ES2274195T3 - Metodo para purificacion biologica de agua y aguas residuales. - Google Patents

Abstract

Método para la purificación biológica del agua donde el agua es suministrada a un reactor que contiene vehículos para el crecimiento de biopelícula, los cuales son mantenidos en movimiento en el agua en el reactor y están dimensionados para ser retenidos en el reactor mediante un filtro que permite la descarga del agua desde el reactor, a través de las aperturas del filtro, y que tiene pasajes bien definidos ó compartimientos que suministran una superficie para el crecimiento de la biopelícula, la cual está protegida contra la colisión con la superficie de otros vehículos, caracterizado en que el elemento de transporte tiene un espesor ó diámetro superiores a 20 mm, en que el área protegida es superior a 1.000 m2/m3 de volumen del elemento de transporte, preferiblemente es superior a 1.250 m2/m3 de volumen del elemento de transporte, particularmente es superior a 1.500 m2/m3 de volumen del elemento de transporte, que la longitud de los pasajes ó profundidad de los compartimientos, respectivamente, en el vehículo como valor promedio es inferior a 6 mm ó inferior a 3 mm, respectivamente, preferiblemente menor a 4, 5 mm ó 2, 5 mm, respectivamente, de modo particular menor a 3 mm ó 2 mm, respectivamente, y que la relación entre la longitud del pasaje ó la profundidad del compartimiento y la dimensión más larga de las aperturas de entrada de los pasajes ó compartimientos, respectivamente, es inferior a 3, preferiblemente menor a 2, 5, y de modo particular menor a 2.

Description

Método para purificación biológica de agua y aguas residuales.

La invención se relaciona con un método para la purificación biológica de agua tal como agua residual, donde se emplea un material transportador.

En la purificación biológica del agua y agua residual, se pasa el agua a través de algún tipo de reactor (un recipiente u otro espacio) en el cual se emplean microorganismos para convertir las impurezas que existen en el agua, en productos finales no peligrosos, tales como dióxido de carbono y agua. Puede ejecutarse la purificación mediante suministro de aire (aeróbicamente) ó sin suministro de aire (anaeróbicamente). Con objeto de incrementar la eficiencia del proceso de purificación, es común buscar un alto contenido de microorganismos activos en el proceso, previniendo que tales organismos escapen junto con el agua purificada, bien sea permitiendo que los microorganismos crezcan suspendidos en el reactor y separándolos luego del agua en un paso de separación después del reactor y retornando los microorganismos al reactor (es decir al proceso de lodo activado) ó introduciendo algún tipo de material de transporte dentro del proceso, sobre las superficies del cual los microorganismos puedan crecer como una biopelícula y así ser retenidos en el proceso (proceso de biopelícula). También hay mezclas de estos dos tipos de proceso, denominados procesos híbridos, donde se introduce el material de transporte dentro del proceso del lodo activado, de manera que los microorganismos suspendidos así como los microorganismos que crecen en la biopelícula puedan ser utilizados en el proceso.

Comparado con el proceso de lodos activados, el proceso de la biopelícula tiene varias ventajas, es decir se pueden emplear cargas más altas, y los procesos de biopelícula son sustancialmente menos sensibles a cambios y perturbaciones. Los procesos de biopelícula más convencionales se basan en el empacado de un material de transporte dentro del reactor de purificación, donde dicho material incluye cuerpos rellenos ó bloques que son mantenidos fijos e inmóviles en el proceso. Estas modalidades del proceso involucran el riesgo de bloqueo del lecho de biopelícula por biomasa u otro material en forma de partículas y formación de zonas muertas en el proceso, en las cuales es insatisfactorio el contacto entre el agua y los microorganismos activos.

En otro tipo de proceso de biopelícula que ha sido muy exitoso en años recientes, se emplea un material de transporte que es mantenido en suspensión y en movimiento en el proceso, el cual es denominado proceso RBLM, "Reactor de Biopelícula de Lecho Móvil". El material de transporte con los microorganismos que crecen sobre él es mantenido en el proceso, pasando agua que va hacia afuera a través de un filtro (tamiz ó malla) que tiene un diámetro de apertura ó ancho de rendija que es tan pequeño que el material de transporte no puede pasar a través de él. La ventaja de este tipo de proceso es que se elimina el riesgo de bloqueo del lecho y formación de zonas muertas.

El empleo de un material de transporte que es mantenido en suspensión y movimiento en el proceso fue originalmente reportado para diferentes aplicaciones de proceso híbrido, es decir se suministraron vehículos suspendidos a procesos de lodos activados para mejorar la función de los mismos. Los vehículos que han sido usados para éste propósito incluyen piezas de caucho espumado (EP 0 142 123), diferentes tipos de cuerpos cilíndricos rellenos
(Bundesministerium für Forschung und Technologie, "Einsatz von Schwebekörper zur Erhöhung der.." por Dr. D. Dengler, H. Lang, A. Baum, Forschungsbericht 02 WA 8538, Ene. 1988, páginas 12 y 13), vehículos que incluyen cuerpos semiesféricos que tienen paredes internas (DE 30 17 439), vehículos en forma de erizo, esferas perforadas, ó discos cruzados (EP 0 058 974).

El primer proceso genuino de biopelícula con material de transporte (RBLM) suspendido fue presentado a comienzos de los noventa (EP 0 575 314 B1) y rápidamente fue muy exitoso. El proceso está basado en el empleo de un material de transporte con una superficie que es por lo menos 1,5 veces más grande que la superficie de elementos suaves que tienen las mismas dimensiones, y una densidad que varía de 0,90 a 1,20, estando la superficie parcialmente protegida contra el desgaste por otros elementos del vehículo y con paredes que permiten un amplio paso de agua a través de los elementos del vehículo. La modalidad preferida de éstos soportes incluye piezas de una manguera que tiene particiones interiores y aletas exteriores. Tales vehículos tienen un diámetro que varía entre 8 y 15 mm, y han sido empleados exitosamente en más de 150 instalaciones grandes del proceso RBLM.

En el Resumen de Patentes de Japón, vol 14 No. 509 se divulgan vehículos similares para el proceso RBLM, donde se describen los vehículos como elementos en forma de manguera, con un diámetro exterior que varía entre 2 y 20 mm, una densidad de 1,0 a 1,02, una relación longitud/diámetro que varía de 0,3 a 3,0 y varias aperturas longitudinales a través del vehículo, cada una con un diámetro de por lo menos 1 mm.

En procesos híbridos también se han empleado vehículos que incluyen piezas de manguera extrudida de este tipo, que han sido desarrolladas para el proceso RBLM (material de mercadeo de EVU Entwicklung von Umwelttechnik GmbH; material de mercadeo de Conor Pacific Environmental Technologies Inc.).

Puesto que los vehículos en el proceso RBLM están expuestos, unos con otros, a repetidas colisiones, las superficies de los vehículos que están expuestas a los otros vehículos son mantenidas limpias del crecimiento de biopelícula. Por ello, la eficiencia del proceso es altamente dependiente del área que está protegida contra las colisiones, por ejemplo los pasajes interiores ó compartimientos (huecos de fondo) en los vehículos. El deseo de una gran área protegida condujo inicialmente tan solo a pequeños vehículos, menores de 15 mm, usados en el proceso RBLM. Aquellos expertos en el tema consideraron imposible suministrar un área protegida lo suficientemente grande para vehículos grandes, mayores a 15 mm, sin debilitar fuertemente el transporte de agua, impurezas y oxígeno a la biopelícula. En un desarrollo ulterior, se identificaron los parámetros críticos que se requieren para garantizar un satisfactorio transporte de masa también en vehículos más grandes, que tengan un área protegida relativamente grande (EP 0 750 591).

En muchas aplicaciones, particularmente cuando el agua residual contiene muchas partículas, es una ventaja emplear vehículos grandes puesto que pueden emplearse mallas ó filtros grandes, que tienen aperturas grandes, para mantener éstos vehículos en el proceso. En una modalidad disponible en el mercado, se define éste vehículo como un elemento cilíndrico construido por paredes radiales que están interconectadas a una estructura similar a una rueda de turbina, la cual está abierta en el centro. Se han empleado exitosamente vehículos de éste tipo, en tamaños que varían de 30 a 60 mm y que tienen un área protegida de hasta 300 m^{2}/m^{3} de volumen aparente de vehículo, en cerca de 50 instalaciones RBLM. Sin embargo, en estas modalidades de la técnica anterior no ha sido posible usar en la práctica vehículos grandes, > 15 mm con un área protegida efectiva > 400 m^{2}/m^{3} de volumen aparente de vehículo sin tener problemas en el transporte de masa hasta la biopelícula. Esto es también explicado en EP 0 750 591. "Si se diseñan los elementos del vehículo de modo que tengan una superficie muy grande, > 500 m^{2}/m^{3}, puede sin embargo ser difícil evitar que el paso a través del elemento de vehículo sea tan estrecho, que sea detenido por el crecimiento". > 500 m^{2}/m^{3} se refiere a un volumen de elemento de vehículo \approx 400 m^{2}/m^{3} de volumen aparente.

Para vehículos pequeños, < 15 mm, de acuerdo con las modalidades de la técnica anterior, un límite práctico para que se pueda obtener el área protegida efectiva, sin limitar el transporte de masa, ha sido aproximadamente 500 m^{2}/m^{3} de volumen aparente de vehículo.

El objetivo primario de la presente invención es incrementar de modo considerable la capacidad de los procesos híbrido y RBLM, y la invención se relaciona con un método para la purificación biológica de agua, donde el agua es suministrada a un reactor que contiene vehículos para el crecimiento de biopelícula, los cuales son mantenidos en movimiento en el agua en el reactor, y son dimensionados para ser retenidos en el reactor, mediante un filtro que permita la descarga del agua desde el reactor a través de las aperturas del filtro, y los cuales tienen pasajes ó compartimientos bien definidos para suministrar una superficie para el crecimiento de la biopelícula, la cual es protegida contra la colisión con las superficies de otros elementos del vehículo.

Dicho objetivo es alcanzado por el método de la invención, que tiene los rasgos característicos de acuerdo con la Reivindicación 1, como consecuencia de los cuales el material del vehículo combina un tamaño grande en dos dimensiones con un área protegida efectiva, la cual es considerablemente más grande que la de las modalidades de la técnica anterior, sin que ello implique problema para el transporte de masa hasta la biopelícula.

El empleo de vehículos de acuerdo con la invención suministra grandes ventajas, comparado con el empleo de vehículos de acuerdo con las modalidades de la técnica anterior, debido al hecho de que pueden suministrarse superficies efectivas protegidas considerablemente más grandes en el proceso, lo cual incrementa la capacidad de éste y suministra la posibilidad de reducir sustancialmente el volumen del reactor de purificación.

Considerado la técnica anterior discutida arriba, no era obvio que una persona diestra diseñara los vehículos empleados en el método de la invención, como se define en la Reivindicación 1, con el objetivo de lograr un sustancial incremento de la eficiencia de los procesos RBLM ó procesos híbridos.

En las reivindicaciones dependientes se definen rasgos ventajosos de la invención.

Con objeto de explicar la invención en más detalle, se describirán abajo dos modalidades, haciendo referencia a los dibujos que acompañan a cada una.

Las Fig 1 y 2 son una vista lateral y una vista de sección transversal respectivamente de una primera modalidad del elemento de transporte de acuerdo con la invención, tomándose la vista de sección transversal a lo largo de la línea A-A en la Fig 1, y

Las Fig 3 y 4 son vistas similares a las Fig 1 y 2 y divulgan una segunda modalidad de acuerdo con la invención.

Puede describirse el elemento de transporte de la primera modalidad, como un disco circular que tiene una pluralidad de pasajes formados por aperturas cuadradas a través del disco, con paredes que suministran una superficie protegida contra el desgaste contra otros elementos del vehículo. El diámetro del elemento de transporte es de 30 mm. El grosor del disco en la dirección del pasaje es de 2 mm y las aperturas tienen una longitud lateral de 1 mm lo cual suministra un área protegida de aproximadamente 1.950 m^{2}/m^{3} de volumen del elemento de transporte, y una relación entre la longitud de los pasajes y la dimensión mayor de las aperturas (la diagonal) de 1,4. Generalmente el diámetro del elemento de transporte ó la anchura del mismo debería ser superior a 20 mm, la longitud de los pasajes debería ser inferior a 6 mm, y la relación entre la longitud de los pasajes y la dimensión más larga de las aperturas de entrada debería ser menor a 3, preferiblemente menor a 2,5, particularmente menor de 2. Generalmente el área protegida debería ser de por lo menos 1.000 m^{2}/m^{3} de volumen del elemento de transporte, preferiblemente por lo menos 1.250 m^{2}/m^{3} de volumen del elemento de transporte, particularmente por lo menos 1.500 m^{2}/m^{3} de volumen del elemento de transporte.

Puede describirse el vehículo de acuerdo con la segunda modalidad como un disco octagonal que tiene una pluralidad de huecos circulares de fondo dentro del disco desde ambos lados, los cuales forman compartimientos y suministran una superficie protegida contra el desgaste contra otros elementos del vehículo. El diámetro del vehículo sobre las esquinas es de 52 mm. El grosor del disco es 4,5 mm. La profundidad de los compartimientos es de 2 mm y el diámetro de las aperturas de entrada de los compartimientos es de 1,5 mm lo cual suministra un área protegida de 1.330 m^{2}/m^{3} de volumen del elemento de transporte, y una relación entre la profundidad de los compartimientos y la dimensión más larga (el diámetro) de las aperturas, de 1,33.

En el método de la invención, se suministra el agua tal como agua residual a un espacio tal como un recipiente denominado el reactor, que contiene los vehículos de la invención, ó sea de una u otra de las modalidades descritas arriba. Los vehículos son mantenidos en movimiento en el agua en el reactor, desde el cual el agua es descargada a través de las aperturas de un filtro. Los vehículos deberían estar dimensionados en relación con las aperturas del filtro, considerando los parámetros de la invención, de modo que ellos no pasen a través de las aperturas del filtro sino que sean retenidos en el reactor.

La combinación de un tamaño, área, longitud de los pasajes y profundidad de los compartimientos, respectivamente, y la dimensión de la apertura de entrada en relación con la longitud del pasaje ó la profundidad del compartimiento, respectivamente como se definieron arriba, suministran un vehículo que tiene propiedades sustancialmente mejoradas en los procesos RBLM ó híbrido, frente a los vehículos usados antes. Un rasgo muy importante de la invención es que la longitud del pasaje ó la profundidad del compartimiento, respectivamente, es adaptada a la dimensión de las aperturas de entrada de acuerdo con la relación mencionada arriba.

En comparaciones extensivas efectuadas entre la invención y las modalidades preferidas de los vehículos de las técnicas anteriores, se halló que la invención suministra una capacidad considerablemente más alta en los procesos RBLM ó híbrido. En una comparación relacionada con la nitrificación de aguas municipales residuales en tres procesos RBLM paralelos, cada uno llenado con material de transporte, hasta el 50% del volumen del reactor de proceso, se registraron las capacidades de acuerdo con la Tabla 1 abajo.

Así, podría incrementarse la capacidad de proceso por lo menos 3 veces empleando el material de transporte de acuerdo con la invención.

TABLA 1

Comparación entre la invención y el uso de material de transporte de técnica antigua
Tipo de vehículo	Velocidad de nitrificación, g de NH_{4}-N/m^{3} de reactor, h
K1 (EP 0 575 314 B1)	11,5
Natrix 10/10 (EP 0 750 591)	8,3
la invención, modalidad de acuerdo a Fig. 1	34,1

Claims (4)

1. Método para la purificación biológica del agua donde el agua es suministrada a un reactor que contiene vehículos para el crecimiento de biopelícula, los cuales son mantenidos en movimiento en el agua en el reactor y están dimensionados para ser retenidos en el reactor mediante un filtro que permite la descarga del agua desde el reactor, a través de las aperturas del filtro, y que tiene pasajes bien definidos ó compartimientos que suministran una superficie para el crecimiento de la biopelícula, la cual está protegida contra la colisión con la superficie de otros vehículos, caracterizado en que el elemento de transporte tiene un espesor ó diámetro superiores a 20 mm, en que el área protegida es superior a 1.000 m^{2}/m^{3} de volumen del elemento de transporte, preferiblemente es superior a 1.250 m^{2}/m^{3} de volumen del elemento de transporte, particularmente es superior a 1.500 m^{2}/m^{3} de volumen del elemento de transporte, que la longitud de los pasajes ó profundidad de los compartimientos, respectivamente, en el vehículo como valor promedio es inferior a 6 mm ó inferior a 3 mm, respectivamente, preferiblemente menor a 4,5 mm ó 2,5 mm, respectivamente, de modo particular menor a 3 mm ó 2 mm, respectivamente, y que la relación entre la longitud del pasaje ó la profundidad del compartimiento y la dimensión más larga de las aperturas de entrada de los pasajes ó compartimientos, respectivamente, es inferior a 3, preferiblemente menor a 2,5, y de modo particular menor a 2.

2. Método de acuerdo a la reivindicación 1, donde el elemento de transporte es un disco que tiene una pluralidad de aperturas que forman dichos pasajes.

3. Método de acuerdo a la reivindicación 1, donde el elemento de transporte es un disco que tiene una pluralidad de huecos ciegos formando dichos compartimientos, los cuales se extienden dentro del disco desde ambos lados del mismo.

4. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la biomasa suspendida en el agua descargada es separada del agua y retornada al reactor de forma que éste contendrá biomasa suspendida en el agua dentro del reactor, así como la biomasa que crece sobre los vehículos.