Proceso y planta para purificar aguas contaminadas.

Un proceso para purificar aguas contaminadas en un tanque (1) de procesamiento con suministro y descargacontinuos,

en el que se alternan dos etapas, una primera etapa de nitrificación y una segunda etapa dedesnitrificación, siendo en la primera etapa el agua residual o el efluente y el aire inyectados con oxigenadores (5)instalados a lo largo de una red (8) de conducción superior y equipados con medios para succionar aire atmosféricogracias a un efecto mencionado en la presente solamente de manera convencional como "efecto Venturi", siendo lostiempos de alternancia y la duración de etapa seleccionados como una función de la carga de nitrógeno que estásiendo introducida, y en donde, en la primera etapa, la presión en la red (8) de conducción superior se mantiene porencima de 2 bares y una mezcla filtrada de aire y agua residual o efluente extraída del fondo del tanque es inyectadapor medio de los oxigenadores (5) en el tanque (1) a una distancia D del fondo del tanque que varía desdeaproximadamente la mitad de la altura del tanque hasta aproximadamente la superficie de líquido en el tanque, y enla segunda etapa el agua residual o el efluente tratado en la primera etapa se agita sin inyección de aire por mediode al menos un agitador (10) que está capacitado para romper la espuma biológica previamente formada.

Proceso y planta para purificar aguas contaminadas.

La presente invención se refiere a un proceso y una planta para purificar aguas contaminadas, en particular para llevar a cabo una purificación biológica para la reducción del contenido de nitrógeno y de los malos olores en las aguas altamente contaminadas, más específicamente en las aguas residuales procedentes del ganado, lodos de biogás y efluentes altamente contaminados refractarios a la purificación biológica, y diseñados para su difusión agronómica o para conseguir una purificación completa de dichas aguas residuales o efluentes.

En el conjunto del texto que sigue, “aguas residuales” significa todas las aguas contaminadas de origen zootécnico, entre las que se encuentran, por ejemplo” aguas residuales, gallinaza, lodos del biogás, etc.; “efluentes” significa todas las aguas contaminadas que no sean de origen zootécnico y que contengan una carga alta o muy alta de nitrógeno y de contaminantes también muy refractarios a la purificación.

Estado de la técnica

El estado de la técnica incluye procesos y plantas de varios tipos, según se resume a continuación.

a. Tratamientos anaeróbicos, en los que el agua residual es tratada en digestores de una sola fase o multifase, en los que la sustancia orgánica se transforma en biogás por medio de métodos biológicos. La totalidad del nitrógeno orgánico se transforma en nitrógeno amoniacal.

b. Concentración mediante filtración, en la que la fracción soluble del agua residual o del efluente se separa completamente de la fracción sólida, coloidal suspendida, usando sistemas de filtración forzada de tipo membrana. La salida de las plantas es una fracción de agua residual o de efluente (alrededor de un 80-90% en volumen) separada de su carga contaminante.

c. Concentración mediante evaporación, en la que se calienta el agua residual o el efluente hasta la evaporación del agua. Así, la carga contaminante se concentra en un volumen más bajo.

d. Desprendimiento, en el que el agua residual o el efluente se calienta hasta aproximadamente 40-50 ºC y el pH se eleva hasta >9 con carbonato de sodio u otra base. En un contenedor herméticamente sellado, se burbujea el aire desde el fondo, cuyo aire extrae por desprendimiento el NH3 formado en condiciones de temperatura y acidez predefinidas. El gas extraído es neutralizado, obteniendo con ello sales amónicas. Tras el tratamiento, el agua residual o el efluente se enfrían o se neutralizan con un ácido. El aire restante debe ser tratado con anterioridad a ser enviado a la atmósfera.

e. Purificación biológica tradicional, en la que el agua residual o el efluente se trata activamente por medio de una biomasa bacteriana mediante una serie de procesos anaeróbicos (en algunos casos) , aeróbicos (nitro) y anóxicos (desnitro) . La biomasa así activada oxidiza en la etapa aeróbica la sustancia orgánica y el nitrógeno amoniacal presentes en el agua residual o el efluente, y los transforma en CO2, NO3 y una nueva sustancia orgánica. En la etapa anóxica siguiente, el NO3 es reducido a N2, el cual es enviado a la atmósfera, consumiendo la nueva sustancia orgánica. El agua residual o el efluente se oxigena mediante sistemas que usan membranas, flujo de chorro, turbinas de superficie que envían el agua residual o el efluente al aire y lo oxigenan.

f. La Patente Europea núm. 0 907 615 de Odobez describe un contenedor en el que el agua residual o el efluente se reduce mediante procesos biológicos en un tanque BSR (Reactor Secuencial por Lotes) con alternación de etapas de nitrificación (nitro) en las que el agua residual o el efluente se oxigena a alta presión con oxigenadores adecuados que provocan un llamado “efecto Venturi” que recuerda el aire atmosférico, y etapas de desnitrificación (desnitro) en las que el agua residual o el efluente se agita desde el propio sistema a baja presión, estando los oxigenadores instalados cerca del fondo del tanque. Eventualmente, el agua residual o el efluente se descarga en forma de lotes.

g. El documento US 3 997 437 A divulga un contenedor en el que el exceso de lodo producido a partir de una planta de tratamiento de aguas residuales se trata mediante bacterias aeróbicas en vez de con bacterias anaeróbicas utilizadas en el práctica común. Mediante algunos aireadores, colocados por fuera del contenedor, que son alimentados por medio de una bomba de recirculación, el lodo es aireado y recirculado continuamente en el propio contenedor de modo que se activa una digestión aeróbica del lodo, más eficiente en comparación con la anaeróbica. Se añade periódicamente lodo adicional, se retira el sobrenadante a través de una línea de flujo de un pocillo de destilación situado en el centro del contenedor. Tras un largo período de tiempo, parte del lodo presente en el fondo del contenedor será arrastrado y transportado a lechos de secado. El sistema puede ser usado también en las cabeceras de una planta de tratamiento de aguas residuales como tratamiento previo con el fin de crear un entorno más favorable para el crecimiento acelerado de bacterias aeróbicas.

h. La solicitante y otras instituciones que trabajan en este sector de la técnica, están realizando investigaciones y ensayos para implementar procesos microbiológicos y plantas, en los que se reduzca el consumo de energía con respecto al estado de la técnica.

Antecedentes de la técnica anterior

Las soluciones relacionadas en lo que antecede (salvo para “e-f”) no reducen de forma eficaz el nitrógeno, sino que solamente lo transportan o lo transforman.

Las plantas de digestión anaeróbica producen biogás por descomposición de la fracción orgánica solamente, pero sin extraer los nutrientes (N y P) . El nitrógeno es transformado casi por completo en nitrógeno amoniacal, sin riesgos más elevados de emisiones de NH3 a la atmósfera.

Los sistemas de filtración, más o menos selectivos o forzados, consiguen una separación simple de sustancias y nutrientes orgánicos.

Los sistemas de evaporación reducen básicamente sólo el volumen de agua residual contaminada con un alto consumo de energía.

El desprendimiento requiere el uso de sustancias químicas peligrosas, también con un alto consumo de energía para calentar el agua residual o el efluente.

Las plantas de purificación biológica son muy sensibles a la variación de sustancias tóxicas, entre las cuales está el NH3. Este tipo de plantas, por lo tanto, deben estar equipadas con un sistema de oxigenación adecuado para soportar el proceso biológico para reducir la entrada de cargas con una alta contaminación.

La “tecnología Odobez”, aunque posee altas tasas de reducción, conduce a consumos de energía elevados puesto que se trata de una tecnología industrial adaptada al campo zootécnico. La secuencia de SBR no es óptima puesto que la alimentación y la descarga discontinuas provocan incluso fuertes variaciones del estado químico-físicobiológico del proceso en el interior del tanque de procesamiento y amenazan la efectividad del mismo. Además, puesto que durante la etapa anóxica el contenedor trabaja a baja presión, la mezcla de agua residual o de efluente en el tanque está limitada durante esta etapa. El control de la biomasa bacteriana se consigue solamente por flotación debida a la oxigenación del fondo, de modo que no es posible gestionar con precisión la concentración de biomasa en el tanque, y por lo tanto gestionar de manera completa el tratamiento y el tiempo de retención hidráulica (HRT) . Más precisamente, resulta difícil controlar las espumas biológicas que se forman debido a la fuerte aireación durante la etapa de alta presión.

Descripción de la invención Se debe puntualizar que en la presente descripción y en las reivindicaciones, “alta presión” en referencia al aire mezclado con el agua residual o el efluente que está siendo inyectado durante la primera etapa de proceso, significa una presión de trabajo óptima por encima de 2 bares, y en particular de alrededor de 4 bares en procesos de tratamiento de agua residual de origen zootécnico, y presiones de hasta 7 bares en procesos de tratamiento de efluentes con una alta carga de sustancias refractarias a la purificación biológica.

También debe puntualizarse que en la presente descripción y en las reivindicaciones, “oxigenadores convencionales” o simplemente “oxigenadores” significa oxigenadores según la Patente Italiana núm. 1 147 264, u oxigenadores conocidos equivalentes, es decir oxigenadores equipados con medios de succión de aire atmosférico que se mezcla con el fluido inyectado corriente arriba debido a... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para purificar aguas contaminadas en un tanque (1) de procesamiento con suministro y descarga continuos, en el que se alternan dos etapas, una primera etapa de nitrificación y una segunda etapa de desnitrificación, siendo en la primera etapa el agua residual o el efluente y el aire inyectados con oxigenadores (5) instalados a lo largo de una red (8) de conducción superior y equipados con medios para succionar aire atmosférico gracias a un efecto mencionado en la presente solamente de manera convencional como “efecto Venturi”, siendo los tiempos de alternancia y la duración de etapa seleccionados como una función de la carga de nitrógeno que está siendo introducida, y en donde, en la primera etapa, la presión en la red (8) de conducción superior se mantiene por encima de 2 bares y una mezcla filtrada de aire y agua residual o efluente extraída del fondo del tanque es inyectada por medio de los oxigenadores (5) en el tanque (1) a una distancia D del fondo del tanque que varía desde aproximadamente la mitad de la altura del tanque hasta aproximadamente la superficie de líquido en el tanque, y en la segunda etapa el agua residual o el efluente tratado en la primera etapa se agita sin inyección de aire por medio de al menos un agitador (10) que está capacitado para romper la espuma biológica previamente formada.

2. El proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque la aireación requerida en la primera etapa de proceso se obtiene en un contenedor (24, 24a) de aireación cerrado independiente del tanque (1) de procesamiento, y porque se obtiene una recirculación continua de agua residual o de efluente entre el tanque (1) de procesamiento y el contenedor (24, 24a) de aireación cerrado, cuya recirculación distribuye el flujo de agua residual o de efluente aireado en el volumen total del tanque (1) de procesamiento.

3. El proceso según las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque las condiciones de oxígeno disuelto (DO) y de potencial redox (RedOX) se mantienen en la primera etapa del tratamiento de agua residual en donde DO < 0, 1 mg/l y RedOX = -200 mV ÷ 0 mV gracias a la alta concentración de oxígeno disuelto y al redox positivo en el interior de cada uno de los oxigenadores (5.

5. b) y trabajando a una presión mayor de 2 bares y manteniendo condiciones en las que DO = 0 mg/l y RedOX = -400 ÷ 300 mV en la segunda etapa, provocando de ese modo una reducción de un 85 % de nitrógeno y de un 80% de sustancia orgánica.

4. El proceso según las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque la presión media en la red (8) de conducción superior y en los oxigenadores (5, 5a) es de aproximadamente 4 bares en procesos para el tratamiento de aguas residuales.

5. El proceso según las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque la presión media en la red (8) de conducción superior y en los oxigenadores (5, 5a) es de al menos 7 bares en procesos para el tratamiento de efluentes.

6. Una planta para purificar agua contaminada de acuerdo con el proceso reivindicado en las reivindicaciones 1, 35, caracterizada porque comprende un tanque (1) de procesamiento que recibe desde el exterior el agua residual o el efluente contaminado, al menos una bomba (2) que succiona el agua residual o el efluente desde el fondo del tanque y lo envía hacia una red (8) de conducción superior que incorpora una pluralidad de oxigenadores (5) sumergidos en el agua residual o el efluente, un filtro (4) que está situado entre la bomba (2) y un conducto (3) que succiona el agua residual o el efluente desde el fondo del tanque (1) en donde están comprendidos la bomba (2) adecuada para producir en la red (8) de conducción superior una presión de al menos 2 bares, el filtro (4) y aberturas de descarga en los oxigenadores (5) sumergidos a una distancia D del fondo del tanque que varía desde la mitad o más de la altura del tanque.

7. La plata según la reivindicación 6, caracterizada porque comprende:

a) un contenedor (24) de aireación cerrado asociado al, y fuera o dentro del, tanque (1) de procesamiento, en el que se ha dispuesto una pluralidad de oxigenadores (5a) en los que se airea el agua residual o el efluente durante la primera etapa del proceso;

b) una bomba (25) adecuada para tomar el agua residual o el efluente desde el tanque (1) de procesamiento y suministrarlo a una presión de al menos 2 bares hacia una red de oxigenación y transferirlo por medio de oxigenadores (5a) hacia el contenedor (24) de aireación cerrado desde el que el agua residual o el efluente así aireado se suministra de nuevo al fondo del tanque (1) de procesamiento donde un agitador (10) lleva a cabo la agitación de la segunda etapa del proceso.

8. La planta según la reivindicación 7, caracterizada porque comprende:

a) un contenedor (24a) de aireación cerrado asociado al, y fuera o dentro del, tanque (1) de procesamiento, en el que se ha dispuesto una pluralidad de oxigenadores (5b) en los que se airea el agua residual o el efluente durante la primera etapa del proceso;

b) una bomba (25a) adecuada para tomar el agua residual o el efluente desde el contenedor (24a) de aireación y suministrarlo de nuevo bajo una presión de al menos 2 bares hacia una red de oxigenación y transferirlo por medio de oxigenadores (5b) hacia dicho contenedor (24a) , y una segunda bomba (12) que toma desde el fondo del tanque (1) de procesamiento el agua residual o el efluente que va a ser aireado y lo envía al contenedor (24a) de aireación cerrado, siendo el efluente o el agua residual así tratada suministrada de nuevo al fondo del tanque (1) de procesamiento donde un agitador (10) lleva a cabo la agitación de la segunda etapa del proceso.

9. La planta según las reivindicaciones 6-8, caracterizada porque comprende medios (22) de inyección forzada que son adecuados para enviar aire a presión hacia los oxigenadores (5) incrementando de ese modo la velocidad de flujo del aire succionado por “efecto Venturi”.