Sistema y procedimiento de depuración de aguas residuales.

Sistema de depuración de aguas residuales que comprende un bloque compacto que a su vez comprende al menos tres columnas de depuración (1,

2, 3) de aguas: una primera columna de depuración (1), que comprende un primer material de relleno (4); una segunda columna de depuración (2), que comprende un segundo material de relleno (5); una tercera columna de depuración (3), que comprende un tercer material de relleno (6); donde el segundo material de relleno (5) está constituido por una resina catiónica y el tercer material de relleno (6) está constituido por una resina aniónica, y donde el primer material de relleno (4) está seleccionado entre: sepiolita; zeolita; arcilla; carbón activo, y; una combinación de los anteriores.

Sistema y procedimiento de depuración de aguas residuales

Objeto de la invención 5

La presente invención se refiere a un sistema y a un procedimiento de depuración de aguas residuales, especialmente indicado para el tratamiento terciario de lixiviados con alta carga orgánica y alto contenido en nitratos y cationes metálicos. El sistema y el procedimiento se basan en la combinación conjunta de columnas de sepiolita y resinas aniónicas y catiónicas, 10 embutidas en un lecho filtrante de arena y grava tipo sándwich.

Tiene especial aplicación en la industria dedicada al diseño, fabricación y comercialización de equipos de depuración de aguas residuales, y en cualquier industria cuya actividad lleve implícita la limpieza y eliminación de residuos de aguas residuales. 15

Antecedentes de la invención

El tratamiento de lixiviados se puede realizar con bastante éxito en instalaciones adecuadas (EDARs urbanas, MBR, técnicas de membranas, etc.) , sin embargo, la alta carga de materia 20 orgánica, la importante presencia de metales pesados que pueden actuar como inhibidores de los procesos biológicos, así como la elevada presencia de nitrógeno en diferentes formas, formando parte de compuestos orgánicos, amonio y nitratos, hace que, aún siendo buenos los rendimientos finales, los parámetros químicos que caracterizan el efluente son superiores a los que marca la normativa para su vertido a cauce público. Por todo ello se aconseja la 25 introducción de un tratamiento terciario. El sistema propuesto se instala de manera sencilla, es transportable y de fácil manejo, además de acarrear un bajo coste de inversión y de explotación.

Es sobradamente conocida la bondad de los procesos de intercambio iónico que tienen las 30 resinas, de igual manera que ciertas arcillas tienen un gran poder de adsorción.

Sin embargo, no hay constancia de la utilización conjunta de resinas y arcillas como tratamiento terciario.

Dentro de los minerales de la arcilla, es la sepiolita la que alcanza un mayor uso industrial como adsorbente. La sepiolita pertenece al grupo de los minerales fibrosos de la arcilla, en concreto el grupo de la paligorskita, cuya característica estructural es estar formada por silicatos de magnesio con estructura en fibras constituidas por 6 unidades de tetraedros y octaedros (TOT) que dan lugar a canales paralelos a la fibra. Las fibras de este mineral son 40 micrométricas de longitud y nanométricas de sección apareciendo frecuentemente agrupadas, de manera que es difícil precisar cuál es el tamaño de los cristales individuales. Se caracteriza, principalmente por: a) tener un extremadamente pequeño tamaño de partícula (inferior a 2 µm) , b) una morfología en fibras constituyendo láminas y c) por la presencia de sustituciones isomórficas, que dan lugar a la aparición de carga superficial negativa en las láminas, así como 45 a la presencia de cationes débilmente ligados en el espacio interlaminar que compensan la carga total del mineral. Presentan una enorme área superficial debido tanto al pequeño tamaño de partícula como a la porosidad que presenta su estructura. La superficie específica teórica se calcula alrededor de los 900 m2 g-1, aunque la superficie accesible es muy inferior (100-240 m2 g-1) . Gracias a sus canales estructurales tiene un gran poder de absorción. Su gran capacidad 50 de absorción la convierte en un elemento importante para retener partículas de materia orgánica y sólidos en suspensión. También presenta, en menor medida, cierta capacidad de adsorción, con una capacidad de intercambio catiónico de 20-35 cmol kg-1.

Su uso principal es como absorbente para lechos de animales y suelos; soporte en aerosoles y aerogeles para pesticidas y fertilizantes; por sus propiedades adsorbentes, en la purificación de productos de la industria del petróleo o del azúcar; en procesos de filtración, floculación y clarificación, etc.

Las arenas y las gravas, al ser forzada el agua a tratar mediante su bombeo, a pasar a su través, son capaces de reducir la velocidad y evitar la remoción del relleno de las columnas de depuración. La arena es de naturaleza silícea.

La arena es un conjunto de partículas de roca disgregada de tamaño variable (0, 06-2 mm) . La 10 norma DIN 4022 distingue, en cuanto a su granulometría, arena fina (0, 06-0, 2 mm) , media (0, 2-0, 6 mm) y gruesa (0, 6-2 mm) . Tiene múltiples usos en diferentes procesos de fabricación, es un componente del hormigón y tiene aplicaciones como material filtrante en plantas de tratamiento de aguas.

La grava es un árido de naturaleza pétrea de tamaño variable (> 2 mm) . La norma DIN 4022 distingue, en cuanto a su granulometría, grava fina (2-6 mm) , media (6-20 mm) y gruesa (20-60 mm) . Su uso principal es como árido en la fabricación de hormigones, revestimiento protector en cubiertas planas no transitables, y como material filtrante en soleras y/o drenajes.

Las resinas sintéticas son polímeros formados a partir de la condensación del estireno y del divinil-benceno. Estas resinas tratadas de forma que se introduzcan en su estructura los grupos funcionales adecuados, y son capaces de remover cationes y aniones disueltos en el agua. El proceso de fabricación consiste en la mezcla de estireno y divinil-benceno, y, al agregar peróxido de benzoilo y agitar la mezcla a alta velocidad, se forman un gran número de 25 pequeñas esferas de alrededor de un milímetro de diámetro en promedio, las cuales son insolubles en agua.

Estas esferas son tratadas posteriormente para conseguir la incorporación a su estructura de grupos funcionales específicos, que actuarán como sitios activos de intercambio de cationes o 30 aniones, según sea la carga de estos grupos funcionales introducidos en la resina.

Así, para producir una resina catiónica se trata la resina obtenida de la co-polimerización del estireno con el divinil-benceno, con ácido sulfónico o alguno de sus derivados, lo cual produce la incorporación de estos grupos sulfónicos cargados negativamente, en la superficie del 35 polímero R-HSO3- (R representa un grupo funcional alquilo) .

Una resina aniónica se produce a partir del mismo co-polímero empleado en resinas catiónicas, pero la activación superficial se hace por clorometilación seguido de una aminación del polímero. El resultado es la incorporación de grupos amino superficiales R3-N+, los cuales están 40 cargados positivamente y son susceptibles de retener aniones solubles mediante reacciones de intercambio iónico.

Una vez saturada la capacidad de intercambio iónico de las resinas hay que proceder a su regeneración. Ésta se inicia con un enjuague, retro-lavado o contra-lavado, con agua, de abajo 45 a arriba a través de las columnas de depuración, para evitar la compactación de la resina y facilitar su redistribución. Posteriormente se realiza su regeneración con ácido clorhídrico o hidróxido sódico según se trate de resinas catiónicas o aniónicas respectivamente.

Descripción de la invención 50

La presente invención se refiere a un sistema y a un procedimiento de depuración de aguas residuales.

El sistema de depuración de aguas residuales comprende un bloque compacto que a su vez comprende al menos tres columnas de depuración de aguas:

una primera columna de depuración, que comprende un primer material de relleno; 5

una segunda columna de depuración, que comprende un segundo material de relleno;

una tercera columna de depuración, que comprende un tercer material de 10 relleno;

donde el segundo material de relleno está constituido por una resina catiónica y el tercer material de relleno está constituido por una resina aniónica, y donde el primer material de relleno está seleccionado entre: 15

sepiolita;

zeolita;

arcilla;

carbón activo;

una combinación de los anteriores. 20

En una realización preferente, cada columna de depuración comprende en cada uno de sus extremos una estructura tipo sándwich que comprende al menos dos placas agujereadas rígidas y espaciadas entre sí, donde cada placa agujereada comprende una malla de filtrado superpuesta, y donde el espacio entre las placas agujereadas está relleno de al menos un 25 cuarto material de relleno.

El cuarto material de relleno está seleccionado entre:

a. arena; 30

b. grava;

c. una combinación de los anteriores.

Las columnas de depuración están interconectadas entre sí por medio de un juego de tuberías y válvulas que permiten a las aguas residuales recorrer en serie y/o en paralelo, y en cualquier 35 dirección (de arriba abajo o de abajo a arriba) , cualquier combinación... [Seguir leyendo]

1. Sistema de depuración de aguas residuales caracterizado por que comprende un bloque compacto que a su vez comprende al menos tres columnas de depuración (1, 2, 3) de aguas: 5

una primera columna de depuración (1) , que comprende un primer material de relleno (4) ;

una segunda columna de depuración (2) , que comprende un segundo material 10 de relleno (5) ;

una tercera columna de depuración (3) , que comprende un tercer material de relleno (6) ;

donde el segundo material de relleno (5) está constituido por una resina catiónica y el tercer material de relleno (6) está constituido por una resina aniónica, y donde el primer material de relleno (4) está seleccionado entre:

sepiolita;

zeolita; 20

arcilla;

carbón activo;

una combinación de los anteriores.

2. Sistema de depuración de aguas residuales según la reivindicación 1, caracterizado 25 por que cada columna de depuración (1, 2, 3) comprende en cada uno de sus extremos (10, 11) una estructura tipo sándwich que comprende al menos dos placas agujereadas (8) rígidas y espaciadas entre sí, donde cada placa agujereada (8) comprende una malla (9) de filtrado superpuesta, y donde el espacio entre las placas agujereadas (8) está relleno de al menos un cuarto material de relleno (7) . 30

3. Sistema de depuración de aguas residuales según la reivindicación 2, caracterizado por que el cuarto material de relleno (7) está seleccionado entre:

a. arena; 35

b. grava;

c. una combinación de los anteriores.

4. Sistema de depuración de aguas residuales según la reivindicación 1, caracterizado por que las columnas de depuración (1, 2, 3) están interconectadas entre sí por medio 40 de un juego de tuberías y válvulas que permiten a las aguas residuales recorrer en serie y en paralelo, y en cualquier dirección, cualquier combinación de las columnas de depuración (1, 2, 3) de aguas.

5. Sistema de depuración de aguas residuales según la reivindicación 4, caracterizado 45 porque:

d) cada columna de depuración (1, 2, 3) :

está conectada por un primer extremo (10) de dicha columna de depuración (1, 50 2, 3) , y a través de una primera tubería de conexión (12) de dicha columna de depuración (1, 2, 3) , a una primera tubería de aporte/recolección de aguas (15) ;

está conectada por un segundo extremo (11) de dicha columna de depuración (1, 2, 3) , y a través de una segunda tubería de conexión (13) de dicha columna de depuración (1, 2, 3) , a una segunda tubería de aporte/recolección de aguas (16) , donde cada segunda tubería de conexión (13) está dotada de una válvula de interconexión (18) en el punto de conexión con el segundo extremo (11) de su 5 respectiva columna de depuración (1, 2, 3) ;

e) una tubería de alimentación de aguas residuales (14) está conectada, a través de una segunda válvula general de alimentación (20) , a la primera tubería de conexión (12) de la primera columna de depuración (1) ; 10

f) la segunda tubería de aporte/recolección de aguas (16) residuales está conectada, por medio de una válvula de enjuague (31) , a la tubería de alimentación de aguas residuales (14) .

6. Sistema de depuración de aguas residuales según la reivindicación 5, caracterizado por que la tubería de alimentación de aguas residuales (14) comprende una primera válvula general de alimentación (19) , una válvula reguladora de caudal (33) y una bomba de alimentación (34) , previamente a la segunda válvula general de alimentación (20) . 20

7. Sistema de depuración de aguas residuales según la reivindicación 5, caracterizado por que una tubería auxiliar (17) se conecta, a través de una válvula auxiliar (32) , con la tubería de alimentación de aguas residuales (14) .

8. Sistema de depuración de aguas residuales según la reivindicación 5, caracterizado por que el enlace de la primera tubería de conexión (12) correspondiente a la primera columna de depuración (1) con la primera tubería de aporte/recolección de aguas (15) residuales se realiza a través de una primera válvula de bloqueo (21) , posicionada entre dicha primera tubería de aporte/recolección de aguas (15) residuales y el punto de 30 enlace de la tubería de alimentación de aguas residuales (14) con dicha primera tubería de conexión (12) correspondiente a la primera columna de depuración (1) .

9. Sistema de depuración de aguas residuales según la reivindicación 5, caracterizado por que las segundas tuberías de conexión (13) correspondientes con la primera 35 columna de depuración (1) y con la segunda columna de depuración (2) están enlazadas con la primera tubería de aporte/recolección de aguas (15) residuales.

10. Sistema de depuración de aguas residuales según la reivindicación 9, caracterizado por que las segundas tuberías de conexión (13) correspondientes con la primera 40 columna de depuración (1) y con la segunda columna de depuración (2) comprenden respectivamente una novena válvula de bloqueo (29) y una décima válvula de bloqueo (30) , localizadas en una posición intermedia entre los puntos de enlace de dichas segundas tuberías de conexión (13) con la primera tubería de aporte/recolección de aguas (15) y con la segunda tubería de aporte/recolección de aguas (16) . 45

11. Sistema de depuración de aguas residuales según la reivindicación 9, caracterizado por que la primera tubería de aporte/recolección de aguas (15) residuales comprende:

una segunda válvula de bloqueo (22) y una tercera válvula de bloqueo (23) , 50 situadas respectivamente aguas arriba y aguas abajo del punto de conexión entre dicha primera tubería de aporte/recolección de aguas (15) residuales y la segunda tubería de conexión (13) correspondiente con la primera columna de depuración (1) ;

una cuarta válvula de bloqueo (24) y una quinta válvula de bloqueo (25) , situadas respectivamente aguas arriba y aguas abajo del punto de conexión entre dicha primera tubería de aporte/recolección de aguas (15) residuales y la segunda tubería de conexión (13) correspondiente con la segunda columna de 5 depuración (2) .

12. Sistema de depuración de aguas residuales según la reivindicación 5, caracterizado por que la segunda tubería de aporte/recolección de aguas (16) residuales comprende:

una sexta válvula de bloqueo (26) , situada entre los puntos de enlace entre dicha segunda tubería de aporte/recolección de aguas (16) residuales y las segundas tuberías de conexión (13) correspondientes con la primera columna de depuración (1) y con la segunda columna de depuración (2) ;

una séptima válvula de bloqueo (27) y una octava válvula de bloqueo (28) , situadas respectivamente aguas arriba y aguas abajo del punto de enlace entre dicha segunda tubería de aporte/recolección de aguas (16) residuales y la segunda tubería de conexión (13) correspondiente con la tercera columna de depuración (3) . 20

13. Sistema de depuración de aguas residuales según la reivindicación 1, caracterizado por que las columnas de depuración (1, 2, 3) son desmontables, permitiendo su apertura y sustitución del material de relleno (4, 5, 6, 7) de cada columna de depuración (1, 2, 3) . 25

14. Procedimiento de depuración de aguas residuales caracterizado por que comprende circular el agua residual a través de, al menos, una primera columna de depuración (1) , una segunda columna de depuración (2) y una tercera columna de depuración (3) , donde: 30

a) el paso del agua a través de un primer material de relleno (4) comprendido en la primera columna de depuración (1) , produce la eliminación de partículas de materia orgánica y sólidos en suspensión,

donde dicho primer material de relleno (4) está seleccionado entre:

sepiolita;

zeolita; 40

arcilla;

carbón activo;

una combinación de los anteriores;

b) el paso del agua a través de una resina catiónica comprendida en la segunda columna de depuración (2) , produce la eliminación de cationes del agua residual;

c) el paso del agua a través de una resina aniónica comprendida en la tercera columna de depuración (3) produce la eliminación de aniones del agua residual;

donde adicionalmente:

el paso del agua residual por un cuarto material de relleno (7) comprendido en una estructura tipo sándwich en los extremos (10, 11) de las columnas de depuración (1, 2, 3) , reduce la velocidad del agua y 5 permite la retención en dicho cuarto material de relleno (7) de sólidos en suspensión, donde dicho cuarto material de relleno (7) está seleccionado entre:

o arena;

o grava 10

o una combinación de los anteriores;

unas placas agujereadas (8) que comprenden mallas (9) de filtrado evitan la pérdida y corrimiento de material de relleno (4, 5, 6, 7) de las columnas de depuración (1, 2, 3) . 15

15. Procedimiento de depuración de aguas residuales según la reivindicación 14, caracterizado por que comprende una etapa de enjuague de cada columna de depuración (1, 2, 3) , para regeneración de los materiales de relleno (4, 5, 6, 7) comprendidos en las columnas de depuración (1, 2, 3) , donde dicha etapa de enjuague 20 comprende circular agua por cada columna de depuración (1, 2, 3) , en sentido inverso al sentido de depuración de aguas residuales, y de manera independiente para cada columna de depuración (1, 2, 3) , de manera que el agua que se utiliza para enjuagar una columna de depuración (1, 2, 3) , no se re-utiliza para enjuagar las demás columnas de depuración (1, 2, 3) . 25