Los microorganismos que han crecido sobre la superficie de los lechos de membrana y su crecimiento se puede controlar. Estos microorganismos capturan los aceptores y donantes de electrones del gas suministrado y el uso de contaminantes en el líquido que se va a tratar como fuente de carbono, de modo que se descontamina el líquido.

Brindle K y col.: "Nitrification and oxygen utilisation in a membrane aeration bioreactor", Journal of Membrane Science, Elsevier Scientific Company, Amsterdam, NL, vol. 144, no. 1-2, 10 June 1998, páginas 197-209, divulga un biorreactor de aireación de membrana a escala de laboratorio. El biorreactor comprende fibras huecas porosas de polietileno suspendidas verticalmente en un reactor tubular que contiene aguas residuales que se han de tratar. Las fibras se agrupan en un haz y se suministra oxígeno en la base del haz.

Sumario de la invención La invención se establece en las reivindicaciones adjuntas.

En la medida que cualquiera de los aspectos y realizaciones de los procedimientos de tratamiento descritos más adelante se salen del alcance de las reivindicaciones de los mismos, dichos aspectos y realizaciones están incluidos a modo de antecedentes para ayudar a comprender la invención como se ha reivindicado.

Es un objeto de la presente invención mejorar con respecto a la técnica anterior. Es otro objeto de la presente invención proporcionar procedimientos y aparatos adecuados para tratar agua, por ejemplo aguas residuales industriales y municipales, usando la tecnología de biorreactor soportado con membrana. Es otro objeto de la presente invención proporcionar una membrana de transferencia de gas de fibra hueca y un módulo que es, por ejemplo, adecuado para soportar una película biológica. Estos aspectos y otros se cumplen en la invención descrita y reivindicada en el presente documento. El sumario siguiente introducirá al lector a varios aspectos de la invención, pero no se pretende que definan la invención, que puede residir en una combinación o subcombinación de varios elementos o etapas que se encuentran en el sumario siguiente u otras partes del presente documento.

La invención proporciona un procedimiento para tratar aguas residuales con una velocidad de transferencia de gas razonablemente alta y un área de superficie adecuada, para la transferencia de oxígeno, el soporte de película biológica o ambos, para permitir que un reactor de película biológica soportada proporcione una ventaja respecto a los costes operativos sobre otros procedimientos usados en la técnica. La membrana y el módulo pueden tener una eficiencia de transferencia de oxígeno (ETO) de más del 50 % o en el intervalo del 50 % al 70 % o superior. El módulo puede estar hecho de membranas de fibra hueca de paredes no porosas o densas para proporcionar un área de superficie grande al tiempo que evita la tendencia de las fibras porosas a humedecerse con el tiempo, lo que tiene como resultado un descenso drástico de sus velocidades de transferencia de oxígeno.

La fibra hueca está fabricada de polimetilpenteno (PMP) , que tiene un elevado coeficiente de selectividad y difusión para el oxígeno. En concreto, el PMP tiene una permeabilidad al gas de aproximadamente 70.000 cc.mm/m2.24 h.Bar en forma de pared densa no humidificante. Aunque esta es significativamente menor que la silicona, que tiene una permeabilidad al gas extremadamente alta, el PMP puede hilarse en fusión para formar una fibra hueca. La fibra puede tener un diámetro externo de 500 micrómetros o menos o de 100 micrómetros o menos. El uso de una fibra de un diámetro tan pequeño ayuda a reducir los costes del módulo, ya que se puede usar tecnología textil de fibra fina para crear módulos. Se puede proporcionar un área de superficie muy grande para conseguir una ETO alta. La pared no porosa evita problemas de humidificación como se ha descrito en lo que antecede.

Se cultiva una película biológica sobre las fibras huecas permeables al gas, por ejemplo fibras huecas de pared densa de PMP. El gas portador del oxígeno se introduce en la luz de la fibra. Las reacciones aeróbicas tienen lugar cerca de la superficie de la fibra, donde existen los niveles de oxígeno más altos. Estas reacciones incluyen conversión de compuestos de carbono orgánico en dióxido de carbono y agua, y de amoníaco en nitratos. La superficie de la película biológica se mantiene en condiciones anóxicas de un modo tal que pueda tener lugar la conversión de los nitratos en nitrógeno. El resultado es la reducción simultánea del carbono orgánico, el amoníaco y el nitrógeno total.

El procedimiento de la invención se puede usar para realizar otras reacciones biológicas sobre la superficie de la tela. Un ejemplo es la reducción biológica de compuestos tales como nitratos en agua usando gas hidrógeno suministrado a la luz de la fibra hueca.

Para suministrar oxígeno se puede usar aire o aire enriquecido. La selección de aire enriquecido y el nivel de oxígeno presente en dicho aire pueden venir determinados por la fuerza de las aguas residuales.

El procedimiento de la invención se puede usar para digerir el lodo primario y/o secundario.

Las fibras tienen un diámetro externo pequeño (es decir, 30-100 Im, y un área hueca sustancial, por ejemplo del 30 % o 40 % o más, de modo que tengan una pared fina. Las fibras pueden estar tejidas, tricotadas, bordadas o formando una tela de otro modo. El uso de fibras huecas finas permite que el grosor de la pared de la fibra sea bajo, por ejemplo de 20 Im o menor,... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para tratar aguas residuales, que comprede las etapas de:

(a) proporcionar un aparato que comprende una pluralidad de fibras huecas de pared densa no porosa (10) , teniendo cada fibra una pared con una superficie externa y una luz (14) , siendo las fibras de polimetilpenteno y teniendo un diámetro externo d.

3. 100 Im, teniendo el aparato un puerto en comunicación con las luces de las fibras;

(b) poner en contacto el aparato con el agua residual;

(c) proporcionar un gas al puerto del aparato, atravesando el gas las paredes de las fibras hacia la superficie externa de las fibras;

(d) soportar el gas una película biológica en crecimiento sobre las superficies externas de las fibras individuales;

(e) mantener la película biológica con un grosor de entre 0, 05 mm y 2 mm; y

(f) mantener la carga de alimentación aplicada a la película biológica de modo que la velocidad de deterioro de la película biológica sea igual a su velocidad de crecimiento;

en el que la película biológica se mantiene en un estado aerobio adyacente a la (s) superficie (s) externa (s) en un estado anóxico o anaeróbico adyacente al líquido.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el gas contiene oxígeno.

3. El procedimiento de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el gas contiene hidrógeno.

4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el agua residual se pone en contacto con el aparato en un procedimiento discontinuo o continuo.

5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el líquido pasa por las superficies externas en, generalmente, un flujo de pistón.

6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes realizado en un tanque séptico o sistema naval o para tratar un agua residual tomada directamente generalmente de una o más casas u oficinas o partes de un barco.

7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el líquido, después de ser tratado, tiene menos de 10 mg/l de sólidos suspendidos y menos de 50 mg/l de COD (Demanda química de oxígeno) .

8. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes operado en un procedimiento de dos etapas, en el que la primera etapa del procedimiento reduce los COD del líquido a menos de 300 mg/l, más preferentemente a entre 200 y 300 mg/l.

9. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el líquido, antes del tratamiento, tiene COD de 1.000 mg/l o menor y el aparato tiene un área de superficie para la transferencia de gas respecto al área de superficie de la película biológica unida de entre 0, 2 y 1.

10. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el líquido, antes del tratamiento, tiene COD de 300 mg/l o menor y el aparato tiene un área de superficie para la transferencia de gas respecto al área de superficie de la película biológica unida de 1 o menor, más preferentemente entre 0, 1 y 1.