ES2220535T3 - Procedimiento de eliminacion del material organico que es refractario al tratamiento biologico. - Google Patents
Procedimiento de eliminacion del material organico que es refractario al tratamiento biologico.Info
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Abstract
Procedimiento de eliminación del material orgánico presente en particular en las aguas residuales, que es refractario a un tratamiento biológico, puesto en práctica en un biorreactor de membranas para microfiltración o ultrafiltración, inorgánicas u orgánicas, resistentes al ozono, según el cual se somete dicho material orgánico a una oxidación química, mediante inyección de un gas ozonado en el líquido mixto de lodos activados, caracterizado porque dicha oxidación química se realiza de manera simultánea al tratamiento biológico con membranas, a la entrada del o de los módulos del biorreactor de membranas, utilizando, como reactor a presión, el bucle de recirculación del biorreactor, siendo la dosis de ozono, en dicho gas ozonado, de 0, 3 a 0, 9 kg de ozono por kg de DCO eliminada, efectuándose dicha inyección del gas ozonado entre la cuba biológica (2) y el biorreactor de membranas (6).
Description
Procedimiento de eliminación del material
orgánico que es refractario al tratamiento biológico.
El presente invento se refiere a un tratamiento,
en particular de aguas residuales, que busca la eliminación del
material orgánico, que es refractario a la degradación biológica, y
a los subproductos que resultan de ello.
Se sabe que la reducción del material orgánico
disuelto, que es refractario a un tratamiento biológico, que
también se denomina "DCO [del francés Demande Chemique d'Oxygene
= demanda química de oxígeno] dura" se puede realizar como
complemento de un tratamiento biológico según los procedimientos
conocidos señalados seguidamente:
a) una etapa final de oxidación puesta en
práctica aguas arriba del tratamiento biológico por lodos activados
clásicos o mediante un biorreactor de membranas.
Esta etapa de oxidación se realiza en un reactor
dedicado, que asegura el contacto entre el oxidante (ozono,
peróxido de hidrógeno, etc.) y el agua que contiene el material
orgánico, en presencia o no de un catalizador. El inconveniente de
este tratamiento conocido es su coste, puesto que se necesita
proporcionar entre 2 y 3 kg de ozono por kg de DCO eliminado, para
transformar el material orgánico en CO_{2} y en H_{2}O.
b) una etapa de oxidación en bucle en un reactor
de contacto incorporado en un bucle de recirculación situado entre
la salida y la entrada de un tratamiento biológico.
De esta manera se puede reducir el consumo de
ozono a alrededor de 0,7 kg de ozono por kg de DCO eliminado,
puesto que es suficiente fraccionar las moléculas no biodegradables
en moléculas de menor tamaño, que por sí mismas son biodegradables.
No obstante, este procedimiento presenta el inconveniente de estar
penalizado por el grado de reciclamiento hacia la cuba donde se
efectúa el tratamiento biológico, que es de 200 a 400% del caudal
entrante (según las aplicaciones), lo cual, además del consumo
energético inducido, crea una sobrecarga hidráulica y obliga a
sobredimensionar, en un factor de 2 a 4, a los medios de separación
del tratamiento biológico.
Por ejemplo, el documento de solicitud de patente
europea EP-A-0.881.195 describe un
procedimiento de tratamiento de las aguas residuales contaminadas
con un material orgánico no biodegradable, puesto en práctica en
una cuba biológica aireada y en un reactor de oxidación química por
inyección de un gas ozonado. Los lodos activados se mezclan con el
gas ozonado en el reactor: de esta manera, el material orgánico no
biodegradable es hecho biodegradable y es recirculado a la cuba
biológica.
El documento de patente japonesa JP10005762
describe también un procedimiento de tratamiento de las aguas
residuales, puesto en práctica en una cuba biológica aireada y en
un reactor de oxidación química, por inyección de un gas ozonado. El
líquido mixto de lodos activados es extraído desde la cuba
biológica y es mezclado con el gas ozonado en el reactor. El agua
tratada es extraída de esta manera desde la cuba biológica y
separada de los lodos en un filtro de membranas.
Finalmente, es conocido por la ley de Henry que
un aumento de la presión de un gas (ozono por ejemplo) aumenta su
coeficiente de transferencia en la fase líquida, aumentando de esta
manera el rendimiento de la reacción de oxidación. No obstante, la
compresión de un gas ozonado implica el empleo de materiales
susceptibles de resistirse a la corrosión por el ozono, puesto que
implica un gran consumo de energía, y se manifiesta por lo tanto
muy cara.
El presente invento se ha establecido por
consiguiente como objetivo aportar un procedimiento que permita
reducir el material orgánico disuelto, existente en particular en
las aguas residuales, refractario a un tratamiento biológico, que no
presente los inconvenientes, antes señalados, de la técnica
anterior.
En consecuencia, este invento tiene por objeto un
procedimiento de eliminación del material orgánico presente en
particular en las aguas residuales, refractario a un tratamiento
biológico, puesto en práctica en un biorreactor de membranas (BRM)
para microfiltración o ultrafiltración, inorgánicas u orgánicas,
resistentes al ozono, caracterizado porque se somete dicho material
orgánico a una oxidación química, que es realizada de manera
simultánea al tratamiento biológico con membranas, mediante
inyección de un gas ozonado en el líquido mixto de lodos activados
a la entrada del o de los módulos del biorreactor de membranas,
utilizando, como reactor a presión, el bucle de recirculación del
biorreactor, siendo la dosis de ozono, en dicho gas ozonado, de 0,3
a 0,9 kg de ozono por kg de DCO eliminada, efectuándose dicha
inyección del gas ozonado entre la cuba biológica (2) y el
biorreactor de membranas (6).
Así, de acuerdo con el presente invento, la
oxidación química se realiza por inyección de un gas ozonado en el
líquido mixto de lodos activados, a la entrada del o de los módulos
del biorreactor de membranas, utilizando, como reactor a presión, el
bucle de recirculación con gran caudal del biorreactor de membranas
para aspirar el gas ozonado y disolverlo a la presión constante
existente aguas abajo de las membranas (de varios 100.000 Pa) y
utilizando la energía disipada al nivel de las membranas y las
turbulencias que resultan de ello.
El invento se refiere igualmente a un dispositivo
para la puesta en práctica del procedimiento antes
especificado.
Otras características y ventajas de este invento
se deducirán de la descripción que se hace a continuación con
referencia a la figura única del dibujo anejo, que representa, de
una manera esquemática, un ejemplo de realización del dispositivo
que pone en práctica este invento.
Tal como se ha señalado anteriormente, el
procedimiento objeto del invento consiste en inyectar ozono con una
pequeña concentración en el líquido mixto de lodos activados, a la
entrada del o de los módulos de un biorreactor de membranas 6. De
una manera sorprendente, se ha comprobado que inyectando una dosis
de ozono de 0,3 a 0,9 kg de ozono por kg de DCO eliminada, se
consigue la misma reducción que la que se obtiene mediante la
puesta en práctica de los procedimientos según el estado anterior de
la técnica, al mismo tiempo que se reduce en más de 50% la
producción de lodos, que es inducida por el tratamiento en ausencia
de una inyección de ozono.
En el esquema de la Figura 1 se ve en 2 la cuba
biológica de lodos activados, en la que es suministrada el agua a
tratar 1 y donde se mantiene una concentración de la biomasa (lodos
activados) comprendida entre 4 g/l y 30 g/l.
El dispositivo comprende un ozonador 9 y un
biorreactor de membranas 6. El líquido mixto de lodos activados es
extraído desde la cuba biológica 2 mediante una bomba de cebadura 3
que alimenta a una bomba de circulación 4, la cual asegura la
velocidad tangencial requerida a lo largo de las membranas del
biorreactor 6.
El gas ozonado, producido por el ozonador 9, es
introducido, por intermedio de un eyector 5, en la conducción en la
que el líquido mixto es puesto en circulación por la bomba 4, lo
cual emulsiona al gas ozonado y lo disuelve en el líquido mixto que
circula seguidamente en las membranas resistentes al ozono del
biorreactor 6. El material permeado (agua tratada) se evacua por 7
y el material concentrado vuelve en bucle cerrado 11 a la bomba de
recirculación 4. La fracción del caudal que corresponde al caudal
de la bomba de cebadura 3, menos el caudal del material permeado, se
envía a la cuba biológica 2.
Se da seguidamente un ejemplo de aplicación del
invento. En este ejemplo no limitativo se han utilizado dos líneas
idénticas de biorreactor de membranas: estando equipada una de las
líneas con una inyección de ozono a la entrada de las membranas
(según la característica del invento) y no comprendiendo la otra
ninguna inyección de ozono. Cada una de las líneas se alimenta
según un caudal de 0,1 m^{3}/h con un agua residual que proviene
de la industria química y que tiene una DCO de 4 g/l. Las cubas
biológicas presentaban un volumen de 2,5 m^{3}, o bien un tiempo
de permanencia del orden de 24 horas. La concentración de los lodos
en estas cubas es mantenida en los dos casos en 12 g/l \pm 1
g/l.
La velocidad de recirculación en las membranas se
mantenía en 4 m/s, y la presión de alimentación se estabilizaba en
5\cdot10^{5} Pa.
Después de haber puesto en régimen durante dos
meses y en funcionamiento continuo durante 1 mes, los resultados de
la línea del biorreactor de membranas sin inyección de ozono no
satisfacían la norma de rechazo, puesto que la DCO del material
permeado era de 500 mg/l por 175 mg/l que se requerían. Una etapa de
ozonación tuvo que ser instalada por lo tanto aguas arriba.
Las tablas seguidamente indicadas muestran
respectivamente los resultados obtenidos con la instalación de
tratamiento según la técnica anterior y una comparación de dichos
resultados con los que se han observado en la instalación objeto
del invento.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
Tomando como primera aproximación:
| 1 kg de O_{2} | = 2 equivalentes a kwh |
| 1 kg de O_{3} | = 10 equivalentes a kwh |
| 1 kg de lodos a destruir | = 4 equivalentes a kwh |
una instalación que trata 1.000
m^{3}/día con 4 g/l de DCO permite según el invento una
economía:
| de oxígeno de | 4.745.000 equivalentes a kwh |
| de ozono de | 2.372.500 equivalentes a kwh |
| para difusión del ozono | -294.920 kwh |
| para destrucción de los lodos | 5.256.000 equivalentes a kwh |
| total | 12.078.580 equivalentes a kwh |
| o sea aproximadamente: | 640.000 Euros/año |
con una inversión reducida en
aproximadamente 20% (tamaño del ozonador y supresión de la torre de
ozonación)
Entre las ventajas aportadas por el invento se
pueden citar en particular las siguientes:
\Rightarrow Consumo de ozono 2 a 8 veces menos
grande que en los sistemas de acuerdo con la técnica anterior para
obtener una eficacia idéntica.
\Rightarrow Reducción simultánea de la
producción de lodo superior a un 50% y con un costo nulo, si se
considera que el objetivo inicial es la reducción del material
orgánico refractario.
\Rightarrow Consumo eléctrico para poner a
presión el gas ozonado, dividido por 5, puesto que se ha reducido
a la pérdida de carga del eyector, siendo la presión por lo demás la
necesaria para el funcionamiento de las membranas.
\Rightarrow Utilización total del gas portador
(oxígeno), puesto a presión durante la inyección del ozono, para
las necesidades de respiración de la biomasa (lo que equivale a un
enriquecimiento con aire al nivel de la cuba de ventilación).
\Rightarrow Ganancia de 5 a 30% (según las
aplicaciones) en el flujo que atraviesa la membrana por adición del
ozono que reduce el ensuciamiento y el taponamiento de dicha
membrana.
\Rightarrow Reducción del ensuciamiento en
profundidad y del taponamiento de las membranas, lo que permite
espaciar los lavados químicos.
\Rightarrow Reducción de la viscosidad del lodo
activado en aproximadamente 50%, lo que permite consumir menos
energía de circulación en las membranas y trabajar con un grado de
concentración más elevado en el bucle de recirculación (reducción
del tamaño de la bomba de cebadura).
\Rightarrow Supresión del reactor de ozonación
puesto que la reacción se realiza en la membrana.
Queda por señalar, desde luego, que el invento no
está limitado a los ejemplos de puesta en práctica o de realización
que se han descrito y/o representado, sino que engloba todas las
variantes del mismo.
Claims (3)
1. Procedimiento de eliminación del material
orgánico presente en particular en las aguas residuales, que es
refractario a un tratamiento biológico, puesto en práctica en un
biorreactor de membranas para microfiltración o ultrafiltración,
inorgánicas u orgánicas, resistentes al ozono, según el cual se
somete dicho material orgánico a una oxidación química, mediante
inyección de un gas ozonado en el líquido mixto de lodos activados,
caracterizado porque dicha oxidación química se realiza de
manera simultánea al tratamiento biológico con membranas, a la
entrada del o de los módulos del biorreactor de membranas,
utilizando, como reactor a presión, el bucle de recirculación del
biorreactor, siendo la dosis de ozono, en dicho gas ozonado, de 0,3
a 0,9 kg de ozono por kg de DCO eliminada, efectuándose dicha
inyección del gas ozonado entre la cuba biológica (2) y el
biorreactor de membranas (6).
2. Instalación para la puesta en práctica del
procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende una
cuba biológica (2), que recibe el agua a tratar y en la que se
mantiene la concentración deseada de biomasa, y un biorreactor de
membranas (6), situado exteriormente a la cuba biológica (2), y que
comprende una salida (7) de material permeado, siendo suministrado
al biorreactor (6) el líquido mixto de lodos activados, extraído
desde dicha cuba, caracterizada porque comprende además un
ozonador (9), un eyector (5) para introducir el gas ozonado,
producido por el ozonador, en el líquido mixto de lodos activados,
que seguidamente se recibe en el biorreactor de un bucle cerrado
(11), que asegura una recirculación del concentrado que sale del
biorreactor.
3. Instalación de acuerdo con la reivindicación
2, caracterizada porque la concentración de biomasa en la
cuba biológica (2) está comprendida entre 4 g/l y 30 g/l.
Applications Claiming Priority (2)
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| FR9911970A FR2798924B1 (fr) | 1999-09-24 | 1999-09-24 | Procede d'elimination de la matiere organique refractaire au traitement biologique |
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