ES2246741B1 - Procedimiento para la depuracion de aguas residuales. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la depuración de aguas residuales.

Procedimiento biológico para el tratamiento de aguas residuales que presentan al menos un contaminante que contiene nitrógeno, incluyendo dicho procedimiento al menos una fase de almacenamiento del líquido a tratar y la adición de al menos un activador de la actividad bacteriana a las aguas residuales en tratamiento comprendiendo dicho activador o activadores una fuente de carbono orgánico, caracterizado porque dicho activador o activadores contienen, al menos, un nitrato.

Description

Procedimiento para la depuración de aguas residuales.

La presente invención hace referencia a un procedimiento para la depuración de aguas residuales.

El tratamiento de las aguas residuales, en especial de aquellas que contienen un elemento contaminante que contiene nitrógeno, por ejemplo, purines, es un problema medioambiental de primer orden debido a que su vertido contamina las aguas, llegándolas a hacer inservibles para usos humanos y/o agrícolas.

Son conocidos los denominados procedimientos biológicos de tratamiento de dichas aguas residuales, que comprenden la generación de una biomasa en el agua residual que trata dicha polución nitrogenada.

Un primer procedimiento de tratamiento biológico conocido consiste en dejar reposar los purines en una balsa de recepción, a la espera de que la población bacteriana generada haga disminuir la polución, que en el caso del purín procedente de animales estabulados es fundamentalmente en forma de sustancias contaminantes que contienen nitrógeno y fósforo. Sin embargo, este método no es efectivo, puesto que los purines tienen una tendencia natural a "desactivarse", es decir, la población bacteriana no aumente en él. Como consecuencia, la balsa de recepción actúa, simplemente, como un decantador que separa, sólo parcialmente, las fases sólida y líquida del purín. La fase líquida permanece de todos modos en un estado altamente contaminado, contiene partículas sólidas en suspensión, no puede ser utilizada para riego, y no es apta para ser vertida.

Para conseguir una activación de la masa bacteriana que consiga una disminución significativa de la contaminación, son conocidos procedimientos que combinan una fase aeróbica con aporte de oxígeno y otra fase anaeróbica posterior. Entre los objetivos de la fase aeróbica se encuentran los de oxidar el amoniaco presente en el purín y el de provocar una creación de una población microbiana estable que posteriormente desnitrificará el agua residual. El objetivo de la fase anaeróbica consiste en obtener una desnitrificación del purín debido a una reducción de los compuestos que contienen nitrógeno, por ejemplo nitratos, llevada a cabo por bacterias. De cara a favorecer el mantenimiento de la activación de la población microbiana, el purín obtenido es decantado, y el lodo obtenido, rico en población microbiana, es recirculado. También, para favorecer la activación de la masa microbiana, es conocida la adición al purín de un activador químico, destinado a permanecer en los tanques de reacción, que contiene una fuente de carbono orgánico.

Un problema que encuentran los procedimientos anteriormente descritos consiste en que no han conseguido obtener una recuperación aceptable del nitrógeno contaminante. En el caso del procedimiento con fases aeróbica y anaeróbica, éste requiere un consumo considerable de energía, principalmente para la realización de la oxigenación del agua residual o purín. Como consecuencia, los rendimientos de recuperación de nitrógeno, en instalación de tratamiento de purines, no son superiores al 85%, y ello con un consumo energético elevado, del orden de 40 kW/m^{3} de purín tratado.

De acuerdo con los estudios y pruebas realizados por el inventor, estos bajos rendimientos son debidos a que los procesos no consiguen obtener una población microbiana suficiente para efectuar una completa desnitrificación.

Es un objetivo de la presente invención solucionar los problemas anteriormente expuestos, dando a conocer medios que permiten el aumento de la población microbiana en las aguas en tratamiento y con ello un aumento del rendimiento de desnitrificación de dichos procedimientos.

El presente inventor ha conseguido determinar una composición para el activador químico que hace que, en combinación con determinadas fases de procedimiento destinadas a potenciar la actividad del activador, dependiendo del tipo de tratamiento biológico utilizado, puedan conseguirse rendimientos de desnitrificación del orden del 90% y de hasta un 98%, para los procedimientos biológicos más complejos de almacenamiento en balsa, doble fase aeróbica-anaeróbica y recirculación de lodos.

De acuerdo con la presente invención, los resultados de desnitrificación aumentan en los procedimientos antes indicados, de manera totalmente sorprendente, si se añaden nitratos como activador en el volumen de purín en tratamiento, siendo añadido dicho activador, preferentemente en los reactores en los que se llevan a cabo las fases anteriores a la fase de digestión anaeróbica, por ejemplo en una primera fase de recepción y almacenamiento de aguas residuales, o bien durante la fase de reacción aeróbica, en el depósito de reacción aeróbica destinado a tal fin. El nitrato podrá ser aportado en cualquier forma, tal como nitrato sódico, potásico, cálcico, en forma de policarbonato o cualquier otro.

Si bien la invención no queda limitada por ninguna teoría que pueda explicar este sorprendente resultado, el inventor comprende que se debe a que los nitratos sirven como "abono" para la proliferación de microorganismos vegetales durante la fase aeróbica. Estos microorganismos sirven de alimento a otros microorganismos que consumen oxígeno durante su proceso de alimentación. Este fenómeno se denomina "eutroficación" y ha sido descrito, en un ámbito diferente, con relación a los procesos de contaminación de los detergentes en los ecosistemas. En definitiva, la presencia de nitratos en el tanque de reacción hace posible una mayor multiplicación de bacterias en la fase aeróbica. Debido a esta "eutroficación" realizada preferentemente con aporte de oxígeno, el líquido pasa a la fase anaeróbica con una mayor población microbiana y una menor cantidad de oxígeno disuelto, y se obtiene de esta manera una más completa desnitrificación por reducción de los compuestos que contienen nitrógeno en la digestión anaeróbica
posterior.

Los nitratos pueden ser añadidos de manera separada a otra sustancia o sustancias activadoras, o bien en forma de una sustancia activadora única, que contenga asimismo una fuente de carbono orgánico. Dicha fuente de carbono orgánico tiene como fin aportar nutrientes que favorezcan el crecimiento de la flora bacteriana. Preferentemente, se tratará de un glúcido, por ejemplo, glucosa o sacarosa.

El inventor también ha determinado que, en un caso general, el rendimiento de desnitrificación y desfosfatación puede ser mejorado si al activador antes citado se le añade urea. Este resultado es sorprendente, puesto que las aguas residuales, en particular los purines, suelen contener orines. Sin embargo, la urea, debido a sus propiedades coaligantes, mejora las condiciones de reacción, y con ello el resultado final.

El activador también comprenderá preferentemente una sal metálica con objeto de mejorar la desfosfatación final del agua residual a tratar. De nuevo, de manera sorprendente, el inventor ha determinado que la adición de cloruro de potasa, no sólo disminuye el nivel de fosfatos en el producto finalmente obtenido, sino que, además, consigue una fuerte disminución de la conductividad del líquido obtenido, es decir, un nivel de sales menor, lo que permite, por ejemplo, su uso para riego.

La eficiencia del procedimiento según la presente invención también queda mejorada, en un caso general, si se añaden fosfatos como activador. De nuevo este resultado resulta sorprendente, puesto que el fósforo es uno de los elementos contaminantes a eliminar en el agua residual. De acuerdo con los estudios y pruebas del inventor, es necesaria la presencia de fosfatos en el agua residual en tratamiento como aporte energético a la población microbiana. De hecho, resulta conocida la acción conjunta de fosfatos y nitratos en los procesos de eutroficación comentados anteriormente. Por su parte, la acción de los fosfatos queda sinérgicamente mejorada en presencia de sulfatos y/o carbonato cálcico. Éste último presenta la ventaja adicional de colaborar en la decantación del fosfato durante la fase anaeróbica.

Las sustancias citadas pueden ser añadidas en cualquier tipo de los procedimientos anteriormente citados, es decir, pueden ser añadidos ventajosamente, por ejemplo, en un procedimiento que comprenda una única fase de almacenamiento y eventual reacción biológica con una fase posterior de separación de fases líquidas y sólidas, o en un proceso aeróbico-anaeróbico, que comprende, además, una fase de homogeneización del líquido obtenido por el procedimiento anterior, una fase posterior de reacción aeróbica con inyección de oxígeno, y una fase de digestión (desnitrificación) anaeróbica y posterior decantación. En el caso del procedimiento que comprende una única fase de almacenamiento, es decir, en el que todas las reacciones se producen en un mismo volumen, la proliferación de microorganismos en una primera fase aeróbica provoca el consumo del oxígeno presente en el líquido en tratamiento y la generación de una fase anaeróbica posterior, sin necesidad de utilizar instalaciones complejas.

De acuerdo con los estudios realizados por el inventor, cuando el procedimiento de tratamiento biológico incluye una fase aeróbica y una fase anaeróbica, se produce un desplazamiento del activador hacia las fases más posteriores (anaeróbicas) del tratamiento y con ello una pérdida del efecto de activación. Por ello, resulta ventajoso para los objetivos de la presente invención el realizar una recirculación del agua residual en tratamiento en la fase aeróbica, preferentemente hacia la fase de homogeneización previa.

Igualmente, la recirculación de fangos desde el decantador con objetivo de aportar microorganismos al agua a tratar aumenta la población microbiana. Sin embargo, esta recirculación supone una alteración de los elementos incluidos a través del activador o activadores del procedimiento. De acuerdo con los estudios realizados por el inventor este efecto queda mitigado, y se consigue, por tanto, un aumento adicional del rendimiento de desnitrificación, si una parte de los fangos recirculados es desviada a otra fase de separación de fases sólida y líquida y el líquido obtenido reenviado a la fase de homogeneización. De esta manera se consigue reaportar a la fase aeróbica nutrientes del activador que no han sido consumidos durante el tratamiento. Preferentemente, y con un fin similar, se realizará una recirculación de agua residual de la fase de reacción aeróbica a la fase de homogeneización, lo que provoca un aumento significativo de la efectividad del tratamiento.

Como activador también podrán utilizarse otras sustancias en combinación, como por ejemplo, ajustadores del pH, tal como un ácido de origen orgánico.

Las cantidades de nitrato a añadir variarán ampliamente en función de la composición del agua residual o purín a tratar. En el caso de purines de cerdo, preferentemente se añadirán entre 2 y 150 gramos de nitrato por metro cúbico de volumen de agua residual en tratamiento, entre 3 y 150 g/m^{3} de fuente de carbono orgánico, entre 15 y 250 g/m^{3} de urea, entre 2 y 150 g/m^{3} de sales metálicas, entre 20 y 400 g/m^{3} de fosfatos y entre 20 y 400 g/m^{3} de sulfatos y/o carbonato cálcico. Más preferente, el activador contendrá entre 4 y 50 g/m^{3} de nitratos, entre 5 y 50 g/m^{3} de fuentes de carbono orgánico, entre 26 y 170 g/m^{3} de urea, entre 3 y 30 g/m^{3} de sales metálicas, entre 30 y 320 g/m^{3} de fosfatos y entre 30 y 300 g/m^{3} de sulfatos y/o carbonato cálcico.

Todas las citadas dosificaciones se refieren al volumen de tratamiento almacenado durante el proceso de tratamiento de las aguas residuales en la instalación en la que se efectúa el tratamiento. Es decir, la reacción en fase aeróbica se producirá en presencia de las sustancias activadores, siendo repuesto el activador consumido mediante aportaciones en continuo o periódica.

Para una mejor compresión de la invención, se adjunta a título de ejemplo explicativo pero no limitativo, unos dibujos de unos ejemplos de realización de la presente invención.

La figura 1 muestra una instalación de tratamiento de aguas residuales para la realización de un procedimiento biológico según la presente invención, que comprende una fase de almacenamiento y reacción y una fase de separación de fases sólida y líquida del agua residual tratada.

La figura 2 muestra otra instalación de tratamiento de purines para la realización de un procedimiento biológico según la presente invención, que comprende una fase de reacción aeróbica y otra fase de digestión anaeróbica, con una fase de recirculación del agua residual en la fase de reacción aeróbica.

La figura 3 muestra otra instalación preferente de tratamiento de aguas residuales para la realización de un procedimiento biológico según la presente invención, que comprende fases de reacción aeróbica y digestión anaeróbica, con una fase de recirculación del agua residual tratada en la fase aeróbica.

La figura 1 muestra un ejemplo extremadamente sencillo de instalación de tratamiento de purines para la realización del procedimiento según la presente invención, que comprende una balsa de recepción de purines (1), un separador sólido/líquido (2) del purín tratado y una balsa de recepción (3) del líquido tratado obtenido.

En una instalación de laboratorio se simuló una balsa de recepción de purines (1) mediante un recipiente transparente de 1 m^{3} de capacidad, que fue rellenado con purín de cerdo. A dicho recipiente se añadió un activador que contenía sacarosa, nitrato sódico, urea, fosfatos, carbonato cálcico y cloruro de potasa. Se observó cómo la fase líquida del purín fue rápida y progresivamente aclarando su color.

La figura 2 muestra un ejemplo de instalación de tratamiento de purines para la realización del procedimiento según la presente invención con inclusión de una fase de reacción aeróbica y una fase de reacción anaeróbica. La instalación comprende una balsa de recepción de purines (1), un separador sólidos/líquido (2), un depósito homogeneizador del líquido separado (4) dotado de unos medios de agitación (5), tales como, por ejemplo, unas palas de agitación automática, un depósito reactor biológico (6), dotado de medios de aireación (7) tal como, por ejemplo, inyectores de aire (7), un depósito de digestión anaerobia (8), opcionalmente dotado de medios de agitación (9). Tanto el homogeneizador (4) como el reactor biológico (6) y el digestor anaeróbico se encuentran comunicados entre sí. Además, se ha dispuesto una recirculación (10) de una parte del agua residual o purín tratado entre el reactor biológico (6) y el homogeneizador (4), con objeto de favorecer la acción del activador. Tras el digestor (8) se encuentra un decantador (12). Entre el decantador (12) y el homogeneizador (4) se encuentra una recirculación de fangos (11) del decantador. El líquido obtenido en el decantador es llevado a una balsa (3).

Se realizaron pruebas en una instalación como la de la figura con purines, eliminando la recirculación (10) entre el reactor biológico, y el homogeneizador. Antes del proceso, se añadió un activador en las zonas de tratamiento aeróbico a base de glúcidos. Durante las pruebas se obtuvieron rendimientos de eliminación de nitrógeno en la fase líquida inferiores 70%.

Tras limpiar la instalación, se activó la recirculación (10) y se añadieron nitratos y glúcidos como activador en la balsa de recepción (1), homogeneizador (4) y reactor biológico (6) y, iniciándose posteriormente el inicio del tratamiento. obteniéndose en estas pruebas rendimientos de desnitrificador de superiores al 85%.

En la figura 3 se representa esquemáticamente una instalación de tratamiento de fangos que utiliza un procedimiento biológico destinada a maximizar el rendimiento obtenido gracias al activador. En la instalación de la figura 3 se hace referencia con los mismos numerales que en las figuras 1 y 2 a elementos que son similares a los representados en ésta. En la instalación de la figura, parte de los fangos extraídos del decantador (12) para la recirculación (11) son llevados a un espesador (13). La parte más ligera obtenida en el espesador es recirculada hacia el homogeneizador (4) a través de una recirculación (14), mientras que la parte más pesada obtenida del espesador (13) es llevada a otro separador (15) sólido/líquido. Asimismo, el líquido obtenido en el separador (15) es recirculado (16) hacia el homogeneizador (4).

En una instalación como la de la figura 3, con un volumen de purines en tratamiento de 250 metros cúbicos (suma de volúmenes de la balsa de recepción (1), homogeneizador (4) y reactor biológico (6)), se trataron purines de cerdo estabulado y se trataron con diversas composiciones del activador según la presente invención, conteniendo el activador sacarosa, nitratos, cloruro de potasa, fosfatos sulfatos, carbonato cálcico en las cantidades determinadas como preferentes por la presente invención. Durante la prueba se tomaron medidas de rendimiento de desnitrificación, desfosfatación y conductividad eléctrica sobre el efluente de la instalación, ajustándose la cantidad de activador introducida en la instalación. Los rendimientos de eliminación de nitrógeno en el líquido efluente del tratamiento fueron superiores al 95%, obteniéndose valores del 98% en algunos casos, lo que supone una práctica eliminación de la contaminación por nitrógeno. Además, se obtuvieron conductividades del efluente del orden de hasta 4.000 micro mhos/cm. Esto supone un avance muy importante con respecto a los procedimientos conocidos, por cuanto la conductividad de las aguas residuales tratadas mediante los procedimientos biológicos de tipo conocido suelen tener valores superiores a 10.000 micro mhos/cm, e incluso del orden de los 22.000 micro mhos/cm en el caso de los purines de cerdo estabulado. La recuperación de fósforo obtenida por la instalación fue de hasta el 99%. Asimismo, se realizó una medida de la población bacteriana en el reactor durante la reacción, obteniéndose valores del orden de los 1.500 millones de bacterias por centímetro cúbico, lo que supone una población cuatro veces superior a la obtenida mediante los procedimientos conocidos (del orden de 400 millones de bacterias por centímetro cúbico). Estos resultados fueron posibles mediante una menor cantidad de aire inyectada en el reactor aeróbico, lo que permitió disminuir el consumo energético por unidad de volumen de purín tratada, con el consiguiente ahorro económico.

En general, todo lo que no afecte, altere, cambie o modifique la esencia del procedimiento descrito, quedará comprendido dentro de la presente invención.

Claims (26)

1. Procedimiento biológico para el tratamiento de aguas residuales que presentan al menos un contaminante que contiene nitrógeno, incluyendo dicho procedimiento al menos una fase de almacenamiento del líquido a tratar y la adición de al menos un activador de la actividad bacteriana a las aguas residuales en tratamiento, comprendiendo dicho activador o activadores una fuente de carbono orgánico, caracterizado porque dicho activador o activadores contienen, al menos, un nitrato.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende dicho activador o activadores comprende, además, una sal metálica.

3. Procedimiento, según la reivindicación 2, caracterizado porque dicha sal metálica es cloruro de potasa.

4. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicho activador o activadores comprenden urea.

5. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicho activador o activadores comprenden fosfatos.

6. Procedimiento, según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho activador o activadores comprenden sulfatos y/o carbonato cálcico.

7. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la fuente de carbono orgánico es un glúcido.

8. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por la adición de entre 2 y 150 gramos de nitratos por metro cúbico de volumen de agua residual en tratamiento.

9. Procedimiento, según la reivindicación 8, caracterizado por la adición de entre 4 y 50 gramos de nitratos por volumen de agua residual en trata-
miento.

10. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por la adición de entre 3 y 150 gramos de fuente de carbono orgánico por metro cúbico de volumen de agua residual en tratamiento.

11. Procedimiento, según la reivindicación 10, caracterizado por la adición de entre 5 y 50 gramos de fuente de carbono orgánico por metro cúbico de volumen de agua residual en tratamiento.

12. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por la adición de entre 15 y 250 gramos de urea por metro cúbico de volumen de agua residual en tratamiento.

13. Procedimiento, según la reivindicación 12, caracterizado por la adición de entre 26 y 170 gramos de urea por metro cúbico de volumen de agua residual en tratamiento.

14. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por la adición de entre 20 y 400 gramos de fosfatos por metro cúbico de volumen de agua residual en tratamiento.

15. Procedimiento, según la reivindicación 14, caracterizado por la adición de entre 30 y 320 gramos de fosfatos por metro cúbico de volumen de agua residual en tratamiento.

16. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por la adición de entre 30 y 300 gramos de sulfatos y/o carbonato cálcico por metro cúbico de volumen de agua residual en tratamiento.

17. Procedimiento, según la reivindicación 16, caracterizado por la adición de entre 30 y 300 gramos de fosfatos por metro cúbico de volumen de agua residual en tratamiento en la instalación en la que se lleva a cabo el procedimiento.

18. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado por comprender una fase de adición de un ajustador del pH.

19. Procedimiento, según la reivindicación 18, caracterizado porque el ajustador de pH es un ácido de origen orgánico.

20. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque comprende una primera fase de almacenamiento de las aguas a tratar, una fase posterior de separación sólido líquido, una fase de homogeneización del líquido obtenido en la fase anterior, una fase de tratamiento aeróbico con adición de oxígeno, una fase de digestión anaeróbica y una fase posterior de decantación, existiendo una recirculación de lodos entre el decantador y la fase de homogeneización.

21. Procedimiento, según la reivindicación 20, caracterizado porque la adición del activador se realiza en la primera fase de almacenamiento.

22. Procedimiento, según la reivindicación 20 ó 21, caracterizado porque la adición del activador se realiza en la fase de homogeneización.

23. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 22, caracterizado porque la adición del activador se realiza en la fase de tratamiento aeróbico.

24. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 23, caracterizado porque comprende, además, una recirculación del líquido en tratamiento desde la fase de tratamiento aeróbico y la fase de homogeneización.

25. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 24, caracterizado porque una parte de los lodos recirculados entre el decantador y la fase de homogeneización son desviados hacia un espesador, siendo la parte más ligera obtenida del espesador derivada a la fase de homogeneización, y la fase más pesada a un separador líquido-sólido, siendo el líquido obtenido en este última fase de separación enviado a la fase de homogeneización.

26. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25, caracterizado porque comprende una fase de reposición de las sustancias activadoras consumidas durante el tratamiento de las aguas residuales.