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