ES2557414B1 - Procedure for purification and disinfection of wastewater using photobioreactors - Google Patents

Abstract

El presente procedimiento para depuración y desinfección de aguas residuales mediante fotobiorreactores, se encuadra en el sector de la agricultura en su más amplia acepción, aunque también puede ser englobado en el sector químico y en el correspondiente a la administración pública. La nueva invención aporta como novedad un procedimiento, a partir de agua residual pretratada, gracias al cual se consiguen elevados índices de depuración y desinfección. Entre los usos de la invención se encuentran tanto el agrícola, en el que se puede utilizar el agua obtenida para riego, y por ende, para el aumento de la producción de alimentos, como el humano, ya que permite su uso en aquellas zonas donde las condiciones de la misma no son las adecuadas. También puede ser utilizado como medida minimizadora de impacto ambiental en vertidos de industrias a cauce público.The present procedure for purification and disinfection of wastewater by means of photobioreactors, is part of the agriculture sector in its broadest sense, although it can also be included in the chemical sector and in that corresponding to the public administration. The new invention provides as a novelty a process, from pretreated wastewater, thanks to which high levels of purification and disinfection are achieved. Among the uses of the invention are both the agricultural one, in which the water obtained for irrigation can be used, and therefore, for the increase of food production, such as the human one, since it allows its use in those areas where the conditions of it are not adequate. It can also be used as a minimizing measure of environmental impact in discharges of industries to public channels.

Description

Procedimiento para depuración y desinfección de aguas residuales mediante fotobiorreactores Procedure for purification and disinfection of wastewater using photobioreactors

Objeto de la invención El objeto de la presente invención, es un procedimiento para depuración y desinfección de aguas residuales mediante fotobiorreactores, cuya novedad aporta un procedimiento, a partir de agua residual pretratada, gracias al cual se consiguen elevados índices de depuración y desinfección, obteniendo agua exenta de bacterias patógenas y apta para su uso tanto en agricultura como para el ser humano, a partir de agua residual. Entre los usos de la invención se encuentran tanto el agrícola, en el que se puede utilizar el agua obtenida para riego, y por ende, para el aumento de la producción de alimentos, como el humano, ya que permite su uso en aquellas zonas donde las condiciones de la misma no son las adecuadas. También puede ser utilizado como medida minimizadora de impacto ambiental en vertidos de industrias a cauce público. La invención se encuadra principalmente en el área técnica de agricultura en su más amplia acepción, aunque también puede ser englobada tanto en el área química como en la perteneciente a la administración pública. En lo que respecta a la primera, podemos considerar que el sector de actividad en el que se aplicaría sería fotobiorreactor para la obtención de agua residual regenerada con calidad para riego, mientras que en la segunda, sería fotobiorreactor para el tratamiento de aguas residuales hasta calidad de vertido a cauce público. En lo referente al tercer sector, administración pública, comentar que queda contenido en el sector al que pertenecen todas aquellas empresas públicas dedicadas a los procesos de depuración y desinfección de aguas residuales, destinados a la obtención de agua en condicionas saludables para el consumo humano a partir de agua residual. Object of the invention The object of the present invention is a process for purification and disinfection of wastewater by means of photobioreactors, the novelty of which provides a procedure, from pretreated wastewater, thanks to which high levels of purification and disinfection are achieved, obtaining water free of pathogenic bacteria and suitable for use both in agriculture and for humans, from wastewater. Among the uses of the invention are both the agricultural one, in which the water obtained for irrigation can be used, and therefore, for the increase of food production, such as the human one, since it allows its use in those areas where the conditions of it are not adequate. It can also be used as a minimizing measure of environmental impact in discharges of industries to public channels. The invention is mainly framed in the technical area of agriculture in its broadest sense, although it can also be encompassed both in the chemical area and in that pertaining to the public administration. Regarding the first, we can consider that the sector of activity in which it would be applied would be a photobioreactor to obtain regenerated wastewater with quality for irrigation, while in the second, it would be a photobioreactor for the treatment of wastewater up to quality of discharge to public channel. Regarding the third sector, public administration, comment that it is contained in the sector to which all those public companies dedicated to the processes of purification and disinfection of wastewater belong, destined to obtain water in healthy conditions for human consumption to from waste water.

Estado de la técnica State of the art

Tal y como es sabido actualmente, las Tecnologías Naturales (TN) son aquellas mediante las cuales conseguimos reproducir la acción depuradora de la naturaleza (ríos, lagos, humedales, etc ... ). Sin embargo, y según Lebrato, J. (2007), existe otro tipo de tecnología, llamada Tecnología Natural Modificada (TNM), en la que los procesos naturales son forzados a cambios de condiciones, bien sea de presión, pH, temperatura, sobresaturación de oxígeno u otros. Dichos cambios nos llevan a introducir tecnologías novedosas, que con su aplicación de bajo coste y ecología, consiguen que efluentes con elevadas cargas de contaminación fisicoquímica y biológica pasen a constituirse como efluentes con un alto grado de depuración y desinfección. As is currently known, Natural Technologies (TN) are those by which we reproduce the purifying action of nature (rivers, lakes, wetlands, etc ...). However, and according to Lebrato, J. (2007), there is another type of technology, called Modified Natural Technology (TNM), in which natural processes are forced to change conditions, be it pressure, pH, temperature, supersaturation of oxygen or others. These changes lead us to introduce new technologies, which with their application of low cost and ecology, get effluents with high loads of physicochemical and biological contamination to become effluents with a high degree of purification and disinfection.

Con las TNM se pretende promover el desarrollo de una Ingeniería del Agua posible (Camejo, C. el al. , 2007; Vargas, A , el al., 2007) que va a estar íntimamente relacionada y combinada con la ingeniería hidráulica convencional, constituyendo una alternativa eficiente y necesaria para satisfacer los requisitos de calidad del agua a nivel de la UE, al mismo tiempo que prevenir fracasos en paises en desarrollo y empobrecidos. El Grupo de Investigación RNM-159 de la Universidad de Sevilla elaboró, en 2005, un Manual de la Ingeniería de Agua Posible que desarrolla proyectos y estudios en todas las fases del ciclo del agua, desde la captación hasta su reutilización. The TNM aims to promote the development of a possible Water Engineering (Camejo, C. el al., 2007; Vargas, A, al., 2007) that will be closely related and combined with conventional hydraulic engineering, constituting an efficient and necessary alternative to meet water quality requirements at EU level, while preventing failures in developing and impoverished countries. The RNM-159 Research Group of the University of Seville developed, in 2005, a Manual of the Possible Water Engineering that develops projects and studies in all phases of the water cycle, from collection to reuse.

Como antecedente principal del nuevo procedimiento a patentar, hay que citar el proyecto LlFE "Environmental", dirigido por el Prof. Baccou, J.C. (2003) de la Universidad de Montpellier, donde se plantea la reducción de la carga bacteriana de las aguas residuales gracias a formas reactivas del oxígeno sobresaturado producido por la actividad fotosintética de las micro algas contenidas en el mismo agua. Dicho proyecto es conocido con el nombre de PHOTOREDUC. As the main antecedent of the new procedure to be patented, the LlFE "Environmental" project, directed by Prof. Baccou, J.C. (2003) of the University of Montpellier, where the reduction of the bacterial load of the wastewater is proposed thanks to reactive forms of the supersaturated oxygen produced by the photosynthetic activity of the micro algae contained in the same water. This project is known as PHOTOREDUC.

El principio en el que se basa PHOTOREDUC consiste en inducir una saturación de oxígeno en un agua que contiene fitoplancton y bacterias patógenas. La sobresaturaci6n se obtiene manteniendo el agua en medio herméticamente cerrado, en presencia simultánea de fitoplancton y energla luminosa. En estas condiciones, la energía captada por el aparato fotosintético de las algas provoca el aumento de la concentración de oxígeno disuelto en el agua. The principle on which PHOTOREDUC is based is to induce oxygen saturation in a water containing phytoplankton and pathogenic bacteria. The supersaturation is obtained by keeping the water in a tightly closed medium, in the presence of phytoplankton and light energy simultaneously. Under these conditions, the energy captured by the photosynthetic apparatus of the algae causes an increase in the concentration of dissolved oxygen in the water.

El proyecto PHOTOREDUC ha servido de base para proceder al desarrolto del nuevo procedimiento que se pretende patentar, ampliando a nivel de laboratorio los trabajos del Prof. Baccou. Dicho procedimiento consiste, básicamente, en, a partir de fotobiorreactores herméticamente cerrados trabajando en régimen continuo y bajo la acción de la luz solar, proceder a la depuración y eliminación de microorganismos patógenos mediante la adición de algas proliferadas propias del agua residual procedente de EDAR tanto en los tratamientos primarios como secundarios. The PHOTOREDUC project has served as a basis to proceed with the development of the new procedure that is intended to be patented, expanding the work of Prof. Baccou at the laboratory level. This procedure basically consists of, from hermetically sealed photobioreactors working in a continuous regime and under the action of sunlight, proceed to the purification and elimination of pathogenic microorganisms by adding proliferated algae typical of wastewater from WWTP. in primary as secondary treatments.

En lo que a las patentes existentes se refiere, y en relación a la temática y al procedimiento que se pretende patentar, se tiene que la patente ES2305120 presenta una cámara de biorreacción anular con dos paredes cilíndricas coaxiales. Por su parte en la patente ES2125960 se planteó un proceso de producción de lípidas poliinsaturados a partir del cultivo de microalgas (Porphiridium cruentum) en un fotorreaclor. Esta microalga no se encuentra en Aguas Residuales (AR). l as microalgas cultivadas en el fotobiorreactor de la patente ES2377619, así como los microorganismos citados en la patente ES2150389, tampoco se encuentran en Aguas Residuales. As far as the existing patents are concerned, and in relation to the subject matter and the procedure that is intended to be patented, the patent ES2305120 has an annular bioreaction chamber with two coaxial cylindrical walls. For its part in the ES2125960 patent, a process of producing polyunsaturated lipids from the cultivation of microalgae (Porphiridium cruentum) in a photoreactor was raised. This microalgae is not found in Wastewater (AR). The microalgae grown in the photobioreactor of the ES2377619 patent, as well as the microorganisms mentioned in the ES2150389 patent, are also not found in Wastewater.

La patente ES2364S91 propone un biorreactor formado por una pluralidad de cámaras conectadas o unidas por una pared de alojamiento hecha de material plástico flexible, mientras que la W02010103154 propone otro para el cultivo de microorganismos aptos para la producción de combustible. Patent ES2364S91 proposes a bioreactor formed by a plurality of chambers connected or joined by a housing wall made of flexible plastic material, while W02010103154 proposes another for the cultivation of microorganisms suitable for fuel production.

La patente ES2362917 formula un procedimiento para la producción de biomasa de algas con un elevado contenido de lipidos en estanques abiertos, sin embargo la ES2370583 propone un fotobiorreactor para el cultivo de microalgas en régimen continuo pero mediante sistema multi-modular. Patent ES2362917 formulates a process for the production of algae biomass with a high lipid content in open ponds, however ES2370583 proposes a photobioreactor for the cultivation of microalgae in continuous regime but by means of a multi-modular system.

El documento patente ES2372509 realiza una depuración simultánea de biogás y efluentes industriales, pero las microalgas y las bacterias se encuentran en un fotobiorreactor diferente que aquellos. Por su parte, ES2254509, postula un procedimiento de fabricación de un biorreactor para el cultivo de microorganismos, no microalgas. Patent document ES2372509 performs simultaneous purification of biogas and industrial effluents, but microalgae and bacteria are in a different photobioreactor than those. For its part, ES2254509, postulates a manufacturing process for a bioreactor for the cultivation of microorganisms, not microalgae.

En lo referente a la patente ES2383263 comentar que consiste en un fotobiorreactor, acoplado a la pared de un edificio, cuya única misión es el crecimiento de algas, no el tratamiento de Aguas Residuales. La patente EP2103682 consiste en un fotobiorreactor electromagnético con fotoconvertidores octogonales que influyen positivamente en el intercambio electrónico existente en la fotosíntesis, aumentando consecuentemente la producción de biomasa. Regarding the ES2383263 patent comment that it consists of a photobioreactor, coupled to the wall of a building, whose only mission is the growth of algae, not the treatment of wastewater. EP2103682 consists of an electromagnetic photobioreactor with octagonal photoconverters that positively influence the electronic exchange existing in photosynthesis, consequently increasing biomass production.

El documento patente ES2080918 consiste en cultivar en un fotobiorreactor Clos microalgas en suspensión y trituradas mediante la re-inyección del oxigeno producido por las mismas, mientras que en nuestro caso ni se trituran, ni se separan del medio de cultivo, ni se realiza re-inyección de oxígeno. Sin embargo la patente ES2347515 consiste en la producción de microalgas destinadas a absorber gases de emisión de alto contenido en anhídrido carbónico (CO). Por su Patent document ES2080918 consists in cultivating a microalgae Clos photobioreactor in suspension and crushed by re-injection of the oxygen produced by them, while in our case they are neither crushed, nor separated from the culture medium, nor is it carried out. oxygen injection However, patent ES2347515 consists in the production of microalgae intended to absorb emission gases of high carbon dioxide (CO) content. For his

parte, la patente EP2067850 consiste en un fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustible. In part, patent EP2067850 consists of a submersible vertical photobioreactor for obtaining biofuel.

El documento patente ES2071572 no es más que un dispositivo que funciona en discontinuo, semi continuo o continuo en el cual se obtiene biomasa rica en ácidos grasos poliinsaturados. The patent document ES2071572 is nothing more than a device that operates in discontinuous, semi-continuous or continuous in which biomass rich in polyunsaturated fatty acids is obtained.

El documento patente ES2231566 consiste en un procedimiento para el tratamiento de Aguas Residuales y contaminantes del aire a partir de un agente de acondicionamiento, mientras que la patente W02012072837 no es más que un fotobiorreactor con una estructura cónica o troncoc6nica en el interior del depósito donde se encuentra tanto el medio de cultivo como la biomasa fototropa, prácticamente igual que la ES2356653. Patent document ES2231566 consists of a process for the treatment of wastewater and air pollutants from a conditioning agent, while patent W02012072837 is nothing more than a photobioreactor with a conical or truncated conical structure inside the tank where it finds both the culture medium and the phototropic biomass, practically the same as the ES2356653.

La patente ES2319376, consiste en un fotobiorreactor compuesto por varias canalizaciones y por las que al menos circula un organismo vivo fotosintético, sin embargo dicho organismo no se encuentra en las Aguas Residuales. Patent ES2319376, consists of a photobioreactor composed of several pipes and through which at least one photosynthetic living organism circulates, however said organism is not found in the Wastewater.

Por su parte, la patente W02011124727 comprende un sistema de cultivo de microalgas con consumo de energía óptimo, para nada parecido al procedimiento que se quiere patentar. El documento patente W02011061380 no es mas que un sistema modular que comprende una serie de fotobiorreactores para el cultivo en continuo de microalgas, las cuales no se encuentran en Aguas Residuales. For its part, the patent W02011124727 comprises a microalgae culture system with optimal energy consumption, not at all similar to the procedure to be patented. Patent document W02011061380 is nothing more than a modular system comprising a series of photobioreactors for the continuous cultivation of microalgae, which are not found in Wastewater.

El documento patente W02012153174 se basa en la reducción de oxígeno mediante la desactivación de la digestión aerobia, para después transferir el Agua Residual a otro recipiente donde se realice las fotosíntesis de las algas en condiciones favorables, sin embargo el procedimiento que se pretende patentar se basa, desde el principio, en el aumento del oxígeno disuelto del Agua Residual, la cual no se transfiere a ningún otro recipiente (fotobiorreactor), ni tampoco realiza ningún pre-filtrado, cosa que si hace la patente US2011266215. La patente EP2491112 también realiza un filtrado de las Aguas Residuales, las cuales han pasado por un tratamiento biológico anaerobio. Patent document W02012153174 is based on the reduction of oxygen by deactivating aerobic digestion, and then transferring the Residual Water to another container where photosynthesis of the algae is carried out under favorable conditions, however the procedure that is intended to be patented is based , from the beginning, in the increase of the dissolved oxygen of the Wastewater, which is not transferred to any other container (photobioreactor), nor does it perform any pre-filtration, which does the patent US2011266215. Patent EP2491112 also performs a filtration of wastewater, which has undergone an anaerobic biological treatment.

La patente W02012019338, consiste en el tratamiento de Aguas Residuales mediante el uso de algas y organismos anaerobios, mientras que el nuevo procedimiento descrito en la presente memoria sólo se basa en el uso de algas existentes en las propias Aguas Residuales. The patent W02012019338, consists in the treatment of Wastewater through the use of algae and anaerobic organisms, while the new procedure described herein is only based on the use of existing algae in the Wastewater itself.

En lo referente a la patente US2011247977, hay que decir que se trata de un dispositivo para el tratamiento de nitrógeno y fósforo de las aguas residuales, mientras que el nuevo procedimiento a patentar no consiste, en absoluto, en dicho tratamiento. With regard to US2011247977, it must be said that it is a device for the treatment of nitrogen and phosphorus in wastewater, while the new procedure to be patented does not consist, in any way, of said treatment.

El documento patente US2010237009 se fundamenta en el uso de organismos heterótrofos, mientras que el procedimiento descrito y desarrollado en la presente 5 memoria utiliza microalgas autótrofas. US2010237009 is based on the use of heterotrophic organisms, while the procedure described and developed herein uses autotrophic microalgae.

La patente CN101306879 utiliza una fuente de luz artificial situada bien en el interior y/o en el exterior del fotobiorreactor, mientras que el nuevo procedimiento descrito sólo utiliza luz natural. The CN101306879 patent uses an artificial light source located well inside and / or outside the photobioreactor, while the new described procedure uses only natural light.

Con respecto al documento patente W00034189, es importante citar que se basa With respect to patent document W00034189, it is important to mention that it is based

lOen la depuración de residuos agrícolas y ganaderos de manera secuencial utilizando dos tipos de microorganismos, previamente seleccionados, que en ningún momento entran en contacto entre sí. Por su parte, en el nuevo procedimiento que se pretende patentar, se parte de aguas residuales urbanas, cuyo tratamiento lo llevan a cabo simbióticamente dos tipos de microorganismos In the purification of agricultural and livestock residues sequentially using two types of microorganisms, previously selected, that at no time come into contact with each other. For its part, in the new procedure that is intended to be patented, it is based on urban wastewater, whose treatment is carried out symbiotically by two types of microorganisms

15 (especies de microorganismos), no añadidos, sino ya presentes de antemano en el agua residual. Del mismo modo, se pueden citar otras tres diferencias entre la patente W00034189 y el nuevo procedimiento que se pretende patentar: 15 (species of microorganisms), not added, but already present in the wastewater beforehand. In the same way, three other differences can be cited between the W00034189 patent and the new procedure that is intended to be patented:

a.-En la patente W00034189 se utiliza en una primera fase un consorcio de organismos procarióticos tipo bacterias rojas no del azufre, que son bacterias 20 fotosintéticas anoxigénicas. En nuestro procedimiento las bacterias no son fotosintéticas (excepto rara vez que se han encontrado cianobacterias) sino que son por lo general bacterias que existen en el ser humano como Escherichia Coli, incluyendo las cepas patógenas. Son bacterias heterótrofas, mayormente aeróbicas, y por tanto su misión es 10talmente diferente a las bacterias rojas o a.-In the first phase, a consortium of non-sulfur red bacteria-type prokaryotic organisms, which are anoxygenic photosynthetic bacteria, is used in the first phase. In our procedure the bacteria are not photosynthetic (except rarely that cyanobacteria have been found) but are usually bacteria that exist in humans such as Escherichia Coli, including pathogenic strains. They are heterotrophic bacteria, mostly aerobic, and therefore their mission is possibly different from red or

25 púrpuras no del azufre. 25 purples not sulfur.

b.-En el documento patente W00034189, una vez separadas las bacterias, se añaden a la corriente contaminada algas verdes tipo Chlorella. Las algas de nuestro sistema no están seleccionadas y por tanto no pertenecen a un solo grupo, sino a tantos como contenga el agua a tratar y por tanto variables en b.-In patent document W00034189, once the bacteria are separated, green algae type Chlorella are added to the contaminated stream. The algae of our system are not selected and therefore do not belong to a single group, but to as many as the water to be treated and therefore variable in

30 función de las circunstancias. El objetivo de nuestro procedimiento es favorecer la relación mutualista entre algas y bacterias que se establece en las aguas residuales de forma habitual. 30 depending on the circumstances. The objective of our procedure is to favor the mutualistic relationship between algae and bacteria that is established in wastewater on a regular basis.

c.-En la patente W00034189, las bacterias utilizadas realizan una fotosíntesis anoxigénica mientras que en nuestro caso se favorecen en todo momento los c.-In the patent W00034189, the bacteria used perform an anoxygenic photosynthesis while in our case the

procesos aeróbicos de degradación de la materia orgánica, y de ahí que el sistema sea cerrado para provocar la sobreoxigenación. aerobic processes of degradation of organic matter, and hence the system is closed to cause over-oxygenation.

Por último, falta por hacer alusión a la patente ES2238275, la cual presenta un fotobiorreaclor con una cámara de reacción que presenta una superficie ampliada Finally, it remains to be mentioned the patent ES2238275, which has a photobioreaclor with a reaction chamber that has an enlarged surface

mayor que la superficie envolvente. greater than the enveloping surface.

Tal y como puede observarse en la documentación que se cita, hasta ahora no se ha planteado ningún procedimiento en el que las microalgas que se cultivan sean As can be seen in the documentation cited, so far no procedure has been proposed in which the microalgae grown are

las propiamente existentes en las Aguas Residuales pretratadas, las cuales alcanzan su máximo número a los 2 Ó 3 días, consiguiéndose valores de oxígeno Disuelto (00) superiores a 100 rng/L y, valores de concentración de microalgas, dentro del reactor, comprendidos 100.000 y 125.000 células/mL para los géneros ehlarel/a, Scenedesmus y Selenastrum, por lo que el procedimiento que se propone es totalmente novedoso en ese sentido. those existing in pre-treated wastewater, which reach their maximum number after 2 or 3 days, achieving dissolved oxygen values (00) greater than 100ng / L and, microalgae concentration values, within the reactor, comprising 100,000 and 125,000 cells / mL for the genus ehlarel / a, Scenedesmus and Selenastrum, so the procedure proposed is completely new in that regard.

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Tejero Monzón, J.I., Castrillo Melguizo, M., Diez Montero, R, Moreno-Ventas Bravo, X.E. (12/04/2011). ES2356653. Thepenier, C., Gudin, C .. Sarrobert, B. (16/03/1999). ES2125960. Trisch, W. (16/06/2006). ES2254509. Trisch, W .. Schmid-Staiger, U., Zastrow, A., Retze, A., Brucker, F. (01/09/2005). Tejero Monzón, J.I., Castrillo Melguizo, M., Diez Montero, R, Moreno-Ventas Bravo, X.E. (04/12/2011). ES2356653. Thepenier, C., Gudin, C .. Sarrobert, B. (03/16/1999). ES2125960. Trisch, W. (06/16/2006). ES2254509. Trisch, W .. Schmid-Staiger, U., Zastrow, A., Retze, A., Brucker, F. (09/01/2005).

ES2238275. Troesch, W . (29/08/2012). EP2491112. Uphoff, C. (16/05/2005). ES2231566. Vargas, A., Camejo, C., Lebrato, J., Lugones, A., Santana, M. (2007). Benefit 01 ES2238275. Troesch, W. (08/29/2012) EP2491112. Uphoff, C. (05/16/2005). ES2231566. Vargas, A., Camejo, C., Lebrato, J., Lugones, A., Santana, M. (2007). Benefit 01

the urban residual water using works of the concept of engineering af the possible water in the KCañada The Six, Jatibonico", Santi Spiritus, Cuba. the urban residual water using works of the concept of engineering af the possible water in the KCañada The Six, Jatibonico ", Santi Spiritus, Cuba.

Wexler, H.M .. Startari, J,F. (15/06/2000). W00034189. Xiansheng Xiao, Xiankai Xiao, Xiaoping Zhang, Gong Liao, Changqing Wu, Shukai Xie, Xiu Wang. (19/11/2008). CN101306879. Wexler, H.M .. Startari, J, F. (06/15/2000). W00034189. Xiansheng Xiao, Xiankai Xiao, Xiaoping Zhang, Gong Liao, Changqing Wu, Shukai Xie, Xiu Wang. (11/19/2008). CN101306879.

Descripción de la invención Description of the invention

Con el procedimiento que se plantea, se logra obtener agua exenta de bacterias patógenas y apta para su uso tanto en agricultura como para el ser humano, a With the procedure that arises, it is possible to obtain water free of pathogenic bacteria and suitable for use both in agriculture and for the human being,

partir de agua residual. from waste water.

Este procedimiento se caracteriza por no requerir instalaciones complejas ni conocimientos técnicos elevados, consiste en la depuración y la desinfección de This procedure is characterized by not requiring complex installations or high technical knowledge, it consists in the purification and disinfection of

aguas residuales mediante fotobiorreactor trabajando en continuo. wastewater through photobioreactor working continuously.

S S

Para ello resulta necesario llenar en su totalidad el folobiorreactor con agua residual pretratada mediante una bomba hidráulica, para posteriormente, y tras mantener el sistema herméticamente cerrado y expuesto a la radiación solar, obtener un "bloom~ de algas a los 2 6 3 días, alcanzándose valores de 0 .0 . superiores a 10 mglL, así como valores de concentración de microalgas, en el interior del folobiorreactor, comprendidos entre 100.000 y 125.000 células/mL para los géneros Chforeffa, Scenedesmus y Selenastrum. To do this, it is necessary to fill the folio bioreactor completely with waste water pretreated by means of a hydraulic pump, for later, and after keeping the system tightly closed and exposed to solar radiation, obtain a "bloom ~ of algae at 2 6 3 days, reaching values of .0.0 greater than 10 mglL, as well as concentration values of microalgae, inside the folio-bioreactor, between 100,000 and 125,000 cells / mL for the genera Chforeffa, Scenedesmus and Selenastrum.

10 10

Posteriormente, se tiene que realizar la puesta en funcionamiento del sistema en continuo, pero teniendo en cuenta que el flujo de alimentación tiene que ser, aproximadamente, de 180 mUh. Subsequently, the system must be put into operation continuously, but taking into account that the feed flow has to be approximately 180 mUh.

15 fifteen

Teniendo presentes las pautas especificadas, se produce una sobreoxigenación a consecuencia de la acción fotosintética de las microalgas generadas directamente de las algas residuales, alcanzándose valores de 0 .0. comprendidos, en todo momento, entre 15 mglL y 35 mg/L. Además, se obtiene una disminución de los contenidos de materia orgánica, medidos como 000 y 0805, a consecuencia de la asimilación de la misma por parte de las bacterias existentes en el agua Bearing in mind the specified guidelines, an over-oxygenation occurs as a result of the photosynthetic action of the microalgae generated directly from the residual algae, reaching values of 0 .0. included, at all times, between 15 mglL and 35 mg / L. In addition, a decrease in the contents of organic matter, measured as 000 and 0805, is obtained as a result of the assimilation of the same by the bacteria in the water

residual. residual.

20 twenty

Tras la recogida del efluente resultante, puede observarse que se alcanzan rendimientos de depuración superiores al 50 %, dando lugar a aguas tratadas que cumplen con la normativa vigente acerca de vertidos. After the collection of the resulting effluent, it can be observed that purification yields of more than 50% are achieved, giving rise to treated waters that comply with current regulations regarding discharges.

25 25

Del mismo modo, se produce una disminución de los contenidos en sólidos en suspensión y sólidos totales por decantación, con rendimientos superiores al 50 % Y 70 % respectivamente, así como unos valores medios de desinfección (estimados por contenido en micoorganismos indicadores "coliformes fecales y totalesft ) del 100 % y 99,97 % respectivamente. In the same way, there is a decrease in the contents of suspended solids and total solids by decantation, with yields greater than 50% and 70% respectively, as well as average disinfection values (estimated by content in mycoorganisms indicators "fecal coliform and totalft) of 100% and 99.97% respectively.

30 30

El presente procedimiento tiene importantes aplicaciones en la industria destinada a la agricultura, ganadería y el ámbito forestal, ya que es de especial utilidad en aquellas zonas en las que no hay disponible agua de suficiente calidad como para riego, ya sea por problemas de salinidad o de contaminación, o simplemente que el agua escasea en determinadas épocas del año. Es de especial valla en zonas con condiciones climáticas favorables, elevado número de horas de sol al año y temperaturas medias que favorecen la actividad fotosintética de las microalgas y la actividad depuradora de las bacterias. Lógicamente, esta disponibilidad de agua redundará en un aumento de la producción herbácea y como consecuencia una The present procedure has important applications in the industry for agriculture, livestock and forestry, since it is especially useful in those areas where there is not enough water available for irrigation, either due to salinity problems or of contamination, or simply that water is scarce at certain times of the year. It is of special fence in areas with favorable climatic conditions, high number of hours of sunshine per year and average temperatures that favor the photosynthetic activity of the microalgae and the purifying activity of the bacteria. Logically, this water availability will result in an increase in herbaceous production and as a consequence

mayor disponibilidad de alimento tanto para el ganado como para el ser humano de zonas bien desarrolladas como en desarrollo. greater availability of food for both livestock and humans in well developed and developing areas.

Respecto la industria química, o aquellas de otros ámbitos que produzcan efluentes con vertidos a cauce público, presenta como aplicación la seguridad de Regarding the chemical industry, or those of other areas that produce effluents with discharges into public channels, it presents as an application the safety of

5 que el vertido cumple con la normativa vigente, por lo que se puede considerar que el uso de éste nuevo procedimiento en éste tipo de industrias es, en sí mismo, una medida de bajo coste en lo que a la minimización del impacto ambiental se refiere. 5 that the discharge complies with current regulations, so it can be considered that the use of this new procedure in this type of industry is, in itself, a low-cost measure in terms of minimizing environmental impact .

Para la administración pública en general, así como para aquellas ONGs que lo For the public administration in general, as well as for those NGOs that

10 precisen, es un procedimiento válido, útil y de aplicación tanto en zonas urbanas como rurales de los países con gran poder económico, ya que permitiría obtener mayor cuota de ahorro en el uso del recurso agua, como en los países del denominado tercer mundo o en aquellas zonas danmificadas por catástrofes naturales, donde la escasez de agua o sus malas condiciones da lugar a 10 specify, it is a valid, useful and applicable procedure in both urban and rural areas of countries with great economic power, since it would allow to obtain a greater share of savings in the use of water resources, as in the countries of the so-called third world or in those areas damaged by natural disasters, where water scarcity or poor conditions gives rise to

15 enfermedades o incluso a la muerte. 15 diseases or even death.

Modo de realización de la invención Embodiment of the invention

Como ejemplo comentar el experimento realizado en el laboratorio de análisis de As an example, comment on the experiment performed in the analysis laboratory of

la ETSIA de la Universidad de Sevilla gracias al uso de agua residual pretratada ETSIA of the University of Seville thanks to the use of pretreated wastewater

20 procedente de ta EDAR "La Ranilla" (latitud = 37,365161 ; longitud = -5,930806). En dicho experimento se midieron diferentes parámetros (pH, 0.0., C.E., Turbidez, Sólidos Totales, Sólidos en Suspensión, 000, 0805, Coliformes Fecales y Coliformes Totales entre otros) tanto de las aguas de entrada como de salida del sistema, los cuales fueron tratados estadísticamente con el SPSS v.14. 20 from the WWTP "La Ranilla" (latitude = 37,365161; longitude = -5,930806). In this experiment, different parameters were measured (pH, 0.0., EC, Turbidity, Total Solids, Suspended Solids, 000, 0805, Fecal Coliforms and Total Coliforms among others) of both the inlet and outlet waters of the system, which were statistically treated with SPSS v.14.

25 De dicho análisis, realizado con un intervalo de confianza del 95 %, se procedió a rechazar la hipótesis nula, en la que se consideraba que las aguas de entrada eran iguales a las de salida, excepto para los coliformes totales, fecales y sólidos en suspensión. En el caso de coliformes fecales, la alta variabilidad de los datos de entrada, hace que estadísticamente no se puedan considerar diferentes 25 From this analysis, carried out with a 95% confidence interval, the null hypothesis was rejected, in which it was considered that the inlet waters were equal to those of exit, except for total, fecal and solid coliforms in suspension. In the case of faecal coliforms, the high variability of the input data means that they cannot be considered statistically different

30 entrada y salida, aún cuando se obtienen O UFC/100mL (desinfección total) en las últimas. La significación bilateral del par C.EEntrada-C.Esalida mostró ser uno de los parámetros que peores resultados dio entre los que cumplen la hipótesis de partida. Esto implica que el efecto del reactor sobre el contenido final de sales del agua tratada está sujeto a un grado de incertidumbre que obligaría a un control de 30 input and output, even when OFC / 100mL (total disinfection) is obtained in the latter. The bilateral significance of the C.Entrada-C.Esalida pair showed to be one of the parameters that produced the worst results among those that meet the starting hypothesis. This implies that the effect of the reactor on the final salt content of the treated water is subject to a degree of uncertainty that would require a control of

35 éstas en caso de desearse reutilización del agua en riego. 35 these in case of wishing to reuse water in irrigation.

Las cantidades de DQD y 0805 son muy diferentes en la entrada y la salida. Las bacterias son las principales responsables de la asimilación de la materia orgánica contenida en las aguas efluentes. los resultados indicaron que es a la salida del sistema donde se produce tanto una desinfección como una decantación, lo que justifica que los rendimientos de depuración aumenten en gran medida. En dicha salida la población de algas fue muy elevada, y por tanto también lo fue su contribución tanto a los sólidos en suspensión como a los totales. Respecto a los valores de 00, comentar que una vez superados los 2-3 primeros días de arranque del sistema, su evolución fue prácticamente constante, exceptuando lógicamente las oscilaciones propias debidas a los ciclos día-noche, y consecuentemente de radiación solar. El funcionamiento óptimo del sistema se alcanzÓ en los periodos en los que el 00 osciló entre 25 y 30 mg/L. En estas circunstancias se produjo una simbiosis ideal entre algas y bacterias, que tuvo como resultado la depuración. La función fotosintética de las algas evitó la necesidad de utilizar sistemas de aireación externos. Tras los primeros días de funcionamiento, el pH experimentó una evolución ascendente y continua, con oscilaciones diarias correspondientes a los ciclos díanoche hasta establecerse en un rango óptimo alrededor de pH = 10. Todas las observaciones realizadas para explicar la evolución del 00 fueron igualmente válidas para la evolución del pH, ya que al superponer las gráficas de 00 y pH, ambos parámetros presentaron evoluciones muy similares, como corresponde al equilibrio que se produce entre las especies O2 y CO2 disueltas. En los momentos en los que los valores de 00 y pH son más bajos, se produjo un aumento de CE como resultado de una mayor mineralización de la materia orgánica a consecuencia de la actividad bacteriana y de un menor consumo de sales por parte de las algas. La CE osciló, durante el periodo establecido de funcionamiento óptimo del reactor, entre 1.350-1.400 jJSfcm, por 10 que el agua resultante podría perfectamente utilizarse para riego agrícola de especies tolerantes a la salinidad. The quantities of DQD and 0805 are very different at the input and output. Bacteria are primarily responsible for the assimilation of organic matter contained in effluent waters. the results indicated that it is at the exit of the system where both disinfection and decantation occur, which justifies that the purification yields increase greatly. At that exit, the algae population was very high, and so was its contribution to both suspended solids and totals. Regarding the values of 00, comment that once the first 2-3 days of system startup were exceeded, its evolution was practically constant, except logically the own oscillations due to day-night cycles, and consequently of solar radiation. The optimal functioning of the system was achieved in the periods in which 00 ranged between 25 and 30 mg / L. Under these circumstances, an ideal symbiosis occurred between algae and bacteria, which resulted in clearance. The photosynthetic function of the algae avoided the need to use external aeration systems. After the first days of operation, the pH underwent an upward and continuous evolution, with daily oscillations corresponding to the day-to-day cycles until it was established in an optimal range around pH = 10. All observations made to explain the evolution of 00 were equally valid for the evolution of the pH, since when superimposing the 00 and pH graphs, both parameters presented very similar evolutions, corresponding to the equilibrium that occurs between the dissolved O2 and CO2 species. At times when the values of 00 and pH are lower, there was an increase in EC as a result of a higher mineralization of organic matter as a result of bacterial activity and a lower consumption of salts by algae . The EC oscillated, during the established period of optimum reactor operation, between 1,350-1,400 jJSfcm, so that the resulting water could be perfectly used for agricultural irrigation of salinity tolerant species.

Claims (9)

Reivindicaciones  Claims 1. Procedimiento para depuración y desinfección de aguas residuales 1. Procedure for purification and disinfection of wastewater mediante fotobiorreactores, caracterizado porque comprende las siguientes 5 fases o etapas: by photobioreactors, characterized in that it comprises the following 5 phases or stages:

a. to.

Llenar en su totalidad el fotobiorreactor con agua residual pretratada mediante una bomba hidráulica. Fill the photobioreactor completely with wastewater pretreated by means of a hydraulic pump.

b. b.

Mantener el sistema herméticamente cerrado y expuesto a la radiación solar hasta que se produzca un "bloomn de algas, Keep the system tightly closed and exposed to solar radiation until a "seaweed bloomn,"

10 preferentemente durante 2-3 días, y se alcancen valores de 0 .0. superiores a 10 mg/L, y valores de concentración de microalgas en el interior del reactor comprendidos entre 100.000 y 125.000 células/mL para los géneros ChloreJla, Scenedesmus y Selenastrum. 10 preferably for 2-3 days, and values of 0 .0 are reached. greater than 10 mg / L, and microalgae concentration values inside the reactor between 100,000 and 125,000 cells / mL for the ChloreJla, Scenedesmus and Selenastrum genera. 15 C. Puesta del sistema en funcionamiento en continuo, con un flujo de alimentación de 180 mUh. 15 C. Commissioning of the system in continuous operation, with a feed flow of 180 mUh. d. Recogida del efluente resultante. d. Collection of the resulting effluent. 2. Procedimiento para depuración y desinfección de aguas residuales 2. Procedure for purification and disinfection of wastewater 20 mediante fotobiorreactores, según reivindicación 1, caracterizado por producir una sobreoxigenación como consecuencia de la acción fotosintética de las microalgas, alcanzándose en todo momento valores de 20 by photobioreactors, according to claim 1, characterized by producing an oxygenate as a result of the photosynthetic action of the microalgae, reaching at all times values of O.D. comprendidos entre 15 mg/L y 35 mg/L O.D. between 15 mg / L and 35 mg / L 25 3. Procedimiento para depuración y desinfección de aguas residuales mediante fotobiorreactores, según reivindicaciones anteriores, caracterizado por presentar una disminución de los contenidos de materia orgánica, medidos como DaO y 0805, como resultado de la asimilación de la misma por parte de las bacterias de las aguas residuales. 3. Procedure for purification and disinfection of wastewater by means of photobioreactors, according to previous claims, characterized by presenting a decrease in the contents of organic matter, measured as DaO and 0805, as a result of the assimilation thereof by bacteria of sewage 4. Procedimiento para depuración y desinfección de aguas residuales mediante fotobiorreactores, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque permite alcanzar rendimientos superiores al 50 %, generando aguas tratadas que cumplen con la normativa vigente acerca de 4. Procedure for purification and disinfection of wastewater by means of photobioreactors, according to previous claims, characterized in that it allows to reach yields greater than 50%, generating treated waters that comply with current regulations regarding 35 vertidos. 35 spills. 5. Procedimiento para depuración y desinfección de aguas residuales 5. Procedure for purification and disinfection of wastewater mediante fotobiorreactores, según reivindicaciones anteriores, caracterizado por producir una disminución de los contenidos en sólidos en suspensión y sólidos totales por decantación, con rendimientos superiores al 50 % Y 70 % respectivamente. by photobioreactors, according to previous claims, characterized by producing a decrease in the contents of suspended solids and total solids by decantation, with yields greater than 50% and 70% respectively.

6. 6.

Procedimiento para depuración y desinfección de aguas residuales mediante fotobiorreactores, según reivindicaciones anteriores, caracterizado por dar lugar a unos valores medios de desinfección, estimados por contenido en microorganismos indicadores, esto es coliformes fecales y totales, del 100 % y 99,97 % respectivamente. Procedure for purification and disinfection of wastewater by photobioreactors, according to previous claims, characterized by giving rise to average disinfection values, estimated by content in indicator microorganisms, that is fecal and total coliforms, 100% and 99.97% respectively.

7. 7.

Procedimiento para depuración y desinfección de aguas residuales mediante fotobiorreactores, según reivindicaciones anteriores, caracterizado por no requerir instalaciones complejas ni conocimientos técnicos elevados. Procedure for purification and disinfection of wastewater by means of photobioreactors, according to previous claims, characterized by not requiring complex installations or high technical knowledge.

8. 8.

Procedimiento para depuración y desinfección de aguas residuales mediante fotobiorreactores, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las microalgas se generan directamente a partir de las aguas residua les. Procedure for purification and disinfection of wastewater by photobioreactors, according to previous claims, characterized in that the microalgae are generated directly from the wastewater.

9. 9.

Procedimiento para depuración y desinfección de aguas residuales mediante fotobiorreactores, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se basa, esencialmente, en la acción simbiótica de las bacterias/algas presentes en el agua residual. Procedure for purification and disinfection of wastewater by means of photobioreactors, according to previous claims, characterized in that it is based essentially on the symbiotic action of the bacteria / algae present in the wastewater.

10. 10.

Procedimiento para depuración y desinfección de aguas residuales mediante fotobiorreactores, según reivindicaciones anteriores, caracterizado por su posterior reutilización, tanto en la agricultura como en el consumo humano. Procedure for purification and disinfection of wastewater by means of photobioreactors, according to previous claims, characterized by their subsequent reuse, both in agriculture and in human consumption.