ES2554925T3

ES2554925T3 - Método de reutilización de agua residual

Info

Publication number: ES2554925T3
Application number: ES07791290.5T
Authority: ES
Inventors: Shigehiro Suzuki; Motoharu Noguchi; Hideki Kozono
Original assignee: Metawater Co Ltd
Current assignee: Metawater Co Ltd
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2015-12-28
Anticipated expiration: 2027-07-25
Also published as: US20090127196A1; JP5143002B2; KR101343930B1; KR20090043507A; CN101495414A; EP2072470B1; EP2072470A4; CN101495414B; AU2007279783B2; JPWO2008015939A1; US8968569B2; WO2008015939A1; EP2072470A1; AU2007279783A1

Abstract

Un método para el reciclaje de agua residual, que comprende: la adición de ozono al agua residual tal como agua en bruto para que una concentración de ozono restante antes de la filtración mediante membrana se encuentre dentro del intervalo de 0,01 a 1,0 mg/L, para poner en contacto de este modo el ozono con sólidos finos en el agua residual con el fin de modificar las propiedades superficiales de los sólidos finos para que sean fácilmente coagulantes; la adición de un coagulante para coagular los sólidos finos; y filtrado mediante membrana del agua residual a través de una membrana de separación resistente al ozono para proporcionar agua reutilizable en la que una concentración de ozono restante después de la filtración mediante membrana es inferior que 0,5 mg/L.

Description

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DESCRIPCION

Metodo de reutilizacion de agua residual Campo tecnico

La presente invencion se refiere a un metodo para el reciclaje de agua residual, que comprende un filtrado mediante membrana de diversas aguas residuales tales como aguas negras tratadas para proporcionar agua reutilizable.

Antecedentes de la tecnica

Para utilizar de manera eficiente los recursos hndricos, se han desarrollado tecnicas de filtrado mediante membrana de diversas aguas residuales para proporcionar agua reutilizable. Por ejemplo, los documentos de patente 1 y 2 divulgan metodos para filtrar mediante membrana agua residual utilizada para el lavado de una piscina de una planta de purificacion de agua, para reutilizarla como agua de lavado. Los metodos descritos en los documentos de patente 1 y 2 estan destinados a tratar el agua residual que tiene relativamente buena calidad. Cuando el agua residual se somete simplemente a un filtrado mediante membrana, dependiendo de la calidad del agua residual, estos metodos pueden llegar a ser incapaces de funcionar debido a la obstruccion en un tiempo corto de una membrana con materias organicas y similares del agua residual.

Las tecnicas para prevenir tal obstruccion de una membrana incluyen un metodo para anadir ozono al agua en bruto para descomponer materias organicas que causan la obstruccion de una membrana, tal como se describe en los documentos de patente 3 y 4. Sin embargo, la descomposicion suficiente de las materias organicas requiere de una gran cantidad de ozono. En el documento de patente 3, con el fin de hacer que permanezca el ozono en la superficie de la membrana en una cantidad suficiente para descomponer la materia organica, se suministra una gran cantidad de ozono de tal manera que una concentracion de ozono disuelto en el agua filtrada que ha pasado a traves de la membrana es 0,5 mg/L. En el documento de patente 4, aunque una concentracion de ozono disuelto en el agua filtrada que ha pasado a traves de la membrana es de 0,05 a 1,0 mg/L, el ozono se anade adicionalmente al agua filtrada en un proceso posterior. La generacion de ozono tiene un alto consumo de electricidad, por lo que una adicion de una gran cantidad de ozono tiene un problema de un alto costo de funcionamiento. Ademas, la descomposicion de materias organicas progresa con una gran cantidad de ozono, para permitir que las materias organicas pasen a traves de la membrana. De este modo, estos metodos tienen un problema en que cuando el agua en bruto es agua residual que contiene materias organicas, el agua filtrada que ha pasado a traves de la membrana tiene una alta concentracion de materias organicas restantes. Por estas razones, hay poco uso de ozono para proporcionar agua reutilizable a partir del agua residual por filtracion mediante membrana. Los documentos de patente 3 y 4 estan destinados a purificar agua en bruto relativamente limpia.

El documento de patente 1: JP-A-1999-235.587 El documento de patente 2: JP-A-2001-87764 El documento de patente 3: JP-A-2003-285059 El documento de patente 4: Patente Japonesa N° 3449248

El documento de MOULIN C ET AL: "El interes de la combinacion de ozono / coagulante para la potabilizacion de las aguas superficiales por microfiltracion de flujo cruzado en membranas minerales", Compendex 1 de julio de 1991 (01/07/1991), XP002153527, describe un metodo para la produccion de agua potable ("potabilizacion") a partir de agua superficial. En este documento se describe el uso combinado de la coagulacion y de la ozonizacion en la microfiltracion de flujo cruzado de agua en membranas minerales.

El documento EP-A-1 044 928 se refiere a un metodo para el tratamiento de agua en bruto tal como el agua residual. Este metodo comprende detectar la concentracion de ozono en el agua filtrada a traves de un filtro de membrana resistente al ozono y el establecimiento de la concentracion de ozono del filtrado en un intervalo de 0,05 a 1,0 mg/L. En el metodo de este documento un coagulante se anade opcionalmente al agua en bruto antes de la filtracion. El coagulante se anade preferiblemente antes o durante la ozonizacion de modo que las sustancias organicas suspendidas o sustancias polimericas se coagulan y no entran en contacto con la capa de ozono.

Descripcion de la invencion

Problema que se va a resolver por la invencion

Por lo tanto, un objeto de la presente invencion es proporcionar un metodo para el reciclaje de agua residual, que puede proporcionar de manera estable agua reutilizable a partir de agua residual que contiene materias organicas, mientras que se previene la obstruccion de una membrana a bajo costo.

Medios para resolver el problema

Un metodo para el reciclaje de agua residual de la presente invencion se define en la reivindicacion 1.

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Un metodo para el reciclaje de agua residual de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, que se ha hecho para resolver los problemas anteriores, se caracteriza por que comprende: la adicion de ozono al agua residual como agua en bruto, para de ese modo poner en contacto el ozono con solidos finos en el agua residual con el fin de modificar las propiedades superficiales de los solidos finos para ser facilmente coagulantes; la adicion de un coagulante para coagular los solidos finos; y filtrado mediante membrana del agua residual a traves de una membrana de separacion resistente al ozono, en el que una concentracion de ozono disuelto en el agua residual a la que se ha anadido el ozono se mide inmediatamente antes de la etapa de la coagulacion, y una cantidad anadida de ozono se controla en una cantidad tal que una concentracion de ozono disuelto antes de la filtracion mediante membrana se encuentra dentro del intervalo de 0,01 a 1,0 mg/L para proporcionar agua reutilizable en la que una concentracion de ozono disuelto despues de la filtracion mediante membrana es inferior a 0,5 mg/L.

Un metodo para el reciclaje de agua residual de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, que ha sido hecha para resolver los problemas anteriores, se caracteriza por que comprende: la adicion de ozono al agua residual como agua en bruto, para de ese modo poner en contacto ozono con solidos finos contenidos en el agua residual con el fin de modificar las propiedades superficiales de los solidos finos para ser facilmente coagulantes; la adicion de un coagulante para coagular los solidos finos; y filtrado mediante membrana del agua residual a traves de una membrana de separacion resistente al ozono, en el que una concentracion de ozono disuelto en el agua residual a la que se ha anadido el ozono se mide entre las etapas de la coagulacion y filtracion mediante membrana, y una cantidad anadida de ozono se controla en una cantidad tal que una concentracion de ozono disuelto antes de la filtracion mediante membrana se encuentra dentro del intervalo de 0,01 a 1,0 mg/L para proporcionar agua reutilizable en la que una concentracion de ozono disuelto despues de la filtracion mediante membrana es inferior a 0,5 mg/L.

En cualquier invencion, poner en contacto ozono con el agua residual se puede realizar en una columna de contacto de ozono que incluye un generador de ozono, y poner en contacto el ozono con el agua residual tambien se puede realizar mediante el suministro de ozono en el agua residual con un eyector o una bomba.

Efecto de la invencion

De acuerdo con la presente invencion, a diferencia de la tecnica anterior, se anade ozono en una cantidad con el fin de mejorar la propiedad de coagulacion y se utiliza un coagulante en combinacion para formar facilmente un grupo de coagulacion de solidos finos en el agua residual, de ese modo se evita la obstruccion de una superficie de filtrado de una membrana de separacion. Una cantidad de ozono anadido al agua residual para este proposito es tan pequena tal que una concentracion de ozono disuelto en el agua residual antes de la filtracion mediante membrana esta dentro del intervalo de 0,01 a 1,0 mg/L y una concentracion de ozono disuelto en el agua residual despues de la filtracion mediante membrana es inferior al 0,5 mg/L. De este modo se puede reducir significativamente un coste de funcionamiento para la generacion de ozono, en comparacion con los de la tecnica anterior descrita en los documentos de patente 3 y 4. Ademas, se puede prevenir la descomposicion excesiva de materia organica, y se puede controlar una concentracion de materias organicas restantes en el agua filtrada mediante membrana. Por otra parte, un flujo de filtracion mediante membrana se puede aumentar hasta aproximadamente el doble, en comparacion con los casos sin ozono. Por lo tanto, de acuerdo con la presente invencion, incluso agua residual que contiene una cantidad relativamente grande de materias organicas tal como agua residual tratada se puede someter a una filtracion mediante membrana para la eliminacion de solidos finos en el agua residual para proporcionar agua reutilizable.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 es un diagrama de flujo que muestra una primera realizacion de la presente invencion.

La figura 2 es un diagrama de flujo que muestra una variacion de la primera realizacion de la presente invencion.

La figura 3 es un diagrama de flujo que muestra una segunda realizacion de la presente invencion.

La figura 4 es un diagrama de flujo que muestra una tercera realizacion de la presente invencion.

Descripcion de los numeros de referencia

1 columna de contacto de ozono

2 generador de ozono

3 dispositivo de adicion de coagulante

4 medidor de la concentracion de ozono

5 deposito de coagulacion

6 membrana de separacion

7 mezclador de lmea

8 difusor de aire

9 eyector

Mejor modo de llevar a cabo la invencion

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Las realizaciones preferidas de la presente invencion se describiran a continuacion.

La figura 1 muestra una primera forma de realizacion de la presente invencion, en la que el numero de referencia 1 indica una columna de contacto de ozono; 2 indica un generador de ozono para suministrar ozono a la columna de contacto de ozono; 3 indica un dispositivo de adicion de coagulante; 4 indica un dispositivo de medicion de la concentracion de ozono; 5 indica un deposito de coagulacion; y 6 indica una membrana de separacion resistente al ozono. Ejemplos de agua en bruto incluyen agua tratada a partir de las aguas negras, corrientes secundarias, agua residual industrial, lixiviados a partir de basura, excrementos, agua residual agncola, agua residual de ganado y agua residual de la acuicultura.

El agua residual, que es agua en bruto, se introduce en primer lugar en la columna de contacto de ozono 1, en la que se anade ozono al agua residual. En la primera forma de realizacion, el agua residual se pone en contacto con ozono en un estado de flujo hacia abajo. El agua residual tambien puede estar un estado de flujo hacia arriba. Los ejemplos de un metodo para suministrar ozono a la columna de contacto de ozono incluyen la instalacion de un difusor de aire 8, tal como un cilindro de difusion de aire o una placa de difusion de aire en la columna de contacto de ozono 1 y un metodo para disolver ozono en el agua en bruto con un eyector o una bomba situada fuera de la columna de contacto de ozono 1 y cargar el agua en bruto en la columna de contacto de ozono 1. Al ponerse en contacto con solidos finos contenidos en el agua residual, el ozono se utiliza para modificar las propiedades superficiales de los solidos finos para ser facilmente coagulantes. Un mecanismo de modificacion de las propiedades superficiales de los solidos finos mediante el ozono resta por aclararse academica y completamente, pero se piensa que es debido por ejemplo al cambio en una carga electrica superficial de los solidos finos. Puesto que la modificacion de las propiedades superficiales se lleva a cabo con una pequena cantidad de ozono en un tiempo muy corto, es suficiente un tiempo de residencia de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 10 minutos. Hay otros materiales que consumen ozono a partir de los solidos finos tales como SS (solidos suspendidos) y materias organicas (COD), incluyendo NO2-N.

En la presente invencion, una concentracion de ozono disuelto en el agua residual liberado a partir de la columna de contacto de ozono 1 se mide con el dispositivo de medicion de la concentracion de ozono 4 para controlar el generador de ozono 2 de manera que la concentracion esta siempre dentro del intervalo de 0,01 a 1,0 mg/L. Una concentracion de ozono disuelto superior a 1,0 mg/L no proporciona mayor efecto de mejora de la coagulacion. Dicha concentracion hara subir un coste de funcionamiento debido a un mayor consumo de energfa del generador de ozono 2 y tiene un problema en que las materias organicas excesivamente descompuestas permanecen en la membrana de filtrado en una concentracion incrementada. Cuando una concentracion de ozono disuelto antes del filtrado mediante membrana es inferior a 0,01 mg/L, es insuficiente un efecto de mejora de la coagulacion. La concentracion de ozono disuelto antes de la filtracion mediante membrana esta por lo tanto preferentemente en el intervalo de 0,01 a 1,0 mg/L, mas preferentemente no inferior a 0,01 mg/L e inferior a 0,5 mg/L, y aun mas preferentemente no inferior que 0,01 mg/L e inferior que 0,05 mg/L. Se reduce preferentemente una cantidad requerida de ozono para controlar la descomposicion de materias organicas. Un uso de la combinacion del dispositivo de medicion de la concentracion de ozono 4 y el generador de ozono 2 permite anadir una cantidad requerida de ozono que cambia de acuerdo con el cambio de una concentracion de ozono en el agua en bruto.

Tal como se ha descrito anteriormente, se anade ozono al agua residual para modificar las propiedades superficiales de los solidos finos contenidos en las aguas residuales para que sean facilmente coagulantes, y despues de esto se le anade un coagulante con el dispositivo de adicion de coagulante 3. Cualquier coagulante usado convencionalmente se puede utilizar. Ejemplos del coagulante incluyen PACl (cloruro de polialuminio), cloruro ferrico, sulfato de aluminio, y coagulantes polimericos. El agua residual se agita a velocidad lenta en el deposito de coagulacion 5 para formar grupos. Puesto que se mejora una propiedad de coagulacion en la etapa anterior, se forman grupos que tienen buena propiedad de coagulacion.

El agua residual liberada a partir del deposito de coagulacion 5 se filtra mediante membrana a traves de la membrana de separacion 6. La membrana de separacion 6 debe ser de un material resistente al ozono. Ejemplos de la membrana que se puede utilizar incluyen membranas ceramicas y membranas polimericas resistentes al ozono, tales como PVDf. La membrana de separacion 6 puede estar en cualquier forma, incluyendo un tipo monolttico, uno tubular, uno plano y uno de fibras huecas. Puede ser de un tipo de presion externa o un tipo de presion interna. Un tipo de la membrana es preferentemente una membrana MF o una membrana UF. En esta realizacion, una membrana MF de ceramica monolftica se utiliza para la filtracion sin salida del agua residual para proporcionar agua reutilizable, a partir de la cual se eliminan los solidos finos. Tal como se ha descrito anteriormente, los solidos finos en el agua residual han formado grupos que tienen una buena propiedad de coagulacion, y se previene de este modo la obstruccion de la membrana para tratar de este modo el agua residual durante un largo tiempo, para proporcionar de forma estable agua reutilizable incluso en el caso de que el agua residual contenga una cantidad relativamente grande de materias organicas tales como agua residual tratada. Sin embargo, no hace falta decir que son necesarios el lavado de retorno y la limpieza qmmica regulares. El ozono se consume durante la filtracion mediante membrana a traves de la membrana de separacion 6, lo que resulta en menos de 0,5 mg/L de concentracion de ozono disuelto despues de la filtracion mediante membrana. Una concentracion de ozono disuelto despues de la filtracion de membrana mayor que 0,5 mg/L significa que se suministra una excesiva cantidad de

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ozono para conseguir un proposito de mejora de la coagulacion. En este caso, debe ser reducida la adicion de una cantidad de ozono.

En esta realizacion, una concentracion de ozono disuelto en el agua residual se mide inmediatamente antes de la etapa de la coagulacion con el dispositivo medidor de la concentracion de ozono 4. La concentracion de ozono disuelto se puede medir entre las etapas de la coagulacion y la filtracion mediante membrana para controlar la adicion de la cantidad de ozono en una cantidad tal que la concentracion de ozono disuelto antes de la membrana de filtracion sea inferior a 1,0 mg/L, tal como se muestra en la figura 2. La razon es que la concentracion de ozono disuelto en el agua residual se mantiene igual en la etapa de coagulacion.

La figura 3 muestra una segunda forma de realizacion de la presente invencion, en la que un mezclador de lmea 7 se utiliza en lugar del deposito de coagulacion 5 de la primera realizacion. El mezclador de lmea 7 tiene una paleta de agitacion fija en su tubo, y puede ser un producto comercial. El agua residual a la que se ha anadido un coagulante se agita durante el flujo en el mezclador en lmea 7 para formar grupos. La construccion es igual a la de la primera realizacion exceptuando el mezclador de lmea 7.

La figura 4 muestra una tercera realizacion de la presente invencion, en la que no se utiliza la columna de contacto de ozono 1 y se utiliza un eyector 9 en las tubenas para anadir directamente ozono al agua residual. Tal como se ha descrito anteriormente, el ozono puede mejorar las propiedades de coagulacion en un tiempo muy corto, y de este modo se puede emplear la tercera realizacion en la que un penodo de contacto con ozono es mas corto que en la columna de contacto de ozono 1. Con el fin de mezclar de manera eficiente ozono con el agua en bruto, el ozono puede ser suministrado a un lado de succion de una bomba de transporte de agua, ademas del eyector 9.

Tal como se ha descrito anteriormente, de acuerdo con la presente invencion, incluso el agua residual que contiene una cantidad relativamente grande de materias organicas puede ser tratada por filtracion mediante membrana para proporcionar agua reutilizable de forma estable con un coste de funcionamiento significativamente reducido en comparacion con la tecnica anterior. Ademas, dado que se puede prevenir la descomposicion excesiva de materias organicas por el ozono, se puede controlar una concentracion de materia organica restante en el agua filtrada mediante membrana. Tambien se puede aumentar un flujo de filtracion mediante membrana hasta aproximadamente el doble, en comparacion con los casos sin ozono.

A continuacion se describiran unos ejemplos de la presente invencion.

Ejemplos

De acuerdo con el flujo mostrado en la figura 1, se realizaron experimentos de produccion de agua reutilizable a partir de aguas negras tratadas. Cada tiempo de residencia en la columna de contacto de ozono fue de 10 minutos. En el ejemplo 1, el generador de ozono fue controlado con el fin de mantener una concentracion de ozono disuelto antes de la filtracion mediante membrana dentro del intervalo de 0,03 a 0,04 mg/L. En el ejemplo 2, el generador de ozono fue controlado con el fin de mantener una concentracion de ozono disuelto antes de la filtracion mediante membrana en 0,4 mg/L. En el ejemplo 3, el generador de ozono fue controlado con el fin de mantener una concentracion de ozono disuelto antes de la filtracion mediante membrana en 0,7 mg/L. En cada uno de los ejemplos, un coagulante utilizado fue PACl, el cual se anadio al agua residual de manera que estuviese en una concentracion de 2 mg -Al / L. Una membrana de separacion utilizada era una membrana ceramica monolftica que tiene un diametro de poro fino de 0,1 pm. Para la comparacion, se realizaron los experimentos en el caso de sin ozono (ejemplo comparativo 1) y de una concentracion de ozono de 1,5 mg/L (ejemplo comparativo 2). Los resultados se muestran en la Tabla 1.

[Tabla 1]

: Agua en bruto Agua tratada (agua reutilizable)

Ejemplo 1: Ejemplo 2 Ejemplo 3 Ejemplo comparativo 1 Ejemplo comparativo 2

Calidad del agua: SS (mg/L) 0 -3 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1

BOD (mg/L): 0 -2 < 1 < 1 1 < 1 2

Cromaticidad (grado): 13 -19 2 -3 2 -3 2 -3 8 2 -3

Concentracion de ozono: Antes de la filtracion mediante membrana (mg/L) - 0,03 - 0,04 0,4 0,7 0 1,5

Despues de la filtracion: - 0 0,05 0,2 0 1

: mediante membrana ___(mgu___

Flujo de filtracion por membrana (m / dfa): - 4 4 4 2 4

En los ejemplos 1 y 2, el ozono anadido en una pequena cantidad mejoro las propiedades de coagulacion de solidos finos para evitar la obstruccion de la membrana, y los flujos de filtracion mediante membrana se mantienen a nivel alto. Por el contrario, en el ejemplo comparativo 1 sin la adicion de ozono, un flujo de filtracion mediante membrana 5 disminuyo a la mitad. En el ejemplo comparativo 2, en el que se anadio ozono en una cantidad por encima del intervalo de la presente invencion, aunque un flujo de filtracion mediante membrana se mantuvo a nivel alto como se esperaba, un efecto de mejora no fue mayor que en los ejemplos. En otras palabras, el ozono se desperdicia para dar lugar a un mayor costo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un metodo para el reciclaje de agua residual, que comprende: la adicion de ozono al agua residual tal como agua en bruto para que una concentracion de ozono restante antes de la filtracion mediante membrana se encuentre

5 dentro del intervalo de 0,01 a 1,0 mg/L, para poner en contacto de este modo el ozono con solidos finos en el agua residual con el fin de modificar las propiedades superficiales de los solidos finos para que sean facilmente coagulantes; la adicion de un coagulante para coagular los solidos finos; y filtrado mediante membrana del agua residual a traves de una membrana de separacion resistente al ozono para proporcionar agua reutilizable en la que una concentracion de ozono restante despues de la filtracion mediante membrana es inferior que 0,5 mg/L.

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2. El metodo para el reciclaje de agua residual segun la reivindicacion 1, en el que la puesta en contacto de ozono con el agua residual se realiza en una columna de contacto de ozono que incluye un generador de ozono.
3. El metodo para el reciclaje de agua residual segun la reivindicacion 1, en el que la puesta en contacto de ozono 15 con el agua residual se realiza mediante el suministro de ozono al agua residual con un eyector o una bomba.
4. El metodo para el reciclaje de agua residual segun la reivindicacion 1 o 2, en el que la concentracion de ozono restante medido inmediatamente antes de la etapa de la coagulacion, y la cantidad de adicion del ozono esta controlada en una cantidad tal que la concentracion de ozono restante antes de la filtracion mediante membrana se

20 encuentra dentro del intervalo de 0,01 a 1,0 mg/L.
5. El metodo para el reciclaje de agua residual segun la reivindicacion 1 o 2, en el que la concentracion de ozono restante se mide entre las etapas de coagulacion y la filtracion mediante membrana, y la cantidad de adicion de ozono se controla en una cantidad tal que la concentracion de ozono restante antes de la filtracion mediante

25 membrana esta dentro del intervalo de 0,01 a 1,0 mg/L.