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.

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ES2198521T3 ES97113803T ES97113803T ES2198521T3 ES 2198521 T3 ES2198521 T3 ES 2198521T3 ES 97113803 T ES97113803 T ES 97113803T ES 97113803 T ES97113803 T ES 97113803T ES 2198521 T3 ES2198521 T3 ES 2198521T3
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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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