ES2198521T3 - Procedimiento para la depuracion discontinua de aguas residuales e instalacion para llevar a cabo este procedimiento. - Google Patents
Procedimiento para la depuracion discontinua de aguas residuales e instalacion para llevar a cabo este procedimiento.Info
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Abstract
PROCEDIMIENTO PARA LA PURIFICACION EN DISCONTINUO DE AGUAS RESIDUALES SEGUN EL PROCEDIMIENTO DE FANGOS ACTIVADOS, DONDE LA ESTRATEGIA DEL CICLO PARA LOS REACTORES SBR PREVE AL MENOS DOS CICLOS INTERNOS. A PARTIR DE UN TANQUE DE ALMACENAMIENTO SE REALIZA EL PRIMER LLENADO INTERNO CON SOBRENADANTE PREFERENTEMENTE CON EL FIN DE OBTENER UNA REDISOLUCION P BIOLOGICA. LOS ULTIMOS LLENADOS INTERNOS SE REALIZAN CON EL SEDIMENTO, PREFERENTEMENTE CON EL FIN DE QUE SE PRODUZCA LA DESNITRIFICACION. LA INVENCION SE REFIERE ADEMAS A UNA INSTALACION DE DEPURACION PARA LA REALIZACION DEL PROCEDIMIENTO DE LA INVENCION.
Description
Procedimiento para la depuración discontinua de
aguas residuales e instalación para llevar a cabo este
procedimiento.
La invención se refiere a un procedimiento para
la depuración discontinua de aguas residuales, que se denominará de
modo general "procedimiento SBR". La invención se refiere,
además, a una instalación de depuración de aguas residuales para
llevar a cabo el procedimiento según la invención.
Se describe en especial una instalación de
depuración de aguas residuales provista de una entrada de agua
bruta, eventualmente una etapa de limpieza mecánica, un estanque
intermedio multifuncional (es decir, que eventualmente se utilice
también como estanque de pretratamiento (acidificación previa)),
como mínimo un estanque intermedio y una etapa biológica formada
como mínimo por un reactor biológico, conduciendo la entrada de
agua bruta al estanque intermedio y enviándola desde éste por
tandas (es decir, de manera discontinua) a los reactores
biológicos.
En el documento US 5.395.527 se describe un
procedimiento y un dispositivo para el tratamiento de aguas
residuales, en el que se describe una instalación de depuración de
aguas residuales con una entrada de agua bruta y un estanque
intermedio provisto de un dispositivo de circulación, constando la
etapa intermedia de un estanque intermedio provisto de bombas de
alimentación, y disponiendo de una etapa de reacción con un reactor
SBR. En esta instalación, con el proceso descrito no se consigue
una gran desnitrificación y eliminación de fosfatos. Además, hay que
reducir los costes de operación minimizando los costes de la
energía.
El estanque intermedio sirve a este respecto como
tanque de prealmacenamiento, mezcla y compensación para los
reactores biológicos (denominados de ahora en adelante reactores
SBR). En el estanque intermedio se encuentran uno o más agitadores
que, cuando están en funcionamiento, ponen en suspensión los
componentes sedimentables del agua bruta o las materias filtrables
(= TS_{0}). A intervalos definidos, las bombas transportan el
agua residual desde el estanque intermedio hasta los reactores
SBR.
En los reactores SBR tienen lugar de manera
sucesiva los siguientes pasos del tratamiento, aunque en parte se
solapan, con lo cual se obtiene en conjunto el siguiente ciclo del
procedimiento:
Al comienzo de las fases de llenado se produce la
conducción de las aguas residuales desde el estanque intermedio,
preferentemente sin aireado del reactor o de los reactores SBR. Al
mismo tiempo, se inicia la agitación en los reactores y
opcionalmente puede interrumpirse en un tiempo intermedio, pero
preferentemente volverá a ponerse en marcha antes del final de la
fase de alimentación.
Con la alimentación por tandas de las aguas
residuales se produce, en comparación con el procedimiento
continuo, una mayor concentración DBO_{5} (= demanda biológica de
oxígeno)/DQO (= demanda química de oxígeno), que produce una rápida
desnitrificación (el nitrato se reduce por vía microbiana a
nitrógeno en forma gaseosa) y una redisolución simultánea/final más
o menos efectiva del fosfato fijado microbiológicamente.
La duración de la circulación en los reactores
SBR sin aireamiento vendrá determinada por la duración necesaria del
período de desnitrificación y eventualmente la fase anaerobia, y
sobrepasará preferentemente la duración de la alimentación. Al
final de la fase de mezcla pura, la porción de DBO_{5} necesaria
para la desnitrificación y la redisolución biológica del fosfato ha
sido consumida anóxicamente o depositada en las células como
depósito de carbono dentro del marco de la eliminación biológica
del fosfato. La porción restante de DBO_{5} es en parte adsorbida
por los flóculos de lodo activado y/o es también en parte
fermentada anaeróbicamente por las bacterias anaerobias
facultativas.
Durante la posterior fase de aireación se produce
la respiración oxidativa de los restantes componentes orgánicos y
la oxidación del nitrógeno, es decir, la oxidación
microbiológicamente catalizada del amonio a nitrato. Esta fase de
aireación se prolonga en general (dependiendo de la edad del lodo y
de la temperatura) hasta la completa nitrificación. Debido a la
concentración de amonio al comienzo de la fase o las fases de
aireación, mayor en comparación con el procedimiento continuo, la
tasa de nitrificación de las instalaciones SBR que funcionan de
esta manera es claramente superior a la de las instalaciones que
funcionan de manera continua. Al mismo tiempo, durante esta fase se
produce la absorción inducida de modo microbiano, superando las
necesidades fisiológicas normales, del ortofosfato que se encuentra
en las aguas residuales. Este proceso discurre en sentido contrario
a la redisolución del fosfato durante la fase de llenado y mezcla y
depende directamente de ella, ya que la tasa de absorción es tanto
mayor cuanto mayor es la tasa de redisolución.
Estas tres fases pueden producirse varias veces
de modo sucesivo en forma de ciclos internos dentro de un ciclo
total. Se define como proporción de intercambio de volumen la
proporción entre la cantidad de agua residual alimentada durante un
ciclo total o un ciclo interno y el volumen del reactor SBR cuando
está lleno.
Al final de la (última) fase de aireación se
desconectan todos los grupos de los correspondientes reactores SBR
para separar las aguas residuales depuradas de los flóculos de lodo
activado. De este modo, en condiciones hidráulicas ideales sin
circulación de las aguas residuales y sin dispositivos móviles en
los estanques de depuración posterior, se produce la sedimentación
de los flóculos de lodo activado.
Con un decantador (= dispositivo extractor de
agua limpia) se extrae el agua residual depurada aproximadamente 1
hora después del comienzo de la fase de sedimentación.
Al final del ciclo total, es decir, después de la
extracción del agua limpia, se extrae el lodo sobrante.
De las formas de realización del proceso SBR
anteriormente descrito conocidas en la literatura (compárese, por
ejemplo, las patentes US 5 395 527, US 5 205 936, US 5 021 161) y
de todas las modificaciones realizadas hasta la fecha resultan, con
respecto a las tasas de eliminación de nitrógeno total
(nitrificación y desnitrificación) así como a las tasas de la
eliminación biológica del fosfato (eliminación P), dos
delimitaciones generales:
La capacidad de desnitrificación es en el mejor
de los casos (cuando la desnitrificación transcurre totalmente
durante la fase o las fases de llenado y mezclado) directamente
inversamente proporcional a la proporción de intercambio de
volumen.
En caso de que haya por ejemplo sólo un ciclo
interno con una proporción de intercambio de volumen del 30%, la
capacidad de desnitrificación vale como máximo el 70%. Esta
problemática de la limitada capacidad de desnitrificación de los
procedimientos SBR convencionales, debida a razones de principio, es
análoga a la limitada capacidad de desnitrificación de las
instalaciones que funcionan de manera continua con desnitrificación
previamente intercalada; la capacidad de desnitrificación es aquí
proporcional a las velocidades de recirculación internas.
En caso de que en el ejemplo anterior la porción
de nitrógeno nitrificable a la entrada sea de 60 mg/l, la
concentración de nitrato al final del ciclo (es decir, en la salida
de agua limpia) es por lo tanto de 18 mg/l. Esto es un valor de
salida inaceptablemente alto.
Una concentración de nitrato elevada al final del
ciclo resulta también muy problemática porque entonces los procesos
de desnitrificación (incontrolables, en esencia dependientes de la
capacidad de respiración interna), con el resultado de un
desprendimiento de N_{2} gaseoso durante la fase de sedimentación
y decantación, pueden dar lugar a un impulso ascendente de los
flóculos de lodo activado, que entonces llegarían a los cauces de
desagüe a través del decantador.
Los intentos de aumentar las tasas de eliminación
de nitrógeno total haciendo que durante la fase de aireamiento se
desnitrifique al mismo tiempo (compárese, por ejemplo, los
documentos WO 95/24 361 y US 5 013 441), son muy problemáticos en
cuanto a las técnicas de control y regulación y poseen el gran
peligro de la selección positiva de bacterias filamentosas
microaerófilas lo cual, de nuevo, empeora las propiedades de
separación del lodo y conduce a la formación de lodos
hinchados.
De todo ello resulta que al principio de las
fases de llenado y mezcla existe una concentración de nitrato
residual relativamente alta. Esto tiene un efecto desfavorable
sobre la redisolución del fosfato inducida biológicamente, en
cuanto que primero se produce la desnitrificación residual basada en
una respiración anóxica, principalmente de los componentes de
DBO_{5} fácilmente degradables que resultan imprescindibles para
la redisolución biológica del fosfato.
El grado de eliminación biológica del fosfato en
los actuales procedimientos SBR viene limitado por el hecho de que
las porciones de la DBO_{5} necesarias para ello se consumen
primero/principalmente para la desnitrificación.
Los componentes de la DBO_{5} más difícilmente
degradables que quedan todavía después de la desnitrificación, no
pueden utilizarse directamente como tales para la redisolución
biológica del P. Bajo las condiciones anaerobias existentes
entonces, primero deben fermentarse para dar componentes de la
DBO_{5} más fácilmente degradables (por ejemplo, ácidos grasos de
bajo peso molecular). Sin embargo, esta fermentación anaerobia
selecciona las bacterias anaerobias facultativas que en muchos
casos son las responsables de la formación de lodos hinchados. Con
los procedimientos convencionales surge hasta ahora el problema de
que la creación de las condiciones para la eliminación biológica del
P crea al mismo tiempo los requisitos para el desarrollo de
bacterias anaerobias facultativas, principalmente filamentosas, que
son responsables conjuntamente de la formación de lodos
hinchados.
La invención tiene como objetivo revelar un
procedimiento del tipo descrito al principio y una instalación de
depuración de aguas residuales de la estructura señalada, con los
que se consiga una desnitrificación lo más completa posible y una
eliminación biológica del P lo más amplia posible, así como evitar
la formación de lodos hinchados y flotantes, y al mismo tiempo, o
como consecuencia directa de ello, puedan reducirse los costes de
funcionamiento principalmente mediante la minimización de los
costes de energía para la aireación, una reducción del gravamen de
aguas residuales, una minimización/eliminación total de los costes
de rellenos para la eliminación química del P y una minimización de
la producción del exceso de lodos y los costes de inversión a
través de una reducción del necesario volumen del reactor SBR.
Para resolver este objetivo, la invención enseña
un procedimiento específico para la depuración discontinua de aguas
residuales en el que el agua residual procedente de un tanque
intermedio se transporta hasta reactores SBR con al menos dos
ciclos internos, se transportan al reactor SBR las aguas residuales
(o sea, sobrante) procedentes del tanque intermedio (por lo tanto
éste sirve durante este tiempo también como estanque de
predepuración) y previamente tratadas en el marco de la fase de
llenado del primer o primeros ciclos internos, y dentro del marco
de una fase de llenado siguiente (última) se transporta al reactor
SBR una cantidad esencialmente menor de aguas residuales
concentradas (o sea, sedimentadas) procedentes del tanque
intermedio, obteniéndose aguas residuales pretratadas al recogerse
aguas residuales de la zona superior del estanque intermedio,
mientras que se detiene la circulación (se trata por lo tanto de
una fracción de las aguas residuales ampliamente desprovisto de
porciones sedimentables, es decir, lodo primario, o sea, que
presenta una concentración DBO_{5}/DQO proporcionalmente baja), y
se obtienen unas aguas residuales concentradas, mientras que se
detiene la circulación, o se recogen aguas residuales concentradas
de la zona del fondo del estanque intermedio, estando también
detenida la circulación, es decir, con una concentración de lodo
primario más alta en consonancia, es decir, una concentración
DBO_{5}/DQO más alta que las aguas residuales pretratadas y
también que el agua bruta.
En determinadas situaciones puede ser conveniente
al mismo tiempo que el transporte del sedimento añadir también agua
saliente, por ejemplo para disponer de la suficiente DBO_{5} para
la necesaria desnitrificación, midiéndose/estimándose la cantidad
que hay que desnitrificar después del último o penúltimo ciclo y
basándose en ello determinando la cantidad/clase de aguas
residuales concentradas para el último ciclo interno.
Una medición directa puede realizarse por ejemplo
a través de una medición en línea del nitrato y una indirecta a
través del desarrollo del potencial redox y/o del valor del pH
(cuanto más nitrógeno se nitrifica, tanto más disminuye el valor
del pH); una estimación puede realizarse a través del momento y de
la cantidad de las aguas residuales aportadas.
La invención parte de la constatación de que en
caso de unas condiciones marco normalmente constantes, en especial
de una proporción DBO_{5}/TS_{0}, la carga DBO_{5} determina
de manera linealmente proporcional cuánto nitrógeno procedente del
agua bruta se incorpora al lodo excedente. Esto significa en
concreto que, por ejemplo, en caso de una duplicación de la
proporción DBO_{5}/N_{ges}, mediante una duplicación de la
carga DBO_{5} se incorpora al lodo excedente la cantidad doble de
nitrógeno y se nitrifica o puede nitrificarse una cantidad menor
correspondiente.
La invención parte además de la constatación de
que muchos tipos de aguas residuales (y no sólo a ellos se refiere
la presente invención), en especial las aguas residuales de origen
doméstico, pueden dividirse en dos fracciones con ayuda de procesos
de sedimentación:
Un residuo que se caracteriza, en comparación con
el agua bruta, por una fuerte reducción de los componentes
DBO_{5}, DQO y porciones sedimentables o TS_{0} y una reducción
mucho menor de la porción de nitrógeno, así como un sedimento que
se caracteriza, en comparación con el agua bruta, por un fuerte
aumento de la concentración de los componentes DBO_{5}, DQO y
porciones sedimentables o TS_{0} y una reducción mucho menor de
la porción de nitrógeno.
Con ello, según la invención, dentro del marco de
la primera o las primeras fases de llenado se transporta al reactor
SBR agua residual pretratada con una proporción DBO_{5}/N_{ges}
relativamente reducida. Por lo tanto, en el curso de estos primeros
ciclos se nitrifica una porción relativamente alta del nitrógeno
total.
Sin embargo, ésta se desnitrifica totalmente
durante la fase de llenado y mezcla del último o de los últimos
ciclos internos, ya que mediante la adición de una cantidad
(proporcionalmente pequeña) correspondiente de aguas residuales que
hay que concentrar deberá prepararse una cantidad suficiente de
DBO_{5} para la reducción del nitrato. Puesto que la proporción
DBO_{5}/N_{ges} de estas aguas residuales concentradas es
relativamente alta en caso de una cantidad de N_{ges} al mismo
tiempo relativamente baja, en el curso de esta última fase de
aireación antes de la decantación, se nitrifica una cantidad de
nitrógeno total mucho menor en comparación con los primeros
ciclos.
Al final de la fase de aireación del último ciclo
existirá por tanto una concentración de nitrógeno de nitrato que
estará esencialmente por debajo de la de los procedimientos SBR
convencionales.
Además, en este momento, es decir, inmediatamente
antes de la fase de sedimentación y decantación, existirán unas
propiedades de deposición del lodo especialmente favorables, ya que
en el marco de la última fase de llenado el lodo activado va
cargado con relativamente mucho lodo primario.
Puesto que la cantidad de aguas residuales con
que se alimenta a los reactores SBR en el marco del último ciclo es
relativamente pequeña, resultan también ventajas con respecto al
gasto energético para la aireación, ya que con ello se dan también
profundidades de insuflación casi energéticamente óptimas durante el
primer o los primeros ciclos internos.
Otra reducción del consumo energético para la
aireación se consigue por el hecho de que con la desnitrificación
prácticamente total se aprovecha para la respiración una porción de
oxígeno de nitrato correspondientemente mayor, con lo cual resulta
una reducción correspondiente de la porción de oxígeno necesaria de
la aireación.
Una tercera ventaja del equipamiento de aireación
resulta del hecho de que el volumen de desnitrificación necesario
(esencialmente equivalente a la fase de llenado y mezcla del último
ciclo interno), en comparación con los procedimientos
convencionales es menor por razones cinéticas (una concentración
más alta tanto de NO_{3} como también de DBO_{5} al comienzo de
la fase de desnitrificación). Puesto que el volumen de
desnitrificación es así proporcionalmente mayor, puede montarse
algo más pequeño el equipamiento de aireación necesario.
Se entiende que la sucesión debida de arranque y
detención de la circulación en el estanque intermedio produce una
hidrólisis/acidificación previa del agua bruta/lodo primario.
El grado de hidrólisis/acidificación previa
vendrá determinado de manera decisiva por la duración media de la
permanencia del lodo primario en el tanque intermedio; para
conseguir una amplia hidrólisis/acidificación previa debería
ajustarse preferentemente una duración de la permanencia de
aproximadamente tres días. Esto puede ajustarse según las
necesidades con los efectos deseados sobre el fraccionamiento antes
descrito de las aguas residuales con fines de una amplia
desnitrificación.
Resulta esclarecedor al respecto que el grado
necesario de fraccionamiento deberá determinarlo la proporción
DBO_{5}/N_{ges} en el agua bruta que circula por el tanque
intermedio: cuanto menor sea la proporción, tanto mayor será la
exigencia de un amplio fraccionamiento.
A este respecto, la invención parte además de la
constatación de que la efectividad de la eliminación biológica del
fósforo viene determinada de manera esencial de que durante la fase
anaerobia (aquí la fase de llenado y mezcla del primer ciclo
interno) haya aguas residuales previamente acidificadas con la
menor concentración posible de nitrato. Esta proporción se consigue
precisamente al aplicar el procedimiento según la invención.
La ventaja de realizar este procedimiento radica
en que a la fase predominantemente anaerobia (y no anóxica) de los
reactores SBR se lleva agua bruta ya previamente fermentada de modo
anaerobio, procedente del estanque intermedio. Con ello se dan las
condiciones de selección positiva para las bacterias
bio-P sin capacidad de fermentación, que en
condiciones anaerobias absorben y almacenan ácidos grasos de bajo
peso molecular (y que mayoritariamente no pueden fermentarse más)
con un redisolución de fosfato simultanea y condiciones de selección
negativa para las bacterias con capacidad de fermentación que a
menudo tienden a formar filamento y, con ello, lodo hinchado.
Con el procedimiento según la invención puede
conseguirse una tasa de eliminación biológica de fosfato mucho más
elevada que con los procedimientos convencionales. Como
consecuencia directa de ello resulta una menor necesidad de
precipitante (incluso eventualmente -dependiendo de la composición
del agua bruta- puede prescindirse por completo de él), una menor
cantidad de lodo excedente y en consecuencia una mayor edad del
lodo, que permite una reducción del volumen de reactores SBR
necesario.
Según una forma de realización preferida de la
invención, la circulación en el estanque intermedio se pone en
marcha poco antes del comienzo de la fase de llenado del último
ciclo interno. Esta forma de realización se utiliza preferentemente
cuando no hay prevista ninguna estabilización separada de los lodos
excedentes para que todo el lodo primario del tratamiento biológico
pueda conducirse hasta los reactores SBR.
Según otra forma de realización preferida de la
invención, el llenado del último ciclo interno se produce con lodo
primario en gran parte sedimentado (por ese motivo, la circulación
en el tanque intermedio se interrumpe algún tiempo antes del
comienzo de esta última fase de llenado). Con ello, se transportará
a los reactores SBR preferentemente sólo las cantidades de lodo
primario necesarias para una desnitrificación completa y
relativamente rápida (y eventualmente con algo del sobrante). El
resto del lodo primario precipitado (así como también el lodo
excedente procedente de los reactores SBR) es llevado
convenientemente a una estabilización anaerobia, por ejemplo a una
torre de fermentación. En especial con esta forma de realización del
procedimiento según la invención son posibles unos ahorros
considerables en los costes de construcción, ya que exclusivamente
la adición de lodo primario requerida para la necesaria
desnitrificación conduce a una minimización del aporte total de
carga (y con ello del volumen necesario) a los reactores SBR.
Esta forma de realización abre también la
posibilidad de tratar conjuntamente de manera muy eficaz el agua
turbia y de filtrado, procedente del tratamiento anaerobio de lodos
con una relación DBO_{5}/N_{ges} por lo general muy baja:
Según el nivel de la carga de N_{ges} del agua
turbia/de filtrado, ésta se conduce al reactor SBR durante la fase
de llenado del primer ciclo o de manera continua durante la fase de
aireación del primer ciclo (si la carga de N_{ges} del agua bruta
es también muy alta, deberá elegirse este modo de alimentación para
evitar una excesiva formación de nitritos). Así se garantiza que
toda la carga N_{ges} del agua turbia/de filtrado puede
nitrificarse totalmente y también desnitrificarse totalmente.
Según otra forma de realización preferida de la
invención, la aireación del último ciclo interno se realiza con
lodo primario en gran parte sedimentado (por ese motivo, la
circulación en el tanque intermedio se interrumpe algún tiempo
antes del comienzo de esta última fase de llenado). Sin embargo,
aunque distribuido de la manera más uniforme posible en el caso de
varios ciclos totales, todo el lodo primario sedimentado es llevado
a los reactores SBR, de tal manera que como lodo excedente
precipita exclusivamente el lodo secundario procedente de los
reactores SBR.
Objeto de la invención es también una instalación
de depuración de aguas residuales para la realización del
procedimiento explicado al principio, que va provista de una
entrada de agua bruta, una limpieza mecánica previa, una etapa de
prealmacenamiento/mezcla y compensación formada como mínimo por un
estanque intermedio y reactores SBR, estando unido el reactor o los
reactores intermedios con los reactores SBR y conduciendo la
entrada de agua bruta, a través de la etapa de limpieza mecánica,
al estanque o a los estanques intermedios, donde, dentro del marco
de los primeros ciclos internos, sólo se transportan aguas
residuales pretratadas procedentes del estanque intermedio a los
reactores SBR, y en el marco del último ciclo interno sólo se
transportan aguas residuales concentradas procedentes del estanque
intermedio a los reactores SBR, y eventualmente un dispositivo
medidor adecuado que determina la cantidad/clase de las aguas
residuales concentradas que son transportadas a los reactores
SBR.
A continuación se explicará extensamente la
invención basándose en los dibujos que representan dos ejemplos de
realización. Se muestra:
Fig. 1 El esquema de una instalación de
depuración de aguas residuales según la invención para realizar el
procedimiento según la invención, como corte en el plano de
situación,
Fig. 2 una representación esquemática según un
primer ejemplo de realización del desarrollo de un ciclo completo
según la invención,
Fig. 3 una representación esquemática según un
segundo ejemplo de realización del desarrollo de un ciclo completo
según la invención.
En la Fig. 1 se representa una instalación de
depuración de aguas residuales según la invención para realizar el
proceso según la invención para depurar aguas residuales. Se trata
de una instalación con un tanque intermedio y 2 reactores SBR. El
tipo y modo del pretratamiento mecánico y eventualmente del
tratamiento del lodo no es relevante, en lo que respecta a las
reivindicaciones de la patente, y por ese motivo tampoco se
representa aquí.
Se representa la entrada 1 de agua bruta hacia el
tanque intermedio, el tanque intermedio 2 con un agitador de
circulación 3, bombas de alimentación 4a y 4b así como una bomba 5
de recogida de lodo primario que se acciona de manera opcional.
Los reactores SBR 6 y 7 son alimentados con agua
bruta fraccionada a través de las conducciones de alimentación 8 y 9
procedentes del tanque intermedio. La aireación 10 y 11 puede
hacerse funcionar de manera intermitente. Los dispositivos de
circulación 12 y 13 de los reactores SBR están parados como mínimo
durante las fases de sedimentación y de decantación. Las bombas 14 y
15 de lodo excedente transportan el lodo excedente desde los
reactores SBR, preferentemente al final de la fase de
sedimentación. A través de los dispositivos 16 y 17 de extracción
de agua depurada se produce la extracción de agua depurada,
eventualmente en el depósito intermedio de agua depurada
(opcional).
En las Figs. 2 y 3 se representan a lo largo de
un eje de tiempo dos ejemplos de realización de ejemplos de
estrategias de ciclo total. En ambos casos la duración total del
ciclo para ambos reactores SBR es de 8 h con 2 ciclos internos
aunque, según la composición del agua bruta, la cantidad y el
objetivo de limpieza, puede ser más corta o más larga y comprender
varios ciclos internos. En el caso de estos ejemplos el
asincronismo es de 4 h, aunque puede seleccionarse libremente y en
esencia depende de la cantidad de aguas residuales, del número de
reactores SBR, del tipo y el modo de preparación de las aguas
residuales concentradas, así como de la duración de los ciclos
internos y el solapamiento temporal de los ciclos internos de los
reactores SBR.
El asincronismo debe orientarse, por ejemplo, a
que no se puedan transportar simultáneamente sobrante a un reactor y
aguas residuales concentradas al otro reactor al detener el
dispositivo de circulación en el tanque intermedio.
Según el ejemplo de realización 1, Fig. 2, la
preparación de la fracción concentrada de aguas residuales se
produce deteniendo el dispositivo de circulación 3 del tanque
intermedio 2 poco antes del proceso de llenado del último ciclo
interno. Las bombas 4a o 4b de alimentación transportan entonces a
un reactor SBR la fracción B de aguas residuales muy enriquecida con
lodo primario. Durante la aproximadamente 1 h siguiente se produce
entonces, en condiciones anóxicas C, la desnitrificación completa.
Al final de esta fase, en condiciones parcialmente anaerobias, puede
tener lugar una cierta redisolución del P, aunque un
control/regulación de este proceso es irrelevante para la
invención. Durante la fase de aireación que tiene lugar a
continuación y que dura aproximadamente 2 h, en condiciones óxicas
D se produce la respiración de la DBO restante así como la
absorción del fosfato disuelto restante y la nitrificación de la
porción de nitrógeno, relativamente pequeña.
Después de las fases de extracción del lodo de
sedimentación, decantación y excedente que vienen a continuación
comienza el primer ciclo interno (y al mismo tiempo nuevo ciclo
total) para que las bombas 4a o 4b de alimentación transporten a un
reactor SBR, desde el tanque intermedio 2, una fracción A sobrante
poco cargada.
Las bombas de alimentación pueden conectarse con
una pluralidad de conducciones a distintas alturas del tanque
intermedio 2 para transportar así, a elección, sobrante o
sedimento, según las conducciones que estén abiertas o cerradas con
una compuerta correspondiente.
Se ve en la Fig. 2 que apenas 1 h antes de la
extracción de esta fracción de sobrante se detuvo el dispositivo de
circulación del tanque intermedio. Esto ejerce un efecto muy
favorable sobre la eliminación biológica de P en cuanto que aunque
la fracción de sobrante presenta una concentración total de
DBO_{5} relativamente baja, la porción de DBO_{5} fácilmente
degradable es relativamente alta, ya que esta porción creció
durante la circulación en la fracción A de sobrante. Durante la
aproximadamente 1 h posterior, en condiciones E ideales
prácticamente anaerobias por completo, tiene lugar entonces la
redisolución del fosfato absorbido biológicamente durante las fases
aerobias. Durante la fase de aireación que tiene lugar a
continuación y que dura aproximadamente 2 h, en condiciones óxicas
D se produce la respiración de la DBO restante así como la
absorción biológica del fosfato aportado con el agua bruta, y del
liberado en la fase anaerobia previa, y la nitrificación completa de
la porción de nitrógeno, relativamente alta. Después de finalizada
la aireación se produce de nuevo un proceso de llenado con una
fracción B de aguas residuales muy enriquecida (véase
anteriormente).
Diferenciándose de este ejemplo de realización
también son posibles, según la invención, más de dos ciclos
internos; en el marco de la eliminación biológica de P mediante la
alimentación con sobrante, sin embargo, sólo tiene sentido un ciclo
interno, mientras que en el marco de la desnitrificación mediante la
alimentación con sedimentado pueden tener utilidad/sentido varios
ciclos internos sucesivos, en especial cuando sólo es posible un
fraccionamiento moderado y se requiere una desnitrificación muy
amplia.
Además, según la invención también es posible (y
según la composición de las aguas residuales también tiene el máximo
sentido) seleccionar ciclos internos de distinta duración o dejar
que se produzcan mediante el correspondiente control en línea.
Según el ejemplo de realización 2, Fig. 3, la
preparación de la fracción B concentrada de aguas residuales se
produce llenando a partir de la zona del fondo del estanque
intermedio, mientras que se detiene la circulación. Esta fracción
de aguas residuales consta así, en esencia, de lodo primario
sedimentado. Por ejemplo, la bomba 4a de alimentación transporta el
lodo primario a un reactor SBR.
Durante la aproximadamente 1 h siguiente se
produce entonces, en condiciones anóxicas C, la desnitrificación
completa. Durante la fase de aireación que tiene lugar a
continuación y que dura aproximadamente 1 h, en condiciones óxicas D
se produce la respiración de la DBO restante así como la absorción
del fosfato eventualmente redisuelto y la nitrificación de una
porción de nitrógeno relativamente pequeña. Después de las fases de
extracción del lodo de sedimentación, decantación y excedente que
vienen a continuación comienza el primer ciclo interno (y al mismo
tiempo nuevo ciclo total) para que la bomba 4b de alimentación
transporte a un reactor SBR una fracción A de sobrante, poco
cargada, procedente del tanque intermedio 2.
Se ve en la Fig. 3 que apenas 2 h antes de la
extracción de esta fracción de sobrante se detuvo el dispositivo de
circulación del tanque intermedio. Esto, de manera correspondiente
al ejemplo de realización 1, ejerce un efecto muy favorable sobre
la eliminación biológica de P en cuanto que aunque la fracción de
sobrante presenta una concentración total de DBO_{5} relativamente
baja, la porción de DBO_{5} fácilmente degradable es
relativamente alta, ya que esta porción fue lavada durante la
circulación en la fracción A de sobrante. Durante la
aproximadamente 1 h posterior, en condiciones E ideales
prácticamente anaerobias por completo, tiene lugar entonces la
redisolución del fosfato absorbido biológicamente durante las fases
aerobias. Durante la fase de aireación que tiene lugar a
continuación y que dura aproximadamente 3 h, en condiciones óxicas
D se produce la respiración de la DBO restante así como la
absorción biológica del fosfato aportado con el agua bruta, y del
liberado en la fase anaerobia previa, y la nitrificación completa
de la porción de nitrógeno relativamente alta. Después de
finalizada la aireación se produce de nuevo un proceso de llenado
con una fracción B de aguas residuales muy enriquecida (véase
anteriormente).
Además, en la Fig. 3 se ha añadido la columna de
recogida de lodo primario para indicar que en este ejemplo de
realización se produce preferentemente una estabilización separada
del lodo excedente. No obstante, esto también es posible según el
ejemplo de realización 1.
En un ejemplo concreto se comparará a
continuación el procedimiento según la invención conforme al ejemplo
de realización 1 con un procedimiento convencional.
Como ejemplo concreto se selecciona una
instalación SBR con 10.000 valores de población (= EW) (con dos
reactores SBR y un tanque intermedio) con estabilización aerobia
del lodo simultánea (edad del lodo 25 d) con las siguientes
cantidades de entrada y cargas:
Cantidad media de aguas residuales: 3.000
m^{3}/d = 188 m^{3}/h
Cantidad máxima de aguas residuales: 4.500
m^{3}/d = 313 m^{3}/h
| TS_{0}: | 700 kg/d en la punta: 290 mg/l |
| DBO_{5}: | 600 kg/d en la punta: 250 mg/l |
| N_{ges}: | 120 kg/d en la punta: 60 mg/l |
Conforme al procedimiento según la invención con
una duración total del ciclo de 8 h, dos ciclos internos de 3 h cada
uno y una proporción de intercambio de volumen total máxima del
35%, se obtiene para los dos procesos de llenado:
1er proceso de llenado con sobrante
aproximadamente 550 m^{3}.
| DBO_{5}: | aproximadamente 165 mg/l = 91 kg |
| TS_{0}: | aproximadamente 125 mg/l = 69 kg |
| N_{ges}: | aproximadamente 54 mg/l = 30 kg |
2º proceso de llenado con concentrado
aproximadamente 100 m^{3}.
| DBO_{5}: | aproximadamente 715 mg/l = 72 kg |
| TS_{0}: | aproximadamente 1.160 mg/l = 116 kg |
| N_{ges}: | aproximadamente 90 mg/l = 9 kg |
Teniendo en cuenta la tasa de intercambio de
volumen total del 35% así como aproximadamente 0,045 kg de nitrógeno
por kg de DBO_{5}, para la creación de biomasa se obtiene así al
final del ciclo una concentración de N de nitrato de
aproximadamente 3,0 mg/l.
Según el procedimiento convencional, se
selecciona una duración total del ciclo de 4 h con sólo un ciclo
interno (con respecto al resultado, idéntico a una duración total
del ciclo de 8 h y dos ciclos internos de igual duración) y con
ello una tasa de intercambio de volumen máxima del 18%. De nuevo,
teniendo en cuenta aproximadamente 0,045 kg de nitrógeno por kg de
DBO_{5}, para la creación de biomasa se obtiene así al final del
ciclo una concentración de N de nitrato de aproximadamente 8,6
mg/l.
Claims (8)
1. Procedimiento para la depuración discontinua
de aguas residuales con estrategias diferenciadas de ciclos
internos, caracterizado porque
- -
- el agua residual procedente de un tanque intermedio (2), que sirve para el fraccionamiento del agua bruta y está equipado con un dispositivo de circulación, es transportada al menos a un reactor SBR (6 ó 7) con al menos dos ciclos internos,
- -
- durante la fase de llenado del primer o de los primeros ciclos internos se transporta desde el tanque intermedio (2) al reactor SBR (6 ó 7) un agua residual previamente tratada que forma un sobrante poco cargado,
- -
- al menos durante la última fase de llenado del ciclo total se transporta desde el tanque intermedio (2) al reactor SBR (6 ó 7) una cantidad esencialmente menor de agua residual concentrada esencialmente como sedimento,
- -
- estando parada la circulación se extrae agua residual predepurada de la zona superior del estanque intermedio (2),
- -
- estado en marcha la circulación se toma del estanque intermedio (2) agua residual concentrada, arrastrándose un elevado contenido de sedimento, o se obtiene agua residual concentrada tomando agua residual de la zona del fondo del estanque intermedio (2), y con ello se transporta prácticamente de manera exclusiva sedimento (eventualmente junto con una cierta cantidad de sobrante), y
- -
- se calcula directa o indirectamente la cantidad de nitrato que hay que desnitrificar después del primero o del penúltimo ciclo y, basándose en ello, se calcula la cantidad/clase de agua residual concentrada para el último ciclo interno.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la fase de llenado y eventualmente
también la posterior de circulación pura del primer ciclo interno,
se utiliza principalmente para la eliminación biológica de P y se
produce, mediante el correspondiente dispositivo medidor, un
control/regulación de la necesaria duración de esta fase.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y
2, caracterizado porque aproximadamente 1 - 2 h antes del
proceso de llenado con sobrante, se pone en marcha brevemente la
circulación (3) en el estanque intermedio (2) para lavar los
componentes de DBO_{5} fácilmente degradables.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la fase de llenado y eventualmente
también la posterior de circulación pura del último o de los
últimos ciclos internos, se utiliza para la desnitrificación y se
produce, mediante el correspondiente dispositivo medidor, un
control/regulación de la necesaria duración de esta fase.
5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y
4, caracterizado porque todo el lodo primario precipitado en
el estanque intermedio (2) (eventualmente con un retraso temporal)
se transporta al reactor o a los reactores SBR para la simultánea
estabilización del lodo.
6. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y
4, caracterizado porque sólo la porción de lodo primario
necesaria para la desnitrificación se transporta con un retraso
temporal al reactor o a los reactores SBR, con lo cual se produce
una estabilización separada del lodo.
7. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque durante la fase de llenado y/o de
aireación del primer o de los primeros (por lo tanto no el último o
los últimos) ciclos internos se transporta al reactor o a los
reactores SBR agua turbia/filtrada.
8. Instalación de depuración de aguas residuales
para llevar a cabo un procedimiento con las características de las
reivindicaciones 1 a 7, con
- una entrada de agua bruta (1),
- una etapa intermedia (2) provista de un
dispositivo de circulación, que consta como mínimo de un estanque
intermedio provisto de bombas de alimentación,
- una etapa de reactor (6 y 7) con al menos un
reactor SBR,
pudiéndose conectar la bomba o las bombas de
alimentación (4a; 4b) a diferentes alturas del tanque intermedio
(2).
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| DE19640762A DE19640762C1 (de) | 1996-10-02 | 1996-10-02 | Verfahren zur diskontinuierlichen Abwasserreinigung und Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens |
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