ES2872525T3 - Medio de biopelícula, sistema de tratamiento y método de tratamiento - Google Patents

Medio de biopelícula, sistema de tratamiento y método de tratamiento Download PDF

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Abstract

Un sistema de tratamiento (300) que comprende un primer biorreactor (310) que comprende una entrada (314) adaptada para recibir de una primera fuente afluente un afluente del primer biorreactor que tiene uno o más contaminantes, una primera salida del efluente del primer biorreactor (316) adaptada para dispensar una primera parte del efluente del biorreactor del primer biorreactor (310) y una segunda salida del efluente del primer biorreactor (317) adaptada para dispensar una segunda parte del efluente del biorreactor del primer biorreactor (310), en que la segunda parte del efluente del biorreactor comprende una biopelícula móvil (320), en que opcionalmente el primer biorreactor (310) comprende condiciones aeróbicas, condiciones anóxicas, condiciones anaeróbicas o combinaciones de dos o más de las mismas; una unidad de separación líquido-sólido (340) en dicha comunicación fluida directa con la primera salida del efluente del primer biorreactor (316) y que incluye una salida de la unidad de separación líquido-sólido 346 en comunicación fluida directa con el primer biorreactor (310), en que la unidad de separación líquido- sólido (340) está adaptada para recibir de la primera salida del efluente del primer biorreactor (316) la primera parte del efluente del biorreactor que contiene al menos crecimiento suspendido (318) y biopelícula móvil (320), separar la primera parte del efluente del biorreactor en un efluente secundario y un flujo inferior, en el que el flujo inferior incluye al menos crecimiento suspendido 318 y biopelícula móvil 320 y el flujo inferior sale de la unidad de separación líquido-sólido 340 a través de la salida de la unidad de separación líquido-sólido 346 y es retornado al biorreactor 310 a través de la entrada del afluente del biorreactor 314; una unidad de separación sólido-sólido (330) en comunicación fluida directa con la segunda salida del efluente del primer biorreactor (317) del primer biorreactor (310) y adaptada para recibir y separar la segunda parte del efluente del biorreactor en una corriente que comprende biopelícula móvil (320) y una corriente que comprende sólidos residuales, en que la unidad de separación sólido-sólido (330), incluye una salida (336) para retornar la corriente que comprende la biopelícula móvil (320) al primer biorreactor (310), en que opcionalmente la unidad de separación sólido-sólido (330) comprende un hidrociclón; y un segundo biorreactor (350, 351) dispuesto en comunicación fluida entre el primer biorreactor (310) y la salida (336) de la unidad de separación sólido-sólido (330), en que el segundo biorreactor (350, 351) tiene una primera entrada (356) para recibir la corriente que comprende biopelícula móvil (320) de la unidad de separación sólido-sólido (330), una segunda entrada (353, 354) para recibir de una segunda fuente de afluente diferente de la primera fuente de afluente un segundo afluente de biorreactor, y una salida (358) para dispensar un segundo efluente al primer biorreactor (310).

Description

DESCRIPCIÓN
Medio de biopelícula, sistema de tratamiento y método de tratamiento
REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS
Esta solicitud reivindica el beneficio de prioridad a la Solicitud de EE.UU. número 62 / 001.241, presentada el 21 de mayo de 2014 y titulada BIOPELÍCULA MEDIATREATMENT SYSTEM, AND METHOD OF WASTEWATER TREATMENT (SISTEMA DE TRATAMIENTO DE MEDIOS DE BIOPELÍCULA, Y MÉTODO DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES).
CAMPO TÉCNICO
Las descripciones de este documento se refieren a sistemas y métodos para el tratamiento de agua contaminada que emplean una biopelícula móvil.
ANTECEDENTES
El documento US 5192441 A describe un proceso y una instalación para tratamiento biológico.
El documento EP 2 366 673 A1 describe un método para la purificación biológica de aguas residuales que contienen amonio.
El documento EP 2163524 A1 describe un método para tratar aguas residuales que contienen amonio.
El documento WO 2014/012817 A1 describe un tratamiento anaeróbico de aguas residuales que tiene desgasificación de lodos y realimentación de lodos y una planta de tratamiento.
El agua es un recurso natural importante que es esencial para la vida. Aproximadamente el 71 por ciento de la superficie de la Tierra está ocupada por agua. Sin embargo, solo el 2.5 por ciento del agua que se encuentra en la Tierra se considera agua dulce (es decir, no es agua salada ni agua salobre; ninguna de las dos es apta para el consumo humano). Además, el 98,8 por ciento de esta agua dulce está contenido en hielo y agua subterránea. Menos del 0,3 por ciento de toda el agua dulce se puede encontrar en estructuras de agua superficiales como lagos y ríos. Las aguas contaminadas son perjudiciales para el medio ambiente y la salud pública. En consecuencia, existen regulaciones que rigen el tratamiento y la supervisión del agua contaminada en países desarrollados como por ejemplo los Estados Unidos de América. Están surgiendo normativas similares para el tratamiento y la supervisión de aguas contaminadas en los países en desarrollo de todo el mundo.
Aunque depende de la fuente y la naturaleza del /de los contaminante(s) del agua, el tratamiento de un agua contaminada implica una serie de pasos de procesamiento que se organizan para cumplir con un objetivo de tratamiento u objetivos de tratamiento específicos, con la máxima eficiencia y con un coste de ciclo de vida total mínimo (es decir, la combinación de costos de capital y operativos para una vida operativa predeterminada definida habitualmente como 20 años). Las aguas contaminadas incluyen, pero no se limitan a, agua recuperada, agua potable, aguas pluviales, aguas residuales industriales y aguas residuales municipales. Estas últimas, las aguas residuales municipales, por ejemplo, contienen nutrientes y contaminantes orgánicos en partículas y disueltos, principalmente los macronutrientes nitrógeno y fósforo. El procesamiento de aguas residuales municipales con una planta de tratamiento de aguas residuales centralizada implica cuatro componentes principales del proceso: tratamiento preliminar, primario, secundario y terciario. El primer componente del proceso sirve para eliminar partículas grandes no biodegradables y se conoce como tratamiento preliminar (por ejemplo, cribado y eliminación de arenilla). El segundo componente del proceso sirve para eliminar la materia particulada orgánica e inorgánica que se sedimenta fácilmente y se conoce como tratamiento primario. El tratamiento primario se realiza con depósitos de sedimentación o clarificadores primarios y unidades de flotación por aire disuelto.
El tercer componente del proceso se conoce como tratamiento secundario e incorpora un proceso de tratamiento biológico de aguas residuales. Un proceso de tratamiento secundario habitualmente incluye un reactor biológico o biorreactor y un proceso de la unidad de separación líquido-sólido. Juntos, el biorreactor y los procesos de la unidad de separación líquido-sólido (por ejemplo, depósito de sedimentación, flotación por aire disuelto o membranas) eliminan la materia orgánica biodegradable (disuelta y particulada) y los sólidos en suspensión. Cuando se diseñan para hacerlo, los procesos de unidad de separación líquido-sólido y biorreactor también son capaces de eliminar nutrientes (por ejemplo, nitrógeno, fósforo o nitrógeno y fósforo). El biorreactor mantiene las condiciones ambientales específicas necesarias para desarrollar y mantener una población bacteriana que es capaz de oxidar bioquímicamente (por ejemplo, contaminantes orgánicos cuantificados como demanda bioquímica de oxígeno de cinco días, BOD5; amoníaco-nitrógeno, NH3-N) o reducir (por ejemplo, nitrito -nitrógeno, NO2-N; nitrato-nitrógeno, NO3-N) contaminantes en la corriente de agua contaminada según el objetivo del tratamiento. El proceso de la unidad de separación líquido-sólido separa las bacterias y las partículas que quedan en la corriente de efluente del biorreactor del agua tratada. Las bacterias pueden existir en flóculos biológicos (es decir, crecimiento suspendido) o en una biopelícula. El cuarto componente del proceso es el tratamiento terciario. Existe una variedad de procesos de tratamiento terciario dependiendo del objetivo del tratamiento y pueden incluir clarificación terciaria mejorada químicamente (para la eliminación de fósforo), filtración de medios granulares (por ejemplo, con filtros de arena) o procesos de oxidación avanzados. La desinfección del efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales antes de descargar la corriente de efluente se puede lograr con cloro o luz ultravioleta, por nombrar un par de alternativas de desinfección y generalmente se incluye en la definición de tratamiento terciario.
La transformación bioquímica de compuestos orgánicos disueltos, es decir, el tercer componente del proceso que suele ser característico de las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales centralizadas, se lleva a cabo con mayor frecuencia mediante un proceso de crecimiento suspendido (es decir, una variación del proceso de lodos activados). Los procesos de crecimiento suspendido incluyen microorganismos (como por ejemplo bacterias) que transforman bioquímicamente contaminantes, habitualmente materia orgánica y los nutrientes nitrógeno y fósforo en la corriente de agua contaminada, en biomasa y otros subproductos de reacción.
Los procesos de crecimiento suspendido pueden modificarse de modo que también haya biopelícula. En tal caso, el proceso se compartimenta y las respectivas formas bacterianas se denominan compartimento de crecimiento suspendido y compartimento de biopelícula. Las biopelículas son una capa delgada, generalmente resistente, de microorganismos (como por ejemplo bacterias) que se forman sobre y recubren diversas superficies. Las superficies sobre las que crecen las biopelículas se conocen como sustrato. Las biopelículas se utilizan habitualmente para la oxidación de materia orgánica fácilmente biodegradable (o materia orgánica que puede difundirse fácilmente en la biopelícula) y / o para la oxidación o reducción de compuestos nitrogenados del agua contaminada, ya sea solos o combinados con crecimiento suspendido en un solo biorreactor. Cuando se utiliza junto con un compartimento de crecimiento suspendido, el área de la biopelícula se establece para apoyar el crecimiento de bacterias de crecimiento lento que de otro modo no existirían en el compartimento de crecimiento suspendido en una cantidad significativa en el tiempo de residencia de sólidos característico del compartimento de crecimiento suspendido. El uso de compartimentos de crecimiento suspendido y biopelícula juntos permite que un proceso cumpla con el / los objetivo(s) del tratamiento que, de otro modo, requerirían un volumen de biorreactor adicional y un área de clarificación secundaria. De ese modo, se evita el costo de capital debido a la construcción y al terreno que se requiere para agregar depósitos de proceso y equipo mecánico de proceso, lo que habitualmente tiene como resultado un ahorro de costos sustancial.
En otros casos, la provisión y el mantenimiento de una biopelícula da como resultado una población de microorganismos más constante que maximiza la eficiencia y la consistencia del tratamiento del agua contaminada. Los biorreactores que utilizan solo un compartimento de biopelícula incluyen el filtro percolador (TF), el contactor biológico giratorio (RBC), el filtro biológicamente activo (BAF), el reactor de biopelícula de lecho móvil (MBBR), el reactor de biopelícula de lecho fluidizado (FBBR), el reactor de lodos granulares (GSR) y el reactor de biopelícula de membrana (MBfR). Los sistemas que hacen uso tanto de crecimiento suspendido como de compartimentos de biopelícula se conocen comúnmente como procesos integrados de lodo activado de película fija (IFAS). El sustrato para las biopelículas que se utiliza para tratar el agua contaminada incluye materiales lingo-celulósicos naturales en polvo, arena (biopelículas particuladas), materiales bacterianos no biodegradables (es decir, lodo granular) y materiales artificiales como poliestireno y polietileno de alta densidad.
Skillicorn, Patente de Estados Unidos n° 7,481,934 describe el uso de fibras de kenaf (un material lingo- celulósico natural en polvo) que actúan como adsorbente biodegradable y como sustrato para el crecimiento de biopelículas cuando se combinan con el crecimiento suspendido en un proceso de lodo activado para el tratamiento de agua contaminada. Se deja que la biopelícula se asiente en la unidad de separación líquido-sólido (se supone que es un depósito de sedimentación), junto con el crecimiento suspendido, que recibe el efluente del biorreactor. En algunos casos, el proceso de separación líquido-sólido es ayudado por floculación química (es decir, clarificación químicamente mejorada), y la mezcla de biopelícula / crecimiento suspendido se separa del agua tratada. En otros casos, parte de la mezcla de biopelícula / crecimiento suspendido se devuelve al afluente del biorreactor (es decir, a través de una corriente de lodo activado de retorno) como inoculante para un ciclo de tratamiento adicional.
Brown, publicaciones de patentes de EE. UU. n° 2013 / 0233.792 y 2013 / 0233.794 describen la utilización de fibras lignocelulósicas, como por ejemplo fibras de kenaf, para formar biopelículas que contienen bacterias tanto aeróbicas como anaeróbicas. Por ejemplo, las biopelículas que contienen zonas tanto aeróbicas como anaeróbicas pueden favorecer el desarrollo de bacterias oxidantes de amoníaco (AOB) en las zonas aeróbicas y bacterias oxidantes de amoníaco anaeróbicas (Anammox) en la zona anaeróbica; por lo tanto, la biopelícula puede convertir amoníaco-nitrógeno en nitrógeno gaseoso en un solo biorreactor sin recirculación y sin la provisión de una fuente de carbono externa. La biopelícula se deja sedimentar con crecimiento suspendido en el proceso de la unidad de separación líquido-sólido. No se lleva a cabo ninguna separación de la biopelícula de otros sólidos.
Veolia Water Solutions & Technologies vende ANOXKALDNES® MBBR y procesos de lodos híbridos activados por biopelícula (HYBAS®). Ambos procesos incluyen vehículos de biopelículas de plástico de libre movimiento que se retienen en un biorreactor específico, o zona de biorreactor, con filtros de acero inoxidable construidos con alambre de cuña o placas perforadas. Los filtros se incluyen en el paquete de proceso junto con acero inoxidable, difusores de burbuja media en zonas aeróbicas y / o mezcladores de paletas curvas en zonas anóxicas. Los vehículos de biopelícula de plástico de libre movimiento suelen tener un tamaño de 10 a 50 mm de diámetro y se asemejan a un panal de abejas. Los vehículos de biopelícula de plástico que se mueven libremente se retienen permanentemente dentro del biorreactor.
RESUMEN
La invención proporciona un sistema de tratamiento de acuerdo con la reivindicación 1 y un método para tratar agua contaminada de acuerdo con la reivindicación 7. Otras formas de realización se describen en las reivindicaciones dependientes.
En el presente documento se describe un sistema de tratamiento que incluye un biorreactor que incluye una entrada adaptada para recibir un afluente que tiene uno o más contaminantes, una biopelícula móvil dispuesta en el mismo y una salida adaptada para dispensar un efluente de biorreactor que comprende la biopelícula móvil; y una unidad de separación sólido-sólido unida a la salida del biorreactor y adaptada para recibir y separar al menos una parte del efluente del biorreactor en una corriente que comprende una biopelícula móvil y una corriente que comprende sólidos residuales, y devolver la corriente que comprende la biopelícula móvil al biorreactor . En algunas formas de realización, el biorreactor incluye condiciones aeróbicas, condiciones anóxicas, condiciones anaeróbicas o una combinación de dos o más de las mismas. De acuerdo con la invención, la unidad de separación sólidosólido incluye una entrada en comunicación fluida con la salida del biorreactor, una primera salida para dispensar la corriente que comprende biopelícula móvil y una segunda salida para dispensar la corriente que comprende sólidos residuales. En algunas formas de realización, la unidad de separación sólido-sólido incluye un hidrociclón.
El sistema de tratamiento incluye además una unidad de separación líquido-sólido adaptada para recibir la corriente, incluidos los sólidos residuales del hidrociclón, y además separar la corriente en efluente secundario y flujo inferior. El sistema de tratamiento incluye además una unidad de separación líquido-sólido dispuesta en comunicación fluida entre la salida del biorreactor y el hidrociclón, en que la unidad de separación líquido-sólido está adaptada para recibir y separar el efluente del biorreactor en una parte de efluente secundario y una parte de flujo inferior, en que el hidrociclón está adaptado para recibir y separar al menos una porción de la parte de flujo inferior del efluente del biorreactor. En algunas de dichas formas de realización, el flujo inferior se divide en una primera parte de flujo inferior y una segunda parte de flujo inferior, en donde la primera parte de flujo inferior se devuelve al biorreactor y la segunda parte de flujo inferior se dirige al hidrociclón.
En algunas formas de realización del sistema de tratamiento, el efluente del biorreactor se divide en un efluente del primer biorreactor y un efluente del segundo biorreactor, en que una unidad de separación líquido-sólido está adaptada para recibir y separar el efluente del primer biorreactor en una parte de efluente secundario y una parte de flujo inferior y dirigir la parte de flujo inferior al biorreactor; y el hidrociclón está adaptado para recibir y separar el efluente del segundo biorreactor en una parte de biopelícula móvil y una parte de sólidos residuales, y dirigir la parte de biopelícula móvil al biorreactor.
En algunas formas de realización del sistema de tratamiento, la biopelícula móvil incluye partículas lignocelulósicas o gránulos biológicos. En algunas formas de realización del sistema de tratamiento, la corriente que incluye la biopelícula móvil incluye entre el 50% y el 100% de la biopelícula móvil presente en la parte de efluente del biorreactor recibida por el hidrociclón.
De acuerdo con la invención, el biorreactor es un primer biorreactor, y el sistema incluye además un segundo biorreactor dispuesto en comunicación fluida entre el hidrociclón y el primer biorreactor y adaptado para recibir la corriente de biopelícula móvil del hidrociclón, en que el biorreactor secundario tiene una primera entrada para recibir la corriente de biopelícula móvil, una segunda entrada para recibir un segundo afluente del biorreactor y una salida para dispensar un segundo efluente, en donde el segundo efluente se dirige al primer biorreactor. De acuerdo con la invención, los afluentes del primer y segundo biorreactor son diferentes. En algunas de dichas formas de realización, el biorreactor secundario incluye condiciones aeróbicas, condiciones anóxicas, condiciones anaeróbicas o una combinación de dos o más de las mismas. En algunas de dichas formas de realización, el sistema de tratamiento incluye además un tercer biorreactor adaptado para recibir la corriente que incluye sólidos residuales del hidrociclón, en que el tercer biorreactor tiene una primera entrada para recibir la corriente que comprende sólidos residuales, una segunda entrada para recibir un tercer afluente del biorreactor, y una salida para dispensar un tercer efluente. En algunas de dichas formas de realización, el tercer afluente del biorreactor es diferente del primer y segundo afluentes del biorreactor.
En algunas formas de realización, el sistema de tratamiento incluye además un segundo biorreactor adaptado para recibir la corriente que comprende sólidos residuales del hidrociclón, en que el segundo biorreactor tiene una primera entrada para recibir la corriente que comprende sólidos residuales, una segunda entrada para recibir un segundo afluente del biorreactor, y una salida para dispensar un segundo efluente.
También se describe en el presente documento un método para tratar aguas residuales, en que el método incluye: (a) añadir un primer afluente y una biopelícula móvil a un primer biorreactor; (b) proporcionar condiciones adecuadas para que la biopelícula móvil transforme bioquímicamente uno o más contaminantes en el afluente para formar un efluente que incluya al menos la biopelícula móvil, agua y materia sólida residual; (c) aislar ciclónicamente del 50% al 100% de la biopelícula móvil de una primera parte del efluente para formar una corriente de biopelícula móvil aislada y una corriente de sólidos residuales, y devolver la corriente de biopelícula móvil aislada al primer biorreactor; y (d) separar una parte sustancial del agua de una segunda parte del efluente para formar un flujo inferior.
En algunas formas de realización, (a) incluye además la adición de crecimiento suspendido al primer biorreactor.
En algunas formas de realización, el método se lleva a cabo en el orden (a), (b), (c), (d), en que la corriente de sólidos residuales de (c) es la segunda parte de efluente en (d), y que además incluye la eliminación del flujo inferior o el sometimiento del flujo inferior a un tratamiento adicional.
En otras formas de realización, el método se lleva a cabo en el orden (a), (b), (d), (c), en donde el flujo inferior de (d) es la primera parte del efluente en (c), y además incluye eliminar la corriente de sólidos residuales o someter la corriente de sólidos residuales a un tratamiento adicional. En algunas de dichas formas de realización, el método incluye además dividir el flujo inferior en un primer flujo inferior y un segundo flujo inferior, y dirigir el primer flujo inferior al primer biorreactor, en el que el segundo flujo inferior es la primera parte del efluente en (c).
En algunas formas de realización, el método se lleva a cabo de una manera en la que (c) y (d) se llevan a cabo simultáneamente, y el método incluye además eliminar la corriente de sólidos residuales o someter la corriente de sólidos residuales a un tratamiento adicional; y dirigir el flujo inferior al primer biorreactor.
En algunas formas de realización, el método incluye además dirigir la corriente de biopelícula móvil aislada a un segundo biorreactor antes de devolverla al primer biorreactor; y agregar un segundo afluente al segundo biorreactor. En algunas de dichas formas de realización, el método incluye además dirigir la corriente de sólidos residuales a un tercer biorreactor; y agregar un tercer afluente al tercer biorreactor.
El método incluye además dirigir la corriente de sólidos residuales a un segundo biorreactor; y agregar un segundo afluente al segundo biorreactor.
Las ventajas adicionales y las características novedosas de la invención se expondrán en parte en la descripción que sigue a continuación, y en parte serán evidentes para los expertos en la técnica al examinar lo siguiente, o se pueden aprender a través de la experimentación de rutina al poner en práctica la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La FIG. 1 es una vista esquemática de una primera forma de realización de un sistema de tratamiento no de acuerdo con la invención.
La FIG. 2 es una vista esquemática de otra forma de realización de un sistema de tratamiento no de acuerdo con la invención.
La FIG. 3 es una vista esquemática de otra forma de realización más de un sistema de tratamiento que no está de acuerdo con la invención.
La FIG. 4 es una vista esquemática de otra forma de realización más de un sistema de tratamiento que no está de acuerdo con la invención.
La FIG. 5 es una vista esquemática de un sistema de tratamiento de la invención.
La FIG. 6 es una vista esquemática de otra forma de realización de un sistema de tratamiento de la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Aunque la presente descripción proporciona referencias a formas de realización preferentes, los expertos en la técnica reconocerán que se pueden realizar cambios en la forma y los detalles sin apartarse del alcance de la invención. Se describirán en detalle varias formas de realización con referencia a los dibujos, en los que los mismos números de referencia representan piezas y conjuntos similares en las diversas vistas. La referencia a diversas formas de realización no limita el alcance de las reivindicaciones adjuntas. Además, los ejemplos expuestos en esta memoria descriptiva no pretenden ser limitativos y simplemente exponen algunas de las muchas formas de realización posibles de las reivindicaciones adjuntas.
Definiciones
Tal como se utiliza en este documento, el término "crecimiento suspendido" significa un flóculo biológico, es decir, una masa floculante de microorganismos (como por ejemplo bacterias) que están suspendidos en agua. Las bacterias están vivas o muertas, o una combinación de las mismas. Un flóculo es una estructura abierta en comparación con las biopelículas móviles y no contiene un sustrato.
Tal como se utiliza en este documento, el término "biopelícula móvil" significa una biopelícula soportada por un sustrato en que la biopelícula y el sustrato combinados pueden moverse dentro, o dentro y fuera de un biorreactor junto con agua, sólidos residuales y cualquier crecimiento suspendido presente. El sustrato de biopelícula es de naturaleza particulada e incluye materiales como por ejemplo materiales lignocelulósicos en polvo, arena, materiales bacterianos no biodegradables y partículas sintéticas formadas, por ejemplo, a partir de poliestireno o polietileno de alta densidad.
Tal como se utiliza en este documento, el término "unidad de separación líquido-sólido" significa cualquier dispositivo empleado para separar sustancialmente sólidos no disueltos o suspendidos de un líquido como por ejemplo agua. Dichos dispositivos incluyen, pero no se limitan a, unidades de filtración de membrana, unidades de depósitos de clarificación (o sedimentación), unidades de filtración de medios granulares, unidades de flotación de aire disuelto, unidades de clarificación (o sedimentación) de floculación con lastre, centrifugadoras y similares. Un "proceso de unidad de separación líquido-sólido" es el proceso de separación realizado por la unidad de separación líquido-sólido seleccionada.
Tal como se utiliza en este documento, el término "unidad de separación sólido-sólido" significa cualquier dispositivo empleado para separar sustancialmente la biopelícula móvil de otros sólidos no disueltos o suspendidos en una corriente de líquido o lodo basado en factores incluidos, pero que no se limitan a, fuerza centrípeta, resistencia de fluido (arrastre), velocidad de sedimentación y características de las partículas como por ejemplo tamaño, forma y densidad. Dichos dispositivos incluyen, pero no se limitan a, hidrociclones, sedimentadores de placas de láminas, pantallas, tamices, spitzkasten (una serie de conos que separan secuencialmente las partículas según el tamaño), clasificadores de doble cono, elutriadores (columnas verticales), cámaras de barbotage (burbujeo), y cámaras de flotación. En algunas formas de realización, una unidad de separación sólido-sólido incluye dos dispositivos más, en que los dispositivos son iguales o diferentes; por ejemplo 4 hidrociclones dispuestos en serie, o una cámara de flotación acoplada a una cámara de barbotage, y similares. Un "proceso de unidad de separación sólido-sólido" es el proceso de separación realizado por la unidad de separación sólidosólido seleccionada.
Tal como se utiliza en el presente documento, el término "lodo" significa materia particulada orgánica e inorgánica compacta suspendida en una corriente de efluente del biorreactor o separada de la misma utilizando una unidad de separación líquido-sólido o sólido-sólido. La materia particulada contiene crecimiento suspendido y otras partículas. En algunas formas de realización, el lodo contiene biopelícula móvil. Normalmente, el lodo se compacta mediante procesos de separación llevados a cabo en una unidad de separación líquido-sólido donde el crecimiento en suspensión y otras partículas se separan del efluente del biorreactor. En algunas formas de realización, una parte del lodo se devuelve al biorreactor como afluente del mismo. En dichas formas de realización, esta parte del lodo se denomina "lodo activado de retorno" o RAS. Con el fin de mantener una masa de crecimiento suspendida estable (que habitualmente se valora utilizando una concentración estable de sólidos suspendidos) en el biorreactor, se elimina una parte del lodo, habitualmente a una tasa equivalente a la tasa de crecimiento o rendimiento bacteriano. El lodo eliminado puede someterse a un / unos tratamiento(s) adicional(es), como por ejemplo espesamiento, digestión y / o deshidratación antes de su eliminación. Las unidades de espesamiento, las unidades de digestión, las unidades de deshidratación de lodos y, a veces, otras tecnologías se denominan colectivamente instalaciones de gestión de sólidos. La parte de residuo de lodo se conoce como "lodo residual activado" o WAS.
Tal como se utiliza en el presente documento, el término "sólidos de desecho" significa una corriente que contiene materia particulada (por ejemplo, fragmentos de biopelícula desprendidos) que fluye directamente desde un biorreactor sin que se haya eliminado la materia particulada en un proceso de unidad de separación líquidosólido, o los sólidos compactados que fluyen a partir de un proceso de la unidad de separación líquido-sólido. Los "residuos sólidos" son exclusivos de los sistemas que no acumulan crecimiento suspendido por medio de una corriente de lodo activado de retorno. En algunas formas de realización, los sólidos residuales se someten a un tratamiento o tratamientos adicionales antes de su eliminación.
Tal como se utiliza en este documento, el término "afluente de biorreactor" significa agua que fluye hacia un biorreactor que tiene uno o más contaminantes (también conocidos como poluyentes) presentes en el mismo. Las fuentes de afluentes del biorreactor incluyen, entre otras, agua recuperada, agua potable, agua de lluvia, aguas residuales industriales y aguas residuales municipales.
Tal como se utiliza en este documento, el término "efluente de biorreactor" significa agua que fluye desde un biorreactor a la que no se le ha eliminado la materia particulada en un proceso de la unidad de separación líquidosólido. El agua que constituye la corriente efluente del biorreactor ha pasado por un proceso por el que todos o una parte de los contaminantes en la corriente afluente del biorreactor han sido oxidados o reducidos por procesos de transformación bioquímica inducidos por bacterias que resultan de un conjunto específico de condiciones ambientales en el biorreactor (por ejemplo, temperatura, pH, concentración de oxígeno disuelto y concentración de sólidos en suspensión). Las bacterias existen como biopelículas móviles y crecimiento suspendido opcional.
Tal como se utiliza en este documento, el término "efluente secundario" significa un efluente de biorreactor que tiene una parte sustancial de sólidos eliminados del mismo, en el que los sólidos se separan del líquido mediante una unidad de separación líquido-sólido como por ejemplo un depósito de sedimentación.
Tal como se utiliza en este documento, el término "flujo inferior" significa los sólidos en suspensión compactados, o lodo, que fluye desde un proceso de la unidad de separación líquido-sólido. En algunas formas de realización, el caudal del flujo inferior es el caudal del efluente del biorreactor menos el caudal del efluente secundario. En algunas formas de realización, el flujo inferior incluye biopelícula móvil.
Tal como se utiliza en el presente documento, el término "biopelícula móvil separada" significa la biopelícula móvil que se separa de uno o más sólidos adicionales en un efluente de biorreactor mediante un proceso de la unidad de separación sólido-sólido.
Tal como se utiliza en este documento, el término "extracción del biorreactor" significa la extracción de materiales sólidos (incluido el crecimiento suspendido, biopelícula móvil, sólidos residuales y otro material particulado) para residuos directamente del biorreactor en lugar de extraer los materiales sólidos para residuos desde el flujo inferior de la unidad de separación líquido-sólido a través de lodos residuales activados, o WAS. Dependiendo de los objetivos del tratamiento y las características de las aguas residuales, la extracción interna se puede extraer de cualquier punto del biorreactor o de cualquier zona si el biorreactor está particionado.
Tal como se utiliza en este documento, el término "recirculación interna" significa la extracción de sólidos suspendidos (incluido el crecimiento suspendido, biopelícula móvil, sólidos residuales y otro material particulado) desde una posición específica (o zona específica en un biorreactor particionado) y el transporte de estos sólidos suspendidos a otra posición (o zona específica en un biorreactor particionado) dentro del biorreactor.
Tal como se utiliza en este documento, el término "aeróbico" significa vivo, activo o que se produce solo en presencia de oxígeno.
Tal como se utiliza en este documento, el término "anóxico" significa vivo, activo o que se produce solo en ausencia de oxígeno, pero con una presencia sustancial de nitrato-nitrógeno y / o nitrito-nitrógeno.
Tal como se utiliza en el presente documento, el término "anaeróbico" significa vivo, activo o que se produce solo en ausencia de oxígeno, nitrato-nitrógeno y nitrito-nitrógeno.
Tal como se utiliza en este documento, el término "partición" o "particionado" se refiere a biorreactores e indica un biorreactor separado en dos o más zonas. Una zona se define como un área dentro de un biorreactor que tiene diferentes condiciones de otra zona, en donde las condiciones se seleccionan entre condiciones aeróbicas, anóxicas y anaeróbicas. Una condición ambiental particular del biorreactor no se limita a ser aeróbica, anóxica o anaeróbica. En algunas zonas de biorreactores, la condición ambiental se alterna cíclicamente entre dos o más condiciones ambientales diferentes (por ejemplo, la condición ambiental es aeróbica durante un período predeterminado hasta que se termina el flujo de aire, lo que da como resultado que el ambiente sea anaeróbico hasta que el flujo de aire se reactiva). En algunas formas de realización, las zonas están físicamente separadas, por ejemplo, por una o más particiones o paredes. Las particiones incluyen paredes de rebosadero, paredes de rebosadero sumergidas, cortinas u otros dispositivos físicos de separación. En algunas formas de realización, una o más particiones se colocan paralelas a la dirección del flujo de agua contaminada en un biorreactor creando de ese modo biorreactores en paralelo. En otras formas de realización, una o más particiones se colocan perpendiculares a la dirección del flujo de aguas residuales en un biorreactor creando de ese modo biorreactores en serie. En otras formas de realización, las zonas se separan únicamente por flujo, por ejemplo, no añadiendo oxígeno en una parte aguas arriba de un biorreactor y añadiendo oxígeno en una parte aguas abajo del biorreactor. Cualquiera de estas formas de realización particionadas se incluye cuando se hace referencia a un biorreactor particionado a continuación, a menos que se especifique lo contrario. Cualquier biorreactor descrito en el presente documento puede ser un biorreactor particionado, ya se haya especificado o no como tal en una forma de realización particular. Un ejemplo representativo de un esquema de partición específico no limita la forma de realización en cuanto a otros esquemas de partición, a menos que se especifique lo contrario.
Tal como se utiliza en el presente documento, el término "aproximadamente" que modifica, por ejemplo, la concentración, el volumen, el tiempo de proceso, el rendimiento, la velocidad de flujo, la presión y valores similares, y sus intervalos, empleado para describir las formas de realización de la divulgación, se refiere a la variación en la cantidad numérica que puede ocurrir, por ejemplo, a través de procedimientos típicos de medición y manipulación utilizados para hacer compuestos, composiciones, concentrados o formulaciones de uso; por error inadvertido en estos procedimientos; a través de diferencias en la fabricación, fuente o pureza de las materias primas o los ingredientes utilizados para llevar a cabo los métodos; y consideraciones próximas similares. El término "aproximadamente" también abarca cantidades que difieren debido al envejecimiento de un material con una concentración o mezcla inicial particular, y cantidades que difieren debido a la mezcla o procesamiento de un material con una concentración o mezcla inicial particular. Cuando se modifican por medio del término "aproximadamente", las reivindicaciones adjuntas incluyen equivalentes a estas cantidades.
Tal como se utiliza en este documento, la palabra “sustancialmente”, que modifica, por ejemplo, una propiedad, una cantidad medible, un método, una posición, un valor o un intervalo, empleado para describir las formas de realización de la divulgación, se refiere a una variación que no afecta la propiedad, cantidad, método, posición, valor o intervalo de los mismos enumerados en general de una manera que niegue una propiedad, cantidad, método, posición, valor o intervalo previstos. Cuando son modificados por el término "sustancialmente", las reivindicaciones adjuntas incluyen equivalentes a estas cantidades, métodos, posiciones, valores o intervalos.
Sistemas de Tratamiento
En este documento informamos sobre sistemas para el tratamiento de agua contaminada que incluyen al menos un biorreactor, una biopelícula móvil y una unidad de separación sólido-sólido. El sistema incluye además una unidad de separación líquido-sólido. En algunas formas de realización, el biorreactor soporta una única condición (es decir, aeróbica, anóxica o anaeróbica). En otras formas de realización, el biorreactor se divide para incluir dos o más condiciones ambientales que incluyen estados aeróbicos, anóxicos y / o anaeróbicos. La unidad de separación sólido-sólido está adaptada para recibir la salida directamente del biorreactor. En algunas formas de realización en las que el biorreactor también incluye una unidad de separación líquido-sólido, el biorreactor está unido a la unidad de separación líquido-sólido y la unidad de separación sólido-sólido está adaptada para recibir una salida de la unidad de separación líquido-sólido.
En cada forma de realización, el flujo recibido por la unidad de separación sólido-sólido incluye una biopelícula móvil. La biopelícula móvil se emplea para circular a través del biorreactor, en que la unidad de separación sólidosólido está adaptada para separar la biopelícula móvil de uno o más componentes de flujo adicionales y dirigir la biopelícula móvil hacia un biorreactor. Cuando se emplea una unidad de separación líquido-sólido, el biorreactor, la unidad de separación líquido-sólido y la unidad de separación sólido-sólido se encuentran dispuestos de forma ventajosa en diversas configuraciones.
El efluente del biorreactor, el flujo inferior de la unidad de separación líquido-sólido y la extracción del biorreactor contienen biopelícula móvil. El efluente secundario se separa sustancialmente de todos los sólidos presentes en el sistema de tratamiento de aguas residuales. Los componentes individuales separados, las partes de los mismos, los componentes combinados o partes de los mismos, se devuelven a un afluente del biorreactor o directamente a un biorreactor para el tratamiento de corrientes afluentes contaminadas. Los componentes restantes, partes de los mismos, los componentes combinados o partes de los mismos se aíslan y se someten a un tratamiento adicional y / o a procesos de eliminación de residuos utilizando tecnología convencional.
Además, informamos en este documento sobre un sistema de tratamiento para la eliminación de contaminantes de las aguas, que incluyen, pero no se limitan a, agua recuperada, agua potable, aguas pluviales, aguas residuales industriales y aguas residuales municipales. El sistema de tratamiento incluye una biopelícula móvil situada dentro de un biorreactor de una sola fase, un biorreactor particionado o dos o más biorreactores de una sola fase o particionados situados en serie. En varias formas de realización, un biorreactor de una sola fase tiene una condición ambiental única (por ejemplo, aeróbica, anóxica o anaeróbica). En otras formas de realización, un biorreactor de una sola fase tiene condiciones alternas que cambian de una condición ambiental a otra alternando entre condiciones aeróbicas, anóxicas o anaeróbicas (por ejemplo, la condición ambiental es aeróbica durante un período de funcionamiento predeterminado hasta que el flujo de aire finaliza, lo que da como resultado que la condición ambiental sea anaeróbica hasta que se vuelva a activar el flujo de aire). En otras formas de realización más, el biorreactor está particionado; es decir, el biorreactor tiene una o más condiciones ambientales que son aeróbicas, anóxicas o anaeróbicas. De acuerdo con la invención, el sistema de tratamiento incluye múltiples biorreactores dispuestos en serie.
La corriente afluente del biorreactor está contaminada con contaminantes. Los contaminantes incluyen, pero no se limitan a, uno o más de materia orgánica particulada, materia orgánica disuelta, compuestos nitrogenados y compuestos fosfóricos. En algunas formas de realización, el oxígeno disuelto que se requiere para los procesos de transformación bioquímica aeróbica se alimenta a un biorreactor liberando aire comprimido a través de orificios macroscópicos o materiales porosos como por ejemplo los de los difusores de burbujas finas. En una forma de realización de este tipo, los compresores centrífugos (que funcionan a baja presión) conocidos como sopladores comprimen el aire que se transporta a difusores de poros finos, o similares, a través de una red de tuberías. Cuando el gas es aire atmosférico, los difusores de poros finos liberan burbujas de aire de pequeño diámetro. De ese modo, el aire atmosférico proporciona suficiente oxígeno disuelto para cumplir los requisitos del proceso en un biorreactor aeróbico, o zonas aeróbicas de un biorreactor particionado, y la energía impartida por el aire que fluye hacia el biorreactor proporciona además una mezcla adecuada y evita la sedimentación del contenido del biorreactor. Durante el uso, una corriente de afluente contaminada a un biorreactor se trata de manera que la corriente de efluente del biorreactor incluya agua tratada, biopelícula móvil y otra materia disuelta y en partículas. En algunas formas de realización, la corriente efluente del biorreactor incluye crecimiento suspendido.
Un primer conjunto de aspectos se dirige a un sistema de tratamiento. En el primer conjunto de aspectos, una unidad de separación sólido-sólido está adaptada para recibir la corriente efluente del biorreactor en su totalidad.
En diversas formas de realización se emplean diversos equipos mecánicos de proceso, de control y de monitorización para controlar la corriente efluente del biorreactor a la unidad de separación sólido-sólido de acuerdo con los principios de proceso bien comprendidos por los expertos. En este primer conjunto de aspectos, la biopelícula móvil se separa del material particulado restante por medio de la unidad de separación sólido-sólido. La biopelícula móvil separada se dirige al afluente del biorreactor, o una zona predeterminada de un biorreactor particionado, por ejemplo, a través de tuberías de proceso mediante la acción de una bomba. Después de fluir a través de la unidad de separación sólido-sólido, el efluente del biorreactor se dirige a una unidad de separación líquido-sólido, por ejemplo a través de tuberías de proceso mediante la acción de una bomba. La unidad de separación líquido-sólido separa el efluente secundario del flujo inferior.
En algunas formas de realización, el efluente secundario se dirige desde la unidad de separación líquido-sólido a un proceso de la unidad aguas abajo para un tratamiento adicional o una estación de bombeo para su transporte. En algunas formas de realización, el flujo inferior se transporta a las instalaciones de gestión de sólidos.
Un segundo conjunto de aspectos está dirigido a otro sistema de tratamiento. En el segundo conjunto de aspectos, una unidad de separación líquido-sólido está adaptada para recibir todo el efluente del biorreactor. En diversas formas de realización se emplean diversos equipos mecánicos, de control y monitorización de procesos para proporcionar y controlar la corriente de efluente del biorreactor a la unidad de separación líquido-sólido de acuerdo con los principios de proceso bien conocidos por los expertos. La unidad de separación líquido-sólido separa el efluente del biorreactor en efluente secundario y flujo inferior. El flujo inferior incluye la biopelícula móvil además de otros sólidos. En algunas formas de realización, el efluente secundario se dirige a un proceso de la unidad aguas abajo para un tratamiento adicional o una estación de bombeo para su transporte.
En algunos de este segundo conjunto de aspectos, una primera parte de flujo inferior se devuelve al afluente del biorreactor como lodo activado de retorno (o RAS). La primera parte del flujo inferior también contiene una parte de la biopelícula móvil. En diversas formas de realización se emplean diversos equipos mecánicos, de control y de supervisión del proceso para controlar el retorno del lodo activado al biorreactor de acuerdo con los principios de procesamiento bien comprendidos por los expertos. En dichos aspectos, una unidad de separación sólido-sólido está adaptada para recibir una segunda parte de flujo inferior y separar la biopelícula móvil de la segunda parte del flujo inferior; la biopelícula separada se devuelve a un biorreactor, y la segunda parte restante del flujo inferior incluye lodo activado residual. Se emplean diversos equipos mecánicos, de control y supervisión de procesos en diversas formas de realización para controlar la segunda parte de flujo inferior a la unidad de separación sólidosólido, y proporcionar y controlar el retorno de la biopelícula móvil separada al afluente del biorreactor, o a una zona predeterminada de un biorreactor particionado, de acuerdo con los principios de procesamiento bien comprendidos por los expertos. En algunas formas de realización, el WAS se transporta a instalaciones de gestión de sólidos.
Alternativamente, en el segundo conjunto de aspectos, la biopelícula móvil separada se dirige a un segundo biorreactor que además está adaptado para ser alimentado con un afluente de biorreactor secundario. En dichos aspectos, el biorreactor descrito anteriormente se denomina primer biorreactor. En algunas formas de realización, el afluente del biorreactor secundario es diferente del afluente del primer biorreactor (primario). En algunas formas de realización, las condiciones ambientales en el segundo biorreactor son diferentes de las condiciones ambientales presentes en el primer biorreactor (o condiciones presentes en una o más zonas de un primer biorreactor particionado). Como alternativa adicional en el segundo conjunto de formas de realización, el WAS se dirige a un tercer biorreactor que está además adaptado para ser alimentado con un afluente de biorreactor terciario. En algunas formas de realización, el afluente del biorreactor terciario es diferente de las corrientes afluentes del biorreactor primario y secundario. En algunas formas de realización, las condiciones ambientales en el tercer biorreactor son diferentes de las condiciones presentes en el primer y segundo biorreactor (o las condiciones presentes en una o más zonas de un primer y / o segundo biorreactor particionado).
En un ejemplo ilustrativo, un segundo biorreactor está adaptado para recibir un afluente del biorreactor secundario que es una segunda corriente de aguas residuales que, cuando se tratan aguas residuales municipales, tiene un contenido de amoníaco-nitrógeno relativamente alto (por ejemplo, 1000 mg N / L) y ortofósforo (por ejemplo, 200 mg P / L) y un caudal volumétrico bajo en comparación con la corriente afluente del biorreactor primario. En dichas formas de realización, el segundo biorreactor se somete a un control preciso de oxígeno disuelto, pH y temperatura para fomentar el desarrollo de biopelículas que contienen una o más zonas redox y seleccionan uno o más tipos de bacterias específicas. Por ejemplo, en algunas formas de realización se requieren las diferentes zonas redox para formar principalmente bacterias oxidantes de amoníaco, o AOB, en la zona de biopelícula aeróbica y principalmente bacterias oxidantes de amoníaco anaeróbicas, o Anammox, en la zona de biopelícula anaeróbica. El biorreactor secundario está adaptado para alimentar la biopelícula móvil al primer afluente del biorreactor, o una zona predeterminada del primer biorreactor particionado, para facilitar la desamonificación en el primer biorreactor o la primera zona de un biorreactor particionado. Un experto en la materia puede imaginar fácilmente otros ejemplos de uso de biorreactores secundarios. Un ejemplo ilustrativo es el crecimiento y acumulación de un microorganismo o grupo de microorganismos, particular, (como por ejemplo bacterias) en el segundo biorreactor, en que el segundo biorreactor incluye condiciones ambientales que son sustancialmente diferentes de las condiciones ambientales en el primer biorreactor con el fin de alimentar sistemáticamente (es decir, de forma continua o en lotes) las bacterias - en la biopelícula móvil - como un aumento de la población del microorganismo, o grupo de microorganismos, particular (como por ejemplo bacterias) que existen en el primer biorreactor. Este proceso es un ejemplo de bioaumentación que, por definición, es la adición de cultivos bacterianos y nutrientes necesarios según se requiera para acelerar la tasa de degradación biológica de un contaminante y restaurar una población bacteriana agotada o acumular una cantidad excesiva de un tipo específico de microorganismo (como por ejemplo bacterias) como suministro redundante. La bioaumentación es útil en formas de realización para agregar a la población de microorganismos, o para almacenar un suministro de biopelícula móvil con el fin de repoblar el primer biorreactor con biopelícula móvil adecuada en caso de pérdida parcial o completa de la biopelícula móvil del primer biorreactor, o en ambos casos.
Un conjunto de formas de realización está dirigido al sistema de tratamiento de acuerdo con la invención. En el conjunto de formas de realización, el efluente del biorreactor se divide en un efluente del primer biorreactor y un efluente del segundo biorreactor. Una unidad de separación líquido-sólido está adaptada para recibir el efluente del primer biorreactor. En diversas formas de realización se emplean diversos equipos mecánicos, de control y de monitorización del proceso para controlar el flujo de una corriente de efluente del primer biorreactor a la unidad de separación líquido-sólido de acuerdo con los principios de proceso bien comprendidos por los expertos. La unidad de separación líquido-sólido separa el efluente del primer biorreactor en efluente secundario y flujo inferior. El flujo inferior incluye la biopelícula móvil además de otros sólidos, en que una parte del flujo inferior se devuelve al biorreactor como lodo activado de retorno, o RAS. En diversas formas de realización se emplean diversos equipos mecánicos de proceso, de control y de supervisión para controlar el retorno del flujo inferior al biorreactor. En algunas formas de realización, el efluente secundario se dirige a un proceso de la unidad aguas abajo para un tratamiento adicional o a una estación de bombeo para su transporte.
Una unidad de separación sólido-sólido está adaptada para recibir el efluente del segundo biorreactor que puede retirarse de cualquier punto del biorreactor o de una zona predeterminada si el biorreactor está particionado. El segundo punto de extracción de efluentes del biorreactor se define por la calidad del agua contaminada y el / los objetivo(s) del tratamiento. En diversas formas de realización se emplean diversos equipos mecánicos de proceso, de control y monitorización para controlar el caudal del flujo de la corriente del efluente del segundo biorreactor a la unidad de separación sólido-sólido de acuerdo con los principios de proceso bien entendidos por los expertos. La unidad de separación sólido-sólido separa la biopelícula móvil de otros sólidos suspendidos en el efluente del segundo biorreactor. La biopelícula móvil separada se transporta al afluente del biorreactor o una zona predeterminada de un biorreactor particionado. El efluente restante del segundo biorreactor incluye lodo activado residual, o WAS, y otro material particulado. Se emplean diversos equipos mecánicos, de control y de supervisión del proceso en diversas formas de realización para controlar el retorno de la biopelícula móvil separada al biorreactor de acuerdo con los principios de procesamiento bien comprendidos por los expertos. En algunas formas de realización, el WAS se transporta a una instalación de gestión de sólidos para su tratamiento adicional antes de su eliminación. De lo contrario, el WAS se somete a su eliminación final.
El diseño del conjunto de formas de realización permite la distribución de los efluentes del primer y el segundo biorreactor de manera que la cantidad eliminada de WAS frente a la cantidad de RAS se ajusta fácilmente para mantener una cantidad constante de crecimiento suspendido (también conocido como lodo activado) dentro del biorreactor, a la vez que retorna de forma constante una parte sustancial de la biopelícula móvil al biorreactor.
Se apreciará que en este conjunto de formas de realización, se utiliza de forma ventajosa un segundo biorreactor en algunas formas de realización del mismo de la misma manera que en el segundo conjunto de aspectos. Por lo tanto, en dichas formas de realización, se encuentra dispuesto un segundo biorreactor entre la unidad de separación sólido-sólido y el biorreactor, y está adaptado para recibir la biopelícula móvil separada del mismo, en que el segundo biorreactor incluye además un afluente secundario del biorreactor tal como se describe en el segundo conjunto de formas de realización descrito anteriormente.
Algunos sistemas de tratamiento de este conjunto de formas de realización incluyen además un segundo biorreactor que está particionado en dos o más zonas. La primera zona del segundo biorreactor particionado recibe tanto el afluente del biorreactor secundario como la biopelícula móvil separada de la unidad de separación sólidosólido. La segunda zona del segundo biorreactor particionado recibe la corriente WAS de la unidad de separación sólido-sólido, incluido el crecimiento suspendido y otras materias en partículas. De esta manera, el crecimiento suspendido del WAS se acondiciona para promover el crecimiento de bacterias específicas, por ejemplo, bacterias oxidantes de amoníaco (o AOB). En algunas formas de realización, en lugar de un solo biorreactor particionado, el tercer conjunto de formas de realización incluye dos o más biorreactores adicionales dispuestos en serie. En algunas formas de realización, las bacterias de la segunda zona del segundo biorreactor particionado se someten a condiciones ambientales específicas que hacen que las bacterias liberen sus productos de almacenamiento interno, como por ejemplo el fósforo. Así, un segundo biorreactor particionado que tiene dos o más zonas está dispuesto entre la unidad de separación sólido-sólido y el primer biorreactor, y adaptado para que una primera zona reciba la biopelícula móvil separada y una segunda zona reciba el WAS, o crecimiento suspendido separado y otra materia particulada de los mismos.
Los sistemas de tratamiento descritos en este documento incluyen al menos tres componentes que trabajan juntos en cada forma de realización descrita en este documento: un biorreactor, una biopelícula móvil y una unidad de separación sólido-sólido. El biorreactor y la unidad de separación sólido-sólido se conectan directa o indirectamente y la biopelícula móvil avanza entre el biorreactor y la unidad de separación sólido-sólido, en que la biopelícula móvil se separa repetidamente del efluente del biorreactor o del flujo inferior, y se devuelve al biorreactor. En algunas formas de realización, la biopelícula móvil realiza dos o más de dichos ciclos de uso. Por ejemplo, la biopelícula dentro de los sistemas de tratamiento realiza aproximadamente de 2 a 1.000.000.000 ciclos de uso, o aproximadamente de 10.000 a 100.000.000 ciclos, o aproximadamente de 100.000 a 10.000.000 ciclos, o aproximadamente de 1.000.000 a 10.000.000 ciclos de uso.
En algunas formas de realización, los sistemas de tratamiento descritos en este documento se emplean en sistemas de tipo alimentación / extracción por lotes; es decir, como sistemas de tratamiento por lotes. Se apreciará que los beneficios de emplear un componente de biopelícula móvil junto con la capacidad de una unidad de separación sólido-sólido para separar y reciclar la biopelícula móvil de la corriente de sólidos de desecho del biorreactor también es útil para los procesos de alimentación / extracción por lotes para el tratamiento de agua contaminada. Sin embargo, los sistemas de tratamiento continuo se describen en detalle en el presente documento debido al gran número de variaciones empleadas en tales sistemas, y la utilidad que tales sistemas tienen en múltiples entornos.
Las unidades de separación sólido-sólido empleadas en los sistemas de tratamiento descritos en este documento son unidades de separación sólido-sólido convencionales empleadas en la separación de partículas que tienen un intervalo relativamente limitado de características específicas en comparación con otras partículas suspendidas en la corriente que se alimenta a la unidad de separación de sólidos, o afluente de la unidad de separación sólidosólido. En algunas formas de realización, la unidad de separación sólido-sólido es un hidrociclón. El experto en la materia apreciará que las dimensiones de un hidrociclón están determinadas por el tipo y la cantidad de sólidos a separar, específicamente las diferencias de densidad entre ellos, las diferencias de tamaño de partícula debido al tipo de sólidos que surgen del agua contaminada que se está tratando, y características como por ejemplo el tamaño de partícula seleccionado como sustrato de biopelícula móvil. Un experto en la materia puede imaginar fácilmente otros ejemplos cuando se emplea un tipo diferente de unidad de separación sólido-sólido.
Las biopelículas móviles útiles en los sistemas de tratamiento descritos en este documento emplean partículas en un intervalo de tamaños, sustancias químicas y densidades. Los materiales empleados en las partículas - en particular, los materiales empleados en la superficie de las partículas - tienen más útilmente una o más de las siguientes propiedades: ser duraderos a las condiciones de biodegradación; tener un pH resistente sobre valores de pH en el intervalo de 0 y 14; ser químicamente resistente a los contaminantes esperados del agua; y ser resistente a la abrasión. Los tamaños de partículas útiles no están particularmente limitados; en algunas formas de realización, los tamaños de partícula varían de aproximadamente 500 nm a 5 mm en la dimensión más grande, o de aproximadamente 1 pm a 3 mm en la dimensión más grande, o de aproximadamente 2 pm a 2 mm en la dimensión más grande, o de aproximadamente 5 pm a 1 mm en la dimensión más grande. Los tamaños de partículas más pequeños proporcionan una mayor superficie para el crecimiento de la biopelícula, pero son más difíciles de separar antes y después del desarrollo de una biopelícula que cubre el sustrato. En algunas formas de realización, las partículas son sustancialmente esféricas, mientras que en otras formas de realización las partículas son oblongas, fibrosas, de forma irregular o de cualquier otra forma sin limitación. En algunas formas de realización, las partículas fibrosas que tienen relaciones de aspecto superiores a aproximadamente 25: 1, por ejemplo aproximadamente 50: 1 a 1.000.000: 1, o aproximadamente 100: 1 a 100.000: 1 son menos útiles debido a la dificultad para separar dichas partículas utilizando una unidad de separación sólido-sólido.
En algunas formas de realización, las partículas se forman a partir de un polímero sintético termoplástico o termoestable. Los materiales poliméricos útiles incluyen poliamidas, poliésteres, poliuretanos, poliolefinas, poliestireno, poliacrilonitrilo, polímeros de haluro de polivinilo, polímeros de haluro de polivinilideno y similares, así como copolímeros, aleaciones, copolímeros injertados o de bloques y mezclas de los mismos. En algunas formas de realización, las partículas se forman a partir de polímeros de origen natural, como por ejemplo celulosa, lignocelulosa y similares o copolímeros injertados de los mismos con los polímeros o copolímeros sintéticos enumerados en este documento. En otras formas de realización adicionales, las partículas son arena, o están formadas a partir de un material de vidrio o cerámico como por ejemplo vidrio de sílice, zeolita, titania, borosilicato y similares. En otras formas de realización más, las partículas están formadas a partir de metales o mezclas o aleaciones de los mismos como por ejemplo titanio, acero inoxidable y similares, así como metales revestidos con polímero o vidrio. En otras formas de realización más, las partículas están formadas a partir de carbón o lo incluyen, como por ejemplo negro de carbón o carbón activado. En otras formas de realización más, las partículas son subproductos biológicos que son insolubles y generalmente no degradables en aguas contaminadas (es decir, gránulos).
En algunas formas de realización, el usuario selecciona además la densidad de las partículas para que sea mayor o menor que la densidad del líquido sujeto (por ejemplo, agua) con el fin de facilitar la separación líquido-partícula y / o partícula-partícula. Mientras que la densidad del agua pura a 4 °C es de 1.000 g / cm3, la densidad del titanio es de 4.506 g / cm3; la densidad de la sílice es de aproximadamente 2,65 g / cm3; la densidad del cloruro de polivinilo rígido es de aproximadamente 1,30 a 1,45 g / cm3; la densidad de los poliuretanos varía de aproximadamente 1,01 a 1,20 g / cm3 dependiendo de la estructura particular; la densidad del poliestireno es de aproximadamente 0,96 a 1,04 g / cm3; la densidad de los gránulos biológicos es de aproximadamente 1,00 a 1,05 g / L; la densidad del kenaf es de aproximadamente 0,91 a 1,13 g / cm3. Además, la densidad inherente de algunos materiales se altera modificando la estructura de la propia partícula. Por ejemplo, en algunas formas de realización en las que las partículas se forman a partir de un polímero sintético, metal o vidrio, la partícula se forma adecuadamente en una partícula de burbuja. Las partículas de burbujas se caracterizan por una parte interior hueca. La relación entre el volumen del interior de la burbuja (aire) y el espesor de la envoltura junto con la densidad inherente del material de la envoltura determina la densidad de la partícula de la burbuja. Incluso cuando se emplea un material de alta densidad, como por ejemplo el vidrio de sílice, como material de envoltura, se forma fácilmente una burbuja en partículas que tiene una densidad sustancialmente inferior a 1,00 g / cm3. Por ejemplo, 3M® Co. de Maplewood, MN, vende burbujas de vidrio que tienen densidades que oscilan entre 0,30 g / cm3 y 0,69 g / cm3. Se entenderá que la densidad aparente de la biopelícula móvil es una función tanto de la densidad de partículas del sustrato como de la densidad de la biopelícula que soporta el sustrato.
En algunas formas de realización, las diferencias de densidad entre la biopelícula móvil, la corriente líquida y los sólidos (o partículas) restantes no disueltos o suspendidos son la base para la separación sólido-sólido. En dichas formas de realización, en las que la densidad de la biopelícula móvil es menor que la densidad de la corriente de líquido que la transporta, la unidad de separación sólido-sólido separará la biopelícula móvil de una manera en la que la biopelícula móvil saldrá de la unidad de separación sólido-sólido con el flujo superior (o de la parte superior). Cuando la densidad de la biopelícula móvil es mayor que la densidad de la corriente líquida que la transporta, la unidad de separación sólido-sólido separará la biopelícula móvil de una manera en la que la biopelícula móvil saldrá de la unidad de separación sólido-sólido con el flujo inferior (o parte inferior). El material particulado se selecciona en cada caso para salir de la unidad de separación sólido-sólido en el punto seleccionado y entrar en la corriente de flujo seleccionada en relación con las diversas formas de realización expuestas a continuación; existen variaciones de los mismos tal como apreciará un experto.
En algunas formas de realización, las biopelículas móviles útiles en los sistemas de tratamiento descritos en este documento emplean o utilizan un sustrato o vehículo con características que promueven la absorción de contaminantes afluentes sobre la superficie del sustrato de biopelícula. Por ejemplo, en una forma de realización, el sustrato de biopelícula tiene una carga negativa neta. Dicho sustrato de biopelícula absorbe contaminantes, como por ejemplo el amoníaco, con una carga positiva neta. Durante las fases no aireadas, el sustrato de la biopelícula elimina (absorbe) activamente los contaminantes de carga positiva neta, como por ejemplo el amoníaco, porque en condiciones no aireadas, los nitirificadores, por ejemplo, AOB, en la biopelícula no están activos. A continuación, durante las condiciones aeróbicas, los contaminantes de carga positiva neta, como por ejemplo el amoníaco, son metabolizados directamente por los AOB. De forma ventajosa, esto reduce o evita la limitación de transferencia de masa colocada sobre la biopelícula en la fase líquida exterior a la superficie de la biopelícula.
En algunas formas de realización, el sustrato de biopelícula descrito anteriormente se expone a condiciones ambientales variables que promueven la absorción biológica de los contaminantes afluentes absorbidos. Las condiciones ambientales incluyen el establecimiento de una de entre condiciones aeróbicas, condiciones anóxicas o condiciones anaeróbicas, o más de una de entre condiciones aeróbicas, condiciones anóxicas y condiciones anaeróbicas. Por ejemplo, en una forma de realización, durante una fase anaeróbica, el contaminante afluente, como por ejemplo el amoníaco, se absorbe en el sustrato de la biopelícula. La biopelícula está expuesta a condiciones ambientales en las que el nitrito está disponible en la fase líquida, como por ejemplo en una zona anóxica o aeróbica. Dichas condiciones promueven el crecimiento de la bacteria Annamox ya que la bacteria metaboliza los contaminantes absorbidos (por ejemplo, amoníaco) y el nitrito de la fase líquida o de una capa de AOB dentro de la biopelícula.
Métodos de Tratamiento
Un conjunto de formas de realización está dirigido a un método de tratamiento de agua contaminada. En este conjunto de formas de realización, un método de tratamiento de agua contaminada incluye añadir una biopelícula móvil a un biorreactor; establecer condiciones en el biorreactor adecuadas para la transformación bioquímica de uno o más contaminantes por microorganismos (como por ejemplo bacterias) en la biopelícula móvil; añadir un afluente del biorreactor que fluye continuamente al biorreactor para producir un efluente del biorreactor, en que el efluente del biorreactor incluye la biopelícula móvil, los contaminantes metabolizados y el agua tratada; aislar al menos una parte de la biopelícula móvil del efluente del biorreactor; y devolver la biopelícula móvil separada al biorreactor. El aislamiento se logra mediante la unidad de separación sólido-sólido. En algunas formas de realización, el aislamiento incluye el aislamiento ciclónico.
En algunas formas de realización, el método incluye además añadir crecimiento suspendido al biorreactor. En algunas formas de realización, el método incluye establecer una de entre condiciones aeróbicas, condiciones anóxicas o condiciones anaeróbicas, o más de una de entre condiciones aeróbicas, condiciones anóxicas y condiciones anaeróbicas dentro de un biorreactor particionado o dos o más biorreactores particionados o de una sola fase en serie. En algunas formas de realización, el método incluye además agitar el contenido del biorreactor lo suficiente para evitar la sedimentación o la flotación de sólidos dentro del biorreactor.
En algunas formas de realización, después de aislar la biopelícula móvil del efluente del biorreactor restante, el método incluye además separar el efluente del biorreactor restante para formar un efluente secundario y un flujo inferior. En otras formas de realización, el método incluye además separar el efluente del biorreactor para formar un efluente secundario y un flujo inferior antes de aislar la biopelícula móvil. En algunas de dichas formas de realización, el método incluye dividir el flujo inferior en una primera parte de flujo inferior y una segunda parte de flujo inferior, devolver la primera parte de flujo inferior al biorreactor, separar la segunda parte de flujo inferior en una parte de biopelícula móvil y una parte de sólidos restantes, y devolver la parte de biopelícula móvil separada al biorreactor. Por lo tanto, en dichas formas de realización, el flujo inferior se separa en dos segmentos, lodo activado de retorno y lodo activado residual. El lodo activado de retorno se transporta a un afluente del biorreactor. El lodo activado residual se transporta a una unidad de separación sólido-sólido en la que al menos una parte de la biopelícula móvil se separa de otros materiales en partículas en el segmento del lodo activado residual designado por el flujo inferior en lugar de separarse del efluente del biorreactor. La biopelícula móvil separada se devuelve a un biorreactor.
En algunas formas de realización, el método incluye dividir el efluente del biorreactor en un efluente del primer biorreactor y un efluente del segundo biorreactor, aislar al menos una parte de la biopelícula móvil del efluente del primer biorreactor y devolver la biopelícula móvil aislada al biorreactor, separar el efluente del segundo biorreactor en un efluente secundario y un flujo inferior en un proceso de unidad de separación líquido-sólido, y devolver el flujo inferior al biorreactor como lodo activado de retorno.
En todos estos conjuntos de formas de realización, el biorreactor es un primer biorreactor y el afluente del biorreactor es un primer afluente del biorreactor, y el método incluye además pasar la biopelícula móvil aislada a través de un segundo biorreactor antes de devolver la biopelícula aislada al primer biorreactor, en el que además se añade un afluente del biorreactor secundario al segundo biorreactor y en el que las condiciones en el segundo biorreactor son diferentes de las condiciones en el primer biorreactor.
Descripción Detallada de las Figuras
Las Figuras 1-4 no son de acuerdo con la invención, por lo tanto, las formas de realización referidas en la descripción de estas figuras se refieren simplemente a aspectos de la descripción y no a la invención. Las Figuras 5-6 son de acuerdo con la invención. La Figura 1 muestra el sistema de tratamiento 100 que incluye un biorreactor 110 que tiene una biopelícula móvil 120, una unidad de separación sólido-sólido 130 y una unidad de separación líquido-sólido 140. El biorreactor 110 incluye difusores 112, entrada 114 y salida 116. El afluente del biorreactor entra en el biorreactor 110 a través de la entrada 114 donde se somete a condiciones aeróbicas debido al oxígeno disuelto que resulta del aire que fluye a través de los difusores 112. La biopelícula móvil 120 se distribuye uniformemente por todo el biorreactor 110. A medida que el afluente del biorreactor fluye a través del biorreactor 110 en una dirección generalmente desde la entrada 114 hacia la salida 116, uno o más contaminantes presentes en el afluente del biorreactor se convierten en biomasa y otros subproductos de reacción a través de procesos de transformación bioquímica con la acción combinada del oxígeno disuelto disponible en el aire que fluye a través de los difusores 112, los contaminantes disueltos y en partículas en el afluente del biorreactor y la biopelícula móvil 120. Cuando el afluente alcanza la salida 116, se convierte en efluente del biorreactor. El efluente del biorreactor incluye al menos materia particulada resultante de los procesos de transformación bioquímica, otros materiales disueltos y particulados, agua tratada y biopelícula móvil; la materia sólida resultante de la transformación bioquímica incluye fragmentos de biopelícula desprendidos y materiales particulados orgánicos e inorgánicos unidos en los fragmentos de biopelícula desprendidos y suspendidos en la corriente efluente.
El efluente del biorreactor se envía a la unidad de separación sólido-sólido 130. En esta forma de realización, la unidad de separación sólido-sólido 130 es un hidrociclón; sin embargo, un experto apreciará que otras unidades de separación sólido-sólido son igualmente útiles en diversas formas de realización del presente documento y sin limitación. La unidad de separación sólido-sólido 130 tiene una primera salida 132 que conduce a la biopelícula móvil separada a través de la entrada 134 de reintroducción al biorreactor 110; y una segunda salida 136 que conduce a la entrada de la unidad de separación líquido-sólido 138. La acción de la unidad de separación sólidosólido 130 proporciona una corriente de salida separada que incluye la primera corriente de salida 132 y la segunda corriente de salida 136. La primera corriente de salida 132 incluye una biopelícula móvil 120 y una parte del agua tratada que está sustancialmente separada del resto del efluente del biorreactor; La primera corriente de salida 132 incluye una biopelícula móvil 120 que se devuelve al biorreactor 110 a través de la entrada 134 de reintroducción a la entrada 114 del biorreactor. La corriente de la segunda salida 136 viaja a través de la entrada 138 de la unidad de separación líquido-sólido hasta la unidad de separación líquido-sólido 140. En la forma de realización particular mostrada, la unidad de separación líquido-sólido 140 es un depósito de sedimentación (o clarificador secundario); sin embargo, se apreciará que se emplean otras unidades de separación líquido-sólido en diversas formas de realización del presente documento sin limitación. La unidad de separación líquido-sólido 140 incluye el rebosadero 142, la salida de efluente secundario 144 y la salida de flujo inferior 146. La segunda salida 136 de la unidad de separación sólido-sólido entra en la unidad de separación líquido-sólido 140 donde la gravedad actúa sobre la materia sólida para hacer que los sólidos se asienten hacia el fondo de la unidad de separación líquido-sólido 140 creando sólidos compactados conocidos como flujo inferior, después de lo cual el flujo inferior sale de la unidad de separación sólido-líquido 140 en la salida de la unidad de separación líquido-sólido 146. El flujo continuo de efluente del biorreactor a través de la salida de la unidad de separación sólido-sólido 136 hace que el efluente secundario pase sobre el rebosadero 142 y salga por la salida del efluente secundario 144. Los efluentes secundarios que salen de las salidas 144 y 146 se aíslan para su eliminación o tratamientos posteriores empleando tecnologías convencionales.
La FIG. 2 muestra el sistema de tratamiento 101 que es similar al sistema de tratamiento 100, excepto que el sistema de tratamiento 101 está particionado en dos zonas. La primera zona es la zona anóxica 115 y la segunda zona es la zona aeróbica 118. La zona anóxica 115 y la zona aeróbica 118 están separadas por la pared de partición 117. La zona anóxica 115 incluye agitadores 119 y se caracteriza por la falta de difusores 112. Los agitadores 119 evitan la formación de grumos y el asentamiento / flotación de la biopelícula móvil 120, manteniendo una gran superficie dentro de la zona anóxica 115 y asegurando un flujo constante a través del sistema de tratamiento hasta la salida del efluente del biorreactor 116. El afluente del biorreactor entra en el biorreactor 110 por la entrada 114, donde se somete a condiciones aeróbicas a través del aire que fluye hacia la zona aeróbica 118 a través de los difusores 112. La biopelícula móvil 120 se distribuye uniformemente por todo el biorreactor 110. A medida que el afluente del biorreactor fluye a través del biorreactor 110 en una dirección generalmente desde la entrada del afluente del biorreactor 114 hacia la salida del efluente del biorreactor 116, uno o más contaminantes presentes en el afluente del biorreactor se convierten en biomasa y otros subproductos de reacción a través de procesos de transformación bioquímica con la acción combinada de un entorno anóxico, oxígeno disponible en el aire que fluye a través de los difusores 112 en la zona aeróbica 118, la biopelícula móvil 120 y una corriente de recirculación interna 113. La corriente de recirculación interna 113 transporta agua cargada con subproductos de reacción que de otro modo no estarían disponibles en el afluente del biorreactor; por tanto, estos subproductos de reacción, por ejemplo, nitrato / nitrito-nitrógeno (NOx-N), reaccionan con materia orgánica en el afluente del biorreactor para eliminar los compuestos nitrogenados oxidados del agua contaminada. Cuando el afluente del biorreactor, que incluye la biopelícula móvil 120, alcanza la pared de partición 117, fluye sobre la pared de partición 117 hacia la zona aeróbica 118. A medida que el afluente continúa fluyendo hacia la salida del efluente del biorreactor 116, el afluente del biorreactor se somete además a procesos de transformación bioquímica por la acción de bacterias que crecen en la biopelícula móvil 120 en condiciones aeróbicas.
La FIG. 3 muestra el sistema de tratamiento 200 que incluye el biorreactor 210, la unidad de separación líquidosólido 240 y la unidad de separación sólido-sólido 230. El biorreactor 210 incluye los difusores 212, la entrada del afluente del biorreactor 214 y la salida del efluente del biorreactor 216. El afluente del biorreactor entra en el biorreactor 210 a través de la entrada del afluente del biorreactor 214 donde se somete a condiciones aeróbicas por el aire que fluye a través de los difusores 212. La biopelícula móvil 220 y el crecimiento suspendido 218 se distribuyen de manera sustancialmente uniforme por todo el biorreactor 210. A medida que el afluente del biorreactor fluye a través del biorreactor 210 en una dirección generalmente desde la entrada del afluente del biorreactor 214 hacia la salida del efluente del biorreactor 216, uno o más contaminantes presentes en el afluente del biorreactor se convierten en biomasa y otros subproductos de reacción a través de procesos de transformación bioquímica con la acción combinada de oxígeno disuelto disponible en el aire que fluye a través de los difusores 212, el crecimiento suspendido 218 y la biopelícula móvil 220. Cuando el afluente del biorreactor llega a la salida del efluente del biorreactor 216, se convierte en efluente del biorreactor. El efluente del biorreactor que sale de la salida del efluente del biorreactor 216 incluye al menos materia sólida resultante de transformaciones bioquímicas, otros materiales disueltos y en partículas, agua tratada, crecimiento suspendido 218 y biopelícula móvil 220. La materia sólida resultante de la transformación bioquímica incluye fragmentos de biopelícula desprendidos, crecimiento suspendido, materiales particulados orgánicos e inorgánicos suspendidos en la corriente efluente y materiales particulados orgánicos e inorgánicos unidos en los fragmentos de biopelícula desprendidos y crecimiento suspendido.
El efluente del biorreactor sale de la salida del efluente del biorreactor 216 y entra en la unidad de separación líquido-sólido 240. En esta forma de realización, la unidad de separación líquido-sólido 240 es un depósito de sedimentación; sin embargo, un experto apreciará que otras unidades de separación son igualmente útiles en diversas formas de realización del presente documento y sin limitación. Dentro de la unidad de separación líquidosólido 240, la gravedad hace que los fragmentos de biopelícula desprendidos, el crecimiento suspendido 218 y la biopelícula móvil 220 se asienten hacia el fondo de la unidad de separación líquido-sólido 240. La materia en partículas compactada se convierte en un flujo inferior que sale de la unidad de separación líquido-sólido 240 a través de la salida de la unidad de separación líquido-sólido 246. El flujo continuo de efluente del biorreactor a través de la salida del efluente del biorreactor 216 hace que el efluente secundario pase sobre el rebosadero 242 y salga por la salida del efluente secundario 244. La salida de efluente secundario 244 se aísla para su eliminación u otros tratamientos finales que emplean tecnologías convencionales.
La salida de flujo inferior de separación líquido-sólido 246 se divide en dos corrientes. La primera corriente de flujo inferior es lodo activado de retorno que se dirige al biorreactor a través de la entrada de lodo activado de retorno 248. La segunda corriente de flujo inferior entra en la unidad de separación sólido-sólido 230. En esta forma de realización, la unidad de separación sólido-sólido 230 es un hidrociclón; sin embargo, un experto apreciará que otras unidades de separación sólido-sólido son igualmente útiles en diversas formas de realización del presente documento y sin limitación. La unidad de separación sólido-sólido 230 tiene una primera salida 232 que permite que el lodo activado residual se elimine o se dirija a otros tratamientos finales que emplean tecnologías convencionales, tal como se representa en la corriente de salida 238. La unidad de separación sólido-sólido 230 también tiene una segunda salida 236 que conduce a la entrada de reintroducción 235 que devuelve la biopelícula móvil separada al biorreactor 210. La acción de la unidad de separación sólido-sólido 230 sobre la corriente de flujo inferior desde la salida de flujo inferior 246 separa la corriente en la corriente de la primera salida 232 y la corriente de la segunda salida 236 en función de la densidad y el tamaño objetivo de la biopelícula móvil 220 que se va a separar del crecimiento suspendido 218 y otra materia particulada suspendida en el flujo inferior que sale de la unidad de separación líquido-sólido 240 a través de la salida de la unidad de separación líquido-sólido 246. La corriente de salida de la segunda unidad de separación sólido-sólido 236 contiene biopelícula móvil 220 y una parte de agua tratada sustancialmente separada del resto del flujo inferior; La corriente de salida de la segunda unidad de separación sólido-sólido 236 que contiene la biopelícula móvil 220 se devuelve al biorreactor 210 a través de la entrada de reintroducción 235. El lodo residual activado que fluye a través de la corriente de salida de la primera unidad de separación sólido-sólido 232 se aísla para su eliminación u otros tratamientos finales que emplean tecnologías convencionales.
Se apreciará que la cantidad de flujo inferior que sale de la salida 246 de la unidad de separación líquido-sólido que se dirige de vuelta al biorreactor 210 a través de la entrada 248 de lodo activado de retorno se establece para mantener un caudal volumétrico predefinido, a excepción de la diferencia en el caudal volumétrico ya que el flujo inferior y el lodo activado de retorno se selecciona en función de la cantidad de lodo activado residual descargado del sistema.
En algunas formas de realización, el biorreactor de la FIG. 3 está particionado en dos o más zonas. Además, en algunas formas de realización, el biorreactor funciona como un reactor de depósito agitado de flujo continuo, o una serie del mismo. Además, en algunas formas de realización, el biorreactor funciona como un reactor de flujo pistón, o una serie del mismo. Además, en algunas formas de realización, el biorreactor funciona como un reactor discontinuo o una serie de los mismos. Además, en algunas formas de realización, el biorreactor está sujeto a condiciones anóxicas o anaeróbicas dentro del biorreactor (o zona del biorreactor) en lugar de condiciones aeróbicas. Los biorreactores aeróbicos reciben entrada de aire a través de difusores anclados al fondo del depósito. El aire que fluye a través de estos difusores proporciona el oxígeno disuelto necesario para satisfacer los requisitos del proceso y distribuir uniformemente el contenido en todo el volumen de líquido a granel del biorreactor. Los biorreactores anaeróbicos y anóxicos requieren un agitador como por ejemplo una hélice, un impulsor y similares para distribuir uniformemente el contenido en todo el volumen de masa-líquido del biorreactor sin introducir oxígeno disuelto que inhibiría gravemente los procesos de transformación bioquímica que requieren un ambiente anóxico o anaeróbico.
La FIG. 4 muestra el sistema de tratamiento 300 que incluye el biorreactor 310, la unidad de separación líquidosólido 340 y la unidad de separación sólido-sólido 330. El biorreactor 310 incluye difusores 312, una entrada del afluente del biorreactor 314, una salida del efluente del primer biorreactor 316 y una salida del efluente del segundo biorreactor 317. El afluente del biorreactor entra en el biorreactor 310 a través de la entrada 314 del afluente del biorreactor, donde se somete a condiciones aeróbicas mediante los difusores 312. La biopelícula móvil 320 y el crecimiento suspendido 318 se distribuyen de manera sustancialmente uniforme por toda la masa- líquido en el biorreactor 310. A medida que el afluente del biorreactor fluye a través del biorreactor 310 en una dirección generalmente desde la entrada del afluente del biorreactor 314 hacia la salida del efluente del primer biorreactor 316, los contaminantes y macronutrientes en el afluente del biorreactor se transforman bioquímicamente por la acción combinada del oxígeno disuelto proporcionado por el aire que fluye a través de los difusores 312, la biopelícula móvil 320 y el crecimiento suspendido 318. A medida que el afluente del biorreactor llega a la salida del efluente del biorreactor 316, se convierte en efluente del biorreactor. El efluente del biorreactor que sale de las salidas de efluente del biorreactor 316 y 317 incluye al menos materia particulada resultante de los procesos de transformación bioquímica que se producen en el biorreactor 310, otros materiales disueltos y particulados, agua tratada, crecimiento suspendido 318 y biopelícula móvil 320; la materia particulada resultante de los procesos de transformación bioquímica que ocurren en el biorreactor 310 incluye fragmentos de biopelícula desprendidos, crecimiento 318 suspendido y materiales particulados orgánicos e inorgánicos suspendidos en el efluente 316, 317 del biorreactor y unidos en los fragmentos de biopelícula desprendidos y crecimiento suspendido.
Una primera parte del efluente del biorreactor sale de la primera salida del efluente del biorreactor 316 y entra en la unidad de separación líquido-sólido 340. De nuevo, la unidad de separación líquido-sólido 340 mostrada es un depósito de sedimentación (o clarificador secundario), pero también se utiliza adecuadamente sin limitación otro dispositivo para la separación líquido-sólido. Dentro de la unidad de separación líquido-sólido 340, la gravedad hace que la primera parte del efluente del biorreactor se separe en efluente secundario y flujo inferior, en que el flujo inferior incluye al menos crecimiento suspendido 318 y biopelícula móvil 320. El flujo inferior sale de la unidad de separación líquido-sólido 340 a través de la salida de la unidad de separación líquido-sólido 346 y se devuelve al biorreactor 310 a través de la entrada del afluente del biorreactor 314. El efluente del biorreactor procedente de la salida del efluente del primer biorreactor 316 fluye hacia la unidad de separación líquido-sólido 340 haciendo que el efluente secundario pase sobre el rebosadero 342 y salga por la salida del efluente secundario 344. El efluente secundario que sale de la salida del efluente secundario 344 se aísla para su eliminación u otros tratamientos finales que emplean tecnologías convencionales.
Una segunda parte del efluente del biorreactor sale de la salida 317 del efluente del segundo biorreactor y entra en la unidad de separación sólido-sólido 330. De nuevo, en esta forma de realización, la unidad de separación sólido-sólido 330 es un hidrociclón; sin embargo, un experto apreciará que otras unidades de separación sólidosólido son igualmente útiles en diversas formas de realización del presente documento y sin limitación. El punto desde el cual se ubica la salida de efluente del segundo biorreactor 317 en el biorreactor se selecciona basándose en factores como por ejemplo la calidad del agua contaminada y los objetivos de tratamiento. En algunas formas de realización, el biorreactor está particionado, como en las formas de realización descritas anteriormente, y la salida 317 del efluente del segundo biorreactor está ubicada en una zona predeterminada basada en la naturaleza de la partición, la calidad del agua contaminada y los objetivos de tratamiento. La unidad de separación sólidosólido 330 tiene una primera salida 332 y una segunda salida 336. La acción de la unidad de separación sólidosólido 330 proporciona la primera salida 332 que incluye la salida de la unidad de separación sólido-sólido que incluye una parte sustancial de crecimiento suspendido y otra materia particulada, y la segunda salida 336 que incluye la salida de la unidad de separación sólido-sólido que incluye una parte sustancial de biopelícula móvil 320 separada. La biopelícula móvil 320 se dispensa desde la unidad de separación sólido-sólido 330 en la segunda salida 336 y se devuelve al biorreactor 310 a través de la entrada de reintroducción 335. El punto en el que se encuentra la entrada de reintroducción 335 en el biorreactor se selecciona en función de factores como por ejemplo la calidad del agua contaminada y los objetivos de tratamiento. En algunas formas de realización, el biorreactor está particionado, como por ejemplo en las formas de realización descritas anteriormente, y la entrada de reintroducción 335 está ubicada en una zona predeterminada en base a la naturaleza de la división, la calidad del agua contaminada y los objetivos de tratamiento. Los materiales restantes de la segunda parte del efluente del biorreactor se dispensan desde la unidad de separación sólido-sólido 330 en la primera salida 332 y se aíslan para su eliminación u otros tratamientos finales empleando tecnologías convencionales.
En algunas formas de realización, las salidas de efluente del biorreactor 316 y 317 se combinan en una única salida que está particionada, en la que el flujo se distribuye entre las rutas divididas en la unidad de separación sólido-sólido 330 y la unidad de separación líquido-sólido 340 con el fin de controlar la cantidad de sólidos separados reciclados en relación con los sólidos eliminados. Tanto en este caso como en el caso de doble salida, la cantidad de residuos sólidos eliminados se controla fácilmente mientras que la biopelícula móvil 320 se recicla de forma fiable y controlable dentro del sistema.
La eficiencia de la unidad de separación sólido-sólido en la separación de biopelículas móviles de otros sólidos en un sistema de cualquier configuración sustancialmente tal como se describe en cualquiera de las formas de realización en este documento es de aproximadamente 50% a 99,9999% basado en el número y características particulares de partículas que residen en el sistema en cualquier momento. En algunas formas de realización, la eficiencia de la unidad de separación sólido-sólido para separar la biopelícula móvil de otros sólidos es aproximadamente del 60% al 99,9999%, o aproximadamente del 70% al 99,999%, o aproximadamente del 80% al 99,999% o aproximadamente del 90% al 99%, o aproximadamente del 95% al 99,9%, o aproximadamente del 98% al 99,99% basado en el número de partículas que residen en el sistema en un momento dado. La consecuencia de que el proceso de la unidad de separación líquido-sólido y la eficiencia de la unidad de separación sólido-sólido en la separación de la biopelícula móvil de otro material sólido dentro del sistema de tratamiento de agua contaminada sea inferior al 100% es que la biopelícula móvil, o el sustrato de biopelícula móvil, debe ser sustituido con el paso del tiempo. La biopelícula móvil, o el sustrato de biopelícula móvil de sustitución, se añade al sistema para reemplazar la biopelícula móvil perdida o el sustrato de biopelícula móvil. En algunas formas de realización, el diseñador del sistema selecciona la eficiencia de la separación de biopelículas móviles de otras partículas en la unidad de separación sólido-sólido para una eficiencia óptima, por motivos de rentabilidad o por otros criterios.
En algunas formas de realización, se agregan partículas de sustitución para reponer la biopelícula móvil perdida que sale del sistema con el efluente secundario u otras partes perdidas o separadas del sistema de tratamiento de agua contaminada. Otros factores que afectan la necesidad de reemplazar la biopelícula móvil, o el sustrato de la biopelícula móvil, incluyen daño físico, biodegradación, degradación química o desgaste del sustrato de otra manera. En algunas formas de realización, el sustrato de biopelícula móvil se agrega de forma continua al sistema de tratamiento de agua contaminada a una velocidad que es igual a la velocidad de desgaste de la biopelícula móvil (del sistema de tratamiento de agua contaminada). En otras formas de realización, el sustrato de biopelícula móvil se añade periódicamente, es decir, por lotes. Las adiciones periódicas se llevan a cabo, en formas de realización, a intervalos que no dan como resultado un deterioro del rendimiento del sistema de tratamiento de agua contaminada. De esta manera, el sistema es capaz de cumplir de manera continua y constante los objetivos del tratamiento. En otras formas de realización más, el biorreactor es un primer biorreactor y una parte adicional de sustrato de biopelícula móvil se somete a condiciones de crecimiento en un segundo biorreactor que promueve el crecimiento de biopelícula móvil. La biopelícula móvil en el segundo biorreactor es capaz de cumplir con los objetivos de tratamiento del sistema de tratamiento de agua contaminada. La biopelícula móvil en el segundo biorreactor se dirige al primer biorreactor (es decir, el sistema de tratamiento de agua contaminada), en formas de realización a una velocidad que es igual a la velocidad de desgaste de la biopelícula móvil.
Las formas de realización adicionales empleadas adecuadamente junto con los sistemas de tratamiento descritos anteriormente incluyen el uso de un biorreactor o biorreactores, secundario (s), colocado(s) inmediatamente aguas abajo de una salida o salidas de una unidad de separación sólido-sólido. Por ejemplo, en cualquiera de las formas de realización mostradas en las FIG. 1-4, el biorreactor es un primer biorreactor y un segundo biorreactor se coloca adecuadamente en línea, por ejemplo, con la entrada de reintroducción 134 en las FIG. 1 o 2, o en línea con la entrada de reintroducción 235 de la FIG. 3, o en línea con la entrada de reintroducción 335 de la FIG. 4. Al incorporar un segundo biorreactor entre la (s) salida (s) de la unidad de separación sólido-sólido y el primer biorreactor, las corrientes de residuos que tienen características diferentes a las de la corriente afluente del biorreactor primario se pueden alimentar al segundo biorreactor, en que el segundo biorreactor tiene las condiciones ambientales establecidas de forma exclusiva para cultivar un microorganismo, o grupo de microorganismos, específico (como por ejemplo bacterias). Este microorganismo, o grupo de microorganismos, específico (como por ejemplo bacterias) se utiliza más adelante para el tratamiento de la corriente de agua contaminada que se alimenta al biorreactor secundario y / o se alimenta al primer biorreactor con el fin de lograr un mecanismo de tratamiento de agua contaminada que de otra manera no sería posible sólo en el primer biorreactor. En algunas formas de realización, el microorganismo o grupo de microorganismos específico (como por ejemplo bacterias) crece en un entorno aeróbico, anóxico o anaeróbico. En otras formas de realización, requiere un entorno alterno, como por ejemplo condiciones cíclicas aeróbicas y anaeróbicas durante períodos predefinidos.
En una de dichas formas de realización, las bacterias anaeróbicas oxidantes de amoníaco, o Anammox, pueden acumularse en una biopelícula móvil empleada dentro de un biorreactor secundario colocado en línea con un sistema de tratamiento de agua contaminada tal como se describe en la primera, segunda o tercera formas de realización anteriores. Las bacterias Anammox no se acumularán en los sistemas de tratamiento de agua contaminada que acumulan bacterias oxidantes de nitrito, o NOB, que son una especie bacteriana común que se encuentra en los procesos de biopelícula nitrificante y lodos activados. Es una ventaja de la presente invención que el uso de biopelículas móviles que tienen un tamaño de partícula y una densidad seleccionados con criterio y junto con las dimensiones adecuadas de la unidad de separación sólido-sólido se conectan de manera útil para recibir la salida de los biorreactores que tienen un crecimiento suspendido combinado con una biopelícula móvil, y son capaces de proporcionar biopelículas móviles libres de crecimiento suspendido a un biorreactor secundario para promover la acumulación de un microorganismo, o grupo de microorganismos específico (como por ejemplo bacterias) como la bacteria Anammox. De esta manera, se proporciona un sistema compacto y eficiente capaz de tratar corrientes de agua contaminadas tanto con desechos orgánicos como con compuestos nitrogenados.
La FIG. 5 muestra el sistema de tratamiento inventivo ilustrado como la FIG. 4, con la adición del segundo biorreactor 350 colocado en línea con la entrada de reintroducción 335, en comunicación fluida con la segunda salida 336 de la unidad de separación sólido-sólido 330, (que contiene la biopelícula móvil separada) y el biorreactor 310, que es el primer biorreactor 310 en la forma de realización de la FIG. 5. El segundo biorreactor 350 incluye la biopelícula móvil 320, el agitador 352, la primera entrada 356, la segunda entrada 354 y la salida 358. El segundo biorreactor 350 se caracteriza por la ausencia sustancial de crecimiento suspendido 318. Los requisitos de oxígeno del proceso y la distribución sustancialmente uniforme de la biopelícula móvil por todo el biorreactor se logra con el agitador / aireador 352. Un afluente secundario fluye hacia el segundo biorreactor a través de la segunda entrada 354 a una tasa que es mayor, igual o menor que la tasa del afluente del biorreactor primario que entra en el primer biorreactor 310 a través de la entrada del afluente del biorreactor 314. La fuente de afluente secundaria es la misma fuente de afluente que la fuente de afluente del biorreactor que entra en el primer biorreactor 310 a través de la entrada del afluente del biorreactor 314, o es una fuente de afluente diferente. La biopelícula móvil 320 entra en el segundo biorreactor 350 a través de la primera entrada 356 desde la segunda salida 336 de la unidad de separación sólido-sólido 330. El afluente del biorreactor secundario se somete a condiciones aeróbicas, anóxicas, anaeróbicas o cíclicas en presencia de biopelícula móvil 320. La biopelícula móvil 320 se distribuye de manera sustancialmente uniforme por todo el segundo biorreactor 350 mediante el aireador / agitador 352. A medida que el afluente del biorreactor secundario fluye a través del segundo biorreactor 350 en una dirección generalmente desde la primera entrada 356 hacia la salida 358, el afluente del biorreactor secundario se convierte en efluente del biorreactor secundario siguiendo los procesos de transformación bioquímica soportados dentro del segundo biorreactor 350. El efluente del biorreactor secundario, que contiene la biopelícula móvil 320, se reintroduce en el primer biorreactor 310 a través de la entrada de reintroducción 335.
Alternativamente, en la FIG. 5 expuesta anteriormente, la ubicación de la entrada de reintroducción 335 se selecciona basándose en las propiedades de la corriente afluente y los objetivos finales del tratamiento. Así, por ejemplo, en algunas formas de realización, la entrada de reintroducción 335 está convenientemente dispuesta en conexión fluida con la entrada de afluente del biorreactor 314 en lugar de con el biorreactor 310 directamente; Se prevén además varias posiciones para la entrada de reintroducción 335 dentro del alcance de los sistemas empleados a lo largo de esta descripción.
En otra alternativa a la FIG. 5, el biorreactor 310 se divide en dos o más zonas, y la ubicación de la entrada de reintroducción 335 se selecciona para que fluya hacia una de las zonas en función de los objetivos de tratamiento, la calidad del agua contaminada y otras consideraciones que pueda prever un experto.
En la FIG. 5, el segundo afluente del biorreactor se somete a condiciones aeróbicas, anóxicas y / o anaeróbicas, o condiciones aeróbicas-anóxicas cíclicas tal como las selecciona el usuario. Por ejemplo, en algunas formas de realización, el segundo biorreactor incluye tanto un difusor para mantener una concentración de oxígeno disuelto muy baja como un agitador para asegurar una distribución sustancialmente uniforme de todos los sólidos dentro del biorreactor.
La FIG. 6 muestra otra forma de realización alternativa de la FIG. 5. En la FIG. 6, un segundo biorreactor 351 se coloca inmediatamente aguas abajo de la unidad de separación sólido-sólido 330 en línea con la entrada de reintroducción 335, en comunicación fluida con la segunda salida de la unidad de separación sólido-sólido 336 (que dirige la biopelícula móvil separada), y finalmente redirige su contenido al primer biorreactor 310. El punto en el que el contenido del segundo biorreactor 351 se introduce en el primer biorreactor 310 a través de la entrada de reintroducción 335 está determinado por los objetivos del tratamiento, la calidad del agua contaminada y otras consideraciones que puedan ser previstas por un experto. El segundo biorreactor 351 incluye biopelícula móvil 320, aireadores / agitadores 352, una primera entrada 356, una segunda entrada 353 y una salida 358. El segundo biorreactor 351 se caracteriza por la ausencia de un crecimiento suspendido 318 sustancial. Una fuente de afluente del biorreactor secundario entra a través de la segunda entrada 353 con un caudal que es mayor, igual o menor que el caudal de afluente del biorreactor que entra en el primer biorreactor 310 a través de la entrada del afluente del biorreactor 314. La fuente de afluente secundaria es la misma fuente de afluente que la fuente de afluente del biorreactor que entra en el biorreactor 310 a través de la entrada del afluente del biorreactor 314, o es una fuente de afluente diferente. La biopelícula móvil 320 entra en el segundo biorreactor 351 a través de la primera entrada 356 desde la primera salida 336 de la unidad de separación sólido-sólido. El afluente del biorreactor secundario se somete a condiciones aeróbicas, anóxicas y / o anaeróbicas en presencia de la biopelícula móvil 320 que está distribuida de manera sustancialmente uniforme por todo el segundo biorreactor 351. A medida que el afluente del biorreactor secundario fluye a través del segundo biorreactor 351 en una dirección generalmente desde la primera entrada 356 hacia la salida 358, el afluente se convierte en efluente del biorreactor secundario a través de procesos de transformación bioquímica soportados dentro del segundo biorreactor 351. El efluente del biorreactor secundario, que contiene la biopelícula móvil 320, se reintroduce en el primer biorreactor 310 a través de la entrada de reintroducción 335.
En una forma de realización alternativa de la FIG. 6, el primer biorreactor 310 está particionado. En dicha forma de realización, la zona en la que se introduce el contenido del segundo biorreactor 351 en el primer biorreactor 310 a través de la entrada de reintroducción 335 está determinada por los objetivos del tratamiento, la calidad del agua contaminada y otras consideraciones previstas por un experto.
La FIG. 6 muestra además el tercer biorreactor 361 ubicado aguas abajo de la unidad de separación sólido-sólido 330 en comunicación fluida con la segunda salida de la unidad de separación sólido-sólido 332 que incluye crecimiento suspendido 318 y otro material particulado, pero está sustancialmente separado de la biopelícula móvil 320. El tercer biorreactor 361 incluye crecimiento suspendido 318', aireadores / agitadores 362, una primera entrada 364, una segunda entrada 363 y una salida 368. El crecimiento suspendido 318' es igual o diferente al crecimiento suspendido 318, dependiendo de las condiciones ambientales dentro del tercer biorreactor 361. El tercer biorreactor 361 se caracteriza por la ausencia sustancial de biopelícula móvil dispuesta en el mismo. Una fuente de afluente del biorreactor terciario entra a través de la segunda entrada 363 con un caudal seleccionado que es mayor, igual o menor que el caudal de afluente del biorreactor primario que se introduce en el primer biorreactor 310. La fuente de afluente terciario que fluye a través del tercer biorreactor, la segunda entrada 363 es la misma que la fuente de afluente principal que se introduce en el primer biorreactor 310, o es la misma que la fuente de afluente del biorreactor secundario que entra en el segundo biorreactor 351, o es una fuente de afluente diferente de las fuentes del afluente primario o secundario.
El crecimiento suspendido 318' entra en el tercer biorreactor 361 a través de la primera entrada 364 desde la segunda salida 332 de la unidad de separación sólido-sólido. El tercer afluente del biorreactor también se somete a condiciones aeróbicas, anóxicas y / o anaeróbicas (por ejemplo, condiciones aeróbicas-anóxicas estáticas o cíclicas) seleccionadas en presencia de crecimiento suspendido que se distribuye de manera sustancialmente uniforme por todo el biorreactor secundario 361; por tanto, en algunas formas de realización, se proporciona además una fuente de oxígeno dentro del tercer biorreactor 361. A medida que el afluente del biorreactor terciario fluye a través del tercer biorreactor 361 en una dirección generalmente desde la primera entrada 364 hacia la salida 368, el afluente terciario se convierte en efluente del biorreactor terciario a través de procesos de transformación bioquímica soportados dentro del tercer biorreactor 361. El efluente del biorreactor terciario, que contiene el crecimiento suspendido 318', se elimina o se transporta a instalaciones de gestión de sólidos con tecnologías conocidas que se juntan con la salida de crecimiento suspendido 366.
Una aplicación de ejemplo de la forma de realización alternativa ilustrada por la FIG. 6 es útil, por ejemplo, junto con los procesos descritos en la Patente de Estados Unidos n° 7.604.740, en que la liberación selectiva de fósforo y magnesio antes del tratamiento de lodos se lleva a cabo teniendo una corriente característica, en esta forma de realización proporcionada por la segunda entrada 363 del tercer biorreactor 361, que está enriquecido con ácidos grasos volátiles. La entrada del tercer biorreactor 364 recibe crecimiento suspendido de la segunda salida 332 de la unidad de separación sólido-sólido, que contiene crecimiento suspendido 318, otro material particulado, y está sustancialmente libre de biopelícula móvil. En esta forma de realización de ejemplo, el tercer biorreactor 361 funciona en condiciones anaeróbicas en las que el crecimiento suspendido 318' tiene depósitos internos de almacenamiento de magnesio y fósforo liberados en el biorreactor 361 como resultado de la respiración endógena o los procesos metabólicos en el mismo. Por tanto, la salida que sale del tercer biorreactor 361 a través de la salida 368 se caracteriza por concentraciones elevadas de fósforo y magnesio. El exceso de fósforo y magnesio que queda en la salida de lodos activados residuales 366 puede someterse a métodos para recuperar el magnesio y / o el fósforo liberados en el tercer biorreactor 361 como productos de nutrientes químicos o según se aplique a unidades de tratamiento biológico de aguas residuales que requieren magnesio y / o fósforo para el tratamiento de aguas residuales y / o lodos. En este y otros sistemas relacionados sustancialmente tal como se describe en el presente documento, se apreciará que cualquier método de tratamiento de agua contaminada que requiera magnesio y fósforo para fines de tratamiento se beneficiará de la inclusión de dicho tercer biorreactor.
Un experto apreciará que otros sistemas especializados y variaciones de los mismos, incluidos biorreactores especializados adicionales y sistemas de tratamiento personalizados para casos de tratamiento especializados, se implementan fácilmente empleando los principios generales establecidos junto con cualquiera de las otras formas de realización descritas en este documento. Por ejemplo, en las formas de realización, se implementan múltiples biorreactores móviles basados en biopelículas en conexión de fluido en un único sistema de tratamiento mediante una división con criterio de las corrientes afluentes y / o efluentes. En otro ejemplo, el biorreactor secundario es un segundo biorreactor aeróbico. En otro ejemplo más, el biorreactor 310 de la FIG. 5 es un biorreactor anaeróbico y el biorreactor secundario 350 es un biorreactor aeróbico. Un experto en la materia puede visualizar fácilmente muchos ejemplos adicionales.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de tratamiento (300) que comprende
un primer biorreactor (310) que comprende una entrada (314) adaptada para recibir de una primera fuente afluente un afluente del primer biorreactor que tiene uno o más contaminantes,
una primera salida del efluente del primer biorreactor (316) adaptada para dispensar una primera parte del efluente del biorreactor del primer biorreactor (310) y una segunda salida del efluente del primer biorreactor (317) adaptada para dispensar una segunda parte del efluente del biorreactor del primer biorreactor (310), en que la segunda parte del efluente del biorreactor comprende una biopelícula móvil (320), en que opcionalmente el primer biorreactor (310) comprende condiciones aeróbicas, condiciones anóxicas, condiciones anaeróbicas o combinaciones de dos o más de las mismas;
una unidad de separación líquido-sólido (340) en dicha comunicación fluida directa con la primera salida del efluente del primer biorreactor (316) y que incluye una salida de la unidad de separación líquido-sólido 346 en comunicación fluida directa con el primer biorreactor (310), en que la unidad de separación líquidosólido (340) está adaptada para recibir de la primera salida del efluente del primer biorreactor (316) la primera parte del efluente del biorreactor que contiene al menos crecimiento suspendido (318) y biopelícula móvil (320), separar la primera parte del efluente del biorreactor en un efluente secundario y un flujo inferior, en el que el flujo inferior incluye al menos crecimiento suspendido 318 y biopelícula móvil 320 y el flujo inferior sale de la unidad de separación líquido-sólido 340 a través de la salida de la unidad de separación líquido-sólido 346 y es retornado al biorreactor 310 a través de la entrada del afluente del biorreactor 314;
una unidad de separación sólido-sólido (330) en comunicación fluida directa con la segunda salida del efluente del primer biorreactor (317) del primer biorreactor (310) y adaptada para recibir y separar la segunda parte del efluente del biorreactor en una corriente que comprende biopelícula móvil (320) y una corriente que comprende sólidos residuales, en que la unidad de separación sólido-sólido (330), incluye una salida (336) para retornar la corriente que comprende la biopelícula móvil (320) al primer biorreactor (310), en que opcionalmente la unidad de separación sólido-sólido (330) comprende un hidrociclón; y un segundo biorreactor (350, 351) dispuesto en comunicación fluida entre el primer biorreactor (310) y la salida (336) de la unidad de separación sólido-sólido (330), en que el segundo biorreactor (350, 351) tiene una primera entrada (356) para recibir la corriente que comprende biopelícula móvil (320) de la unidad de separación sólido-sólido (330), una segunda entrada (353, 354) para recibir de una segunda fuente de afluente diferente de la primera fuente de afluente un segundo afluente de biorreactor, y una salida (358) para dispensar un segundo efluente al primer biorreactor (310).
2. El sistema de tratamiento (300) de la reivindicación 1, en que la unidad de separación sólido-sólido (330) tiene una entrada para recibir la segunda parte del efluente del biorreactor desde el primer biorreactor (310), una primera salida (336) para dispensar la corriente que comprende biopelícula móvil (320) y una segunda salida (338) para dispensar la corriente que comprende sólidos residuales.
3. El sistema de tratamiento (300) de la reivindicación 1, en que la biopelícula móvil (320) comprende partículas lignocelulósicas, gránulos biológicos o una combinación de los mismos.
4. El sistema de tratamiento (300) de la reivindicación 1, en que la biopelícula móvil (320) comprende una característica que promueve la absorción de un contaminante afluente, en que opcionalmente, la característica que promueve la absorción es una carga negativa neta, el contaminante afluente tiene una carga positiva neta o el contaminante del afluente es amoníaco.
5. El sistema de tratamiento (300) de la reivindicación 1, en que los afluentes del primer y el segundo biorreactor tienen características diferentes.
6. El sistema de tratamiento (300) de la reivindicación 5, que comprende además un tercer biorreactor (361) adaptado para recibir la corriente que comprende sólidos residuales de la unidad de separación sólidosólido (330), en que el tercer biorreactor (361) tiene una primera entrada (364) para recibir la corriente que comprende sólidos residuales, una segunda entrada (363) para recibir un tercer afluente del biorreactor y una salida (368) para dispensar un tercer efluente, en que opcionalmente el tercer afluente del biorreactor es diferente del primer y segundo afluentes del biorreactor.
7. Un método para tratar agua contaminada utilizando el sistema de la reivindicación 1, en que el método comprende
(a) añadir un primer afluente del biorreactor y una biopelícula móvil (320) a un primer biorreactor (310), en que el primer afluente del biorreactor procede de una primera fuente de afluente;
(b) proporcionar condiciones adecuadas para que la biopelícula móvil (320) transforme bioquímicamente uno o más contaminantes en el afluente del primer biorreactor para formar un efluente del primer biorreactor que comprende al menos la biopelícula móvil (320), agua y materia sólida residual;
(c) separar, en una unidad de separación líquido-sólido (340), el agua de una primera parte del efluente del primer biorreactor recibida directamente del primer biorreactor (310) para formar un flujo inferior y devolver el flujo inferior directamente al primer biorreactor (310);
(d) aislar, en una unidad de separación sólido-sólido (330), del 50% al 100% de la biopelícula móvil (320) de una segunda parte del efluente del primer biorreactor recibido directamente del primer biorreactor (310) para formar una corriente de biopelícula móvil aislada y una corriente de sólidos residuales, y devolver la corriente de biopelícula móvil aislada al primer biorreactor (310), en que opcionalmente el aislamiento es un aislamiento ciclónico;
(e) añadir un afluente del segundo biorreactor y una parte de la corriente de biopelícula móvil aislada a un segundo biorreactor (350, 351), en que el afluente del segundo biorreactor es de una segunda fuente afluente diferente de la primera fuente afluente;
(f) proporcionar condiciones adecuadas para que la parte de la corriente de biopelícula móvil aislada añadida al segundo biorreactor (350, 351) transforme bioquímicamente uno o más contaminantes en el afluente del segundo biorreactor con el fin de formar un segundo efluente de biorreactor que incluye la biopelícula móvil aislada (320); y
(g) proporcionar el efluente del segundo biorreactor al primer biorreactor (310).
8. El método de la reivindicación 7, en que (a) comprende además añadir crecimiento suspendido (318) al primer biorreactor (310).
9. El método de la reivindicación 7, que comprende además
dirigir la corriente de sólidos residuales a un tercer biorreactor (361) y añadir un tercer afluente al tercer biorreactor (361).
10. El método de la reivindicación 7, en que el afluente del primer biorreactor y el afluente del segundo biorreactor tienen características que son diferentes.
11. El sistema de tratamiento de la reivindicación 1, en que el segundo biorreactor se caracteriza por una ausencia sustancial de crecimiento suspendido.
12. El método de la reivindicación 7, en que el segundo biorreactor se caracteriza por una ausencia sustancial de crecimiento suspendido.
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