ES2257947B2 - Mejoras introducidas en la patente 200302716, por: composicion ecologica para el tratamiento y depuracion de aguas residuales. - Google Patents

Mejoras introducidas en la patente 200302716, por: composicion ecologica para el tratamiento y depuracion de aguas residuales. Download PDF

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Abstract

Mejoras introducidas en la patente de invención P200302716 por: composición ecológica para el tratamiento y depuración de aguas residuales. Una composición ecológica para el tratamiento y depuración de aguas residuales, constituida por una mezcla natural de dolomita y arcillas, de uso para el tratamiento y depuración de aguas residuales contaminadas por la presencia de contaminantes orgánicos y/o inorgánicos mediante métodos físico-químicos, en procesos particulares o mixtos de neutralización, precipitación, floculación, coagulación y decoloración, tratándose de un proceso de coagulación-floculación.

Description

Mejoras introducidas en la patente 200302716 por: ``Composición ecológica para el tratamiento y depuración de aguas residuales''.
Campo de aplicación
La presente invención, se encuadra dentro del campo del tratamiento y depuración de aguas residuales contaminadas por la presencia de contaminantes orgánicos y/o inorgánicos. Más específicamente, se refiere a unas mejoras introducidas en el objeto de la Patente de Invención P200302716 basadas, esencialmente, en unos nuevos usos de la composición ecológica conteniendo una mezcla natural de dolomita y arcillas, especialmente útil para dichos
procesos.
Estado de la técnica anterior a la invención
Tal como se indicaba en la Patente principal la depuración de aguas residuales constituye uno de los campos que mayor desarrollo ha experimentado en los últimos años, de forma que además de todo lo referenciado en ella podemos indicar que las arcillas han sido igualmente propuestas para su uso en tratamientos de depuración biológica, bien aerobia bien anaerobia, actuando como soporte poroso que permite el crecimiento y la fijación de las bacterias que actúan en el proceso de depuración. En comparación con otros materiales que sirven como soporte (carbón activo, materiales cerámicos, plásticos) se ha propuesto que trazas de elementos como cobre, zinc, hierro, magnesio y otros fijados electrostáticamente en las arcillas sirven como nutrientes a las bacterias.
Algunos ejemplos ilustran el uso de arcillas en procesos de tratamiento y depuración de aguas residuales mediante tratamientos biológicos:
- Patente US 3.935.067: describe el uso de bentonita sódica como soporte de un cultivo bacteriano que utiliza un promotor de crecimiento de las bacterias.
- Patente FR 2.551.048 A1: describe el uso de atapulgita y sepiolita en la purificación de efluentes de cubas de fermentación alcohólica conteniendo bacterias de tipo fototróficas.
- Patente ES 2.005.754: describe el tratamiento de aguas residuales en presencia de un relleno de mineral arcilloso en digestores anaerobios de lecho expandido o fluidizado.
Dicho relleno puede estar seleccionado entre sepiolita, esmectita, vermiculita, caolinita, clorita, haloisita, ilita o paligorskita.
- Patente WO 94/20425: describe el uso de talco, caolín o mica en un proceso de depuración mediante el sistema de fangos activados.
- Patente EP 0834473 A1: describe un activador biológico para fosas sépticas constituido por arcillas junto con cationes de forma que se aumenta la fijación y la actividad de las enzimas naturales del proceso.
- Patente US 6.503.740: describe el uso de arcillas modificadas orgánicamente como soporte de bacterias en la descon posición de contaminantes químicos. Las arcillas propuestas son esmectitas, sepiolita, atapulgita, caolinita, entre otras.
Descripción detallada de la invención
La presente invención, tal y como se indica en el enunciado, se refiere a unas mejoras introducidas en el objeto de la Patente de Invención P200302716 relativa a una composición ecológica para el tratamiento y depuración de aguas residuales, cuyas mejoras están basadas en su aplicación en unos nuevos usos.
Así, haciendo referencia a la Patente principal P20032716 la composición objeto de la misma se caracteriza por ser una mezcla natural de dolomita y arcillas, en los siguientes porcentajes:
% (p/p)
- dolomita: 5-40
- arcilla: 45-95
con respecto al peso total de la composición.
A su vez, las arcillas están constituidas por una mezcla de esmectitas, ilita y sepiolita, en los siguientes porcentajes:
% (p/p)
- esmecitas: 5-40
- ilita: 0-30
- sepiolita: 5-70
con respecto al peso total de la composición.
Las esmectitas están seleccionadas del grupo formado por: montmorillonita, beidellita, hectorita, nontronita, saponita, sauconita, estevensita, y sus mezclas.
Además, la composición objeto de la misma puede contener, opcionalmente, hasta un 15% (p/p) de otros minerales seleccionados del grupo formado por: calcita, feldespatos, cuarzo, caolinita y sus mezclas.
La dolomita es un mineral presente en la naturaleza, habitualmente de origen sedimentario, cuya fórmula ideal es MgCa(CO_{3})_{2}, si bien su composición concreta depende de cada yacimiento específico.
Según lo descrito en la Patente principal y de acuerdo con la evolución producida, podemos indicar que un aspecto concreto de las mejoras producidas indica el uso de la composición ecológica como coagulante, en combinación con agentes floculantes. Existen numerosos productos comerciales usados como floculantes. Particularmente útil se ha mostrado el uso de la composición junto con floculantes de la familia de las poliacrilamidas. De forma ventajosa, la naturaleza de la composición descrita provoca que su uso no incremente los valores de conductividad del agua a tratar, algo que si provocan los polielectrolitos habitualmente usados como coagulantes.
Es también objeto de las mejoras el uso de las composiciones descritas en la Patente principal como coadyuvante. Es decir, su uso en el tratamiento y depuración de aguas residuales mediante tratamientos físico-químicos en procesos particulares o mixtos de neutralización, precipitación, floculación, coagulación y decoloración en adición a otros agentes neutralizadores, correctores de pH, precipitantes, floculantes, coagulantes y decolorantes. La cantidad de la composición a utilizar se encuentra entre un 0,02% y un 50%, preferiblemente entre un 0,05% y un 20%, y, más preferiblemente entre un 0,1% y un 10%, siempre en materia seca respecto de un litro del agua residual a tratar. La dosis adecuada dependerá de la naturaleza del agua residual a tratar.
La presencia de las composiciones descritas en la Patente principal puede producir los siguientes efectos, bien de manera individual, bien de manera combinada:
\bullet
una mayor disminución en la concentración de los contaminantes orgánicos y/o inorgánicos presentes en el agua residual a tratar.
\bullet
un menor volumen de fangos decantados. Esa reducción de volumen alcanza un 30% como valor típico. Se han observado reducciones en el volumen de fangos de hasta un 70%. Adicionalmente esos fangos presentan una mayor concentración en masa seca.
\bullet
una mejora en la turbidez de la muestra, reflejada en menores valores de sólidos en suspensión.
\bullet
una mejor decoloración del vertido.
Adicionalmente, otro objeto de la invención es el uso de las composiciones descritas en el tratamiento y depuración de aguas residuales mediante tratamientos biológicos aerobios.
Se considera objeto de invención, igualmente, el uso de las composiciones descritas en procesos de depuración biológica aerobia en combinación con agentes correctores de pH, floculantes, coagulantes, decolorantes y sus mezclas. La composición puede estar presente en cualquiera de las posibles fases de las que conste el proceso biológico aerobio en las que se hallen presentes las bacterias responsables de la actividad depuradora del proceso. La composición puede ser usada tanto en sistemas de lecho fijo como en sistemas de lecho fluido.
Para su uso en sistemas de lecho fluido, la composición puede ser añadida bien en su forma sólida bien en forma de suspensión. Dicha suspensión puede ser obtenida mezclando la composición objeto de la Patente principal con agua o con el vertido a tratar. La cantidad de la composición a utilizar se encuentra entre un 0,001% y un 50%, preferiblemente entre un 0,001% y un 20%, preferiblemente entre un 0,001% y un 10%, y más preferiblemente entre un 0,001% y un 1%, siempre en materia seca respecto de un litro del agua residual a tratar. La adición de la composición produce el incremento en el número de microorganismos responsables de la depuración del vertido presentes en el reactor biológico. Adicionalmente, no se observa una mayor producción de fangos biológicos. Al contrario, se han observado reducciones en el volumen de fangos y con una mejor decantabilidad.
\newpage
Estas observaciones describen a la composición como un activador biológico eficaz en procesos de depuración aerobia, incrementando la capacidad de depuración de reactores biológicos existentes. Su uso permite igualmente el diseño de reactores biológicos aerobios de menor volumen, pero que mantengan su capacidad de depuración y que no originen un mayor volumen de fangos en exceso que deban ser tratados posteriormente.
Modos de realización de la invención
La valoración de la utilidad de la composición objeto de la Patente principal en la depuración de aguas residuales contaminadas por la presencia de contaminantes orgánicos y/o inorgánicos se llevó a cabo mediante el análisis comparativo de los parámetros bien conocidos en la industria que caracterizan la calidad de depuración de las aguas residuales:
\sqbullet
pH
\sqbullet
Demanda Química de Oxígeno (DQO; mg/l)
\sqbullet
Demanda Biológica de Oxígeno (DBO; mg/l)
\sqbullet
Nitrógeno Total Kjeldahl (NTK; mg/l)
\sqbullet
Conductividad (\muS/cm)
\sqbullet
Turbidez (NTU)
\sqbullet
Sólidos en Suspensión (SS; mg/l)
\sqbullet
Aceites y Grasas (mg/l)
\sqbullet
V_{30}
Adicionalmente, en los casos de depuración biológica se consideraron los parámetros que caracterizan dichos procesos:
\sqbullet
Sólidos en Suspensión del reactor biológico (SSLM; mg/l)
\sqbullet
Sólidos en Suspensión Volátiles del reactor biológico (SSVLM; mg/l). Determina la concentración de microorganismos dentro del reactor biológico.
\sqbullet
Carga másica (C_{m}; kg DQO/kg SSVLM x día). Marca la relación existente entre la alimentación al reactor biológico y los microorganismos existentes en el mismo y se define por la siguiente fórmula:
\frac{DQO_{e} \ x \ Qe}{SSVLM \ x \ V_{r}}
donde DQO_{e} es la DQO de entrada al reactor, Q_{e} es el caudal de entrada y V_{r} es el volumen del reactor biológico.
La presente invención se ilustra mediante los siguientes Ejemplos, que no deben considerarse en absoluto limitativos de su alcance.
Ejemplo 1
El ejemplo 1 ilustra el uso de la composición objeto de la Patente principal como coadyuvante en un tratamiento físico-químico de depuración de un agua residual procedente de la industria de fabricación de cartón. La muestra de aguas residuales fue sometida a dos tratamientos seleccionados siguiendo la metodología Jar-Test. El primero corresponde a un tratamiento con coagulantes y floculantes estándar. El segundo incorpora a ese mismo tratamiento la adición de la composición objeto de la invención (AD) como coadyuvante. En la tabla 1 se reflejan las cantidades de productos utilizadas, así como una comparación entre la muestra sin tratar y los dos tratamientos reflejados. La cantidad de agua usada en cada tratamiento fue de 200 ml.
TABLA 1
Sin tratar Tratamiento 1 Tratamiento 2
Policloruro de Al - 1000 ppm 1000 ppm
Cal - 500 ppm 500 ppm
Poliacrilamida - 4 ppm 4 ppm
AD - - 12000 ppm
pH 6,9 8,60 8,60
DQO (mg/l) 12680 574 490
SS (mg/l) 7880 68 25
Turbidez (NTU) - 5,00 9,00
Conductividad (\muS/cm) - 3160 3220
V_{30} (ml) 91 68
Con este ejemplo se demuestra que el uso de la composición objeto de la Patente principal permite obtener un 30% de volumen de fangos, demostrando su eficacia como coadyuvante, sin empeorar los valores analíticos.
Ejemplo 2
El ejemplo 2 ilustra el uso de la composición objeto de la Patente principal como coagulante en un tratamiento físico-químico de depuración de un agua residual procedente de la industria textil. La muestra de aguas residuales fue sometida a dos tratamientos seleccionados siguiendo la metodología Jar-Test. El primero corresponde a un tratamiento con coagulantes y floculantes estándar. El segundo incorpora la adición de la composición objeto de la invención (AD) como coagulante y el uso del mismo floculante. En la tabla 2 se reflejan las cantidades de productos utilizadas, así como una comparación entre la muestra sin tratar y los dos tratamientos reflejados. La cantidad de agua usada en cada tratamiento fue de 200 ml.
TABLA 2
Sin tratar Tratamiento 1 Tratamiento 2
Sulfato Ferroso - 1000 ppm -
Cal - 400 ppm -
Poliacrilamida - 60 ppm 40 ppm
AD - - 8000 ppm
pH 9,0 7,5 8,0
DQO (mg/l) 624 464 468
SS (mg/l) 76 46 38
Turbidez (NTU) - 44,00 40,00
Conductividad (\muS/cm) 2130 2810 2170
V_{30} (ml) - 28 10
Con este ejemplo se demuestra que se puede obtener una depuración igual a la obtenida con los productos estándar. La composición objeto de la Patente principal sustituye a dos reactivos (sulfato ferroso y cal) y además exige una menor cantidad de floculante (poliacrilamida). Como dato más diferenciador se observa como el tratamiento 2 genera un volumen de fangos un 64% inferior.
Ejemplo 3
El ejemplo 3 ilustra el uso de la composición objeto de la Patente principal como coadyuvante en un tratamiento físico-químico de depuración de un agua residual procedente de la industria textil. La muestra de aguas residuales fue sometida a dos tratamientos seleccionados siguiendo la metodología Jar-Test. El primero corresponde a un tratamiento con coagulantes y floculantes estándar. El segundo incorpora a ese mismo tratamiento la adición de la composición objeto de la invención (AD) como coadyuvante. En la tabla 3 se reflejan las cantidades de productos utilizadas, así como una comparación entre la muestra sin tratar y los dos tratamientos reflejados. La cantidad de agua usada en cada tratamiento fue de 300 ml.
TABLA 3
Sin tratar Tratamiento 1 Tratamiento 2
Policloruro de Al - 333 ppm 333 ppm
NaOH - 250 ppm 250 ppm
Poliacrilamida - 10 ppm 16 ppm
AD - - 4000 ppm
pH 6,7 7,26 7,77
DQO (mg/l) 444 216 146
SS (mg/l) 120 10 13
Turbidez (NTU) 52,4 52,40 45,00
Conductividad (\muS/cm) 2250 2580 2560
V_{30} (ml) - No decantan 15
Con este ejemplo se demuestra que la adición de la composición objeto de la Patente principal como coadyuvante en una dosis de un 0,4% permite incrementar la eliminación de DQO desde un 51% hasta un 67%. Se consigue además que los fangos obtenidos en el proceso sean fácilmente decantables, frente a los fangos flotables que se obtienen cuando no se Incorpora la composición objeto de la invención al tratamiento.
Ejemplo 4
El ejemplo 4 ilustra el uso de la composición objeto de la Patente principal como coadyuvante en un tratamiento físico-químico de depuración de un agua residual procedente de la industria láctea. La muestra de aguas residuales fue sometida a dos tratamientos seleccionados siguiendo la metodología Jar-Test. El primero corresponde a un tratamiento con coagulantes y floculantes estándar. El segundo incorpora a ese mismo tratamiento la adición de la composición objeto de la invención (AD) como coadyuvante. En la tabla 4 se reflejan las cantidades de productos utilizadas, así como una comparación entre la muestra sin tratar y los dos tratamientos reflejados. La cantidad de agua usada en cada tratamiento fue de 200 ml.
TABLA 4
Sin tratar Tratamiento 1 Tratamiento 2
FeCl_{3} - 1000 ppm 1000 ppm
NaOH - 450 ppm 450 ppm
Poliacrilamida - 20 ppm 20 ppm
AD - - 10000 ppm
pH 5,9 6,0 7,77
DQO (mg/l) 7175 1932 2010
TABLA 4 (continuación)
Sin tratar Tratamiento 1 Tratamiento 2
SS (mg/l) 1130 11 9
Turbidez (NTU) - 18,04 31,62
Conductividad (\muS/cm) 2450 3020 3080
V_{30} (ml) - 68 28
Con este ejemplo se demuestra nuevamente la utilidad de la composición objeto de la Patente principal como coadyuvante. El tratamiento 2 mantiene los parámetros de depuración obtenidos, pero permite la reducción en el volumen de fangos obtenidos en un 59%.
Ejemplo 5
El ejemplo 5 ilustra el uso de la composición objeto de la Patente principal en un proceso de depuración biológica aerobia de un agua residual procedente de la industria de los mataderos. Se llevó a cabo un pilotaje usando la tecnología SBR (Sequencing Batch Reactor). Se elige esta tecnología al considerarse que los resultados obtenidos en el pilotaje son más fácilmente extrapolables a una planta industrial. Igualmente, todos los resultados obtenidos en esta tecnología pueden ser posteriormente extrapolables a tratamientos convencionales con clarificación por decanta-
ción.
Se prepararon dos reactores piloto. El primero de ellos (Reactor 1) se tomó como ensayo en blanco o patrón. El segundo (Reactor 2) fue usado para adicionar diariamente una composición de acuerdo a la invención. Cada uno de ellos trabaja con una balsa de homogeneización aireada de un día de tiempo de retención hidráulico.
El agua residual estudiada procedía de un matadero. Se realizan tomas de muestras en la planta tres veces por semana. Los valores de DQO del vertido presentan gran variación debido a las diferentes naturalezas de las especies sacrificadas en el matadero. Su valor oscila entre los 1800 y los 10000 mg/l.
Para la puesta en marcha de ambos reactores se inocularon con biomasa procedente de una depuradora de aguas residuales urbanas. Se eligió este tipo de biomasa por criterios biológicos y de proximidad. Dicho fango presentaba unos valores de SSLM y de SSLVM de 2400 mg/l y 2040 mg/l respectivamente. La carga másica de arranque de ambos reactores fue de 0,25 kg DQO/kg SSVLM.
Después de un mes, los valores de SSLM (3500 mg/l) y SSVLM (2800 mg/l) de ambos reactores muestran que el fango biológico urbano se ha adaptado al vertido a tratar. A partir de este momento, se empezó a añadir una composición de acuerdo a la invención directamente en el Reactor 2 en una dosis de 2 g/l.
Los resultados analíticos del vertido depurado por ambos reactores no muestran apenas diferencias entre ellos. La adición de la composición objeto de la invención no influye en los valores de pH (que se mantiene en un rango óptimo de funcionamiento) ni de conductividad. La eliminación de DQO con ambos reactores es del orden de un 96%, con valores en muchos momentos, menores a 100 mg/l. Algo similar se puede comentar sobre la concentración de Aceites y Grasas o sobre el valor NTK. Ambos reactores consiguen depuraciones con efluentes que cumplen sobradamente las legislaciones más restrictivas al respecto.
La diferencia más significativa entre ambos reactores viene dada por los valores de SSLM, SSVLM y C_{m}. En la tabla 5 se reflejan los rangos para estos parámetros en ambos reactores durante el período de pilotaje.
TABLA 5
Reactor 1 Reactor 2
SSLM (mg/l) 3500 - 5000 8000 - 10000
SSVLM (mg/l) 3000 - 4500 5000 - 8000
C_{m} (kg DQO/kg SSVLM x día) 0,20 0,11
La gran diferencia en los valores de SSLM viene marcada por la naturaleza inorgánica de la composición objeto de la invención, que se añade en el Reactor 2 en una dosis de 2 g/l. La comparativa entre SSVLM marca la diferencia entre las concentraciones de sólidos que realmente intervienen en el proceso de depuración del vertido tratado. La concentración en el Reactor 2, donde se adiciona la composición objeto de la invención, es de 1,6 a 1,8 veces superior que en el Reactor 1.
Como se ha comentado, el Reactor 1 es capaz de producir una perfecta depuración del vertido tratado, indicando que el valor de C_{m} de 0,20 kg DQO/kg SSVLM x día es adecuado. De forma lógica, el Reactor 2, donde se produce la adición de la composición objeto de invención, podría depurar el vertido tratado si operará con ese mismo valor de vertido de C_{m}. Atendiendo a la definición de C_{m}, y considerando el valor de SSVLM en el Reactor 2, se comprueba que la adición objeto de invención a un reactor biológico aerobio, permite bien depurar adecuadamente mayores cargas contaminantes, bien el diseño de nuevos reactores con un volumen menor. Concretamente, si diseñáramos el Reactor 2 para que trabajara con esa carga másica de 0,2 kg DQO /kg SSVLM, obtendríamos que el volumen del Reactor 2 sería de un 40% inferior que el volumen del Reactor 1.
Ese diseño vendría avalado además por el diferente comportamiento observado en ambos reactores en la decantación de los fangos producidos. El volumen ocupado por dichos fangos en el Reactor 2 es aproximadamente un 40% menos que los fangos obtenidos en el Reactor 1. El uso de una composición de acuerdo a la invención permitiría diseñar un reactor con volumen menor sin que por ello se produzca una mayor cantidad de fangos biológicos en exceso, manteniendo la misma capacidad de depuración del vertido tratado.

Claims (13)

1. Una composición ecológica para el tratamiento y depuración de aguas residuales, constituida por una mezcla natural de dolomita y arcillas, de uso para el tratamiento y depuración de aguas residuales contaminadas por la presencia de contaminantes orgánicos y/o inorgánicos mediante métodos físico-químicos, en procesos particulares o mixtos de neutralización, precipitación, floculación, coagulación y decoloración, caracterizado por tratarse de un proceso de coagulación-floculación.
2. El uso de una composición según la reivindicación 1, caracterizado por el uso de un agente químico que actúa como floculante.
3. El uso de una composición según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho floculante es una poliacrilamida.
4. El uso de una composición para el tratamiento y depuración de aguas residuales en procesos particulares o mixtos de neutralización, precipitación, floculación, coagulación y decoloración en adición a otros agentes neutralizadores, precipitantes, floculantes, coagulantes y decolorantes, caracterizado porque actúa como coadyuvante de coagulación.
5. El uso de una composición según la reivindicación 4, caracterizado porque se produce una disminución en el volumen de fangos obtenidos.
6. El uso de una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la cantidad de composición a utilizar se encuentra entre un 0,02 y un 50% en materia seca respecto de un litro del agua residual a tratar.
7. El uso de una composición según la reivindicación 1 para el tratamiento y depuración de aguas residuales mediante tratamientos biológicos en sistemas de lecho fijo.
8. El uso de una composición según la reivindicación 1 para el tratamiento y depuración de aguas residuales mediante tratamientos biológicos en sistemas de lecho fluido.
9. El uso de una composición según la reivindicación 8, caracterizado porque el tratamiento y depuración de aguas residuales se realiza mediante un tratamiento biológico anaerobio.
10. El uso de una composición según la reivindicación 8, caracterizado porque el tratamiento y depuración de aguas residuales se realiza mediante un tratamiento biológico aerobio.
11. El uso de una composición según la reivindicación 10, caracterizado porque se produce un aumento en la concentración de microorganismos presentes en el reactor biológico aerobio.
12. El uso de una composición según la reivindicación 10, caracterizado porque dicho tratamiento biológico aerobio es del tipo denominado SBR (Sequencing Batch Reactor).
13. El uso de una composición según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque la cantidad de composición a utilizar se encuentra entre un 0,001 y un 50% en materia seca respecto de un litro del agua residual a tratar.
ES200402775A 2003-11-20 2004-11-18 Mejoras introducidas en la patente 200302716, por: composicion ecologica para el tratamiento y depuracion de aguas residuales. Expired - Fee Related ES2257947B2 (es)

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