Procedimiento e instalación de tratamiento de efluentes concentrados en nitrógeno en un reactor biológico secuencial de ciclos fraccionados.

Procedimiento de tratamiento de efluentes concentrados en nitrógeno,

realizando una oxidación de amonio en nitritos seguida de una desnitritación de los nitritos en nitrógeno gaseoso en un reactor biológico secuencial cuyas fases de reacción se fraccionan, conteniendo este reactor bacterias nitrificantes, estando las condiciones de funcionamiento previstas para favorecer la acción de las bacterias nitrantes e inhibir al máximo la acción de las bacterias nitrantes, procedimiento según el cual un volumen de afluente a tratar en un ciclo completo se vierte en el reactor en fracciones volúmicas sucesivas, dividiéndose el ciclo completo de tratamiento en subciclos sucesivos, comprendiendo cada subciclo una fase de alimentación por una fracción volúmica, luego una fase de aireación para provocar la nitración, y luego una fase de anoxia durante la cual la aireación se detiene y se introduce una fuente carbonada en el reactor para la transformación de los nitritos en nitrógeno, caracterizado porque se realiza una serie de mediciones en tiempo real en el efluente a tratar, en la expulsión y en el reactor biológico, se evalúa la carga volúmica nitrogenada a tratar en el afluente, y porque se determina el número mínimo de fases de alimentación de un ciclo completo en función de esta carga nitrogenada y del volumen mínimo de líquido en el reactor, según la fórmula siguiente: (Ver fórmula) donde, Nalimmin: número mínimo de ciclos de alimentación FNH4,j: carga nitrogenada diaria [NH4 + ]eff: concentración en amonio en el efluente que sale del reactor Vmin: volumen líquido mínimo (después de la extracción y antes de la alimentación) N RBS: número de ciclos completos RBS por día [NH4 + ]inhib: concentración en amonio inhibidora de la biomasa nitrante, de forma que la concentración en nitrógeno de la fracción volúmica inyectada se diluya en el volumen de líquido que permanece en el reactor, lo cual permite evitar la inhibición de las bacterias nitrantes, siendo sin embargo la carga nitrogenada de la fracción volúmica suficiente para asegurar en el reactor un "impacto" o pico (P) de carga amoniacal en el vertido de cada fracción, favorable para el desarrollo de la biomasa productora de nitritos.

Procedimiento e instalación de tratamiento de efluentes concentrados en nitrógeno en un reactor biológico secuencial de ciclos fraccionados [0001] La invención se refiere a un procedimiento de tratamiento de efluentes concentrados en nitrógeno, utilizando una oxidación de amonio en nitritos seguida de una desnitrificación de los nitritos en nitrógeno gaseoso en un reactor biológico secuencial cuyas fases de reacción son fraccionadas, procedimiento según el cual un volumen de afluente a tratar se vierte en el reactor que contiene bacterias nitrificantes, estando previstas las condiciones de funcionamiento para privilegiar la acción de las bacterias nitritadoras e inhibir al máximo la acción de las bacterias nitradoras, que comprende ciclos de tratamiento con al menos una fase de aireación para provocar la nitrificación, seguida de una fase donde la aireación es detenida y una fuente de carbono se introduce en el reactor para la transformación de los nitritos en nitrógeno.

La invención se refiere más particularmente al tratamiento de efluentes cuya concentración en nitrógeno es superior a 100 mg N/l

Tratamiento del nitrógeno de efluentes concentrados [0003] Muchas instalaciones de tratamiento de contaminantes se han encontrado con dificultades crecientes en lo que respecta al dominio y al tratamiento de sus desechos nitrogenados, principalmente amoniacales, en los medios receptores. El amoniaco es susceptible de provocar impactos medioambientales tales como el empobrecimiento en oxígeno de los medios acuáticos, una toxicidad con relación a los peces o fenómenos de eutrofización. Para limitar estos impactos, las reglamentaciones imponen límites de desecho cada vez más rigurosas que conducen a menudo a rehabilitaciones costosas de las estaciones de tratamiento existentes.

Una de las principales vías de tratamiento del nitrógeno es el procedimiento biológico de nitrificación/desnitrificación, mediante el cual el amonio es oxidado en dos etapas en condiciones aireadas, primero en nitritos y luego en nitratos, y finalmente se reduce en nitrógeno gaseoso en condiciones anóxicas. En el caso de efluentes concentrados, es posible gracias al control de diversos parámetros cortocircuitar este proceso biológico realizando una nitrificación parcial en nitritos, que son a continuación directamente desnitrificados. Este procedimiento, llamado igualmente «derivación de los nitratos», ya descrito en los documentos EP-A-826639 y WO 00/05176, es teóricamente capaz de reducir un 25% los aportes de oxígeno para la nitrificación y un 40% los aportes de carbono biodegradable para la desnitrificación, así como la producción de lodos heterótrofos asociada.

Las estaciones depuradoras de aguas residuales provistas de digestores anaerobios producen flujos concentrados en amonio (del orden de 1000 mg N/l) en la línea de tratamiento de los lodos que, cuando son devueltos en cabeza de la instalación, pueden representar hasta un 20% de la carga nitrogenada total. Su tratamiento específico permitiría por consiguiente en bastantes casos evitar rehabilitaciones costosas de la línea principal de tratamiento para respetar los límites de desecho. Por otro lado, un número creciente de centros tienen que tratar los olores o los efluentes gaseosos producidos, generando condensados muy cargados en formas amoniacales que se hace imperativo minimizar. Finalmente, los lixiviados de las descargas constituyen un tercer tipo de efluentes para los cuales el ión amónico representa una de las principales fuentes de contaminación.

Todos estos efluentes contienen generalmente poco carbono biodegradable, lo cual implica que los dispositivos de tratamiento biológico pueden ser dimensionados casi exclusivamente con relación al tratamiento del nitrógeno. Un tratamiento biológico del tipo «derivación de los nitratos» permitiría por consiguiente reducciones de coste significativas con relación a una nitrificación/desnitrificación clásica.

Derivación de los nitratos en configuración RBS (Reactor Biológico Secuencial)

Fux, C., Lange K., Faessler, A., Huber, P., Grueniger, B. and Siegrist, H. (2003) , en un artículo titulado “Nitrogen removal from digester supernatant via nitrile-SBR or SHARON?” publicado en la revista Water Science and Technology, Vol. 48 nº 8, páginas 9-18 (2003) han mostrado el interés por reactores biológicos secuenciales (RBS) , que comprenden fases de alimentación, de reacción (aireación + anoxia) , sedimentación y trasvase, para la realización de la derivación de los nitratos en efluentes concentrados en nitrógeno. En efecto, esta configuración RBS permite aplicar cargas volúmicas importantes por retención de biomasa en un mismo reactor, a diferencia del procedimiento SHARON (patente EP-A-826639) para el cual la ausencia de retención de biomasa permite el lavado específico de la biomasa responsable de la oxidación de los nitritos en nitratos. Según el procedimiento RBS de Fux

& al. un volumen de afluente a tratar en un ciclo completo es vertido en el reactor por fracciones volúmicas sucesivas, dividiéndose el ciclo completo de tratamiento en subciclos sucesivos, comprendiendo cada subciclo una fase de alimentación por una fracción volúmica, luego una fase de aireación para provocar la nitrificación, luego una fase anóxica durante la cual la aireación se detiene y una fuente carbonada se introduce en el reactor para la transformación de los nitritos en nitrógeno.

Para desechos tales como los sobrenadantes de digestores anaerobios, los condensados de tratamiento de gas y los lixiviados de descarga, es particularmente difícil optimizar las reacciones de producción y de reducción de los nitritos, por dos motivos principales:

. Estos desechos son sometidos a variaciones de caudal y de concentración en amonio muy importantes, que obligan a adaptar permanentemente los criterios de explotación para proporcionar un efluente de calidad constante. . Los medios fuertemente cargados en sales y compuestos iónicos diversos, tales como los considerados por la invención, son susceptibles de tener un efecto negativo sobre la sensibilidad de las sondas (contaminación de las sondas redox por los sulfuros particularmente) y de provocar derivados que ocasionan un paso rápido en modo temporizado degradado.

El desarrollo de un sistema de gestión robusto es por consiguiente deseable para fiabilizar el tratamiento del nitrógeno de efluentes concentrados por derivación de los nitratos en reactor RBS.

La presente invención propone eliminar el nitrógeno de efluentes concentrados por un procedimiento de nitrificación/desnitrificación en un reactor biológico secuencial (RBS) cuya secuencia comprende varias fases de alimentación/aireación/anoxia fraccionadas, ajustándose el número y el tiempo de estas fases así como el aporte de reactivo carbonado gracias a una serie de mediciones en tiempo real en el efluente a tratar, en el desecho y en el reactor biológico.

Según la invención, el procedimiento de tratamiento de efluentes concentrados en nitrógeno, del tipo definido inicialmente, y según el cual un volumen de afluente a tratar en un ciclo completo se vierte en el reactor por fracciones volúmicas sucesivas, dividiéndose el ciclo completo de tratamiento en subciclos sucesivos, comprendiendo cada subciclo una fase de alimentación por una fracción volúmica, luego una fase de aireación para provocar la nitrificación, luego una fase anóxica durante la cual la aireación se detiene y una fuente carbonada se introduce en el reactor para la transformación de los nitritos en nitrógeno, se caracteriza por que se realiza una serie de mediciones en tiempo real en el efluente a tratar, en el desecho y en el reactor biológico, se evalúa la carga volúmica nitrogenada a tratar en el afluente, y se determina el número de fases de alimentación de un ciclo completo en función de esta carga nitrogenada y del volumen mínimo de líquido en el reactor, según la fórmula siguiente:

donde, Nalimmin : número mínimo de ciclos de alimentación FNH4, d : carga nitrogenada diaria [NH4+]ef :concentración en amonio en el efluente que sale del reactor Vmin : volumen líquido mínimo (después de la extracción y antes de la alimentación) NRBS : número de ciclos completos RBS por día [NH4+]inhib : concentración en amonio inhibidora de la biomasa nitrante, [0012] de forma que la concentración en nitrógeno de la fracción volúmica inyectada se diluya en el volumen de líquido que permanece en el reactor, lo cual permite evitar la inhibición de las bacterias nitrantes, siendo la carga nitrogenada de la fracción volúmica sin embargo suficiente para asegurar en el reactor un «de golpe» o pico de carga amoniacal o vertido... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de tratamiento de efluentes concentrados en nitrógeno, realizando una oxidación de amonio en nitritos seguida de una desnitritación de los nitritos en nitrógeno gaseoso en un reactor biológico secuencial cuyas fases de reacción se fraccionan, conteniendo este reactor bacterias nitrificantes, estando las condiciones de funcionamiento previstas para favorecer la acción de las bacterias nitrantes e inhibir al máximo la acción de las bacterias nitrantes, procedimiento según el cual un volumen de afluente a tratar en un ciclo completo se vierte en el reactor en fracciones volúmicas sucesivas, dividiéndose el ciclo completo de tratamiento en subciclos sucesivos, comprendiendo cada subciclo una fase de alimentación por una fracción volúmica, luego una fase de aireación para provocar la nitración, y luego una fase de anoxia durante la cual la aireación se detiene y se introduce una fuente carbonada en el reactor para la transformación de los nitritos en nitrógeno,

caracterizado porque se realiza una serie de mediciones en tiempo real en el efluente a tratar, en la expulsión y en el reactor biológico, se evalúa la carga volúmica nitrogenada a tratar en el afluente, y porque se determina el número mínimo de fases de alimentación de un ciclo completo en función de esta carga nitrogenada y del volumen mínimo de líquido en el reactor, según la fórmula siguiente:

donde,

Nalim_min: número mínimo de ciclos de alimentación

F_NH4,j: carga nitrogenada diaria

[NH₄⁺]_eff: concentración en amonio en el efluente que sale del reactor

V_min: volumen líquido mínimo (después de la extracción y antes de la alimentación)

N_RBS: número de ciclos completos RBS por día

[NH₄⁺]_inhib: concentración en amonio inhibidora de la biomasa nitrante,

de forma que la concentración en nitrógeno de la fracción volúmica inyectada se diluya en el volumen de líquido que permanece en el reactor, lo cual permite evitar la inhibición de las bacterias nitrantes, siendo sin embargo la carga nitrogenada de la fracción volúmica suficiente para asegurar en el reactor un "impacto" o pico (P) de carga amoniacal en el vertido de cada fracción, favorable para el desarrollo de la biomasa productora de nitritos.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se evalúa la carga volúmica nitrogenada a tratar en el afluente por medición de la conductividad (X) y del caudal (Q) del afluente.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el pico (P) de carga amoniacal en el vertido de cada fracción, permanece superior, a 125% de la concentración amoniacal que caracteriza el final del subciclo en cuestión, durante un tiempo como máximo igual a la cuarta parte de la duración del subciclo.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se mide y controla la concentración en oxígeno disuelto en el reactor para mantenerla en pequeños valores limitando la duración de las fases de aireación y adaptando el aporte de oxígeno a la carga a tratar.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque las oscilaciones de concentración en oxígeno disuelto se limitan entre 0 y 2 mg O2/l por un número mínimo Nbiol_min de subciclos del tipo aerobia/anoxia.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el número (NC) de subciclos efectivamente aplicado es el valor más fuerte entre Nalim_min y Nbiol_min.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se midió el pH en el reactor y se asegura una auto-regulación del pH mediante alternancia de fases relacionadas de nitración y de desnitración limitando las oscilaciones de pH entre 6.5 y 8.5, de preferencia entre 7 y 8.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se mide la temperatura en el reactor, y se asegura una regulación de la temperatura con el fin de mantenerla entre 5 y 45ºC.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque ciclos biológicos tipo "aerobia/anoxia", con duraciones de las fases de aireación y anoxias fijadas son predefinidos, y la duración total tC de estas fases de reacción se calcula en función del número de ciclos NC:

tC = (t_RBS - t_alim - t_sedim - t_extract)/NC

donde,

t_RBS: duración del ciclo RBS global

t_alim: duración global de la alimentación (no fraccionada)

t_sedim: duración de la fase de sedimentación

t_extract: duración de la fase de extracción

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tiempo de inyección de la fuente carbonada durante la fase no aireada se determina a partir de las mediciones de la carga nitrogenada entrante.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se aplica en el tratamiento de sobrenadantes de digestores anaerobios.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se aplica en el tratamiento de condensados de tratamiento de gas.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se aplica en el tratamiento lixiviados de descarga.

14. Instalación de tratamiento de efluentes concentrados en nitrógeno, en particular que contienen más de 100 mg N/l, realizando una oxidación de amonio en nitritos seguida de una desnitrificación de los nitritos en nitrógeno gaseoso en un reactor biológico secuencial (1) cuyas fases de reacción son fraccionadas, conteniendo este reactor bacterias nitrantes, estando las condiciones de funcionamiento previstas para favorecer la acción de las bacterias nitrantes e inhibir al máximo la acción de las bacterias nitrantes, vertiéndose un volumen de afluente a tratar en un ciclo completo en el reactor por fracciones volúmicas sucesivas, dividiéndose el ciclo completo de tratamiento en subciclos sucesivos, comprendiendo cada subciclo una fase de alimentación por una fracción volúmica, luego una fase de aireación para provocar la nitración, y luego una fase de anoxia durante la cual la aireación se detiene y una fuente carbonada se introduce en el reactor para la transformación de los nitritos en nitrógeno,

caracterizado porque comprende medios (17, 18, C) para realizar una serie de mediciones en tiempo real en el efluente a tratar, en la expulsión y en reactor biológico, y para evaluar la carga volúmica nitrogenada a tratar en el afluente, particularmente por una sonda (17) de medición de la conductividad (X) y por un medidor de caudal (18) para medir el caudal (Q) del afluente, y un medio de cálculo y de control (C) del número de fases de alimentación de un ciclo completo en función de esta carga nitrogenada y del volumen mínimo de líquido en el reactor, de forma que la concentración en nitrógeno de la fracción volúmica inyectada se diluya en el volumen de líquido que permanece en el reactor, lo cual permite evitar la inhibición de las bacterias nitrantes, siendo sin embargo la carga nitrogenada de la fracción volúmica suficiente para asegurar en el reactor un "impacto" o pico (P) de carga amoniacal en el vertido de cada fracción, favorable para el desarrollo de la biomasa productora de nitritos.

15. Instalación según la reivindicación 14, caracterizada porque comprende una sonda de medición de conductividad (19) y un medidor de caudal (2)) en el efluente que sale, y diferentes captadores en el reactor (1), en particular captadores de conductividad (21), de concentración en oxígeno disuelto (22), de potencial redox (23) y de pH (24), estando todas estas sondas y captadores conectados con el controlador (C) para permitir un seguimiento en continuo de la evolución del tratamiento y el accionamiento de acciones correctivas.

16. Instalación según la reivindicación 14 ó 15, caracterizada porque comprende una fuente carbonada (8) y una bomba dosificadora (9) controlada por el controlador (C) para el tiempo de inyección de la fuente carbonada durante una fase de anoxia, determinándose este tiempo de inyección a partir de las mediciones de la carga nitrogenada entrante.

17. Instalación según una de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizada porque comprende medios de aireación (10, 11, 12) accionados por un controlador (C) según las mediciones de concentración en oxígeno disuelto.