ES2834891T3 - Procedimiento y dispositivo de tratamiento de un agua mediante contacto con un material adsorbente - Google Patents

Abstract

Procedimiento de tratamiento de un agua, comprendiendo dicho procedimiento: - una etapa de adsorción en la que se pone en contacto agua con un adsorbente de nueva aportación, siendo el agua denominada "agua preadsorbida" antes de ponerla en contacto con el adsorbente de nueva aportación y siendo denominada agua adsorbida después de ponerla en contacto con el adsorbente de nueva aportación, y - una etapa de recirculación en la que se retira al menos una parte del adsorbente de nueva aportación puesto en contacto con el agua durante la etapa de adsorción, constituyendo esta parte retirada un adsorbente usado, y en el que durante la etapa de recirculación se pone en contacto el adsorbente usado con el agua preadsorbida, no siendo sometida el agua preadsorbida a ninguna etapa de clarificación en la que se elimine del agua al menos una parte de las materias en suspensión que contiene, estando caracterizado dicho procedimiento porque comprende además una etapa de coagulación en la que el agua preadsorbida se pone en contacto con uno o varios coagulantes.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y dispositivo de tratamiento de un agua mediante contacto con un material adsorbente

Campo técnico

La invención se refiere al campo del tratamiento de un agua, en particular, para eliminar la materia orgánica y los microcontaminantes contenidos en un agua residual urbana, industrial o en un agua de superficie o subterránea destinada a la producción de agua potable.

Más específicamente, la invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo de tratamiento de un agua utilizando un adsorbente de tipo carbón activo en polvo.

Estado de la técnica anterior

Los objetivos de la restauración y la protección de la calidad de las aguas han sido reforzados y actualmente implican una gestión integrada del ciclo del agua.

Actualmente se han emprendido diversas acciones para limitar el impacto de las materias orgánicas y de los microcontaminantes, siendo los microcontaminantes compuestos presentes en estado de vestigios en el agua pero que pueden inducir efectos perjudiciales para o a través del medio ambiente y los organismos. Estas acciones implican la sustitución o la reducción de la fuente de producción de compuestos químicos persistentes, bioacumulables y tóxicos (PBT), cancerígenos, mutágenos, que alteran la reproducción (CMR) o perturbadores endocrinos.

A pesar de estos esfuerzos, teniendo en cuenta la presencia habitual de estos compuestos en los productos de uso cotidiano y la actividad antrópica que los difundo, los microcontaminantes son cuantificados a cantidades incluso elevadas en las aguas.

Están disponibles en el estado de la técnica anterior diversas técnicas dirigidas a reducirlos, pero su integración en las cadenas de tratamiento debe ser revisada con el fin de proponer soluciones técnicas que sean económicamente viables, manteniendo rendimientos de tratamientos satisfactorios.

En el campo que abarca la presente invención, se utilizan diferentes técnicas para intentar responder a los objetivos de mejorar el estado químico y biológico de masas de agua o para hacer 'potable el agua de un recurso acuíferos. Las cadenas de producción de agua potable y de tratamiento de aguas usadas han sido conocidas para tratar al mismo tiempo los macrocontaminantes (contaminación orgánica carbonada, de nitrógeno y fosforo) y los microcontaminantes (plaguicidas, HAP, PCP, ftalatos, alquilfenoles, hormonas, sustancias medicamentosas, etc.). Los mecanismos de eliminación son numerosos y abarcan entre otros la oxidación bacteriana o química, la volatilización, la coagulación, la absorción o incluso la filtración por medio de membranas de bajo umbral de corte. Entre ellos, la coagulación y la absorción (sobre la materia en forma de partículas presente en el agua, sobre los lodos producidos durante los tratamientos o incluso sobre un material absorbente específico) parece que son las dos vías principales de tratamiento.

Como tratamiento complementario o de afinado, la adsorción se realiza en un reactor adaptado utilizando un material poroso de baja granulometría y de superficie específica elevada. El carbón activo es particularmente adecuado para el tratamiento de los microcontaminantes y de la materia orgánica.

La eliminación de estos compuestos por adsorción funciona gracias a un fenómeno superficial mediante el cual las moléculas se fijan sobre las superficies sólidas del carbón activo por medio de diferentes fuerzas (cargas eléctricas, interacción dipolo-dipolo, fuerzas de Van der Waals) o enlaces (de hidrógeno, covalentes, etc.). La adsorción puede ser física (no específica o bien depender esencialmente del tamaño de la superficie, o bien química (específica), debida a la presencia de sitios cargados en la superficie del carbón activo.

Aunque la realización de la adsorción parece fácil, su rendimiento está altamente condicionado por las características fisicoquímicas inherentes a los microcontaminantes y la materia orgánica que va a ser tratada (tamaño, peso molecular, hidrofobicidad, carga, etc.), las del material utilizado (para un carbón activo: grado de activación, porosidad y distribución del tamaño de poros, superficie específica, carga, estructura, materia prima originaria del carbón, etc.), y los parámetros de funcionamiento de los reactores (grado de tratamiento, dosis de carbón activo, de coagulantes y floculantes, pH, tiempo de contacto hidráulico/velocidad de paso, tiempo de residencia en el reactor, etc.).

Un fenómeno ejerce un impacto particular sobre los rendimientos de adsorción: la presencia simultánea de materia orgánica y microcontaminantes en las aguas que van a ser tratadas. La materia orgánica natural de tamaño pequeño (comparable a los microcontaminantes) en las aguas disminuye la eficacia de la adsorción con respecto a los microcontaminantes, ya que entra en competición por los sitios de enlace o puede bloquear el acceso a los poros de la estructura del carbón activo. En efecto, la relación de las concentraciones entre la materia orgánica y los contaminantes que van a ser eliminados mediante carbón activo sobrepasa 1.000 y puede alcanzar 1.000.000. Consecuentemente, este fenómeno puede conducir a un sobrecoste del tratamiento asociado al aporte de cantidades más considerables de carbón activo.

En los que se refiere a la producción de agua potable o de agua destinada a un uso industrial, la eliminación de las materias orgánicas y de los microcontaminantes en las cadenas de tratamiento de estos tipos de aguas se basa esencialmente en la coagulación y en la adsorción. La coagulación tiene lugar durante la etapa de clarificación y se realiza por medio de diferentes coagulantes (a menudo se emplean las sales de hierro). La adsorción se puede realizar sobre diferentes formas de carbón.

La configuración de las instalaciones ha mejorado en el tiempo con la mejora de los conocimientos. Se pueden distinguir así tres tipos de tratamiento.

Un primer tipo de tratamiento realiza etapa de coagulación floculación, clarificación (sedimentación o flotación) y adsorción sobre carbón activo en grano en un filtro. Este primer tipo de tratamiento puede comprender etapas intermedias, por ejemplo, de filtración sobre arena, ozonización, etc.

Un segundo tipo de tratamiento realiza una utilización conjunta de un coagulante y un carbón activo en polvo en una misma maniobra de clarificación.

La elección de un carbón activo en polvo con respecto a un carbón activo en grano permite ajustar la dosis a la calidad del agua que va a ser tratada habitualmente y evitar problemas de saturación propios de los carbones activos en grano.

Al ser eliminada una parte de la materia orgánica al mismo tiempo por coagulación y por adsorción, hay una competición entre el coagulante y el carbón activo con respecto a la eliminación de estas moléculas. Esto es perjudicial por partida doble ya que el coste del tratamiento aumenta inútilmente (al resultar más caro el tratamiento con carbón que el tratamiento con coagulante) y una parte de las capacidades de adsorción del carbón activo que podrían servir para la eliminación de moléculas únicamente adsorbibles ha sido neutralizada por moléculas fácilmente eliminables mediante la coagulación.

Este inconveniente conduce a separar una primera etapa de tratamiento mediante coagulación, floculación y clarificación (estructura en dirección ascendente) de una segunda etapa de tratamiento con carbón activo en polvo en una estructura adecuada (estructura en dirección descendente, con la posibilidad de recircular una parte de los lodos de la estructura en dirección descendente hacia la estructura en dirección ascendente para utilizar al máximo las capacidades de adsorción del material. En efecto, después de haber adsorbido una cierta cantidad de moléculas en la estructura en dirección descendente, el carbón activo en polvo alcanza un estado de equilibrio en el que ya no puede adsorber moléculas. Al haber alcanzado este estado de equilibrio la recirculación del carbón activo en polvo, desde la estructura en dirección descendente hasta una estructura en dirección ascendente (normalmente de clarificación), este carbón activo en polvo se pone en contacto con un agua de mayor concentración de moléculas, rompiendo así dicho estado de equilibrio y permitiendo que este carbón activo en polvo adsorba una cantidad de moléculas complementaria.

Por tanto, un tercer tipo de tratamiento realiza una utilización separada del coagulante en una estructura de clarificación en dirección ascendente y de carbón activo en polvo en otra estructura en dirección descendente de contacto o de clarificación que comprende, ocasionalmente una recirculación de los lodos de la estructura en dirección descendente hacia la estructura en dirección ascendente.

En lo que se refiere al tratamiento de aguas residuales, el marco reglamentario definido para el saneamiento de las aguas, así como las evoluciones que han surgido desde los últimos decenios, permiten que las instalaciones de depuración actuales reduzcan de forma significativa la materia en forma de partículas y orgánicas de las aguas residuales antes de que sean desechadas.

Las aguas se someten como mínimo a un pretratamiento, ocasionalmente un tratamiento primario (con o sin reactivos químicos) y a un tratamiento biológico secundario. En las instalaciones de depuración que no han sido concebidas para tratar microcontaminantes, estos compuestos, de características físicoquímicas variadas, son parcialmente eliminadas en agua a través de las unidades de tratamiento de la instalación de depuración por medio de los mecanismos siguientes:

- La degradación química (oxidación y biológica (biodegradación),

- La adsorción sobre el lodo (materias en forma de partículas y biomasa),

- La volatilización (intercambio gaseoso con la atmósfera).

Después de un tratamiento secundario convencional de bajo contenido, un número variado de microcontaminantes permanece en el agua tratada con concentraciones variables según los compuestos entre 10 y 100 mg/l. Para reducir estos niveles de concentración, y limitar los efectos perjudiciales que se pueden provocar sobre o a través del medio ambiente, son por tanto necesarios tratamientos complementarios (avanzados). En la actualidad, para integrar los rendimientos técnico-económicos y la facilidad de integración de las estructuras complementarias en las instalaciones resistentes, los procedimientos de oxidación con ozono y la adsorción sobre carbón son los más utilizados en las instalaciones de depuración de aguas residuales. Estos procedimientos la mayoría de las veces van a continuación de las etapas de afinado de retención de materias en forma de partículas y de fosforo mediante filtración mecánica, sobre un material filtrante mineral y/o coagulación y floculación. Esta última etapa permite también reducir la materia orgánica todavía presente en las aguas residuales clarificadas.

La solicitud de invención FR2934258 describe un procedimiento de tratamiento de agua que comprende una etapa de inyección de un adsorbente en el agua, una etapa de mezcla del agua y el adsorbente, una etapa de filtración de la mezcla obtenida a una velocidad comprendida entre 50 y 200 m/h en un dispositivo de filtración que comprende una pluralidad de fibras flexibles y una etapa de recirculación de adsorbente.

La patente FR 2932795 describe un procedimiento que asocia una etapa de afinado anteriormente descrita y una etapa de adsorción en un procedimiento de purificación de aguas dirigido a su potabilización. Este procedimiento integra zonas de tratamiento distintas en las que se realizan la llegada del agua que va a ser tratada y la inyección de carbón activo en polvo de nueva aportación (zona de contacto 1), La recirculación del carbón activo en polvo usado (zona de contacto 2) mediante el retorno de los lodos concentrados en la zona 4, la floculación de las aguas (zona 3) y la separación del carbón activo en polvo del agua que va a ser tratada.

La solicitud de patente FR2973794 describe un procedimiento que asocia la coagulación, la floculación y a sedimentación (lastrada) del agua que va a ser tratada con el fin de garantizar unas concentraciones bajas de carbono orgánico disuelto en el agua que va a ser tratada. La instalación de tratamiento integra una zona de contacto previo del agua que va a ser tratada con carbón activo en polvo (zona 1), en la que se recircula el carbón activo en polvo usado, una zona de coagulación (Zona 2) seguido de una zona de floculación lastrada (zona 3) y seguidamente una zona de clarificación laminar (zona 4).

Estas soluciones presentan varios inconvenientes.

El carbón activo no es usado o reutilizad de forma óptima con respecto a sus capacidades de adsorción y del campo de aplicación en el que es más eficaz y económicamente viable.

Si los rendimientos de adsorción están influenciados por la competición entre los compuestos que van a ser adsorbidos anteriormente descritos, es también dependiente del gradiente de concentración entre la solución (agua que va a ser tratada) y la superficie del carbón según el principio de las isotermas de adsorción. Según este principio, la adsorción puede ser positiva (las moléculas van desde la solución hacia la superficie adsorbente o negativa (las moléculas van desde la superficie adsorbente hacia la solución dando lugar a liberación más o menos significativa de los compuestos, según sus características). Después de un tiempo de contacto dado, para un carbón activo usado que alcanza su equilibrio en la solución inicial (más gradiente de concentración) pero que no está fuertemente saturado, la adsorción solo será posible todavía cuando se vuelva a poner en contacto con una solución más concentrada. En esta solución, existirá un nuevo gradiente positivo de concentración necesaria para la adsorción.

Los procedimientos descritos en las patentes FR2 932795 y en las solicitudes de patentes FR 2934258 y FR 2973794 incluyen una recirculación de carbón activo en polvo, pero se realiza en dirección descendente de la zona en la que se inyecta el carbón activo en polvo de nueva aportación. Debido a esto, el carbón usado no es recirculado en las condiciones ideales (gradiente de concentración máxima) que le permitirían adsorber un máximo de moléculas. Además, el carbón de nueva aportación, puesto en contacto en primer lugar con el agua que va a ser tratada tendrá una tendencia a saturarse con anterioridad a la adsorción de las materias orgánicas presentes en mayor concentración, en detrimento de la adsorción de los microcontaminantes cuya concentración es generalmente más baja.

Además, el tercer tipo de tratamiento relativo a la producción de agua potable o agua destinada a un uso industrial, con una clarificación previa del agua antes de la utilización del carbón activo, es muy eficaz y económico en reactivos ya que estos son utilizados en la forma correcta. No obstante, este tipo de tratamiento implica una inversión costosa ya que impone dos estructuras de clarificación: una después de la coagulación y otra después del contacto con el carbón activo en polvo.

Un objetivo de la invención es proponer un procedimiento y una instalación de tratamiento de un agua mediante contacto con un material adsorbente que permite remediar totalmente o en parte los inconvenientes de los procedimientos y las instalaciones del estado de la técnica anterior

Compendio de la invención

Este objetivo se consigue con un procedimiento de tratamiento de un agua, comprendiendo el agua preferentemente materia orgánica y microcontaminantes, procedimiento que comprende:

- una etapa de adsorción en la que el agua se pone en contacto con un adsorbente de nueva aportación, siendo denominada el agua “agua preadsorbida” antes de ponerla en contacto con el adsorbente de nueva aportación y siendo denominada “agua adsorbida” después de ponerse en contacto con el adsorbente de nueva aportación, - una etapa de recirculación en la que se toma al menos una parte del adsorbente de nueva aportación que se pone en contacto con el agua durante la etapa de adsorción, en que esta parte tomada constituye un adsorbente usado, - y en el que en la etapa de recirculación se pone el adsorbente usado en contacto con el agua preadsorbida, no sometiéndose el agua preadsorbida a una etapa de clarificación en la que se elimina del agua al menos una parte de las materias en suspensión que contiene, estando caracterizado dicho procedimiento porque comprende además una etapa de coagulación en la que el agua preadsorbida se pone en contacto con una o varios coagulantes.

En el contexto de la presente invención, se entiende por “agua adsorbida” un agua que ya ha estado en contacto con el adsorbente de nueva aportación, independientemente de su calidad propia o de un tratamiento a que ya se haya sometido, y mediante “agua preadsorbida” se entiende un agua que todavía no ha estado en contacto con el adsorbente de nueva aportación y que es también independiente de su calidad propia o de un tratamiento al que ya se haya sometido.

El hecho de poner en contacto el adsorbente usado con el agua preadsorbida permite optimizar la utilización de las capacidades de adsorción del adsorbente. En efecto, después de un período dado de contacto entre el agua y el adsorbente de nueva aportación durante la etapa de adsorción, el adsorbente alcanza un punto de equilibrio que ya no le permite adsorber las moléculas todavía contenidas en el agua (es decir, no adsorbidas), habiendo disminuido progresivamente la concentración de este agua en moléculas durante el período de contacto. De hecho, este adsorbente usado de esta forma no está necesariamente saturado y tiene capacidad de adsorber moléculas contenidas en un agua con mayor concentración de moléculas, en este caso el agua preadsorbida.

Este procedimiento permite economizar una estructura de clarificación intermedia por el hecho de no utilizar una etapa de clarificación en dirección ascendente de la etapa de adsorción, obteniendo siempre rendimientos globales comparables a los de los procedimientos conocidos en el estado de la técnica anterior, en los que se utiliza esta estructura de clarificación intermedia. Esto ha sido particularmente mediante la optimización de la utilización de las capacidades de adsorción del adsorbente.

Preferentemente, el procedimiento comprende además una etapa de contacto de adsorbente-agua en el que la mezcla constituida por el agua u el adsorbente se mantiene en contacto durante un período determinado, por ejemplo, superior a 5 minutos, ventajosamente superior a 10 minutos, más ventajosamente igual a 20 minutos. Según la presente invención, el adsorbente puede ser escogido también entre cualquier tipo de adsorbente conocido por un experto en la técnica del carbón activo (cualquiera que sea su granulometría) o de la resina.

Preferentemente, el adsorbente es un carbón activo en polvo.

La aplicación de este adsorbente al procedimiento según la invención permite utilizar o reutilizar de forma óptima el carbón activo, en comparación con los procedimientos conocidos en el estado de la técnica anterior, siendo el carbón activo en polvo un material relativamente costoso.

Por tanto, el procedimiento de la invención por tanto permite también reducir el coste de tratamiento del agua al reducir las cantidades de adsorbente utilizadas.

Preferentemente, el procedimiento comprende además una etapa de clarificación en la que se separa el agua adsorbida de las materias en suspensión que contiene.

En el contexto de la invención, esta etapa de clarificación se puede realizar por cualquier medio conocido por un experto en la técnica, por ejemplo, mediante sedimentación (por ejemplo, sobre lecho de lodo por impulsos y/o con recirculación de lodo, etc.), mediante flotación o incluso mediante filtración.

Según la invención, el procedimiento comprende una etapa de coagulación en la que el agua preadsorbida se pone en contacto con uno o varios coagulantes, normalmente sales de hierro (por ejemplo, cloruro férrico) o alumbre. Esta etapa de coagulación permite eliminar una parte de la materia orgánica contenida en el agua antes de entrar en contacto con el adsorbente de nueva aportación, la materia orgánica natural de tamaño pequeño, comparable a los microcontaminantes, presente en las aguas que normalmente se desea por medio de este procedimiento, disminuye la eficacia de la adsorción respecto a los microcontaminantes, ya que esta materia orgánica y los microcontaminantes entran en competición para acceder a los sitios de enlace del adsorbente. Esa materia orgánica de tamaño pequeño puede bloquear así en acceso a los poros de la estructura del adsorbente y reducir así la eficacia de este adsorbente para adsorber los microcontaminantes. Normalmente, la relación de las concentraciones entre la materia orgánica y los microcontaminantes que se desea eliminar por medio del adsorbente sobrepasa los 1.000 y puede alcanzar 1.000.000. Por tanto, esta etapa de coagulación permite también reducir el coste del tratamiento del agua al reducir las cantidades de adsorbente utilizadas.

Preferentemente, el procedimiento comprende además una etapa de mantenimiento del contacto coagulante-agua en la que el agua preadsorbida que se ha sometido a la etapa de coagulación es almacenada en un recinto durante un período superior a 1 minuto, ventajosamente superior a 5 minutos, más ventajosamente igual 10 minutos.

El agua preadsorbida que se somete a esta etapa de mantenimiento del contacto coagulante-agua puede comprender el adsorbente utilizado tomado durante la etapa de reciclado.

Esta etapa del mantenimiento del contacto coagulante-agua optimiza la eficacia del procedimiento, en particular en términos de cantidad de adsorbente. Más específicamente, la etapa de mantenimiento del contacto coagulante-agua permite limitar la competición entre la materia orgánica y los microcontaminantes (véase lo que antecede) y mejorar los rendimientos globales del procedimiento, en particular cuando se realiza después de la etapa de coagulación. En otro modo de realización de la invención, el procedimiento comprende una etapa de coagulación complementaria en la que se pone en contacto el agua adsorbida con uno o varios coagulantes, normalmente sales de hierro (por ejemplo, cloruro férrico) o alumbre. Esta etapa de coagulación complementaria permite, en particular, favorecer la separación del adsorbente y el agua.

Según una característica ventajosa de la invención, el procedimiento puede comprender además una etapa de floculación en la que se pone en la que el agua adsorbida o preadsorbida se pone en contacto con un agente de floculación, normalmente un polímero.

Preferentemente, la etapa de floculación se realiza después de la etapa de contacto coagulante-agua.

Ventajosamente, el agua sometida al tratamiento puede ser:

- un agua residual urbana o industrial o,

- un agua de superficie o subterránea destinada a la producción de agua potable o de uso industrial.

La presente invención se refiere también a la instalación de tratamiento de un agua, comprendiendo esta agua proferentemente materia orgánica y microcontaminantes, estando dispuesta esta instalación para llevar a cabo un procedimiento como se describe con anterioridad, comprendiendo esta instalación:

- una zona de adsorción adecuada para poner en contacto el agua con un adsorbente de nueva aportación, - una ramificación de recirculación adecuada para tomar al menos una parte del adsorbente de nueva aportación puesto en contacto con el agua en la zona de adsorción,

estando dispuesta la ramificación de recirculación para poner la parte de adsorbente tomada en contacto con el agua que se encuentra en dirección ascendente de la zona de adsorción, no comprendiendo dicha instalación, en dirección ascendente de la zona de adsorción, una estructura de clarificación dispuesta para eliminar del agua al menos una parte de las materias en suspensión que contiene, estando caracterizada dicha instalación porque comprende una zona de coagulación dispuesta para poner en contacto el agua con uno o varios coagulantes, estando situada la zona de coagulación en dirección ascendente de la zona de adsorción.

De forma no limitativa, la ramificación de recirculación puede estar dispuesta para reinyectar el adsorbente usado en al menos una de las zonas de la instalación siguientes:

- en el recinto que permite llevar a cabo la etapa de contacto; y/o

- en una zona situada entre dicho recinto y la zona de adsorción; y/o

- en una zona de coagulación dispuesta para llevar a cabo la etapa de coagulación y/o

- en una zona situada entre la zona de coagulación y dicho recinto.

Descripción de las figuras y modos de realización

Otras ventajas y particularidades de la invención se apreciarán mediante la lectura de la descripción detallada de formas de llevar a cabo y modos de realización en absoluto limitativos, y a partir de:

- la figura 1 aneja que esquematiza un modo de realización de la invención,

- la figura 2 aneja que presenta una comparación entre los resultados obtenidos con un modo de realización de la técnica anterior y los resultados obtenidos mediante un modo de realización de la invención.

Los modos de realización descritos con anterioridad no son en absoluto limitativos, se podrán considerar particularmente variantes de la invención que solo comprenden una selección de las características descritas aisladas de otras características descritas (incluso si esta selección es aislada en el contexto de una expresión que comprende estas otras características) si esta selección de características es suficiente para conferir una ventaja técnica o para diferenciar la invención con respecto al estado de la técnica anterior. Esta selección comprende al menos una característica, preferentemente funcional sin detalles estructurales, o con solamente una parte de los detalles estructurales si esta parte solo es suficiente para conferir una ventaja técnica o para diferenciar la invención con respecto al estado de la técnica anterior.

En el ejemplo de realización de la figura 1, se dispone una instalación según la invención para tratar un agua canalizada sucesivamente en diferentes zonas 1, 3, 4, 5 y 6 de esta instalación. La canalización del agua está representada por las flechas horizontales 9a, 9b, 9c, 9d, 9e y 9f.

Esta instalación comprende una zona de adsorción 1.

El agua llega a la zona de adsorción 1 por medio de un canal 9c.

La zona de adsorción 1 está dispuesta para poner en contacto el agua con un adsorbente de nueva aportación (etapa de adsorción). Antes de entrar en contacto con el adsorbente de nueva aportación, es decir, antes de entrar en la zona de adsorción 1, el agua se denomina “agua preadsorbida”. Después de entrar en contacto con el adsorbente de nueva aportación en la zona adsorción 1, el agua se denomina “agua adsorbida”.

El adsorbente de nueva aportación es normalmente carbón activo en polvo. El adsorbente de nueva aportación es inyectado, por ejemplo, en la zona de adsorción 1 por cualquier medio de inyección 11 apropiado.

La zona de adsorción 1 es, por ejemplo, un reactor, particularmente un reactor de tipo depósito agitado o incluso un sistema de inyección en línea de adsorbente de nueva aportación.

El agua adsorbida sale de la zona de adsorción 1 por un canal 9d.

En el ejemplo de la figura 1, el agua adsorbida que sale de la zona de adsorción 1 llega a una zona 6 de mantenimiento de contacto adsorbente-agua por el canal 9d.

La zona 6 de mantenimiento de contacto adsorbente-agua está dispuesta para realizar una etapa de mantenimiento de contacto adsorbente-agua en la que se mantiene la mezcla constituida por agua y adsorbente en esta zona 6 durante un período determinado, por ejemplo, superior a 5 minutos, ventajosamente superior a 10 minutos, más ventajosamente igual a 20 minutos.

Esta zona 6 de mantenimiento de contacto adsorbente-agua puede consistir en un recipiente distinto de la zona de adsorción 1, por ejemplo, como se ilustra en la figura 1.

Alternativamente, la zona 6 de mantenimiento de contacto adsorbente-agua y la zona de adsorción 1 pueden consistir en una sola y misma zona (no ilustrada), en cuyo caso se realizan en esta zona al mismo tiempo la etapa de adsorción y la etapa de mantenimiento de contacto adsorbente-agua.

En el ejemplo de la figura 1, el agua adsorbida que sale de la zona 6 de mantenimiento de contacto adsorbente-agua llega a una estructura de clarificación 5 por el canal 9e.

Esta estructura de clarificación 5 está dispuesta para separar el agua de las materias en suspensión que contiene. La estructura de clarificación 5 es, por ejemplo, un decantador, particularmente de lecho de lodo por impulso y/o con recirculación de lodo, etc. O un dispositivo de flotación.

La estructura de clarificación 5 puede comprender la zona 6 de mantenimiento de contacto adsorbente-agua (no ilustrada). En este caso, la etapa de mantenimiento de contacto adsorbente-agua y la etapa de clarificación se realizan en una misma estructura.

El agua sale de la estructura de clarificación 5 por un canal 9f.

La instalación comprende una ramificación de recirculación 2a, 2b, 2c o 2d (representada por flechas de trazo discontinuo en la Fig. 1) adecuada retirar al menos una parte del adsorbente de nueva aportación en contacto con el agua en la zona de adsorción 1. Esta parte retirada constituye un adsorbente usado.

La figura 1 representa una ramificación de recirculación 2a, 2b, 2c y 2d que realiza:

- una retirada de adsorbente usado en la estructura de clarificación 5, y

- una reinyección de este adsorbente usado en diferentes zonas de la instalación situadas en dirección ascendente en la zona de ascensión 1, de forma que se ponga en contacto este adsorbente usado con el agua preadsorbida. La figura 1 ilustra una reinyección hacia estas diferentes zonas. No obstante, es posible y preferido, reinyectar el adsorbente usado en una sola zona de reinyección, por ejemplo, en el canal 9c (bucle 2d).

La retirada de adsorbente usado se puede realizar por cualquier medio conocido por un experto en la técnica (por ejemplo, bombeo, gravedad, etc.).

La instalación de la figura 1 comprende también una zona de coagulación 4 situada en dirección ascendente de la zona de adsorción 1.

El agua llega a la zona de coagulación 4 por un canal 9a.

La zona de coagulación 4 está dispuesta para poner en contacto el agua preadsorbida con uno o varios coagulantes (etapa de coagulación), normalmente sales de hierro (por ejemplo, cloruro férrico) o alumbre.

Este o estos coagulantes son inyectados, por ejemplo, en la zona de coagulación 4 mediante cualquier medio de inyección 41 apropiado.

La zona de coagulación 4 puede consistir en un reactor de tipo depósito agitado y puede comprender un sistema de inyección en línea, así como un mezclador estático.

El agua sale de la zona de coagulación 4 por un canal 9b.

La instalación de la figura 1 comprende además una zona de mantenimiento de contacto coagulante-agua 3 situada en dirección descendente de la zona de coagulación 4 y en dirección ascendente de la zona de adsorción 1.

La zona de mantenimiento de contacto coagulante-agua 3 está dispuesta para realizar una etapa de mantenimiento de mantenimiento de contacto coagulante-agua en la que se mantiene la mezcla constituida por el agua y el coagulante en esta zona 3 durante un período determinado, por ejemplo, superior a 1 minuto, preferentemente superior a 5 minutos, más preferentemente 10 minutos, el agua llega a la zona de contacto 3 por el canal 9b.

La zona de contacto 3 es, por ejemplo, un recinto o un compartimento de un recipiente. Esta zona de contacto 3 puede consistir en un depósito agitado mecánicamente o un depósito con placas.

Alternativamente, la zona de mantenimiento de contacto coagulante-agua 3 y la zona de coagulación 4 pueden consistir en una única y misma zona (no ilustrada), en cuyo caso se realiza en esta zona al mismo tiempo la etapa de coagulación y la etapa de mantenimiento de contacto coagulante - agua.

El agua sale de la zona de contacto 3 por el canal 9c.

Como se ilustra en la figura 1, la ramificación de recirculación 2a, 2b, 2c y 2d puede estar dispuesta para reinyectar el adsorbente usado en al menos una de las zonas de la instalación siguientes:

- en la zona de mantenimiento de contacto coagulante-agua 3 (bucle 2c); y/o

- en el canal 9c (bucle 2d); y/o

- en el canal 9b (bucle 2b); y/o

- en la zona de coagulación 4 (bucle 2a).

La invención prevé también poner en contacto el agua adsorbida con uno o varios coagulantes, normalmente sales de hierro (por ejemplo, cloruro férrico) o alumbre, por ejemplo, inyectando este o estos coagulantes en la zona de adsorción 1 mediante cualquier medio de inyección 12 apropiada con el fin de realizar una etapa de coagulación complementaria. Este medio de inyección 12 del o de los coagulantes puede estar dispuesto también para inyectar este agente en otras zonas de la instalación (no ilustrada).

Además, la invención prevé también poner en contacto el agua con un agente de floculación normalmente un polímero, por ejemplo, inyectando este agente de floculación en dirección descendente de la zona de adsorción 1 por cualquier medio de inyección 13 apropiado.

El medio de inyección 13 del agente de floculación puede estar dispuesto también para inyectar este agente en otras zonas de la instalación (no ilustrada).

Como se ilustra en la figura 1, la instalación comprende una única estructura de clarificación 5 y, más específicamente, no comprende ninguna estructura de clarificación en dirección ascendente de la zona de adsorción 1.

Las diferentes zonas 1, 3, 4, 5 y 6 de la instalación según la invención pueden consistir, según diferentes combinaciones en estructuras o recipientes o reactores distintos, o para la totalidad o una parte entre ellas, en compartimentos de una misma estructura o recipiente o reactor.

Ensayos realizados

Los inventores han realizado ensayos comparativos de tres procedimientos A, B y C utilizando un agua de superficie, una dosis de coagulante y tres dosis de carbón activo en polvo de la misma calidad, como se ilustra en la Tabla 1, que resume las condiciones de funcionamiento y los rendimientos obtenidos sobre la eliminación de materia orgánica para cada uno de estos procedimientos.

El procedimiento A comprende las etapas siguientes, realizadas de forma sucesiva:

- Etapa de inyección casi simultánea de coagulante y de carbón activo en polvo en una misma estructura (Ia, IIa y IIIa) en la tabla 1,

- Etapa de mantenimiento de contacto coagulante-carbón activo en polvo-agua (IVa en la Tabla 1)

- Etapa de sedimentación (Va en la Tabla 1).

El procedimiento B comprende las etapas siguientes, realizadas de forma sucesiva:

- Etapa de inyección de coagulante (Ib y IIb en la tabla 1),

- Etapa de mantenimiento de contacto coagulante-agua (IIIb en la tabla 1),

- Etapa de sedimentación (IVb en la tabla 1),

- Etapa de inyección de carbón activo en polvo (Vb en la Tabla 1),

- Etapa de mantenimiento de contacto Carbón activo en polvo-agua (VIb en la Tabla 1),

- Etapa de sedimentación (VIIb en la tabla 1).

El procedimiento C, correspondiente al procedimiento según la invención, comprende las etapas siguientes realizadas de forma sucesiva:

- Etapa de inyección de coagulante (Ic y IIc en la tabla 1),

- Etapa de mantenimiento de contacto coagulante-agua (IIIc en la Tabla 1),

- Etapa de inyección de carbón activo en polvo (IVc en la Tabla 1),

- Etapa de mantenimiento de contacto carbón activo en polvo-agua (Vc en la Tabla 1),

- Etapa de sedimentación (VIc en la Tabla 1).

Tabla 1: ensayos comparativos de los procedimientos A, B y C (UV = adsorción UV a 254 nm; COD = carbono orgánico disuelto; t de coag. = tiempo de coagulación)

Estos ensayos confirman el interés de separar suficientemente en el tiempo las inyecciones de coagulante y de carbón activo en polvo para limitar el fenómeno de competición entre materia orgánica y microcontaminantes, y obtener mejores rendimientos globales (los resultados de los ensayos muestran que los rendimientos son mejores con los procedimientos B y C que con el procedimiento A).

Estos ensayos confirman también que la clarificación intermedia entre la inyección de coagulante y la inyección de carbón activo en polvo no es necesaria con respecto al tratamiento de las materias orgánicas.

La Figura 2 ilustra ensayos comparativos efectuados entre un primer procedimiento conocido de la técnica anterior y un segundo procedimiento según un modo de realización de la invención.

El primero y segundo procedimientos comprenden:

- una etapa de adsorción en la que se pone en contacto agua con un adsorbente de nueva aportación, siendo el agua denominada “agua preadsorbida” antes de ponerla en contacto con el adsorbente de nueva aportación y siendo denominada “agua adsorbida” después de ponerla en contacto con el adsorbente de nueva aportación, y - una etapa de recirculación en la que retira al menos una parte del adsorbente de nueva aportación que se pone en contacto con el agua durante la etapa de adsorción, constituyendo esta parte retirada un adsorbente usado.

El primer procedimiento comprende una etapa de recirculación de carbón activo en polvo usado en la zona de adsorción. Esta recirculación de carbón activo usado tiene lugar en el mismo punto que el carbón activo de nueva aportación o en dirección ascendente.

El segundo procedimiento comprende una o varias configuraciones para la recirculación de carbón activo en polvo usado (esquematizadas en 2a, 2b, 2c y 2d en la figura 1). Esta recirculación de carbón activo usado tiene lugar en todos los casos antes de la inyección del carbón activo de nueva aportación en la zona de adsorción 1 por los medios de adsorción 11.

En resumen, en el primer procedimiento, el carbón activo usado recirculado, es decir, el adsorbente usado, es inyectado en el agua adsorbida mientras que, en el segundo procedimiento, el carbón activo usado recirculado es inyectado en el agua preadsorbida.

La Figura 2 representa también el porcentaje de reducción en ordenadas e indicado como A en % en función de la concentración de lodo en la zona de adsorción en abscisas e indicado como C en mg/l, y todo ello con el primer y el segundo procedimientos.

Se aprecia que la reducción de las materias orgánicas y los microcontaminantes es superior en el segundo procedimiento representación por cuadrados oscuros). En efecto, el primer procedimiento solo permite obtener reducciones muy bajas (representación por círculos claros).

Naturalmente, la invención no está limitada a los ejemplos que se acaban de describir y se pueden aportar numerosos ajustes a estos ejemplos sin apartarse del alcance de la invención. Además, las diferentes características, formas, variantes y modos de realización de la invención pueden estar asociados unos con otros según diversas combinaciones en la medida en que no sean incompatibles o exclusivos unos respecto a otros.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de tratamiento de un agua, comprendiendo dicho procedimiento:

- una etapa de adsorción en la que se pone en contacto agua con un adsorbente de nueva aportación, siendo el agua denominada “agua preadsorbida” antes de ponerla en contacto con el adsorbente de nueva aportación y siendo denominada agua adsorbida después de ponerla en contacto con el adsorbente de nueva aportación, y - una etapa de recirculación en la que se retira al menos una parte del adsorbente de nueva aportación puesto en contacto con el agua durante la etapa de adsorción, constituyendo esta parte retirada un adsorbente usado, y en el que durante la etapa de recirculación se pone en contacto el adsorbente usado con el agua preadsorbida, no siendo sometida el agua preadsorbida a ninguna etapa de clarificación en la que se elimine del agua al menos una parte de las materias en suspensión que contiene,

estando caracterizado dicho procedimiento porque comprende además una etapa de coagulación en la que el agua preadsorbida se pone en contacto con uno o varios coagulantes.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el adsorbente es un carbón activo en polvo.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque comprende además una etapa de clarificación en la que se separa el agua adsorbida de las materias en suspensión que contiene.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende además una etapa de mantenimiento del contacto coagulante-agua en la que el agua preadsorbida que ha sido sometida a la etapa de coagulación es almacenada en un recinto durante un período superior a 1 minuto, ventajosamente superior a 5 minutos, más ventajosamente igual a 10 minutos.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende además una etapa de floculación en la que el agua adsorbida o preadsorbida se pone en contacto con un agente de floculación.

6. Procedimiento según las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado porque la etapa de floculación se realiza después de la etapa de mantenimiento del contacto coagulante-agua.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el agua es:

- un agua residual urbana o industrial, o

- un agua de superficie o subterránea destinada a la producción de agua potable o para un uso industrial.

8. Instalación de tratamiento de un agua, estando dispuesta esta instalación para llevar a cabo un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, comprendiendo esta instalación:

- una zona de adsorción (1) adecuada para poner en contacto el agua con un adsorbente de nueva aportación - una ramificación de recirculación (2a, 2b, 2c, 2d) adecuada para retirar al menos una parte del adsorbente de nueva aportación que se ha puesto en contacto con el agua en la zona de adsorción (1)

estando dispuesta la ramificación de recirculación (2a, 2b, 2c, 2d) para poner en contacto la parte de adsorbente retirada con el agua que se encuentra en dirección ascendente de la zona adsorción (1),

no comprendiendo dicha instalación, en dirección ascendente de la zona de adsorción (1) una estructura de clarificación dispuesta para eliminar del agua al menos una parte de las materias en suspensión que contiene, estando caracterizada dicha instalación porque comprende una zona de coagulación (4) dispuesta para poner en contacto el agua con uno o varios coagulantes, estando situada la zona de coagulación (4) en dirección ascendente de la zona de adsorción (1).