ES2246741B1 - Procedimiento para la depuracion de aguas residuales. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la depuración de aguas residuales. Procedimiento biológico para el tratamiento de aguas residuales que presentan al menos un contaminante que contiene nitrógeno, incluyendo dicho procedimiento al menos una fase de almacenamiento del líquido a tratar y la adición de al menos un activador de la actividad bacteriana a las aguas residuales en tratamiento comprendiendo dicho activador o activadores una fuente de carbono orgánico, caracterizado porque dicho activador o activadores contienen, al menos, un nitrato.
Description
Procedimiento para la depuración de aguas
residuales.
La presente invención hace referencia a un
procedimiento para la depuración de aguas residuales.
El tratamiento de las aguas residuales, en
especial de aquellas que contienen un elemento contaminante que
contiene nitrógeno, por ejemplo, purines, es un problema
medioambiental de primer orden debido a que su vertido contamina las
aguas, llegándolas a hacer inservibles para usos humanos y/o
agrícolas.
Son conocidos los denominados procedimientos
biológicos de tratamiento de dichas aguas residuales, que comprenden
la generación de una biomasa en el agua residual que trata dicha
polución nitrogenada.
Un primer procedimiento de tratamiento biológico
conocido consiste en dejar reposar los purines en una balsa de
recepción, a la espera de que la población bacteriana generada haga
disminuir la polución, que en el caso del purín procedente de
animales estabulados es fundamentalmente en forma de sustancias
contaminantes que contienen nitrógeno y fósforo. Sin embargo, este
método no es efectivo, puesto que los purines tienen una tendencia
natural a "desactivarse", es decir, la población bacteriana no
aumente en él. Como consecuencia, la balsa de recepción actúa,
simplemente, como un decantador que separa, sólo parcialmente, las
fases sólida y líquida del purín. La fase líquida permanece de todos
modos en un estado altamente contaminado, contiene partículas
sólidas en suspensión, no puede ser utilizada para riego, y no es
apta para ser vertida.
Para conseguir una activación de la masa
bacteriana que consiga una disminución significativa de la
contaminación, son conocidos procedimientos que combinan una fase
aeróbica con aporte de oxígeno y otra fase anaeróbica posterior.
Entre los objetivos de la fase aeróbica se encuentran los de oxidar
el amoniaco presente en el purín y el de provocar una creación de
una población microbiana estable que posteriormente desnitrificará
el agua residual. El objetivo de la fase anaeróbica consiste en
obtener una desnitrificación del purín debido a una reducción de los
compuestos que contienen nitrógeno, por ejemplo nitratos, llevada a
cabo por bacterias. De cara a favorecer el mantenimiento de la
activación de la población microbiana, el purín obtenido es
decantado, y el lodo obtenido, rico en población microbiana, es
recirculado. También, para favorecer la activación de la masa
microbiana, es conocida la adición al purín de un activador químico,
destinado a permanecer en los tanques de reacción, que contiene una
fuente de carbono orgánico.
Un problema que encuentran los procedimientos
anteriormente descritos consiste en que no han conseguido obtener
una recuperación aceptable del nitrógeno contaminante. En el caso
del procedimiento con fases aeróbica y anaeróbica, éste requiere un
consumo considerable de energía, principalmente para la realización
de la oxigenación del agua residual o purín. Como consecuencia, los
rendimientos de recuperación de nitrógeno, en instalación de
tratamiento de purines, no son superiores al 85%, y ello con un
consumo energético elevado, del orden de 40 kW/m^{3} de purín
tratado.
De acuerdo con los estudios y pruebas realizados
por el inventor, estos bajos rendimientos son debidos a que los
procesos no consiguen obtener una población microbiana suficiente
para efectuar una completa desnitrificación.
Es un objetivo de la presente invención
solucionar los problemas anteriormente expuestos, dando a conocer
medios que permiten el aumento de la población microbiana en las
aguas en tratamiento y con ello un aumento del rendimiento de
desnitrificación de dichos procedimientos.
El presente inventor ha conseguido determinar
una composición para el activador químico que hace que, en
combinación con determinadas fases de procedimiento destinadas a
potenciar la actividad del activador, dependiendo del tipo de
tratamiento biológico utilizado, puedan conseguirse rendimientos de
desnitrificación del orden del 90% y de hasta un 98%, para los
procedimientos biológicos más complejos de almacenamiento en balsa,
doble fase aeróbica-anaeróbica y recirculación de
lodos.
De acuerdo con la presente invención, los
resultados de desnitrificación aumentan en los procedimientos antes
indicados, de manera totalmente sorprendente, si se añaden nitratos
como activador en el volumen de purín en tratamiento, siendo añadido
dicho activador, preferentemente en los reactores en los que se
llevan a cabo las fases anteriores a la fase de digestión
anaeróbica, por ejemplo en una primera fase de recepción y
almacenamiento de aguas residuales, o bien durante la fase de
reacción aeróbica, en el depósito de reacción aeróbica destinado a
tal fin. El nitrato podrá ser aportado en cualquier forma, tal como
nitrato sódico, potásico, cálcico, en forma de policarbonato o
cualquier otro.
Si bien la invención no queda limitada por
ninguna teoría que pueda explicar este sorprendente resultado, el
inventor comprende que se debe a que los nitratos sirven como
"abono" para la proliferación de microorganismos vegetales
durante la fase aeróbica. Estos microorganismos sirven de alimento a
otros microorganismos que consumen oxígeno durante su proceso de
alimentación. Este fenómeno se denomina "eutroficación" y ha
sido descrito, en un ámbito diferente, con relación a los procesos
de contaminación de los detergentes en los ecosistemas. En
definitiva, la presencia de nitratos en el tanque de reacción hace
posible una mayor multiplicación de bacterias en la fase aeróbica.
Debido a esta "eutroficación" realizada preferentemente con
aporte de oxígeno, el líquido pasa a la fase anaeróbica con una
mayor población microbiana y una menor cantidad de oxígeno disuelto,
y se obtiene de esta manera una más completa desnitrificación por
reducción de los compuestos que contienen nitrógeno en la digestión
anaeróbica
posterior.
posterior.
Los nitratos pueden ser añadidos de manera
separada a otra sustancia o sustancias activadoras, o bien en forma
de una sustancia activadora única, que contenga asimismo una fuente
de carbono orgánico. Dicha fuente de carbono orgánico tiene como fin
aportar nutrientes que favorezcan el crecimiento de la flora
bacteriana. Preferentemente, se tratará de un glúcido, por ejemplo,
glucosa o sacarosa.
El inventor también ha determinado que, en un
caso general, el rendimiento de desnitrificación y desfosfatación
puede ser mejorado si al activador antes citado se le añade urea.
Este resultado es sorprendente, puesto que las aguas residuales, en
particular los purines, suelen contener orines. Sin embargo, la
urea, debido a sus propiedades coaligantes, mejora las condiciones
de reacción, y con ello el resultado final.
El activador también comprenderá preferentemente
una sal metálica con objeto de mejorar la desfosfatación final del
agua residual a tratar. De nuevo, de manera sorprendente, el
inventor ha determinado que la adición de cloruro de potasa, no sólo
disminuye el nivel de fosfatos en el producto finalmente obtenido,
sino que, además, consigue una fuerte disminución de la
conductividad del líquido obtenido, es decir, un nivel de sales
menor, lo que permite, por ejemplo, su uso para riego.
La eficiencia del procedimiento según la
presente invención también queda mejorada, en un caso general, si se
añaden fosfatos como activador. De nuevo este resultado resulta
sorprendente, puesto que el fósforo es uno de los elementos
contaminantes a eliminar en el agua residual. De acuerdo con los
estudios y pruebas del inventor, es necesaria la presencia de
fosfatos en el agua residual en tratamiento como aporte energético a
la población microbiana. De hecho, resulta conocida la acción
conjunta de fosfatos y nitratos en los procesos de eutroficación
comentados anteriormente. Por su parte, la acción de los fosfatos
queda sinérgicamente mejorada en presencia de sulfatos y/o carbonato
cálcico. Éste último presenta la ventaja adicional de colaborar en
la decantación del fosfato durante la fase anaeróbica.
Las sustancias citadas pueden ser añadidas en
cualquier tipo de los procedimientos anteriormente citados, es
decir, pueden ser añadidos ventajosamente, por ejemplo, en un
procedimiento que comprenda una única fase de almacenamiento y
eventual reacción biológica con una fase posterior de separación de
fases líquidas y sólidas, o en un proceso
aeróbico-anaeróbico, que comprende, además, una fase
de homogeneización del líquido obtenido por el procedimiento
anterior, una fase posterior de reacción aeróbica con inyección de
oxígeno, y una fase de digestión (desnitrificación) anaeróbica y
posterior decantación. En el caso del procedimiento que comprende
una única fase de almacenamiento, es decir, en el que todas las
reacciones se producen en un mismo volumen, la proliferación de
microorganismos en una primera fase aeróbica provoca el consumo del
oxígeno presente en el líquido en tratamiento y la generación de una
fase anaeróbica posterior, sin necesidad de utilizar instalaciones
complejas.
De acuerdo con los estudios realizados por el
inventor, cuando el procedimiento de tratamiento biológico incluye
una fase aeróbica y una fase anaeróbica, se produce un
desplazamiento del activador hacia las fases más posteriores
(anaeróbicas) del tratamiento y con ello una pérdida del efecto de
activación. Por ello, resulta ventajoso para los objetivos de la
presente invención el realizar una recirculación del agua residual
en tratamiento en la fase aeróbica, preferentemente hacia la fase de
homogeneización previa.
Igualmente, la recirculación de fangos desde el
decantador con objetivo de aportar microorganismos al agua a tratar
aumenta la población microbiana. Sin embargo, esta recirculación
supone una alteración de los elementos incluidos a través del
activador o activadores del procedimiento. De acuerdo con los
estudios realizados por el inventor este efecto queda mitigado, y se
consigue, por tanto, un aumento adicional del rendimiento de
desnitrificación, si una parte de los fangos recirculados es
desviada a otra fase de separación de fases sólida y líquida y el
líquido obtenido reenviado a la fase de homogeneización. De esta
manera se consigue reaportar a la fase aeróbica nutrientes del
activador que no han sido consumidos durante el tratamiento.
Preferentemente, y con un fin similar, se realizará una
recirculación de agua residual de la fase de reacción aeróbica a la
fase de homogeneización, lo que provoca un aumento significativo de
la efectividad del tratamiento.
Como activador también podrán utilizarse otras
sustancias en combinación, como por ejemplo, ajustadores del pH, tal
como un ácido de origen orgánico.
Las cantidades de nitrato a añadir variarán
ampliamente en función de la composición del agua residual o purín a
tratar. En el caso de purines de cerdo, preferentemente se añadirán
entre 2 y 150 gramos de nitrato por metro cúbico de volumen de agua
residual en tratamiento, entre 3 y 150 g/m^{3} de fuente de
carbono orgánico, entre 15 y 250 g/m^{3} de urea, entre 2 y 150
g/m^{3} de sales metálicas, entre 20 y 400 g/m^{3} de fosfatos y
entre 20 y 400 g/m^{3} de sulfatos y/o carbonato cálcico. Más
preferente, el activador contendrá entre 4 y 50 g/m^{3} de
nitratos, entre 5 y 50 g/m^{3} de fuentes de carbono orgánico,
entre 26 y 170 g/m^{3} de urea, entre 3 y 30 g/m^{3} de sales
metálicas, entre 30 y 320 g/m^{3} de fosfatos y entre 30 y 300
g/m^{3} de sulfatos y/o carbonato cálcico.
Todas las citadas dosificaciones se refieren al
volumen de tratamiento almacenado durante el proceso de tratamiento
de las aguas residuales en la instalación en la que se efectúa el
tratamiento. Es decir, la reacción en fase aeróbica se producirá en
presencia de las sustancias activadores, siendo repuesto el
activador consumido mediante aportaciones en continuo o
periódica.
Para una mejor compresión de la invención, se
adjunta a título de ejemplo explicativo pero no limitativo, unos
dibujos de unos ejemplos de realización de la presente
invención.
La figura 1 muestra una instalación de
tratamiento de aguas residuales para la realización de un
procedimiento biológico según la presente invención, que comprende
una fase de almacenamiento y reacción y una fase de separación de
fases sólida y líquida del agua residual tratada.
La figura 2 muestra otra instalación de
tratamiento de purines para la realización de un procedimiento
biológico según la presente invención, que comprende una fase de
reacción aeróbica y otra fase de digestión anaeróbica, con una fase
de recirculación del agua residual en la fase de reacción
aeróbica.
La figura 3 muestra otra instalación preferente
de tratamiento de aguas residuales para la realización de un
procedimiento biológico según la presente invención, que comprende
fases de reacción aeróbica y digestión anaeróbica, con una fase de
recirculación del agua residual tratada en la fase aeróbica.
La figura 1 muestra un ejemplo extremadamente
sencillo de instalación de tratamiento de purines para la
realización del procedimiento según la presente invención, que
comprende una balsa de recepción de purines (1), un separador
sólido/líquido (2) del purín tratado y una balsa de recepción (3)
del líquido tratado obtenido.
En una instalación de laboratorio se simuló una
balsa de recepción de purines (1) mediante un recipiente
transparente de 1 m^{3} de capacidad, que fue rellenado con purín
de cerdo. A dicho recipiente se añadió un activador que contenía
sacarosa, nitrato sódico, urea, fosfatos, carbonato cálcico y
cloruro de potasa. Se observó cómo la fase líquida del purín fue
rápida y progresivamente aclarando su color.
La figura 2 muestra un ejemplo de instalación de
tratamiento de purines para la realización del procedimiento según
la presente invención con inclusión de una fase de reacción aeróbica
y una fase de reacción anaeróbica. La instalación comprende una
balsa de recepción de purines (1), un separador sólidos/líquido (2),
un depósito homogeneizador del líquido separado (4) dotado de unos
medios de agitación (5), tales como, por ejemplo, unas palas de
agitación automática, un depósito reactor biológico (6), dotado de
medios de aireación (7) tal como, por ejemplo, inyectores de aire
(7), un depósito de digestión anaerobia (8), opcionalmente dotado de
medios de agitación (9). Tanto el homogeneizador (4) como el reactor
biológico (6) y el digestor anaeróbico se encuentran comunicados
entre sí. Además, se ha dispuesto una recirculación (10) de una
parte del agua residual o purín tratado entre el reactor biológico
(6) y el homogeneizador (4), con objeto de favorecer la acción del
activador. Tras el digestor (8) se encuentra un decantador (12).
Entre el decantador (12) y el homogeneizador (4) se encuentra una
recirculación de fangos (11) del decantador. El líquido obtenido en
el decantador es llevado a una balsa (3).
Se realizaron pruebas en una instalación como la
de la figura con purines, eliminando la recirculación (10) entre el
reactor biológico, y el homogeneizador. Antes del proceso, se añadió
un activador en las zonas de tratamiento aeróbico a base de
glúcidos. Durante las pruebas se obtuvieron rendimientos de
eliminación de nitrógeno en la fase líquida inferiores 70%.
Tras limpiar la instalación, se activó la
recirculación (10) y se añadieron nitratos y glúcidos como activador
en la balsa de recepción (1), homogeneizador (4) y reactor biológico
(6) y, iniciándose posteriormente el inicio del tratamiento.
obteniéndose en estas pruebas rendimientos de desnitrificador de
superiores al 85%.
En la figura 3 se representa esquemáticamente
una instalación de tratamiento de fangos que utiliza un
procedimiento biológico destinada a maximizar el rendimiento
obtenido gracias al activador. En la instalación de la figura 3 se
hace referencia con los mismos numerales que en las figuras 1 y 2 a
elementos que son similares a los representados en ésta. En la
instalación de la figura, parte de los fangos extraídos del
decantador (12) para la recirculación (11) son llevados a un
espesador (13). La parte más ligera obtenida en el espesador es
recirculada hacia el homogeneizador (4) a través de una
recirculación (14), mientras que la parte más pesada obtenida del
espesador (13) es llevada a otro separador (15) sólido/líquido.
Asimismo, el líquido obtenido en el separador (15) es recirculado
(16) hacia el homogeneizador (4).
En una instalación como la de la figura 3, con
un volumen de purines en tratamiento de 250 metros cúbicos (suma de
volúmenes de la balsa de recepción (1), homogeneizador (4) y reactor
biológico (6)), se trataron purines de cerdo estabulado y se
trataron con diversas composiciones del activador según la presente
invención, conteniendo el activador sacarosa, nitratos, cloruro de
potasa, fosfatos sulfatos, carbonato cálcico en las cantidades
determinadas como preferentes por la presente invención. Durante la
prueba se tomaron medidas de rendimiento de desnitrificación,
desfosfatación y conductividad eléctrica sobre el efluente de la
instalación, ajustándose la cantidad de activador introducida en la
instalación. Los rendimientos de eliminación de nitrógeno en el
líquido efluente del tratamiento fueron superiores al 95%,
obteniéndose valores del 98% en algunos casos, lo que supone una
práctica eliminación de la contaminación por nitrógeno. Además, se
obtuvieron conductividades del efluente del orden de hasta 4.000
micro mhos/cm. Esto supone un avance muy importante con respecto a
los procedimientos conocidos, por cuanto la conductividad de las
aguas residuales tratadas mediante los procedimientos biológicos de
tipo conocido suelen tener valores superiores a 10.000 micro
mhos/cm, e incluso del orden de los 22.000 micro mhos/cm en el caso
de los purines de cerdo estabulado. La recuperación de fósforo
obtenida por la instalación fue de hasta el 99%. Asimismo, se
realizó una medida de la población bacteriana en el reactor durante
la reacción, obteniéndose valores del orden de los 1.500 millones de
bacterias por centímetro cúbico, lo que supone una población cuatro
veces superior a la obtenida mediante los procedimientos conocidos
(del orden de 400 millones de bacterias por centímetro cúbico).
Estos resultados fueron posibles mediante una menor cantidad de aire
inyectada en el reactor aeróbico, lo que permitió disminuir el
consumo energético por unidad de volumen de purín tratada, con el
consiguiente ahorro económico.
En general, todo lo que no afecte, altere,
cambie o modifique la esencia del procedimiento descrito, quedará
comprendido dentro de la presente invención.
Claims (26)
1. Procedimiento biológico para el tratamiento
de aguas residuales que presentan al menos un contaminante que
contiene nitrógeno, incluyendo dicho procedimiento al menos una fase
de almacenamiento del líquido a tratar y la adición de al menos un
activador de la actividad bacteriana a las aguas residuales en
tratamiento, comprendiendo dicho activador o activadores una fuente
de carbono orgánico, caracterizado porque dicho activador o
activadores contienen, al menos, un nitrato.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende dicho activador o activadores
comprende, además, una sal metálica.
3. Procedimiento, según la reivindicación 2,
caracterizado porque dicha sal metálica es cloruro de
potasa.
4. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicho activador
o activadores comprenden urea.
5. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicho activador
o activadores comprenden fosfatos.
6. Procedimiento, según la reivindicación 5,
caracterizado porque dicho activador o activadores comprenden
sulfatos y/o carbonato cálcico.
7. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la fuente de
carbono orgánico es un glúcido.
8. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por la adición de entre
2 y 150 gramos de nitratos por metro cúbico de volumen de agua
residual en tratamiento.
9. Procedimiento, según la reivindicación 8,
caracterizado por la adición de entre 4 y 50 gramos de
nitratos por volumen de agua residual en trata-
miento.
miento.
10. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por la adición de entre
3 y 150 gramos de fuente de carbono orgánico por metro cúbico de
volumen de agua residual en tratamiento.
11. Procedimiento, según la reivindicación 10,
caracterizado por la adición de entre 5 y 50 gramos de fuente
de carbono orgánico por metro cúbico de volumen de agua residual en
tratamiento.
12. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por la adición de
entre 15 y 250 gramos de urea por metro cúbico de volumen de agua
residual en tratamiento.
13. Procedimiento, según la reivindicación 12,
caracterizado por la adición de entre 26 y 170 gramos de urea
por metro cúbico de volumen de agua residual en tratamiento.
14. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por la adición de
entre 20 y 400 gramos de fosfatos por metro cúbico de volumen de
agua residual en tratamiento.
15. Procedimiento, según la reivindicación 14,
caracterizado por la adición de entre 30 y 320 gramos de
fosfatos por metro cúbico de volumen de agua residual en
tratamiento.
16. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por la adición de
entre 30 y 300 gramos de sulfatos y/o carbonato cálcico por metro
cúbico de volumen de agua residual en tratamiento.
17. Procedimiento, según la reivindicación 16,
caracterizado por la adición de entre 30 y 300 gramos de
fosfatos por metro cúbico de volumen de agua residual en tratamiento
en la instalación en la que se lleva a cabo el procedimiento.
18. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 17, caracterizado por comprender una
fase de adición de un ajustador del pH.
19. Procedimiento, según la reivindicación 18,
caracterizado porque el ajustador de pH es un ácido de
origen orgánico.
20. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque comprende una
primera fase de almacenamiento de las aguas a tratar, una fase
posterior de separación sólido líquido, una fase de homogeneización
del líquido obtenido en la fase anterior, una fase de tratamiento
aeróbico con adición de oxígeno, una fase de digestión anaeróbica y
una fase posterior de decantación, existiendo una recirculación de
lodos entre el decantador y la fase de homogeneización.
21. Procedimiento, según la reivindicación 20,
caracterizado porque la adición del activador se realiza en
la primera fase de almacenamiento.
22. Procedimiento, según la reivindicación 20 ó
21, caracterizado porque la adición del activador se realiza
en la fase de homogeneización.
23. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 22, caracterizado porque la adición
del activador se realiza en la fase de tratamiento aeróbico.
24. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 23, caracterizado porque comprende,
además, una recirculación del líquido en tratamiento desde la fase
de tratamiento aeróbico y la fase de homogeneización.
25. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 24, caracterizado porque una parte de
los lodos recirculados entre el decantador y la fase de
homogeneización son desviados hacia un espesador, siendo la parte
más ligera obtenida del espesador derivada a la fase de
homogeneización, y la fase más pesada a un separador
líquido-sólido, siendo el líquido obtenido en este
última fase de separación enviado a la fase de homogeneización.
26. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 25, caracterizado porque comprende una
fase de reposición de las sustancias activadoras consumidas durante
el tratamiento de las aguas residuales.
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2005
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Ref document number: 2246741B1 Country of ref document: ES |
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