ES2326062B1 - Procedimiento fisico-quimico y biologico para la depuracion de liquidos residuales que contengan compuestos oxidados de azufre. - Google Patents
Procedimiento fisico-quimico y biologico para la depuracion de liquidos residuales que contengan compuestos oxidados de azufre. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2326062B1 ES2326062B1 ES200703231A ES200703231A ES2326062B1 ES 2326062 B1 ES2326062 B1 ES 2326062B1 ES 200703231 A ES200703231 A ES 200703231A ES 200703231 A ES200703231 A ES 200703231A ES 2326062 B1 ES2326062 B1 ES 2326062B1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- anaerobic
- stage
- sulfur
- physicochemical
- sulfur compounds
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000126 substance Substances 0.000 title abstract description 7
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 73
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 56
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 44
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 30
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 24
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 7
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims description 6
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 5
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 claims description 5
- 238000005188 flotation Methods 0.000 claims description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 4
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical class OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 3
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 16
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 16
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 abstract description 5
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 abstract description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 8
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 8
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 6
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 241000605118 Thiobacillus Species 0.000 description 5
- 230000000696 methanogenic effect Effects 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 4
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 4
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 3
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000010908 decantation Methods 0.000 description 3
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 3
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 3
- 241000190909 Beggiatoa Species 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000190807 Thiothrix Species 0.000 description 2
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 2
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 239000006071 cream Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 235000019645 odor Nutrition 0.000 description 2
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L sulfite Chemical compound [O-]S([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- -1 sulphite anion Chemical class 0.000 description 2
- 238000004114 suspension culture Methods 0.000 description 2
- 238000009280 upflow anaerobic sludge blanket technology Methods 0.000 description 2
- 230000003442 weekly effect Effects 0.000 description 2
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000191366 Chlorobium Species 0.000 description 1
- 241000190831 Chromatium Species 0.000 description 1
- 241000205085 Desulfobacter Species 0.000 description 1
- 241000205145 Desulfobacterium Species 0.000 description 1
- 241000605802 Desulfobulbus Species 0.000 description 1
- 241000605829 Desulfococcus Species 0.000 description 1
- 241000193104 Desulfonema Species 0.000 description 1
- 241000205130 Desulfosarcina Species 0.000 description 1
- 241000186541 Desulfotomaculum Species 0.000 description 1
- 241000605716 Desulfovibrio Species 0.000 description 1
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000190573 Leucothrix Species 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 238000009360 aquaculture Methods 0.000 description 1
- 244000144974 aquaculture Species 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000001651 autotrophic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000034994 death Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009300 dissolved air flotation Methods 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 239000008394 flocculating agent Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 230000000855 fungicidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000000417 fungicide Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000037353 metabolic pathway Effects 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 231100000189 neurotoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002887 neurotoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 238000006213 oxygenation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 150000003018 phosphorus compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009666 routine test Methods 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000019086 sulfide ion homeostasis Effects 0.000 description 1
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N sulfur dioxide Inorganic materials O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
Abstract
Procedimiento físico-químico y
biológico para la depuración de líquidos residuales que contengan
compuestos oxidados de azufre. El procedimiento combina procesos
biológicos y fisicoquímicos para la conversión de aniones disueltos
formados por azufre y oxígeno en azufre elemental no soluble, y su
separación de la fase líquida.
La transformación consta de una etapa de
reducción
anaerobia de los compuestos oxidados de azufre hasta sulfuro y de su oxidación a azufre elemental. Como oxidante se emplea tanto oxígeno como los propios compuestos oxidados de azufre que se reducen parcialmente a azufre elemental.
anaerobia de los compuestos oxidados de azufre hasta sulfuro y de su oxidación a azufre elemental. Como oxidante se emplea tanto oxígeno como los propios compuestos oxidados de azufre que se reducen parcialmente a azufre elemental.
El proceso se realiza mediante tres etapas:
aerobia, separación de sólidos y anaerobia, en serie con
recirculación. En la etapa aireada ingresa el fluido residual y la
recirculación anaerobia. A continuación un sistema
físico-químico de separación de sólidos elimina el
azufre junto con otras materias en suspensión. El clarificado del
proceso físico-químico ingresa en el proceso
anaerobio.
Por ser los procesos principales biológicos los
costes
de instalación, operación, producción de fango y requerimientos energéticos son mínimos.
de instalación, operación, producción de fango y requerimientos energéticos son mínimos.
Description
Procedimiento físico-químico y
biológico para la depuración de líquidos residuales que contengan
compuestos oxidados de azufre.
La presente invención se enmarca en el sector de
sistemas de tratamiento de efluentes líquidos, en particular de los
que contienen compuestos oxidados de azufre.
Existen numerosos procesos de depuración de
líquidos orientados a la separación de materias en suspensión y en
estado coloidal, materiales disueltos orgánicos biodegradables y
compuestos de nitrógeno y fósforo. A pesar de los problemas
prácticos generados por el azufre en el tratamiento de aguas
residuales como olores ofensivos, corrosión e inhibición
bacteriana, entre otros, existen pocos procesos de eliminación de
azufre de efluentes líquidos.
La química del azufre es compleja debido a que
es estable en un elevado número de estados de oxidación, tanto
positivos como negativos, formando parte de compuestos orgánicos e
inorgánicos, cuyo estado de agregación puede ser tanto sólido, como
líquido como gaseoso. Incluso para un mismo estado de oxidación, el
azufre elemental, existen diferentes estados alótropos con
diferentes propiedades físico-químicas. Los
compuestos con estados de oxidación intermedios, como los sulfitos,
pueden actuar como agentes oxidantes o como agentes reductores.
Los compuestos de azufre sufren procesos de
transformación tanto químicos como biológicos. Algunos de estos
procesos tienen cinéticas semejantes, por lo que, incluso en la
naturaleza, los procesos de transformación del azufre bióticos y
abióticos se encuentran interconectados.
En medio oxidante el estado de oxidación del
azufre más alto es también el más estable, por lo que, en medio
acuoso en presencia de oxígeno los aniones formados por azufre y
oxígeno tienden a transformarse en el anión sulfato. En general, los
sulfatos son muy solubles, de hecho la solubilidad del sulfato más
abundante en la litosfera, el yeso, es del orden de 2000 mg/l. Por
este motivo, los procesos físico-químicos de
eliminación de aniones formados por azufre y oxígeno son poco
efectivos.
En condiciones anaerobias los aniones formados
por azufre y oxígeno se transforman en sulfuro mediante el proceso
de sulfatorreducción realizado por bacterias del género
Dessulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfomonas, Desulfobulbus,
Desulfobacter, Desulfococcus, Desulfonema, Desulfosarcina,
Desulfobacterium y Desulforomas. El proceso de
sulfatorreducción, competitivo con el de metanogénesis, consume
materia orgánica que actúa como agente reductor. De acuerdo con la
estequiometría del proceso, son necesarios 0.64 g DQO por g
S-SO_{4}^{2-} Cuando el líquido residual no
contiene materia orgánica suficiente debe ser aportada de forma
exógena, por ejemplo como metanol. Los estudios realizados de las
rutas metabólicas de las bacterias sulfatorreductoras y
metanogénicas ponen de manifiesto que las bacterias
sulfatorreductoras y metanogénicas compiten por metabolitos comunes
como hidrógeno y acetato, siendo las sulfatorreductoras superiores
tanto desde el punto de vista cinético y como desde el punto de
vista energético (Environmental Technologies to Treat Sulfur
Pollution. Principles and Engineering. Lens P.N.L. y Hulshoff Pol
L. IWA Publishing. London, 2000).
Los sulfuros pueden provocar diversos problemas
en los procesos biológicos de tratamiento. Desde la formación de
espumas en los procesos de fangos activados por crecimiento
excesivo de Thiothrix spp., Beggiatoa ssp., Leucothrix y
tipos 021N y 0914, hasta la inhibición bacteriana a
concentraciones del orden de 50 mg/l. El desprendimiento de sulfuro
de hidrógeno genera olores desagradables, en condiciones extremas
puede ser neurotóxico llegando a provocar la muerte a una
concentración en el aire de 500 ppm en una exposición de 1 minuto.
Con respecto a los materiales, provoca problemas de corrosión y,
por lo general, debe ser eliminado previo al aprovechamiento
energético del biogás. La solubilidad de los sulfuros metálicos es
muy baja, por lo que forma precipitados que contribuyen a la
mineralización de los fangos biológicos y les confieren color
negro. Los sulfuros metálicos precipitados son muy finos y poco
floculentos por lo que pueden teñir el agua de negro. Por todo lo
anterior, la normativa relativa a los vertidos de aguas residuales
limita el contenido de sulfuros a niveles muy bajos.
Para el control de los problemas citados se
pueden adoptar dos estrategias (1) impedir la sulfatorreducción,
(2) separar el sulfuro formado. La primera estrategia se basa en que
el sulfato como tal no crea problemas ambientales graves: no es
tóxico y, químicamente, es relativamente inerte, no demanda oxígeno
y no forma compuestos
volátiles.
volátiles.
Para impedir la sulfatorreducción se han
planteado diferentes alternativas: (1.a) inhibición selectiva de
las bacterias sulfato reductoras, (1.b) arrastre hidráulico de las
bacterias sulfatorreductoras, basado en su relativamente baja
capacidad de formar agregados densos, y (1.c) incomunicación de las
bacterias por precipitación de sulfuros metálicos sobre su
superficie. Sin embargo, ninguna de estas alternativas ha conducido
a resultados plenamente satisfactorios.
La separación de sulfuros por precipitación es
una alternativa viable cuyas limitaciones principales son las
propias de los procesos estrictamente químicos: el coste de los
reactivos y la elevada producción de fangos. Sin embargo, este tipo
de procesos adquiere interés cuando lo que se persigue es la
eliminación de metales de residuos que contienen metales y sulfato
por sulfatorreducción de éste y precipitación de los sulfuros
metálicos (Patente US 5,660,730).
Alternativamente, se ha considerado la
posibilidad de desorber el sulfuro de hidrógeno formado en los
biorreactores anaerobios. La Patente US 5,298,163 separa el sulfuro
del biorreactor mediante un gas neutro. De este modo se evita la
inhibición de las bacterias metanogénicas, sin embargo, con ello no
se elimina el azufre, simplemente se transfiere a una corriente
gaseosa. En la misma línea la Patente US 4,966,704 elimina el
sulfuro de hidrógeno mediante un reactor anaerobio tipo percolador
que contiene un material de relleno estacionario sobre el que se
desarrolla una biopelícula anaerobia directamente expuesta a una
fase gas, exenta de aire, de la que se desorbe el sulfuro de
hidrógeno. En la citada patente el reactor anaerobio se encuentra
seguido de una etapa aerobia convencional para la purificación
final del agua, que eventualmente puede ser recirculada a la etapa
anaerobia.
La patente WO 2004/056454 combina procesos
químicos y biológicos para la desulfuración de corrientes gaseosas.
Concretamente separa el sulfuro de hidrógeno de la corriente
gaseosa mediante el proceso químico de oxidación a azufre elemental
mediante una disolución de hierro (III). El objetivo del proceso
biológico es la oxidación del Fe (II) a Fe (III) mediante
Thiobacillus ferroxidans, para su posterior reutilización en
el proceso químico. El sustrato del proceso biológico es el hierro
de modo que el azufre sólo interviene en el proceso químico.
Los procesos biogeoquímicos de oxidación de
sulfuros, sulfooxidación, son muy frecuentes en la naturaleza. Son
realizados por un amplio espectro de grupos bacterianos tanto
fotótrofos, de los géneros Chlorobium y Chromatium,
como quimiótrofos, de los géneros Thiobacillus, Beggiatoa y
Thiothrix, comúnmente conocidas colourless sulfur bacteria.
La limitación principal de utilizar procesos basados en bacterias
fotosintéticas es la necesidad de que el medio sea suficientemente
transparente para permitir la transmisión eficaz la radiación
solar. Las especies quimioautótrofas del género Thiobacillus
se encuentran muy extendidas en los entornos acuáticos,
reproduciéndose rápidamente donde hay sulfuros. El género
Thiobacillus incluye tanto especies acidófilas como
acidófobas, por lo que se adapta perfectamente en un intervalo
amplio de pHs. Son responsables de los lixiviados ácidos de los
depósitos minerales que contienen sulfuros y tienen un gran interés
en el campo de la biohidrometalurgia para la recuperación de
valores metálicos de menas pobres.
En los procesos de sulfooxidación el azufre pasa
por diferentes estados de oxidación. En condiciones aerobias el
producto final es sulfato, sin embargo, en condiciones
microaerofílicas, con concentraciones de oxígeno disuelto del orden
de 0.01-0.1 mg/l, diferentes géneros de bacterias,
las anteriormente denominadas colourless sulfur bacteria,
realizan sólo la oxidación parcial hasta azufre elemental insoluble
que puede ser separado del agua en estado sólido. El azufre
producido de este modo tiene carácter hidrofílico, lo que facilita
su valorización para la aplicación como fertilizante o fungicida,
frente al azufre producido mediante métodos químicos. La limitación
principal de los procesos microaerofílicos es la necesidad de un
control estricto de la concentración de oxígeno disuelto que impida
que se produzca la oxidación completa hasta sulfato ni la
re-reducción del azufre a sulfuro. La concentración
de oxígeno disuelto debe ser inferior a 0.1 mg/l, en el límite de
detección de los sensores de oxígeno comerciales, y el potencial
redox entre -147 y -137 mV.
El empleo de biorreactores en serie o
integrados, basados en las conversiones de sulfato en sulfuro y de
éste en azufre, ya ha sido descrito. La Patente US 6,606,302 B1
efectúa las dos conversiones simultáneamente en el mismo reactor,
en condiciones débilmente oxidantes (oxígeno disuelto < 0.1 mg/l
y potencial redox entre -460 y -10 mV) tales que no impiden la
reducción biológica. El esquema de flujo del proceso es tipo fangos
activados. Aguas abajo del reactor una etapa de recuperación y
retorno de fangos, desacopla en tiempo de retención celular
(2-30 días) del tiempo de retención hidráulico
(1-240 horas) y permite mantener elevada
concentración de biomasa, 2-50 g/l en sólidos en
suspensión. La misma patente contempla la posibilidad de conseguir
las condiciones oxidantes mediante: nitrato, nitrito, oxígeno
elemental y mezclas de los anteriores.
La patente ES 2 161 123 B1 realiza la conversión
del sulfato en azufre elemental en una sola etapa de reducción
anaerobia, sin el paso posterior a sulfuro, prescindiendo por tanto
de la etapa de oxidación. Sin embargo, como agente reductor emplea
nitrógeno Kjeldahl, que se desprende del proceso como nitrógeno
molecular, por lo que el proceso sólo es aplicable a efluentes que
además de los compuestos oxidados de azufre contengan materia
nitrogenada. Por otra parte, el proceso de la citada patente
requiere la utilización de un material sólido que actúe como
soporte para la fijación selectiva de las bacterias implicadas y
como adsorbente de los sustratos implicados.
La patente WO 91/16269 realiza dos procesos
aerobios, preferiblemente de biomasa adherida a un soporte, con una
etapa de separación intermedia para la eliminación de sulfuros. En
el primer reactor aerobio la mayor parte de los sulfuros se oxidan a
azufre, retirado mediante la etapa de separación, y en el segundo
reactor aerobio se oxida a sulfato el sulfuro remanente de la
primera etapa. De acuerdo con esta patente la eliminación de
oxianiones de azufre requiere una etapa biológica anaerobia previa.
Ante aguas con elevada concentración de oxianiones de azufre,
plantea la posibilidad de recircular una parte del efluente de la
etapa de separación final al reactor anaerobio con el fin de evitar
la inhibición por elevada concentración de sulfuros. La secuencia de
etapas planteada es
anaerobio-aerobio-separación con
recirculación al anaerobio y la oxidación del sulfuro se realiza
exclusivamente mediante oxígeno.
Esta propuesta es conceptualmente diferente,
como se explica después, tanto en relación con el orden de las
etapas, aerobio-anaerobio con recirculación, como en
lo relativo a la no necesidad de control del oxígeno disuelto ni
potencial redox, como en relación con la sulfatorreducción directa
en la etapa oxidante de una parte de los aniones formados por
azufre y oxígeno mediante el sulfuro de la recirculación anaerobia,
lo que conduce a la oxidación de sulfuro mediante oxianiones. Por
último, en relación con la eliminación de materia orgánica, la
eliminación directa en la etapa oxidante de una parte de los aniones
formados por azufre y oxígeno minimiza el efecto inhibidor del
sulfuro y, reduce la demanda de materia orgánica del proceso de
sulfatorreducción.
La invención consiste en combinar procesos
biológicos, aerobios y anaerobios, y fisicoquímicos para la
conversión de aniones disueltos formados por azufre y oxígeno en
azufre elemental no soluble que se separa de la fase líquida.
El líquido a tratar entra en una etapa aerobia
junto con una corriente de recirculación de la etapa anaerobia que,
como se describirá a continuación, contiene sulfuros. Aunque esta
etapa se encuentra aireada el contenido orgánico del líquido
residual bruto y, eventualmente, la presencia de sulfito, permiten
mantener bajas concentraciones de oxígeno sin necesidad la
necesidad de complejos sistemas de control. En estas condiciones se
produce la oxidación de sulfuro a azufre elemental y la reducción
parcial de aniones formados por azufre y oxígeno, en particular
sulfitos, también a azufre elemental. Los procesos de
transformación que ocurren en esta etapa pueden representarse
como:
S^{2-} \ + \
O_{2} \ + \ S_{x}O_{y}{}^{2-} \ + \ H^{+} \rightarrow S^{0} \ + \
H_{2}O
El anión sulfito, producto intermedio de los
procesos de oxidación-reducción de los compuestos
de azufre, por su carácter reductor desempeña un papel relevante en
el control de la concentración de oxígeno disuelto.
El proceso biológico tiene lugar en ausencia de
medio soporte, mediante un cultivo en suspensión. La elevada tasa
de crecimiento de los microorganismos sulfooxidantes permite operar
con tiempos de retención celular muy cortos, por lo que el proceso
puede ser realizado en las balsas de homogenización y/o regulación
de caudal de mezcla completa de las estaciones de depuración de
aguas residuales.
En las condiciones indicadas los microorganismos
oxidantes del sulfuro no tienen competencia con los oxidantes de
materia orgánica, inhibidos a causa del sulfuro, y en un medio
deficitario de oxígeno. Por otra parte, la corriente de
recirculación anaerobia aporta dióxido de carbono, lo que favorece
el crecimiento de bacterias sulfooxidantes quimiolitotróficas
autótrofas como las del género Thiobacillus.
La separación del azufre elemental se realiza
mediante un sistema convencional de separación de sólidos no
disueltos: decantación, flotación, centrifugación, filtración o
tecnologías de membranas. El proceso físico de separación puede ser
optimizado mediante la adición de reactivos químicos coagulantes y
floculantes que, además de facilitar la separación del azufre
elemental, favorecen la separación de sólidos en suspensión y
materiales en estado coloidal del líquido residual.
El clarificado de la etapa de separación del
azufre elemental y otros sólidos ingresa en la etapa anaerobia en
la que los aniones formados por azufre y oxígeno se transforman en
sulfuro por la actividad de bacterias sulfatorreductoras.
Una parte del efluente anaerobio conteniendo
sulfuro es recirculado a la etapa aerobia del proceso. La
recirculación aporta sulfuro y dióxido de carbono para el desarrollo
de las bacterias sulfooxidantes formadoras de azufre elemental. La
regulación del caudal de recirculación permite adaptar el proceso a
fluidos residuales cuya composición sea variable a lo largo del
tiempo. Una serie de ensayos rutinarios permite establecer la
relación de recirculación óptima para diferentes residuos
líquidos.
Para fluidos con elevado contenido orgánico,
tras la etapa anaerobia sulfatorreductora es posible completar la
eliminación de materia orgánica mediante una etapa anaerobia
metanogénica exenta de los problemas de inhibición por sulfuro. Por
último, para rebajar al mínimo la concentración de sulfuro en el
vertido final se propone realizar un postratamiento microaerofílico
y/o aerobio.
Figura 1. Diagrama de flujo del proceso (el
significado de los números está recogido en el modo de realización
de la invención).
El proceso descrito se representa en el diagrama
de flujo recogido en la figura 1. Las características principales
de la instalación y su modo de operar se describen a
continuación.
El líquido residual bruto [4] y la recirculación
anaerobia [8] entran de forma continua o intermitente en la etapa
aerobia [1] en la que se mezclan entre sí y con aire u otro gas
oxigenado suministrado por un sistema de aireación [10]. El líquido
que sale de la etapa aerobia [5] entra en la etapa
físico-química de separación de sólidos. La
separación de sólidos [3] se realiza mediante cualquiera de las
técnicas convencionalmente empleadas en el tratamiento de efluentes
líquidos como: decantación, centrifugación, flotación, filtración o
procesos de membrana. La etapa de separación de sólidos podrá estar
precedida de una unidad opcional de pretratamiento fisicoquímico
[12], par lo que sería necesaria la adición de reactivos [13] para
la coagulación, control de pH y/o floculación. Los fangos retirados
de la etapa de separación [9] estarán formados por el azufre
elemental y los sólidos suspendidos, y en su caso coloidales, del
líquido residual.
El clarificado de la etapa de separación de
sólidos [6] entra en la etapa anaerobia [2] en la que se produce la
conversión de los aniones formados por azufre y oxígeno remanentes
del proceso aerobio [1] en sulfuro. El proceso anaerobio puede
realizarse mediante cualquiera de los reactores anaerobios
conocidos: contacto anaerobio, reactor anaerobio de lodo suspendido
y flujo ascendente, filtro anaerobio, reactor anaerobio de película
fija, reactor anaerobio de lecho fluidizado o cualquiera de las
variantes de los reactores anteriores. El biogás [11] se evacua por
la parte superior del reactor anaerobio. De la etapa anaerobia
salen dos corrientes: el efluente final [7] y la corriente de
recirculación [8] que retorna a la etapa aerobia [1].
Alternativamente la corriente de recirculación podría obtenerse de
una derivación del efluente final.
A continuación se presenta las características
de un proceso como el descrito, probado a escala real en el
tratamiento de las aguas residuales de una fábrica de transformación
de productos de acuicultura.
Las aguas residuales están compuestas por una
serie de vertidos individuales que se producen de forma
discontinua. La concentración de aniones formados por azufre y
oxígeno, principalmente en la forma sulfito, es muy variable. En los
vertidos individuales la concentración de aniones formados por
azufre y oxígeno, expresada en unidades de miligramos de azufre por
litro, varía entre 0 y 5600 mg S/l. La concentración media de
azufre varía a lo largo de la semana. La media diaria varía entre
340 y 1700 mg S/l y la media semanal entre 500 y 840 mg/l. El
vertido tiene un elevado contenido orgánico, con DQO comprendida
entre 3000 y 12000 mg/l. A la variabilidad a lo largo del día y
semanal de la concentración de aniones formados por azufre y
oxígeno, en el caso de la concentración de la materia orgánica se
añade una variabilidad estacional.
Un tanque de homogenización y regulación de
caudal, cuyo volumen total es igual al volumen de vertido medio
diario, recoge los vertidos individuales, amortiguando las
fluctuaciones de composición. Una parrilla de difusores distribuye
el aire suministrado por una soplante. La aireación suministra
oxígeno para el proceso de sulfooxidación, evita que se produzcan
procesos de descomposición anaerobia no deseados, mezcla el
contenido del tanque y evita la deposición de sólidos suspendidos.
En la instalación que se describe, el proceso de sulfooxidación se
inició inmediatamente tras la puesta en marcha de la recirculación,
sin que fuese necesaria la inoculación con biomasa
sulfooxidante.
La salida del tanque de homogeneización es de
caudal constante, de modo que el volumen que contiene es variable a
lo largo del día. En cualquier caso, este tanque no se vacía por
completo, almacenando un volumen mínimo del orden del 15% de su
volumen total. Los tiempos de retención de sólidos e hidráulico son
iguales, no se encuentran desacoplados, del orden de
12-36 h.
La salida del tanque de homogeneización, situada
en su parte inferior, es impulsada por una electrobomba que lo
introduce en un mezclador continuo en zig-zag en el
que se realiza la coagulación de la materia coloidal, control de pH
y floculación química. El objetivo de esta etapa es el
engrosamiento los sólidos facilitar su separación del agua. De la
etapa de coagulación-floculación el agua pasa
directamente a la etapa de separación de sólidos, realizada mediante
la técnica de flotación por aire disuelto, considerada una técnica
muy adecuada para la eliminación de azufre elemental debido a su
carácter grasiento, fácilmente flotable. Las natas del proceso de
flotación, en las que además del azufre se elimina materia orgánica
de naturaleza proteica y grasa, se retiran del proceso.
El agua clarificada de la etapa fisicoquímica es
impulsada de forma continua mediante una electrobomba a la etapa
anaerobia. El reactor anaerobio se encuentra cerrado y térmicamente
aislado. El reactor es del tipo lecho de lodos suspendidos y flujo
ascendente. El agua entra por su parte inferior a través de un
distribuidor que reparte el caudal de modo uniforme a lo largo de
toda su sección horizontal. El agua circula en sentido ascendente a
través del lecho de lodos anaerobios a una velocidad ascensional
comprendida entre 0.3 y 1 m/h. El flujo ascendente del agua y del
biogás generado expande ligeramente el lecho sin provocar el
arrastre de sólidos. En la parte superior, el reactor anaerobio
posee un rebosadero que abarca toda la sección horizontal del
reactor para la recogida uniforme del efluente y un espacio libre
para la recogida del biogás. El reactor anaerobio del ejemplo de
realización de la invención que se describe, no posee las campanas
y placas deflectoras característica de los reactores tipo UASB para
la separación trifásica del agua lodos y biogás. La eventual salida
de sólidos finos no sólo no crea problemas operativos, sino que
constituye un método natural de extracción de fangos en exceso.
La recirculación de la etapa anaerobia a la
aerobia de homogeneización se realiza mediante una electrobomba
sumergida colocada en la parte superior del reactor anaerobio. La
relación de recirculación es controlada mediante una válvula de
control de caudal.
En la citada instalación se han probado los
mecanismos y efectos detallados en la descripción de la invención.
Se ha verificado como la interrupción de la recirculación provoca
la suspensión del proceso de conversión de los aniones formados por
azufre y oxígeno en azufre elemental, y conduce a un aumento de la
producción de sulfuro de hidrógeno.
Del mismo modo, se ha verificado como una vez
que se reestablece la recirculación el proceso de producción de
azufre elemental se recupera de un modo inmediato, aumentando la
producción de natas con el aspecto grasiento característico del
azufre. Se ha observado que la formación de azufre elemental
aumenta la eficacia del proceso fisicoquímico de eliminación de los
sólidos suspendidos del agua.
En el ejemplo que se describe, debido al elevado
contenido orgánico de las aguas residuales, tras el reactor
anaerobio de sulfatorreducción se ha instalado un reactor anaerobio
para la metanogénesis. La eliminación de azufre objeto de la
invención evita los problemas de inhibición de la metanogénesis
provocados por los sulfuros. El reactor anaerobio metanogénico es
de cultivo en suspensión y flujo ascendente con campana superior,
del tipo UASB, para la recogida de biogás y decantación de sólidos
arrastrados por el efluente.
Por último, el ejemplo que se describe, posee
una etapa para la eliminación completa del sulfuro y la
clarificación del efluente anaerobio final. Consiste en un
decantador estático con una cámara central de
desgasificación-floculación suavemente aireada. El
tiempo de permanencia del agua en la cámara aireada es de tan solo
5 min, suficiente para la conversión del sulfuro en azufre
elemental que se recoge como fango sedimentado denso y grasiento.
El caudal de aire se regula para evitar la oxidación del azufre
hasta sulfato.
La presente invención ha sido ilustrada y
descrita haciendo referencia a una realización preferente, pero se
comprende que en la práctica, expertos en la materia podrán
introducir variantes de ejecución, sin que ello signifique apartarse
del ámbito de protección de la presente patente.
Claims (9)
1. Procedimiento fisicoquímico y biológico para
la depuración de líquidos residuales que contengan compuestos
oxidados de azufre, consistente en una etapa biológica aerobia,
seguida de una separación fisicoquímica de sólidos, seguida de una
etapa anaerobia, con recirculación de parte del efluente anaerobio a
la etapa aerobia, que se caracteriza porque los aniones
formados por azufre y oxígeno son transformados en azufre elemental
en la etapa aerobia.
2. Procedimiento fisicoquímico y biológico para
la depuración de líquidos residuales que contengan compuestos
oxidados de azufre que, de acuerdo con la reivindicación 1, se
caracteriza porque mediante el control de la relación de
recirculación se adapta a las características del efluente líquido,
en especial a la concentración de compuestos oxidados de azufre,
particularmente sulfatos y sulfitos, a eliminar en la etapa
aerobia.
3. Procedimiento fisicoquímico y biológico para
la depuración de líquidos residuales que contengan compuestos
oxidados de azufre que, de acuerdo con las reivindicación 1, se
caracteriza porque la etapa aerobia puede realizarse en un
tanque de homogenización y regulación de caudal agitado mediante
aire u otro gas oxigenado.
4. Procedimiento fisicoquímico y biológico para
la depuración de líquidos residuales que contengan compuestos
oxidados de azufre que, de acuerdo con las reivindicación 1, se
caracteriza porque la etapa aerobia puede realizarse en
reactores de cultivo en suspensión tipo fangos activados o en alguna
de sus variantes.
5. Procedimiento fisicoquímico y biológico para
la depuración de líquidos residuales que contengan compuestos
oxidados de azufre que, de acuerdo con las reivindicación 1, se
caracteriza porque la etapa aerobia puede realizarse en un
reactor aerobio discontinuo secuencial.
6. Procedimiento fisicoquímico y biológico para
la depuración de líquidos residuales que contengan compuestos
oxidados de azufre que, de acuerdo con la reivindicación 1, se
caracteriza porque la etapa de separación de sólidos se
realiza por decantación, centrifugación, flotación, filtración
proceso de membranas o cualquier otro procedimiento de separación de
sólidos en suspensión, reforzado o no mediante un proceso de
coagulación-floculación.
7. Procedimiento fisicoquímico y biológico para
la depuración de líquidos residuales que contengan compuestos
oxidados de azufre que, de acuerdo con la reivindicación 1, se
caracteriza porque la etapa anaerobia se realiza en una fosa
séptica, tanque Imhoff o sus variantes.
8. Procedimiento fisicoquímico y biológico para
la depuración de líquidos residuales que contengan compuestos
oxidados de azufre que, de acuerdo con la reivindicación 1, se
caracteriza porque la etapa anaerobia se realiza mediante
biorreactor de contacto anaerobio, reactor anaerobio de lodos
suspendidos y flujo ascendente, filtro anaerobio, biorreactor
anaerobio de película fija, de lecho fluidizado o sus variantes.
9. Procedimiento fisicoquímico y biológico para
la depuración de líquidos residuales que contengan compuestos
oxidados de azufre que, de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2, 6
y 7, se caracteriza porque la etapa anaerobia se realiza
mediante la combinación de 2 o más reactores anaerobios.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES200703231A ES2326062B1 (es) | 2007-12-04 | 2007-12-04 | Procedimiento fisico-quimico y biologico para la depuracion de liquidos residuales que contengan compuestos oxidados de azufre. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES200703231A ES2326062B1 (es) | 2007-12-04 | 2007-12-04 | Procedimiento fisico-quimico y biologico para la depuracion de liquidos residuales que contengan compuestos oxidados de azufre. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
ES2326062A1 ES2326062A1 (es) | 2009-09-29 |
ES2326062B1 true ES2326062B1 (es) | 2010-08-10 |
Family
ID=41065929
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ES200703231A Active ES2326062B1 (es) | 2007-12-04 | 2007-12-04 | Procedimiento fisico-quimico y biologico para la depuracion de liquidos residuales que contengan compuestos oxidados de azufre. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
ES (1) | ES2326062B1 (es) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3919086A (en) * | 1973-09-11 | 1975-11-11 | Nus Corp | Sewage treatment apparatus |
NL9500577A (nl) * | 1995-03-24 | 1996-11-01 | Pacques Bv | Werkwijze voor het reinigen van gassen. |
EP0880475B1 (en) * | 1996-02-06 | 2001-10-24 | Thiopaq Sulfur Systems B.V. | Process for the treatment of water containing heavy metal ions |
-
2007
- 2007-12-04 ES ES200703231A patent/ES2326062B1/es active Active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
RODRIGUEZ, A et al., 2006, "{}Tratamientos avanzados de aguas residuales industriales"{}, Informe de vigilancia tecnológica. Depósito legal: M-30985-2006. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ES2326062A1 (es) | 2009-09-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tałałaj et al. | Treatment of landfill leachates with biological pretreatments and reverse osmosis | |
Vaiopoulou et al. | Sulfide removal in wastewater from petrochemical industries by autotrophic denitrification | |
Khan et al. | Sustainable options of post treatment of UASB effluent treating sewage: a review | |
US20120080374A1 (en) | Ozone and anaerobic biological pretreatment for a desalination process | |
NL9101917A (nl) | Werkwijze voor het zuiveren van afvalwater, alsmede inrichting te gebruiken bij deze werkwijze. | |
CN101734792B (zh) | 含硫酸根废、污水处理***及其处理方法 | |
CN209957618U (zh) | 医药综合废水处理*** | |
JP3460745B2 (ja) | 生物学的硝化脱窒素方法と装置 | |
US8828230B2 (en) | Wastewater treatment method for increasing denitrification rates | |
Greben et al. | Improved sulphate removal rates at increased sulphide concentration in the sulphidogenic bioreactor | |
CN106430590B (zh) | 一种基于两级ao装置的高电导率废水处理方法 | |
CN207943990U (zh) | 一种难降解工业废水的生物强化处理*** | |
CN106045051A (zh) | 一种河道流域治理方法 | |
ES2326062B1 (es) | Procedimiento fisico-quimico y biologico para la depuracion de liquidos residuales que contengan compuestos oxidados de azufre. | |
KR100517095B1 (ko) | 하수의 처리 장치 및 방법 | |
CN110510736B (zh) | 一种快速同步形成颗粒污泥和生物膜的厌氧氨氧化反应器及其操作方法 | |
KR100290578B1 (ko) | 황산화 세균을 이용한 중금속 함유 폐기물의 생물학적 중금속 제거방법 | |
KR20020087799A (ko) | 다단 에스 비 알 시스템을 이용한 폐수의 정화 방법 | |
ES2738952B2 (es) | Procedimiento de desnitrificacion biologica | |
CA2922111C (en) | Hybrid reactor and process for removing selenium | |
KR100670211B1 (ko) | 생물흡착(Biosorption)기작을 이용한 부상여재공정 | |
CN113636717B (zh) | 一种养殖尾水的净化处理方法 | |
JP7398601B1 (ja) | 有機性排水処理装置および有機性排水処理方法 | |
JP7082360B1 (ja) | 環境汚染浄化補助剤、製造方法及びその散布装置 | |
CN213112936U (zh) | 一种有利于厌氧氨氧化菌培养的水处理装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20090929 Kind code of ref document: A1 |
|
FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2326062B1 Country of ref document: ES |