ES2202278T3 - Procedimiento y dispositivo para la purificacion de agua. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para la purificacion de agua.

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Abstract

Procedimiento para la purificación de agua residual en el que el agua residual (6) que va ser purificada es purificada biológicamente y la descarga (12) es sometida a una filtración por membrana de extremo muerto (2), en la que las partículas sólidas retenidas son eliminadas por lavado a contracorriente, caracterizado porque la purificación biológica se produce en una etapa de cuerpos de relleno (1), en la que a la descarga (12) de la etapa de cuerpos de relleno (1) se añaden medios floculantes (24) antes de la filtración por membrana, durante el lavado a contracorriente se adicionan medios de purificación químicos y/o medios de desinfección (29), el lavado a contracorriente es apoyado por aporte de gas (27), especialmente aire, y el líquido de lavado (16) que se produce es enviado a una preclarificación (4) conectada delante de la etapa de cuerpos de relleno (1).

Description

Procedimiento y dispositivo para la purificación de agua.
El invento se refiere a un procedimiento para la purificación de agua residual en el que el agua residual que va a ser purificada biológicamente y la descarga serán sometidas a una filtración por membrana de extremo muerto en la que las partículas sólidas retenidas serán retiradas por lavado a contracorriente, así como al dispositivo correspondiente.
En países con bajos recursos acuíferos las aguas residuales representan un importante potencial como fuente de agua útil. La sustitución de agua potable por agua residual purificada permite por una parte una mejor utilización de las reservas de agua existentes y por otro lado se pueden mantener las fuentes naturales de agua para su utilización en el campo del agua potable. Para garantizar con seguridad la reutilización del agua residual purificada, especialmente el agua residual municipal, deben cumplirse sin embargo algunas exigencias de principio.
Una exigencia es un contenido residual lo más bajo posible en partículas orgánicas perjudiciales. Esto se consigue según la técnica actual de forma técnicamente sencilla con ayuda de un lecho sólido, como por ejemplo con etapas de cuerpos de relleno, que debido a su sencilla construcción son especialmente adecuados para las regiones de la tierra técnicamente menos desarrolladas. La segunda exigencia también importante, que no puede ser satisfecha satisfactoriamente con un lecho sólido, se refiere a la calidad higiénica del agua residual tratada, puesto que el agua residual representa una gran fuente de expansión para las enfermedades infecciosas.
La calidad de la descarga de un lecho sólido puede mejorarse de acuerdo con la técnica actual por la utilización de filtros de arena, pero la calidad del filtrado no es todavía suficiente para su reutilización. Por motivos higiénicos debe dosificarse adicionalmente una gran cantidad de cloro el cual puede colaborar en la formación de sustancias orgánicas cloradas (THN) peligrosas.
Por el documento US-A-5 230 803 se conoce un procedimiento y un dispositivo para la purificación de agua residual en el que en primer lugar se purifica biológicamente el agua residual en un lecho sólido y después es sometida a una filtración de membrana de extremo muerto.
Una misión del presente invento consiste ahora en que, evitando las desventajas mencionadas, con la utilización de un lecho sólido se purifica de tal manera el agua residual que la calidad del agua residual purificada permite la reutilización como agua útil, especialmente con fines de regadío.
El procedimiento acorde con el invento se destaca por las características de la reivindicación 1. El correspondiente dispositivo está caracterizado por las características de la reivindicación 4.
En la filtración por membrana de extremo muerto se pueden emplear tanto membranas de microfiltración como también membranas de ultrafiltración. Debido a esta forma de funcionamiento y después de que las membranas retienen las partículas sólidas, se produce durante la filtración un aumento de la concentración de partículas sólidas en el módulo de membrana o en los módulos de membrana de la instalación de filtración por membrana. Estas partículas sólidas son extraídas, preferentemente de forma periódica, de la superficie de la membrana por medio de los dispositivos previstos y retiradas del sistema.
El invento puede ser utilizado independientemente del tipo de módulo de membrana empleado (módulo tubular, de placas, de fibra hueca así como colchones).
Otras configuraciones ventajosas del dispositivo acorde con el invento están expresadas en las reivindicaciones dependientes.
Una filtración por membrana según un tratamiento biológico del agua residual ofrece las siguientes ventajas:
- las membranas representan una barrera absoluta correspondiente con el diámetro de los poros,
- las partículas sólidas orgánicas en suspensión son totalmente separadas y la descarga está libre de partículas,
- los gérmenes patógenos son eliminados con toda seguridad y también se disminuye decisivamente el número de partículas de virus,
- la descarga de la instalación cumple sin limitación, en lo que respecta a la calidad higiénica, las exigencias de la OMS para fines de riego.
Además la filtración según el principio de extremo muerto tiene la ventaja de que el consumo energético es menor en comparación con una filtración por membrana en servicio de flujo cruzado y una instalación de filtración por membrana de extremo muerto tiene menor ocupación de espacio que las balsas de clarificación y el filtro de arena que habitualmente se colocan después de un lecho sólido, especialmente de una etapa de cuerpos de relleno.
Adicionalmente, cuando se utilizan lavados a contracorriente periódicos se puede utilizar el agua residual purificada (filtrado) con lo que se reduce fuertemente el consumo de agua potable.
Para purificar mejor el módulo el lavado a contracorriente se apoya con inyección de gas, especialmente aire. Una disposición vertical de los módulos origina una distribución y un mezclado equilibrado y más efectivo del aire de lavado y del líquido.
El líquido de lavado fuertemente cargado con partículas sólidas se envía por lo menos parcialmente a una preclarificación conectada antes del reactor de lecho sólido.
Alternativamente o para una corriente parcial del líquido de lavado puede preverse que el líquido de lavado que se produce en el lavado a contracorriente sea retirado como un lodo sobrante. De esta forma se puede descargar la preclarificación del lecho sólido.
Por esto, porque a la descarga del lecho sólido se le adicionan medios floculantes, se consigue que las partículas sólidas se reúnan en flóculos mayores y con ello el agua residual puede ser filtrada con más facilidad y los módulos de la instalación de filtración por membrana son lavados mejor a contracorriente.
La purificación de las membranas se lleva a cabo durante el lavado a contracorriente por la dosificación de medios de purificación y/o medios de desinfección ahorrando tiempo y mejorando los costes.
Si la descarga del lecho sólido es enviada a una separación de partículas sólidas de una etapa de posclarificación y a continuación a la filtración por membrana de extremo muerto, aumentará la capacidad de filtración a causa de la menor concentración en partículas sólidas del agua residual así como se alargarán los intervalos de lavado a contracorriente y purificación. Por ello una etapa de posclarificación ya existente puede ser intercalada en el procedimiento acorde con el invento.
El invento será aclarado a modo de ejemplo sobre la base de la figura. En la figura está representada la integración de una instalación de filtración por membrana, denominada de ahora en adelante abreviadamente instalación de filtración, en una instalación depuradora.
Con la instalación de filtración 2 se trata el agua residual purificada biológicamente. En esta instalación depuradora el agua residual bruta 6 atraviesa una sección de medida 30, una captación de arena 31 así como una balsa de preclarificación 4 con separación de lodos 7 construida como pozos EMSCHER. El agua residual 8 decantada previamente es enviada al reactor de cuerpos de relleno 1 con la carga del filtro 11. La descarga 12 del reactor de cuerpos de relleno 1 se toma en cantidades constantes desde un pozo (no representado) directamente después del reactor de cuerpos de relleno 1 y/o directamente por una línea 36 desde una balsa de posclarificación 22 mediante una bomba sumergida 26. La descarga 12 llega a la balsa de floculación 23 en la que se dosifica un medio floculante desde un depósito de medio floculante 25 mediante una bomba de dosificación 34. Desde esta balsa de floculación 23 se alimenta la instalación de filtración 2 mediante una bomba de circulación 13.
La tubería de alimentación 35 puede ser bloqueada durante el lavado a contracorriente mediante la llave de bloqueo 20.
En el extremo superior del módulo de filtración 14 se encuentra una válvula de dos vías 19 (válvula para el agua de lavado). Durante la filtración la válvula para el agua de lavado 19 está cerrada, con lo que se forma el así llamado "extremo muerto". Después de que la membrana del módulo de filtración 14 retenga las partículas sólidas, se forma un paso adicional de filtración con las partículas sólidas reunidas como un lodo. El filtrado 15 pasa radialmente a través de la membrana y fluye a través de la válvula de filtrado 18 en el recipiente de filtrado 3. El filtrado 15 fluye a través de un medidor de caudal no representado y es recogido en un recipiente de filtrado 3. El filtrado puede ser retirado por la descarga de filtrado 21.
Durante el lavado a contracorriente se bombea filtrado en dirección contraria en el módulo de filtración 14 mediante una bomba de lavado 17 que se encuentra en el recipiente de filtrado 3, construida por ejemplo como bomba sumergida. Una válvula de 3 vías (válvula de filtrado 18) conmuta entre ambas corrientes. La válvula de agua de lavado 19 está abierta durante el lavado a contracorriente para separar el agua de lavado 16. La cantidad de agua de lavado 16 puede ser calculada con el contador de caudal 32.
Se puede conseguir un mejor efecto de purificación, antes del lavado a contracorriente, mediante la descarga del líquido desde el módulo de filtración 14 lavando a contracorriente a continuación. Durante la descarga el grifo de bloqueo 20 está cerrado así como abiertos la válvula de agua de lavado 19 y el grifo de bloqueo 37.
El caudal de recirculación necesario de 0,5 - 1 en el reactor de cuerpos de relleno 1 para garantizar una separación hidráulica de la biomasa puede obtenerse mediante el retorno de agua de lavado 16 a la balsa de preclarificación 4.
Los problemas iniciales de bloqueo del módulo, que fueron causados por el alto porcentaje de partículas sólidas del agua residual pudieron solventarse con la modificación del lavado a contracorriente.
El lavado a contracorriente modificado se destaca por un lavado combinado con agua y aire. En él, por el lado de alimentación se inyecta una gran cantidad de aire en el módulo antes del lavado a contracorriente así como durante el lavado a contracorriente. Con ello la torta de partículas sólidas se disgrega y puede ser fácilmente transportada. Para ello antes de la entrada al módulo se encuentra una entrada para el aire de lavado 27. A través de ésta se puede soplar adicionalmente en el módulo de lavado a contracorriente aire mediante el compresor 28 que apoye a la corriente de alimentación. Con las membranas adecuadas se puede aportar aire también por el lado del filtrado.
El módulo de filtración 14 puede ser horizontal para una mejor distribución del aire de lavado 28, sin embargo también puede estar situado verticalmente. En la disposición últimamente mencionada, con el lavado a contracorriente modificado según el siguiente modo, no se detectaron bloqueos incluso con un contenido alto de partículas sólidas:
- 20-30 min. tiempo de producción (filtros)
- 20 s prelavado con alimentación
- 20 s lavado a contracorriente del filtrado
- 20s lavado a contracorriente del filtrado y prelavado con mezcla de alimentación + aire
Otra mejora del lavado a contracorriente la origina la utilización simultánea de productos químicos. Con ello se puede reducir fuertemente de forma adicional el ensuciamiento inorgánico, orgánico y biológico de la membrana.
Según el tipo e intensidad del ensuciamiento se pueden emplear diferentes productos químicos en diferentes concentraciones. En la instalación acorde con la figura se ha demostrado como muy efectivo un lavado a contracorriente ácido y a continuación un lavado con hipoclorito.
En el lavado a contracorriente químico se dosifica un medio de purificación químico y/o un medio de desinfección 29 en la corriente de lavado a contracorriente mediante una bomba de membrana 33. La duración así como el intervalo del lavado a contracorriente químico son regulables y dependen del grado de ensuciamiento del agua residual y de la temperatura ambiente.
La instalación descrita a modo de ejemplo presenta además las siguientes características: La descarga del reactor de cuerpos de relleno 1 contiene 80 -100 mg.l^{-1} de partículas no filtrables y presenta un CSB de 100-150 mg.l^{-1}. La descarga de la balsa de posclarificación 22 presenta 10-60 mg.l^{-1} de partículas no filtrables y un CSB de 55- 90 mg.l^{-1}. El tiempo de floculación es de 15 - 20 min. La bomba de dosificación 34 para el medio floculante utiliza una bomba de compresión por manguera.
La instalación de filtración 2 se compone de un módulo filtro 14 para una superficie total de membrana de 5,1 m^{2}. El material de membrana es PVDF (fluoruro de polivinilideno).
Debido a los conocimientos previos por ensayos en laboratorio, durante la producción se mantiene constante la corriente de filtrado. La resistencia de la membrana, que va aumentando, es compensada por el aumento de la presión de alimentación. La presión de alimentación media es por ello preferentemente 0,3 a 0,6 bar, como máximo sin embargo 0,8 bar.

Claims (7)

1. Procedimiento para la purificación de agua residual en el que el agua residual (6) que va ser purificada es purificada biológicamente y la descarga (12) es sometida a una filtración por membrana de extremo muerto (2), en la que las partículas sólidas retenidas son eliminadas por lavado a contracorriente, caracterizado porque
la purificación biológica se produce en una etapa de cuerpos de relleno (1), en la que a la descarga (12) de la etapa de cuerpos de relleno (1) se añaden medios floculantes (24) antes de la filtración por membrana,
durante el lavado a contracorriente se adicionan medios de purificación químicos y/o medios de desinfección (29),
el lavado a contracorriente es apoyado por aporte de gas (27), especialmente aire, y el líquido de lavado (16) que se produce es enviado a una preclarificación (4) conectada delante de la etapa de cuerpos de relleno (1).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el lavado a contracorriente se realiza con filtrado (15) de la filtración por membrana de extremo muerto (2).
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el líquido de lavado (16) producido en el lavado a contracorriente es extraído como lodo sobrante.
4. Dispositivo para la purificación de agua residual que comprende un reactor de lecho fijo (1) para la purificación biológica, en el que después del reactor de lecho fijo (1), en el lado de la descarga, está prevista una instalación de filtración por membrana de extremo muerto (2) para la purificación de la descarga (12) del reactor de lecho fijo (1), caracterizado porque
el reactor de lecho fijo (1) está construido como un reactor de cuerpos de relleno,
para separar el líquido de lavado (16) la instalación de filtración por membrana de extremo muerto (2) está unida con una balsa de preclarificación (4) del reactor de cuerpos de relleno (1),
por el lado de la descarga después del reactor de cuerpos de relleno (1) está previsto un dispositivo (25, 34) para la adición de medios floculantes (24) a la descarga (12),
está previsto un dispositivo (17, 18) para el lavado a contracorriente de las partículas sólidas retenidas, el cual presenta un dispositivo (33) para la adición de un producto químico de purificación y/o un medio de desinfección (29),
para apoyar el lavado a contracorriente está previsto un dispositivo (28) para la inyección de gas, especialmente aire (27), en la instalación de filtración por membrana de extremo muerto (2).
5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque la instalación de filtración por membrana de extremo muerto (2) presenta membranas de micro o ultrafiltración.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque está previsto un recipiente de filtrado (3) para reunir el filtrado (15) de la instalación de filtración por membrana de extremo muerto (2), el cual está unido con el dispositivo (17, 18) para lavado a contracorriente.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque la instalación de filtración por membrana de extremo muerto (2) presenta módulos de filtro (14) colocados verticalmente.
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