PROCEDIMIENTO PARA EL TRATAMIENTO MICROBIOLÓGICO AEROBIO DE AGUAS RESIDUALES.

Procedimiento para el tratamiento microbiológico aerobio de aguas residuales,

que comprende los pasos de procedimiento siguientes: - el agua residual que se debe tratar es distribuida en la parte superior de un volumen de reacción abierto hacia arriba, casi exento de presión, y corre de arriba abajo a través de una carga no situada debajo del agua, constituida por un material de soporte de crecimiento de grano fino para microorganismos con una densidad < 0,1 g/cm3 y un tamaño de grano < 15 mm, - después del paso por el material de soporte se captura el agua residual en un depósito y se la pone de nuevo parcialmente en circulación de arriba abajo a través de la carga de material de soporte, - al mismo tiempo, se atraviesa de abajo arriba la carga de material de soporte, en dirección contraria al agua residual corriente, con un caudal de aire artificialmente generado de < 100 m3/m2 x h, - a intervalos determinados tiene lugar una regeneración en la que la carga de material de soporte es recorrida de abajo arriba, en dirección contraria al flujo de circulación de agua residual corriente, con un caudal de un fuerte aire artificialmente generado de más de 150 m3/m2 x h y una presión de más de 20 milibares/m de altura de la carga de material de soporte y es así turbulizada hasta que se desprenden por abrasión una parte de la biomasa adherida entre las distintas partículas de soporte y una parte de los sólidos finos separados por filtración del agua residual, - se alimenta el caudal de fuerte aire durante la regeneración en un régimen de varias ráfagas de corta duración, - a continuación, se interrumpen el caudal de fuerte aire y la circulación de agua y se recoge y se retira del sistema el material regenerado de agua residual y biomasa separada por abrasión que sale seguidamente de la carga de material de soporte

Procedimiento para el tratamiento microbiológico aerobio de aguas residuales.

La invención concierne a un procedimiento para el tratamiento microbiológico aerobio de aguas residuales de municipios, la industria, la agricultura y las empresas de eliminación de residuos. Con este procedimiento se pueden reducir tanto las cargas CSB y BSB (cargas de demanda bioquímica de oxígeno y de demanda química de oxígeno) como la concentración de nitrógeno de amonio de un agua residual antes de entregarla a la canalización, antes de introducirla en la zanja de desagüe o antes de una utilización múltiple.

La mayor parte de los compuestos orgánicos son convertidos completamente por microorganismos aerobios de origen natural, con absorción de oxígeno, en dióxido de carbono y agua, así como sustancia celular. Dado que este proceso se desarrolla naturalmente y puede realizarse con un coste relativamente pequeño, se han desarrollado muy fuertemente en los últimos dos decenios tecnologías para el tratamiento biológico aerobio de aguas residuales. Los más altos rendimientos de degradación volumétrica se consiguen con modernos procedimientos biológicos aerobios que trabajan con materiales de soporte especiales de grano fino para el crecimiento de la biomasa en alta concentración. En marcado contraste con la pequeña solubilidad de oxígeno en agua, que asciende solamente a 10 mg/l a 15ºC, se encuentra la altísima demanda de oxígeno de aguas residuales de la industria y otros campos, la cual, en función del sector y del grado de ensuciamiento, está frecuentemente dentro del intervalo comprendido entre 1000 y 10000 miligramos por litro.

En casi todas las tecnologías aerobias de tratamiento de aguas residuales los microorganismos, que se presentan libremente suspendidos en agua o inmovilizados en un material de soporte de crecimiento, se mantienen dentro de una masa de agua cerrada. Por este motivo, el reabastecimiento continuamente necesario de oxígeno tiene que efectuarse en contra de la presión de la columna de agua y requiere un gran coste. Además, se hace perceptible como desfavorable el hecho de que el contenido de oxígeno del agua disminuye aún más al aumentar la temperatura. A una temperatura entre 30 y 40ºC, como la que se presenta frecuentemente en la industria, existe una contradicción especialmente grande entre la bioactividad óptima en esta zona y la disponibilidad de oxígeno. Las condiciones citadas conducen, especialmente en el tratamiento de aguas orgánicamente aún contaminadas y biológicamente bien degradables, a una complejidad creciente de la construcción de los reactores y a altos costes para la aireación continua. En muchas tecnologías el rendimiento de degradación viene limitado por una aireación no suficiente o una deficiencia de oxígeno de los microorganismos.

En condiciones iguales, el contenido de oxígeno del aire es aproximadamente 30 veces mayor que el del agua. Dado que, además, el transporte del oxígeno se realiza de manera sensiblemente más rápida en la fase gaseosa que en la fase líquida, es favorable que los microorganismos inmovilizados en un material de soporte de crecimiento no se mantengan dentro de una masa de agua cerrada, sino que el oxígeno necesario para el proceso biológico aerobio sea aportado directamente en forma de aire ambiente a la biomasa rodeada solamente con una película de líquido. Este principio se materializa tanto con el hecho bacteriano ya conocido desde hace bastante tiempo como con el más reciente reactor de flujo de riego. En ambas tecnologías el material de soporte no se presenta dentro de una masa de agua cerrada, sino que es regado por el agua residual que se debe tratar.

En un procedimiento de lecho bacteriano se suministra el agua residual a tratar a través de una carga de cuerpos de relleno en la que penetra aire exterior por la acción de succión natural que entonces se produce. Los lechos bacterianos se hacen funcionar con un rendimiento de degradación relativamente pequeño sin regeneración del material de soporte. El volumen de poros entre los distintos elementos y dentro de los cuerpos de relleno es tan grande que se desprenden por sí solas algunas partes de biocésped y se mantiene una baja concentración de biomasa. Después de experiencias de largos años se utilizan hoy en día a escala internacional unos cuerpos de rellenos irregulares con un tamaño individual comprendido entre 40 y 80 mm o unos elementos de relleno de plástico regularmente conformados con un volumen de huecos de hasta 95% (documento DE 32 05 299 A1). La ventaja del procedimiento del lecho bacteriano reside en la aireación natural, que no requiere un coste adicional. Sin embargo, el inconveniente decisivo resulta de la pequeña concentración de biomasa en proporción a la de biorreactores modernos y del pequeño rendimiento de degradación resultante de ello o del volumen grande de la instalación. Otro inconveniente consiste en que no tiene lugar una regeneración definida del material de soporte, sino que la biomasa se desprende continuamente por sí sola y, por tanto, llega continuamente al agua pura.

En el documento DE 31 23 155 A1 se describe un procedimiento para la depuración biológica anaerobia o aerobia de aguas residuales en una instalación de lecho bacteriano. Para la regeneración, se llena el volumen del reactor total o parcialmente con agua. En el fondo del recipiente puede añadirse adicionalmente gas a la zona represada. El movimiento de los cuerpos de relleno forzado por la elevación del nivel de agua deberá conducir a una abrasión de la biomasa. El insuflado adicional de aire en la zona represada de material de soporte deberá conducir a una turbulización adicional de los soportes represados. Es desventajoso aquí el hecho de que el recipiente de reacción tiene que diseñarse para el llenado parcial con agua de lavado. Son necesarios un recipiente adicional y equipos adicionales para la habilitación de agua de lavado, la aportación al recipiente de reacción y la extracción desde el recipiente de reacción con costes adicionales. El gas añadido tiene que ser proporcionado con una presión más alta que la presión de la columna de agua en el recipiente de reacción.

Para la regulación de la cantidad de afluencia se describe en el documento DE 195 11 159 C1 una conducción en circuito cerrado desde el sumidero de un reactor de lecho fluidizado.

El documento GB 1 469 178 A describe un procedimiento para la depuración biológica de aguas residuales, en el que se efectúa en un proceso de dos etapas el gaseado de la primera etapa del proceso en una torre de lecho bacteriano con el aire de salida de la segunda etapa del proceso proveniente de un estanque de activación.

En el documento EP 1 153 891 A1 se describe un procedimiento para la eliminación biológica y/o física de constituyentes no deseados del agua por medio de un reactor inundado de biopelícula. El reactor posee una construcción de fondo especial que, referido a su superficie de base, le solicita de manera segmentada con agua y aire para fines de retrolavado.

En la tecnología de flujo de riego no está tampoco represada la carga de material de soporte y ésta es atravesada por el agua residual que se debe tratar. En contraste con el lecho bacteriano, se trabaja según el documento EP 0 667 319 B1 con una aireación forzada natural y con un material de soporte de crecimiento que tiene un tamaño de grano inferior a 10 mm. La ventaja de este procedimiento frente a la tecnología del lecho bacteriano reside en que con la mayor superficie del material de soporte y la aireación artificial adicional se puede ajustar una concentración de microorganismos más alta con un mayor rendimiento de degradación volumétrica.

Dado que la degradación biológica de los compuestos disueltos en el agua residual para obtener dióxido de carbono y agua depende directamente del crecimiento de los microorganismos, se forma continuamente, de manera proporcional a la bioactividad, una biomasa excedentaria. Por este motivo, la dificultad decisiva de este procedimiento es la circunstancia de que, en el caso de una carga de un tamaño de grano tan pequeño, son pequeños los espacios entre los distintos elementos y estos se rellenan en breve tiempo con biomasa retoñada y con finas partículas sólidas contenidas en el agua residual. Se dificulta así el libre paso, a contracorriente, del agua residual de arriba abajo y del aire necesario para la respiración de los contaminantes y se reduce significativamente el rendimiento de degradación biológica.

Según el documento EP 0 667 319 B1, se deberá garantizar el funcionamiento...

1. Procedimiento para el tratamiento microbiológico aerobio de aguas residuales, que comprende los pasos de procedimiento siguientes:

- el agua residual que se debe tratar es distribuida en la parte superior de un volumen de reacción abierto hacia arriba, casi exento de presión, y corre de arriba abajo a través de una carga no situada debajo del agua, constituida por un material de soporte de crecimiento de grano fino para microorganismos con una densidad < 0,1 g/cm³ y un tamaño de grano < 15 mm,

- después del paso por el material de soporte se captura el agua residual en un depósito y se la pone de nuevo parcialmente en circulación de arriba abajo a través de la carga de material de soporte,

- al mismo tiempo, se atraviesa de abajo arriba la carga de material de soporte, en dirección contraria al agua residual corriente, con un caudal de aire artificialmente generado de < 100 m³/m² x h,

- a intervalos determinados tiene lugar una regeneración en la que la carga de material de soporte es recorrida de abajo arriba, en dirección contraria al flujo de circulación de agua residual corriente, con un caudal de un fuerte aire artificialmente generado de más de 150 m³/m² x h y una presión de más de 20 milibares/m de altura de la carga de material de soporte y es así turbulizada hasta que se desprenden por abrasión una parte de la biomasa adherida entre las distintas partículas de soporte y una parte de los sólidos finos separados por filtración del agua residual,

- se alimenta el caudal de fuerte aire durante la regeneración en un régimen de varias ráfagas de corta duración,

- a continuación, se interrumpen el caudal de fuerte aire y la circulación de agua y se recoge y se retira del sistema el material regenerado de agua residual y biomasa separada por abrasión que sale seguidamente de la carga de material de soporte.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el caudal de aire durante el tratamiento continuo de agua residual está en el intervalo comprendido entre 20 y 100 m³/m² x h.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el caudal de fuerte aire durante la regeneración se ajusta entre 150 - 1000 m³/m² x h y con una presión entre 20 - 200 milibares por metro de altura de la carga de material de soporte.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la velocidad resultante de la alimentación continua de agua residual y de la conducción adicional en circuito cerrado para el agua residual que corre de arriba abajo está en el intervalo comprendido entre 3-15 m³/m² x h.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la carga de material de soporte consiste en poliestireno espumado en forma de bolas.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque, después de la operación de regeneración y la subsiguiente retirada del material regenerado, se llena nuevamente el depósito y se emplea para ello agua residual tratada que se ha acumulado durante el tratamiento continuo de agua residual.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se pone en marcha automáticamente la regeneración por efecto del aumento de la presión por debajo de la carga de material de soporte.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque durante la regeneración se desconecta la alimentación de agua residual sin tratar al volumen de reacción y se desconecta también la salida correspondiente de agua residual tratada desde el volumen de reacción.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la carga de material de soporte flota en la superficie de la masa de agua.