MX2008008689A

MX2008008689A - Metodo y sistema para nitrificar y desnitrificar agua de desperdicio.

Info

Publication number: MX2008008689A
Application number: MX2008008689A
Authority: MX
Inventors: Richard W Dimassimo; Sun-Nan Hong; Hong Zhao; Luther Wood
Original assignee: Kruger Inc I
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2007-01-03
Publication date: 2008-10-20
Also published as: EP1993957A4; AU2007238520A1; JP4796631B2; CA2635278C; WO2007120934A2; WO2007120934A3; AU2007238520B2; US7147778B1; ZA200805797B; EP1993957A2; CA2635278A1; JP2009522101A

Abstract

Se proporciona un sistema de tratamiento de agua de desperdicio que incluye primero y segundo reactores, cada uno operativo para nitrificar o desnitrificar agua de desperdicio contenida en el mismo. Corriente abajo desde el primero y segundo reactores se encuentra un reactor de membrana que opera bajo condiciones aeróbicas e incluye una o más membranas sumergidas para separar los sólidos. Extendiéndose entre el reactor de membrana y cada uno del primero y segundo reactores está una línea de retorno de cieno activado con controles apropiados para permitir que el retorno de cieno activado sea dirigido a uno de los reactores en un tiempo. Para nitrificar y desnitrificar agua de desperdicio, una corriente de flujo entrante de agua de desperdicio se dirige alternativamente a los reactores anóxicos que se operan de manera alterna bajo condiciones aeróbicas o anóxicas de manera de nitrificar o desnitrificar el agua de desperdicio contenida en los mismos. Para reducir o minimizar el retorno de oxígeno disuelto del reactor de membrana al primero y segundo reactores, flujo de cieno activado de retorno se controla de manera que el cieno activado de retorno generalmente se regrese al reactor que opera bajo condiciones aeróbicas.

Description

MÉTODO Y SISTEMA PARA NITRIFICAR Y DESNITRIFICAR AGUA DE DESPERDICIO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con tratamiento de agua de desperdicio, y más particularmente con un sistema para nitrificar y desnitrificar agua de desperdicio. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La remoción de nitrógeno es un problema difícil que encaran las municipalidades y autoridades de desagüe a través del mundo. Mientras que ha habido avance significativo en remoción de nitrógeno a través de tratamiento biológico, la remoción de nitrógeno eficiente y efectiva en una manera efectivamente costo permanece un reto. Especialmente este el el caso en vista de los bajos límites de nitrógeno que se han ahora promulgando por muchas municipalidades y cuerpos gubernamentales . En su forma básica, la remoción de nitrógeno es un proceso de dos pasos que involucra nitrificación y desnitrificación. El proceso de nitrificación se lleva a cabo bajo condiciones aeróbicas e involucra la oxidación de nitrógeno en la forma de amoníaco de manera de formar nitrato. El proceso de nitrificación se representa como sigue : NH3 + C02 + 0¿ bacteria O3 + nueva bacteria La desnitrificación, por otra parte, se lleva a cabo bajo condiciones anóxicas e involucra la descomposición de materia orgánica usando iones de nitrato como un oxidante. Como resultado de la composición, los iones de nitrato se reducen a nitrógeno libre que se desprende en una forma gaseosa. Este proceso de desnitrificación se puede representar como sigue: N03 + material orgánica— bacteria > u2(gas) + nueva bacteria Los sistemas de cieno activado con biorreactor de membrana ( BR) se han usado para remover nitrógeno de agua de desperdicio. Estos sistemas típicamente incluirán uno o más reactores anóxicos, uno o más reactores aeróbicos seguidos por un reactor aeróbico que tiene membranas en el mismo que se sumergen o entran dentro del reactor aeróbico. En el reactor anóxico, los organismos de desnitrificación utilizan carbono orgánico disponible en el agua de desperdicio para reducir el nitrato-nitrógeno (N02) a gas de nitrógeno (N2) . En el reactor anóxico, el aceptador de electrones deseado es nitrato y la presencia de otros aceptadores de nitrógeno, tales como oxígeno (02) comprometerá el régimen de desnitrificación y la efectividad total del proceso de desnitrificación. En el biorreactor aeróbico, el amoníaco efluente (NH3) , como se discutió arriba, se convierte en nitrato y el licor mezclado rico en nitrato se recicla al reactor anóxico. Típicamente el volumen de reactor anóxico es 10% a 30% del volumen de biorreac.tor total. En casos en donde las membranas sumergidas se usan, las membranas actúan como una unidad de separación de sólidos, en donde el permeado es atraído a través de la membrana y los sólidos excluidos o separados se reciclan junto con el nitrato nuevamente a la zona anóxica. Las membranas inmersas se someten a ensuciamiento debido a un gradiente de concentración biomasa producido por el flujo y la acumulación subsecuente y mecanismos de deshidratación que actúa sobre los sólidos. El área inmediatamente abajo de y adyacente a los módulos de membrana debe limpiarse continuamente con aire comprimido a fin de reducir al mínimo el ensuciamiento. El régimen de flujo de aire de limpieza elevado requerido para limpiar efectivamente las membranas frecuentemente resulta en una concentración de oxígeno disuelto elevada local, que luego se recicla al reactor anóxico junto on la biomasa o cieno reciclado. Este efecto de transporte de oxígeno disuelto resulta en un régimen de desnitrificación reducido debido a la presencia del receptor de electrones alternativa (O2) y una reducción de una fuente de carbono fácilmente disponible (BOD soluble) . Esto resulta en que el efluente tiene una concentración de nitrógeno soluble elevada. Este efecto se hace más evidente a medida que la instalación de tratamiento se acerca a la capacidad de flujo de diseño y el tiempo de detención hidráulica real en el reactor anóxico disminuye. Puesto que el volumen, y el tiempo de detención, del reactor • anóxico es pequeño comparado con aquel de los reactores de tratamiento aeróbicos y zona, los regímenes de recirculación son elevados (2 a 5 veces los regímenes de flujo entrante) , la concentración de oxígeno disuelto en la corriente reciclada no se pude reducir adecuadamente. A fin de superar este efecto, una fuente de carbono orgánico externa debe añadirse a la zona anóxica. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención involucra un proceso para nitrificar y desnitrificar agua de desperdicio y reducir o reducir al mínimo la concentración de oxígeno disuelto en una zona de desnitrificación durante el proceso. El flujo entrante de agua de desperdicio alternativamente se dirige a primera y segunda zonas. En diversos momentos durante el proceso la primera zona de mantiene como una zona de nitrificación y la segunda zona se mantiene como una zona de desnitrificación. En otros tiempos la primera zona se mantiene como una zona de desnitrificación y la segunda zona se mantiene como una zona de nitrificación. Alternativamente, el agua de desperdicio o licor mixto en la primera y segunda zonas se dirige a un reactor aeróbico de corriente abajo que tiene una o más membranas inmersas contenidas en el mismo. El reactor aeróbico de corriente abajo está aireado. El agua de desperdicio o licor mixto en el reactor aeróbico se dirige hacia una o más membranas inmersas para separar el agua de desperdicio en permeado y regresar el cieno activado. El permeado se bombea desde la una o más membranas inmersas. El cieno activado resultante en el reactor aeróbico se regresa ya sea a la primera o segunda zonas. El proceso reduce o minimiza la concentración de oxigeno disuelto en las zonas de desnitrificación dirigiendo selectivamente el cieno activado de retorno a la primera o segunda zona que se mantienen en una zona de nitrificación y cambiando el flujo del cieno activado de retorno durante el proceso entre la primera y segunda zonas de manera de dirigir el cieno activado de retorno a la zona que se está manteniendo como una zona de nitrificación. Además, la presente invención involucra un proceso no solamente para realizar la nitrificación y desnitrificación, sino también remoción de fósforo. En este caso, un reactor anaeróbico se coloca corriente arriba desde la primera y segunda zonas que se usan alternativamente como zonas de nitrificación y desnitrificación. En este caso, el cieno activado de retorno se dirige desde el reactor aeróbico de corriente abajo que tiene una o más membranas inmersas a cualquiera de la primera o segunda zona que se mantiene bajo condiciones aeróbicas para propósitos de nitrificación. Para remover efectivamente el fósforo del agua de desperdicio, el agua de desperdicio o licor mixto de la primera o segunda zonas que se mantiene bajo condiciones anóxicas o de desnitrificación se recicla a la fuente anaeróbica que contiene uno o más reactores. Por lo tanto, el proceso es efectivo tanto para nitrificación-desnitrificación como remoción de fósforo biológico. ' Otros objetos y ventajas de la presente invención se harán evidentes y obvios de un estudio de la siguiente descripción y los dibujos que se acompañan que son meramente ilustrativos de dicha invención. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra el proceso de nitrificación-desnitrificación básico de la presente invención. La Figura 2 es un diagrama que ilustra un proceso de nitrificación-desnitrificación de múltiples fases de conformidad con la presente invención. La Figura 3 s un diagrama que ilustra una modalidad alternativa de la presente invención y particularmente que ilustra un proceso para nitrificación y desnitrificación de agua de desperdicio y para remoción de fósforo del agua de desperdicio. DESCRIPCIÓN DE MODALIDAD DE EJEMPLO Típicamente, el flujo entrante de agua de desperdicio incluye nitrógeno de amoníaco, NH3-H. Para remover el nitrógeno de amoníaco, se necesita un proceso de dos pasos, para nitrificación y desnitrificación. Primero el paso de nitrificación involucr4a convertir el nitrógeno de amoníaco (NH3-H) en nitrato y una cantidad muy pequeña de nitrito, ambos comúnmente referidos como NOx. Hay un número de procesos convencionales que se pueden utilizar en un proceso de nitrificación. Por ejemplo, muchos procesos de tratamiento de agua de desperdicio de cieno activado convencional logran la nitrificación en una zona de tratamiento aeróbica. En una zona de tratamiento aeróbica el agua de desperdicio que contiene nitrógeno de amoníaco se somete a aireación y esto da lugar a un cultivo de microorganismo que convierte efectivamente el nitrógeno de amoníaco en N0X. Una vez que el nitrógeno de amoníaco se ha convertido en N0X entonces el agua de desperdicio que contiene N02 se transfiere típicamente a una zona anóxica para el propósito de desnitrificación. En la zona de tratamiento de desnitrificación, el agua de desperdicio que contiene N0X se retiene en una vasija en donde no se suministra aire y esto se refiere convencionalmente como una zona de tratamiento anóxico. Aquí, un cultivo diferente de microorganismos operan para usar el N03 como un agente de oxidación y de esta manera lo reduce a nitrógeno libre para escapar a la atmósfera. Esto describe básicamente el proceso convencional de nitrificación y desnitrificación. Para un entendimiento más completo y unificado de nitrificación y desnitrificación biológica, se hace referencia a las exposiciones encontradas en las Patentes de EUA Nos. 3,964,998; 4,056,465; 5,650,089; 5,137,636; y 4,874,519. Las exposiciones de estas tres patentes se incorporan expresamente en la presente por referencia. En este punto, es de ayuda definir "aeróbico", "anaeróbico" y "anóxido" como estos términos se usan en la presente exposición. Primero se debe entender que "aeróbico" significa "oxigenado" o "aireado". "Anaeróbico" se debine como el estado existente dentro de una zona de tratamiento de agua de desperdicio substancialmente libre de ambos oxígeno disuelto y nitrato/nitritos disueltos (N0X) , Bajo condiciones anaeróbicas, la concentración de oxígeno disuelto es menos de aproximadamente 0.7 ppm (partes por millón) y de preferencia menos de 0.4 ppm, mientras que la concentración de NOx disuelto es menos de aproximadamente 0.3 ppm y de preferencia menos de 0.2 ppm expresado como nitrógeno elemental. En una zona anaeróbica, los microorganismos utilizan principalmente energía derivada de hidrólisis de polifosfatos para absorción de demanda de oxígeno biológico (BOD. Finalmente, "anóxico" se define como los estados que existen dentro de una zona de tratamiento de agua de desperdicio en donde la concentración de NOx disuelto es mayor de aproximadamente 0.5 ppm expresado como nitrógeno elemental. Sin embargo, como una zona anaeróbica, la concentración de oxígeno disuelto en una zona anóxica es menos de aproximadamente 0.7 ppm (partes por millón) y de preferencia menos de 0.4 ppm. Bajo condiciones anóxicas, los microorganismos usan principalmente NOx para metabolismo. La Figura 1 ilustra el sistema de nitrificación-desnitrificación de la presente invención. Antes de describir el proceso de nitrificación-desnitrificación de la presente invención será benéfico revisar brevemente el sistema y aparato para llevar a cabo este propósito. A este respecto, como se ve en la Figura 1, una linea 12 de flujo entrante conduce a dos reactores, un primer reactor que es el reactor denotado A y un segundo reactor el reactor denotado B. Como se apreciará de porciones subsecuentes de esta exposición, el flujo entrante de agua de desperdicio alternativamente será dirigido a cada uno de los reactores A y B. Es decir, durante un periodo de tiempo el flujo entrante de agua de desperdicio se dirigirá solamente al reactor A, mientras que en otros periodos de tiempo el flujo entrante de agua de desperdicio solamente se dirigirá hacia el reactor B. Consecuentemente, el sistema se proporciona con un par de lineas 12A y 12B de alimentación que se extienden entre la linea 12 de flujo entrante y los reactores A y B. Utilizando una válvula, u otro medio de control de flujo convencional, se aprecia que el flujo entrante de agua de desperdicio que pasa a través de la linea 12 de flujo entrante se puede dirigir alternativamente a través de las lineas 12A o 12B de alimentación a cada uno de los reactores A o B. Colocada corriente debajo de los reactores A y B se encuentra un reactor C de membrana aeróbica que en ocasiones se refiere como un tercer reactor o un tanque de membrana. El reactor C de membrana aeróbica está dispuesto de modo que el agua de desperdicio o licor mixto en cualquier reactor A o B se pueda dirigir hacia el reactor C. El término "licor mixto" se usa en el sentido convencional para hacer referencia a la mezcla de agua de desperdicio y cieno activado. Uno o más filtros 14 de membrana sumergida se disponen en el reactor C. Los detalles del filtro 14 de reactor de membrana no se tratarán en la presente debido a que el mismo en si no es material de la presente invención, y además, los filtros de membrana se conocen y usan comercialmente. Es suficiente decir que el licor mixto dirigido al reactor C aeróbico se dirige a través del filtro 14 de membrana sumergida que separa efectivamente el agua de desperdicio en un permeado y cieno activado. En el caso del sistema mostrado en la Figura 1 el permeado se bombea desde el filtro 14 de membrana y desde el rector C a través de la linea 26 de efluente que incluye una válvula 28 de retención dispuesta en la misma. Además, el reactor C aeróbico podría incluir un sistema para surtir aire por debajo y alrededor del filtro 14 de membrana. El área inmediatamente abajo y adyacente al filtro 14 de membrana se debe limpiar continuamente con aire comprimido a fin de reducir al minimo el ensuciamiento. Asimismo, debido a que los reactores A y B deben, en diversas ocasiones en el proceso de la presente invención, operarse bajo condiciones de nitrificación, también se proporcionarían con ariadores u otros medios convencionales para airear el agua de desperdicio o licor mixto contenido en los mismos. Los detalles de dichos dispositivos de aireación no se tratan en la presente con detalle debido a que los mismos en si no son material de la presente invención, y además, los dispositivos de aireación y medios se usan comúnmente en instalaciones de agua de desperdicio y son bien conocidos y apreciados por aquellos expertos en el ramo. Adicionalmente, los reactores A y B se puede proporcionar con mezcladoras que mezclarían en agua de desperdicio y regresarían cieno activado. Como se anotó arriba, el filtro 14 de membrana sumergido separa efectivamente el licor mixto del reactor C en permeado y cieno activado. El cieno activado se regresa ya sea al reactor A o reactor B. Consecuentemente, como se muestra en la Figura 1, se proporciona una línea 16 de retorno de cieno activado que conduce del reactor C aeróbico al reactor B. La línea 16 de retorno de cieno activado incluye una válvula 24 de control de conexión/desconexión principal, una bomba 20 y6 una válvula 22 de retención de una vía. Asimismo, se proporciona otra línea 18 de retorno de cieno activado que conduce del reactor C aeróbico al reactor A. La línea 18 de retorno de cieno activado incluye una válvula 24 de control de conexión/desconexión principal, una bomba 20 y una válvula 22 de retención de una vía. Como se apreciará de porciones subsecuentes de esta exposición, en un proceso típico de nitrificación-desnitrificación, operado de conformidad con la presente invención, el cieno activado en el reactor C solamente se regresará a uno de los reactores A o B, dependiendo de su modo de operación en cualquier momento dado. Más particularmente, como se ilustra abajo, durante ciergas fases del presente proceso de nitrificación-desnitrificación uno de los reactores A o B estará operando en un modo de desnitrificación que involucra el reactor que se está operando bajo condiciones anóxicas. Es deseable reducir o minimizar el oxígeno disuelto que se regresa al reactor anóxico. Por lo tanto en este caso, el cieno activado de retorno ordinariamente no se regresaría a la zona anóxica, sino que se regresaría al otro reactor que, en la mayoría de los casos, estaría operando bajo condiciones aeróbicas de manera de llevar a cabo un proceso de nitrificación. Volviendo a la Figura 2, se muestra en la misma un proceso de nitrificación-desnitrificación de cuatro fase.s de conformidad con la presente invención. En la fase A, el flujo entrante de agua de desperdicio se dirige a través de la línea 12 de flujo entrante y a través de la línea 12A de alimentación hacia el reactor A. El reactor A, durante la fase A, se opera bajo condiciones anóxicas para dar lugar a un proceso de desnitrificación (DN) . El otro reactor B se opera bajo condiciones aeróbicas y realiza un proceso de nitrificación (N) . El agua de desperdicio o licor mixto en el reactor A se dirige al reactor B. El licor mixto o el agua de desperdicio en el reactor B, que se ha sometido a nitrificación, se dirige a un banco de reactores C aeróbicos. Cada reactor C aeróbico incluiría una o más membranas 14 sumergidas como se discute arriba y como se muestra en la Figura 1. Cada reactor C aeróbico incluye una línea 26 de efluente que cuela los flujos. Además, el banco de reactores C aeróbicos incluye líneas que se extienden desde los mismos para canalizar el cieno activado de retorno. El cieno activado de retorno de los reactores C aeróbicos se consolida y dirige a ya sea la línea 16 de retorno de cieno activado o la línea 18 de retorno de cieno activado. En el caso de la fase A, como se ilustra en la Figura 2, la válvula 24 de control en la línea 18 se cierra de manera que el cieno activado de retorno no se dirija nuevamente a la zona de desnitrificación (DN) . En su lugar, la válvula 24 de control en la línea 16 de cieno activado de retorno se abre y el cieno activado de retorno se bombea desde el reactor C aeróbico respectivo a través de la linea 16 nuevamente al reactor B que está operando como una zona de nitrificación (N) . En un punto seleccionado en el proceso, se instituye la fase B, como se ilustra en la Figura 2. En la fase B, el flujo entrante de agua de desperdicio se está dirigiendo a través de la linea 12 se dirige a través de la linea 12B de alimentación hacia el reactor B que todavía se mantiene como una zona de nitrificación (N) . Sin embargo, el reactor A está ahora operando bajo condiciones aeróbicas lo que significa que el reactor A se está manteniendo como una zona de nitrificación (N) . No hay transferencia de agua de desperdicio o licor mixto entre los reactores A y B. El cieno activado de retorno consolidado del reactor C continúa siendo regresado a través de la linea 16 de cieno activado de retorno al reactor B. A continuación, el proceso de nitrificación-desnitrificación se desplaza a una tercera fase, fase C. Aquí el flujo entrante de agua de desperdicio continúa siendo dirigido primero hacia el reactor B. Sin embargo, el modo del reactor B ha cambiado de la fase B a en donde el reactor B ahora opera bajo condiciones anóxicas, dando lugar a una zona de desnitrificación (DN) . El licor mixto o flujo entrante de agua de desperdicio del reactor B se dirige al reactor A que permanece en el modo aeróbico para nitrificación (N) . Sin embargo, en la fase C el licor mixto o agua de desperdicio se dirige del reactor/ a Al banco de reactores C aeróbicos. Debido a que el reactor B está operando como una zona de desnitrificación (DN) , el cieno activado de retorno se regresa a través de la linea 18 al reactor A, que está operando como una zona de nitrificación. Una cuarta fase para el proceso de nitrificación-desnitrificación se muestra en la Figura 2 y se denota fase D. En este caso, el flujo entrante de agua de desperdicio se cambia a donde entra al reactor A que permanece una zona de nitrificación (N) . Sin embargo, el reactor B cambia estados y esta ahora operando también como una zona de nitrificación (N) . No hay transferencia de agua de desperdicio o licor mixto entre los reactores A y B. Como la fase C, el agua de desperdicio o licor mixto del reactor A se dirige al banco de reactores C aeróbicos, y el cieno activado de retorno redirige a través de la linea 18 nuevamente al reactor A, que nuevamente se mantiene bajo condiciones aeróbicas. Las fases A a D explica o describen ün posible proceso de nitrificación-desnitrificación de conformidad con la presente invención. Se debe apreciar que este es solamente un ejemplo de un proceso de nitrificación-desnitrificación de múltiples fases. Hay otros esquemas de flujo y disposiciones de fase que se pueden llevar a cabo de conformidad con la presente invención. En el caso del ejemplo mostrado en la figura 2 y arriba descrito, se contempla que la duración de las fases A y C en este proceso de ejemplo seria aproximadamente 1.5 horas, mientras que el tiempo de duración para las fases B y D en este proceso de ejemplo seria aproximadamente 0.5 horas. Generalmente, el tiempo de detención o duración de tiempo para un proceso de nitrificación-desnitrificación de conformidad con la presente invención seria aproximadamente 2 a 6 horas. Típicamente el régimen regular para el reactor o reactores C aeróbicos a ya sea el reactor A o B sería aproximadamente 4 a 5 veces el régimen de flujo entrante. El sistema y proceso arriba descritos son útiles para nitrificar y desnitrificar agua de desperdicio. Sin embargo, el sistema y proceso se pueden modificar para tratar con otros contaminantes o elementos no deseables o composiciones dentro del agua de desperdicio. Por ejemplo, el sistema mostrado en la figura 3 es efectivo no solamente para nitrificar y desnitrificar agua de desperdicio, sino también es efectivo al remover fósforo. A este respecto, y con relación a la Figura 3, el sistema incluye un reactor o zona 50 anaeróbico. El reactor 50 anaeróbico está dispuesto corriente arriba de los reactores A y B arriba descritos. Además hay dos líneas de reciclado que conducen de los reactores A y B a la zona 50 anaeróbica. Primero hay una línea 52 de reciclado que conduce del reactor B a la zona 50 anaeróbica 50. Ambas líneas 52 y 54 de reciclado incluyen una válvula 58 de control de conexión/desconexión, una válvula 56 de retención, y una bomba 60. El sistema ilustrado en la Figura 3 es efectivo para ambos, nitrificación y desnitrificación así como remoción de fósforo. Como se ve en la esquemática de la Figura 3, la zona 50 anaeróbica está dispuesta corriente arriba de los reactores A y B. Esto significa, desde luego, que el flujo entrante de agua de desperdicio se dirige primero hacia la zona 50 anaeróbica en donde el agua de desperdicio o licor mixto se mantiene bajo condiciones anaeróbicas. Bajo condiciones anaeróbicas, la concentración de oxígeno disuelto es generalmente menos de aproximadamente 0.7 ppm y6 de preferencia menos de aproximadamente 0.4 pp, mientras que la concentración de NOx disuelto es menor de aproximadamente 0.3 ppm, y de preferencia menos de 0.2 ppm expresado como nitrógeno elemental. En diversos tiempos el licor mixto en los reactores A y B se recicla nuevamente a la zona anaeróbica del rector 50. En particular, el reciclado del licor mixto en los reactores A o B generalmente ocurre solamente cuando los reactores respectivos se mantienen bajo condiciones anóxicas. Por lo tanto, en el proceso ilustrado en la Figura 3, de preferencia el licor mixto en A sería solamente reciclado nuevamente a través de la línea 54 de reciclado a la zona 50 anaeróbica en donde el reactor A está operando en un modo de desnitrificación (DN) . Lo mismo sería el caso para el reactor B. Típicamente el régimen regular del reactor A o B a la zona 50 anaeróbica sería aproximadamente 0.5 a 1.0 del régimen de flujo entrante. En cualquier caso, en el proceso ilustrado en la Figura 3, el licor mixto de la zona anaeróbica se dirige a cualquier reactor A o B, y el proceso corriente debajo de la zona 50 anaeróbica es substancialmente como se describe arriba en tanto que los reactores A y B funcionen para nitrificar y desnitrificar el agua de desperdicio. Por lo tanto, en el proceso ilustrado en la figura 3, utilizando la zona 50 anaeróbica corriente arriba de los reactores A y B, el proceso logra tanto nitrificación-desnitrificación como remoción de fósforo. Los detalles del proceso de remoción de fósforo no se tratan en la presente con detalle debido a que los principios que yacen bajo la remoción de fósforo utilizando una zona anaeróbica son bien conocidos y apreciados por aquellos expertos en el ramo. Sin embargo, para un entendimiento completo y unificado del proceso de remoción de fósforo se hace referencia a la Patente de EUA 4,056,465, el contenido de la cual se incorpora expresamente en la presente por referencia. Como se discutió arriba, el proceso de la presente invención reduce al mínimo o reduce la concentración de oxígeno disuelto en el cieno activado de retorno dirigido hacia una zona de desnitrificación (DN) que se lleva a cabo en los reactores A o B. La una o más membranas 14 dispuestas en el reactor o reactores C aeróbicos se someten a ensuciamiento debido a un gradiente de concentración de biomasa producido por el flujo y la acumulación subsecuente y mecanismo de deshidratación que actúa en los sólidos. Para remediar el ensuciamiento, el área inmediatamente debajo y adyacente e los filtros 14 de membrana debe limpiarse continuamente con aire comprimido. El régimen elevado de flujo de limpieza de aire requerido para limpiar efectivamente los filtros 14 de membrana frecuente resulta en concentración de oxigeno disuelto elevada local, que luego se lleva nuevamente a una zona de corriente arriba junto con la biomasa reciclada. Este traspaso de oxigeno disuelto reducirá los regímenes de desnitrificación en una zona de desnitrificación (DN) debido a la presente del aceptador (O2) de electrones alternativo y una reducción de fuente de carbono fácilmente disponible (BOD soluble) . Esto resulta en que se eleva la concentración de nitrógeno soluble de efluente. Este efecto se hace aún más eficiente a medida que el sistema se acerca a la capacidad de flujo de diseño y el tiempo de detención hidráulica real del reactor anóxico o de desnitrificación disminuye. Puesto que los regímenes de circulación son elevados (2 a 4 veces el régimen de flujo entrante), la elevada concentración de oxígeno disuelto elevada en la corriente reciclada presenta un problema en el proceso de nitrificación-desnitrificación. Consecuentemente, para tratar con este problema, la presente invención controla el flujo de cieno activado rico en oxígeno a los reactores A y B. Esencialmente el retorno de oxígeno disuelto a los reactores A y B se controla selectivamente de modo que el cieno activado de retorno se regrese generalmente al reactor A o B operando bajo condiciones aeróbicas o de nitrificación. Esto, desde luego, significa que generalmente el cieno activado de retorno rico en oxigeno no se regresa a la zona de desnitrificación. La presente invención, desde luego, se puede llevar a cabo en otras formas especificas distintas a aquellas expuestas sin abandonar el alcance y las características esenciales de la invención. Las presentes modalidades, por lo tanto, deben considerarse en todos los aspectos como ilustrativas y no restrictivas y todos los cambios que queden dentro del significado y escala de equivalencia de las reivindicaciones anexas se pretende que queden abarcadas en las mismas.

Claims

REIVINDICACIONES 1.- Un proceso para nitrificar y desnitrificar agua de desperdicio y reducir o minimizar la concentración de DO en una zona de desnitrificación de un sistema de nitrificación/desnitrificación que incluye un reactor aeróbico que tiene una o más membranas sumergidas contenidas en el mismo, que comprende: a. alternativamente dirigir un flujo entrante de agua de desperdicio hacia la primera y segunda zonas; b. en diversos momentos durante el proceso mantener la primera zona como una zona de nitrificación y mantener la segunda zona como una zona de desnitrificación, y en diversos tiempos distintos, mantener la primera zona en una zona de desnitrificación y la segunda zona como una zona de nitrificación; c. dirigir agua de desperdicio de cualquiera de la primera o segunda zonas al reactor aeróbico de corriente abajo que tiene una o más membranas sumergidas en el mismo; d. airear el reactor aeróbico; e. dirigir agua de desperdicio en el reactor aeróbico hacia la una o más membranas sumergidas y separar el agua de desperdicio en un permeado y cieno activado de retorno; f. bombear el permeado de la una o más membranas sumergidas en el reactor aeróbico; g. regresar el cieno activado del reactor aeróbico a cualquiera de la primera o segunda zonas; h. durante el proceso reducir o minimizar la concentración de DO en las zonas de desnitrificación dirigiendo selectivamente el cieno activado de retorno a una de las primera o segunda zonas siendo mantenida como una zona de nitrificación y cambiar el flujo del cieno activado de retorno durante el proceso entre la primera y segunda zonas de manera de dirigir el cieno activado de retorno a la primera o segunda zona que se mantiene como la zona de nitrificación; e i. durante el proceso dirigir el agua de desperdicio de la primera o segunda zona que se mantiene como una zona de desnitrificación a la otra zona que se mantiene como una zona de nitrificación.
2.- El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el flujo de agua de desperdicio de la primera y segunda zonas al reactor aeróbico de corriente abajo se cambia de manera que el flujo de agua de desperdicio al reactor aeróbico de corriente abajo sea desde la zona que se mantiene como una zona de nitrificación.
3. - El proceso de conformidad con la reivindicación 2, en donde en diversos tiempos ambas de la primera y segunda zonas se mantienen como zonas de nitrificación.
4. - El proceso de conformidad con la reivindicación 1, en donde en diversos tiempos una de la primera o segunda zonas se mantiene como una zona de desnitrificación y la otra zona se mantiene como una zona de nitrificación.
5. - El proceso de conformidad con la reivindicación 1, que incluye remover fósforo del agua de desperdicio dirigiendo el agua de desperdicio hacia una zona anaeróbica corriente arriba de la primera y segunda zonas que alternativamente se mantienen como zonas de nitrificación y de desnitrificación.
6. - El proceso de conformidad con la reivindicación 5, que incluye además en diversos tiempos reciclar el agua de desperdicio de la primera o segunda zona luego desnitrificar el agua de desperdicio en la misma a la zona anaeróbica .
7. - El proceso de conformidad con la reivindicación 7, que incluye alternativamente reciclar agua de desperdicio de ya sea la primera o segunda zona a la zona anaeróbica a medida que la primera y segunda zonas se cambian entre las zonas de nitrificación y de desnitrificación.
8. - Un proceso para nitrificar y desnitrificar agua de desperdicio utilizando primero y segundo reactores y un tercer reactor aeróbico corriente abajo que tiene uno o más filtros de membrana sumergidos en el mismo, el proceso comprendiendo : a. alternativamente dirigir agua de desperdicio de flujo entrante hacia el primero y segundo reactores; b. alternativamente nitrificar y desnitrificar el agua de desperdicio en el primero y segundo reactores de modo que en un tiempo el primer reactor realice una función de nitrificación mientras que el segundo reactor realiza una función de desnitrificación, y en otro tiempo el primer reactor realiza una función de desnitrificación mientras que el segundo reactor realiza una función de nitrificación; c. alternativamente dirigir el flujo entrante del primero y segundo reactores al tercer reactor aeróbico de corriente abajo que tiene uno o más filtros de membrana sumergidos contenidos en el mismo; filtrar el agua de desperdicio en el tercer reactor aeróbico de corriente abajo dirigiendo el agua de desperdicio hacia el filtro de membrana sumergido y separando el agua de desperdicio en efluente filtrado y cieno activado, bombear el efluente filtrado del filtro de membrana sumergido; regresar cieno activado del tercer reactor aeróbico de corriente abajo que tiene el filtro de membrana sumergido en el mismo a uno del primero o segundo reactores que funcionan para nitrificar el agua de desperdicio; y remover fósforo del agua de desperdicie dirigiendo el agua de desperdicio hacia una zona anaeróbica corriente arriba del primero y segundo reactores que se mantienen de forma alternada como zonas de nitrificación y desnitrificación, y dirigir el agua de desperdicio desde la zona anaeróbica al primero y segundo reactores.
9.- El proceso de conformidad con la Reivindicación 8, en donde durante el proceso de tratamiento del agua de desperdicio cada uno del primero y segundo reactores cambia entre nitrificar y desnitrificar el agua de desperdicio; y en donde se proporciona una linea de retorno de cieno activado entre el tercer reactor aeróbico de corriente abajo y cada uno del primero y segundo reactores, y en donde el flujo de cieno activado de retorno se cambia entre las dos lineas de retorno de cieno activado de modo que el cieno activado de retorno se recáele al primero y segundo reactor de nitrificación de agua de desperdicio.
10. - El proceso de conformidad con la reivindicación 8, en donde durante el proceso el agua de desperdicio se dirige desde uno de los primero y segundo reactores de desnitrificación del agua de desperdicio y el otro uno de los primero y segundo reactores de nitrificación de agua de desperdicio.
11. - El proceso de conformidad con la reivindicación 8, en donde el agua de desperdicio en el reactor que nitrifica el agua de desperdicio se dirige al reactor aeróbico de corriente abajo.
12. - Un proceso para nitrificar y desnitrificar agua de desperdicio que utiliza primero y segundo reacftores y un tercer reactor aeróbico de corriente abajo que tiene uno más filtros de membrana sumergidos contenidos en el mismo, proceso comprendiendo: alternativamente dirigir agua de desperdicio de flujo de entrada hacia el primero y segundo reactores; alternativamente nitrificar y desnitrificar el agua de desperdicio en el primero y segundo reactores de modo que en un tiempo el primer reactor realiza una función de nitrificación mientras que el segundo reactor realiza una función de desnitrificación, y en otro tiempo el primer reactor . realiza una función de desnitrificación mientras que el segundo reactor realiza una función de nitrificación; alternativamente dirigir flujo entrante del primero y segundo reactores al tercer reactor aeróbico de corriente abajo que tiene uno o más filtros de membrana sumergidos contenidos en el mismo; filtrar el agua de desperdicio en el tercer reactor aeróbico de corriente abajo dirigiendo el agua de desperdicio hacia el filtro de membrana sumergido y separar el agua de desperdicio en efluente filtrado y cieno activado, bombear el efluente filtrado desde el filtro de membrana sumergido; regresar cieno activado desde el tercer reactor aeróbico de corriente abajo que tiene filtro de membrana sumergido en el mismo a uno de los primero y segundo reactores que funcionan para nitrificar el agua de desperdicio; remover fósforo del agua de desperdicio y dirigir el agua de desperdicio hacia una zona anaeróbica corriente arriba desde los primero y segundo reactores que se mantienen alternativamente como zonas de nitrificación y desnitrificación, y dirigir el agua de desperdicio desde la zona anaeróbica al primero y segundo reactores; y en donde el proceso incluye cuando menos cuatro fases, y en donde en una primera fase el flujo entrante de agua de desperdicio se dirige hacia el primer reactor mantenido bajo condiciones anóxicas y que funciona para desnitrificar el agua de desperdicio y en donde el agua de desperdicio en el primer reactor se dirige al segundo reactor que se mantiene bajo condiciones aeróbicas y nitrifica el agua de desperdicio en el mismo, y en donde el agua de desperdicio del segundo reactor se dirige al tercer reactor aeróbico de corriente abajo en donde el filtro de membrana sumergido separa el agua de desperdicio en permeado y cieno activado y una porción del cieno activado se regresa el segundo reactor que opera bajo condiciones aeróbicas: en una segunda fase en donde el flujo entrante de agua de desperdicio se dirige hacia el segundo reactor que se mantiene bajo condiciones aeróbicas y nitrifica el agua de desperdicio en el mismo mientras que el primer reactor se mantiene bajo condiciones aeróbicas y en donde el agua de desperdicio del segundo reactor se dirige al tercer reactor aeróbico corriente abajo en donde el agua de desperdicio se separa por el filtro de membrana sumergido hacia permeado y cieno activado de retorno, y en donde el cieno activado de retorno se dirige desde el tercer reactor aeróbico corriente abajo al segundo reactor; en una tercera fase el flujo entrante de agua de desperdicio se dirige hacia el segundo reactor que se mantiene bajo condiciones anóxicas y desnitrifica el agua de desperdicio en el mismo, en donde el agua de desperdicio en el segundo reactor se dirige al primer reactor que se mantiene bajo condiciones aeróbicas y nitrifica el agua de desperdicio en el mismo y en donde el agua de desperdicio desde el primer reactor se dirige al tercer reactor aeróbico corriente abajo en donde el agua de desperdicio se separa por el filtro de membrana sumergido hacia permeado y cieno activado de retorno, y en donde el cieno activado de retorno se dirige desde el tercer reactor aeróbico corriente abajo al primer reactor; y en una cuarta fase el flujo entrante de agua de desperdicio se dirige hacia el primer reactor que se mantiene bajo condiciones aeróbicas y nitrifica el agua de desperdicio en el mismo mientras que el segundo reactor se mantiene bajo condiciones aeróbicas y nitrifica el agua de desperdicio en el mismo, y en donde el agua de desperdicio en el primer reactor se dirige al reactor aeróbico de corriente abajo en donde el filtro de membrana sumergido separa el agua de desperdicio en permeado y cieno activado de retorno, y en donde el cieno activado de retorno se dirige al reactor aeróbico de corriente abajo al primer reactor.
13.- El proceso de conformidad con la reivindicación 12, en donde el tiempo de detención del agua de desperdicio es aproximadamente 2 a 6 horas.
14.- El proceso de conformidad con la reivindicación 12, en donde en la primera fase el agua de desperdicio se dirige del primer reactor al segundo reactor y en la tercera fase el agua de desperdicio se dirige del segundo reactor al primer reactor.
15.- ?G proceso de conformidad con la reivindicación 15, que incluye reciclar el agua de desperdicio del primero o segundo reactor mientas que se están manteniendo condiciones anóxicas en los mismos al reactor anaeróbico. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Se proporciona un sistema de tratamiento de agua de desperdicio que incluye primero y segundo reactores, cada uno operativo para nitrificar o desnitrificar agua de desperdicio contenida en el mismo. Corriente abajo desde el primero y segundo reactores se encuentra un reactor de membrana que opera bajo condiciones aeróbicas e incluye una o más membranas sumergidas para separar los sólidos . Extendiéndose entre el reactor de membrana y cada uno del primero y segundo reactores está una linea de retorno de cieno activado con controles apropiados para permitir que el retorno de cieno activado sea dirigido a uno de los reactores en un tiempo. Para nitrificar y desnitrificar agua de desperdicio, una corriente de flujo entrante de agua de desperdicio se dirige alternativamente a los reactores anóxicos que se operan de manera alterna bajo condiciones aeróbicas o anóxicas de manera de nitrificar o desnitrificar el agua de desperdicio contenida en los mismos. Para reducir o minimizar el retorno de oxigeno disuelto del reactor de membrana al primero y segundo reactores, flujo de cieno activado de retorno se controla de manera que el cieno activado de retorno generalmente se regrese al reactor que opera bajo condiciones aeróbicas .