ES2547031B1 - Sistema bioelectroquímico y procedimiento para la eliminación de materia orgánica y compuestos nitrogenados de aguas residuales - Google Patents
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Abstract
Sistema bioelectroquímico y procedimiento para la eliminación de materia orgánica y compuestos nitrogenados de aguas residuales.#Sistema y procedimiento bioelectroquímico (1) para la eliminación de materia orgánica y compuestos nitrogenados de aguas residuales; donde dicho sistema comprende una pluralidad de pilas biológicas (2, 3) conectadas entre sí, las cuales presentan respectivamente: una cámara anódica (2) configurada para oxidar la materia orgánica de dichas aguas residuales, y una cámara catódica (3) configurada para reducir los compuestos nitrogenados de dichas aguas; donde las pilas biológicas (2, 3) están conectadas entre sí a través de un canal (12a, 12b) por donde circulan las aguas residuales; el cual presenta dos tramos de circulación: un primer tramo (12a) de oxidación de la materia orgánica discurriendo a través de la pluralidad de las cámaras anódicas (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) de cada una de las pilas biológicas (2, 3); y un segundo tramo (12b) de reducción de los compuestos nitrogenados discurriendo a través de la pluralidad de las cámaras catódicas (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) de cada una de las pilas biológicas (2, 3).
Description
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DESCRIPCION
Sistema bioelectroqwmico y procedimiento para la elimination de materia organica y compuestos nitrogenados de aguas residuales
CAMPO TECNICO DE LA INVENCION
La presente invention se refiere a un sistema bioelectroqwmico para la eliminacion de materia organica y compuestos nitrogenados de aguas residuales, y el procedimiento asociado al mismo, estando dicho sistema englobado en el sector de tratamientos de aguas y medioambiente; y aclarando el concepto de aguas residuales como efluentes de origen urbano y/o industrial con cierto contenido en contaminantes tales como materia organica, nitrogeno y fosforo; pudiendo considerarse tambien cualquier aguas subterraneas o de cualquier otro origen.
Este sistema tiene como finalidad principal reducir el contenido en contaminantes de aguas residuales, ademas de ser capaz de generar energia electrica a partir de dicha reduction de contaminantes, ocupar un espacio reducido, ahorrar en la gestion y deposition de fangos, reducir las emisiones de gases que provocan el efecto invernadero, asi como precisar de un menor consumo energetico, electrico y de oxigeno, en comparacion con los sistemas de tratamiento de aguas residuales actualmente utilizados.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
A modo de introduction, en la actualidad es conocido que las aguas residuales poseen un alto grado de contaminantes. El tipo y clasificacion de tales contaminantes depende del origen de las aguas, siendo los contaminantes mas comunes: la materia organica medida normalmente en terminos de Demanda Quimica de Oxigeno, en adelante DQO, y los compuestos nitrogenados, generalmente presentes en forma de amonio y nitrogeno organico (medidos en terminos de Nitrogeno Total Kjeldahl, NTK), nitritos y nitratos.
En este contexto, y focalizando en la eliminacion de la materia organica, existen sistemas convencionales de tratamiento de las aguas residuales que suelen consistir en sistemas
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biologicos aerobios, los cuales requieren de una serie de operaciones sencillas, y dan lugar a una alta eficiencia de tratamiento. La ejecucion de dichas operaciones requiere disponer de unas turbinas hidraulicas que facilitan la oxigenacion de las aguas residuales, y con ello la reduction de la materia organica existentes en ella. Sin embargo, estos sistemas presentan altos costes de operation asociados a la aireacion y el tratamiento de los lodos generados, siendo los costes de aeration de aproximadamente 0,5 kWh/m3 (30 kWh/hab.eq^ano) y los costes asociados al tratamiento de los fangos superiores a 500 €/tonelada materia seca.
Para poder reducir los costes y el volumen de las instalaciones aerobias para el tratamiento de la materia organica de las aguas residuales, se contempla una alternativa vinculada a los sistemas anaerobios. Estos sistemas producen biogas (mezcla de metano y dioxido de carbono) a partir de la materia organica, existiendo una recuperation de energia electrica y calorifica (aproximadamente 1 kWh por 1 kg DQO tratada). Pero los procesos anaerobios actualmente utilizados presentan una serie de inconvenientes asociados a la actividad de las bacterias metanogenicas (que catalizan la degradation de la materia organica y la produccion del biogas), debido a que la elevada sensibilidad de estas se traduce en un inhibition de la ultima etapa del proceso anaerobio (metanogenesis) cuando los parametros de operacion se alejan de los valores optimos (condiciones estrictas anaerobias, pH proximo a 7 y temperatura de 35 °C, entre otros); y por ello los resultados de reduccion de contaminantes no son los esperados.
Tambien se puede considerar como un inconveniente adicional de la digestion anaerobia el que tiene aplicacion fundamentalmente en aguas con alta carga organica, tomando como valor de referencia una cantidad superior a 5 Kg DQO/m3dia, no aplicandose en aguas con contenidos medios o bajos de materia organica y/o con presencia de compuestos nitrogenados, ya que la digestion anaerobia no es capaz de eliminar el nitrogeno existente en dichas aguas residuales.
En este sentido, y para evitar los inconvenientes anteriormente descritos, existen soluciones que abordan esas problematicas, y que se concentran en el uso de pilas microbiologicas o celulas electrolrticas microbiologicas. Donde la esencia de este tipo de pilas radica en que son capaces de degradar compuestos organicos y componentes nitrogenados y generar
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electricidad, utilizando los microorganismos como catalizadores. Y donde el funcionamiento de estas pilas microbiologicas se basa en dos etapas:
- En primer lugar se produce la oxidacion de la materia organica, que actua como sustrato donador de electrones, a dioxido de carbono (CO2), la cual se lleva a cabo en un compartimento anodico; y posteriormente
- se produce la reduction del oxigeno a agua (H2O), que actua como sustrato aceptor de electrones, en un compartimento catodico.
De esta forma, la union de ambos compartimentos con material conductor produce un flujo de electrones del anodo al catodo capaz de generar electricidad. El anodo y el catodo tienen que estar separados por una membrana ionica, usualmente cationica, que permite el paso de protones generados a partir de la oxidacion de la materia organica en el anodo hacia el catodo para compensar las cargas electricas negativas o electrones procedentes del anodo
En este contexto, y durante los ultimos anos, la investigation de las pilas biologicas ha ido evolucionando con respecto a las configuraciones de trabajo, pero sobre todo, buscando una aplicabilidad adicional a los catodos. Asi pues, se han introducido los biocatodos que, al igual que los anodos, contienen microorganismos electrotrofos que son usados como catalizadores para llevar a cabo las reacciones de reduccion. De forma que una de las aplicaciones mas extensas con biocatodos es la elimination simultanea de materia organica y nitrogeno, donde la oxidacion de la primera se produce en el anodo y la reduccion del segundo (concretamente los nitratos) se realiza en el catodo.
En relation al estado del arte vinculado al tratamiento de aguas residuales, cabe destacar la solicitud de patente estadounidense de numero de publication US 2010/0304226, en la cual se describe una pila de combustible biologica donde en el anodo se produce la oxidacion de la materia organica, y en el catodo se produce una nitrification aireada.
Esta solution tiene la ventaja de que precisa el uso de sistemas bioelectroquimicos utilizando microorganismos para tratar las aguas residuales al mismo tiempo que se genera energia electrica. De forma que en este sistema, los compuestos organicos son oxidados por los microorganismos electrotrofos, los cuales son donadores de electrones y protones.
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Al mismo tiempo, los electrones se transfieren del anodo al catodo a traves de una resistencia, mientras que los protones atraviesan la camara anodica a catodica a traves de una membrana. Y es en el catodo, donde los microorganismos aceptores de electrones reducen los compuestos nitrogenados autotroficamente; y de este modo se evita anadir materia organica, reduciendose los costes as^ como el riesgo de sobrecrecimiento en los sistemas a tratar debido a que los organismos autotrofos crecen mas despacio y producen menos biomasa.
Sin embargo, los sistema bioelectroquimicos tipo biocatodos plantean una serie de inconvenientes centrados todos ellos en el tratamiento de los compuestos nitrogenados. De acuerdo a la solicitud de patente estadounidense US 2010/0304226, en el catodo se produce la nitrificacion aireada, pero esta oxidacion de amonio a nitrato precisa de una desnitrificacion para poder reducir el nitrato a nitrogeno gas, y de ese modo poder verter las aguas depuradas al espacio medioambiental proximo. Los sistemas biocatodos precisan de un control de los niveles de oxigeno ya que el proceso de nitrificacion se ve favorecido con altos niveles de dicho gas; sin embargo, el proceso de desnitrificacion debe realizarse en condiciones anoxicas (sin oxigeno). Los estudios cientificos concluyen que a niveles altos de oxigeno (superiores a 0,8 mg^L-1, aproximadamente), se perjudica al proceso de desnitrificacion, al ocurrir inhibition de dicho proceso.
Adicionalmente la solution propuesta en la solicitud de patente estadounidense US 2010/0304226, una vez puesta en marcha en un sistema para aplicar en un contexto real, da lugar a que la oxidacion de la materia organica en el anodo no obtiene unos resultados optimos, ya que requiere un elevado tiempo de residencia.
Es por ello que, a la vista de los inconvenientes descritos en relation a los tratamientos aerobios y anaerobios, se hace necesario la aparicion de un sistema capaz de solventar dicha problematica con alta efectividad de aplicacion, en base a ser capaz de reducir la materia organica de las aguas residuales con tiempos de residencia bajos, suponiendo un bajo coste energetico y ocupando un volumen mmimo, dando lugar a un sistema altamente compacto, ; asi como ser capaz de eliminar los compuestos nitrogenados existentes en dichas aguas, desde su origen, los cuales suelen estar presentes en forma de amoniaco, y por tanto siendo capaz de nitrificar y desnitrificar tales compuestos de las aguas residuales
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de un modo tambien rapido, y con un bajo costo energetico; y todo ello con un sistema de configuration sencilla, compacto, de facil instalacion y mantenimiento, y que ademas suponga un ahorro energetico para las instalaciones, y produzca una depuration optima de las aguas residuales colaborando con una mejora medioambiental en todo su conjunto.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
La presente invention se refiere a un sistema bioelectroqwmico para la elimination de materia organica y compuestos nitrogenados de aguas residuales, donde dicho sistema bioelectroquimico comprende una pluralidad de pilas biologicas, las cuales presentan respectivamente:
- Una camara anodica configurada para oxidar la materia organica de dichas aguas residuales, donde dicha oxidation libera una serie de electrones y protones;
- una camara catodica configurada para reducir los compuestos nitrogenados de dichas aguas residuales, donde dicha reduction recibe una serie de electrones y protones provenientes de la oxidacion de la camara anodica; y
- una membrana de intercambio ionico ubicada entre la camara anodica y la camara catodica.
Se observa que dichos elementos son comunes en el estado del arte, y se consideran partes esenciales de una pila biologica; de forma que en la camara anodica se produce una generation de electrones, los cuales se usan, al menos parte de dicha energia electrica generada, en la camara catodica para poder reducir los compuestos nitrogenados de dichas aguas residuales.
Pero el sistema bioelectroquimico objeto de invencion tiene las siguientes caracteristicas tecnicas esenciales y novedosas, vinculadas a la mejora de sus rendimientos energeticos y de capacidad de reduccion de la materia organica y los compuestos nitrogenados, ya que las pilas biologicas estan conectadas entre si a traves de al menos un canal por donde circulan las aguas residuales a tratar; donde dicho, al menos un, canal presenta dos tramos de circulacion de las aguas residuales:
- un primer tramo de oxidacion de la materia organica de aguas residuales, donde el primer
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tramo discurre a traves de la pluralidad de las camaras anodicas de cada una de las pilas biologicas; y
- un segundo tramo de reduction de los compuestos nitrogenados de aguas residuales, donde el segundo tramo discurre a traves de la pluralidad de las camaras catodicas de cada una de las pilas biologicas.
Observandose que el sistema esta formado por la union de varias pilas biologicas, donde cada pila biologica presenta sendas camaras anodicas y catodicas; esta solution garantiza que, una vez puesto en funcionamiento el sistema y estabilizadas las aguas residuales; dichas aguas circulan en primer lugar por todas las camaras anodicas, de forma que se produce una elimination de materia organica biodegradable superior al noventa por ciento de la existente inicialmente en dichas aguas residuales, para posteriormente introducir dichas aguas residuales tratadas en las camaras anodicas hasta el conjunto de las camaras catodicas, donde se produce el tratamiento y eliminacion de los compuestos nitrogenados de dichas aguas residuales, y que gracias a que las aguas residuales circulan a traves del conjunto de camaras catodicas, la reduccion de compuestos nitrogenados es superior al 50%.
En este sentido, cabe destacar una option preferente de circulation de las aguas residuales a traves del conjunto de pilas biologicas, de forma que se describe un procedimiento para la eliminacion de materia organica y de compuestos nitrogenados de dichas aguas residuales a traves de dicho, al menos un, canal, el cual comprende las siguientes etapas:
a) Introducir dichas aguas residuales a una primera camara anodica de una primera pila biologica, oxidando una cantidad de materia organica durante una parte correspondiente del primer tramo del canal anodico;
b) introducir las aguas provenientes de la primera camara anodica de la primera pila biologica, hacia la segunda camara anodica de una segunda pila biologica, oxidando una cantidad de materia organica, durante una parte correspondiente del primer tramo del canal; observandose que las aguas no circulan por ninguna camara catodica todavia, si no que van circulando por las camaras anodicas en todo momento;
c) repetir la oxidation de las aguas un numero de veces equivalente al numero de pilas pertenecientes al sistema bioelectroquimico, y por tanto, al numero de camaras anodicas,
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durante el resto del primer tramo del canal anodico; De esta forma, la materia organica se ha oxidado hasta llegar a valores mmimos de DQO;
d) introducir las aguas provenientes de la ultima camara anodica, de la ultima pila biologica, hacia la camara catodica perteneciente a dicha ultima pila biologica, reduciendo una cantidad de compuestos nitrogenados, durante parte del segundo tramo del canal catodico;
e) introducir las aguas provenientes de la ultima camara catodica de la ultima pila biologica, hacia una penultima camara catodica de una penultima celda biologica, reduciendo una cantidad de compuestos nitrogenados, durante parte del segundo tramo del canal catodico;
y
f) repetir la reduction de los componentes nitrogenados de las aguas el mismo numero de veces equivalente al numero de pilas pertenecientes al sistema bioelectroquimico, y por tanto, al numero de camaras catodicas, durante el resto del segundo tramo del canal. De esta forma, los componentes nitrogenados se han reducido hasta llegar a valores mmimos de nitrogeno.
Esta disposition y sentido de circulation de las aguas residuales, definido por el paso de dichas aguas residuales a traves de un canal y dividido en dos tramos; se consigue que, gracias al agrupamiento de pilas biologicas y la disposicion de las camaras anodicas y catodicas, el espacio requerido para la oxidation-reduction de los contaminantes de las aguas residuales sea muy reducido, y por tanto se obtenga un sistema compacto, donde su efectividad es elevada gracias al paso continuado entre todas las camaras anodicas y catodicas; y se requiera un bajo consumo energetico al operar en condiciones de pila biologica capaz de generar energia electrica durante todo el proceso, de forma que el sistema bioelectroquimico objeto de invention se puede comportar, a su vez, como un generador de electricidad.
Cabe destacar que, de modo orientativo, las aguas residuales a tratar poseen cargas de carbono-nitrogeno (C/N) por encima de 3,5 y preferentemente entre 5 y 9; recordando que dicho ratio es de caracter preferente y no vinculante para el tratamiento de aguas residuales en el sistema biolectroquimico objeto de invencion.
Teniendo en cuenta que la reduccion de la materia organica se produce durante el paso de las aguas residuales a traves del primer tramo del canal anodico, fluyendo a traves del
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conjunto de las camaras anodicas; se contemplan dos opciones de realization preferentes de como reducir los compuestos nitrogenados de dichas aguas residuales, siendo:
A) En la primera option, el sistema bioelectroqwmico objeto de invention comprende un reactor nitrificante aireado externo ubicado entre el primer tramo, correspondiente a las camaras anodicas, y el segundo tramo, correspondiente a las camaras catodicas, de dicho, al menos un, canal; donde dicho reactor nitrificante externo esta configurado para oxidar los compuestos nitrogenados de las aguas residuales del primer tramo proveniente de una ultima camara anodica de una ultima pila biologica, es decir, se produce la reaction de nitrification en las aguas residuales; e introducir dichas aguas resultantes de dicha oxidation en el reactor nitrificante externo hacia el segundo tramo que comienza en una ultima camara catodica de la ultima pila biologica; entendiendo el termino externo del reactor nitrificante como aquel reactor que no esta integrado fisicamente en el sistema bioquimico objeto de invencion.
Se observa, por tanto, que, una vez las aguas residuales salen de la ultima camara anodica, es entonces cuando las aguas residuales, libres de materia organica biodegradable, aproximadamente con una reduction de materia organica del noventa por ciento debido a la oxidacion de esta durante el paso a traves del conjunto de camaras anodicas, se introducen en el reactor nitrificante externo, y se produce la nitrificacion de los compuestos nitrogenados de las aguas residuales, siendo las reacciones quimicas habituales que tienen lugar:
- NH4+ + 1.5 O2 ^ NO2-+ H2O + 2 H+
- NO2- + 0.5 O2 ^NO3-
Es decir, las aguas residuales se introducen en el reactor nitrificante externo en forma de amonio (NH4+), y sale del reactor nitrificante externo en forma de nitratos (NO3-); listo para ser introducido en el segundo tramo del canal catodico, y por ende en el conjunto de camaras catodicas de las respectivas pilas biologicas.
Es en las camaras catodicas donde, los compuestos nitrogenados oxidados, en forma de nitritos y nitratos, se reducen debido al caracter de pila electroquimica del sistema objeto de
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invention; captando electrones y protones provenientes de la oxidation de la materia organica en las camaras anodicas, y reduciendose dichos nitratos hasta obtener Nitrogeno gas (N2), siendo la reaction de desnitrificacion:
- 2NO3-+ 12 H+ + 10 e- ^ N2 + 6H2O
Donde en resumen, se obtienen aguas con un bajo contenido de contaminantes, gracias a:
- La oxidacion de materia organica en las camaras anodicas
- La reduction de compuestos nitrogenados en el conjunto formado por dicho, al menos un, reactor nitrificante externo y el conjunto de las camaras catodicas.
Con el objeto de poder mejorar la eficiencia del sistema bioelectroquimico objeto de invencion, se contempla la option de que cada membrana de intercambio ionico ubicada en cada una de las pilas electroquimicas que separan las camaras anodicas y catodicas, es una membrana de intercambio anionico; evitandose de ese modo el flujo de amonio de las aguas residuales desde la camara anodica hasta la camara catodica de cada pila biologica.
Y de igual modo, se garantiza un control de la nitrification en dicho reactor nitrificante externo gracias a la opcion preferente de uso de al menos una sonda de oxigeno configurada para fijar la concentration de oxigeno en el reactor nitrificante externo junto con el uso de un sistema de control, una electrovalvula y un compresor; y de ese modo lograr la nitrificacion necesaria para poder introducir las aguas residuales en las camaras catodicas y su posterior reduccion hasta gas nitrogeno (N2).
B) En la segunda opcion, cada camara catodica del sistema bioelectroquimico objeto de invencion comprende medios de aireacion configurados para nitrificar los compuestos nitrogenados en forma reducida (preferentemente amonio) de las aguas residuales; de forma que cada camara catodica esta configurada para llevar a cabo la nitrificacion de los compuestos nitrogenados gracias a los medios de aireacion, y desnitrificar dichos compuestos nitrogenados (preferentemente nitritos o nitratos) gracias a la reduccion de estos debido al aporte de electrones provenientes de cada una de las correspondientes camaras anodicas. Donde, de manera preferente, los medios de aireacion controlan la
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concentration de ox^geno disuelto en cada camara catodica, operando en un rango de diseno entre 1 y 1,5 mg O2/L; pudiendo llegar a valores de hasta 4 mg O2/L
Esta segunda option tiene las siguientes ventajas en relation con la primera option de diseno dado que:
- El espacio requerido es sustancialmente menor, ya que no precisa de un reactor nitrificante externo para realizar el proceso de nitrification de las aguas residuales, y tanto la nitrification como desnitrificacion se realiza en las camaras catodicas;
- se produce un ahorro en costes de mantenimiento, debido a la ausencia del reactor nitrificante externo,
- se produce tambien un ahorro en costes energeticos, debido a la reaction de nitrificacion parcial y la reaccion de desnitrificacion que ocurren en las camaras catodicas consume menos oxigeno que el reactor nitrificante externo de la opcion anterior; y
- en el caso de que se reduzcan todos los compuestos nitrogenados, entonces en las camaras catodicas se puede utilizar el oxigeno como electron donor, y de ese modo se continua produciendo electricidad.
Pero es conocido que resulta complejo el poder encontrar un equilibrio entre ambas reacciones (nitrificacion y desnitrificacion), ya que estudios (Pochana and Keller (1999)) han demostrado que, a niveles altos de oxigeno, se da el proceso de nitrificacion pero en cambio inhibe el de desnitrificacion, concluyendo que a valores superior de 0.8 mg/L se perjudica al proceso desnitrificativo. Y por ello los medios de aireacion presentes en las camaras catodicas se disponen en diferentes alturas para lograr una correcta difusion del oxigeno disuelto en aguas residuales, hasta conseguir la maxima nitrificacion de los compuestos nitrogenados, los cuales son posteriormente desnitrificados gracias a las reacciones de reduction producidas en las pilas electroquimicas del sistema bioelectroquimico objeto de invencion.
En relacion a las diferentes alturas de los medios de aireacion, se contempla la posibilidad de que los medios de aireacion se ubiquen en mas de una altura con el objeto de lograr la nitrificacion y desnitrificacion satisfactoriamente. En este sentido, cabe destacar que una opcion preferente radica en ubicar dichos medios de aireacion a tres alturas diferentes, donde un ejemplo seria a 30 cm, 60 cm y 90 cm, de forma que cada uno de los medios de
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aireacion permiten fijar los tiempos de residencia hidraulico aerobio y anoxico. A modo de ejemplo, en el caso de que se aporte oxigeno a traves de los medios de aireacion por el centro de la camara catodica, entonces en la parte superior de dicha camara catodica se produce la nitrificacion, y en la parte inferior la desnitrificacion.
Con el objeto de poder mejorar la eficiencia de la opcion B) de la configuration del sistema bioelectroqwmico objeto de invention, se contempla la opcion de que cada membrana de intercambio ionico ubicada en cada una de las pilas electroquimicas que separan las camaras anodicas y catodicas, es una membrana de intercambio cationico.
Es por ello que, ambas opciones de realization se encuentran incluidas dentro de las caracteristicas tecnicas esenciales descritas inicialmente, y pueden ser implementadas en funcion de los recursos que disponga la planta de tratamiento de aguas, debido a que ambas soluciones plantean una serie de ventajas e inconvenientes que repercuten directamente en las instalaciones y recursos que se disponga.
Tal y como se ha indicado anteriormente, el sistema bioelectroquimico objeto de invencion es capaz de generar energia electrica, la cual puede usarse para las reacciones de reduction de las camaras catodicas, gracias a las reacciones de oxidation de la materia organica de las aguas residuales en las respectivas camaras anodicas; y por ello se contempla la opcion de que al menos un elemento condensador se encuentra conectado a cada pila biologica; donde dicho elemento condensador esta configurado para recibir electrones de cada camara anodica, y suministrar electrones a cada camara catodica; mejorando el rendimiento energetico de toda la instalacion de un modo sencillo y eficiente.
En relation al uso de microorganismos capaces de realizar las reacciones de oxidacion y reduccion, se contemplan las opciones preferentes donde:
- Cada camara anodica de cada pila biologica presenta en su interior una comunidad microbiana encargada de oxidar la materia organica de las aguas residuales; y/o
- cada pila biologica presenta en el interior de sus camaras catodicas una pluralidad de familias de microorganismos desnitrificantes encargada de reducir el compuesto nitrogenado del efluente del reactor nitrificante externo.
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Y a modo de ejemplo, se destaca las siguientes opciones de selection de organismos, donde:
- En las camaras anodicas: Firmicutes, alfa- proteobacteria and gamma- proteobacteria families and Geobacter sulfurreducens of delta- proteobacteria.
- En las camaras catodicas en la option A), es decir, con el uso de al menos un reactor nitrificante externo: Actinobacteriaceae (Mycobacteriumchelonae;), Bacteroidetes (Fulvivirga sp), Chloroflexiaceae (Sphaerobactersp.,), Deinococcaceae, Firmicutes (Clostridium sp.) y Proteobacteria (Nitrobacteralkalicus,; Nitrosospira sp.,; Diaphorobacter sp., y Schegelella sp.,).
- En las camaras catodicas en la opcion B), es decir, sin el uso de reactor nitrificante: Actinobacteriaceae (Mycobacteriumchelonae), Bacteroidetes (Ferruginibacter sp.,), Chloroflexiaceae (Sphaerobactersp.,), Deinococcaceae (Trueperasp.), Firmicutes (Clostridiumdisporicum;) y Proteobacteria (Nitrosomonaseuropaea;, Nitrobacteralkalicus, y Gulbenkiania sp.,)
Y por ultimo, y con el objeto de poder garantizar las correctas reacciones de oxidation y reduction en cada una de las pilas biologicas, se contempla que cada pila biologica esta formada por una pareja de estructuras prismaticas de base rectangular que definen respectivamente la camara anodica y catodica, donde cada estructura prismatica presenta un marco perimetral; de forma que:
- El marco perimetral de la estructura prismatica de la camara anodica posee cuatro esquinas, donde una de ellas comprende un orificio pasante perteneciente al segundo tramo del canal de las aguas residuales, y esta configurado para permitir el paso de dichas aguas residuales desde las camara catodicas ubicadas entre dicha camara anodica; y donde dos esquinas opuestas comprenden orificios de paso de las aguas residuales, uno de ellos hacia el interior de la camara anodica, y otro de ellos hacia el exterior de la camara anodica, permitiendo la oxidacion de la materia organica de las aguas residuales; y
- el marco perimetral de la estructura prismatica de la camara catodica posee cuatro esquinas, donde una de ellas comprende un orificio pasante perteneciente al primer tramo del canal de las aguas residuales, y esta configurado para permitir el paso de las aguas desde las camara anodicas ubicadas entre dicha camara catodica; y donde dos esquinas
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opuestas comprenden orificios de paso de las aguas residuales hacia el interior de la camara catodica, uno de ellos hacia el interior de la camara catodica, y otro de ellos hacia el exterior de la camara catodica permitiendo la reduction de los compuestos nitrogenados de las aguas residuales.
A modo aclaratorio, se observa que la configuration estructural de sendas camaras catodicas y anodicas es la misma, ya que cada una de ellas posee un marco perimetral con cuatro esquinas, donde una de ellas presenta el orificio de paso entre las dos camaras adyacentes (es decir, si la camara de referencia es la catodica, el orifico de paso conecta las dos camaras anodicas adyacentes, y viceversa); y dos de las tres esquinas restantes son las encargadas de, por un lado, introducir las aguas residuales hacia el interior de la camara (en el caso de la referencia, la camara catodica), dejar que se realice la reaction pertinente (en el caso de la referencia, la reaccion de reduccion de los compuestos nitrogenados), y extraer las aguas residuales hacia la siguiente camara de la siguiente pila biologica.
Y en este sentido, y de acuerdo a la option preferente de circulation de las aguas residuales a traves del conjunto de pilas biologicas, se describe el procedimiento de circulacion de dichas aguas residuales a traves del conjunto de pilas biologicas, el cual presenta las siguientes etapas:
a) Introducir las aguas residuales a una primera camara anodica de una primera pila biologica por una esquina inferior, oxidando una cantidad de materia organica durante una parte correspondiente del primer tramo del canal anodico, y saliendo dichas aguas residuales por una esquina superior, obteniendo un flujo cruzado de oxidation;
b) introducir las aguas residuales provenientes de la primera camara anodica de la primera pila biologica por una esquina superior, hacia la segunda camara anodica de una segunda pila biologica, tambien por una esquina superior oxidando una cantidad de materia organica, durante una parte correspondiente del primer tramo del canal; observandose que las aguas residuales no circulan por ninguna camara catodica todavia, si no que van circulando por las camaras anodicas en todo momento;
c) repetir la oxidacion de las aguas residuales un numero de veces equivalente al numero de pilas pertenecientes al sistema bioelectroquimico, y por tanto, al numero de camaras anodicas, durante el resto del primer tramo del canal anodico; De esta forma, la materia
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organica se ha oxidado hasta llegar a valores mmimos de DQO gracias al flujo cruzado de la oxidacion de dichas aguas residuales;
d) introducir las aguas residuales provenientes de la ultima camara anodica, de la ultima pila biologica por una esquina inferior, hacia la camara catodica perteneciente a dicha ultima pila biologica, y saliendo dichas aguas residuales por una esquina superior, reduciendo una cantidad de compuestos nitrogenados, durante parte del segundo tramo del canal catodico;
e) introducir las aguas residuales provenientes de la ultima camara catodica de la ultima pila biologica, tambien por una esquina superior, hacia una penultima camara catodica de una penultima celda biologica, reduciendo una cantidad de compuestos nitrogenados, durante parte del segundo tramo del canal catodico; y
f) repetir la reduction de los componentes nitrogenados de las aguas residuales el mismo numero de veces equivalente al numero de pilas pertenecientes al sistema bioelectroqwmico, y por tanto, al numero de camaras catodicas, durante el resto del segundo tramo del canal. De esta forma, los componentes nitrogenados se han reducido hasta llegar a valores mmimos de nitrogeno.
Asi pues, de acuerdo con la invention descrita, el sistema bioelectroquimico para la elimination de materia organica y de compuestos nitrogenados existentes en aguas residuales constituye una importante novedad en sistemas de tratamiento de aguas, ya que permite reducir las altas concentraciones de contaminantes existentes en las mismas, las cuales puede haber sufrido una contamination de caracter urbano o industrial y por tanto tiene que ser tratada para poder ser vertida a un medio natural (no, lago, o similar); ademas de ser capaz de generar energia electrica, precisar un menor consumo de oxigeno, reducir las emisiones de gases efecto invernadero, ocupar un espacio reducido y ahorrar en la gestion y la deposition de fangos, en comparacion con los sistemas de tratamiento de aguas residuales actualmente utilizados.
DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Para complementar la description que se esta realizando, y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracteristicas del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realization practica del mismo, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, una serie de dibujos en donde, con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
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siguiente:
La figura 1.- Muestra un primer esquema general del sistema bioelectroqdmico objeto de invencion, en el cual se indican los componentes principales de este y sus conexiones.
La figura 2.- Muestra un segundo esquema espedfico del sistema biologico objeto de invencion, correspondiente al primer tramo del canal donde las camaras anodicas oxidan la materia organica de las aguas residuales.
La figura 3.- Muestra un tercer esquema espedfico del sistema biologico objeto de invencion, correspondiente al reactor nitrificante externo e independiente ubicado entre el primer tramo del canal donde las camaras anodicas oxidan la materia organica de las aguas residuales, y el segundo tramo del canal donde las camaras catodicas reducen los compuestos nitrogenados provenientes del reactor nitrificante externo.
La figura 4.- Muestra un cuarto esquema espedfico del sistema biologico objeto de invencion, correspondiente al segundo tramo del canal donde las camaras catodicas reducen los compuestos nitrogenados de las aguas residuales.
La figura 5.- Muestra una primera realizacion preferente del sistema biologico objeto de invencion, donde el reactor nitrificante externo es un elemento independiente de las pilas biologicas.
La figura 6.- Muestra una segunda realizacion preferente del sistema biologico objeto de invencion, donde el reactor nitrificante externo es un elemento dependiente de las pilas biologicas, y concretamente se encuentra incluida en las camaras catodicas junto con los medios de aireacion.
La figura 7.- Muestra una vista tridimensional de la estructura prismatica de una camara (anodica o catodica), observandose el orificio pasante entre dos camaras (si la camara de referencia es la anodica, el orificio de paso de las dos camaras catodicas colindantes), asi como orificios de paso hacia el interior de la camara (en el caso de la referencia, la camara anodica), y su posterior expulsion hacia la siguiente camara anodica.
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REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
A modo de ejemplo, partiendo de un tanque (14) que posee en su interior una corriente de agua tipo purines, los cuales estan compuestos principalmente por materia organica y amonio, y con un ratio de Carbono y Nitrogeno por encima de 3,5; y a la vista de las figuras 1, 2 y 4, puede observarse como el sistema bioelectroqwmico (1) para la generation de electricidad, tratamiento y elimination de materia organica y compuestos nitrogenados existentes en una corriente de agua objeto de invention, comprende seis pilas biologicas (2, 3), las cuales presentan respectivamente:
- Una camara anodica (2) configurada para oxidar la materia organica de dicha corriente de agua, donde dicha oxidation libera una serie de electrones;
- una camara catodica (3) configurada para reducir los compuestos nitrogenados de dicha corriente de agua, donde dicha reduction recibe una serie de electrones provenientes de la oxidacion de la camara anodica (2); y
- una membrana de intercambio ionico (8) ubicada entre la camara anodica (2) y la camara catodica (3); de forma que las pilas biologicas (2, 3) estan conectadas entre si a traves de un canal (12a, 12b) por donde circula la corriente de agua a tratar; donde dicho, al menos un, canal (12a, 12b) presenta dos tramos de circulation de la corriente de agua:
- un primer tramo (12a) de oxidacion de la materia organica de la corriente de agua, donde el primer tramo (12a) discurre a traves de la pluralidad de las camaras anodicas (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) de cada una de las pilas biologicas (2, 3);
- un segundo tramo (12b) de reduccion de los compuestos nitrogenados de la corriente de agua, donde el segundo tramo (12b) discurre a traves de la pluralidad de las camaras catodicas (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) de cada una de las pilas biologicas (2, 3);
- un sistema de control (7) configurado para regular la cantidad de electricidad generada y la cantidad de oxigeno requerido en todo el sistema bioelectroquimico (1); y
- seis elementos condensadores (4) que se encuentran conectados respectivamente a cada pila biologica (2, 3); donde cada elemento condensador (4) esta configurado para recibir electrones de cada camara anodica (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f), y suministrar electrones a cada camara catodica (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f).
De forma que la eliminacion de la materia organica y los compuestos nitrogenados de los
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purines tomados como referencia de ejemplo, a traves de dicho canal (12a, 12b), generando electricidad, comprende las siguientes etapas:
a) Introducir dicha corriente de agua a la primera camara anodica (2a) de la primera pila
biologica (2a, 3a), oxidando una cantidad de materia organica durante una parte
correspondiente del primer tramo (12a) del canal (12a, 12b);
b) introducir la corriente de agua proveniente de la primera camara anodica (2a) de la
primera pila biologica (2a, 3a), hacia la segunda camara anodica (2b) de una segunda pila biologica (2b, 3b), oxidando una cantidad de materia organica, durante una parte
correspondiente del primer tramo (12a) del canal (12a, 12b);
c) repetir la oxidacion de la corriente de agua seis veces, siendo el numero equivalente al numero de pilas pertenecientes al sistema bioelectroquimico (1), y por tanto, al numero de camaras anodicas (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f), durante el resto del primer tramo (12a) del canal (12a, 12b);
d) introducir la corriente de agua proveniente de la ultima camara anodica (2f), de la ultima
pila biologica (2f, 3f), hacia la camara catodica (3f) perteneciente a dicha ultima pila
biologica, reduciendo una cantidad de compuestos nitrogenados, durante parte del segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b);
e) introducir la corriente de agua proveniente de la ultima camara catodica (3f) de la ultima pila biologica (2f, 3f), hacia una penultima camara catodica (3e) de una penultima pila biologica (2e, 3e), reduciendo una cantidad de compuestos nitrogenados, durante parte del segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b):
f) repetir la reduction de la corriente de agua seis veces, siendo este el numero equivalente al numero de pilas pertenecientes al sistema bioelectroquimico (1), y por tanto, al numero de camaras catodicas (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f), durante el resto del segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b).
En relation a las figuras 3 y 5, se observa la primera option preferente de diseno y ejecucion del sistema bioelectroquimico (1) objeto de invention; en la cual este comprende un reactor nitrificante (5) externo aireado ubicado entre el primer tramo (12a) y el segundo tramo (12b) de dicho canal (12a, 12b); donde dicho reactor nitrificante (5) esta configurado para oxidar los compuestos nitrogenados de la corriente de agua del primer tramo (12a) proveniente de una ultima camara anodica (2f) de una ultima pila biologica (2f, 3f); e
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introducir la corriente de agua resultante de dicha oxidacion de la materia organica en el reactor nitrificante (5) externo hacia el segundo tramo (12b) que comienza en una ultima camara catodica (3f) de la ultima pila biologica (2f, 3f).
De ese modo, los purines de la corriente de agua reducen su cantidad de materia organica en las camaras anodicas (2) durante el primer tramo (12a) del canal (12a, 12b); posteriormente se introduce en el reactor nitrificante (5) externo aireado donde se produce la nitrificacion:
- NH4+ + 1.5 O2 ^ NO2- + H2O + 2 H+
- NO2" + 0.5 O2 ^NO3'
Y una vez nitrificados los compuestos nitrogenados en el reactor nitrificante (5) externo, la corriente de agua entra en el segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b), donde se procede a la desnitrificacion en cada una de las camaras catodicas (3), siendo la reaccion de desnitrificacion:
- 2NO3+ 12 H+ + 10 e- ^ N2 + 6H2O
Adicionalmente, el reactor nitrificante (5) externo posee medios de aireacion (6) asi como sondas de oxigeno (13) configuradas para medir la cantidad de oxigeno en el interior de dicho reactor nitrificante (5) externo; de forma que un sistema de control es el encargado de controlar la reaccion de nitrificacion, ya que las sondas de oxigeno (13) son capaces de medir la cantidad de O2 en la corriente de agua, ademas de utilizar una electrovalvula y un compresor; y de ese modo lograr la reaccion de nitrificacion necesaria para poder introducir la corriente de agua en las camaras catodicas (3) y su posterior reduction hasta gas nitrogeno (N2); observandose adicionalmente la existencia de membranas de intercambio anodico (8a) en cada una de las pilas biologicas (2, 3) del sistema objeto de invention.
De modo paralelo, a la vista de la figura 6, se observa la segunda option preferente de diseno y ejecucion del sistema bioelectroquimico (1) objeto de invencion; en la cual se observa que cada camara catodica (3a, 3b, 3c, 3d, 3e,3f) de cada pila biologica (2, 3) comprende medios de aireacion (6) configurados para nitrificar los compuestos nitrogenados
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de la corriente de agua; de forma que cada camara catodica (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) esta configurada para nitrificar los compuestos nitrogenados (amonio) gracias a los medios de aireacion (6), y desnitrificar dichos compuestos nitrogenados previamente oxidados (nitritos y nitratos) gracias a la reduction de estos debido al aporte de electrones y protones provenientes de cada una de las correspondientes camaras anodicas (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f). Observandose adicionalmente como la membrana (8) de intercambio es una membrana de intercambio de cationes (8b). Donde, de modo aclaratorio, los medios de aireacion (6) son los encargados de controlar la concentration de oxigeno disuelto en cada camara catodica (3a, 3b, 3c, 3d 3e, 3f) en un punto de diseno de 1,2 mg O2/L.
Y por ultimo, se observa en la figura 7, una estructura prismatica (11) perteneciente a una pila biologica (2, 3), donde cada una pila biologica (2, 3) posee una pareja de estructuras prismaticas (11) de base rectangular que definen respectivamente la camara anodica (2) y catodica (3), y concretamente, y a la vista de dicha figura 7, se observa como cada estructura prismatica (11) presenta un marco perimetral (9); de forma que, tomando un ejemplo para la penultima pila biologica (2e, 3e), se observa:
- El marco perimetral (9) de la estructura prismatica (11) de la penultima camara anodica (2e) posee cuatro esquinas (9a, 9b, 9c, 9d), donde una de ellas (9a) posee un orificio pasante perteneciente al segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b) de la corriente de agua, y esta configurado para permitir el paso de la corriente de agua desde las camara catodicas (3e, 3f) ubicadas entre dicha camara anodica (2e); y donde dos esquinas opuestas (9b, 9c) comprenden orificios de paso de la corriente de agua, uno de ellos hacia el interior (10) de la camara anodica (2e), y otro de ellos hacia el exterior de la camara anodica (2e), permitiendo la oxidation de la materia organica de la corriente de agua; y
- el marco perimetral (9) de la estructura prismatica (11) de la penultima camara catodica (3e) posee cuatro esquinas (9a, 9b, 9c, 9d), donde una de ellas (9b) comprende un orificio pasante perteneciente al primer tramo (12a) del canal (12a, 12b) de la corriente de agua, y esta configurado para permitir el paso de la corriente de agua desde las camara anodicas (2e, 2f) ubicadas entre dicha camara catodica (3e); y donde dos esquinas opuestas (9a, 9d) comprenden orificios de paso de la corriente de agua, uno de ellos hacia el interior (10) de la camara catodica (3e), y otro de ellos hacia el exterior de la camara catodica (3e) permitiendo la reduccion de los compuestos nitrogenados de la corriente de agua.
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En este sentido, se procede a describir una ventaja intrinseca al diseno del marco perimetral (9) de cada estructura prismatica (11); de forma que gracias a que las dos esquinas opuestas (9a, 9d) que permiten el paso de la corriente de agua hacia el interior de la camara, ya sea esta la camara anodica (2) o la camara catodica (3), se genera un flujo cruzado en la corriente de agua a tratar; donde dicho flujo cruzado garantiza una mayor efectividad en los procesos de oxidacion y reduction segun proceda, y por ende se mejora el rendimiento global del sistema bioelectroquimico (1) objeto de invention; de forma que gracias a que las dos esquinas son opuestas (9a, 9d), en una serie de camaras la entrada de corriente de agua se realiza desde una parte superior de la estructura prismatica (11), donde se ubica la primera esquina (9a), y la salida de la corriente de agua se realiza desde una parte inferior de la estructura prismatica (11), donde se ubica la primera esquina (9b); y viceversa para la siguiente camara, ya sea la camara anodica (2) o la camara catodica (3); obteniendo el citado flujo cruzado al recorrer, en diagonal y entre las dos esquinas opuestas (9a, 9b) el interior (10) de la respectiva estructura prismatica (11).
Cabe destacar un ejemplo de realization de la primera option preferente de diseno llevado a cabo, donde se procede a tratar una media de 3LMa de purines de cerdo; operando cada pila biologica (2, 3) a un tiempo de residencia hidraulico (TRH) de 6h. Los microrganismos electrotrofos utilizan la materia organica mas facilmente biodegradable (principalmente acidos grasos volatiles: acetato) para la generation de electricidad. Y el reactor nitrificante (5) externo opera con un TRH de 2 dias a 4 horas .Este TRH permite la oxidacion del amonio a nitrato mediante bacterias amonio y nitrito oxidantes. Las camaras anodicas (2) de cada pila biologica (2, 3) eliminan secuencialmente la materia organica del purin de cerdo. Donde la capacidad de elimination de la materia organica es de 2.8±0.3 kg O2/m^dfa durante el periodo experimental. El purin a tratar presenta una alta carga de nitrogeno (principalmente en forma de amonio): 3.2±0.2 kg N/m^dia. Y la eliminacion de nitrogeno en la unidad experimental se produce en dos etapas:
- La primera etapa es la oxidacion del amonio presente en el purin de cerdo en el reactor nitrificante (5) externo. La velocidad de nitrification obtenida es de 1.1±0.2 kg N/m^dia. Donde el amonio es totalmente oxidado a nitrato. Y la concentration de nitrito es menospreciable.
- Los nitratos formados en el reactor nitrificante (5) externo son introducidos en las
camaras catodicas (3) de la unidad experimental; de forma que la capacidad de desnitrificacion es de 0.9±0.2 kg N/m3^a.
A la vista de esta description y juego de figuras, el experto en la materia podra entender que 5 las realizaciones de la invention que se han descrito pueden ser combinadas de multiples maneras dentro del objeto de la invencion. La invencion ha sido descrita segun algunas realizaciones preferentes de la misma, pero para el experto en la materia resultara evidente que multiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes sin exceder el objeto de la invencion reivindicada.
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Claims (12)
- 51015202530REIVINDICACIONES1. - Sistema bioelectroqwmico (1) para la elimination de materia organica y compuestos nitrogenados existentes en aguas residuales , donde dicho sistema bioelectroqwmico (1) comprende una pluralidad de pilas biologicas (2, 3), las cuales presentan respectivamente:- una camara anodica (2) configurada para oxidar la materia organica de dichas aguas residuales, donde dicha oxidation libera una serie de electrones;- una camara catodica (3) configurada para reducir los compuestos nitrogenados de dichas aguas residuales, donde dicha reduction recibe una serie de electrones provenientes de la oxidacion de la camara anodica (2); y- una membrana de intercambio ionico (8) ubicada entre la camara anodica (2) y la camara catodica (3); donde dicho sistema bioelectroquimico (1) esta caracterizado por que las pilas biologicas (2, 3) estan conectadas entre si a traves de al menos un canal (12a, 12b) configurado para la circulation de las aguas residuales a tratar; donde dicho, al menos un, canal (12a, 12b) presenta dos tramos de circulacion de las aguas residuales:- un primer tramo (12a) de oxidacion de la materia organica de las aguas residuales, donde el primer tramo (12a) discurre a traves de la pluralidad de las camaras anodicas (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) de cada una de las pilas biologicas (2, 3); y- un segundo tramo (12b) de reduccion de los compuestos nitrogenados de las aguas residuales, donde el segundo tramo (12b) discurre a traves de la pluralidad de las camaras catodicas (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) de cada una de las pilas biologicas (2, 3).
- 2. - Sistema bioelectroquimico (1), segun la reivindicacion 1, caracterizado por que comprende un reactor nitrificante (5) aireado ubicado entre el primer tramo (12a) y el segundo tramo (12b) de dicho, al menos un, canal (12a, 12b); donde dicho reactor nitrificante (5) externo esta configurado para oxidar los compuestos nitrogenados de las aguas residuales del primer tramo (12a) proveniente de una ultima camara anodica (2f) de una ultima pila biologica (2f, 3f); e introducir las aguas residuales resultantes de dicha oxidacion en el reactor nitrificante (5) hacia el segundo tramo (12b) que comienza en una ultima camara catodica (3f) de la ultima pila biologica (2f, 3f).
- 3. - Sistema bioelectroquimico (1), segun la reivindicacion 2, caracterizado por que la membrana (8) de intercambio es una membrana de intercambio anionico (8a).51015202530
- 4. - Sistema bioelectroqwmico (1), segun cualquiera de las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado por que el reactor nitrificante (5) externo comprende una sonda de ox^geno (13) configurada para regular la cantidad de oxigeno en el interior de dicho reactor nitrificante (5) externo.
- 5. - Sistema bioelectroqwmico (1), segun la reivindicacion 1, caracterizado por que cada camara catodica (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) de cada pila biologica (2, 3) comprende medios de aireacion (6) configurados para nitrificar los compuestos nitrogenados de las aguas residuales; de forma que cada camara catodica (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) esta configurada para nitrificar los compuestos nitrogenados gracias a los medios de aireacion (6), y desnitrificar dichos compuestos nitrogenados gracias a la reduction de estos debido al aporte de electrones provenientes de cada una de las correspondientes camaras anodicas (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f).
- 6. - Sistema bioelectroquimico (1), segun la reivindicacion 5, caracterizado por que la membrana (8) de intercambio es una membrana de intercambio cationico (8b).
- 7. - Sistema bioelectroquimico (1), segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos un elemento condensador (4) se encuentra conectado a cada pila biologica (2, 3); donde dicho elemento condensador (4) esta configurado para recibir electrones de cada camara anodica (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f), y suministrar electrones a cada camara catodica (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f).
- 8. - Sistema bioelectroquimico (1), segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada camara anodica (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) de cada pila biologica (2, 3) presenta en su interior una comunidad microbiana encargada de oxidar la materia organica de las aguas residuales.
- 9. - Sistema bioelectroquimico (1), segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada camara catodica (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) de cada pila biologica (2, 3) presenta en su interior una pluralidad de microorganismos desnitrificantes encargada de reducir el compuesto nitrogenado de las aguas residuales.51015202530
- 10. - Sistema bioelectroqwmico (1), segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada pila biologica (2, 3) esta formada por una pareja de estructuras prismaticas (11) de base rectangular que definen respectivamente la camara anodica (2) y catodica (3), donde cada estructura prismatica (11) presenta un marco perimetral (9); de forma que:- el marco perimetral (9) de la estructura prismatica (11) de la camara anodica (2e) posee cuatro esquinas (9a, 9b, 9c, 9d), donde una de ellas (9a) comprende un orificio pasante perteneciente al segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b) de las aguas residuales, y esta configurado para permitir el paso de las aguas residuales desde las camaras catodicas (3e, 3f) ubicadas entre dicha camara anodica (2e); y donde dos esquinas opuestas (9b, 9c) comprenden orificios de paso de las aguas residuales, uno de ellos hacia el interior (10) de la camara anodica (2e), y otro de ellos hacia el exterior de la camara anodica (2e), permitiendo la oxidacion de la materia organica de las aguas residuales; y- el marco perimetral (9) de la estructura prismatica (11) de la camara catodica (3e) posee cuatro esquinas (9a, 9b, 9c, 9d), donde una de ellas (9b) comprende un orificio pasante perteneciente al primer tramo (12a) del canal (12a, 12b) de las aguas residuales, y esta configurado para permitir el paso de las aguas residuales desde las camara anodicas (2e, 2f) ubicadas entre dicha camara catodica (3e); y donde dos esquinas opuestas (9a, 9d) comprenden orificios de paso de las aguas residuales, uno de ellos hacia el interior (10) de la camara catodica (3e), y otro de ellos hacia el exterior de la camara catodica (3e) permitiendo la reduction de los compuestos nitrogenados de las aguas residuales.
- 11. - Procedimiento de tratamiento de aguas residuales mediante el sistema definido en cualquiera de las reivindicaciones anteriores a traves de dicho, al menos un, canal (12a, 12b) que comprende las siguientes etapas:a) introducir dichas aguas residuales a una primera camara anodica (2a) de una primera pila biologica (2a, 3a), oxidando una cantidad de materia organica durante una parte correspondiente del primer tramo (12a) del canal (12a, 12b);b) introducir las aguas residuales provenientes de la primera camara anodica (2a) de la primera pila biologica (2a, 3a), hacia la segunda camara anodica (2b) de una segunda pila biologica (2b, 3b), oxidando una cantidad de materia organica, durante una parte correspondiente del primer tramo (12a) del canal (12a, 12b);c) repetir la oxidacion de las aguas residuales un numero de veces equivalente al numero510152025de pilas pertenecientes al sistema bioelectroqwmico (1), y por tanto, al numero de camaras anodicas (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f), durante el resto del primer tramo (12a) del canal (12a, 12b);d) introducir las aguas residuales provenientes de la ultima camara anodica (2f), de la ultima pila biologica (2f, 3f), hacia la camara catodica (3f) perteneciente a dicha ultima pila biologica, reduciendo una cantidad de compuestos nitrogenados, durante parte del segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b);e) introducir las aguas residuales provenientes de la ultima camara catodica (3f) de la ultima pila biologica (2f, 3f), hacia una penultima camara catodica (3e) de una penultima pila biologica (2e, 3e), reduciendo una cantidad de compuestos nitrogenados, durante parte del segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b):f) repetir la reduccion de las aguas residuales el mismo numero de veces equivalente al numero de pilas pertenecientes al sistema bioelectroquimico (1), y por tanto, al numero de camaras catodicas (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f), durante el resto del segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b).
- 12.- Sistema bioelectroquimico, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que la pluralidad de pilas biologicas (2, 3) estan configuradas para generar energia electrica dando lugar a un generador de electricidad.
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