Procedimiento para la purificación biológica de un agua residual que contiene amonio.

Procedimiento para la purificación biológica de un agua residual fría que contiene amonio,

en particular entre 7 y 25 ºC, en una cuba de aireación (3), en la que el amonio (NH4) contenido en el agua residual es convertido en el caso de una concentración de oxigeno previamente establecida, en nitrógeno elemental (N2), y un lodo de exceso que ha resultado al realizar la conversión química es aportado por lo menos parcialmente a una putrefacción del lodo, durante la cual las sustancias orgánicas constituyentes del lodo son transformadas en un gas, siendo aportado el lodo a continuación a una deshidratación del lodo y siendo aportada a continuación el agua con lodo con alto contenido de nitrógeno y caliente, separada del lodo, que tiene en particular una concentración de nitrógeno de 500 a 2.000 mg/l y una temperatura de aproximadamente 25 a 39 ºC, a una cuba de desamonificación (18), en la cual los compuestos nitrogenados (NH4, nitrógeno orgánico) contenidos en el agua con lodo son transformados por desamonificación en nitrógeno elemental (N2), caracterizado por que un lodo en exceso, que ha resultado al realizar la desamonificación del agua con lodo, es aportado a la cuba de aireación (3), y en la cuba de aireación (3) se ajusta una baja concentración de nitrógeno, más pequeña que 1,0 mg/l, de manera tal que el amonio (NH4) contenido en el agua residual, es convertido químicamente en primer lugar, mediante unas bacterias que oxidan aerobiamente (AOB), en nitrito (NO2), y a continuación, mediante unas bacterias que oxidan anaerobiamente (ANAMMOX), en particular Planctomicetos, el amonio (NH4) y el nitrito (NO2) son convertidos químicamente en nitrógeno elemental (N2), siendo separado el lodo en exceso, que ha resultado en la cuba de aireación (3) al realizar esta desamonificación, antes de la aportación a la putrefacción del lodo, en una fase de lodo pesada, que contiene en su mayor parte las bacterias que oxidan al amonio (NH4) anaerobiamente (ANAMMOX) y en una fase de lodo ligera, siendo devuelta la fase de lodo pesada a la cuba de aireación (3) y siendo aportada la fase de lodo ligera como lodo en exceso a la putrefacción del lodo.

Procedimiento para la purificación biológica de un agua residual que contiene amonio

El invento se refiere a un procedimiento para la purificación biológica de un agua residual fría que contiene amonio, en particular entre 7 y 25 °C en una cuba de aireación, en cuyo procedimiento el amonio (NH4) que está contenido en el agua residual, en el caso de una concentración de nitrógeno preestablecida, es convertido químicamente en nitrógeno elemental (N2), y un lodo en exceso que ha resultado durante la conversión química, es aportado por lo menos parcialmente a una putrefacción del lodo, durante la cual las sustancias orgánicas constituyentes del lodo se transforman en un gas, siendo aportado el lodo a continuación a una deshldratación del lodo, y el agua con lodo callente que tiene un alto contenido de nitrógeno, que ha sido separada del lodo, que tiene en particular una concentración de nitrógeno de 500 a 2.000 mg/l y una temperatura de aproximadamente 25 bis 39 °C, es aportada a continuación a una cuba de desamonificación, en la que los compuestos nitrogenados (NH4, nitrógeno orgánico) que están contenidos en el agua con lodo son transformados por desamonificación en nitrógeno elemental (N2).

En el caso de un procedimiento del tipo mencionado al comienzo, que ya se ha llevado a cabo en la práctica, un agua residual urbana con unas partes más o menos grandes de aguas residuales industriales, se purifica en una instalación que se compone de una cuba de clarificación previa, una cuba de aireación y una cuba de clarificación posterior. El agua residual que, según sea la época del año, tiene una temperatura de 7 a 25 °C y una concentración de nitrógeno de aproximadamente 30 a 70 mg/l, después de una primera purificación mecánica, que se compone de una instalación de rejillas y de una cuba de clarificación previa, es introducida en una cuba de aireación.

En la cuba de aireación tiene lugar la purificación biológica propiamente dicha del agua residual. En este caso, los compuestos nitrogenados combinados en el agua residual, tales como amonio (NH4), nitrito (N02) y nitrato (NO3), se convierten por nitrificación/desnitrificación en nitrógeno elemental (N2), el cual sale en forma gaseosa como producto final Inocuo al aire del medio ambiente. Al realizar la nitrificación, el amonio es oxidado mediante el oxígeno, pasando por el producto intermedio nitrito, para formar nitrato. Al realizar la subsiguiente desnitrificación, el nitrato es reducido en una primera etapa de reducción para formar nitrito y en una segunda etapa de reducción para formar nitrógeno.

La nitrificación/desnitrificación biológica tiene la desventaja de una alta demanda de oxígeno y por consiguiente de un alto consumo de energía. Por lo demás, en el caso de la desnitrificación se consume carbono orgánico, lo cual repercute desventajosamente sobre el ulterior proceso de purificación y sobre las propiedades del lodo.

Después de la purificación biológica del agua residual en la cuba de aireación, la mezcla de agua residual y lodo es conducida a la cuba de clarificación posterior de la Instalación, en la que el agua es separada del lodo, siendo el agua que se ha separado retirada desde la cuba de clarificación posterior y evacuada, y siendo devuelto el lodo parcialmente como un lodo de devolución a la cuba de aireación y siendo aportado parcialmente como lodo en exceso a un recipiente de putrefacción. En el recipiente de putrefacción o durante el transporte hasta el recipiente de putrefacción, el lodo es calentado a una temperatura de aproximadamente 40 °C. Durante la putrefacción del lodo, las sustancias orgánicas constituyentes del lodo en exceso procedente de la cuba de clarificación posterior y del lodo retirado del agua residual en la cuba de clarificación previa, son transformadas en un gas (metano). El nitrógeno contenido permanece en el lodo, en el que ahora se presenta una alta concentración de nitrógeno, que típicamente es de 500 a 2.000 mg/l. Este lodo que tiene un alto contenido de nitrógeno es aportado, después de la putrefacción del lodo en el recipiente de putrefacción, a una disposición destinada a la deshidratación del lodo, por ejemplo a una centrifugadora. La fase acuosa, después de la deshidratación del lodo, contiene el nitrógeno y tiene una temperatura de aproximadamente 25 a 39 °C. El agua con lodo caliente, que tiene un alto contenido de nitrógeno, es aportada a continuación a una cuba de desamonificación, mientras que el lodo, que ha sido separado del agua con lodo, es evacuado como desecho.

En la cuba de desamonificación, los compuestos nitrogenados (NH4, nitrógeno orgánico), que están contenidos en el agua con lodo, son transformados por desamonificación en nitrógeno elemental (N2) que sale en forma gaseosa al aire del medio ambiente. El lodo en exceso, que ha resultado al realizar la desamonificación, es a continuación aportado a un tratamiento del lodo.

La desamonificación es un procedimiento eficiente para la eliminación biológica de nitrógeno, en particular para la purificación de unas aguas residuales que tienen altas concentraciones de amonio. En la desamonificación biológica con una blomasa suspendida participan dos grupos de bacterias, por un lado las bacterias que oxidan al amonio aerobiamente (AOB), las cuales convierten químicamente al amonio en nitrito, y por otro lado las bacterias que producen nitrógeno elemental y que oxidan al amonio anaerobiamente (ANAMMOX), en particular Planctomicetos, que consuman esta etapa con ayuda del nitrito precedentemente producido.

Las bacterias que oxidan al amonio anaerobiamente (AOB) producen, referido al grado de conversión del material, 10 veces más cantidad de nueva masa bacteriana que las bacterias que oxidan al amonio anaerobiamente (ANAMMOX). El período de tiempo de permanencia del lodo en el sistema de tratamiento del lodo debe por lo tanto ser por lo menos tan largo que puedan enriquecerse las bacterias que oxidan al amonio anaerobiamente (ANAMMOX), las cuales crecen lentamente.

Frente a la nitrificación/desnitrificación, en el caso de la desamonificación solamente se necesita solamente la mitad del oxígeno o respectivamente se divide a la mitad el consumo de energía para la eliminación de nitrógeno. La desamonificación es un proceso autótrofo, en el que no se necesita nada de carbono orgánico. Por consiguiente, el restante proceso de purificación es más estable.

Unos procedimientos para la desamonificación biológica en una sola etapa o respectivamente en dos etapas ya son conocidos a partir de los documentos de solicitud de patente internacional WO 2007/033393 A1, de patente europea EP 0 327 184 B1 y de solicitud de patente internacional WO 00/05176 A1.

Se manifiestan como desventajosos en el caso de la desamonificación, en particular, los períodos de tiempo de generación, esencialmente más largos, de las bacterias que oxidan al amonio anaerobiamente (ANAMMOX), que son más largos en un factor de 10 a 15, que los de las bacterias que oxidan al amonio anaerobiamente (AOB). De esta manera se puede formar un sistema estable solamente cuando el período de tiempo de permanencia del lodo o respectivamente de las bacterias en la cuba sea suficientemente largo. Esto condiciona a su vez grandes volúmenes de reacción y unas cubas correspondientemente estructuradas.

Por lo demás, una temperatura suficientemente alta (> 25 °C) de las aguas residuales es una base para el crecimiento de las bacterias que oxidan al amonio anaerobiamente (ANAMMOX) a la escala técnica. El calentamiento del agua residual es, sin embargo, muy costoso desde el punto de vista energético, por lo cual los procedimientos descritos no se pueden emplear o respectivamente realizar de una manera rentable en el caso de unas aguas residuales a bajas temperaturas.

Además de ello, se manifiesta como desventajosa la presencia de aquellos grupos de bacterias que transforman al nitrito formado, en condiciones aerobias, en nitrato (NOB). Este grupo de bacterias tiene, en comparación con las bacterias que oxidan al amonio anaerobiamente (ANAMMOX), unos períodos de tiempo de generación más cortos por el factor 10.

Por los motivos mencionados, el uso de la desamonificación está restringido a unas corrientes de aguas residuales calientes, que al mismo tiempo tienen una alta concentración de nitrógeno. El uso de la desamonificación en el caso de aguas residuales frías con unas bajas concentraciones de nitrógeno, exigiría unos muy grandes volúmenes de reacción, que no son convenientes desde un punto de vista económico. Las instalaciones de nitrificación convencionales necesitan ya un volumen de las cubas, que típicamente debe de asegurar una edad del lodo de 15 a 20 días.... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la purificación biológica de un agua residual fría que contiene amonio, en particular entre 7 y 25 °C, en una cuba de aireación (3), en la que el amonio (NH4) contenido en el agua residual es convertido en el caso de una concentración de oxigeno previamente establecida, en nitrógeno elemental (N2), y un lodo de exceso que ha resultado al realizar la conversión química es aportado por lo menos parcialmente a una putrefacción del lodo, durante la cual las sustancias orgánicas constituyentes del lodo son transformadas en un gas, siendo aportado el lodo a continuación a una deshidratación del lodo y siendo aportada a continuación el agua con lodo con alto contenido de nitrógeno y caliente, separada del lodo, que tiene en particular una concentración de nitrógeno de 500 a 2.000 mg/l y una temperatura de aproximadamente 25 a 39 °C, a una cuba de desamonificación (18), en la cual los compuestos nitrogenados (NH4, nitrógeno orgánico) contenidos en el agua con lodo son transformados por desamonificación en nitrógeno elemental (N2), caracterizado por que un lodo en exceso, que ha resultado al realizar la desamonificación del agua con lodo, es aportado a la cuba de aireación (3), y en la cuba de aireación (3) se ajusta una baja concentración de nitrógeno, más pequeña que 1,0 mg/l, de manera tal que el amonio (NH4) contenido en el agua residual, es convertido químicamente en primer lugar, mediante unas bacterias que oxidan aerobiamente (AOB), en nitrito (N02), y a continuación, mediante unas bacterias que oxidan anaerobiamente (ANAMMOX), en particular Planctomicetos, el amonio (NH4) y el nitrito (N02) son convertidos químicamente en nitrógeno elemental (N2), siendo separado el lodo en exceso, que ha resultado en la cuba de aireación (3) al realizar esta desamonificación, antes de la aportación a la putrefacción del lodo, en una fase de lodo pesada, que contiene en su mayor parte las bacterias que oxidan al amonio (NH4) anaerobiamente (ANAMMOX) y en una fase de lodo ligera, siendo devuelta la fase de lodo pesada a la cuba de aireación (3) y siendo aportada la fase de lodo ligera como lodo en exceso a la putrefacción del lodo.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el agua con lodo purificada por desamonificación en la cuba de desamonificación (18), es aportada a la cuba de aireación (3) después de la separación del lodo.

3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que el lodo en exceso que ha resultado al realizar la desamonificación en la cuba de desamonificación (18) y el agua con lodo purificada se aportan en forma de una suspensión a la cuba de aireación (3).

4. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el agua residual, después de la desamonificación en la cuba de aireación (3), es aportada a una cuba de clarificación posterior (4), siendo devuelto el lodo que se sedimenta en la cuba de clarificación posterior (4) parcialmente como lodo de devolución a la cuba de aireación (3) y siendo aportado parcialmente como lodo en exceso a la putrefacción del lodo.

5. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el agua residual, antes de la introducción en la cuba de aireación (3) es purificada en una cuba de clarificación previa (2), y un lodo de clarificación previa, en común con el lodo en exceso procedente de la cuba de aireación (3) o de la cuba de clarificación posterior (4), es aportado a la putrefacción del lodo.

6. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la separación del lodo en exceso, que ha resultado a partir de la desamonificación del agua residual en la cuba de aireación (3), en una fase de lodo pesada y en una fase de lodo ligera, se lleva a cabo en un hldroclclón (10).

7. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la separación del lodo en exceso, que ha resultado a partir de la desamonificación del agua residual en la cuba de aireación (3), en una fase de lodo pesada y en una fase de lodo ligera, se lleva a cabo en una centrifugadora.

8. Procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la separación del lodo en exceso, que ha resultado a partir de la desamonificación del agua residual en la cuba de aireación (3), en una fase de lodo pesada y en una fase de lodo ligera, se efectúa por sedimentación.