ES2315178B2 - METHOD FOR THE TREATMENT OF WASTEWATER AND INSTALLATION TO CARRY OUT THAT METHOD. - Google Patents
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Abstract
Método para el tratamiento de aguas residuales e instalación para llevar a cabo dicho método.Wastewater treatment method e installation to carry out said method.
Método para el tratamiento de aguas residuales, con recuperación de energía y nutrientes, e instalación para llevar a cabo dicho método.Wastewater treatment method, with energy and nutrient recovery, and installation to carry out said method.
Comprende la introducción del agua residual a tratar en un reactor anaerobio y su tratamiento en él, la separación del agua tratada de los fangos producidos mediante un filtro de membrana, la separación selectiva mediante membranas de los distintos gases producidos, y la reintroducción de parte del CH_{4} producido en el reactor como medio de agitación del reactor y de extracción de los distintos gases disueltos en el agua, así como un conjunto de dispositivos para llevar a cabo dicho método.It includes the introduction of wastewater to treat in an anaerobic reactor and its treatment in it, the separation of treated water from sludge produced by membrane filter, selective separation by membranes of the different gases produced, and the reintroduction of part of the CH4 produced in the reactor as a means of stirring the reactor and extraction of the various gases dissolved in the water, as well as a set of devices to carry out said method.
Description
Método para el tratamiento de aguas residuales e instalación para llevar a cabo dicho método.Wastewater treatment method e installation to carry out said method.
La presente invención tiene por objeto una instalación y un método para el tratamiento de aguas residuales, en la que al menos una parte del tratamiento microbiológico es anaerobio, comprendiendo la recuperación de los distintos gases producidos, especialmente CO_{2}, H_{2} y CH_{4}, una recirculación de parte del CH_{4} al tanque de tratamiento, y una filtración mediante membrana del agua tratada de modo que los fangos producidos, que incluyen los microorganismos, se mantienen en el sistema el tiempo suficiente para la realización del proceso.The present invention aims at a installation and a method for wastewater treatment, in which at least part of the microbiological treatment is anaerobic, understanding the recovery of different gases produced, especially CO 2, H 2 and CH 4, a recirculation of part of the CH4 to the treatment tank, and a membrane filtration of treated water so that produced sludge, which includes microorganisms, remains in the system long enough for the realization of process.
Las plantas de tratamiento de aguas residuales comprenden básicamente una etapa de separación previa de sólidos suspendidos, orgánicos o no, una etapa de tratamiento biológico en su mayor parte aerobio, que requiere una oxigenación permanente de la masa de agua, y una etapa de sedimentación de sólidos y extracción del agua tratada.Wastewater treatment plants basically comprise a stage of prior solids separation suspended, organic or not, a stage of biological treatment in mostly aerobic, which requires permanent oxygenation of the body of water, and a stage of sedimentation of solids and Extraction of treated water.
Las aguas residuales tienen su origen en usos domésticos o urbanos, industriales, agrícolas y procedentes de la lluvia. Dichas aguas son tratadas por medio de estaciones depuradoras con objeto de minimizar el impacto en su vertido al medio y permitir su reutilización. Dichas instalaciones depuradoras están basadas en procesos fundamentalmente aerobios, y tienen la necesidad de un gran aporte energético debido fundamentalmente al consumo eléctrico de los motores asociados a las soplantes, que bombean el aire a los tanques de tratamiento biológico.Wastewater has its origin in uses domestic or urban, industrial, agricultural and coming from the rain. These waters are treated by means of stations treatment plants to minimize the impact on their discharge to medium and allow reuse. These treatment plants they are based on fundamentally aerobic processes, and have the need for a great energy contribution due mainly to electric consumption of the motors associated with the blowers, which They pump the air into the biological treatment tanks.
Un problema añadido es la gran producción de fangos residuales. Dichos fangos pueden alcanzar una cifra de 1000 Toneladas de fango por cada Hm^{3} de agua tratada. Estos fangos comprenden gran cantidad de materia orgánica. Si bien estos se han venido utilizando en la agricultura, la disminución en algunas zonas de la superficie cultivada reduce la posibilidad de su empleo en dicho medio. Además, la distancia desde el punto de producción al de aplicación puede ser grande, y los costes de transporte muy elevados. Finalmente, la legislación establece ciertos límites en la utilización de dichos fangos. Por lo tanto, es deseable la minimización de dichos fangos residuales.An added problem is the large production of residual sludge These sludges can reach a figure of 1000 Tons of mud for each Hm 3 of treated water. These muds They comprise a large amount of organic matter. While these have been been using in agriculture, the decline in some areas of the cultivated area reduces the possibility of its use in said medium. In addition, the distance from the point of production to Application can be large, and transportation costs very high. Finally, the legislation establishes certain limits in the use of said sludge. Therefore, the minimization of said residual sludge.
Se han llevado a cabo procesos de degradación anaerobia para la estabilización de los fangos producidos en la depuración del agua residual, en la degradación de residuos sólidos y en el tratamiento de aguas residuales con muy elevadas concentraciones de materia orgánica.Degradation processes have been carried out anaerobic for the stabilization of sludge produced in the wastewater purification, in the degradation of solid waste and in the treatment of wastewater with very high organic matter concentrations.
La degradación anaerobia de la materia orgánica es llevada a cabo por diferentes grupos de microorganismos anaerobios que presentan una baja velocidad de crecimiento, por lo que se requieren elevados tiempos de permanencia en el reactor para conseguir una adecuada degradación de dicha materia. Ello implica la necesidad de utilizar grandes volúmenes de reacción, lo que hace inviable la depuración de grandes caudales. Para minimizar el volumen de reacción necesario, las corrientes de entrada a los sistemas anaerobios se suelen calentar (35ºC a 55ºC) para favorecer el crecimiento de los microorganismos implicados. Los procesos conocidos de digestión anaerobia están constituidos por reactores de mezcla completa sin ninguna recirculación de sólidos, por lo que el tiempo de retención hidráulico y el tiempo de retención de los microorganismos coinciden. Este hecho limita la carga orgánica a tratar y las concentraciones de los microorganismos en el reactor.Anaerobic degradation of organic matter It is carried out by different groups of microorganisms anaerobes that have a low growth rate, so that high residence times in the reactor are required to achieve adequate degradation of said matter. It implies the need to use large volumes of reaction, which makes unfeasible the purification of large flows. To minimize the necessary reaction volume, input currents to Anaerobic systems are usually heated (35ºC to 55ºC) to favor the growth of the microorganisms involved. The processes known anaerobic digestion are made up of reactors of complete mixing without any recirculation of solids, so the hydraulic retention time and the retention time of the microorganisms match. This fact limits the organic load to treat and the concentrations of microorganisms in the reactor.
Por ello, la utilización de procesos anaerobios en el tratamiento de aguas residuales de concentración de materia orgánica baja o moderada no es viable, ni económicamente por la rentabilidad y coste del proceso, ni por la inversión y tamaño requerido en la instalación depuradora.Therefore, the use of anaerobic processes in the treatment of wastewater of matter concentration organic low or moderate is not viable, nor economically by the profitability and cost of the process, neither by the investment and size required in the treatment plant.
El volumen de reacción necesario en los procesos anaerobios podría reducirse separando los microorganismos de la corriente tratada y reintroduciéndoles de nuevo en el reactor. Así se favorece la concentración de los mismos y se mejora el rendimiento de depuración. Esta separación es técnicamente imposible mediante procesos de sedimentación o flotación.The volume of reaction needed in the processes anaerobes could be reduced by separating microorganisms from the treated current and reintroducing them back into the reactor. So their concentration is favored and the debug performance. This separation is technically impossible. through sedimentation or flotation processes.
Así, son objetivos de la presente invención:Thus, the objectives of the present invention are:
- \bullet?
- la potenciación de los procesos anaerobios con separación de membrana para la eliminación de la materia orgánica presente en las aguas residuales;process empowerment anaerobes with membrane separation for the elimination of organic matter present in wastewater;
- \bullet?
- la obtención de gases residuales que posibiliten un aprovechamiento químico y energético;obtaining waste gases that enable chemical and energy use;
- \bullet?
- la reducción de fangos derivados del proceso de depuración de aguas residuales, minimizando el impacto medioambiental asociado a su vertido.reducing sludge of the wastewater treatment process, minimizing the environmental impact associated with its discharge.
Además, el agua obtenida tras el proceso anaerobio puede ser tratada mediante la utilización de procesos aerobios de bajo coste energético para la obtención de efluentes de alta calidad, que permitan la reutilización del agua en usos agrícolas e industriales.In addition, the water obtained after the process Anaerobic can be treated by utilizing processes low energy aerobes to obtain effluents from high quality, allowing the reuse of water in uses Agricultural and industrial.
Desde el punto de vista bioquímico, el proceso de degradación anaerobia de la materia orgánica puede dividirse en cuatro fases (hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis) en las que coexisten distintos grupos de microorganismos. Algunos de estos grupos se relacionan entre sí de forma sintrófica, siendo su actividad dependiente de la del otro grupo. Uno de los casos más relevantes de sintrofia es la que existe entre las bacterias metanogénicas consumidoras de H_{2} (metanogénicas hidrogenotróficas) y las bacterias encargadas de la degradación anaerobia de los ácidos grasos de más de dos átomos de carbono. También, cuando el influente contiene cantidades importantes de sulfatos puede llegar a ser importante la competencia por el H_{2} que existe entre las metanogénicas hidrogenotróficas y otro grupo de bacterias denominadas sulfatoreductoras. Este grupo de bacterias es el responsable de la aparición de H_{2}S en la corriente de biogás, disminuyendo el rendimiento de CH_{4} obtenido por unidad de materia orgánica eliminada en función de la cantidad de sulfato existente en el alimento. La reducción del sulfato es más favorable termodinámicamente que la producción de CH_{4}. La presencia del H_{2}S en el biogás empeora su calidad para posteriores usos y requerirá su separación para evitar problemas de corrosión en las conducciones y los equipos de aprovechamiento energético.From the biochemical point of view, the process of anaerobic degradation of organic matter can be divided into four phases (hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis and methanogenesis) in which different groups of coexist microorganisms Some of these groups relate to each other in synophic form, being its activity dependent on that of the other group. One of the most relevant cases of sytrophy is that It exists among the H 2 consuming methanogenic bacteria (hydrogenotrophic methanogens) and the bacteria responsible for the anaerobic degradation of fatty acids of more than two atoms of carbon. Also, when the influent contains quantities important sulfates may become important competition because of the H2 that exists between the hydrogenotrophic methanogens and another group of bacteria called sulfatoreductors. This group of bacteria is responsible for the appearance of H2S in the biogas stream, decreasing the yield of CH4 obtained per unit of organic matter eliminated according to the amount of sulfate in the food. The reduction of sulfate is more thermodynamically favorable than the production of CH_ {4}. The presence of H2S in biogas worsens its quality for later use and will require separation to avoid corrosion problems in pipes and equipment energy use.
Las reacciones acetogénicas son termodinámicamente desfavorables a elevadas concentraciones de H_{2}. Diversos estudios han demostrado que en condiciones anaerobias es necesaria una presión parcial de hidrógeno baja, del orden de 10^{-4} -10^{-5} atm para que el proceso tenga lugar en condiciones favorables. La elevada producción de H_{2} durante estas reacciones requiere, por tanto, que éste sea consumido por las bacterias que viven en sintrofia con las productoras de H_{2} para evitar la inhibición del proceso acetogénico.The acetogenic reactions are thermodynamically unfavorable at high concentrations of H2. Various studies have shown that in conditions anaerobes a low hydrogen partial pressure is necessary, of order of 10-4 -10-5 atm for the process to take place in favorable conditions. The high production of H2 during these reactions therefore require that it be consumed by the bacteria that live in symphony with the producers of H2 to avoid inhibition of the acetogenic process.
La utilización de membranas generará grandes esfuerzos constantes en el proceso de filtración y altas turbulencias en el reactor que pueden alterar la bioquímica del proceso, pudiendo dar lugar a la acidificación del reactor por la acumulación de ácidos grasos volátiles asociada a la inhibición de las bacterias metanogénicas hidrogenotróficas por la desaparición de la sintrofia entre diferentes grupos de microorganismos participantes en el proceso. Por tanto, en un proceso de degradación anaerobia con membranas, si la sintrofia entre las bacterias hidrogenotróficas y acetogénicas se ve afectada, no será posible asegurar bajas concentraciones de H_{2}, provocando la acidificación del medio. Según lo indicado, para la aplicación de tecnologías de membranas a procesos anaerobios es necesario dar solución a los problemas de acidificación ocasionados, bien por la falta de alcalinidad en el agua influente, bien por la desaparición de la sintrofia entre las bacterias acetogénicas y metanogénicas hidrogenotróficas.The use of membranes will generate large constant efforts in the filtration process and high turbulence in the reactor that can alter the biochemistry of process, and may lead to the acidification of the reactor by the accumulation of volatile fatty acids associated with the inhibition of methanogenic hydrogenotrophic bacteria by disappearance of synergy between different groups of microorganisms participants in the process. Therefore, in a process of anaerobic degradation with membranes, if the synergy between Hydrogenotrophic and acetogenic bacteria is affected, it will not be possible to ensure low concentrations of H2, causing acidification of the medium. As indicated, for the application of membrane technologies to anaerobic processes it is necessary to give solution to the acidification problems caused, either by the lack of alkalinity in the influent water, either because of the disappearance of the synergy between acetogenic and methanogenic bacteria hydrogenotrophic
Para compensar la falta de alcalinidad en el agua influente, dado el elevado caudal a tratar, no se puede considerar como alternativa viable la adición de reactivos. Por lo tanto, el proceso exige el mantenimiento del pH por otros medios. Se propone en esta invención el favorecimiento de la desabsorción del CO_{2} disuelto en el medio de reacción. Esta desabsorción es un proceso físico que depende del coeficiente de transferencia de materia y de la saturación de CO_{2} en el líquido, relacionada con la presión parcial del CO_{2} en fase gaseosa. Por ello, la extracción del CO_{2} contenido en el gas favorecerá su desabsorción del medio de reacción. La recirculación de parte de la corriente del biogás producido tras la separación del CO_{2} contenido en dicha corriente, permitirá maximizar tanto la desabsorción como la disminución de la presión parcial de CO_{2} en fase gaseosa recirculada al reactor. Asimismo, la recirculación de la corriente de biogás soluciona la acumulación de H_{2} por la posible desaparición de la sintrofia entre las bacterias acetogénicas y metanogénicas hidrogenotróficas siempre que se separe el H_{2} de dicha corriente. Además, la desabsorción del H_{2} reducirá el crecimiento de las bacterias sulfatoreductoras, permitiendo un mayor aprovechamiento energético de la materia orgánica y minimizando el problema del H_{2}S en las corrientes de biogás. La corriente de gas separada rica en H_{2} permitirá su utilización como biocombustible de alta calidad, lo que resulta una ventaja adicional del método de tratamiento propuesto.To compensate for the lack of alkalinity in the influent water, given the high flow to be treated, you cannot consider the addition of reagents as a viable alternative. For the Therefore, the process requires maintenance of the pH by other means. It is proposed in this invention the favor of desorption of the CO2 dissolved in the reaction medium. This desorption is a physical process that depends on the transfer coefficient of matter and saturation of CO2 in the liquid, related with the partial pressure of CO2 in the gas phase. Therefore, the extraction of the CO2 contained in the gas will favor its desorption of the reaction medium. The recirculation of part of the biogas current produced after the separation of CO2 contained in said stream, will maximize both the desorption as the decrease in the partial pressure of CO2 in the gas phase recirculated to the reactor. Also, recirculation of the biogas stream solves the accumulation of H2 by the possible disappearance of the syndrome between the bacteria acetogenic and hydrogenotrophic methanogenic provided separate the H2 from said stream. In addition, the desorption of the H2 will reduce the growth of sulfatoreductive bacteria, allowing greater energy use of matter organic and minimizing the problem of H2S in the streams of biogas. The separate gas stream rich in H2 will allow its use as a high quality biofuel, which results an additional advantage of the proposed treatment method.
La primera etapa de tratamiento del agua residual, basada en un proceso anaerobio de membranas, permitirá eliminar del agua la práctica totalidad de la materia orgánica presente en el agua, dejando pasar el agua a una ulterior etapa. En esta etapa posterior se tratará biológicamente el contenido en fósforo y nitrógeno amoniacal. En dicha etapa posterior el tratamiento se lleva a cabo en un reactor secuencial discontinuo que requiere poco consumo energético para la aireación, toda vez que la práctica totalidad de la materia orgánica ha sido ya separada y degradada en la etapa anaerobia anterior.The first stage of water treatment residual, based on an anaerobic membrane process, will allow remove practically all organic matter from water present in the water, letting the water pass to a later stage. In this later stage will be treated biologically the content in Ammoniacal phosphorus and nitrogen. In said later stage the treatment is carried out in a discontinuous sequential reactor that requires little energy consumption for aeration, every time that almost all organic matter has already been separated and degraded in the previous anaerobic stage.
La utilización de los reactores secuenciales discontinuos a escala industrial ofrece frente a los sistemas tradicionales un menor coste y un control y operación más eficientes, especialmente en los procesos de eliminación biológica de nutrientes, ya que en un único reactor se llevan a cabo las etapas anaerobia, anóxica y aerobia necesarias para la eliminación de materia orgánica, nitrógeno y fósforo, eliminando las corrientes de recirculación del fango activado existentes en los procesos en continuo.The use of sequential reactors industrial-scale discontinuous offers versus systems traditional lower cost and more control and operation efficient, especially in biological elimination processes of nutrients, since in a single reactor the anaerobic, anoxic and aerobic stages necessary for elimination of organic matter, nitrogen and phosphorus, eliminating the currents of recirculation of the activated sludge existing in the processes in continuous.
Se conocen técnicas aerobias de tratamiento de aguas residuales, que comprenden tanques fundamentalmente aerobios y decantadores, que son habitualmente utilizadas en estaciones depuradoras.Aerobic treatment techniques of sewage, which comprises primarily aerobic tanks and decanters, which are usually used in stations sewage treatment plants
Se conocen medios de separación de membranas con elevados flujos de permeado. Los reactores biológicos de membranas aerobios incluyen el confinamiento de los microorganismos en el interior del sistema, permitiendo un control preciso de su tiempo de permanencia en dicho reactor. Sin embargo los reactores biológicos aerobios de membranas presentan elevados costes de adquisición y de operación, el ensuciamiento de las membranas, y la alta concentración de microorganismos presenta problemas de aireación. Además, la viscosidad del licor mezcla llega a ser significativa cuando la concentración de microorganismos es muy elevada, dificultando la agitación del reactor y la filtración a través de la membrana.Membrane separation means are known with high permeate flows. The biological membrane reactors Aerobes include the confinement of microorganisms in the inside the system, allowing precise control of your time of permanence in said reactor. However the reactors aerobic biological membranes have high costs of acquisition and operation, fouling of membranes, and the high concentration of microorganisms presents problems of aeration. In addition, the viscosity of the mixed liquor becomes significant when the concentration of microorganisms is very high, making reactor agitation and filtration difficult across the membrane
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Se han hecho estudios de tratamiento de aguas residuales mediante la aplicación de membranas para tratamiento anaerobio. En este caso se ha operado a temperaturas mayores de 35ºC y para compensar la acidificación ha sido necesario adicionar sosa.Water treatment studies have been done residuals by applying membranes for treatment anaerobe. In this case it has been operated at temperatures higher than 35 ° C and to compensate for acidification it has been necessary to add bland.
WO 0136340 A1 divulga una planta de depuración biológica de aguas residuales con dos digestores anaerobios y el correspondiente proceso de depuración, en el que se precisa calentar los influentes para el proceso biológico, y dispone de un dosificador alcalino para la regulación del pH.WO 0136340 A1 discloses a purification plant Biological wastewater with two anaerobic digesters and the corresponding debugging process, which requires heat the influents for the biological process, and has a alkaline dispenser for pH regulation.
EP 0 751 913 consiste en un dispositivo y procedimiento para la eliminación biológica simultánea del fósforo y el nitrógeno de las aguas residuales en zonas aerobias, anóxicas y anaerobias, conteniendo material de sustrato flotable, con una instalación depuradora secundaria en serie y conducción de recogida de lodos, estando conectada la etapa de nitrificación (2) con desnitrificación simultánea integrada.EP 0 751 913 consists of a device and procedure for simultaneous biological elimination of phosphorus and nitrogen from wastewater in aerobic, anoxic areas and anaerobic, containing floating substrate material, with a Secondary secondary treatment plant and collection line sludge, the nitrification stage (2) being connected with integrated simultaneous denitrification.
La invención que se propone comprende un método para el tratamiento de aguas residuales que comprende fundamentalmente:The proposed invention comprises a method for wastewater treatment comprising fundamentally:
- \bullet?
- un tamizado previo; dicho tamizado permite eliminar elementos sólidos no orgánicos del agua recibida;a previous screening; saying sieving allows removing non-organic solid elements from water received;
- \bullet?
- una regulación de los influentes; la regulación de los influentes permite regular el ciclo del proceso en el reactor anaerobio al que desagua de forma que las variaciones de carga orgánica no se efectúen bruscamente;a regulation of influents; the regulation of the influents allows to regulate the process cycle in the anaerobic reactor to which it drains that the organic load variations are not made abruptly;
- \bullet?
- la separación del agua de los fangos mediante un filtrado, tal como un filtrado por medio de membrana;water separation from sludge by filtering, such as filtering by means of membrane;
- \bullet?
- la obtención de un biogás compuesto fundamentalmente de CH_{4}, pero conteniendo hidrógeno (H_{2}) y otros compuestos tales como sulfhídrico (H_{2}S) y anhídrido carbónico (CO_{2});obtaining a biogas composed primarily of CH4, but containing hydrogen (H2) and other compounds such as hydrogen sulfide (H2S) and carbonic anhydride (CO2);
- \bullet?
- la extracción de los gases producidos en el reactor anaerobio; la producción de los gases supone una disminución de la masa de materia orgánica presente en el reactor;gas extraction produced in the anaerobic reactor; gas production supposes a decrease in the mass of organic matter present in the reactor;
- \bullet?
- la separación selectiva mediante membrana de los distintos gases producidos, para la obtención de una corriente de CH_{4}, exenta de otros gases, y opcionalmente la separación del H_{2} de la corriente de rechazo;selective separation by membrane of the different gases produced, to obtain a CH4 current, free of other gases, and optionally the separation of H2 from the rejection current;
- \bullet?
- la reinserción tras la separación selectiva de parte del biogás, constituido fundamentalmente por CH_{4}, en el tanque reactor, favoreciendo la extracción de los gases de la masa de fangos;reintegration after selective separation of part of the biogas, constituted mainly by CH 4, in the reactor tank, favoring the gas extraction from sludge mass;
- \bullet?
- la extracción de los fangos del tanque reactor de fango para su evacuación final;the extraction of sludge from sludge reactor tank for final evacuation;
- \bullet?
- la evacuación del agua filtrada, incluyendo la despresurización y separación de gases; y opcionalmente,evacuation of filtered water, including depressurization and gas separation; Y optionally
- \bullet?
- el tratamiento biológico aerobio de las aguas efluentes para la eliminación de compuestos de nitrógeno y fósforo.aerobic biological treatment of effluent waters for the elimination of compounds of nitrogen and phosphorus
Con objeto de ilustrar la explicación que va a seguir, adjunto a la presente memoria descriptiva una hoja de dibujos, que en una única figura se representa la esencia de la presente invención, y en la que:In order to illustrate the explanation that will follow, attached to this specification a sheet of drawings, which in a single figure represents the essence of the present invention, and in which:
La figura 1 muestra un esquema de una instalación que lleva a cabo también el proceso objeto de la presente invención.Figure 1 shows a schematic of a installation that also carries out the process object of the present invention
Como se ha indicado anteriormente de manera resumida, se propone un método para el tratamiento de aguas residuales que tras un pretamizado y antes de un post tratamiento, comprende las siguientes fases:As indicated above so In summary, a method for water treatment is proposed residuals that after a pre-processing and before a post treatment, It comprises the following phases:
- \bullet?
- Introducción del agua tamizada a un reactor anaerobio;Introduction of sifted water a an anaerobic reactor;
- \bullet?
- Separación del agua tratada de los fangos mediante una membrana;Separation of treated water from sludge through a membrane;
- \bullet?
- Extracción del biogás producido en el reactor anaerobio;Extraction of biogas produced in the anaerobic reactor;
- \bullet?
- Separación de los distintos gases producidos, y particularmente del CH_{4}, H_{2}, CO_{2} y H_{2}S;Separation of the different gases produced, and particularly CH 4, H 2, CO 2 and H2S;
- \bullet?
- Reintroducción de parte del CH_{4} producido en el reactor mediante su reincorporación al mismo; la reintroducción tendrá lugar normalmente mediante el bombeo a través de múltiples boquillas dispuestas en la base inferior del reactor anaerobio.Reintroduction of part of the CH4 produced in the reactor by reincorporation into same; the reintroduction will normally take place through the pumping through multiple nozzles arranged in the base Anaerobic reactor bottom.
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Puesto que los lodos son permanentemente recirculados, éstos tendrán parte de CH_{4} disuelto, y en menor medida otros gases, ya que son extraídos pero no reintroducidos en el reactor anaerobio. Por lo tanto, de preferencia, el método incluye también la extracción del CH_{4} en la etapa de despresurización posterior a la separación del agua tratada mediante membranas.Since the sludges are permanently recirculated, these will have part of dissolved CH4, and to a lesser extent measure other gases, since they are extracted but not reintroduced into The anaerobic reactor. Therefore, preferably, the method it also includes the extraction of CH4 at the stage of depressurization after separation of treated water by membranes.
En el reactor anaerobio se valorizará la mayor parte de la materia orgánica presente en el agua residual transformándola en biogás a través de procesos biológicos anaerobios. El contenido del reactor se hace pasar por la membrana de ultrafiltración en la que se obtienen dos corrientes: una con baja concentración en materia orgánica y prácticamente libre de sólidos suspendidos (permeado) y una corriente concentrada de fango (rechazo) que se reintroduce mayoritariamente en el reactor anaerobio, permitiendo trabajar a elevados tiempos de retención celular. Dichos tiempos elevados permiten una producción de fangos muy baja, además de que dichos fangos residuales están estabilizados.In the anaerobic reactor, the highest part of the organic matter present in the wastewater transforming it into biogas through biological processes anaerobes The content of the reactor is passed through the membrane ultrafiltration in which two streams are obtained: one with low concentration in organic matter and practically free of suspended solids (permeate) and a concentrated sludge stream (rejection) that is mostly reintroduced into the reactor anaerobic, allowing work at high retention times mobile. These high times allow a sludge production very low, in addition to said residual sludge being stabilized
Para mejorar la calidad de la corriente de agua obtenida en el permeado, se somete en una fase ulterior a un tratamiento biológico aerobio en la que se reduce la cantidad de materia orgánica soluble, amonio y fósforo, remanentes tras el proceso anaerobio. En dicho reactor tiene lugar la nitrificación del amonio presente, la desnitrificación del nitrato formado en la oxidación del amonio y la eliminación biológica del fósforo. La materia orgánica necesaria para los procesos de desnitrificación y eliminación del fósforo será la contenida en la corriente de permeado y su concentración podrá ser controlada con la operación del reactor biológico de membranas anaerobio.To improve the quality of the water stream obtained in the permeate, it is subjected at a later stage to a aerobic biological treatment in which the amount of soluble organic matter, ammonium and phosphorus, remaining after anaerobic process In said reactor the nitrification of the ammonium present, denitrification of nitrate formed in the Ammonium oxidation and biological phosphorus removal. The organic matter necessary for denitrification processes and phosphorus removal will be contained in the stream of permeate and its concentration can be controlled with the operation of the biological anaerobic membrane reactor.
Por otra parte, como resultado de la degradación anaerobia de la materia orgánica en el reactor biológico de membranas, se obtendrá una corriente de biogás compuesta principalmente por CH_{4}, CO_{2}, H_{2}, y pequeñas cantidades de N_{2} y H_{2}S. Con el objeto de separar el CH_{4} del resto de gases producidos, se emplearán membranas selectivas. En una primera separación se obtiene una corriente enriquecida en CH_{4} y una corriente de rechazo con el resto de los gases. De manera opcional, el rechazo de esta primera membrana se puede introducir en una segunda membrana donde se obtendrá una corriente de permeado enriquecida con H_{2} para su aprovechamiento por separado. Como resultado de esta separación selectiva, se obtienen tres corrientes gaseosas diferenciadas:On the other hand, as a result of degradation anaerobic organic matter in the biological reactor of membranes, a compound biogas stream will be obtained mainly by CH 4, CO 2, H 2, and small amounts of N 2 and H 2 S. In order to separate the CH 4 of the remaining gases produced, membranes will be used selective. In a first separation a current is obtained enriched in CH_ {4} and a rejection current with the rest of the gases. Optionally, the rejection of this first membrane it can be introduced in a second membrane where you will get a permeate stream enriched with H2 for its use separately. As a result of this separation selective, three differentiated gas streams are obtained:
- \bullet?
- Una corriente enriquecida en CH_{4} libre de H_{2}S, H_{2} y CO_{2}.A stream enriched in CH 4 free of H 2 S, H 2 and CO 2.
- \bullet?
- Una corriente enriquecida en H_{2}.A stream enriched in H2.
- \bullet?
- Una corriente de rechazo compuesta por CH_{4}, CO_{2} y con trazas de H_{2}S.A stream of rejection composed of CH 4, CO 2 and with traces of H 2 S.
Una parte de la corriente enriquecida en CH_{4} se recircula al reactor anaerobio para favorecer la desabsorción y el arrastre de todos los gases disueltos. Así, por cuanto se extrae el CO_{2} y el H_{2} del reactor formado por la degradación anaerobia de la materia orgánica, se evita la acidificación del reactor.A part of the stream enriched in CH4 is recirculated to the anaerobic reactor to favor the desorption and entrainment of all dissolved gases. So by how much CO2 is extracted and the H2 of the reactor formed by the anaerobic degradation of organic matter, the reactor acidification.
La instalación objeto de la invención está formada por una zona de pretratamiento, una zona de tratamiento anaerobio, una zona de separación de gases, y una zona de eliminación biológica de nutrientes.The installation object of the invention is formed by a pretreatment zone, a treatment zone anaerobic, a gas separation zone, and a zone of biological elimination of nutrients.
La zona de pretratamiento comprende un tamiz 2 en la entrada de agua 1, que pasa a una balsa de regulación 3. En dicha balsa de regulación 3 se depositará el agua hasta que se inicie el proceso ulterior. Cuando el sistema requiere nuevo suministro, sea de modo continuo o discontinuo, se activa la bomba de suministro 4 que aportará caudal al sistema de tratamiento anaerobio.The pretreatment zone comprises a sieve 2 at the water inlet 1, which passes to a regulation raft 3. In said regulating raft 3 will deposit the water until it is Start the further process. When the system requires new supply, either continuously or discontinuously, the pump is activated of supply 4 that will provide flow to the treatment system anaerobe.
Dicho sistema de tratamiento anaerobio comprende un medio de bombeo 5 que impulsa hacia un filtro de membrana 6 los lodos procedentes de al menos un reactor anaerobio 7. El filtro de membrana 6 recibe una corriente, estando dicha corriente compuesta de lodos recibidos del reactor anaerobio 7 y de aguas procedentes del tanque de regulación 3, junto con el agua a reciclar. El filtro de membrana 6 permitirá el paso del agua filtrada hacia una tercera zona o zona de post-tratamiento, quedando los lodos resultantes en dicha membrana, que son reconducidos nuevamente al reactor. En el agua filtrada quedarán tan solo algunas materias solubles, tales como compuestos de fósforo o nitrógeno. Debido a que las reacciones anaerobias son relativamente lentas, permite mantener en el reactor dichos lodos durante el tiempo que se estime conveniente. Cuando se estime conveniente, el dispositivo tiene un medio de purga 16 en el que se extraerán los lodos cuando ya no sean susceptibles de participar significativamente en la reacción.Said anaerobic treatment system comprises a pumping means 5 that drives towards a membrane filter 6 the sludge from at least one anaerobic reactor 7. The filter of membrane 6 receives a current, said composite current being sludge received from anaerobic reactor 7 and from water coming from of the regulation tank 3, together with the water to be recycled. The filter membrane 6 will allow filtered water to pass to a third post-treatment zone or zone, leaving the sludge resulting in said membrane, which are redirected back to reactor. Only some materials will remain in the filtered water soluble, such as phosphorus or nitrogen compounds. Because that anaerobic reactions are relatively slow, allows keep said sludge in the reactor for as long as it is estimated convenient. When deemed convenient, the device has a purge means 16 in which the sludge will be removed when it is no longer are likely to participate significantly in the reaction.
Debido a los procesos de digestión de los microorganismos, se producirán gases 8 resultantes de dicha reacción. Dichos gases 8 son extraídos mediante un dispositivo de bombeo 9, y se harán pasar a través de separadores 10, 12, en los que se obtendrá H_{2}, que se tratará y almacenará en al menos un depósito 11 o se conducirá para su utilización directa; CO_{2}, CH_{4} y H_{2}S, que se almacenarán separadamente en el correspondiente depósito 13, y CH_{4} prácticamente puro, que también se almacenará en su correspondiente depósito 15. El dispositivo incluye los analizadores de gases 14 correspondientes. En la realización representada se dispone un separador de CH_{4} del resto de los gases 10, y una segunda membrana 12 separadora del H_{2} del CO_{2}, el CH_{4} y el H_{2}S.Due to the digestion processes of microorganisms, gases 8 resulting from said reaction. Said gases 8 are extracted by means of a device pumping 9, and will be passed through separators 10, 12, in the that H_ {2} will be obtained, which will be treated and stored in at least one deposit 11 or will be conducted for direct use; CO 2, CH4 and H2S, which will be stored separately in the corresponding reservoir 13, and practically pure CH4, which it will also be stored in its corresponding deposit 15. The device includes the corresponding gas analyzers 14. In the embodiment shown, a CH4 separator is provided of the rest of the gases 10, and a second membrane 12 separating the H 2 of CO 2, CH 4 and H 2 S.
Para favorecer la desabsorción de los gases existentes dispersos en los lodos como resultado de la digestión de los distintos microorganismos, se bombea CH_{4} como medio de agitación del fango y arrastre de los gases producidos. Debido al arrastre por el CH_{4} de CO_{2} y H_{2}, es posible mantener el pH sin necesidad de aportar reactivos para el control de pH.To favor the desorption of gases dispersed in sludge as a result of digestion of the different microorganisms, CH4 is pumped as a means of sludge agitation and entrainment of the gases produced. Due to the drag along the CH_ {4} of CO2_ and H2_, it is possible to keep pH without the need to provide reagents for pH control.
La instalación incluye una zona de post-tratamiento, en la que las aguas filtradas procedentes del filtro de membrana 6 son conducidas a un despresurizador 17. Debido a que dichas aguas tienen todavía disueltos gases procedentes de la digestión, en dicho despresurizador se reconducen los gases a un depósito 18 o redirigen a la línea de salida del reactor anaerobio.The installation includes an area of post-treatment, in which filtered water from the membrane filter 6 are led to a depressurizer 17. Because these waters still have dissolved gases from digestion, in said depressurizer gases are redirected to a reservoir 18 or redirect to the anaerobic reactor outlet line.
Las aguas extraídas se conducen a un tanque de regulación 19 que mediante los medios de bombeo 20 correspondientes se reconducen a un reactor 22, en el que por medios biológicos se extraen los compuestos de nitrógeno y fósforo, entre otros, remanentes en el agua. Para facilitar la reacción se introduce por medio de una o más soplantes 21 aire en el tanque mediante una pluralidad de boquillas de aireación dispuestas en el fondo, quedando en la parte inferior una zona de purga y extracción de lodos 23, y por la parte superior una salida 24 de agua depurada. Se disponen también en dicho reactor aerobio 22 medios de mezclado 25.The extracted waters are conducted to a tank of regulation 19 that by means of the corresponding pumping means 20 they are redirected to a reactor 22, in which by biological means extract the nitrogen and phosphorus compounds, among others, Remnants in the water. To facilitate the reaction is introduced by means of one or more air blowers 21 in the tank by means of a plurality of aeration nozzles arranged at the bottom, leaving a purge and extraction zone at the bottom sludge 23, and at the top an outlet 24 of purified water. 22 mixing means are also arranged in said aerobic reactor. 25.
Debe comprenderse dentro del ámbito de esta invención cualquier variación en número y disposición de los medios empleados, en cuanto que se mantenga la esencia de lo aquí descrito.It must be understood within the scope of this invention any variation in number and arrangement of the means employees, as long as the essence of what is here is maintained described
De aplicación en el tratamiento de aguas residuales.Application in water treatment residual
Claims (18)
- \bullet?
- Alimentación de las aguas influentes a un tanque anaerobio;Water supply influences to an anaerobic tank;
- \bullet?
- Separación del agua tratada de los fangos mediante un filtro de membrana;Separation of treated water from sludge through a membrane filter;
- \bullet?
- Extracción del biogás producido en el reactor anaerobio;Extraction of biogas produced in the anaerobic reactor;
- \bullet?
- Separación selectiva de los distintos gases producidos mediante membranas;Selective separation of different gases produced by membranes;
- \bullet?
- Agitación del tanque anaerobio y arrastre de los gases producidos con parte del CH_{4} producido en el reactor mediante su bombeo y reincorporación al mismo.Anaerobic tank agitation and entrainment of the gases produced with part of the CH4 produced in the reactor by pumping and reincorporating the same.
- \bullet?
- Una zona de pretratamiento;An area of pretreatment;
- \bullet?
- Una zona de tratamiento anaerobio, dicha zona de tratamiento anaerobio comprendiendoA treatment area anaerobic, said anaerobic treatment zone understanding
- \circ\ circ
- Al menos un reactor anaerobio (7);At least one anaerobic reactor (7);
- \circ\ circ
- Al menos un filtro de membrana (6) de separación de fangos, permeable al agua y que retiene dichos fangos;At least one membrane filter (6) sludge separation, permeable to water and retaining these sludge;
- \circ\ circ
- Un conjunto separador de gases.A separator set of gases
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20090316 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2315178B2 Country of ref document: ES |
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| PC2A | Transfer of patent |
Owner name: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCIA Effective date: 20110616 |