ES2328755T3 - Proceso para el tratamiento de agua resigual conteniendo amonio. - Google Patents
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Abstract
Proceso para el tratamiento biológico de agua conteniendo al menos 50 mg/l de amonio, donde el agua es tratado con lodo que contiene bacterias nitrificantes en un reactor aireado, aplicando un tiempo de retención de lodo en el reactor que favorece continuamente a las bacterias productoras de nitrito con respecto a las bacterias productoras de nitrato, caracterizado por el hecho de reaccionar el nitrito producido por las bacterias productoras de nitrito con amonio en presencia de bacterias desnitrificantes para producir dinitrógeno en el mismo reactor, y controlar el tiempo de retención de lodo separando continuamente parte del lodo del efluente del reactor y continuar el uso de la parte separada así retenida en el reactor, aplicando un tiempo de retención de lodo que sea más corto que el tiempo de duplicado de las bacterias productoras de nitrato y aplicar un tiempo de retención hidráulica que sea más corto que el tiempo de retención de lodo, y mantener la concentración de oxígeno disuelta en el reactor por debajo de 0,4 mg/l.
Description
Proceso para el tratamiento de agua residual
conteniendo amonio.
La invención se refiere a un proceso para el
tratamiento de agua que contiene amonio mediante nitrificación de
bacterias, donde el amonio es predominantemente oxidado a
nitrito.
Tal proceso es conocido por
EP-A-826639. Según este proceso
conocido, el agua residual es tratado en un reactor de tanque
continuamente agitado (CSTR) sin retención de lodo, con ajuste del
tiempo de retención hidráulica a aproximadamente 1 días. Bajo estas
condiciones las bacterias que convierten el amonio en nitrito,
incluyendo p. ej. el género Nitrosomonas, tienen un índice
de crecimiento suficiente para compensar la pérdida de lodo del
reactor, mientras que las bacterias que convierten nitrito en
nitrato, incluyendo p. ej. el género Nitrobacter, no tienen
un índice de crecimiento suficiente para ser mantenidas en el
reactor. Como resultado, la conversión de nitrito en nitrato es
suprimida, lo que tiene las ventajas de consumo de oxígeno reducido
y demanda de donante de electrones (COD) reducida en un proceso de
desnitrificación de flujo descendente. Este proceso es a veces
referido como proceso de reactor individual para alta actividad de
eliminación de amonio sobre nitrito (SHARON).
Un inconveniente de este proceso conocido es que
el tiempo de retención hidráulica requerido de 1-2
días necesita el uso de reactores grandes que son cargados sólo a
un nivel bajo. Esto es especialmente desventajoso en el tratamiento
de aguas residuales relativamente diluidas.
Otro enfoque es el uso de microorganismos
seleccionados (EP-A-562466). En
este proceso mezclas específicas de microorganismos (tales como
Pseudomonas, Acinetobacter, Moraxella, Corynebacterium,
Micrococcus, Flavobacterium y Bacillus) son dejados
crecer en reactores separados (los llamados propagadores) y
continuamente o discontinuamente dosificados desde estos reactores
en la planta de tratamiento de aguas residuales. Inconvenientes de
tal proceso son el cultivo laborioso (y en consecuencia costoso) de
los microorganismos seleccionados y el uso relativamente inefectivo
de los biorreactores.
EP-A-503546
describe un proceso caracterizado por el hecho de que un agua
residual que contiene una alta concentración de nitrógeno (es decir,
agua de desecho) es almacenada en un tanque donde posteriormente
tiene lugar la nitrificación/desnitrificación. La biomasa producida
es continuamente o periódicamente transferida a la planta de
tratamiento de aguas residuales. Los contratiempos son comparables
a los contratiempos del proceso de SHARON al que se ha hecho
referencia arriba, es decir concentración de lodo baja, volumen del
reactor relativamente grande y características de instalación
pobres. WO 98/07664 enseña un método para tratar aguas residuales
que contienen amonio tratando primero el amonio con bacterias de
nitrificación y luego convirtiendo el nitrito resultante con
bacterias de desnitrificación para producir nitrógeno bajo control
de temperatura y pH, bien sin usar retención de lodo o bien usando
un soporte sólido para inmovilizar la biomasa en el reactor.
En una forma de realización de WO 98/07664, la
primera y la segunda fase son realizadas simultáneamente en un
biorreactor, donde microorganismos nitrificantes y desnitrificantes
están presentes en una fase sólida, el microorganismo nitrificante
está presente en la parte externa aeróbica, y el microorganismo
desnitrificante está presente en la parte anaeróbica interna de la
fase sólida, y el oxígeno es suministrado en una cantidad que limita
la primera fase.
Un proceso ha sido encontrado ahora que supera
los inconvenientes de la técnica anterior. El proceso de la
invención está definido en las reivindicaciones anexas. En el
proceso de la invención el tiempo de retención hidráulica es más
corto que el tiempo de retención de lodo. El tiempo de retención de
lodo es siempre más corto que el tiempo de duplicado de las
bacterias productoras de nitrato. Esto se efectúa separando parte
del lodo del efluente del reactor y continuando el uso de la parte
separada en el reactor. El tiempo de duplicado de las bacterias
productoras de nitrato puede ser aumentado reduciendo las
concentraciones de oxígeno y de nitrito en el reactor. Una
concentración de oxígeno baja, especialmente debajo del 5% de
saturación de aire es decir debajo de 0,4 mg/l, puede ser efectuada
suministrando menos oxígeno del que las bacterias oxidantes de
amonio pueden consumir. Una concentración de nitritos baja puede
ser efectuada p. ej. combinando la nitrificación con
desnitrificación en el reactor de nitrificación, o reciclando
líquido de una fase de desnitrificación separada.
La fase esencial del proceso de la invención es
que el tiempo de retención de lodo en el reactor de nitrificación
es controlado independientemente del tiempo de retención
hidráulica. El tiempo de retención de lodo, las concentraciones de
oxígeno y nitrito son controlados de manera que, este nitrito sea
el producto final predominante de la nitrificación, en un reactor
con un tiempo de retención hidráulica relativamente corto. Así las
dimensiones del reactor pueden ser reducidas y la productividad del
reactor aumentada. El tiempo de retención de lodo puede ser
acortado con respecto al tiempo de retención hidráulica separando
el lodo del efluente del reactor discontinuamente o,
preferiblemente, continuamente, y reteniendo parte del lodo en el
reactor. La parte de lodo que está retenida es al menos del 20% en
peso, preferiblemente entre el 50 y el 99% en peso, y especialmente
entre el 65 y el 95% peso del lodo total en el reactor.
En una forma de realización preferida el proceso
se realiza en un reactor continuo opcionalmente mezclado, que está
equipado con un separador de lodo. El separador causa una retención
parcial del lodo de manera que las bacterias nitrificantes
permanecen dominantes en el reactor. El separador de lodo puede ser
un separador externo, donde parte del lodo separado es devuelta al
reactor. Éste puede también ser un separador interno, p. ej. una
cámara de asentamiento en proximidad a la salida de líquido del
reactor. Además de la separación de lodo y del reciclaje parcial
del mismo del efluente del reactor, el lodo puede también ser
tomado de la parte inferior del reactor y devuelto al reactor
después de que parte del mismo haya sido eliminada.
El agua para ser tratada según la invención
puede ser cualquier agua residual, tanto de origen municipal e
industrial, agrícola o cualquier otro origen, que contenga niveles
apreciables de amonio, es decir 50 mg/l o más, o cualquier otro
líquido acuoso que contenga estos niveles de amonio, tal como el
agua usado para la depuración de gas conteniendo amonio. El agua
puede contener o no otros contaminantes y/o materia orgánica. Las
bacterias para ser usadas en el reactor de nitrificación comprenden
bacterias de nitrificación tales como las del género
Nitrosomonas según están normalmente presentes en cultivos
mezclados. Pueden ser obtenidas de fuentes comunes de lodo
activado.
El tiempo de retención hidráulica es más corto
que el tiempo de retención de lodo bacteriano. El tiempo de
retención de lodo puede ser aumentado hasta 20-30
días disminuyendo la saturación de aire y las concentraciones de
nitrito (hasta saturación de aire aproximadamente del 1% y menos de
30 mg NO_{2}^{-}N/I). El tiempo de retención hidráulica es
preferiblemente inferior a la mitad del tiempo de retención de
lodo, por ejemplo menos de 3 días, preferiblemente menos de 1 día,
especialmente de 1 h a 12 h, más particularmente de 2 a 8 h. El
contenido de lodo del reactor de nitrificación generalmente está
entre 1 y 30 g/l.
El nitrito y nitrato (si lo hay) producido en el
reactor de nitrificación puede ser adicionalmente tratado, p. ej.
por desnitrificación bacteriana para producir nitrógeno. La
desnitrificacion bacteriana puede ocurrir suministrando los
equivalentes de reducción necesarios como el amonio, que es el mismo
oxidado para producir dinitrógeno. El reactor de nitrificación
puede periódicamente ser accionado como un reactor de
desnitrificacion haciéndolo anóxico, es decir interrumpiendo la
alimentación de oxígeno y añadiendo un donante electrónico (COD o
similar).
La conversión biológica de amonio y nitrito en
nitrógeno (también referida como el proceso "Anammox") puede
ser realizada mediante el tratamiento del efluente de nitrificación
(conteniendo nitrito y amonio no reaccionado correspondiente a la
estequiometría del Anammox reacción: NO_{2}^{-} + NH_{4}^{+}
\rightarrow — N_{2} + 2 H_{2}O) para producir gas dinitrógeno.
De forma alternativa, el reactor de nitrificación puede ser
accionado alternando condiciones óxicas y anóxicas o continuamente
bajo condiciones limitadoras de oxígeno. En este caso, el consumo
de oxígeno por los organismos de nitrificación genera condiciones
anóxicas para el proceso Anammox. Bacterias capaces de catalizar la
reacción Annamox pueden también ser obtenidas de fuentes de lodo
comunes; éstas incluyen bacterias planctomycetes. La reacción
Anammox corresponde a la segunda fase del proceso de WO
98/07664.
El efluente de reactor de nitrificación puede
también ser adicionalmente tratado en una planta convencional de
lodo activado, opcionalmente junto con aguas residuales COD.
Así, a niveles de oxígeno disueltos debajo de
aproximadamente 0,4 mg/l, la producción de dinitrógeno en el mismo
reactor es predominante con tiempos de retención de lodo entre
aproximadamente 20 a 30 días.
En una forma de realización ventajosa de la
invención, el proceso se usa en el tratamiento de amonio que
contiene gas. El gas con amonio es contactado con agua en una
columna de pulverización. El agua donde el amonio es absorbido es
luego tratado como se ha descrito anteriormente.
Una instalación para llevar a cabo el proceso de
la invención está representada en las Figuras 1 y 2, donde 1 es el
reactor de nitrificación que tiene una línea de distribución de
aguas residuales 2, una entrada de gas (aire, oxígeno) 3, un
separador 4 (interno, como en la figura 2, o externo, como en la
figura 1), una salida de líquido 5 y una salida de exceso de lodo 6,
y un bucle de fondo opcional 7 para separar el lodo, equipado con
un separador 8 y una salida de exceso de lodo 9. El separador 4 de
la figura 2 puede ser un separador trifásico (lodo/líquido/gas). El
tiempo de retención de lodo es ajustado para ajustar la eliminación
de lodo a través de las salidas 6 o 9. En el reactor de
nitrificación 1, la desnitrificación puede también ocurrir haciendo
el reactor anóxico periódicamente.
La Figura 3 muestra una instalación (no según la
invención) donde el líquido tratado es posteriormente tratado en un
reactor 10 Anammox con entrada opcional 11 para líquido con amonio
y salida 12.
(Referencia)
Un reactor de 7,5 litros fue alimentado
continuamente con 1,5 1/h (HRT 5 h) de agua conteniendo 200 mg/l de
amonio. El reactor fue inoculado con una población de bacterias
nitrificantes. En un sistema de sedimentación corriente abajo del
reactor el lodo fue separado del efluente del reactor y todo el lodo
fue continuamente devuelto al reactor. Sobre un 95% del amonio fue
convertido en nitrato en dos semanas. A partir de este momento, una
parte (aproximadamente el 15%) del lodo fue eliminado del
sedimentador y aproximadamente el 85% fue devuelto al reactor. El
tiempo de retención de lodo fue establecido en 1 día. En dos
semanas sobre el 95% del amonio fue convertido en nitrito en vez de
nitrato. La temperatura fue controlada a 35ºC, el pH a 7.5.
Un reactor de funcionamiento discontinuo de
secuenciación de 2 litros (SBR) fue inoculado con 1 g de lodo de un
15 1 SBR desnitrificante. El tiempo del ciclo fue 12 h. en cada
ciclo, el SBR fue llenado continuamente a razón de 11/días durante
11.5. Después de 11.5 h, el agitador fue detenido y el lodo fue
dejado sedimentar. Después de 15 minutos, el efluente fue expulsado
del reactor y el siguiente ciclo comenzó. El tiempo de retención
hidráulica fue 2 días, el tiempo de retención de lodo fue más de 20
días.
Durante 6 meses de operación, la concentración
de amonio influyente podría ser aumentada de 70 mg a 420 mg N/L,
mientras que la concentración de oxígeno en el reactor fue
mantenida al 1% de saturación de aire o menos y la concentración de
nitrito fue 20 mg N/L o menos. La eficiencia de eliminación de
amonio del reactor fue del 85%. Gas dinitrógeno fue el producto
final principal (88%). Los otros productos fueron nitrato (11%),
N_{2}O (1% y NO_{X} (menos del 1%). La producción de gas
dinitrógeno resultó de las acciones combinadas de dos
microorganismos diferentes. Ésta fue mostrada incubando todo el
lodo del reactor en experimentos discontinuos bajo condiciones
óxicas y anóxicas. Bajo condiciones óxicas, el lodo convirtió el
amonio completamente en nitrito. Ningún nitrato fue producido,
indicando que bacterias productoras de nitrato no estaban presentes
en el lodo. Algo de nitrato fue producido bajo condiciones
anóxicas, con la conversión de nitrito y amonio en gas dinitrógeno.
La conversión de amonio y nitrito y la producción de nitrato
correspondió a la estequiometría del proceso Anammox. Estos
experimentos muestran que las bacterias nitrificantes y bacterias
de Anammox coexistieron en el reactor y consecutivamente
convirtieron el amonio en gas dinitrógeno en dos fases. El nitrato
producido en el reactor resultó del proceso Anammox y no de
bacterias productoras de nitrato tales como Nitrobacter
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citada por el
solicitante ha sido recopilada exclusivamente para la información
del lector. No forma parte del documento de patente europea. La
misma ha sido confeccionada con la mayor diligencia; la OEP sin
embargo no asume responsabilidad alguna por eventuales errores u
omisiones.
\bullet EP 826639 A [0002]
\bullet EP 562466 A [0004]
\bullet EP 503546 A [0005]
\bullet WO 9807664 A [0005] [0005] [0012]
Claims (9)
1. Proceso para el tratamiento biológico de
agua conteniendo al menos 50 mg/l de amonio, donde el agua es
tratado con lodo que contiene bacterias nitrificantes en un reactor
aireado, aplicando un tiempo de retención de lodo en el reactor que
favorece continuamente a las bacterias productoras de nitrito con
respecto a las bacterias productoras de nitrato,
caracterizado por el hecho de reaccionar el nitrito producido
por las bacterias productoras de nitrito con amonio en presencia de
bacterias desnitrificantes para producir dinitrógeno en el mismo
reactor, y controlar el tiempo de retención de lodo separando
continuamente parte del lodo del efluente del reactor y continuar
el uso de la parte separada así retenida en el reactor, aplicando
un tiempo de retención de lodo que sea más corto que el tiempo de
duplicado de las bacterias productoras de nitrato y aplicar un
tiempo de retención hidráulica que sea más corto que el tiempo de
retención de lodo, y mantener la concentración de oxígeno disuelta
en el reactor por debajo de 0,4 mg/l.
2. Proceso según la reivindicación 1, donde la
parte retenida del lodo está entre el 50 y el 99% peso.
3. Proceso según la reivindicación 1 o 2, donde
el tiempo de retención hidráulica es inferior a la mitad del tiempo
de retención de lodo.
4. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-3, donde el tiempo de retención
hidráulica es inferior a 1 día, especialmente de 1 h a 12 h.
5. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-4, donde la concentración de
nitrito en el reactor es mantenida debajo de 30 mg/l.
6. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-5, donde el tiempo de retención
de lodo está comprendido entre 20 y 30 días.
7. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-6, donde el reactor es
periódicamente convertido en un modo anóxico añadiendo un donante
electrónico y suprimiendo la alimentación de oxígeno.
8. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1-7, donde el agua que contiene
amonio se origina a partir de la depuración de gas conteniendo
amonio.
9. Proceso según la reivindicación 8, donde
dicha depuración se realiza en dicho reactor de nitrificación.
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