ES2253923T3 - Procedimeinto de tratamiento de un efluente usando una nitrificacion/desnitrificacion simultaneas en un biofiltro. - Google Patents

Procedimeinto de tratamiento de un efluente usando una nitrificacion/desnitrificacion simultaneas en un biofiltro.

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ES2253923T3 ES99961167T ES99961167T ES2253923T3 ES 2253923 T3 ES2253923 T3 ES 2253923T3 ES 99961167 T ES99961167 T ES 99961167T ES 99961167 T ES99961167 T ES 99961167T ES 2253923 T3 ES2253923 T3 ES 2253923T3
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Abstract

Procedimiento de tratamiento biológico por nitrificación/desnitrificación de un efluente que consiste en hacer transitar dicho efluente en un biofiltro del tipo ascendente de cultivos fijados sobre un material granular provisto en su base de medios de aportación de oxígeno, caracterizado porque consiste en airear en continuo esencialmente el conjunto de dicho lecho de material granular, en medir sobre el efluente tratado al menos un parámetro representativo del consumo en oxígeno de dichos cultivos fijados, y en regular el funcionamiento de dichos medios de aportación de oxígeno en función de los resultados de dicha medida de dicho parámetro y de un valor de consigna de éste, autorizando dicho procedimiento una nitrificación/desnitrificación esencialmente simultáneas de dicho efluente.

Description

Procedimiento de tratamiento de un efluente usando una nitrificación/desnitrificación simultáneas en un biofiltro.
La invención se refiere al ámbito del tratamiento de los efluentes y, principalmente, el ámbito del tratamiento de las aguas residuales, industriales o urbanas.
Más precisamente, la presente invención se refiere a un procedimiento de tratamiento de la contaminación nitrogenada contenida en dichos efluentes destinado ser empleado en un filtro biológico (también denominado "biofiltro").
Los filtros biológicos se utilizan en el tratamiento de las aguas residuales con el fin de eliminar, o al menos de reducir mucho, entre otras cosas la contaminación carbonada y la contaminación nitrogenada contenidas en éstas. Se emplea un soporte de la biomasa constituido de partículas que pueden ser más densas o menos densas que el agua que permite igualmente filtrar físicamente el efluente.
La eliminación de la contaminación nitrogenada se realiza clásicamente por dos biomasas distintas:
-
la primera, denominada autótrofa, transforma la contaminación amoniacal en nitratos. Esta operación, denominada nitrificación, necesita la presencia de oxígeno en el agua que se debe tratar. Esta operación tiene lugar, por lo tanto, en una zona aerobia del filtro biológico;
-
la segunda, denominada heterótrofa, transforma los nitratos en nitrógeno gaseoso. Esta operación, denominada desnitrificación, necesita una presencia de contaminación carbonada utilizada como substrato por la biomasa heterótrofa, y la ausencia de oxígeno molecular. En efecto, el oxígeno aportado por los nitratos en la zona anoxia del reactor se utiliza por las bacterias para eliminar la contaminación carbonada.
En el tratamiento de las aguas residuales, la nitrificación y la desnitrificación se pueden realizar según dos modos principales. El primero consiste en una predesnitrificación que utiliza la contaminación carbonada presente en el efluente a tratar, seguida de una nitrificación. El segundo consiste en una prenitrificación seguida de una desnitrificación que necesita entonces una fuente de carbono externa.
Existe dos grandes familias de filtros biológicos, los biofiltros ascendentes en los cuales el agua que se debe tratar transita según una corriente ascendente, y los biofiltros descendentes en los cuales el agua que se debe tratar transita según una corriente descendente. Estos dos tipos de biofiltros se pueden combinar de distintas maneras. En el caso de la utilización de un biofiltro ascendente, la nitrificación y la desnitrificación se pueden efectuar sobre dos biofiltros en serie, funcionando uno en anoxia y el otro en aerobio, o en un único biofiltro. En el caso de un solo biofiltro, se prevén medios de inyección de aire en una zona intermedia del filtro que permite realizar en éste una zona anóxica inferior y una zona aerobia superior. Se envía de nuevo una recirculación de una parte del agua tratada a la zona anóxica con el fin de abastecer en substrato las bacterias heterótrofas que se encuentran ahí. Por el contrario cuando se elige la tecnología de los biofiltros de corriente que desciende, la desnitrificación y la nitrificación necesitan obligatoriamente dos filtros montados en serie, funcionando uno en aerobiosis y el otro funcionando en
anoxia.
Un inconveniente de dichos procedimientos del estado de la técnica es:
-
bien sea en implicar frecuentemente la utilización de dos biofiltros (un filtro aireado nitrificante y un filtro no aireada desnitrificante) para el tratamiento de la contaminación nitrogenada y en consecuencia implicar elevados costes de construcción y explotación;
-
o bien en necesitar la instalación de una rampa de aeración en el seno del material lo que conlleva dificultades de construcciones.
El objetivo de la presente invención consiste en proponer un procedimiento que permite tratar la contaminación nitrogenada de un efluente acuoso que no implica dichos inconvenientes.
En particular, un objetivo de la invención consiste en proponer dicho procedimiento que permite una ganancia económica durante la construcción de las instalaciones para su empleo, con respecto a las instalaciones del estado de la técnica.
Otro objetivo de la presente invención consiste en describir dicho procedimiento que permite economizar energía durante su empleo.
También otro objetivo de la invención consiste en proponer dicho procedimiento que permite conseguir una mejor calidad del efluente tratado.
Estos objetivos se alcanzan gracias a la invención que se refiere a un procedimiento de tratamiento biológico por nitrificación/desnitrificación de un efluente según la reivindicación 1.
El procedimiento según la invención permite, por lo tanto, efectuar en uno sólo y en el mismo filtro biológico (biofiltro) un tratamiento completo de la contaminación nitrogenada de un efluente por nitrificación/desnitrificación, pero sin delimitar físicamente en el seno del lecho de material granular que constituye el biofiltro una zona que funciona en anoxia y una zona que funciona en aerobiosis.
Dicho procedimiento permite obtener un mejor rendimiento de aportación de oxígeno con respecto a las técnicas que emplean un biofiltro provisto de una rampa de aportación de oxígeno intermedia y así disminuir notablemente los costes de funcionamiento.
Igualmente, el procedimiento según la invención permite obtener un rechazo de mejor calidad que en los procedimientos del estado de la técnica anterior.
Se comprenderá que el valor de consigna utilizado en el caso del presente procedimiento podrá variar en función de la naturaleza del efluente tratado. Según una variante preferencial interesante del procedimiento, este valor de consigna se determinará en función de la carga nitrogenada del efluente o por un nivel de contaminación medido en la salida de dicho biofiltro.
Según otra variante del procedimiento, éste comprende una etapa complementaria que consiste en recircular en el reactor biológico al menos una parte del efluente tratado. Se apreciará que el procedimiento según la invención permite disminuir las tasas de recirculación.
Se podrá prever el empleo del procedimiento según la invención en un reactor biológico de cultivos fijados en el cual el efluente transita según un flujo ascendente.
El parámetro representativo del consumo de oxígeno de los cultivos fijados sobre el biofiltro medido en el marco del presente procedimiento podrá estar constituido, en particular, por la concentración en oxígeno disuelto del efluente, por el potencial de oxirreducción de éste o también por su concentración en amonio, su concentración en nitratos o su concentración en NADH (nicotinamida adenosina dinucleótido hidrogenasa). La medida de este parámetro se podrá efectuar sobre el efluente tratado que sale del reactor biológico sino también sobre el efluente que transita en el interior de éste. Se comprende que esta etapa de medida podrá por lo tanto ser empleada en el interior del filtro biológico o en el exterior de éste.
Según una variante preferencial, el parámetro representativo del consumo de oxígeno por los cultivos fijados está constituido por la concentración en oxígeno disuelto en el efluente tratado (medido bien sea a la salida del reactor o bien en interior de éste, por ejemplo en la altura media de agua precedente de la salida del efluente del reactor) y se emplea el procedimiento de manera que se mantenga una concentración en oxígeno disuelto de este efluente tratado comprendida entre 3 y 8 mg por litro y preferentemente entre 4 y 7 mg por litro. Este valor podrá ser definido y fijado por una medida en continuo sobre el agua tratada (por ejemplo NH_{4}) o en función de la temperatura del agua.
Cuando el nivel de rechazo requerido sea necesario, el procedimiento comprenderá una etapa suplementaria que consiste en añadir a dicho efluente al menos una fuente de carbono. En dicho caso se producirá cuando se desee obtener un efluente que presenta un contenido en nitrógeno global bajo y cuando no haya bastante carbono orgánico biodegradable en el efluente que se debe tratar.
Cuando el efluente depurado deba presentar un contenido especialmente bajo en nitratos, el procedimiento según la invención podrá también comprender una etapa suplementaria de post-desnitrificación.
Igualmente, la presente invención se refiere a cualquier instalación especialmente concebida para el empleo del procedimiento descrito anteriormente mencionado, que comprende al menos un reactor biológico de cultivos fijados según la reivindicación.
Tal como se indica anteriormente, el procedimiento se podrá emplear sobre cualquier tipo de reactor biológico de cultivos fijados según la reivindicación 9. No obstante, preferentemente la instalación presenta un reactor biológico del tipo ascendente y comprende un lecho fluidizado monocapa o multicapas de al menos un material granular así como medios de recirculación del efluente tratado.
Igualmente, preferentemente, los medios de medida en cuestión incluyen al menos un captador de la concentración en oxígeno disuelto instalado en el tramo de agua presente por encima de dicho lecho de material granular a una distancia preferentemente comprendida entre 5 cm y 40 cm por encima de la superficie superior de éste.
Igualmente, la instalación podrá comprender al menos una obra de separación de los efluentes tratados y del material granular y de los medios de medida que estarán en este caso instalados ventajosamente a la salida de dicha obra.
La invención será más fácilmente comprendida gracias a la descripción que va a seguir de un modo de realización no limitativo de ésta en referencia a los dibujos en los cuales:
- la figura 1 representa una instalación para la aplicación del procedimiento;
- la figura 2 representa la evolución de la concentración en nitrógeno amoniacal y en nitratos de un efluente después del tratamiento por el procedimiento según la invención y de un efluente después del tratamiento según el procedimiento clásico;
- la figura 3 representa las velocidades de aire y las concentraciones en oxígeno disuelto a la salida del biofiltro en el caso del procedimiento según la invención y en el caso de un procedimiento clásico.
Se empleó el procedimiento sobre una instalación mostrada en la figura 1 constituida por un biofiltro 1 de corriente ascendente, que incluye un lecho filtrante 2 constituido al menos de un material granular más ligero que agua (bolas de poliestireno) una rampa de aireación 3 del lecho filtrante 2 prevista en la base del biofiltro, de los medios de alimentación 4 de agua que se debe tratar previstos en la parte inferior del filtro, de los medios de evacuación 5 del agua tratada previstos en la parte superior del biofiltro, de los medios de recirculación 6 de una parte del agua tratada, de los medios de medida 7 de la concentración en oxígeno disuelto del efluente y de los medios 8 de regulación del funcionamiento de los medios de aireación 3 en función de los resultados de las medidas efectuadas por dichos medios de medida 7.
Por otra parte, se utilizó una instalación según el estado de la técnica que no difiere de la mostrada en la figura 1 más que por la posición de la rampa de aireación posicionada en el interior del lecho filtrante (de tal manera que se realice en éste una zona superior aerobia y una zona inferior anóxica y por la ausencia de medios de medida y de medios de regulación como testigo.
Los lechos filtrantes de las dos instalaciones presentan una altura de material filtrante de 2,75 m.
La velocidad de filtración se fijó en 3,0 m/h y la recirculación en un tasa de 100% del caudal de alimentación.
Se trató la misma agua en las dos instalaciones.
La tabla 1 presenta los resultados obtenidos gracias al procedimiento según la invención, obtenidos para una jornada de tratamiento (media diaria), en el caso del procedimiento según la invención y en el caso del procedimiento clásico.
\vskip1.000000\baselineskip
N-NH_{4} media N-NH_{4} media N-NO_{3} media Velocidad Rendimiento
agua decantada agua tratada agua tratada aire en % sobre
(mg/l) (mg/l) (mg/l) Nm^{3}/h/m^{2} N-NH_{4} + N-NO_{3}
N-DN filtro clásico 68 9,0 21,3 10,1 54%
N-DN simultánea (invención) 68 1,7 21,4 5,3 65% 
\vskip1.000000\baselineskip
Esta tabla no da más que medias, los valores obtenidos para 24 horas correspondientes a estas medias están indicadas en la figura 2.
Las curvas representadas sobre esta figura 2 ponen de manifiesto claramente que el efluente tratado según el procedimiento según la invención presenta un contenido más bajo en nitrógeno amoniacal que el tratado por el procedimiento clásico.
En referencia a la figura 3, que compara las velocidades de aire utilizadas en el filtro según el procedimiento según la invención y el filtro según el procedimiento clásico muestra un interés del procedimiento según la invención que indica un mejor coeficiente de transferencia del oxígeno y en consecuencia un menor consumo de
aire.
En conclusión, con respecto a los procedimientos de eliminación del nitrógeno con uno o dos reactores de cultivos fijados, el procedimiento según la invención presenta las ventajas:
-
de no necesitar la instalación de una rampa intermedia en el seno del material para delimitar en el seno de un mismo reactor dos zonas distintas a saber una zona aireada y una zona no aireada;
-
no necesitar el uso de dos reactores separados, uno aireado para la nitrificación, otro funcionando en anoxia para la desnitrificación;
-
de implicar una ganancia económica en el funcionamiento de la instalación, véase una ganancia económica posible a nivel del tamaño de ésta;
-
de permitir la realización de una ganancia energética al nivel de la explotación puesto que un mejor rendimiento de aireación se puede obtener debido a que el aire inyectado atraviesa una mayor altura de material con un caudal de aire que se debe inyectar inferior a los preconizados en los procedimientos clásicos que emplean uno o dos reactores;
-
de permitir obtener un agua tratada de mejor calidad.
Las instalaciones para el empleo de dicho procedimiento se pueden además supervisar con un sistema simple.
Por último, se apreciará, que dicho procedimiento puede permitir rehabilitar a menores gastos una instalación antigua.
El modo de realización de la invención aquí descrito no tiene por objeto reducir el alcance de ésta.

Claims (10)

1. Procedimiento de tratamiento biológico por nitrificación/desnitrificación de un efluente que consiste en hacer transitar dicho efluente en un biofiltro del tipo ascendente de cultivos fijados sobre un material granular provisto en su base de medios de aportación de oxígeno, caracterizado porque consiste en airear en continuo esencialmente el conjunto de dicho lecho de material granular, en medir sobre el efluente tratado al menos un parámetro representativo del consumo en oxígeno de dichos cultivos fijados, y en regular el funcionamiento de dichos medios de aportación de oxígeno en función de los resultados de dicha medida de dicho parámetro y de un valor de consigna de éste, autorizando dicho procedimiento una nitrificación/desnitrificación esencialmente simultáneas de dicho efluente.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho valor de consigna de dicho parámetro se determina en función de la carga nitrogenada de dicho efluente o por un nivel de contaminación medido en la salida de dicho biofiltro.
3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque comprende una etapa complementaria que consiste en recircular en dicho reactor al menos una parte del efluente tratado.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque dicha etapa complementaria que consiste en reciclar el efluente tratado se efectúa con una tasa de recirculación comprendida entre 75% y 400%, preferentemente entre 100% y 200%.
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicho al menos un parámetro se elige del grupo constituido por la concentración en oxígeno disuelto, el potencial de óxido-reducción, la concentración en amonio, la concentración en nitratos, la concentración en NADH del efluente tratado.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho parámetro es la concentración en oxígeno disuelto del efluente tratado, estando el procedimiento empleado para mantener dicha concentración en un valor comprendido entre 3 y 8 mg/l, preferentemente entre 4 y 7 mg/l.
7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado porque comprende una etapa suplementaria que consiste en añadir a dicho efluente al menos una fuente de carbono.
8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado porque comprende una etapa suplementaria de post-desnitrificación.
9. Instalación especialmente concebida para el empleo del procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 constituida de un biofiltro del tipo ascendente de cultivos fijados sobre un material granular provisto en su base de medios de aportación de oxígeno, caracterizada porque comprende medios de medida, sobre el efluente tratado, de al menos un parámetro representativo del consumo de oxígeno por dichos cultivos fijados, y medios de regulación de dichos medios de aportación de oxígeno en función de dicha medida.
10. Instalación según la reivindicación 9, caracterizada porque dichos medios de medida incluyen al menos un captador de la concentración en oxígeno disuelto instalado en el tramo de agua presente por encima de dicho lecho de material granular a una distancia comprendida entre 5 cm y 40 cm por encima de la superficie superior de éste.
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