ES2766931A1 - Proceso y planta de tratamiento microbiologico de contaminantes bifenilo y oxido de difenilo procedentes de aceites termicos - Google Patents

Proceso y planta de tratamiento microbiologico de contaminantes bifenilo y oxido de difenilo procedentes de aceites termicos Download PDF

Info

Publication number
ES2766931A1
ES2766931A1 ES201831210A ES201831210A ES2766931A1 ES 2766931 A1 ES2766931 A1 ES 2766931A1 ES 201831210 A ES201831210 A ES 201831210A ES 201831210 A ES201831210 A ES 201831210A ES 2766931 A1 ES2766931 A1 ES 2766931A1
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
reactor
water
biphenyl
htf
diphenyl oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
ES201831210A
Other languages
English (en)
Other versions
ES2766931B2 (es
Inventor
Borst Norbert Nägele
Pollo Cynthia Alcantara
Perez Enrique Hernandez
Herrera Juan Pedro Cristian Romero
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KEPLER INGENIERIA Y ECOGESTION S L
Original Assignee
KEPLER INGENIERIA Y ECOGESTION S L
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KEPLER INGENIERIA Y ECOGESTION S L filed Critical KEPLER INGENIERIA Y ECOGESTION S L
Priority to ES201831210A priority Critical patent/ES2766931B2/es
Publication of ES2766931A1 publication Critical patent/ES2766931A1/es
Application granted granted Critical
Publication of ES2766931B2 publication Critical patent/ES2766931B2/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/08—Aerobic processes using moving contact bodies
    • C02F3/085—Fluidized beds
    • C02F3/087—Floating beds with contact bodies having a lower density than water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C02F3/341—Consortia of bacteria
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/34—Organic compounds containing oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/06—Contaminated groundwater or leachate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/34—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Abstract

La invención proporciona un proceso y una planta de tratamiento de aguas contaminadas por HTF, esencialmente bifenilo y óxido de difenilo, que permite obtener un efluente con unas concentraciones de ambos compuestos por debajo de los límites de vertido, siendo dicho proceso aplicable a escala semi-industrial, esto es con altos caudales de tratamiento, de aproximadamente 2 m3/día, mediante un tratamiento esencialmente biológico y con un rendimiento de eliminación de contaminante en el efluente muy inferior a los rendimiento de los procesos ya conocidos, inferior a 0,10 μg/l.

Description

DESCRIPCIÓN
PROCESO Y PLANTA DE TRATAMIENTO MICROBIOLÓGICO DE
CONTAMINANTES BIFENILO Y ÓXIDO DE DIFENILO PROCEDENTES DE
ACEITES TÉRMICOS
CAMPO Y ANTEDECENTES DE LA INVENCIÓN
La invención se engloba en el campo de la industria dedicada a la gestión de contaminantes bifenilo y óxido de difenilo, por ejemplo la gestión de residuos derivados de la síntesis de plásticos, espumas y otros materiales de desecho de la industrial textil, la construcción y la electrónica, así como en el tratamiento de contaminantes derivados del uso de aceites térmicos en las centrales termosolares.
La presente invención se refiere a un proceso de tratamiento microbiológico de los contaminantes bifenilo y óxido de difenilo que constituyen el aceite térmico, denominados comúnmente HTF (por sus siglas en inglés Heat Transfer Fluid), así como a una planta de tratamiento para llevar a cabo dicho proceso.
El bifenilo y el óxido de difenilo, al igual que sus derivados polihalogenados, son ampliamente utilizados en la actualidad en numerosas aplicaciones industriales, tales como la síntesis de plásticos, espumas u otros materiales producidos en la industria textil, la construcción y la electrónica (Blanco-Moreno et al., Isolation of bacterial strains able to degrade biphenyl, diphenyl ether and the heat transfer fluid used in thermo-solar plants, Journal of New Biotechnology, 35 (2017) 35-41).
La acumulación de estos contaminantes químicos puede derivar en graves riesgos para la salud y daños al medioambiente. La mezcla eutéctica compuesta por un 26,5% de bifenilo y un 73,5% de difenil éter (óxido de difenilo) se utiliza en la actualidad como aceite térmico o HTF en las Centrales Termosolares (C.T.) para transportar la energía térmica acumulada por los paneles solares hacia un intercambiador de calor, que permitirá transmitir la energía transportada por el fluido térmico a una turbina de vapor, la cual genera energía eléctrica (Vignarooban et al., Heat transfer fluids for concentrating solar power systems - A review, Journal of Applied Energy, 146 (2015) 383-396).
Este aceite térmico o HTF es un contaminante con una presión de vapor baja, moderadamente volátil según la constante de Henry de ambos compuestos y presenta una clara hidrofobicidad, con una solubilidad en agua muy baja y una adsorción de moderada a fuerte en el suelo.
Los vertidos accidentales de HTF, principalmente debido a fugas en tuberías y válvulas, suponen una alteración en el ecosistema que pone en riesgo tanto la salud humana como la biota del suelo y las aguas subterráneas del emplazamiento afectado. Cuando tiene lugar un vertido en las centrales térmicas, se genera un importante volumen de agua contaminada, ya sea por la lixiviación del HTF a través del suelo hasta el propio agua subterránea de un acuífero de la zona, como por el agua empleada en canalizar el vertido hacia la balsa de almacenamiento de vertidos aceitosos de la central.
Por ello, es necesaria una gestión adecuada de las aguas residuales generadas en las centrales térmicas que sean susceptibles de estar contaminadas por bifenilo y óxido de difenilo y sus productos de degradación, garantizando el cumplimiento de los valores objetivos exigidos por la Confederación Hidrográfica correspondiente antes de su vertido a ríos o lagos.
La presente invención permite eliminar estos contaminantes mediante un proceso de tratamiento microbiológico a escala semi-industrial, esencialmente basado en la depuración de estas aguas contaminadas en un reactor biológico inoculado con un consorcio bacteriano capaz de degradar el bifenilo y el óxido de difenilo hasta concentraciones por debajo de los valores límite de vertido establecidos.
A este respecto, el artículo de Raza et al. "Water Recovery in a Concentrated Solar Power Plant” (AIP Conference Proceedings. 1734 (2016) 160014.1-160014.8) describe un sistema de filtración del agua a través de una membrana. Dicha membrana está formada por una malla de cobre con una nanoestructura inorgánica micro porosa capaz de retener partículas ultra pequeñas y trazas de aceite.
Del documento de solicitud de patente Española P201430655 se conoce un proceso para la depuración de agua contaminada por aceite térmico (mezcla eutéctica de bifenilo y óxido de difenilo) y de recuperación del mismo que comprende una fase de enfriamiento del agua contaminada a una temperatura entre el punto de congelación del aceite térmico y el del agua, seguida de una recuperación de la parte de aceite térmico congelado mediante filtrado mecánico, depurándose el resto de agua contaminada en unos filtros de absorción y unos filtros de adsorción de carbón activo.
En este contexto, los autores han comprobado que el agua filtrada con el sistema descrito por Raza et al. presenta cantidades de HTF inferiores a 70 ppm. Por su parte, la aplicación del proceso descrito en el documento P201430655 resulta en concentraciones de óxido de difenilo y bifenilo (HTF) en el efluente <0,002 ppm, siendo el resultado más desfavorable <0,1 ppm. Si bien este proceso resulta más favorable que el citado anteriormente, lleva asociado un consumo energético elevado.
Desde otro enfoque, también se han desarrollado procesos microbiológicos para el tratamiento de aguas contaminadas con otros tipos de aceites.
Así, por ejemplo en la solicitud de patente JP2001198594A, "Method for treating organic waste liquid”, se describe un método para tratar aguas residuales que contienen aceite mineral mediante el cual el aceite mineral residual, tal como el aceite industrial contenido en las aguas residuales industriales, se descompone en un primer tanque de tratamiento que incluye bacterias Bacillus sp y Pseudomonus genus, opcionalmente Enterobacter y Shingomonas, diluidas en agua. El agua tratada así obtenida se introduce entonces en un segundo tanque de tratamiento similar al primero y, posteriormente, el agua obtenida se descarga al exterior. En este documento no se hace referencia al rendimiento del proceso en cuanto al nivel de eliminación del contaminante.
La solicitud de patente WO200690859 A1, "Method of recycling water-soluble processed liquid, apparatus for recycling water-soluble processed liquid, method of treating oil-containing wastewater and apparatus for treating oil-containing wastewater”, describe una primera etapa de separación mediante adición de un floculante para la precipitación de aceite mineral, que se retira, y una segunda etapa de filtrado en un filtro de carbón activo impregnado con un consorcio de bacterias GRAM negativas (Pseudomonas, Achromobacter, Pasteurella y Bacillus). No hay referencias en este documento a la concentración del aceite en el efluente o del aceite disuelto a la entrada del filtro de carbón activo.
En la solicitud de patente JP2005199167A, "Oil-containing wastewater treatment method and apparatus”, se describe el tratamiento de aguas residuales que contienen aceites, grasas, agua residual de cocina o n-hexano que incluye una etapa de tratamiento biológico de aireación por contacto con un lecho de filtro aeróbico de espuma de uretano y sedimentación, empleándose bacterias Bacillus y Pseudomonas.
En la solicitud de patente JP2001198594 A, ”Method and device for treating waste water containing mineral oil”, se describe la descomposición bacteriana de un aceite mineral en aguas residuales empleando bacterias Bacillus subtilis y Epistylis.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención queda establecida y caracterizada en las reivindicaciones independientes, mientras que las reivindicaciones dependientes describen otras características de la misma.
Un objeto de la invención es proporcionar un proceso de tratamiento de aguas contaminadas por HTF, constituido por bifenilo y óxido de difenilo, que permita obtener un efluente con unas concentraciones de ambos compuestos por debajo de los límites de vertido (inferior a 0,10 ^g/l), siendo dicho proceso aplicable a escala semi-industrial, esto es con altos caudales de tratamiento, de aproximadamente 2 m3/día, mediante un tratamiento esencialmente biológico y con un rendimiento de eliminación de contaminante en el efluente muy superior a los rendimientos de los procesos ya conocidos. Es igualmente objeto de la invención una planta de tratamiento de aguas contaminadas con HTF según dicho proceso.
A este respecto, los métodos físicos (enfriamiento) requieren un consumo energético muy elevado, la filtración directa con carbón activo implica la saturación temprana del carbón, por lo que se generan grandes cantidades de carbón activo contaminado que es necesario gestionar como residuo y la centrifugación no es una opción rentable debido a que la densidad del HTF es muy similar a la del agua, lo que hace complicado el retirar el contaminante por diferencia de densidades.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de figuras ilustrativas y no limitativas de la invención.
La figura 1 muestra gráficamente la diversidad bacteriana (OTU) en un agrupamiento por niveles taxonómicos y su abundancia relativa de acuerdo con el ejemplo 2.
La figura 2 muestra una vista esquemática de una planta de tratamiento de aguas contaminadas con HTF según un ejemplo de realización de la invención.
La figura 3 muestra un gráfico del rendimiento de eliminación de HTF en el reactor biológico (gris) y en la unidad de filtración (blanco) en dos años de acuerdo con el ejemplo 3.
La figura 4 muestra un gráfico de la evolución de la actividad microbiológica (UFC por ml) en el reactor biológico en dos años según el ejemplo 4.
EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
El proceso de tratamiento microbiológico de contaminantes bifenilo y óxido de difenilo procedentes de aceites térmicos o HTF, de la invención comprende las siguientes etapas:
i) Alimentación de aguas contaminadas con HTF, por ejemplo procedentes de una balsa de almacenamiento de vertidos de una central termosolar, a al menos un primer depósito de almacenamiento, adicionándose a éste una fuente de nitrógeno y fósforo;
ii) Tratamiento microbiológico aerobio de degradación del bifenilo y óxido de difenilo del HTF con un consorcio bacteriano soportado en un material flotante de alta porosidad en un reactor biológico, consistiendo el consorcio bacteriano en bacterias gram-negativas donde al menos un 50% de dichas bacterias pertenecen al género Sphingobium, inyectando en continuo aire en el reactor con el fin de mantener la concentración de oxígeno disuelto en agua y manteniendo la temperatura en un rango entre 19°C y 30°C;
iii) Filtración de las aguas tratadas mediante filtros de carbón activo para adsorber las trazas de contaminante que puedan quedar en el agua tras su tiempo de residencia en el reactor biológico, así como retener posibles partículas en suspensión; y
iv) Recogida del efluente tratado en cisternas para su posterior vertido.
Como se indica en la etapa i), el agua contaminada con HTF se bombea hacia al menos un primer tanque de almacenamiento.
En una realización preferente, el número de tanques de almacenamiento es de dos para asegurar una alimentación de caudal de forma regular.
Dado que posteriormente, en el reactor biológico, se producirá la degradación microbiológica del bifenilo y del óxido de difenilo contenido en las aguas contaminadas con HTF mediante un consorcio bacteriano, como se muestra en la fórmula 1, es necesaria la presencia de nutrientes para que los microorganismos puedan incorporar a su material celular el carbono orgánico en forma de bifenilo y óxido de difenilo a eliminar del agua.
HTF+O 2 +Nutrientes+Microorganismos^CO 2 +H 2 O Fórmula 1
Por ello, se adiciona(n) en el (los) depósito(s) de almacenamiento una fuente de nitrógeno y fosfato.
Preferentemente, en el proceso de la invención se utiliza una disolución concentrada de urea y fosfato diamónico como fuente de nitrógeno y fósforo con el fin de mantener un ratio C/N/P entre 100/8/0,5 y 100/11/1,5, preferentemente 100/10/1.
Para mantener estos ratios C/N/P, en la unidad de almacenamiento de aguas contaminadas se añade diariamente la dosis de urea y fosfato diamónico (NH 4 ) 2 HPO 4 requeridas para que tenga lugar la eliminación del HTF en el reactor vía asimilación biológica del contaminante. En una realización preferente, la concentración media de urea y fosfato diamónico en el reactor se mantiene entre 7,8 mg urea/l y 1,7 mg (NH4)2HPO4/l, y 3,9 mg urea/l y 0,9 mg (NH4)2HPO4/l, preferentemente 3,9 mg urea/l y 0,9 mg (NH4)2HPO4/l de forma habitual.
Así, en la etapa ii), el consorcio bacteriano utiliza como fuente de carbono esencialmente bifenilo y óxido de difenilo. A este respecto, las bacterias del género Sphingobium destacan por incluir especies con alto potencial y versatilidad para llevar a cabo vías metabólicas que incluyen como fuente de carbono y energía compuestos orgánicos de estructuras complejas, por ejemplo hidrocarburos aromáticos policíclicos (Pinyakong et al., 2003; Balkwill et al., 2006; Zhao et al., 2017), hexaclorociclohexano (Pal et al., 2005), lignina (Abdelaziz et al., 2016) o naftaleno, fenantreno, bifenilo, difenil éter (Kim et al., 2007; Cai et al., 2017) o tolueno, en cuyas reacciones iniciales interviene la enzima dioxigenasa (Zylstra y Kim, 1997; Pinyakong et al., 2003). El estudio realizado por Gibson, 1999 (Beijerinchia sp strain B1: a strain by any other name. Journal of Industrial Microbiology y Biotechnology. 23 (1999) 284-293.), describe la existencia de cepas bacterianas como Sphingobium yanoikuyae con la capacidad de utilizar el bifenilo como única fuente de carbono.
Preferentemente para el proceso de la invención se utiliza un consorcio bacteriano procedente de un cultivo de suelo contaminado con HTF, ya que en estos suelos las cepas bacterianas de Sphingobium (S. herbicidovoran, S. chungtnckensis, S. chlorophenolica o S. chlorophenolicium) se encuentran de forma autóctona y en densidades poblacionales relativamente elevadas gracias a la versatilidad metabólica que permite su supervivencia en condiciones tan específicas y desfavorables.
Durante el proceso de degradación biológica por parte del consorcio bacteriano tanto del bifenilo como del difenil éter se identifican las siguientes reacciones y productos intermedios involucrados en las rutas metabólicas de ambos compuestos:
Degradación biológica aerobia del bifenilo
En presencia de oxígeno, el bifenilo es mineralizado biológicamente hasta CO 2 y agua. En la ruta metabólica aparecen como productos intermedios de degradación 2,3-dihidroxibifenilo, benzoato y catecol, según los siguientes esquemas de reacción:
Figure imgf000009_0003
cr x em o . - enoa o
Figure imgf000009_0004
Degradación biológica aerobia del difenil éter
Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0002
Las bacterias involucradas en el proceso de degradación del bifenilo y el difenil éter necesitan oxígeno para mineralizar los contaminantes, por lo que en esta etapa se inyecta en continuo aire en el reactor con el fin de mantener la concentración de oxígeno disuelto en agua.
En una realización preferente, la concentración media de oxígeno disuelto en el agua se mantiene entre 8,0 y 8,5, preferentemente 8,3 mg/l, mediante la inyección en continuo de un caudal de aire de 40 m3/h en el reactor.
Con el fin de aumentar la superficie específica de contacto entre los microorganismos y el contaminante, en se incorpora al reactor como soporte un material de elevada porosidad sobre el cual crece la biopelícula de microorganismos. De esta forma se evita que el consorcio bacteriano salga del reactor junto con el efluente, aumentando por tanto su tiempo de residencia en el reactor.
En una realización preferente, este material flotante de elevada porosidad es de polietileno granulado.
Asimismo, en un segundo aspecto, la invención se refiere a una planta de tratamiento de aguas contaminadas con HTF para la realización del proceso antes descrito, incluyendo la planta:
- Una unidad de almacenamiento de aguas contaminadas con HTF (1) constituida por al menos un depósito de almacenamiento, preferentemente por dos depósitos de almacenamiento (2, 3), en cada caso asociados a una bomba de alimentación (4) a un reactor biológico (5);
- Un reactor biológico (5) conteniendo un material flotante de alta porosidad que soporta un consorcio bacteriano de bacterias gram-negativas donde al menos un 50% de dichas bacterias pertenecen al género Sphingobium, incluyendo el reactor una termo-resistencia (6) y estando dicho reactor (5) asociado a un soplante de aire (7) y a una correspondiente bomba de descarga (8) del reactor hacia una unidad de filtración (9);
- Una unidad de filtración (9) consistente en dos elementos filtrantes de carbón activo (10, 11) instalados en serie y
- Una unidad de recogida (12) del efluente tratado constituida por cisternas flexibles (13), preferentemente tres cisternas flexibles de 50 m3, con una capacidad de almacenamiento total de 150 m3.
Tal como se ha mencionado anteriormente en relación al proceso de la invención, el rango de operación de la termo-resistencia (6) está entre 19 y 30°C, preferentemente ésta mantiene una temperatura constante dentro del reactor de entre 19°C y 20°C.
En este contexto, los procesos biológicos se caracterizan por ser sensibles a los cambios en las condiciones de operación a las que están sometidos, de ahí la importancia de poder asegurar un régimen estacionario en el reactor para evitar caídas en el rendimiento de depuración. Si se requiere realizar cambios (por ejemplo, variaciones en el caudal o la carga de contaminante), es necesario hacerlo de forma gradual.
Así, una parte fundamental del desarrollo de la planta descrita es el control y ajuste de las condiciones de operación en el reactor biológico en función de las poblaciones bacterianas que llevan a cabo la depuración del agua (ajuste del rango de temperatura, mg de O 2 /l aportado por el soplante, dosificación de nutrientes, control en las variaciones del pH debido a cambios en la composición del agua de entrada, etc.)
Los parámetros más robustos son el pH, la conductividad y el oxígeno disuelto, es decir son necesarios cambios significativos en la composición del agua para modificar el valor medio mantenido durante el proceso de degradación de HTF, por el contrario la temperatura es un parámetro más sensible a los cambios, por lo que es necesario mantener un control más exhaustivo de la misma. Para mantener la temperatura constante en el reactor (especialmente en invierno, cuando el agua de entrada a la unidad de almacenamiento está a unos 5°C), la termo-resistencia (6) se enciende cuando la temperatura del agua alimentada al reactor desciende por debajo de una temperatura de referencia de 19°C. Asimismo, la planta se para automáticamente si la temperatura en el reactor supera 30°C, momento en el que se alimenta al reactor agua fría.
En una realización preferente, el soplante de aire (7) mantiene una concentración media de oxígeno disuelto en agua en el reactor (5) de 8-8,5 mg/l, preferentemente de 8,3 mg/l, mediante la inyección en continuo de un caudal de aire de 40 m3/h.
Ejemplos
Ejemplo 1
Se diseñó un proceso y una planta de tratamiento correspondiente para el tratamiento de aguas contaminadas con HTF tal como se describen anteriormente y se evaluó el rendimiento de eliminación del contaminante en comparación con dos procesos ya conocidos, el descrito en la patente P201430655 y el desarrollado por Raza et al. "Water Recovery in a Concentrated Solar Power Plant” (AIP Conference Proceedings. 1734 (2016) 160014.1-160014.8) con un sistema de filtración a través de membrana (véase supra). Los resultados se muestran en la siguiente tabla 1:
Tabla 1
Concentración de HTF en el efluente tratado en cada una de las técnicas
Figure imgf000012_0001
Como se puede observar a partir de estos datos, el proceso de la invención presenta el mayor rendimiento de eliminación de HTF del agua, obteniendo una concentración de contaminante en el efluente 20 veces inferior a la tecnología por enfriamiento de la P201430655 y 700.000 veces inferior a la tecnología publicada por Raza et al.
Ejemplo 2
Se analizó periódicamente tanto el agua contaminada alimentada al reactor, como el agua que sale del mismo hacia la unidad de filtración para controlar que la concentración de los nutrientes presentes en el propio agua residual sea suficiente para permitir la degradación del HTF vía asimilación biótica del contaminante.
En este contexto, los microorganismos necesitan, principalmente, nitrógeno y fósforo para poder incorporar a su material celular el contaminante como fuente de carbono para formar nuevas células.
Para evitar que cambios en la temperatura ambiente pudieran afectar al rendimiento de degradación microbiológico del contaminante, se mantuvo el cultivo a una temperatura media de 22,0 ± 3,0°C.
Durante dos años de tratamiento, con el objetivo de maximizar el rendimiento de eliminación en el reactor biológico, se ajustaron las condiciones de operación y la especificidad del cultivo microbiológico.
En la siguiente tabla 2 se muestran los valores medios mantenidos durante los dos años de operación que permiten obtener una concentración de HTF (bifenilo más óxido de difenilo) en el agua tratada por debajo de los límites de vertido establecidos (bifenilo < 10 ^g/l; óxido de difenilo < 10 ^g/l).
Tabla 2
Figure imgf000013_0001
Como parte del desarrollo del tratamiento microbiológico del agua contaminada con HTF, se cultivó inicialmente a escala laboratorio un consorcio bacteriano obtenido de una muestra de suelo contaminado con HTF. Este inóculo autóctono fue mantenido en el laboratorio en un medio mineral enriquecido en nutrientes y alimentado repetidamente con HTF. Se obtuvo así un consorcio con una elevada avidez por el contaminante. A medida que la densidad celular del cultivo aumentaba se transfería a un reactor más grande hasta que finalmente se cultivaron 3 m3 de inóculo, con los que se arrancó inicialmente el reactor biológico en la planta de tratamiento.
Así mismo, se analizó la diversidad bacteriana en el reactor biológico mediante la técnica DNA metabarcoding, con el objetivo de identificar aquellos géneros dominantes que ofrecen una mayor resistencia a los cambios en las condiciones de operación y, por tanto, contribuyen en mayor grado a ofrecer un mayor rendimiento de eliminación de HTF en el reactor.
Esta técnica se basa en la identificación de las familias, géneros y/o especies bacterianas presentes en el reactor biológico a través de la secuenciación del gen 16S rRNA haciendo uso de técnicas de secuenciación masiva de nueva generación. El análisis de DNA metabarcoding de la muestra de agua generó un total de 17.644 secuencias de la región genómica 16S. Las secuencias de 16S idénticas (100% de similitud) identificadas en la muestra de agua del reactor biológico fueron agrupadas en Unidades Taxonómicas Operativas (OTU), obteniéndose un total de 63 OTU pertenecientes a 9 clases, 20 familias y, al menos, 24 géneros diferentes. Dichas secuencias fueron comparadas con las bases de datos de referencia para su asignación taxonómica. En los casos en los que no es posible llegar a nivel de especie, el algoritmo de asignación taxonómica lleva a cabo la asignación a un nivel taxonómico superior (género o familia). Para la mayoría de las OTU no se ha podido identificar la especie o incluso el género ya que no pertenecen a bacterias descritas formalmente. En estos casos la información taxonómica asignada fue "bacteria no cultivable” o "metagenoma”. En la Figura 1 se representa gráficamente la diversidad de OTU, agrupadas por niveles taxonómicos, y su abundancia relativa en la muestra utilizando el paquete Krona (Ondov 2011, Bioinformatics 12:385).
Los resultados confirman que el género dominante en el consorcio bacteriano utilizado para llevar a cabo la degradación del HTF en el reactor biológico según el proceso de la invención es el de la bacteria Sphingobium, con una abundancia del 55%.
Ejemplo 3
Con el objetivo de evaluar el rendimiento de depuración de la planta de tratamiento de la invención, desde su puesta en marcha se llevó a cabo un seguimiento analítico de forma quincenal durante 24 meses de operación para caracterizar la composición del agua contaminada en los siguientes puntos del proceso:
• Muestra tomada en los depósitos de almacenamiento del agua contaminada con HTF;
• Muestra tomada a la salida del reactor biológico;
• Muestra tomada a la salida de la unidad de filtración;
• Muestra tomada de la unidad de recogida.
Concentración de HTF en el agua contaminada
Durante dos años de operación, la concentración media de HTF en el agua contaminada cargada en la unidad de almacenamiento fue de 20.012 ± 14.947 Mg/l.
Los datos de análisis del efluente recogido en las 3 cisternas (13) de 50 m3 de capacidad dispuestas en paralelo (CF1, CF2, CF3) a lo largo de dos años de operación se muestran en la siguiente tabla 3. En negrita se indican los valores por debajo del límite de cuantificación del laboratorio. En el caso concreto de1 HTF, dichos valores son 100 veces inferiores a la concentración admisible para vertido fijada por la Administración competente.
Tabla 3
Figure imgf000015_0001
A la vista de los rendimientos de depuración mostrados en la figura 3, el proceso/planta de la invención resulta en una eliminación media de HTF del 99,50 ± 0,56% en el reactor biológico desde enero de 2.017, poniendo de manifiesto el potencial de esta biotecnología en la depuración de aguas contaminadas con aceite térmico.
Así, la contribución media del reactor biológico en la eliminación de HTF durante dos años de operación ha sido de un 84,4 ± 22,1%, correspondiendo por ende un porcentaje medio de HTF eliminado en las unidades de filtración de tan solo un 15,6 ± 22,1% (Figura 3).
Esto supone que, durante 25 meses de operación, se ha conseguido eliminar el 99,98 ± 0,09% del bifenilo y óxido de bifenilo presente en el agua contaminada inicialmente.
Ejemplo 4
También se llevó a cabo una monitorización de la actividad microbiológica en el reactor biológico para detectar posibles inhibiciones sobre la población bacteriana durante el desarrollo del proceso. Los resultados obtenidos se muestran en la Figura 4. Como puede observarse de dichos datos, la actividad microbiológica potencial alcanzó un estado estacionario a partir del primer trimestre de operación, presentando una actividad microbiológica estable a partir de enero de 2017 (momento en que se maximizó el rendimiento de operación en el reactor).
Por tanto, los resultados obtenidos durante dos años de operación ponen de manifiesto el éxito del proceso y de la planta de tratamiento de la invención para eliminar la presencia de bifenilo y óxido de difenilo de aguas contaminadas por HTF.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. -Proceso de tratamiento microbiológico de contaminantes bifenilo y óxido de difenilo procedentes de aceites térmicos, que comprende las siguientes etapas: i) Alimentación de aguas contaminadas con aceite térmico a al menos un primer depósito de almacenamiento (2,3), adicionándose a éste una fuente de nitrógeno y fósforo;
ii) Tratamiento microbiológico aerobio de degradación del bifenilo y óxido de difenilo del aceite térmico con un consorcio bacteriano soportado en un material flotante de alta porosidad en un reactor biológico (5), consistiendo el consorcio bacteriano en bacterias gram-negativas donde al menos un 50% de dichas bacterias pertenecen al género Sphingobium, inyectando en continuo aire en el reactor con el fin de mantener la concentración de oxígeno disuelto en agua y manteniendo la temperatura en un rango entre 19°C y 30°C;
iii) Filtración mediante filtros de carbón activo (10,11) para adsorber las trazas de contaminante que puedan quedar en el agua tras su tiempo de residencia en el reactor biológico (5), así como retener posibles partículas en suspensión; y
iv) Recogida del efluente tratado en cisternas (13) para su posterior vertido.
2. -Proceso de tratamiento microbiológico de contaminantes bifenilo y óxido de difenilo según la reivindicación 1, donde, como fuente de nitrógeno y fósforo, se utiliza una disolución concentrada de urea y fosfato diamónico.
3. -Proceso de tratamiento microbiológico de contaminantes bifenilo y óxido de difenilo según la reivindicación 1, donde la concentración media de oxígeno disuelto en el agua se mantiene entre 8,0 y 8,5 mg/l mediante la inyección en continuo de un caudal de aire de 40 m3/h en el reactor.
4. -Proceso de tratamiento microbiológico de contaminantes bifenilo y óxido de difenilo según la reivindicación 3, donde la concentración media de oxígeno disuelto en el agua se mantiene en 8,3 mg/l.
5. -Planta de tratamiento de aguas contaminadas con HTF para la realización del proceso según las reivindicaciones anteriores, incluyendo la planta:
• Una unidad de almacenamiento de aguas contaminadas con HTF (1) constituida por al menos un depósito de almacenamiento, preferentemente por dos depósitos de almacenamiento (2, 3), en cada caso asociados a una bomba de alimentación (4) a un reactor biológico (5);
• Un reactor biológico (5) conteniendo un material flotante de alta porosidad que soporta un consorcio bacteriano de bacterias gram-negativas donde al menos un 50% de dichas bacterias pertenecen al género Sphingobium, incluyendo el reactor una termo-resistencia (6) y estando dicho reactor (5) asociado a un soplante de aire (7) y a una correspondiente bomba de descarga (8) del reactor hacia una unidad de filtración (9);
• Una unidad de filtración (9) consistente en dos elementos filtrantes de carbón activo (10, 11) instalados en serie y
• Una unidad de recogida (12) del efluente tratado constituida por cisternas flexibles (13).
6. -Planta de tratamiento de aguas contaminadas con HTF según la reivindicación 5, donde la termo-resistencia (6) presenta un rango de operación entre 19 y 30°C, preferentemente ésta mantiene una temperatura constante dentro del reactor de entre 19°C y 20°C.
7. -Planta de tratamiento de aguas contaminadas con HTF según la reivindicación 5, donde el soplante de aire (7) mantiene una concentración media de oxígeno disuelto en agua en el reactor (5) de 8-8,5 mg/l, preferentemente de 8,3 mg/l, mediante la inyección en continuo de un caudal de aire de 40 m3/h.
ES201831210A 2018-12-14 2018-12-14 Proceso y planta de tratamiento microbiologico de contaminantes bifenilo y oxido de difenilo procedentes de aceites termicos Active ES2766931B2 (es)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES201831210A ES2766931B2 (es) 2018-12-14 2018-12-14 Proceso y planta de tratamiento microbiologico de contaminantes bifenilo y oxido de difenilo procedentes de aceites termicos

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES201831210A ES2766931B2 (es) 2018-12-14 2018-12-14 Proceso y planta de tratamiento microbiologico de contaminantes bifenilo y oxido de difenilo procedentes de aceites termicos

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ES2766931A1 true ES2766931A1 (es) 2020-06-15
ES2766931B2 ES2766931B2 (es) 2021-05-28

Family

ID=71066749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES201831210A Active ES2766931B2 (es) 2018-12-14 2018-12-14 Proceso y planta de tratamiento microbiologico de contaminantes bifenilo y oxido de difenilo procedentes de aceites termicos

Country Status (1)

Country Link
ES (1) ES2766931B2 (es)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4755296A (en) * 1985-03-21 1988-07-05 Occidental Chemical Corporation Integrated biological-adsorption process for treating waste water
WO1991011396A1 (en) * 1990-01-23 1991-08-08 Kaldnes Miljøteknologi A/S Method and reactor for purification of water
WO2014036732A1 (en) * 2012-09-10 2014-03-13 General Electric Company Method of reducing residual recalcitrant organic pollutants
ES2550396A1 (es) * 2014-05-06 2015-11-06 Pgma, S.L.P. Procedimiento y equipo de depuración de agua contaminada por aceite térmico y recuperación del mismo

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4755296A (en) * 1985-03-21 1988-07-05 Occidental Chemical Corporation Integrated biological-adsorption process for treating waste water
WO1991011396A1 (en) * 1990-01-23 1991-08-08 Kaldnes Miljøteknologi A/S Method and reactor for purification of water
WO2014036732A1 (en) * 2012-09-10 2014-03-13 General Electric Company Method of reducing residual recalcitrant organic pollutants
ES2550396A1 (es) * 2014-05-06 2015-11-06 Pgma, S.L.P. Procedimiento y equipo de depuración de agua contaminada por aceite térmico y recuperación del mismo

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BLANCO-MORENO RAFAEL ET AL. Isolation of bacterial strains able to degrade biphenyl, diphenyl ether and the heat transfer fluid used in thermo-solar plants. New Biotechnology MAR 25 2017. , 25/03/2017, Vol. 35, Páginas 35-41 ISSN 1871-6784(print) ISSN 1876-4347(electronic), (DOI: doi:10.1016/j.nbt.2016.11.003) *
CAI, S. ET AL . Degradation of Diphenyl Ether in Sphingobium phenoxybenzoativorans SC_ 3 Is Initiated by a Novel Ring Cleavage Dioxygenase. Applied and Environmental microbiology, 2017, Vol. 83, Páginas 1-16 ISSN 0099-2240(print) ISSN 1098-5336(electronic), (DOI: doi:10.1128/AEM.00104-17) *
HU JINXING ET AL. Sphingobium fuliginis HC3: A Novel and Robust Isolated Biphenyl- and Polychlorinated Biphenyls-Degrading Bacterium without Dead-End Intermediates Accumulation. PLoS One APR 13 2015. , 31/03/2015, Vol. 10, Páginas Article No.: e0122740 ISSN 1932-6203(print) ISSN 1932-6203(electronic), (DOI: doi:10.1371/journal.pone.0122740) *

Also Published As

Publication number Publication date
ES2766931B2 (es) 2021-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Denitrification of nitrate contaminated groundwater with a fiber-based biofilm reactor
Haugen et al. A novel in situ technology for the treatment of nitrate contaminated groundwater
Zhang et al. Autohydrogenotrophic denitrification of drinking water using a polyvinyl chloride hollow fiber membrane biofilm reactor
Liang et al. Application of a heavy metal-resistant Achromobacter sp. for the simultaneous immobilization of cadmium and degradation of sulfamethoxazole from wastewater
Aydın et al. Chlortetracycline removal by using hydrogen based membrane biofilm reactor
Asif et al. Powdered activated carbon–Membrane bioreactor (PAC-MBR): Impacts of high PAC concentration on micropollutant removal and microbial communities
TWI594957B (zh) 移除難分解之有機污染物的方法
Liu et al. Advanced treatment of refractory organic pollutants in petrochemical industrial wastewater by bioactive enhanced ponds and wetland system
US20120145628A1 (en) Phytoremediation for desalinated water post-processing
Al-Baldawi Removal of 1, 2-Dichloroethane from real industrial wastewater using a sub-surface batch system with Typha angustifolia L
Zhang et al. Nitrogen removal processes in deep subsurface wastewater infiltration systems
Jiang et al. Using nano-attapulgite clay compounded hydrophilic urethane foams (AT/HUFs) as biofilm support enhances oil-refinery wastewater treatment in a biofilm membrane bioreactor
Zhou et al. Enhanced stable long-term operation of biotrickling filters treating VOCs by low-dose ozonation and its affecting mechanism on biofilm
Xie et al. The water treatment and recycling in 105-day bioregenerative life support experiment in the Lunar Palace 1
Kwon et al. Simultaneous biodegradation of carbon tetrachloride and trichloroethylene in a coupled anaerobic/aerobic biobarrier
KR100661815B1 (ko) 하수, 오수, 폐수를 고도 처리하는 인공 습지식 접촉산화시스템
KR101433885B1 (ko) 침출수 재순환을 이용한 정화시스템
Gnida What do we know about the influence of vacuum on bacterial biocenosis used in environmental biotechnologies?
Mehdizadeh et al. Biological treatment of toluene contaminated wastewater by Alcaligenese faecalis in an extractive membrane bioreactor; experiments and modeling
Suthar et al. Fate and toxicity of triclosan in tidal flow constructed wetlands amended with cow dung biochar
ES2766931B2 (es) Proceso y planta de tratamiento microbiologico de contaminantes bifenilo y oxido de difenilo procedentes de aceites termicos
JP7279400B2 (ja) 嫌気性通水システム、通水嫌気バイオシステム
Yu et al. Removal of dichloromethane from waste gases by a biotrickling filter
Aguilar-Romero et al. Ibuprofen-enhanced biodegradation in solution and sewage sludge by a mineralizing microbial consortium. Shift in associated bacterial communities
Hien et al. Removal of tetracycline and tetracycline resistance genes from municipal wastewater in microcosm fill-and-drain constructed wetlands

Legal Events

Date Code Title Description
BA2A Patent application published

Ref document number: 2766931

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: A1

Effective date: 20200615

FG2A Definitive protection

Ref document number: 2766931

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B2

Effective date: 20210528