ES2382842T3

ES2382842T3 - Procedimiento y dispositivo para la depuración biológica de aguas residuales.

Info

Publication number: ES2382842T3
Application number: ES07765243T
Authority: ES
Inventors: Franz-Bernd Frechen; Wernfried Schier
Original assignee: FRECHEN FRANZ BERND PROF; FRANZ BERND FRECHEN PROF; FRECHEN FRANZ-BERND PROF; UNI KASSEL; Universitaet Kassel
Current assignee: FRECHEN FRANZ BERND PROF; FRANZ BERND FRECHEN PROF; FRECHEN FRANZ-BERND PROF; UNI KASSEL; Universitaet Kassel
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2027-07-20
Also published as: DE102006034984A1; ATE529385T1; EP2049444B1; US20100012582A1; WO2008012030A1; US8197690B2; EP2049444A1; PL2049444T3

Abstract

Procedimiento para la depuración biológica de aguas residuales, en donde en una balsa de activación (1) se mezcla agua residual con lodo activado y en donde una concentración del lodo activado presente en la balsa de activación (1) se ajusta mediante enriquecimiento a un valor predeterminado, caracterizado porque en una salida (2) dentro de la balsa de activación (1) se somete a una separación sólido-líquido incompleta por tamizado a la totalidad de la mezcla de agua residual y lodo activado que sale y porque una fase sólida separada permanece en la balsa de activación (1), mientras que una fase líquida que incluye un resto de materias sólidas es evacuada.

Description

Procedimiento y dispositivo para la depuración biológica de aguas residuales.

La invención se refiere a un procedimiento para la depuración biológica de aguas residuales de acuerdo con la parte caracterizante de la reivindicación 1 y a un dispositivo para llevar a cabo el procedimiento de acuerdo con la parte caracterizante de la reivindicación 9.

En el procedimiento por activación convencional, la acción depuradora es efectuada en una balsa de activación por el lodo activado (lodo bacteriano). Para enriquecer la biomasa activa en la balsa de activación, se devuelve por bombeo a la balsa de activación lodo activado, espesado por gravedad en una balsa de post-clarificación, con una relación de retorno de hasta 150% referida a la cantidad media de masa seca. De este modo resulta en la balsa de activación un contenido de sustancia seca TSBB de unos 3 a 4 g/l. Esto limita el rendimiento de la instalación depuradora de aguas residuales e incrementa la carga hidráulica de las balsas de activación y de post-clarificación. Además, se precisa un elevado consumo de energía para el bombeo.

En el caso del procedimiento en cascada, en zonas parciales de la balsa de activación se consiguen ciertamente TSBB superiores, pero el contenido medio de sustancia seca es sólo insignificantemente superior.

El empleo de decantadores laminares, por ejemplo en el efluente de la balsa de activación, no ha acreditado un buen resultado, porque tanto allí como en las balsas de sedimentación sólo actúa la fuerza de cizalladura y porque la evacuación del lodo espesado es problemática.

Otra posibilidad conocida para enriquecer lodo activado la ofrece el procedimiento por activación y membrana. En éste se dispone en una balsa de activación, o bien en una balsa de filtración separada, al menos una membrana filtrante. Para evitar taponamientos, los poros de esta membrana filtrante no deben superar un tamaño máximo de 0,4 μm, y mejor 0,1 μm. Además, es necesario que se mantenga en la membrana filtrante un flujo suficiente, para minimizar la formación de una capa cubriente sobre la membrana. Gracias al tamaño de poro, el agua que sale está libre de materias no disueltas. Por tanto es posible, por una parte, una buena concentración del lodo activado. Por otra parte, el contenido de sustancia seca en la membrana filtrante no debe superar un valor de aproximadamente 12 g/l. Por consiguiente, el contenido de sólidos en la balsa de activación está en conjunto limitado superiormente. Se debe mantener una elevada velocidad de flujo y, en el caso de una balsa de filtración separada, una elevada proporción de recirculación; esto conduce a que, debido a flujos en cortocircuito, lleguen también a la membrana filtrante aguas residuales sin depurar, lo que puede conducir a un ensuciamiento prematuro. Además, el exceso de lodo debe ser evacuado separadamente.

A partir del documento WO 2004/002604 es conocido un rastrillo en el cual están dispuestos escalonadamente elementos de tamizado volteantes. En un rodillo guía superior están dispuestas boquillas para limpiar los elementos de tamizado. El rastrillo no es adecuado para enriquecer lodo activado en una balsa de activación. No se menciona el empleo en una balsa de activación.

El documento DE 197 27 984 A1 describe un dispositivo para eliminar lodo flotante de una balsa de depuración de aguas residuales en el cual una cinta de deshidratación rotatoria es de tal modo llevada a la superficie del agua de la balsa de depuración que se sumerge mínimamente en el agua. Con el dispositivo se debe retirar materia flotante en la superficie del agua. El dispositivo no es adecuado para incrementar el rendimiento de depuración biológica en una balsa de activación.

El documento "Stabilization of Activated Sludge Processes During Wet Weather Flow Through Microscreening" (Estabilización de procesos con lodo activado durante caudales en época de lluvia por medio de microtamizado), K.-D. Kummer y W.F. Geiger, Wat. Sci. Tech. Vol. 29, No. 1-2, págs. 393-399, 1994, describe un dispositivo y un procedimiento en el cual en una balsa de activación se mezcla agua residual con lodo activado, y se somete a una separación sólido-líquido a una parte de la mezcla de agua residual y lodo activado saliente.

Es misión de la invención crear un procedimiento para la depuración biológica de aguas residuales que posibilite una elevada eficacia con un consumo de energía relativamente pequeño. Otra misión es crear un dispositivo para llevar a cabo el procedimiento.

La primera misión se cumple mediante las características de la reivindicación 1. Al someter, en una salida de la balsa de activación, a la totalidad de la mezcla de agua residual y lodo activado saliente a una separación sólidolíquido incompleta mediante tamizado y al permanecer en la balsa de activación una fase sólida separada, al tiempo que se evacua una fase líquida, se puede ajustar un contenido de sustancia seca muy elevado en la balsa de activación. De este modo se obtiene una capacidad de degradación muy elevada, de forma que se logra una eficiencia óptima con un relativamente pequeño volumen de la balsa de activación. Al mismo tiempo se disminuye la carga para la post-clarificación o filtración por membrana, porque se necesita mantener en circulación nada o muy poco lodo de retorno y/o porque llega a una cantidad considerablemente menor de materia sólida a las membranas. En función de los requisitos locales, es posible también regular la separación sólido-líquido de manera tal que se consiga sólo un incremento de la sustancia seca en la balsa de activación, con igual carga para la post-clarificación,

o bien sólo un alivio de la carga para la post-clarificación, con igual contenido de sustancia seca en la activación. Se pueden regular cualesquiera ajustes intermedios.

Resulta particularmente ventajoso aplicar la invención en el caso de lodos problemáticos. Se cuentan entre ellos lodos con estructuras de lodo voluminosas tales como, por ejemplo, lodo hinchado o lodos con porciones sólidas, que tienden a producir atascos o que presentan un elevado contenido de fibras. En el caso presente se pueden separar y evacuar estas materias problemáticas, mientras que en los procedimientos conocidos se van enriqueciendo.

Así, el procedimiento es fiable en su funcionamiento, ya que una separación sólido-líquido incompleta no presenta tendencia a atascarse, gracias al tamaño o dimensión de separación, grande si se compara con una membrana. El procedimiento se puede retroadaptar de manera simple a procesos de depuración de aguas residuales existentes, de forma que se evitan costosas ampliaciones de instalaciones clarificadoras.

Las reivindicaciones dependientes se refieren a la realización ventajosa de la invención.

Una operación de tamizado configurada de tal manera que evacua una parte de las materias sólidas junto con la fase líquida presenta un funcionamiento simple y fiable. En este caso se puede retener una fracción sustancial del lodo activado.

Si una cantidad de las materias sólidas evacuadas junto con la fase líquida corresponde a una cantidad media de lodo en exceso, no es necesario bombear lodo de retorno alguno, sino sólo extraer lodo en exceso.

En el caso de un procedimiento por activación o en un procedimiento por activación y membrana, la invención es aplicable de manera especialmente ventajosa.

Con un contenido de sustancia seca en la balsa de activación de 3 a 8 g/l para procedimientos por activación convencionales y respectivamente de 8 a 20 g/l, preferiblemente de 10 a 15 g/l, para procedimientos por activación y membrana, se logra una elevada densidad de actividad sin que se generen problemas en la aireación.

En una balsa de post-clarificación se separan de manera simple y eficaz las materias sólidas remanentes en la fase líquida.

La segunda misión se cumple mediante las características de la reivindicación 9. De manera análoga, las ventajas son válidas para el procedimiento.

La invención se explica con más detalle por medio del ejemplo de realización representado esquemáticamente en los dibujos. En ellos

la Figura 1 muestra un esquema del procedimiento de acuerdo con la invención como ejemplo de un procedimiento por activación convencional, la Figura 2 muestra una banda tamizadora sinfín como ejemplo de un dispositivo para la separación sólido-líquido, la Figura 3 muestra un esquema del procedimiento como ejemplo de un procedimiento por activación y membrana, y la Figura 4 muestra un diagrama de la dependencia de la cantidad de retorno necesaria en el caso presente.

Tal como se desprende de la Figura 1, se aporta de manera continua una corriente Q de agua residual a una balsa de activación 1 y allí se mezcla íntimamente con una mezcla de agua residual y lodo activado durante un determinado tiempo medio de permanencia. Al mismo tiempo se airea la mezcla, con lo cual se degradan biológicamente materias disueltas. Los medios para la mezcladura y la aireación no están representados. A la balsa de activación 1 está conectada detrás una balsa de post-clarificación 4. Desde ésta eventualmente se bombea al circuito lodo de retorno Q2, de vuelta a la balsa de activación 1.

En una salida 2 de la balsa de activación 1 está dispuesto un dispositivo 3 para la separación sólido-líquido incompleta de manera tal que en el caso presente se trata la totalidad de la mezcla efluente Q1 (= Q + Q2). El dispositivo 3 comprende en este ejemplo según la Figura 2 una banda tamizadora sinfín 5, que es conducida en torno a dos rodillos 6 horizontales dispuestos uno sobre otro en la dirección vertical. Uno de los rodillos 6 se puede accionar de manera tal que la banda tamizadora 5 asciende en un tramo que mira hacia la balsa de activación 1. Para este tramo está previsto, por encima del nivel de agua en la balsa de activación 1, un dispositivo de limpieza 7, por ejemplo una conducción de agua con boquillas limpiadoras correspondientes. La banda tamizadora 5 es, por ejemplo, un tejido de metal o material sintético con una abertura de malla de 0,1 a 1,0 mm y en el tramo ascendente cuenta con un apoyo frente a la presión hidrostática existente mediante, por ejemplo, una chapa perforada 11.

En funcionamiento, la corriente de agua residual Q es conducida a la balsa de activación 1 y allí aireada y mezclada con lodo activado. Con ello el agua residual es depurada biológicamente por microorganismos - expresados como contenido en sustancia seca (TSBB). La mezcla Q1 de agua residual depurada y lodo activado fluye hacia la salida 2, en donde la mayor parte del lodo activado es separado por la banda tamizadora 5, y por tanto es retenido en la balsa de activación. La fase líquida, con un resto de materias sólidas, fluye a través de la banda tamizadora 5 a la balsa de post-clarificación. Gracias a la completa mezcladura en la balsa de activación 1, el lodo activado separado se distribuye en ésta de manera rápida y eficaz. De esta manera, por una parte se ajusta en la balsa de activación 1 un elevado contenido en sustancia seca (TSBB) de 4 a 8 g/l, lo que trae como consecuencia un correspondientemente elevado rendimiento de depuración por unidad de volumen de la balsa de activación 1. Para ello no es necesario, dependiendo de la eficacia de separación y TSBB elegidos, mantener en circulación ninguna cantidad, o bien sólo una pequeña cantidad, de lodo de retorno Q2, con lo cual se alivia la carga hidráulica, en correspondencia, de la activación y de la post-clarificación. Por otra parte se deriva hacia la post-clarificación 4 menos materia sólida, lo cual, añadido al alivio de la carga hidráulica, conduce a mejores propiedades de sedimentación del lodo y, en consecuencia, se consigue un efluente de la instalación de clarificación en conjunto menos cargado.

La banda tamizadora 5 se hace funcionar de manera continua. En el caso presente las materias sólidas de la mezcla Q1 que sale de la balsa de activación se depositan en una proporción mayoritaria sobre la superficie de la banda tamizadora 5, y son desprendidas de ésta por las turbulencias presentes en la balsa de activación y por el dispositivo de limpieza 7. El dispositivo de limpieza 7 también es hecho funcionar de manera continua y proyecta líquido - por ejemplo agua residual depurada - contra la cara interna del tramo ascendente.

Como alternativa, se puede regular un funcionamiento discontinuo o cuasicontinuo de la banda tamizadora 5 y del dispositivo de limpieza 7.

En la balsa de post-clarificación 4, mediante fuerzas de cizalladura se separan en máxima medida las materiassólidas que quedan en la fase líquida, y se desechan como lodo en exceso (ÜS). En caso necesario, una parte de la materia sólida se bombea de vuelta a la balsa de activación como lodo de retorno Q2, siendo la cantidad de lodo de retorno Q2 sustancialmente menor que en el caso de un procedimiento por activación convencional sin la retención de lodo conforme a la invención. En el caso ideal, que se puede establecer mediante la elección de una abertura de malla correspondiente de la banda tamizadora 5, la materia sólida que queda en la fase líquida corresponde a lacantidad de lodo en exceso ÜS, de manera que no es necesario bombear nada de lodo de retorno Q2 y toda lamateria sólida aportada a la balsa de post-clarificación 4 es retirada, ya espesada, en forma de lodo en exceso ÜS,

Eventualmente, se añaden de manera dosificadamente a la entrada en la balsa de post-clarificación 4 un agente floculante y/o precipitante, con el fin de mejorar el comportamiento de sedimentación y/o separar por precipitación materias problemáticas disueltas, tales como fósforo, por ejemplo.

En otro ejemplo de realización conforme a la Figura 3, se aplica la invención en un procedimiento por activación y membrana. El agua residual es aportada a la balsa de activación 1, a la cual está conectada inmediatamente detrás una balsa de filtración 8. Idealmente, la balsa de activación 1 y la balsa de filtración 8 están reunidas en una balsa que está subdividida, por ejemplo, por un tabique de separación 10. En la balsa de filtración 8 está dispuesto un gran número de módulos de membrana 9, cuyas membranas son permeables para el líquido pero no pueden ser atravesadas por materias no disueltas. El tamaño de poro de las membranas se sitúa, por ejemplo, en 0,1 a 0,4 μm.

En el tabique de separación 10 se encuentra encastrada, cercana a uno de sus extremos con respecto a los lados de la balsa, la salida 2 que va desde la balsa de activación 1 hacia la balsa de filtración 8. En la salida 2 está dispuesto el dispositivo 3 para la separación sólido-líquido incompleta de manera tal que en el presente caso se trata toda la cantidad Q1 de mezcla efluente. En el tabique de separación 10 se encuentra encastrada además, cercana al extremo opuesto a la salida 2, una abertura para un retorno Q2.

El funcionamiento del procedimiento por activación y membrana tiene lugar del mismo modo que se ha descrito más arriba para el procedimiento por activación, con las siguientes diferencias:

La fase líquida con un resto de materias sólidas fluye a través de la banda tamizadora 5 saliendo hacia la balsa de filtración 8. Aquí se separan por completo las materias sólidas remanentes, de forma que se enriquecen en este punto. La fase líquida es evacuada como agua residual depurada y eventualmente es ulteriormente tratada. Para evitar una concentración demasiado elevada de materias sólidas en la balsa de filtración 8, con los inconvenientes conocidos, se debe realizar allí una dilución. Se consigue ésta mediante un retorno Q2 a la balsa de activación 1, de manera que tienen lugar por una parte una elevación del contenido de sustancia seca TSBB en la balsa de activación 1, y por otra parte la dilución en la balsa de filtración 8 hasta el contenido de sustancia seca TSBB deseado. Se hace recircular, por tanto, mezcla de agua residual y lodo activado. Como se desprende de la Figura 4, en el caso presente la cantidad necesaria de retorno Q2 depende en gran medida, a igualdad de otras condiciones, del contenido de sustancia seca TS1 de la mezcla que fluye hacia la balsa de filtración 8 y, por tanto, del grado de separación del dispositivo 3 para la separación sólido-líquido incompleta. Cuanto mayor sea allí el grado de separación, menor es la cantidad necesaria de retorno Q2. Así, por ejemplo, para una proporción TSFB/TSSB habitual de 1,25 y un grado de separación de la banda tamizadora de 50%, la cantidad necesaria de retorno Q2 se reduce a claramente menos de la cuarta parte de la cantidad de retorno Q2 necesaria sin separación. Así se ahorra, por una parte, energía de bombeo. Por otra parte se disminuye al mínimo la aparición de corrientes en cortocircuito, de modo que se evita el riesgo de cortocircuito de porciones de agua residual no depurada y en consecuencia un ensuciamiento prematuro de las membranas.

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Procedimiento para la depuración biológica de aguas residuales, en donde en una balsa de activación (1) se mezcla agua residual con lodo activado y en donde una concentración del lodo activado presente en la balsa de activación (1) se ajusta mediante enriquecimiento a un valor predeterminado, caracterizado porque en una salida (2) dentro de la balsa de activación (1) se somete a una separación sólido-líquido incompleta por tamizado a la totalidad de la mezcla de agua residual y lodo activado que sale y porque una fase sólida separada permanece en la balsa de activación (1), mientras que una fase líquida que incluye un resto de materias sólidas es evacuada.
2.-Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la separación sólido-líquido se efectúa por tamizado, en donde el tamizado está configurado de modo que junto con la fase líquida es evacuada una parte de las materias no disueltas.
3.-Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el tamizado está configurado de modo que una cantidad de las materias sólidas evacuadas junto con la fase líquida corresponde a una cantidad media de lodo en exceso.
4.-Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque es un procedimiento por activación convencional.
5.-Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque en la balsa de activación (1) se ajusta un contenido de sustancia seca (TSBB) de 4 a 8 g/l.
6.-Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque la fase líquida es conducida a una balsa de post-clarificación (4).
7.-Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque es un procedimiento por activación y membrana.
8.-Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque en la balsa de activación (1) se ajusta un contenido de sustancia seca (TSBB) de 8 a 20 g/l, preferiblemente de 10 a 15 g/l.
9.-Dispositivo para la depuración biológica de aguas residuales, con una balsa de activación (1) que tiene una entrada y una salida (2), caracterizado porque en la salida (2) está dispuesto dentro de la balsa de activación (1) un dispositivo (3) para la separación sólido-líquido incompleta por medio de banda tamizadora (5).
10.- Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque el dispositivo (3) para la separación sólido-líquido comprende un tejido.
11.- Dispositivo según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque el dispositivo (3) para la separación sólido-líquido comprende una banda tamizadora sinfín (5).
12.- Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque la balsa de activación (1) es una balsa de activación convencional.
13.- Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque a la balsa de activación (1) está conectada detrás una balsa de post-clarificación (4).
14.- Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque la balsa de activación (1) es un reactor de activación y membrana.