ES2286435T3 - Metodo de tratamiento de fango procedente de instalaciones de abastecimiento de agua y plantas de tratamiento de aguas residulaes. - Google Patents

Abstract

Un método para el tratamiento de fango (C1) procedente de una instalación de abastecimiento de agua o una planta de tratamiento de aguas residuales (W/WTP), que comprende coagulantes químicos inorgánicos precipitados y substancias orgánicas precipitadas, comprendiendo dicho método añadir un ácido (F) a dicho fango (C1) de tal modo que se reciba una primera mezcla (G) de fango, con bajo pH, que incluye dichos coagulantes químicos inorgánicos en solución y dichas substancias orgánicas, que comprende bombear dicha mezcla (G) de fango a un depósito (T7) de presión; y alimentar la segunda mezcla (H) de fango obtenida a al menos un procedimiento (F1) de filtración con membrana, de modo que se obtengan un primer concentrado (I) y un primer permeado (J), que comprende dichos coagulantes químicos.

Description

Método de tratamiento de fango procedente de instalaciones de abastecimiento de agua y plantas de tratamiento de aguas residuales.

Área de la invención

La invención se refiere al tratamiento de fango de instalaciones de abastecimiento de agua y plantas de tratamiento de aguas residuales. Más específicamente, la invención se refiere a un método y a una planta para el tratamiento de fango en relación con instalaciones de abastecimiento de agua y plantas de tratamiento de aguas residuales para la purificación de agua, por el que por una parte se recuperan coagulantes químicos del fango y este se trata adicionalmente posteriormente y se utiliza, y por otra se produce una hidrólisis simultánea.

Antecedentes de la invención

Cuando se obtiene agua pura y agua superficial, en la mayoría de los casos han de separarse substancias suspendidas y material orgánico. El material orgánico, que no es fácil de separar, llamado substancias húmicas, son substancias de color pardo, que se generan durante la degradación incompleta de plantas muertas. Están presentes naturalmente en cantidades variables en lagos y cursos de agua. En varios casos no puede obtenerse agua suficientemente pura sin la adición de coagulantes químicos, cuando tales substancias húmicas están presentes en el agua, para ser purificadas en instalaciones de abastecimiento de agua.

Una separación de substancias suspendidas disminuye la turbidez del agua y una separación de substancias orgánicas también mejora el sabor del agua. Durante el tratamiento de aguas residuales existe una necesidad de separar substancias suspendidas de impurezas orgánicas. Adicionalmente, existe una necesidad de separar fósforo.

Para poder llevar a cabo esta separación, es común añadir coagulantes químicos inorgánicos, tales como sales metálicas trivalentes de hierro y aluminio. Los iones metálicos forman de ese modo, bajo agitación lenta, flóculos hidroxilados, que envuelven y adsorben la materia suspendida y las substancias orgánicas disueltas en el agua. Adicionalmente, el fósforo disuelto en agua, junto con hierro o aluminio, forma un compuesto poco soluble, que puede separarse.

Después de terminada la floculación, el flóculo formado se separa de diferentes modos, tales como a través de flotación/filtración con arena, sedimentación/filtración con arena o solamente filtración con arena, con lo que se forma fango. En instalaciones de abastecimiento de agua, es común que el fango separado se bombee directamente desde la planta de nuevo al recipiente, a la balsa para fango, como un fango diluido. Alternativamente, el fango se deshidrata, por ejemplo en una centrífuga, para ser depositado posteriormente. En plantas de tratamiento de aguas residuales, el fango, por ejemplo, se deshidrata en una centrífuga o el fango se trata en un digestor. En los países más cálidos, el fango puede ponerse sobre un lecho de secado para depositarse posteriormente.

El fango procedente de plantas de tratamiento de aguas residuales a veces se usa como un agente de mejora del suelo, pero este método a menudo es criticado ya que el fango contiene frecuentemente substancias no deseadas, tales como metales pesados.

La retroalimentación del fango desde instalaciones de abastecimiento de aguas al recipiente o al almacenamiento de fango en la balsa para fango puede tener un efecto negativo sobre el medio ambiente. Adicionalmente, el transporte y el almacenamiento de fango durante la deposición son costosos y tienen tal efecto negativo sobre el medio ambiente. Esto ha sido observado por organizaciones medioambientales así como por las autoridades, y ya están presentes actualmente prohibiciones locales. Adicionalmente, varios países están demandando el reciclado, si esto es posible, y pueden esperarse así prohibiciones generales futuras. No se ha proporcionado hoy en día ninguna solución eficaz para este problema.

En el artículo de E. Ernest Lindsey y otros: "Recovery and reuse of alum from water filtration plant sludge by ultrafiltration" Water 1975 (AIChe symposium, serie 151) Nueva York 1975, se describe un procedimiento en el que el fango se acidifica, las substancias suspendidas restantes se dejan sedimentar, después de lo cual el agua clarificada se trata en una planta de ultrafiltración. Este método tiene desventajas claras. En 1975, cuando se publicó este artículo, no estaban disponibles membranas y sistemas de membrana que pudieran manejar soluciones sin siquiera una cantidad muy baja de substancias suspendidas, sin crear rápidamente una obturación irreversible de la membrana. En un fango acidificado existen substancias orgánicas e inorgánicas suspendidas, por una parte como partículas con una densidad igual o inferior que el agua, por otra parte como coloides, que no pueden separarse sedimentando. Incluso si el fango acidificado pasa a través de un procedimiento para la separación de fango mediante sedimentación, el restante contenido de substancias suspendidas reduciría fuertemente el período de vida para los tipos de membrana disponibles en 1975, lo que implica que el procedimiento era antieconómico. Hoy en día, por ejemplo, existen membranas de ultrafiltración cerámicas, que solucionan la tarea para filtrar también soluciones con un contenido muy alto de substancias suspendidas. Esto implica que la filtración con membranas actual puede usarse en toda la cantidad de fango acidificada, incluso en el caso en el que el fango se origine de plantas de tratamiento de aguas residuales, donde la cantidad de substancias suspendidas es considerablemente superior que en fango de instalaciones de abastecimiento de aguas. La cantidad de fango formado durante la sedimentación de fango acidificado obtiene una cantidad muy baja de substancias suspendidas y constituirá una gran parte de la cantidad de fango acidificado total. En el fango, que de acuerdo con el artículo tiene que separarse del agua clarificada, se encuentran iones aluminio simultáneamente disueltos, que de ese modo no pueden recuperarse. Por otra parte, se usan productos químicos para neutralizar el ácido residual y los iones aluminio están presentes en el fango. Si se desea llevar a cabo simultáneamente una hidrólisis, una gran parte de la materia inorgánica se encuentra además como substancias disueltas y suspendidas en el fango.

US 5.304.309 describe un método para el reciclado selectivo de coagulantes químicos inorgánicos en fango de instalaciones de abastecimiento de aguas, por el que se añade en primer lugar ácido al fango en un primer depósito, una membrana que encierra intercambiador iónico se sumerge en el fango ácido para adsorber iones metálicos y la membrana se transfiere al segundo depósito para desorber iones metálicos. Tal método es complicado y tiene muy poca eficacia para tratar grandes cantidades de fango diluido.

Descripción de la invención

Un primer objetivo de la invención es proporcionar un método para el tratamiento de fango de instalaciones de abastecimiento de agua o plantas de tratamiento de aguas residuales para recibir un fango residual mucho más purificado en una cantidad menor que los métodos existentes, por lo que su efecto adverso sobre el medio ambiente se reduce o elimina.

Un segundo objetivo de la invención es proporcionar un método en el que los coagulantes químicos procedentes de instalaciones de abastecimiento de agua y plantas de tratamiento de aguas residuales puedan reciclarse y reutilizarse, de ese modo se reduce considerablemente la necesidad de coagulantes químicos.

Un tercer objetivo de la invención es proporcionar un método en el que se reduzca la necesidad de agentes coagulantes.

Un cuarto objetivo de la invención es proporcionar un método para incrementar el contenido de materia seca y disminuir la cantidad total de materia seca en el fango de modo que tenga que transportarse y depositarse menos material.

Un quinto objetivo de la invención es proporcionar un método para producir un fango que pueda usarse como un agente de mejora del suelo.

Un sexto objetivo de la invención es proporcionar un método que utilice simultáneamente una presurización y una acidificación del fango, que es necesario para que el procedimiento con membranas recupere iones aluminio y hierro, en la hidrólisis del fango.

Un séptimo objetivo de la invención es, mediante la combinación con hidrólisis, recibir un fango que pueda degradarse biológicamente más fácilmente mediante el tratamiento en un digestor, lo que da de ese modo un mayor rendimiento de gas metano (biogas).

Un octavo objetivo de la invención es disminuir el consumo de energía total mediante la combinación de filtración con membrana e hidrólisis, en comparación con cuando se efectúan separadamente los procedimientos de filtración con membrana e hidrólisis.

Un noveno objetivo de la invención es conseguir, por ejemplo mediante una viscosidad disminuida, un caudal incrementado en la construcción de microfiltración/ultrafiltración, lo que disminuye los costes de inversión, a partir del calentamiento del fango.

Un décimo objetivo de la invención es conseguir bien una contribución del calor a un procedimiento subsiguiente de digestión o bien un incremento adicional en el contenido seco por medio del cual el agua se evapora del concentrado calentado o el precalentamiento del fango acidificado, pero de otro modo no tratado, procedente del concentrado calentado en la construcción de microfiltración/ultrafiltración.

Un undécimo objetivo de la invención es llevar a cabo la mejor hidrólisis posible manteniendo el concentrado de microfiltración/ultrafiltración, que contiene las substancias orgánicas separadas, a una presión y una temperatura elevadas tanto tiempo como sea posible.

Un duodécimo objetivo de la invención es efectuar tan poca retención de iones aluminio y hierro como sea posible y tan alta retención de contaminantes como sea posible.

Un decimotercer objetivo de la invención es utilizar el ácido, que se añade para acidificar el fango, por una parte para disolver hidróxido de aluminio y hierro y por otra parte para hidrolizar el fango.

Un decimocuarto objetivo de la invención es utilizar el calor, obtenido por las bombas para la elevación de la presión y para la recirculación, para calentar el fango acidificado, lo que disminuye los costes de energía.

Un decimoquinto objetivo de la invención es cambiar la deshidratación convencional del fango, en una centrífuga o similares, por el método sugerido.

Un decimosexto objetivo de la invención es utilizar la sobrepresión para calentar el fango hasta temperaturas por encima de 100ºC, lo que contribuye a una hidrólisis más rápida.

Un decimoséptimo objetivo de la invención es obtener un fango higiénico a partir de calentamiento.

Un decimoctavo objetivo de la invención es alcanzar la disolución completa y rápida de hidróxido metálico, especialmente hidróxido de hierro, sometiéndolo a alta temperatura.

Un decimonoveno objetivo de la invención es percolar las cantidades restantes de hierro, aluminio y otros metales disueltos, que pueden estar presentes en pequeñas cantidades, del concentrado añadiendo agua pura, en lugar de fango acidificado, al depósito de presión, cuando se ha obtenido la concentración apropiada en el depósito de presión, para recuperar adicionalmente coagulantes químicos del procedimiento.

Para alcanzar estos objetivos el método de acuerdo con la invención tiene los rasgos característicos de acuerdo con la reivindicación 1. Para poder conseguir el método de acuerdo con la invención, se da una construcción en la reivindicación 21 para el tratamiento de fango en relación con instalaciones de abastecimiento de agua o plantas de tratamiento de aguas residuales para purificar agua.

Breve descripción de los dibujos

Objetivos, rasgos y ventajas adicionales de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de modalidades de la invención con referencia a los dibujos, en los que:

la Fig 1 es un diagrama de flujo de una modalidad de una construcción para el tratamiento de fango procedente de instalaciones de abastecimiento de agua o plantas de tratamiento de aguas residuales.

El agua A entrante se suministra a la instalación de abastecimiento de agua o la planta de tratamiento de aguas residuales W/WTP. El agua de la pila 1 de floculación se deja bajo agitación para reaccionar con una solución B simultáneamente entrante de coagulantes químicos inorgánicos. Habitualmente, los coagulantes químicos son iones aluminio o hierro, que floculan substancias suspendidas en el agua y substancias orgánicas, y para plantas de tratamiento de aguas residuales también fósforo. Posteriormente, los flóculos formados se separan en una pila 2 de sedimentación, donde se forma un fango diluido sobre la base de la pila.

El fango de la base sedimentado se rasca o se transporta de otro modo a la tolva 3 para fango. El fango C diluido recibido, en relación con las instalaciones de abastecimiento de agua, bien se bombea de nuevo al recipiente o bien se deshidrata de algún modo, por ejemplo en una centrífuga 4. Este fango D centrifugado también tiene una cantidad relativamente baja de DS (substancia seca) (aproximadamente diez por ciento). El agua tratada en plantas de tratamiento de aguas residuales se separa como agua E pura saliente.

El fango D se deposita posteriormente. Alternativamente, el hidróxido metálico formado durante la floculación puede disolverse en ácido, de modo que se liberan materia suspendida y substancias orgánicas. El fango disuelto se filtra de modo conocido mediante un filtro convencional. Sin embargo, un filtro convencional solo puede separar partes de las partículas suspendidas y nada de la materia orgánica que se encuentra en el fango disuelto.

En aquellos casos en los que el fango ha de hidrolizarse, para recibir una cantidad menor de fango residual y para obtener un rendimiento mayor de biogas en un digestor subsiguiente, el fango D se calienta bajo una presión elevada en una construcción de hidrólisis.

De acuerdo con una modalidad de la invención, un fango C1 recibido procedente de la instalación de abastecimiento de agua o la planta de tratamiento de aguas residuales W/WTP se conduce a un depósito T6 de disolución, para el tratamiento del fango en relación con la instalación de abastecimiento de agua o la planta de tratamiento de aguas residuales W/WTP, para purificar el agua. El fango de otras instalaciones de abastecimiento de agua o plantas de tratamiento de aguas residuales también puede tratarse en el depósito T6 de disolución de acuerdo con la invención, que, por ejemplo, se transporta al mismo mediante un camión.

De acuerdo con la invención, este fango C1 de alimentación se somete a al menos un procedimiento de filtración con membrana subsiguiente a al menos un procedimiento en depósito de presión, de modo que se reciben un concentrado y un permeado. Como resultado, dicho primer permeado incluye substancialmente los coagulantes químicos inorgánicos en solución.

A este fin, el término "procedimiento de filtración con membrana" indica un procedimiento de separación en el que la fuerza conductora está constituida por una diferencia en el potencial químico sobre la membrana. La fuerza conductora -el potencial químico- puede alcanzarse sin embargo de diferentes modos en diferentes procedimientos de membrana; puede ser una presión aplicada, una diferencia en la concentración o la temperatura o una diferencia en el potencial eléctrico. El tratamiento de separación se basa en la teoría de las soluciones, en la que la solubilidad y la difusividad de las substancias disueltas en la membrana son decisivas.

Se usaron diferentes tipos de membranas en los diferentes procedimientos de membrana. En algunos procedimientos, se usaron membranas con poros (por ejemplo, microfiltración), mientras que las membranas en los otros procedimientos carecían de poros (por ejemplo, ósmosis inversa). Algunos procedimientos dependen del hecho que las membranas se cargan (por ejemplo, nanofiltración), mientras que la posible carga de las membranas no influía en el mecanismo substancial de separación en otros procedimientos (por ejemplo, microfiltración).

Durante la ultrafiltración (UF), el tamaño de los poros decide principalmente qué se separa y qué pasa a través de la membrana. El mecanismo de tamizado es de acuerdo con esto predominante; pero la interacción entre la membrana y las substancias disueltas también es importante. La separación durante la microfiltración (MF) se basa completamente en un mecanismo de tamizado, y el tamaño es totalmente el factor determinante para lo que pasará a través de la membrana.

En un dispositivo de MF, materia suspendida y coloides se separan principalmente. Cuando se usa MF, a menudo se obtiene un caudal superior (flujo por área de la membrana). Esta alternativa se utiliza preferiblemente para el tratamiento de fango, que no requiere una alta separación de substancias orgánicas disueltas, por ejemplo si la cantidad de humus es baja. Se recibe un concentrado que incluye substancialmente materia suspendida en agua.

MF/UF/NF y RO son procedimientos de membrana, donde una presión conductora tiene que estar presente para dividir la alimentación en un permeado y un concentrado.

Para fango procedente de instalaciones de abastecimiento de agua, con una gran cantidad de materia húmica, o para fango procedente de plantas de tratamiento de aguas residuales, que contiene una gran cantidad de materia orgánica, la membrana se elige preferiblemente de tal modo que también se separen moléculas orgánicas. Esto puede efectuarse eligiendo una membrana de ultrafiltración con baja retención de iones esféricos, tales como iones aluminio y hierro trivalentes, y una alta retención de moléculas con conformación de cadena, por ejemplo substancias orgánicas, tales como humus. De acuerdo con esto, la filtración a través de un primer dispositivo de filtración con membrana da como resultado un concentrado de substancias suspendidas y compuestos orgánicos y un permeado, que consiste substancialmente en agua con iones inorgánicos, tales como Al^{3+} y Fe^{3+}, que pasan a través de la membrana pertinente. Se recibe un concentrado que contiene substancialmente materia suspendida en agua y substancias húmicas y otra materia orgánica.

El permeado, ahora substancialmente liberado de substancias que contaminan originalmente el agua, contiene iones Al^{3+} y Fe^{3+}, y puede recircularse como un agente de precipitación a la zona de floculación de instalaciones de abastecimiento de agua o plantas de tratamiento de aguas residuales o usarse como coagulante químico en otra planta de purificación.

El permeado más o menos diluido, que se ha tratado de ese modo, se conduce a continuación a un segundo dispositivo de filtración con membrana. Este segundo tipo de filtración con membrana se diseña de tal modo que, excepto para un permeado, se recibe un concentrado que contendrá substancialmente los coagulantes químicos inorgánicos en solución.

La mezcla C1 de fango se conduce, independientemente del tipo de fango, al primer depósito T6 de disolución que simultáneamente suministra un ácido F. Preferiblemente, el ácido es ácido sulfúrico.

En el primer depósito T6 de disolución, que funciona como un aparato de disolución, el ácido se agita de modo que el hidróxido metálico de la mezcla obtenida se disuelva, es decir, se formen iones metálicos libres (substancialmente Fe^{3+} y Al^{3+}). La adición de ácido se ajusta mediante un pH-metro/regulador QC, que controla una bomba P1 para la adición de ácido. Se sabe bien que el hidróxido metálico se disuelve y los iones metálicos se liberan cuando el pH se disminuye. La disolución de hidróxidos metálicos, especialmente hidróxido de hierro, requiere alta temperatura para una disolución completa y rápida.

Así, cuando el hidróxido metálico se ha disuelto, se recibe una mezcla G de fango, con bajo pH, que incluye substancias suspendidas, substancias orgánicas e iones inorgánicos, incluyendo Fe^{3+} o Al^{3+}.

El fango G ácido se bombea, con la bomba P2 de alta presión, a través de un intercambiador térmico VVX 1, en el que calor procedente de un permeado J de MF/UF, de una construcción de MF/UF F1, se transfiere al fango acidificado. Antes del llenado de un depósito T7 de presión, que se realiza después de que se haya completado la partida precedente, el fango también puede precalentarse suministrando calor externo procedente de un intercambiador térmico VVX2 subsiguiente. El suministro de calor se controla mediante un medidor/regulador de temperatura, de tal modo que se obtiene la temperatura deseada. La temperatura máxima se ajusta de tal modo que nunca supera la temperatura de evaporación bajo la presión presente en el conducto para el permeado J después de la construcción de MF/UF F1.

La presión en el depósito T7 se ajusta hasta un nivel tal que puede obtenerse una presión diferencial suficiente sobre la construcción de MF/UF F1, al mismo tiempo que la presión del permeado J de MF/UF, es decir la alimentación a una construcción subsiguiente de NF/RO F2, es insuficiente para que la construcción subsiguiente de NF/RO F2 obtenga la capacidad deseada. La presión se ajusta hasta un nivel de presión de un medidor/regulador PI 1 de presión en el depósito T7 de presión, que controla la bomba P2 de alta presión a través de control de frecuencia.

Una alimentación H, es decir el fango caliente con presión incrementada, se bombea mediante la bomba P3 desde el depósito T7 de presión hasta una construcción de MF/UF F1 y un concentrado I se conduce de nuevo al depósito T7 de presión. El permeado J de MF/UF se conduce a través del intercambiador térmico VVX 1 a la construcción de NF/RO F2. En el intercambiador térmico VVX 1, la temperatura de la alimentación se disminuye hasta una temperatura por debajo de 100ºC. Esto significa que un permeado L saliente de la construcción de NF/RO F2 no hierve cuando la presión se disminuye hasta presión atmosférica. Un medidor/regulador PI 2 de presión controla una válvula V1 de control durante la salida de un concentrado K de la construcción de NF/RO F2, de modo que se obtiene una presión prefijada constante sobre la alimentación. La diferencia entre esta presión y la presión en el depósito T7 de presión constituirá al mismo tiempo la presión diferencial sobre la construcción de MF/UF F1. Una recirculación del concentrado K a lo largo de la construcción de NF/RO F2 también es posible por medio de una bomba P4.

En el caso en el que el flujo L de permeado procedente de la construcción de NF/RO F2 tarde más que el flujo J de permeado desde la construcción de MF/UF F1, no podrá mantenerse la presión sobre la alimentación a la construcción NF/RO.

El permeado L ácido, procedente de la construcción de NF/RO F2, se alimenta a un depósito T8 de neutralización, que está provisto de un agitador. Una base P, preferiblemente cal o fango de cal, se añade al depósito T8 de neutralización hasta que se obtiene un pH neutro. Un permeado Q neutralizado se expulsa posteriormente.

A medida que el permeado J, que contiene iones aluminio y hierro, se separa en la construcción de MF/UF F1 y nuevo fango acidificado se alimenta al depósito T7 de presión, el concentrado I, que se recircula, contendrá más y más substancias suspendidas y disueltas. Esto implicará que el flujo, es decir el flujo de permeado J, disminuirá. Cuando el flujo de permeado J ha alcanzado un cierto límite inferior, el procedimiento se interrumpe, y un concentrado M del depósito T7 de presión se expulsa abriendo una válvula V3.

El concentrado ácido se neutraliza añadiendo una base N, en forma sólida o líquida, al concentrado M en el conducto de expulsión, de tal modo que se recibe una segunda mezcla O de fango, con pH al menos neutro. Preferiblemente, la base es óxido cálcico o hidróxido cálcico.

La segunda mezcla O de fango recibida puede conducirse a un proceso de digestión, secarse por medio de evaporación de agua o intercambiarse térmicamente con la mezcla G de fango.

El tratamiento discontinuo se completa expulsando el concentrado M del depósito de presión al mismo tiempo que el concentrado se neutraliza añadiendo licor cáustico o una suspensión de cal. La energía térmica, en el concentrado caliente y presurizado, puede utilizarse de diferentes modos. Puede precalentar el fango en el depósito de acidificación. Puede utilizarse como una fuente de calor en un digestor subsiguiente. Puede utilizarse para secar el fango. Esto se efectúa haciendo que el agua se extraiga del concentrado caliente cuando la presión se reduce hasta presión atmosférica.

Cuando se ha obtenido la concentración apropiada en el depósito de presión, existe la posibilidad de añadir agua pura en lugar de concentrado I acidificado. Esto ocasiona que las cantidades restantes de hierro, aluminio y otros metales disueltos, que pueden estar presentes en pequeñas cantidades, se percolen desde el concentrado en el depósito T7, para la recuperación adicional de coagulantes químicos del procedimiento y para obtener un residuo más purificado del depósito T7.

La invención se refiere a filtración en membrana discontinua, en la que fango acidificado se presuriza y el fango acidificado se conduce a un depósito de presión, en el que se mantiene una presión constante. Una etapa de presurización puede dar una presión de conducción a ambas construcciones cuando una construcción de MF/UF y una construcción opcional de NF/RO se acoplan en serie. La presurización permite al mismo tiempo que la temperatura del fango/concentrado en el depósito de presión pueda superar 100ºC, a condición de que se restrinja de tal modo que la presión de vapor no supere la presión sobre la zona del permeado de las membranas de MF/UF. El tratamiento ácido y la presión y temperatura elevadas permiten una hidrólisis eficaz de las substancias orgánicas en el fango. Además de la presión, la temperatura y el pH, el tiempo de reacción es un factor para obtener la hidrólisis máxima de las substancias orgánicas. Para obtener un tiempo de espera tan prolongado como sea posible para el concentrado de MF/UF, es decir la solución que contiene las substancias orgánicas separadas que se hidrolizarán, la solución se recircula sobre el depósito de presión. Esto significa que las substancias orgánicas, añadidas al procedimiento desde el comienzo de una partida, se hidrolizarán bajo presión y temperatura elevada, hasta el punto en el que el concentrado se extrae, cuando el tratamiento discontinuo se completa. A medida que el procedimiento avanza, el tiempo de espera para las substancias orgánicas añadidas se disminuye, pero al mismo tiempo la cantidad de substancias orgánicas añadidas al procedimiento se disminuye. El tiempo de espera disminuido puede compensarse por un incremento gradual de la temperatura, de tal modo que la temperatura máxima se obtiene en primer lugar al final de una partida.

El hecho de que la construcción de MF/UF funcione a una temperatura superior a 100ºC implica que solo pueden usarse membranas resistentes a la temperatura, tales como membranas cerámicas. Una alta temperatura, y junto con ella una viscosidad disminuida, incrementa el caudal, es decir la cantidad de flujo por m^{2} de área de membrana. Esto implica que el área de membrana, que trata una solución de cantidad dada, puede disminuirse, lo que a su vez disminuye los costes de inversión y funcionamiento.

Cuando el depósito de presión se ha llenado y se ha obtenido la presión de trabajo prefijada, el bombeo de alimentación de fango acidificado "frío" será tan grande como la cantidad de permeado caliente conducida fuera de la construcción de MF/UF. El calor se recupera por medio de intercambio térmico desde el permeado hacia el fango acidificado entrante. Se añade continuamente calor al sistema, por medio de presurización y bombeo de recirculación. En construcciones de membrana convencionales, la energía térmica añadida a través del bombeo constituye una pérdida. En este caso, el calor se recupera y se utiliza en el procedimiento de hidrólisis. En el caso en el que una construcción de NF/RO está conectada en serie con la construcción de MF/UF, solo se utiliza una etapa de alta presión para dar la fuerza de conducción a ambas construcciones. Como la presurización total se produce antes de la construcción de MF/UF, el calor generado por la etapa de bombeo también se utiliza para dar una fuerza de conducción a la etapa de NF/RO de hidrólisis y para incrementar el flujo en la construcción de MF/UF.

Para incrementar la concentración de Al^{3+} y Fe^{3+}, el permeado, procedente del dispositivo de microfiltración (MF)/ultrafiltración (UF), se somete preferiblemente a nanofiltración (NF) u ósmosis inversa (RO).

Durante la nanofiltración, diferentes compuestos se separan de acuerdo con dos principios de separación. Los compuestos no cargados se separan con relación al tamaño mientras que la retención de iones se debe a la interacción electrostática entre ion y membrana. De acuerdo con esto, si el permeado de MF/UF se filtra a través de un dispositivo de nanofiltración, en principio solo los iones trivalentes, es decir Al^{3+} y Fe^{3+}, se retienen en el concentrado, mientras que los iones con carga inferior pasan a través de la membrana y pueden recuperarse en el permeado.

Si la concentración adicional se realiza mediante un dispositivo para ósmosis inversa, también se retienen en el concentrado iones con carga inferior, mientras que el permeado está casi libre de iones.

El tipo de membrana se elige con respecto a otros compuestos de hierro y manganeso del agua y con respecto a la presencia de metales pesados tóxicos.

El concentrado de NF/RO recibido puede, exactamente como el permeado, reutilizarse directamente como coagulante químico en instalaciones de abastecimiento de agua o plantas de tratamiento de aguas residuales conectadas. El concentrado también puede transportarse a otro sitio para ser utilizado, por ejemplo, como coagulante químico en otras instalaciones de abastecimiento de agua o en otras plantas de tratamiento de aguas residuales. La necesidad de agentes de precipitación se disminuye en 80-90%, lo que implica una ventaja económica considerable.

En la invención, los procedimientos de membrana mencionados anteriormente se llevan a cabo al mismo tiempo que se obtiene una hidrólisis eficaz de la materia orgánica en el fango. La hidrólisis implica que las moléculas de agua se aglutinan en substancias orgánicas polímeras, que a continuación se dividen en fragmentos más pequeños. La descomposición en moléculas menores facilita la descomposición biológica subsiguiente. Durante condiciones normales, difícilmente se produce nunca una hidrólisis de una substancia orgánica, cuando entra en contacto con agua. Con la adición de un ácido fuerte o a una temperatura elevada, que al mismo tiempo requiere una presurización del fango, o una combinación de los dos, se produce casi sin excepción una hidrólisis de las substancias orgánicas, que habitualmente pueden encontrarse en fango de instalaciones de abastecimiento de agua y fango de plantas de tratamiento de aguas residuales. La hidrólisis de fango es un método que, en los últimos tiempos, se utiliza más y más para incrementar la producción de biogas en construcciones de digestores, lo que al mismo tiempo implica que disminuye la cantidad de fango residual. El procedimiento de hidrólisis habitual, en este contexto, es la hidrólisis térmica. La hidrólisis térmica en combinación con la adición de ácido da una hidrólisis más eficaz en un período de tiempo más corto. Sin embargo, a menudo se cree que la adición de ácido y la neutralización subsiguiente necesaria son demasiados costosas. En la presente invención, se utilizan la adición de ácido, la presión que requiere el procedimiento de reciclado y la energía térmica que genera la elevación de la presión.

Así, la presente invención trae consigo que la mayor parte de los coagulantes químicos usados, hierro o aluminio trivalentes, se separe de los compuestos orgánicos y las substancias suspendidas se aglutinen en fango al mismo tiempo que las substancias orgánicas se hidrolizan eficazmente. De acuerdo con la invención, los coagulantes químicos pueden recuperarse y la cantidad de fango se disminuye, ya que el hidróxido de hierro y aluminio formado por el coagulante químico se ha retirado. La hidrólisis conseguida simultáneamente de las substancias orgánicas incrementa la degradabilidad biológica, lo que mejora parcialmente las propiedades del fango como un agente de mejora de suelo, incrementa parcialmente la producción de biogas y reduce adicionalmente la cantidad residual de fango en una digestión subsiguiente. Mediante este procedimiento, la invención reemplaza simultáneamente a una operación de inversión costosa de una construcción convencional de deshidratación. El calentamiento del fango conduce adicionalmente al hecho de que el concentrado extraído es higiénico.

El término "higiénico" indica que una solución bacterianamente contaminada se trata de tal modo que el riesgo de transferencia de infección alcanza un nivel aceptable. El objetivo con el tratamiento es destruir formas vegetativas de microorganismos que generan enfermedades.

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La invención se ha descrito anteriormente con referencia a una planta ejemplar. Sin embargo, la invención puede usarse en otros tipos de plantas y las partes y características respectivas de la invención pueden combinarse de otros modos que los descritos y mostrados en el dibujo. Tales modificaciones evidentes para un experto que lea la presente memoria descriptiva pretenden estar dentro del alcance de la invención que está meramente limitado por las reivindicaciones de patente adjuntas.

Claims (26)

1. Un método para el tratamiento de fango (C1) procedente de una instalación de abastecimiento de agua o una planta de tratamiento de aguas residuales (W/WTP), que comprende coagulantes químicos inorgánicos precipitados y substancias orgánicas precipitadas, comprendiendo dicho método añadir un ácido (F) a dicho fango (C1) de tal modo que se reciba una primera mezcla (G) de fango, con bajo pH, que incluye dichos coagulantes químicos inorgánicos en solución y dichas substancias orgánicas,

que comprende

bombear dicha mezcla (G) de fango a un depósito (T7) de presión; y

alimentar la segunda mezcla (H) de fango obtenida a al menos un procedimiento (F1) de filtración con membrana, de modo que se obtengan un primer concentrado (I) y un primer permeado (J), que comprende dichos coagulantes químicos.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además

bombear dicha primera mezcla (G) de fango mediante una bomba (P2); y

la adición de calor (VVX 1 y VVX 2) a dicho depósito (T7) de presión.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además

mezclar dicha primera mezcla (G) de fango con un primer concentrado (I) recirculado procedente de al menos un procedimiento (F1) de filtración con membrana.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además

repetir dicho primer procedimiento de filtración (F1) con membrana con dicho primer concentrado (I) como dicha primera mezcla (G) de fango.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además

realizar intercambio térmico entre dicho primer permeado (J) y dicha primera mezcla (G) de fango.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además

conducir tanto dicho primer procedimiento (F1) de filtración con membrana como un segundo procedimiento (F2) de filtración con membrana mediante dicha presión elevada.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además

bombear dicha primera mezcla (G) de fango a la misma cantidad de flujo que dicho primer permeado (J).

8. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la temperatura en el depósito (T7) de presión supera 100ºC.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho primer procedimiento (F1) de filtración con membrana es ultrafiltración y/o microfiltración.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además

alimentarla dicho primer permeado (J) a un segundo procedimiento (F2) de filtración con membrana, de modo que se obtengan un segundo concentrado (K) y un segundo permeado (L), en los que dicho se- gundo concentrado (K) incluye substancialmente dichos coagulantes químicos inorgánicos en solu- ción.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que dicho segundo procedimiento (F2) de filtración con membrana es nanofiltración y/u ósmosis inversa.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende además añadir una base (P) a dicho segundo permeado (L) en un depósito (T8) de neutralización.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichos coagulantes químicos inorgánicos en solución son iones aluminio y/o hierro trivalentes.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además

añadir una base (N) a un concentrado (M) extraído del depósito (T7) de presión cuando el procedimiento se interrumpe, de modo que se obtenga una tercera mezcla (O) de fango con pH al menos neutro.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 14, en el que dicha base (M) es óxido cálcico o hidróxido cálcico.

16. El método de acuerdo con la reivindicación 14, que comprende además alimentar dicha tercera mezcla (O) de fango a un procedimiento de digestión; o secar dicha tercera mezcla (O) de fango por medio de evaporación de agua de la tercera mezcla (O) de fango calentada.

17. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además

intercambiar térmicamente dicha tercera mezcla (O) de fango con la primera mezcla (G) de fango.

18. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho primer concentrado (I) incluye substancias orgánicas hidrolizadas y es higiénico.

19. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho primer permeado (J) incluye dichos coagulantes químicos inorgánicos en solución.

20. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además

añadir agua pura a dicho depósito (T7) de presión para recuperar adicionalmente dichos coagulantes químicos inorgánicos.

21. Una construcción (CTS) para el tratamiento de fango en relación con instalaciones de abastecimiento de agua o plantas de tratamiento de aguas residuales (1), que comprende

un primer depósito (T6) de disolución para la adición de ácido en serie con al menos una construcción de un depósito (T7) de presión y al menos un medio (F1) de filtración con membrana.

22. La construcción de acuerdo con la reivindicación 21, en la que un intercambiador térmico se dispone en la parte de salida de dicho primer depósito (T6) de disolución para realizar intercambio térmico entre dicha primera mezcla (G) de fango y dicho primer permeado (I) y/o dicha tercera mezcla (O) de fango.

23. La construcción de acuerdo con la reivindicación 21, en la que dicha construcción de filtración (F1) con membrana es una construcción de ultrafiltración y/o una construcción de microfiltración.

24. La construcción de acuerdo con la reivindicación 21, en la que dicha construcción incluye al menos dicha primera construcción de filtración (F1) con membrana y al menos una segunda construcción de filtración (F2) con membrana dispuestas en serie.

25. La construcción de acuerdo con la reivindicación 24, en la que un depósito (T8) de neutralización se dispone después de dicha segunda construcción de filtración (F2) con membrana.

26. La construcción de acuerdo con la reivindicación 24, en la que dicha segunda construcción de filtración (F2) con membrana es una construcción de nanofiltración y/o una construcción de ósmosis inversa.