ES2250021T3 - Procedimiento e instalacion de tratamiento de efluentes liquidos que contienen especialmente contaminantes en suspension. - Google Patents

Procedimiento e instalacion de tratamiento de efluentes liquidos que contienen especialmente contaminantes en suspension. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la depuración y la filtración de fluidos, especialmente efluentes líquidos tales como agua bruta que contienen contaminantes orgánicos en solución y que utilizan medios de separación gravitatoria, tales como especialmente un decantador y un flotador, así como medios de separación membranar en calidad de etapa de acabado, según el cual se inyecta un coagulante en un punto del conducto de alimentación de agua bruta y se introduce un reactivo pulverulento aguas arriba de la separación membranar, reciclándose este reactivo pulverulento a partir de los medios de separación membranar hacia el lado de aguas arriba de los medios de separación gravitatoria, caracterizándose este procedimiento: porque se introduce un primer reactivo pulverulento aguas abajo del punto de inyección del coagulante y aguas arriba de la separación gravitatoria, porque este primer reactivo pulverulento y el segundo reactivo pulverulento, que se introduce aguas arriba de la separación membranar, presentancaracterísticas diferentes, especialmente granulometría y capacidad de adsorción adaptada a los contaminantes a eliminar, y porque el tiempo de permanencia del primer reactivo pulverulento en su reactor de contacto está comprendido entre 5 y 60 horas.

Description

Procedimiento e instalación de tratamiento de efluentes líquidos que contienen especialmente contaminantes en suspensión.
La presente invención concierne a un procedimiento y un dispositivo destinados a asegurar el tratamiento de efluentes líquidos que contienen especialmente contaminantes en solución, por ejemplo materias orgánicas naturales, microcontaminantes, etc.
Tales procedimientos y dispositivos utilizan medios de separación gravitatoria que incluyen sistemas conocidos del tipo de decantador o flotador, eventualmente seguidos de una filtración granular. Se sabe que durante el tratamiento de un efluente líquido puede ser necesario utilizar agentes reactivos pulverulentos, tales como adsorbentes (por ejemplo, carbón activo, bentonitas o intercambiadores de iones tipo gel o macroporoso, con esqueleto estándar o magnético). La adición de estos reactivos a la cadena de tratamiento del efluente líquido se efectúa la mayoría de las veces al mismo tiempo que la de otro reactivo que favorezca la coagulación, la floculación y la separación gravitatoria de las impurezas en partículas contenidas en la solución. Por tanto, esta forma de realización permite eliminar de la corriente del efluente líquido a tratar las impurezas en partículas, coloidales y disueltas. Sin embargo, se reconoce que, para mejorar la eficacia de este tipo de procedimiento, conviene añadir el reactivo adsorbente antes que el coagulante, ya que estos reactivos en suspensión se comportan como coloides y es necesario tener en cuenta su presencia durante el ajuste de las dosis de reactivos necesarias para la clarificación.
El advenimiento de las técnicas de separación membranar, especialmente las aplicaciones de la ultrafiltración al tratamiento de los efluentes líquidos, permite mejorar el rendimiento global de los medios de clarificación y de filtración instalados aguas arriba de los medios de separación membranar, teniendo las membranas un rendimiento de separación igual a 100% para las partículas que son más grandes que el poder de separación de las membranas utilizadas. En este contexto, es deseable inyectar el coagulante aguas arriba de los reactivos adsorbentes: el hidróxido metálico formado durante la coagulación y la floculación permite adsorber la mayor parte de la materia orgánica (moléculas orgánicas de alto peso molecular), lo que favorece el rendimiento de adsorción de la materia orgánica residual y de los microcontaminantes por el adsorbente pulverulento.
Como se cumple que la materia orgánica y los microcontaminantes están en competencia para los mismos sitios de adsorción, el rendimiento de este tipo de hilera puede ser mejorado multiplicando los puntos de inyección y los tipos de adsorbente. Por ejemplo, en una hilera que incluya un decantador seguido de membranas, se añadirá un primer adsorbente antes del decantador y un segundo adsorbente antes de las membranas. Cada uno de los reactores se optimiza en función de las características propias de las materias a eliminar y de los adsorbentes. Es a este tipo de instalación al que se refiere la presente invención.
Se conocen, especialmente por el documento FR-A-2 628 337, instalaciones para la depuración de fluidos por medio de membranas en las cuales se introduce un agente adsorbente, por ejemplo carbón activo pulverulento y/o en granos, introduciéndose este agente adsorbente en la corriente del fluido a depurar antes de las membranas de filtración.
Se conocen también, especialmente por el documento US-A-4 610 792, instalaciones de tratamiento de aguas contaminadas que incluyen medios de clarificación y medios de separación membranar como tratamiento de acabado. En este tipo de instalación conocida se introduce un reactivo pulverulento, por ejemplo carbón activo, en la cadena de tratamiento del agua bruta entre los medios de clarificación convencional y los medios de separación membranar, haciéndose que recircule el reactivo pulverulento en el bucle de filtración membranar entre los medios de clarificación y los medios de separación membranar.
Se conocen igualmente sistemas más antiguos de edición de reactivos pulverulentos, según los cuales se inyecta el reactivo en la cadena de tratamiento directamente aguas arriba de la separación gravitatoria (flotador o decantador).
Finalmente, se conocen (documentos FR-A-2 696 440 y JP 05277499) instalaciones para la depuración de fluidos que incluyen medios de separación gravitatoria y medios de separación membranar, en las cuales se introduce el reactivo pulverulento aguas arriba de las membranas y las aguas de retrolavado de estas membranas conteniendo este reactivo pulverulento son recirculadas hasta delante de los medios de separación gravitatoria.
Partiendo de este estado de la técnica, la presente invención se propone aportar perfeccionamientos que permitan mejorar los rendimientos de eliminación de la contaminación disuelta, disminuyendo al propio tiempo los costes de explotación.
En consecuencia, esta invención tiene por objeto, en primer lugar, un procedimiento para la depuración y la filtración de fluidos, especialmente efluentes líquidos tales como agua bruta, que contienen contaminantes orgánicos en solución y que utilizan medios de separación gravitatoria, tales como especialmente un decantador y un flotador, así como medios de separación membranar en calidad de etapa de acabado, según el cual se introducen un primer reactivo pulverulento en la corriente del fluido a tratar aguas arriba de la separación gravitatoria y un segundo reactivo pulverulento aguas arriba de la separación membranar, caracterizándose este procedimiento porque el coagulante necesario para la separación es inyectado antes que el primer reactivo pulverulento, porque dichos reactivos pulverulentos primero y segundo presentan características diferentes, especialmente granulometría y capacidad de adsorción adaptada a los contaminantes a eliminar, y porque dicho segundo reactivo pulverulento es reciclado a partir de los medios de separación membranar hacia el lado de aguas arriba de los medios de separación gravitatoria.
El hecho según la invención de añadir el coagulante antes que el primer reactivo pulverulento a un reactor en el que, por lo demás, su tiempo de contacto es adaptable a las características del agua bruta (temperatura, turbidez, materia orgánica, etc.), permite obtener un tiempo de permanencia para el adsorbente que está generalmente comprendido entre 5 y 20 horas, pero nunca más allá de 60 horas, período más allá del cual se ha observado que se disminuye netamente el rendimiento de la primera etapa de adsorción, particularmente en lo que concierne a la eliminación de microcontaminantes.
Según un modo de puesta en práctica del procedimiento tal como se ha definido más arriba, cada uno de los reactivos pulverulentos está constituido por agentes adsorbentes, especialmente carbón activo, bentonitas o intercambiadores de iones tipo gel o macroporoso, con esqueleto estándar o magnético.
La invención se dirige igualmente a un dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento tal como se ha definido más arriba.
Este dispositivo comprende una línea de tratamiento que incluye especialmente medios de separación gravitatoria, medios de separación membranar como etapa de acabado, medios que permiten, respectivamente, la introducción de coagulante, un primer reactivo pulverulento aguas arriba de la separación gravitatoria y un segundo reactivo pulverulento aguas arriba de los medios de separación membranar, estando caracterizado este dispositivo porque comprende, además, un bucle de reciclado del segundo reactivo pulverulento desde la purga de los medios de separación membranar hasta el conducto en el cual circula el efluente líquido a tratar, aguas arriba de los medios de separación gravitatoria, y porque los medios de inyección del coagulante necesario para la separación están situados aguas arriba de los medios de inyección del primer reactivo pulverulento.
Según un ejemplo de realización de este dispositivo, los medios de separación gravitatoria están realizados en forma de un clarificador, que puede estar constituido por un decantador de lecho de fangos o un aparato de recirculación de fangos, eventualmente completado con un sistema de separación laminar, y precedido por una zona de contacto para la inyección del coagulante o bien por una etapa completa de coagulación-floculación, viniendo guiada la elección entre las diferentes combinaciones por el tiempo necesario para que el coagulante realice su primera adsorción y por el tiempo de permanencia necesario para que el primer reactivo pulverulento ofrezca un rendimiento de adsorción óptimo.
Según otro modo de realización de la invención, los medios de separación gravitatoria están realizados en forma de un clarificador, tal como un flotador, eventualmente precedido por una zona de contacto para la inyección del coagulante o bien por una zona completa de coagulación-floculación.
Según la invención, los medios de separación membranar están constituidos por sistemas de microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración o incluso ósmosis inversa, equipados con membranas de configuración plana ("placa y marco"), tubular, espiral o fibra hueca (de piel externa o piel interna). Los medios de separación gravitatoria pueden comprender un filtro granular de flujo ascendente o descendente.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción que se hace seguidamente con referencia a los dibujos adjuntos, los cuales ilustran en ellos un ejemplo de realización desprovisto de todo carácter limitativo. En los dibujos las figuras 1 y 2 son representaciones esquemáticas de dos modos de realización de un dispositivo de tratamiento que pone en práctica el procedimiento objeto de la invención.
Haciendo referencia a la figura 1, se ve que el dispositivo según la presente invención comprende como conocido un medio de separación gravitatoria designado en su conjunto por la referencia 10, que puede estar constituido por un clarificador 11, seguido de un filtro granular 12 y un medio de separación membranar 13 realizado, por ejemplo, en forma de dispositivos de sistemas de microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración o incluso ósmosis inversa. Se observará que el clarificador 11 puede estar constituido por un decantador de lecho de fangos o por un aparato de recirculación de fangos, sea un flotador o sea un decantador, eventualmente completado con un sistema de separación laminar.
Según la invención, el dispositivo prevé la introducción de un reactivo coagulante en un punto 18 del conducto de alimentación de agua bruta, seguido de un reactor 14 de mezcla y contacto, medios para la introducción del primer reactivo pulverulento (Adsorbente 1), aguas arriba del separador gravitatorio 10 y aguas abajo del punto de inyección 18 del reactivo coagulante, y un medio para la introducción del segundo reactivo pulverulento (Adsorbente 2) aguas arriba del separador membranar 13. Se prevé igualmente un reactor de mezcla y contacto 15 entre los medios de introducción del Adsorbente 2 y los medios de separación membranar 13.
Según la presente invención, el dispositivo comprende igualmente un reciclado del segundo reactivo pulverulento (Adsorbente 2), a partir de la purga del separador membranar 13, con ayuda de un bucle 16 que conduce el segundo reactivo pulverulento así reciclado a un punto 17 situado en el conducto de llegada del agua bruta aguas arriba del separador gravitatorio 10 y aguas abajo del punto de introducción 18 del coagulante.
Tal como se ha precisado más arriba, los reactivos pulverulentos (Adsorbentes 1 y 2) presentan características diferentes (materiales, granulometría, capacidad de adsorción adaptada a los contaminantes a eliminar).
Se hace ahora referencia a la figura 2, que ilustra una variante del dispositivo según la invención. Se ve que en esta variante el medio de separación gravitatoria 10' no comprende ningún clarificador y puede estar constituido por un filtro granular 12' (de filtración ascendente o descendente), eventualmente precedido por una zona de contacto para la inyección del coagulante o bien por una etapa completa de coagulación-floculación. El medio de separación membranar 13 puede estar realizado, por ejemplo, en forma de dispositivos de ultrafiltración. Este dispositivo es particularmente interesante para la clarificación de aguas en las cuales la carga coloidal y la de la materia en suspensión son débiles.
Según la invención y como anteriormente, en esta variante se prevé un medio para la introducción de un reactivo coagulante en un punto 18 del conducto de alimentación de agua bruta, aguas arriba del punto de inyección del primer reactivo pulverulento, seguido de un reactor de mezcla y contacto 14, un medio de inyección del primer reactivo pulverulento (Adsorbente 1) en un punto situado aguas arriba de los filtros granulares 12' y un medio de inyección del segundo reactivo pulverulento (Adsorbente 2) aguas arriba del separador membranar 13. Se prevé igualmente un reciclado del segundo reactivo pulverulento (Adsorbente 2), proveniente de la purga del separador membranar 13, con ayuda de un bucle 16 que lleva el reactivo pulverulento así reciclado a un punto 17 situado en el conducto del agua bruta aguas arriba del separador gravitatorio 10' y aguas abajo del punto 18 de inyección del coagulante.
Así, con relación a la técnica conocida, tal como se ha definido especialmente en las publicaciones mencionadas más arriba, la invención se diferencia por el hecho de que utiliza dos reactivos pulverulentos de características diferentes, añadidos en puntos diferentes de la línea de tratamiento, y en que el coagulante se inyecta antes que el primer reactivo pulverulento. Gracias a esta disposición se optimiza el rendimiento de la adsorción de los diferentes contaminantes orgánicos (ya que no se contrarrestan los efectos del coagulante y del adsorbente), reduciendo al propio tiempo los costes de explotación de la hilera.
Se han dado seguidamente resultados de ensayos que ponen en práctica el procedimiento según la invención, indicando las ganancias de rendimiento para la adsorción de la materia orgánica (MO) y de los pesticidas. Estos resultados están consignados en las tablas 1 y 2.
TABLA 1 Comparación de los porcentajes de eliminación de materia orgánica (COT) para inyección simultánea o decalada del coagulante y el adsorbente
1
En los dos casos se utilizan, en una misma agua conteniendo 10 mg/l de COT (Carbono Orgánico Total), una dosis de coagulante de 60 mg/l de cloruro férrico y una dosis de adsorbente de 15 mg/l de carbón activo en polvo, Norit W 35. El rendimiento de eliminación se mejora netamente en el caso de la inyección decalada.
TABLA 2 Rendimiento de adsorción de COT según hileras diferentes
2
CAP_{1} = carbón activo en polvo no tamizado (granulometría 50-100 \mum), Norit W35
CAP_{2} = carbón activo en polvo tamizado (granulometría 10 \mum), Norit S.A.U.F
(1): sabiendo que el tiempo de contacto en lecho de fangos es de 12 a 48 horas y el de las membranas es del orden de 60 minutos, la gran superficie específica de CAP_{2} permite, no obstante, obtener un resultado equivalente sobre COT y superior sobre microcontaminantes
(2): la recirculación permite optimizar la explotación de la capacidad total del CAP
(3): prestaciones mejoradas con disminución de los costes, siendo el CAP_{1} netamente menos caro que el CAP_{2}. La pequeña dosis de CAP_{2} permitiría incluso funcionar en filtración frontal sin recirculación
(4): el CAP_{2} es más eficaz sobre los pesticidas (microcontaminantes) cuando el COT ha sido reducido previamente sobre CAP_{1}.
\vskip1.000000\baselineskip
Con relación a los demás procedimientos conocidos que utilizan la combinación de medios de separación gravitatoria con filtración más medios de separación membranar, la invención aporta especialmente las ventajas siguien-
tes:
-
El orden de inyección de los reactivos (adición de un primer reactivo adsorbente pulverulento a un agua bruta que ha sido previamente coagulada) optimiza la eliminación global de los compuestos orgánicos (Carbono Orgánico Total = COT) con fuerte concentración (algunos mg/l).
-
La adición de un segundo adsorbente pulverulento aguas arriba de las membranas constituye una doble barrera de adsorción de los microcontaminantes (pesticidas, compuestos responsables de sabores y olores) con pequeña concentración (algunos \mug/l). Este segundo adsorbente es mucho más eficaz para la adsorción de los microcontaminantes, resultando esto de la reducción, aguas arriba, de la concentración de materia orgánica natural (COT) por la coagulación y la adsorción.
\newpage
-
El reciclado del segundo reactivo adsorbente pulverulento desde los medios de separación membranar hacia el lado de aguas arriba de los medios de separación gravitatoria (con un largo tiempo de permanencia) permite saturar este reactivo pulverulento y aumentar el rendimiento global de adsorción en los medios de separación gravitatoria.
-
El rechazo de los medios de separación membranar, conteniendo el segundo reactivo pulverulento, es llevado hacia los fangos que provienen del separador gravitatorio que contiene el primer adsorbente. Esto simplifica el problema del tratamiento de los fangos de la línea de tratamiento y minimiza las cantidades de agua "perdidas" debido a extracciones.

Claims (9)

1. Procedimiento para la depuración y la filtración de fluidos, especialmente efluentes líquidos tales como agua bruta que contienen contaminantes orgánicos en solución y que utilizan medios de separación gravitatoria, tales como especialmente un decantador y un flotador, así como medios de separación membranar en calidad de etapa de acabado, según el cual se inyecta un coagulante en un punto del conducto de alimentación de agua bruta y se introduce un reactivo pulverulento aguas arriba de la separación membranar, reciclándose este reactivo pulverulento a partir de los medios de separación membranar hacia el lado de aguas arriba de los medios de separación gravitatoria, caracterizándose este procedimiento:
porque se introduce un primer reactivo pulverulento aguas abajo del punto de inyección del coagulante y aguas arriba de la separación gravitatoria,
porque este primer reactivo pulverulento y el segundo reactivo pulverulento, que se introduce aguas arriba de la separación membranar, presentan características diferentes, especialmente granulometría y capacidad de adsorción adaptada a los contaminantes a eliminar, y
porque el tiempo de permanencia del primer reactivo pulverulento en su reactor de contacto está comprendido entre 5 y 60 horas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el tiempo de permanencia del primer reactivo pulverulento en su reactor de contacto está comprendido entre 5 y 20 horas.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los reactivos pulverulentos están constituidos por agentes adsorbentes tales como especialmente carbón activo, bentonitas o intercambiadores de iones tipo gel o macroporoso, con esqueleto estándar o magnético.
4. Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una línea de tratamiento que incluye especialmente medios de separación gravitatoria (10), medios de separación membranar (13) como etapa de acabado y medios que permiten, respectivamente, la introducción de coagulante y un reactivo pulverulento aguas arriba de los medios de separación membranar comprendiendo este dispositivo, además, un bucle de reciclado (16) del reactivo pulverulento desde la purga de los medios de separación membranar (13) hasta el conducto en el cual circula el efluente líquido a tratar, aguas arriba de los medios de separación gravitatoria (10), caracterizado
porque comprende unos medios que permiten la introducción de un primer reactivo pulverulento aguas arriba de la separación gravitatoria,
siendo el reactivo pulverulento inyectado aguas arriba de los medios de separación membranar un segundo reactivo pulverulento que presenta características diferentes, y
porque los medios de inyección del coagulante necesario para la separación están situados aguas arriba de los medios de inyección del primer reactivo pulverulento.
5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque los medios de separación gravitatoria (10) están realizados en forma de un clarificador tal como un decantador de lecho de fangos, eventualmente completado con un sistema de separador laminar y precedido por una zona de contacto para la inyección del coagulante o bien por una etapa completa de coagulación-floculación.
6. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque los medios de separación gravitatoria (10) están realizados en forma de un clarificador tal como un flotador, eventualmente precedido por una zona de contacto para la inyección del coagulante o bien por una etapa completa de coagulación-floculación.
7. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque los medios de separación gravitatoria (10) están realizados en forma de un clarificador tal como un aparato de recirculación de fangos, completado por un sistema de separación laminar y precedido por una zona de contacto para la inyección del coagulante o por una etapa completa de coagulación-floculación.
8. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque los medios de separación gravitatoria (10') están realizados en forma de un filtro granular (12') de flujo ascendente o descendente, eventualmente precedido por una zona de contacto para la inyección del coagulante o bien por una etapa completa de coagulación-floculación.
9. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizado porque los medios de separación membranar (13) están constituidos por sistemas de microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración o incluso ósmosis inversa.
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