PROCEDIMIENTO DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO AEROBIO DE AGUAS RESIDUALES EN REACTOR BIOLÓGICO DE MEMBRANA CON REUTILIZACIÓN DE LOS FANGOS DE DEPURADORA.

Un procedimiento de tratamiento biológico aerobio de aguas residuales en un reactor biológico de membrana con reutilización de los fangos de depuradora,

que comprende realizar pirólisis y activación de fangos de depuradora en presencia de nitrógeno y aire respectivamente, añadir el carbón activo obtenido en la etapa anterior a un reactor biológico de membrana y realizar el tratamiento biológico aerobio de aguas residuales, donde la pirólisis se realiza a una temperatura entre 450 y 800ºC durante un tiempo entre 0,3 y 0,7 horas y la activación se realiza a una temperatura entre 200 y 500ºC durante 0,5 y 2,5 horas.

PROCEDIMIENTO DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO AEROBIO DE AGUAS RESIDUALES EN REACTOR BIOLÓGICO DE MEMBRANA CON REUTILIZACIÓN

DE LOS FANGOS DE DEPURADORA

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención está relacionada con el tratamiento biológico aerobio del agua, agua residual o de alcantarilla utilizando membranas y al tratamiento de los fangos por pirólisis y activación con aire. En la presente invención, el tratamiento biológico del agua se realiza en reactores biológicos de membrana, a los que se ha añadido carbón activo obtenido a partir de fangos de depuradora.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el tratamiento biológico aerobio del agua se necesitan unidades de sedimentación para la separación de los fangos activos del agua tratada. Uno de los principales problemas de este tratamiento es el espacio requerido para su instalación. Otro de los aspectos negativos que podemos encontrar en los tratamientos aerobios es la excesiva producción de fango, residuo sólido que hay que gestionar adecuadamente.

Estos problemas han sido parcialmente solucionados con la utilización de reactores biológicos de membrana (MBR) , en los que se introduce una membrana en sistemas aerobios de mezcla completa. La filtración de la membrana permite separar la fase líquida de la sólida, obteniendo efluentes altamente depurados sin necesidad de un tanque complementario de clarificación. La excelente retención del fango en el reactor permite operar con un alto tiempo medio de residencia celular, lo que conduce a un mayor grado de especificidad de los microorganismos y una menor producción de biosólidos, reduciendo así los costes de gestión de los mismos.

Uno de los problemas más importantes de este tipo de reactores es el ensuciamiento de las membranas, causado principalmente por los productos solubles microbianos (PSM) .

Hasta el momento se han tomado diferentes medidas para controlar el ensuciamiento de las membranas. Se han desarrollado nuevos materiales para la fabricación de las membranas, ya que el ensuciamiento depende en parte de las características de la membrana (tamaño de poro, carga de la superficie, rugosidad, hidrofilicidad/hidrofobicidad, entre otras) . Se ha observado que el ensuciamiento depende en buena medida de la afinidad entre la membrana y las sustancias ensuciadoras, por lo que pueden seleccionarse materiales que retrasen el ensuciamiento teniendo en cuenta las características de las aguas residuales a tratar.

Las condiciones hidrodinámicas con las que se opera la membrana son de semejante importancia en el proceso de ensuciamiento. Variables como la intensidad de aeración, tamaño de burbuja, configuración modular de las membranas y la concentración de sólidos en suspensión en el licor mezcla determinan en gran medida el desarrollo del ensuciamiento. A pesar de que la aeración es el método de control del ensuciamiento más extendido, su elevado coste hace necesario la reducción de la demanda de aeración para mejorar la eficiencia del sistema. Además, aunque la aeración reduce la fijación del fango en la membrana, una elevada inyección de aire puede romper los flóculos y liberar PSM al medio, lo que incrementa la concentración de solutos y partículas coloidales, acelerando así el ensuciamiento.

La utilización de control químico para controlar el ensuciamiento de las membranas ha obtenido buenos resultados utilizando sustancias coagulantes y materiales adsorbentes en el sistema biológico. Los polímeros catiónicos son idóneos para disminuir el ensuciamiento en sistemas MBR debido a su elevada estabilidad. Estos coagulantes poliméricos mejoran significativamente la filtrabilidad del fango en suspensión, aunque en dosis elevadas provocan la re-estabilización coloidal. La modificación de dichos polímeros permite mejorar el flujo de permeado mediante la retención de PSM entre los flóculos microbianos. La adición de sustancias para el control del ensuciamiento permite reducir los requerimientos de aeración hasta un 50 %, lo que conduce a una reducción notable del coste de operación. Sin embargo, en algunos casos el metabolismo de la comunidad microbiana puede verse afectado por la presencia de estos coagulantes.

La utilización de sustancias inocuas que puedan actuar como soportes para el crecimiento microbiano y como adsorbentes de sustancias ensuciadoras y recalcitrantes es una alternativa a los procedimientos anteriormente descritos. El carbón activo tiene una alta capacidad de adsorción debido a su elevada superficie.

Sin embargo, debido al elevado precio del carbón activo comercial, su empleo cómo técnica de descontaminación es limitado.

Por tanto, el problema que plantea la técnica es obtener un procedimiento más económico para realizar el tratamiento biológico aerobio de aguas residuales en reactores biológicos de membrana con control químico de ensuciamiento. La solución que propone la presente invención utiliza un reactor biológico de membrana que contiene carbón activo obtenido a partir de fango de depuradora. Este carbón activo tiene una capacidad de adsorción de compuestos ensuciadores similar a la alcanzada con carbón activo comercial a un coste entre 6 y 8 veces menor.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención es un procedimiento de tratamiento biológico aerobio de aguas residuales en un reactor biológico de membrana con reutilización de los fangos de depuradora, en adelante procedimiento de la invención, que comprende:

(a) realizar pirólisis y activación de fangos de depuradora en presencia de nitrógeno y aire respectivamente,

(b) añadir el carbón activo obtenido en la etapa (a) a un reactor biológico de membrana y

(c) realizar el tratamiento biológico aerobio de aguas residuales.

En el procedimiento de la invención se añade carbón activo obtenido a partir de fangos de depuradora (en inglés, sewage sludge-based adsorbents, SSBA) a bajo coste. Este material se mantiene en suspensión en el licor mezcla gracias a la velocidad ascensional generada con el sistema de aeración con el que cuenta el reactor biológico en su base. La doble función de dicho material como soporte para el crecimiento microbiano y como adsorbente tanto de sustancias ensuciadoras como de compuestos recalcitrantes confiere al procedimiento de la invención las siguientes ventajas sobre otros procedimientos que utilizan reactores biológicos de membrana:

-Menor generación de biomasa

-Reduce el ensuciamiento de las membranas

-Efluentes con una mayor calidad

-Mayor estabilidad -Reduce el coste de operación -Supone una vía de valorización de los fangos de depuradora

La mejora de la filtrabilidad del fango en el reactor biológico de membrana híbrido permite reducir los costes de operación haciéndolos competitivos para la obtención de agua regenerada. La preparación de materiales carbonosos a partir de fangos de depuradora permite la valorización de dicho residuo, obteniendo materiales con una capacidad de adsorción de compuestos ensuciadores similar a la alcanzada con carbón activo comercial a un coste entre 6 y 8 veces menor.

El procedimiento de la invención ofrece una alternativa ambientalmente segura que permite retener compuestos ensuciadores de las membranas, mejorar la filtrabilidad del licor mezcla y suavizar las condiciones de operación del biorreactor, lo que conduce a una reducción de los costes de operación, permitiendo la valorización de fangos de depuradora.

Una realización particular es el procedimiento de la invención, donde en la etapa (a) la pirólisis se realiza a una temperatura entre 450 y 800ºC durante un tiempo entre 0, 3 y 0, 7 horas y la activación se realiza a una temperatura entre 200 y 500ºC durante 0, 5 y 2, 5 horas.

Otra realización particular es el procedimiento de la invención, donde en la etapa (a) la pirólisis se realiza a una temperatura de 750ºC durante 0, 5 horas y la activación se realiza a una temperatura de 400ºC durante 2 horas.

Otra realización particular es el procedimiento de la invención, donde en la etapa (b) el carbón activo se añade en polvo a una concentración entre 0, 5 y 2, 5 g/L. De forma preferible, dicha concentración es 1g/L.

Otra realización particular es el procedimiento de la invención, en que se mantiene una aeración constante.

Otra realización particular es el procedimiento de la invención, donde la demanda específica de aire es entre 0, 3 y 1, 5 m3/m2·h. De forma preferible, dicha demanda específica de aire es 1, 0 m3/m2·h.

Otra realización particular es el procedimiento de la invención, en que se mantiene una filtración constante.

Otra realización particular...

1. Un procedimiento de tratamiento biológico aerobio de aguas residuales en un reactor biológico de membrana con reutilización de los fangos de depuradora, que comprende:

(a) realizar pirólisis y activación de fangos de depuradora en presencia de nitrógeno y aire respectivamente,

(b) añadir el carbón activo obtenido en la etapa (a) a un reactor biológico de membrana y

(c) realizar el tratamiento biológico aerobio de aguas residuales.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que en la etapa (a) la pirólisis se realiza a una temperatura entre 450 y 800ºC durante un tiempo entre 0, 3 y 0, 7 horas y la activación se realiza a una temperatura entre 200 y 500ºC durante 0, 5 y 2, 5 horas.

3. El procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que en la etapa (a) la pirólisis se realiza a una temperatura de 750ºC durante 0, 5 horas y la activación se realiza a una temperatura de 400ºC durante 2 horas.

4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que en la etapa (b) el carbón activo se añade en polvo a una concentración entre 0, 5 y 2, 5 g/L.

5. El procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que dicha concentración es 1g/L.

6. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que se mantiene una aeración constante o intermitente.

7. El procedimiento según cualquier de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la demanda específica de aire es entre 0, 3 y 1, 5 m3/m2·h.

8. El procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que dicha demanda específica de aire es 1, 0 m3/m2·h.

9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que se mantiene una filtración constante.

10. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que el flujo de permeado es entre 2 y 18 L/m2·h.

11. El procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado por que dicho flujo de permeado es 8 L/m2·h.

PTM (kPa)

Flujo de permeado (L/m2·h)

15 12 9 6 3 0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Tiempo (h)

Fig. 1

Flujo (LMH)

Fig. 2