MXPA01006638A

MXPA01006638A - Proceso para el tratamiento de aguas residuales que contienen metales pesados.

Info

Publication number: MXPA01006638A
Application number: MXPA01006638A
Authority: MX
Inventors: Cees Jan Nico Buisman
Original assignee: Paques Bio Syst Bv
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2002-07-02
Also published as: DE69906148T2; AU3081800A; CN1281524C; WO2000039035A1; ES2192099T3; CN1332701A; EP1147063B1; CA2354388C; DE69906148D1; ATE234793T1; BR9916629A; EP1016633A1; JP2002533218A; US6630071B1; EP1147063A1; ZA200104623B; CA2354388A1

Abstract

Se describe un proceso para el tratamiento de aguas residuales que contienen metales pesados, en donde los componentes de azufre y/o metales son biologicamente reducidos para precipitar los metales en las formas de especies de metal no solubles en agua, las cuales son separadas de las aguas residuales. La reduccion biologica y la precipitacion de las especies de metal, se llevan a cabo en una cama de arena movediza, en donde las particulas de arena inmovilizan parcialmente las bacterias y retienen las especies de metal precipitadas, las aguas residuales tratadas son separadas de las especies de metal precipitado y las especies de metal precipitado son separadas subsecuentemente de las particulas de arena. Los metales como selenio y uranio pueden ser precipitados sin componentes de azufre, mientras que los metales como antimonio, cadmio, cobre, zinc y similares, son precipitados como sulfuros.

Description

PROCESO PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES QUE CONTIENEN METALES PESADOS Campo del Invento La presente invención, se refiere al tratamiento de aguas residuales que contienen sulfato y metales pesados que comprende reducción biológica y precipitación de especies de metal no solubles en agua. La reducción biológica puede ser una reducción de un metal a una valencia inferior, en la cual se forman los precipitados de metal como un sulfuro de metal, carbonato de metal, óxido o hidróxido de metal, fosfato de metal o como el metal elemental, o pueden ser una reducción de componentes de azufre tales como sulfato, para producir sulfuro de hidrógeno el cual, precipita en forma quimica el metal como un sulfuro de metal, o puede ser tanto una reducción de metal como de componentes de azufre con la precipitación del sulfuro de metal. Los precipitados de metal son separados de las aguas residuales. En las patentes WO 80/02281, WO 91/16269 y WO 97/29055. Se da a conocer un proceso en el cual, los sulfatos son biológicamente reductivos de sulfuro, el cual precipita los metales en forma de sulfuros de metal. En los procesos de la técnica anterior, los sulfuros de metal, son formados en bioreactores convencionales y son separados en tanques de asentamiento. Estos procesos no son muy adecuados para diluir corrientes de aguas residuales, por ejemplo, que contienen iones de metales pesados dentro del rango ppm, ya que las limitaciones hidráulicas necesitarían el uso de volúmenes de bioreactor relativamente grandes, y harian el proceso muy costoso .

Antecedentes del Invento La patente Norteamericana No. 4,522,723, describe un proceso de revoltura para reducir la concentración de metales pesados e iones de sulfato en efluentes de minas, percolando el efluente a través de arena y tierra que contiene bacterias para reducción de sulfato. Los sulfuros de metal insoluble, pueden ser recuperados mediante flotación o filtración, aunque la patente no contiene información especifica con respecto a dicha recuperación. Remacle y Houba (Conferencia Internacional acerca de Metales Pesados en el Ambiente, 1 de Enero de 1983, páginas 936 a 939) propone extraer metales pesados procedentes de aguas residuales industriales, mediante la acumulación de bacterias en una cama de arena fluidizada. De acuerdo con este propósito, las bacterias junto con los metales son recortados en forma intermitente de la arena y posteriormente son procesados . No se proporciona separación entre metales y bacterias. Por lo tanto, el problema de proporcionar un proceso económicamente factible para separar los metales pesados de las corrientes de aguas residuales, da como resultado un residuo de metal compacto que permanece sin resolver.

Sumario del Invento Se ha descubierto actualmente un proceso continuo, el cual soluciona el problema de tratar aguas residuales diluidas que contienen metales pesados, mientras se produce un residuo no diluido. El proceso está caracterizado porque la reducción biológica de metales y/o componentes de azufre presentes en las aguas residuales o agregadas a las aguas residuales, y la precipitación de metales o compuestos de metal, se llevan a cabo en una cama de arena. Las particulas de arena en la cama de arena, inmovilizan por lo menos parcialmente las bacterias y retienen las especies de metal precipitado. Las aguas residuales tratadas, son separadas de las particulas de arena y de los precipitados de metal, preferentemente mediante gravitación. Las particulas de arena son lavadas, separando los metales precipitados y parte de la biomasa de la arena. Cualquier cantidad pequeña de sulfuro residual en el efluente, puede ser biológica o químicamente removida en la corriente descendente procedente de la cama de arena. En una modalidad conveniente, la cama de arena también es llamada cama de arena movediza, por ejemplo, una cama de arena la cual está en movimiento continuo para permitir la filtración simultánea de los precipitados de metal procedentes de las aguas residuales, y la separación de los precipitados de metal procedentes de las particulas de arena. Tal como se describe en la patente EP-A-590705, y como se ilustra en forma esquemática en la figura 1, una cama de arena movediza adecuada también es llamada filtro de arena dinámico. La cama de arena dinámica, que será utilizada de acuerdo con la presente invención, es diferente a una cama fluidizada, la cual es esencialmente una cama estática. En dicho filtro de arena dinámica, una biomasa de reducción es inmovilizada en las particulas de arena como resultado de la formación de una biopelicula. La arena que se encuentra en el fondo, es continuamente removida hacia arriba, por ejemplo, por medio de un flujo de gas (nitrógeno o aire), el cual actúa como una bomba mamut. El rango en el cual la arena es removida y subsecuentemente limpiada, puede ser controlada de acuerdo con el método de la patente WO 98/39255, la cual asegura que los metales terminarán en la superficie en una corriente concentrada. Por lo tanto, el suministro de gas puede ser controlado como una función de la resistencia de la cama de arena para una cama de arena simple. La operación del filtro de arena se ilustra adicionalmente en la descripción de las figuras que se encuentran más adelante. El proceso de la presente invención, puede ser utilizado para remover metales que pueden ser precipitados después de la reducción biológica a un estado de valencia adecuado, tal como una sal con aniones que normalmente están presentes en las aguas residuales (hidróxido, carbonato, óxido, algunas veces fosfato o sulfato) o pueden ser agregadas (incremento de pH) . Los metales reducidos forman precipitados insolubles, los cuales son separados de las particulas de arena y de las aguas residuales. Por ejemplo, el selenio y telurio pueden ser precipitados en la forma elemental (por ejemplo Se6+ — > Se + — > Se°l), el cromo puede ser precipitado en la forma de hidróxido (por ejemplo Cr6+ ? Cr3+ ? Cr(OH)3 -), el uranio (IV) y el vanadio (IV) pueden ser precipitados en la forma de hidróxido, óxido o carbonato (por ejemplo U6+ — U + —» U02^) , y el manganeso puede ser precipitado en la forma de carbonato (por ejemplo Mn6+ — > Mn4+ ? Mn + —» El proceso también puede ser utilizado para remover metales que requieren que sean precipitados reactivos adicionales, en particular iones de sulfuro; los metales posteriormente, si es necesario después de la reducción, son puestos en contacto con sulfuro para formar sulfuros de metal msolubles los cuales son separados. El sulfuro es producido in si t u mediante reducción biológica de componentes de azufre que tienen un estado de oxidación superior, tales como sulfato, sulfito, tiosulfato, azufre elemental. Estos componentes de azufre pueden estar ya presentes en aguas residuales que contienen los metales pesados, tal como en el caso de por ejemplo sulfato en efluentes de mina, o pueden ser agregados, por ejemplo, en la forma de azufre elemental. Los metales que pueden ser precipitados como sulfuro, incluyen (monovalente:) Ag, TI, In, (divalente:) Cu, Zn, Cd, Ni, Fe, Pb, Sn, Hg, Co, Mn, (trivalente:) As, Sb, Bi, Cr, (tetravalente:) Mo, Ti. Algunos de estos puede ser biológicamente reducido a partir de estados de valencia superior como Fe3+, As5+, Sb5+, Bi5+, Tl3+, In3+, Mn6+ etc., antes del paso de precipitación. Las bacterias adecuadas para la reducción de componentes de azufre a sulfuro en el reactor de la cama de arena anaeróbica, incluye bacterias de reducción de azufre y sulfato, tales como especies procedentes del género: Desulforomonas sp. (mesofilico) , Desulfotomaculum KT7 ( termofilico ) , las especies Desulforolobus ambivalens , Acidianus infernus, Acidianus brierley, Stygiolobus azoricus (mesofilico ) , Thermoproteus neutrophilus , Thermoproteus tenax, Thermodiscus maritimus (thermofilico ) , Pyrobaculum islandicum, Pyrodictium occultum, Pyrodictium brockii (hipertermofilico ) , y otras especies del género Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfomonas, Thermodesulfobacterium, Desulfobulbus, Desulfobacter, Desulfococcus, Desul fonema, Desulfosarcina, Desulfobacterium y Desulforomas (mesofilico ) . Las bacterias adecuadas para la reducción biológica de metales (por ejemplo, As, Mo, Fe, Cr, Mn, Se, Te, Sb, Bi, Hg, U) a una valencia inferior, incluyen bacterias de reducción de metales tales como las especies del género Geobacter , Pseudomonas , Shewanella , Desulfovibrio , Desulfobacterium , Desul fomicrobium , Desul foromona s , Al teromona s . En general, estas bacterias están disponibles como poblaciones mezcladas de varios cultivos anaeróbicos y/o que crecen en forma espontánea en el reactor anaeróbico. El proceso puede ser operado en condiciones mesofilicas (de 15 a 40°C) o en condiciones termofilicas (de 40 a 90°C), dependiendo de la temperatura de las aguas residuales. Normalmente se esperan condiciones mesofilicas. El pH puede estar dentro del rango de 5 hasta 9, más preferentemente entre 6 y 8. Normalmente, será necesario agregar un electrón donante con el objeto de reducir los compuestos de azufre a sulfuro, especialmente en el caso de tratamientos de aguas que no contengan residuos orgánicos. Dependiendo del uso en particular, se pueden agregar los siguientes nutrientes: hidrógeno, monóxido de carbono, metanol, etanol u otros alcoholes, ácidos grasos de cadena corta y otros compuestos orgánicos tales como azúcares, almidón y residuos orgánicos. Si es necesario, también se agregan elementos de nutrientes en la forma de nitrógeno y fosfato. La adición de elementos de vestigio será únicamente necesaria en forma excepcional, cuando no estén lo suficientemente disponibles en el agua que contienen metales. Los ejemplos de aguas residuales que contienen metales pesados que pueden ser tratadas utilizando el proceso de la presente invención, son agua subterránea, efluentes de minas, efluentes procedentes de plantas y sitios metalúrgicos, aguas residuales industriales, aguas de enfriamiento o corrientes de agua de derrames, que contienen niveles relativamente bajos de metales pesados, en particular menores a 100 ppm . Asimismo, los efluentes de sistemas de tratamiento de agua existentes, pueden ser tratados para disminuir las concentraciones de metal adicionales. Son de especial interés, las corrientes de agua que contienen metales en un estado de oxidación, que no pueden ser removidas únicamente elevando el pH tal como en los sistemas de tratamiento de lima convencionales. Por ejemplo, los componentes de selenio oxidados disueltos, pueden ser removidos en forma biológica de acuerdo con la presente invención, reduciendo el metal hasta la forma de selenio elemental, la cual es precipitada. Asimismo, por ejemplo, el uranio puede ser removido biológicamente reduciendo la valencia desde 6+ hasta 4+, y con la subsecuente precipitación como un óxido, carbonato, hidróxido o similares. Los metales como plomo, estaño, bismuto, antimonio, cadmio, mercurio, plata, zinc, cobre, niquel, cobalto, hierro, manganeso, cromo, vanadio, y titanio precipitan en forma muy eficiente como sulfuros de metal .

Descripción Detallada del Invento En la instalación de acuerdo con la figura 1, las aguas residuales que contienen metales (1) son conducidas en un tanque mezclador (M) , en el cual, si es necesario se ajusta la temperatura y el pH y se puede agregar el electrón donante (15) . Debido al reciclado de la corriente de reciclado de agua para lavar (13), el potencial redox del agua (2) que entra al filtro de la cama de arena movediza (B), es disminuido, lo cual mejora la actividad biológica en el filtro. Los flujos de agua desde la parte del fondo hasta la parte superior (3) a través de las particulas de arena, se mueven lentamente desde la parte superior hasta la parte del fondo (11) . La recirculación de las particulas de arena se crea por medio de inserción de gas (5) en un tubo interior pequeño (t) . Debido al gas, se crea una bomba mamut y el agua arena y precipitados de metal que son capturados en la arena son transportados hacia arriba (9) para el sistema de separación de metal de arena (SI) . Los precipitados de metal son soltados de las particulas de arena, debido a la turbulencia en el tubo (t) y con base en la diferencia en la velocidad de asentamiento las particulas de arenas grandes son regresadas a la cama de arena utilizando gravedad (10) y los precipitados de metal y parte de la biomasa suelta, son removidos por medio de la corriente de agua para lavar (12) . Esta corriente es conducida al separador sólido liquido (S2), en el cual los precipitados de metal y la biomasa son separados del agua y removidos de todo el sistema (14) . El agua aclarada es regresada al tanque mezclador (M) . El gas (5) insertado en el tubo interior (3), es ya sea removido a través de 7 o preferentemente reciclado a través de 8. Si no se utiliza gas reciclado o si se utiliza gas hidrógeno como el electrón donante, se agrega gas reciente a través de 6.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes : REIVINDICACIONES 1. Un proceso para el tratamiento de aguas residuales que contienen metales pesados, en donde : (a) las aguas residuales son tratadas continuamente con bacterias, las cuales son por lo menos parcialmente inmovilizadas en particulas de arena en una cama de arena movediza, para reducir los componentes de azufre y/o metales y para precipitar los metales como especies de metal no solubles en agua, (b) las aguas residuales tratadas son continuamente separadas de las particulas de arena que retienen las especies de metal precipitado, (c) las especies de metal precipitado son continuamente separadas de las particulas de arena utilizando aguas residuales tratadas, y (d) las aguas residuales tratadas utilizadas en el paso (c) , son separadas de las especies de metal precipitado y regresadas al paso (a) . . Un proceso de conformidad con la reivindicación 1, en donde los metales pesados están presentes en las aguas residuales en niveles inferiores a 100 ppm. . Un proceso de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, en el cual las especies de metal precipitados son separadas de las particulas de arena mediante gravitación. . Un proceso de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde los metales son reducidos biológicamente hasta un estado de valencia, en el cual forman sales insolubles, tales como hidróxidos, óxidos, carbonatos o fosfatos o hasta un estado de valencia cero, en el cual formen metales no solubles en agua, y dichas sales de metal insolubles o metales, son precipitados y posteriormente separados . . Un proceso de conformidad con la reivindicación 4, en el cual dichos metales comprenden selenio, telurio, uranio, vanadio, cromo, manganeso, o mezclas de los mismos. 6. Un proceso de conformidad con la reivindicación 4 ó 5, en el cual dicha reducción biológica se lleva a cabo utilizando bacterias del género Geo acter, Pseudomonas , Shewanel la , Desul fovibrio, Desul foba cteri um, Desul fomi crobi um, Desul foromonas y/o Al teromonas . 7. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual las aguas residuales contienen componentes de azufre, y dichos componentes de azufre son biológicamente reducidos a sulfuro, el cual forma sulfuros de metal insoluble, opcionalmente después de la reducción de los metales, y dichos sulfuros de metal insolubles son precipitados y posteriormente separados . 8. Un proceso de conformidad con la reivindicación 7, en el cual dichos componentes de azufre se agregan a las aguas residuales y comprenden azufre elemental. 9. Un proceso de conformidad con la reivindicación 7, en el cual dichos componentes de azufre están presentes en las aguas residuales y comprenden sulfato. Un proceso de conformidad con cualesquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el cual dichos metales comprenden Ag, TI, In, Cu, Zn, Cd, Ni, Fe, Pb, Sn, Hg, Co, Mn, As, Sb, Bi, Cr, Mo y/o Ti. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en el cual dicha reducción biológica se lleva a cabo utilizando bacterias del género Desulfovibrio , Desulfo toma cul um , Desul fomonas , Thermodesulfoba cteri um , Desul fobulbus , Desul fobacter , Desul fococcus , Desul fonema , Desul fosarcina , Desulfoba cteri um , y/o Desul foroma s .