MX2010010532A - Sistemas y metodos hibridos de tratamiento aerobico y anaerobico de aguas residuales y lodos. - Google Patents

Abstract

Se describe un método y sistema híbrido para tratar aguas residuales con uso reducido de energía. El sistema de tratamiento tiene un sistema de absorción, un digestor anaeróbico que digiere o convierte al menos una porción de los sólidos o lodo del sistema de absorción, y un tanque de tratamiento aeróbico que reduce parcialmente la demanda de oxígeno de una porción del lodo formado del tanque de absorción.

Description

SISTEMAS Y MÉTODOS HÍBRIDOS DE TRATAMIENTO AERÓBICO Y ANAEROBICO DE AGUAS RESIDUALES Y LODOS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a sistemas y procesos de tratamiento de aguas residuales, y en particular, a sistemas y métodos para tratar aguas residuales utilizando absorción · biológica, tratamiento aeróbico, digestión anaeróbica -'de lodos, reactores de lotes en secuencia con sistemas de filtración por membrana.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Pilgram et al., en la patente de los Estados Unidos No. 6,383,389, que se incorpora en la presente como referencia para todos los propósitos, incluyendo pero no limitado a secuencias o etapas que se pueden usar en reactores continuos o de lotes, enseña un sistema de tratamiento; de aguas residuales y método para controlar el sistema de tratamiento. Un sistema de control puede secuenciar y supervisar los pasos de tratamiento en un modo de operación de flujo por lotes o por un modo de flujo continuo.

Sutton, en la solicitud de patente de los Estados Unidos No. 2008/0223783, enseña un sistema de tratamiento de aguas residuales y un método para tratar aguas residuales. El sistema incluye un biorreactor aeróbico de membrana y un sistema digestor anaeróbico conectado para recibir de manera continua sólidos residuales del biorreactor aeróbico de membrana. El sistema también retorna de manera continua el efluente desde el sistema digestor anaeróbico al biorreactor aeróbico de membrana.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Uno o más aspectos de la presente descripción comprenden modalidades dirigidas a un proceso para tratar aguas residuales y lodos. El proceso puede comprender proporcionar un agua residual que se va a tratar; promover la absorción biológica del agua residual que se va a tratar para producir un: primer licor mezclado; producir un lodo abundante en sólidos y una porción escasa en sólidos a partir del licor mezclado; tratar aeróbicamente una primera porción de lodo abundante en sólidos para producir un lodo al menos parcialmente tratado de manera aeróbica; digerir de manera anaeróbica una segunda porción de lodo abundante en sólidos para producir un lodo anaeróbicamente digerido; combinar al menos una porción del lodo al menos parcialmente tratado de manera aeróbica con el agua residual que se va a tratar; y combinar al menos una porción del lodo anaeróbicamente digerido con el agua residual que se va a tratar.

Uno o más aspectos adicionales de la presente descripción: se refieren a un proceso para tratar aguas residuales que comprende proporcionar una corriente de agua residual, que se va a tratar; introducir la corriente de agua residual en un tanque de absorción biológica para producir una primera corriente del licor mezclado; introducir la corriente del licor mezclado en un separador para producir una corriente abundante en sólidos y una corriente escasa en sólidos; introducir al menos una porción de la corriente abundante en sólidos en un tanque de tratamiento aeróbico para producir una corriente de lodo al menos parcialmente tratado de manera aeróbica; introducir al menos una porción de la corriente abundante en sólidos en un digestor anaeróbico ; para producir una corriente de lodo anaeróbicamente digerido; introducir al menos una porción de la corriente de lodo al menos parcialmente tratado de manera aeróbica en: el tanque de absorción biológica; e introducir al menos una porción de la corriente de lodo anaeróbicamente digerido en el tanque de absorción biológica.

Uno o más aspectos adicionales de la presente descripción, se refieren a un sistema de tratamiento de aguas residuales que comprende una fuente de un agua residual que se va a tratar; un tanque de absorción biológica que tiene una entrada de tanque de absorción conectada para fluidos a la fuente del agua residual; un separador que tiene para fluidos una entrada de separador conectada para fluidos corriente abajo del tanque de absorción biológica, una salida de lodo, y una salida escasa en sólidos; un tanque de tratamiento: aeróbico que tiene una entrada de tanque aeróbico conectada para fluidos corriente abajo de la salida del lodo, y una salida del lodo al menos parcialmente tratado de manera aeróbica conectada para fluido en la entrada del tanque de absorción; y un digestor anaeróbico que tiene una entrada de digestor conectada para fluidos corriente abajo de la salida de lodos, y una salida de lodo digerido conectada para fluidos corriente arriba de la entrada del tanque de absorción. : Uno o más aspectos adicionales de la presente descripción se refieren a un sistema de tratamiento de aguas residuales que comprende una fuente de agua residual que se va a tratar; un reactor de lotes en secuencia que tiene una pileta con una entrada de pileta conectable para fluidos a la fuente del agua residual, un sistema de aireación, un sistema de recolección de lodo con una salida de lodo, y un sistema de decantación con una salida de sobrenadante; un digestor anaeróbico que tiene una entrada de digestor conectable para fluidos corriente abajo de la salida de lodo, y una salida de lodo digerido conectable para fluidos a la entrada de la pileta; y un controlador configurado para generar una primera señal de salida que proporciona comunicación de fluidos entre la entrada de pileta y la fuente de agua residual, y una segunda señal que proporciona comunicación de fluidos entre la salida del lodo y la entrada de digestor.

Uno o más aspectos adicionales de la presente descripción se refieren a un sistema de tratamiento de aguas residuales que comprende una fuente de agua residual que se va a tratar; un tren de tratamiento biológico conectado para fluidos a l;a fuente de agua residual que se va a tratar, el primer tren de tratamiento que comprende al menos un reactor biológico seleccionado del grupo que consiste de un reactor anaerobico, · un reactor anóxico, y un reactor aeróbico; un digestor anaerobico conectado para fluidos corriente abajo de una salida de residuos abundantes en sólidos del tren de tratamiento biológico; y una línea de reciclado de lodo anaerobico digerido que conecta para fluidos una salida del lodo digerido del digestor anaerobico y una entrada del por lo menos un reactor biológico.

Uno o más aspectos adicionales de la presente descripción; se refieren a un método para facilitar el tratamiento de aguas residuales en un sistema de tratamiento de aguas residuales que tiene un tren de tratamiento biológico con al menos un reactor biológico seleccionado del grupo que consiste de un reactor anaerobico, un reactor anóxico, y un reactor aeróbico. El método puede comprender conectar para fluidos una salida abundante en sólidos del tren de tratamiento biológico corriente arriba de una entrada de un digestor anaeróbico; y conectar para fluidos una salida del lodo digerido del digestor anaeróbico corriente arriba de una entrada del por lo menos un reactor biológi BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS No se propone que las figuras anexas estén trazadas a escala El componente o característica idéntica o casi idéntica que se ilustra en las varias figuras se representa por un número similar. Para propósitos de claridad, no se puede marcar cada componente en cada dibujo, ni cada componente de cada modalidad de la invención se muestra donde no es necesaria la ilustración para permitir que el experto en la técnica entienda la invención. En las figuras: La FIG. 1 es un diagrama de flujo que ilustra un sistema representativo de tratamiento aplicable a uno o más aspectos de la invención; La FIG. 2 es un diagrama de flujo que ilustra otro sistema representativo de tratamiento aplicable a uno o más aspectos de; la invención; La FIG. 3 es un diagrama de flujo que ilustra otro sistema representativo de tratamiento aplicable a uno o más aspectos de la invención; La FIG. 4 es una gráfica de la ganancia de energía a partir de la producción de metano con relación a la cantidad de lodo activado (por ciento) que entra al digestor anaeróbico por un sistema de tratamiento aplicable a uno o más aspectos de la invención; La FIG. 5 es una gráfica de reducción de energía de aireación versus por ciento de lodo activado que entra al digestor anaeróbico por un sistema de tratamiento aplicable a uno o más aspectos de la invención; La FIG. 6 es una gráfica de la ganancia neta de energía versus por ciento de lodo activado que entra al digestor anaeróbico por un sistema de tratamiento aplicable a uno o más aspectos de la invención; La FIG. 7 es una gráfica del porcentaje de la remoción de COD por la energía del digestor anaeróbico versus por ciento del lodo activado que entra al digestor anaeróbico por un sistema de tratamiento aplicable a uno o más aspectos de la invención; La FIG. 8 es una gráfica de producción de lodo versus por ciento de lodo activado de retorno que entra al digestor anaeróbico por un sistema de tratamiento aplicable a uno o más aspectos de la invención; y La FIG. 9 es un diagrama de flujo de proceso que ilustra otro sistema representativo de tratamiento aplicable a uno o más aspectos de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a sistemas y métodos para tratar agua, agua residual o lodo, por ejemplo, para reducir la demanda: de oxígeno, tal como la demanda de oxígeno biológico (BOD, por sus siglas en inglés) , y volver al agua adecuada para usos secundarios o descarga al ambiente. Uno o más aspectos de la invención se refieren a sistemas de tratamiento de aguas residuales y a métodos de operación y facilitación de los mismos. Los aspectos adicionales pueden referirse a la generación, o recolección de un subproducto tal como un gas residual y la utilización del subproducto como una fuente de combustible para una o más operaciones unitarias del sistema de tratamiento. La invención no se limita en su aplicación a los detalles de construcción y al arreglo de los componentes, sistemas, o subsistemas expuestos en la presente, y es capaz de ser practicada o de ser llevada a cabo de varias maneras. Típicamente, el agua que se va a tratar, tal como agua residual o una corriente de agua residual, contiene materia residual que, en algunos casos, puede comprender sólidos y material orgánico e inorgánico soluble e insoluble. Antes de la descarga al ambiente, estas corrientes pueden requerir tratamiento para descontaminar o al menos volver parcialmente las corrientes de agua residual benignas o al menos satisfactorias para la descarga según las guías o requisitos regulatorios establecidos. Por ejemplo, se puede tratar el agua para reducir su BOD u otras características tal como contenido de Giardia hasta dentro de límites aceptables.

Algunos aspectos de la invención pueden comprender tratar biológicamente el agua residual al promover la digestión bacteriana del material biodegradable de al menos una porción: de al menos una especie en el agua residual . Los aspectos adicionales de la invención pueden relacionarse a efectuar o al menos facilitar la separación de material sólido, biodegradado, digerido, convertido del líquido de arrastre. Los aspectos aún adicionales de la invención pueden referirse a efectuar o al menos facilitar la reducción de la cantidad de sólidos del agua residual.

La invención se refiere a sistemas y métodos para tratar agua, por ejemplo, para reducir la demanda de oxígeno, tal como la demanda de oxígeno biológico (BOD) y la demanda de oxígeno químico (COD) , y volver adecuada el agua para usos secundarios o para la descarga al ambiente. Uno o más aspectos de la invención se refieren a sistemas de tratamiento de agua residuales y a métodos de operación de los mismos. La invención no se limita en su aplicación a los detalles de construcción y al arreglo de los componentes, sistemas o subsistemas expuestos en la presente y es capaz de ser practicada o de ser llevada a cabo de varias maneras.

Típicamente, el agua que se va a tratar, tal como agua residual o una corriente de agua residual, contiene materia residual que, en algunos casos, puede comprender sólidos y material orgánico e inorgánico soluble e insoluble. Antes de la descarga al ambiente, estas corrientes pueden requerir el tratamiento para descontaminar o al menos volver parcialmente benignas las corrientes de agua residual, o al menos satisfactorias para la descarga según las guías y requisitos regulatorios establecidos. Por ejemplo, el agua residual se puede tratar para reducir su COD o BOD hasta dentro de límites aceptables.

Algunos aspectos de la invención pueden comprender tratar biológicamente el agua residual al promover la digestión bacteriana del material biodegradable de al menos una especie: en el agua residual. Los aspectos adicionales de la invención pueden referirse a efectuar o al menos facilitar la separación de material sólido, biodegradado, digerido, convertido del líquido de arrastre. Los aspectos aún adicionales; de la invención pueden referirse a efectuar o al menos facilitar la reducción de la cantidad de sólidos del agua residual.

Como se usa en la presente los términos "agua" , "agua residual" y "corriente de agua residual" se refieren al agua que se; va a tratar tal como corrientes o cuerpos de agua de fuentes residenciales, comerciales o municipales, industriales y agrícolas, así como mezclas de las mismas, que contienen típicamente al menos una especie indeseable, o contaminante, comprendidas de materiales inorgánicos u orgánicos, biodegradables que se pueden descomponer o convertir por procesos biológicos en ambientalmente benignos o al menos compuestos menos obj ecionables . El agua que se va a tratar también puede contener sólidos biológicos, materiales inertes, compuestos orgánicos, incluyendo recalcitrantes o una clase de compuestos que son difíciles de biodegradar con relación a otros compuestos orgánicos así como constituyentes de operaciones de tratamiento auxiliar tal como, pero no limitado a, nitrosaminas y disruptores endocrinos .

Una porción "escasa en sólidos" es típicamente agua que tiene menos sólidos suspendidos con relación a un licor mezclado dé inicio después de una o más operaciones de asentamiento o separación. A la inversa, un lodo "abundante en sólidos" es típicamente agua que tiene una mayor concentración de sólidos con relación al licor mezclado de inicio después de una o más operaciones de asentamiento o separación. Por ejemplo, un licor mezclado que tiene sólidos suspendidos puede ser dejado para promover el asentamiento de al menos una porción de los sólidos suspendidos en el mismo; el cuerpo resultante de agua, como consecuencia de las fuerzas gravitacionales naturales o artificialmente inducidas tendrá típicamente una capa inferior de agua y una capa superior de- agua, en donde la capa inferior tiene una mayor concentración de sólidos, con relación al licor mezclado de inicio y a la capa superior de agua escasa en sólidos. Adicionalmente , la capa de agua escasa en sólidos tendrá típicamente: una menor concentración de sólidos suspendidos en la misma con relación al licor mezclado de inicio. Otras operaciones de separación pueden comprender la filtración para producir el lodo abundante en sólidos y la porción escasa en sólidos.

Una porción "tratada" es típicamente agua que tiene menos especies o contaminantes indeseables con relación a una porción "escasa en sólidos" de inicio después de una o más etapas de tratamiento, tal como una más operaciones de separación o biológicas. Una porción "escasa en sólidos" que tiene especies indeseables tal como compuestos inorgánicos u orgánicos solubles se puede introducir a un dispositivo de filtración en membrana o un biorreactor de membrana que puede retener los: compuestos inorgánicos u orgánicos en un primer lado de un filtro como un "segundo licor mezclado", en tanto que se permite que la porción "tratada" pase a través del filtro.

Uno o más de los sistemas inventivos descritos en la presente pueden comprender una o más operaciones en unidades basadas en procesos biológicos o no basadas en procesos biológicos. Los sistemas y técnicas de la invención se pueden efectuar como, o al menos como una porción, de sistemas de descontaminación o tratamiento que incluyen típicamente una o más de las operaciones de pre-tratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario, y pos-tratamiento o acabado final. Adicionalmente , las instalaciones de tratamiento que pueden emplear uno o más aspectos de la invención pueden incluir al menos una de las operaciones; de pre-tratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario, y pos-tratamiento o acabado final.

Las operaciones y sistemas de pre-tratamiento pueden remover arenilla, arena y grava. Las operaciones o sistemas de tratamiento primario pueden comprender al menos igualación parcial, neutralización, y/o remoción de material insoluble, grande del agua que se va a tratar tal como, pero no limitado a grasas, aceites, y cebo. Las operaciones de pre-tratamiento y tratamiento primario se pueden combinar para remover estos materiales así como sólidos asentables y cuerpos flotantes, y objetos insolubles tal como harapos y palos. Para separar los sólidos se pueden utilizar clarificadores primarios.

Los sistemas u operaciones de unidades de tratamiento secundario pueden comprender tratamiento biológico tal como aquellos que emplean típicamente una biomasa con: bacterias o una concentración de microorganismos para hidrolizar o convertir al menos parcialmente el material biodegradable tal como, pero no limitado a, azúcar, grasa, moléculas orgánicas, y compuestos que crean una demanda de oxígeno en ;el agua. En realidad, algunos aspectos ventajosos de la invención pueden utilizar procesos y sistemas biológicos para remover o convertir al menos una porción del material orgánico en el agua que se va a tratar.

Las operaciones o sistemas de pos-tratamiento o acabado final pueden incluir tratamientos biológicos, tratamientos químicos y sistemas de separación. Las operaciones de pos-tratamiento pueden incluir procesos que comprenden : nitrificaciones/desnitrificación biológica y remoción de fósforo. Los tratamientos químicos que se pueden usar pueden incluir oxidación química y precipitación química. Los sistemas de separación pueden incluir remoción de sólidos; inorgánicos, disueltos por intercambio iónico, ultrafiltración, osmosis inversa, o electrodiálisis . Los procesos adicionales de tratamiento pueden comprender desinfección, descontaminación o inactivación de al menos una porción de cualquier microorganismo residual por medios químicos o físicos. Por ejemplo se puede efectuar la desinfeccióh por exposición a cualquiera o más de los agentes oxidantes o a radiación actínica. Los sistemas de filtración comercialmente disponibles que se pueden utilizar en algunas modalidades: de la invención incluyen aquellos que emplean los módulos de : filtración en membrana continua CMF-SMR así como los sistemas de filtración en membrana CMF (Presurizado) XP, CP, y XS MEMCORMR de Siemens Water Technologies Corp. Otros separadores que se pueden usar incluyen prensas filtro y centrífugas :.

Algunas modalidades de los sistemas de tratamiento de la invención pueden comprender una fuente de agua residual que se va a tratar, un tanque de absorción biológica que tiene una :entrada de tanque de absorción conectada para fluidos a la fuente del agua residual. Los sistemas de tratamiento de la invención también pueden comprender un separador que tiene para fluidos una entrada de separador conectada para fluidos corriente abajo del tanque de absorción biológica, una salida del lodo, y una salida escasa en sólidos. Los sistemas de tratamiento de la invención pueden comprender además un tanque de tratamiento aeróbico que tiene una entrada de tanque aeróbico conectada para fluidos corriente abajo de la salida de lodo, y una salida de lodo al menos parcialmente tratado de manera aeróbica conectada para fluidos a la entrada del tanque de absorción. Los sistemas de tratamiento de la invención pueden comprender adicionalmente un digestor anaeróbico que tiene una entrada de digestor conectada para fluidos corriente abajo de la salida del : lodo, y una salida del lodo digerido conectada para fluidos corriente arriba de la entrada del tanque de absorción .

Los ejemplos no limitantes de los clarificadores o componentes de los mismos que se pueden utilizar en una o más configuraciones de los presentes sistemas de tratamiento incluyen pero no se limitan al sistema ENVIREXMR FLOC-CLARIFIER, el clarificador de manto de lodo de flujo ascendente SPIRACONEMR, el clarificador circular RIM-FLOMR, y el clarificador TRANS-FLOMR, de Siemens Water Technologies Corp.

Los sistemas de biorreactor de membrana (MBR) que se pueden utilizar de acuerdo con una o más configuraciones descritas en la presente incluyen, pero no se limitan a, el sistema de biorreactor de membrana MEMPULSEMR, el sistema de biorreactor de membrana PETROMR, el Sistema de Biorreactor de Membrana Sumergida, y el Sistema de Aguas Residuales Embasadas XPRESSMR MBR, de Siemens Water Technologies Corp.

Los ejemplos no limitantes de los componentes o porciones de los sistemas anaeróbicos que se pueden utilizar en una o más configuraciones de los sistemas de agua residual incluyen, pero no se limitan a, el sistema retenedor de gas digestor DYSTORMR, el sistema de desintegración CROWNMR, el sistema de mezclado de gas digestor PEARTHMR, el retenedor de gas digestor guiado en espiral PFTMR, el retenedor de digestor guiado en vertical PFTMR, la cubierta de digestor flotante DUO-DECKMR, el sistema de intercambio de calor y calentador PFTMR, de Siemens Water Technologies Corp.

Una o más modalidades aplicables a algunos aspectos de la invención pueden comprender un sistema de tratamiento de aguas residuales que comprende una fuente de agua residual que se va a tratar y un reactor de lotes en secuencia que tiene una pileta con una entrada de pileta conectable para fluidos a la fuente del agua residual, un sistema de aireación, un sistema de recolección de lodo con una salida de lodo, y un sistema de decantación con una salida de sobrenadante. El sistema de tratamiento de aguas residuales también puede comprender un digestor anaerobico que tiene una entrada de digestor conectable para fluidos corriente abajo de la salida de lodo, y una salida de lodo digerido conectable :para fluidos a la entrada de la pileta, y un controlador; configurado para generar una primera señal de salida que proporciona comunicación de fluidos entre la entrada de la pileta y la fuente de agua residual, y una segunda señal que proporciona comunicación de fluidos entre la salida del lodo y la entrada del digestor.

En aún modalidades adicionales de la invención, el método y las técnicas de la invención pueden comprender proporcionar un agua residual que se va a tratar y promover la absorción biológica del agua residual que se va a tratar para producir un primer licor mezclado. El método y las técnicas de la invención pueden comprender además producir un lodo abundante en sólidos y una porción escasa en sólidos a partir del licor mezclado, y tratar aeróbicamente una primera porción del lodo abundante en sólidos para producir un lodo al menos parcialmente tratado de manera aeróbica. Una segunda porción del lodo abundante en sólidos se puede digerir de manera anaeróbica para producir un lodo anaeróbicamente digerido. Él método y las técnicas de la invención pueden comprender aún adicionalmente combinar al menos una porción del lodo al: menos parcialmente tratado de manera aeróbica con el agua residual que se va a tratar, y combinar al menos una porción del lodo digerido anaeróbicamente con el agua residual que se va a tratar.

En aún modalidades adicionales de la invención, el método y : técnicas de la invención pueden comprender proporcionar una corriente de agua residual que se va a tratar, e introducir la corriente de agua residual en un tanque de absorción biológica para producir una primera corriente de licor mezclado. El método y las técnicas de la invención también pueden comprender introducir la corriente del licor mezclado en un separador para producir una corriente abundante en sólidos y una corriente escasa en sólidos. El método y las técnicas de la invención pueden comprender aún además introducir al menos una porción de la corriente abundante en sólidos en un tanque de tratamiento aeróbico para producir una corriente al menos parcialmente tratada de manera aeróbica. Aún adicionalmente, el método y las técnicas de la invención pueden comprender al menos una porción de la corriente abundante en sólidos en un digestor anaeróbico ; para producir una corriente de lodo anaerobicamente digerido. Aún adicionalmente, el método y las técnicas de la invención pueden comprender introducir al menos una porción de la corriente del lodo al menos parcialmente tratado de manera aeróbica en el tanque de absorción biológica, e introducir al menos una porción de la corriente del lodo anaerobicamente digerido en el tanque de absorción biológica.

Una o más modalidades aplicables a algunos aspectos de la invención pueden comprender un sistema de tratamiento de aguas residuales que comprende una fuente de agua residual que se va a tratar y un tren de tratamiento biológico conectado para fluidos a la fuente de agua residual que se va a tratar. El primer tren de tratamiento puede comprender al menos un reactor biológico seleccionado del grupo que consiste de un reactor anaeróbico, un reactor anóxico y un reactor aeróbico. El sistema de tratamiento de aguas residuales también puede comprender un digestor anaeróbico conectado para fluidos corriente abajo de una salida abundante en sólidos del tren de tratamiento biológico y una línea de reciclado de lodo anaeróbico, digerido que conecta para fluidos una salida del lodo digerido del digestor anaeróbico ; y una entrada del por lo menos un reactor biológico .

En aún modalidades adicionales de la invención, el método y las técnicas de la invención pueden comprender un método para facilitar el tratamiento de aguas residuales en un sistema de tratamiento de guas residuales que tiene un tren de tratamiento biológico con al menos un reactor biológico seleccionado del grupo que consiste de un reactor anaeróbico,: un reactor anóxico, y un reactor aeróbico. El método puede comprender conectar para fluidos una salida abundante en sólidos del tren de tratamiento biológico corriente arriba de una entrada de un digestor anaeróbico, y conectar para fluidos una salida de lodo digerido del digestor anaeróbico corriente arriba de una entrada del por lo menos un reactor biológico.

Los sistemas y componentes de la invención también pueden proporcionar ventajas de costo con relación a otros sistemas de tratamiento de aguas residuales a través del uso de procesos biológicos en combinación con digestión anaeróbica .; El proceso de tratamiento de aguas residuales de la presente invención puede reducir la producción de lodo a través del uso de varias operaciones unitarias que incluyen procesos biológicos y corrientes de reciclado. El proceso de tratamiento^ de aguas residuales también supera algunas de las dificultades técnicas asociadas con el uso de procesos de tratamiento anaeróbico de aguas residuales, por ejemplo, al concentrar o consolidar el lodo introducido en el digestor anaeróbico. Adicionalmente, los costos asociado con el uso de una unidad convencional de estabilización aeróbica se reducen típicamente debido a que se requerirá típicamente menos aireación en los procesos aeróbicos debido al uso del digestor anaeróbico y varias corrientes de reciclado. Este proceso también puede generar metano como un producto del proceso de digestión anaeróbica, que se puede usar como una fuente de energía. En ciertas modalidades, usando el digestor anaeróbico se puede reducir una gran porción de la demanda de oxígeno químico (COD) y de la demanda de oxígeno biológico (BOD) . Esto' puede reducir los requerimientos de oxígeno y de aireación, y de esta manera, los costos de operación, e incrementar: la cantidad de metano producido que se puede usar como una fuente de energía. Adicionalmente , debido a que se usará digestión anaerobica para reducir COD y BOD en el lodo, también se puede reducir la producción del lodo del sistema.

En contraste a los procesos convencionales de estabilización por contacto, en donde la estabilización del lodo se realiza en tanques de estabilización aeróbica de lodo con tiempos de retención de unas pocas horas tal como entre una y dos horas, uno o más de los presentes sistemas de tratamiento' puede utilizar una pluralidad de sub-trenes y uno o más sistemas de absorción que facilitan la asimilación o absorción biológica de los materiales suspendidos y/o disueltos. ; Por ejemplo, los varios sistemas y técnicas descritos en la presente pueden proporcionar de manera ventajosa tratamiento de aguas residuales al utilizar una pluralidad de sub-trenes que tienen cargas hidráulicas variadas. Un primer tren puede tener una mayoría de lodo activado de retorno, preferentemente digerido de manera anaerobica, y el segundo tren que tiene la fracción de lodo activado tratado de manera aeróbica, típicamente sólo tratado de una manera parcialmente aeróbica por exposición a actividad aeróbica durante menos que la conversión o consumo completo de toda la demanda de oxígeno. Varias configuraciones de los presentes sistemas pueden utilizar separadores de sólidos/líquidos que reducen adicionalment los requisi os de capital. De esta manera, en algunos casos se pueden utilizar uno o más separadores para separar corrientes de lodo o abundantes en sólidos, que se van a tratar, en uno o más de los sub-trenes.

Algunas modalidades diferentes de los sistemas de tratamiento de la invención pueden comprender recolectar y/o convertir varios materiales para producir un material de lodo. El proceso de absorción biológica puede comprender procesos tanto de adsorción como de absorción que facilitan la conversión de al menos una porción de los sólidos disueltos así como sólidos suspendidos en el agua o agua residual. En los procesos de adsorción, los iones y moléculas de las partículas se adhieren o unen físicamente sobre la superficie de otra molécula o compuesto. Por ejemplo, el proceso de adsorción puede comprender la unión de los compuestos ó moléculas a superficies de partículas solubles e insolubles en el agua residual para hacerles que se asienten en un clarificador corriente abajo. En los procesos de absorción, pueden presentarse reacciones químicas y bioquímicas: en las cuales se convierten los compuestos o sustancias ;en un estado a otro compuesto o sustancia en un estado diferente. Por ejemplo, los compuestos en el agua residual se pueden convertir a otro compuesto, o se pueden incorporar por, o en bacterias para el propósito de cultivar nuevas bacterias. Al proceso de absorción biológicas se puede proporcionar aireación para mezclar y proporcionar un ambiente aeróbico. El tiempo de retención en un tanque de absorción biológica puede estar entre unos pocos minutos y unas pocas: horas, por ejemplo, entre aproximadamente cinco minutos y dos horas, de manera más preferente entre treinta minutos y una hora. La aireación en la presente se puede efectuar para proporcionar el mezclado y para mantener un ambiente aeróbico que facilita la floculación. Se puede efectuar floculación o agregación adicional en los sistemas que utilizan un tanque de tratamiento aeróbico. Sin embargo, en algunos casos, el tanque de tratamiento aeróbico proporciona sustancialmente todo el oxígeno disuelto en el tanque de absorción biológica.

En algunos casos, el sistema de tratamiento puede comprender operaciones unitarias que tienen varias concentraciones de microorganismos que facilitan el retorno rápido a condiciones de estado estable después de un desequilibrio. Por ejemplo, el sistema de tratamiento puede hacer circular microorganismos que proporcionen o faciliten la actividad digestiva anaerobica. En ciertas modalidades, el tanque de absorción biológica se siembra constantemente con bacterias de nitrificación (tal como biomasa de oxidación de amoniaco y de oxidación de nitrito) que puede sobrevivir en el digestor anaeróbico y que se puede reciclar al ambiente aeróbico. Por ejemplo, la nitrificación y desnitrificación puede tomar lugar en el tanque de absorción biológica. En ciertas modalidades de la invención, el lodo procesado a través de un tratamiento aeróbico y/o un digestor anaeróbico también puede entrar al tanque de absorción biológica como una corriente de reciclado para ayudar en los procesos de absorción biológica. Otras corrientes procesadas, tal como una porción escasa en sólidos o una porción escasa en lodo que sale de un espesador o clarificador, o un licor mezclado producido de una unidad de acabado final también, se puede introducir como una corriente de reciclado al tanque de absorción biológica para ayudar en el proceso de absorción biológica.

En otros casos algunas configuraciones pueden comprender mecanismos de absorción químicamente facilitados.

Algunas modalidades de los procesos de tratamiento de la invención pueden comprender el tratamiento biológico de al menos una porción del lodo del agua residual que se va a tratar. Se pueden usar procesos de tratamiento biológico para remover y/o; biodegradar materiales indeseables en el agua que se va a tratar, por ejemplo contaminantes orgánicos. En ciertas modalidades, los procesos de tratamiento biológico pueden ser procesos de tratamiento biológico, aeróbico. Dependiendo^ de las condiciones de operación, al menos una porción del material orgánico en el agua que se va a tratar o en el lodo, se puede oxidar de manera biológica y convertir a dióxido de carbono y agua. En ciertas modalidades, la reducción e:n la demanda de oxígeno puede ser tan alta como aproximadamente 80-90%. En algunas modalidades, una porción del material orgánico en el agua que se va a tratar o en el lodo, se puede reducir sólo parcialmente al utilizar una velocidad de aireación, menos que suficiente, o un tiempo de residencia, menos que suficiente. Por ejemplo, la reducción en la demanda de oxígeno puede ser menos de 70%, menos de 50%, menos de 30%, o menos de 10%. En modalidades particularmente preferidas, la reducción en la demanda de oxígeno puede ser menos de 8%, y de manera más preferente de entre aproximadamente 0.08% a aproximadamente 6%. El agua que se va a tratar o el lodo se pueden airear y mezclar durante un periodo :de tiempo, por ejemplo, en un tanque abierto que usa difusores de aire o aireadores. Se pueden realizar procesos de tratamiento biológico, aeróbico para proporcionar un contenido de oxígeno disuelto de 0.2 mg/L a 5 mg/L, de manera más preferente de 1.5 mg/L a 2.5 mg/L. El tiempo de retención en el tanque de tratamiento aeróbico puede ser de varias semanas, preferentemente, en un intervalo de una a seis horas, y de manera aún más preferente, en un intervalo de una o dos horas .

Algunas modalidades de los sistemas de tratamiento de la invención pueden comprender un sistema capaz de descomponer y/o convertir varios materiales en otros productos terminales, más útiles. En este sistema, los microorganismos pueden descomponer material biodegradable en la ausencia de oxígeno. En este proceso de digestión anaeróbica, se pueden procesar muchos materiales orgánicos tal como papel residual, recortes de césped, alimento, aguas negras y desperdicio animal. Este proceso tiene la ventaja de proporcionar reducción de volumen y masa del lodo que se introduce en el sistema. El proceso produce una biomasa abundante en metano y en dióxido de carbono adecuada para la producción de energía. El proceso de digestión anaeróbica puede comprender hidrólisis bacteriana del lodo que se introduce en el digestor. Esto puede descomponer polímeros orgánicos insolubles tal como carbohidratos en azúcares, aminoácidos- y ácidos grasos. En ciertos digestores anaeróbicos, las bacterias acidogénicas entonces pueden convertir estos materiales en ácidos carbónicos, alcoholes, hidrógeno, jdióxido de carbono, amoniaco y ácidos orgánicos. Los compuestos convertidos por las bacterias acidogénicas se pueden digerir adicionalmente por microorganismos acetogénicos para producir ácido acético, dióxido de carbono e hidrógeno. Las bacterias metanogénicas o metanógenos entonces pueden convertir el dióxido de carbono, hidrógeno, amoniaco y ácidos orgánicos a metano y dióxido de carbono. El metano producido de este proceso de digestión anaeróbica se puede usar como una fuente de energía. En ciertas modalidades, el digestor anaeróbico se siembra constantemente con una concentración de metanógenos que residen en el lodo del proceso de tratamiento. Ciertas bacterias anaeróbicas de crecimiento^ lento tal como metanógenos acetoclásticos y metanógenos hidrogenotróficos pueden sobrevivir en el ambiente aeróbico de la presente invención, y retornarán al digestor anaeróbico permitiendo que el digestor anaeróbico se siembre constantemente con un nivel no insignificante de metanógenos. Esto permite un proceso más confiable de tratamiento, y permite una transición más suave de regreso a un estado estable si se presenta un problema dentro del sistema.

El proceso de digestión anaeróbica se puede operar a temperaturas de entre 20°C y 75°C, dependiendo de los tipos de bacterias utilizadas durante la digestión. Por ejemplo, el uso de bacterias mesófilas requiere típicamente temperaturas de operación de entre aproximadamente 20°C y 45°C, en tanto que las bacterias termófilas requieren típicamente temperaturas de operación de entre aproximadamente 50 °C y 75°C. En algunas modalidades, la temperatura preferida de operación puede estar entre aproximadamente 25°C y 35°C para promover la actividad mesófila en lugar de la actividad termófila. Dependiendo de los otros parámetros de operación, el tiempo de retención en un digestor anaerobico puede estar entre siete y cincuenta días de tiempo de retención, y de manera más preferente entre quince y treinta días de tiempo de retención. En ciertas modalidades, la reducción en la demanda de oxígeno puede ser de 50%.

En ciertas modalidades, el lodo que se procesa a través del digestor anaerobico se puede reciclar de regreso a una entrada de un proceso de absorción biológica. Antes del reciclado del lodo anaerobicamente digerido hacia el proceso de absorción biológica, se puede procesar el lodo anaerobico a través de un tanque de acondicionamiento aeróbico para modificar las características del lodo anaerobicamente digerido. En ciertas modalidades, el lodo anaerobicamente digerido también se puede reciclar de regreso a la entrada del tanque de tratamiento aeróbico para combinarse con el lodo abundante en sólidos que entra al tanque de tratamiento aeróbico .

Algunas modalidades diferentes del sistema de tratamiento: pueden comprender uno o más sistemas capaces de procesos de separación. Los procesos de separación pueden separar una cierta porción del agua que se va a tratar o del lodo. Los procesos de separación pueden ser capaces de remover materiales grandes del agua residual, por ejemplo, arenilla, arena, y grava. Otros procesos de separación pueden remover material insoluble grande del agua que se va a tratar, tal- como, pero no limitado a, grasas, aceites y cebo. Otros sistemas de separación pueden aprovechar las características de asentamiento de los materiales, tal como sólidos asentables y cuerpos flotantes. Varias separaciones pueden emplear operaciones unitarias tal como tanques de sentamiento, clarificadores, espesadores y sistemas de filtración .

Algunas modalidades diferentes del sistema de tratamiento pueden comprender una o más corrientes de reciclado que pueden distribuir la salida de una primera operación unitaria a la entrada de una segunda operación unitaria corriente arriba de la primera. En ciertas modalidades, la salida de un digestor anaeróbico, de un digestor aeróbico, de un espesador de lodo, o de una unidad de acabado final aeróbico se puede reciclar a la entrada del clarificador primario o al tanque de absorción biológica. En otras modalidades, la salida de un digestor anaeróbico se puede reciclar a la entrada del tanque de tratamiento aeróbico .

Algunas modalidades diferentes del sistema de tratamiento; pueden comprender un reactor de lotes en secuencia que se conecta para fluidos a una fuente de agua residual que se va a tratar. El biorreactor de secuencia puede tratar biológicamente el agua residual al promover la degradación^ o conversión de material biodegradable, seguido por sentamiento y/o decantación del licor mezclado que comprende el material convertido. El reactor de lotes en secuencia se puede conectar para fluidos a un digestor anaeróbico localizado corriente abajo del reactor.

La FIG. 1 ilustra a manera de ejemplo una modalidad de acuerdo con algunos aspectos de la invención. El sistema 10 de tratamiento se puede conectar para fluidos a una fuente 110 de agua; que se va a tratar. De acuerdo con cualquiera de los aspectos de la invención, mencionados anteriormente, el sistema 10 de tratamiento puede comprender una o más operaciones unitarias de tratamiento, que pueden incluir uno o más procesos de tratamiento biológico y uno o más sistemas y procesos de reducción de sólidos y de recolección de sólidos .

La fuente 110 de agua que se va a tratar puede ser un sistema de recolección de agua de cualquiera o más de una municipalidad, una comunidad residencial, o una industrial o una instalación comercial, y un sistema de pre-tratamiento corriente arriba, o combinaciones de las mismas. Por ejemplo, la fuente '¦ 110 puede ser un tanque de sedimentación o asentamiento que recibe agua de un sistema de alcantarilla.

El sistema 10 de tratamiento puede comprender uno o más tanques 112 de absorción biológica que promueven la agregación de al menos una porción de los sólidos disueltos y suspendidos:. El tanque 110 de absorción biológica puede comprender o se configura para contener una biomasa de microorganismos que pueden metabolizar los materiales biodegradables en el agua que se va a tratar. Por ejemplo, el tanque 112 de absorción biológica puede comprender o estar configurado para contener una biomasa de microorganismos que procesan materiales biodegradables en el agua que se va a tratar a : través de la absorción de los materiales biodegradables. El tanque 112 de absorción biológica también puede comprender o estar configurado para contener sustancias o compuestos para la promoción de la adsorción de material soluble e insoluble, tal como compuestos orgánicos, en el agua residual. El proceso de absorción biológica puede incluir aireación y mezclado para ayudar a mantener el ambiente aeróbico dentro del tanque 112 de absorción biológica .

El tanque 112 de absorción biológica produce un primer licor mezclado 212 que se puede introducir en un separador tal como el clarificador 114 para producir una corriente 214 escasa en sólidos y un lodo 216 abundante en sólidos. La corriente 214 escasa en sólidos se puede procesar adicionalmente, por ejemplo, para volver al agua al menos parcialmente tratada, adecuada para la descarga en una unidad 118 de acabado final para producir el producto tratado 120, que puede ser adecuado para otros usos, y también un segundo licor mezclado 222, que se puede reciclar de regreso a la fuente de agua residual 110.

El lodo 216 abundante en sólidos se puede dividir, permitiendo que al menos una porción del lodo 216 abundante en sólidos se trate aeróbicamente en el tanque 116 de tratamiento aeróbico para producir una corriente 224 al menos parcialmente tratada de manera aeróbica. La corriente 224 al menos parcialmente tratada de manera aeróbica se puede reciclar de regreso a la fuente de agua residual que se va a tratar 110, combinar con esta, o introducir en otras operaciones^ unitarias del sistema de tratamiento.

Se puede introducir al menos una porción del lodo 216 abundante en sólidos al digestor anaeróbico 122 para producir el lodo 226 anaeróbicamente digerido. Una porción del lodo 226 anaeróbicamente digerido se puede eliminar como el lodo residual 130. También se puede reciclar una porción del lodo 226 anaeróbicamente digerido de regreso a la fuente de agua residual 110, combinado con esto, o introducido en otras operaciones unitarias del sistema de tratamiento.

Opcionalmente , antes de introducir al menos una porción de lodo 216 abundante en sólidos al digestor anaerobico 122, al menos una porción de lodo 216 abundante en sólidos se puede introducir a un espesador 124 para producir un lodo espesado 228 y una porción 232 escasa en lodo. El lodo espesado 228 entonces se puede introducir en el digestor anaerobico 122 y la porción 232 escasa en lodo se puede reciclar de regreso a la fuente de agua residual 110, combinada con esta o introducida . en otras operaciones unitarias del sistema de tratamiento.

Cualquier porción entre cero y 100 por ciento de lodo 216 abundante en sólidos se puede introducir en el tanque 116 del tratamiento aeróbico, el resto que se dirige al digestor anaerobico. En ciertos ejemplos, la porción introducida en el espesor 124 o digestor anaerobico 122 puede estar entre aproximadamente dos y veinte por ciento del lodo 216 abundante en sólidos.

En ciertos ejemplos, se puede monitorizar el producto tratado 120 para el contenido de sólidos disueltos, COD/BOD, u otras características identificadas. Si el nivel de cualquier característica identificada no está dentro de un intervalo deseado o dentro de un nivel deseado, se pueden hacer ajustes al sistema de tratamiento. Por ejemplo, si la COD del producto tratado se desvía de un nivel deseado, una mayor o menor porción del lodo 226 anaeróbicamente tratado se puede descargar como lodo residual 130.

La FIG. 2 ilustra a manera de ejemplo otra modalidad de acuerdo con algunos aspectos de la invención. El sistema 30 de tratamiento se puede conectar para fluidos a una fuente 310 de agua que se va a tratar. De acuerdo con cualquiera de los aspectos de la invención, mencionados anteriormente, el sistema 30 de tratamiento puede comprender una o más operaciones unitarias de tratamiento, que pueden incluir uno: o más procesos de tratamiento biológico y uno o más sistemas o procesos de reducción de sólidos y de recolección de sólidos.

El sistema 30 puede tener uno o más separadores primarios. Por ejemplo, se puede utilizar un clarificador primario 311 conectado para fluidos a una fuente 310 de agua que se va a tratar, para permitir el asentamiento de al menos una porción de los componentes de la fuente 310 del agua que se va a tratar de modo que se pueda producir agua residual 411 escasa en sólidos e introducir al tanque 312 de absorción biológica. El clarificador primario 311 también puede producir una corriente 413 de agua residual abundante en sólidos que se puede combinar con un lodo 416 abundante en sólidos o lodo espesado 428 que se va a introducir en un digestor anaeróbico 322, analizado en más detalle más adelante. Los separadores del sistema que se pueden utilizar, incluyendo, : pero no limitado al separador primario, incluyen filtros y unidades tipo flotación de aire disuelto, con o sin remoción de arenilla.

Típicamente, se introduce agua residual 411 escasa en sólidos,; en el tanque 312 de absorción biológica para producir el primer licor mezclado 412 que se puede separar en una separación, tal como el clarificador 314, para producir la corriente 414 escasa en sólidos y el lodo 416 abundante en sólidos. La corriente 414 escasa en sólidos se puede procesar adicionalmente , por ejemplo, un tren terciario o de postratamiento, por ejemplo con el biorreactor 318 de membrana para producir el producto tratado 320 que puede ser adecuado para otros usos. Un segundo licor mezclado 422 producido del biorreactor 318 de membrana se puede reciclar de regreso para ser combinado con el agua residual 411 escasa en sólidos, o combinar con este o introducir en otras operaciones unitarias del sistema de tratamiento.

Se puede dividir la corriente 416 abundante en sólidos para permitir que al menos una porción de la corriente 416 abundante en sólidos se trate aeróbicamente en el tanque 316 de tratamiento aeróbico para producir la corriente 424 al menos parcialmente tratada de manera aeróbica. La corriente 424 al menos parcialmente tratada de manera aeróbica se puede reciclar de regreso para que se combine con el agua residual 411 escasa en sólidos.

Al menos una porción del lodo 416 abundante en sólidos se puede introducir al digestor anaeróbico 322 para producir el lodo 426 anaerobicamente digerido. Una porción del lodo 426 anaerobicamente digerido se puede eliminar como lodo residual 330. Una porción del lodo 426 anaerobicamente digerido también se puede reciclar de regreso para ser combinado con el lodo 416 abundante en sólidos que se va a introducir al tanque 316 de tratamiento aeróbico.

Antes de introducir al menos una porción del lodo 416 abundante en sólidos al digestor anaeróbico 322, al espesador 324 se puede introducir al menos una porción del lodo 416 abundante en sólidos para producir el lodo espesado 428 y la porción 432 escasa en lodo. El lodo espesado 428 entonces se puede introducir en el digestor anaeróbico 322 y se puede reciclar la porción 432 escasa en lodo de regreso para ser combinada con el agua residual 411 escasa en sólidos .

Cualquier porción entre cero e incluyendo 100 por ciento del lodo 416 abundante en sólidos se puede introducir en el tanque 316 de tratamiento aeróbico, el resto que se dirige al 'digestor anaeróbico. En ciertos ejemplos, la porción introducida en el espesador 324 o digestor anaeróbico 322 puede ser de entre aproximadamente 2 y 20 por ciento del lodo 416 abundante en sólidos. En algunos casos, sin embargo, como el lodo residual 330 se puede descargar una porción del lodo 416 abundante en sólidos.

En ciertos ejemplos, el producto tratado 320 se puede monitorizar para el contenido de sólidos disueltos, COD/BOD, u otras características identificadas. Si el nivel de cualquier característica identificada no está dentro de un intervalo deseado o a un nivel deseado, al sistema de tratamiento' se pueden hacer ajustes. Por ejemplo, si la COD del producto tratado difiere de un nivel deseado, como el lodo residual 330 se puede descargar una mayor o menor porción del; lodo 426 anaeróbicamente tratado.

Se pueden utilizar una o más unidades de nitrificación. Por ejemplo, se puede colocar una unidad de nitrificación de biopelícula, que puede ser un biorreactor de lecho móvil, para recibir al menos una porción de la corriente escasa en sólidos desde el separador. El efluente de la unidad de nitrificación se puede mezclar con el lodo de un clarificador para efectuar la des-nitrificación al menos parcial. Entonces se puede realizar la re-aireación para remover al menos una porción de nitrógeno como un gas. Estas variaciones, pueden reducir o eliminar el uso de fuentes externas de carbono.

La FIG. 3 ilustra a manera de ejemplo otra modalidad de acuerdo con algunos aspectos de la invención. El sistema 50 ¦ de tratamiento se puede conectar para fluidos a una fuente 510 de agua que se va a tratar. De acuerdo con cualquiera de los aspectos de la invención, mencionados anteriormente, el sistema 50 de tratamiento puede comprender una o más : operaciones unitarias de tratamiento que pueden incluir uno o más procesos de tratamiento biológico y uno o más sistemas o procesos de reducción de sólidos y de recolección; de sólidos.

El clarificador 511 primario, opcional se puede conectar para fluidos a la fuente 510 de agua que se va a tratar. Típicamente, el clarificador primario 511 produce el agua residual 611 escasa en sólidos y el agua residual 613 abundante en sólidos. Al menos una porción del agua residual 611 escasa en sólidos se puede introducir en uno o más reactores 512 de lotes en secuencia, en donde se pueden realizar uno o más pasos de tratamiento. Por ejemplo, el reactor 512 de lotes en secuencia puede operar en una o más etapas para tratar el agua o el agua residual que se va a tratar de una manera deseada.

El reactor 512 de lotes en secuencia se puede operar o configurar para recibir el agua que se va a tratar desde la fuente 510 en una primera etapa, que se refiere típicamente como una etapa de RELLENO. La etapa de RELLENO se puede realizar en una condición aireada, anóxica o una combinación de reacciones aireada y anóxica. De manera preferente, el agua entrante que se va a tratar se introduce en una pileta del reactor 512 de lotes en secuencia a través de uno o más colectores de distribución entrantes. La pileta se puede hacer de un tamaño para acomodar o proporcionar un tiempo deseado de retención hidráulica y para acomodar el volumen y velocidad de flujo entrante del agua que se va a tratar .

Cuando la pileta del reactor 512 de lotes en secuencia se llena al menos parcialmente, o de manera posterior, el reactor 512 de lotes en secuencia se puede operar para' favorecer la actividad metabólica bacteriana que convierte o trata al menos una porción de material biodegradable en una segunda etapa, que se refiere típicamente, como una etapa de REACCIÓN. La etapa de REACCIÓN, que se puedi realizar en uno o más pasos o etapas discretas, también se puede operar para realizar otros procesos, tal como procesos de absorción biológica. Sin embargo, en algunos casos, la absorción biológica puede haber sido o se ha terminado en la etapa de RELLENO. La etapa de REACCIÓN se puede realizar bajo condiciones aeróbicas al introducir oxígeno, preferentemente como aire, desde una o más fuentes de aire a través del colector de aireación sumergido en el licor. La una o más etapas de REACCIÓN que se pueden realizar por ejemplo, después de la etapa de RELLENO y/o después de la etapa de DECANTACIÓN, se puede realizar durante un periodo suficiente para promover al menos la degradación parcial o al menos la conversión, tal como por absorción biológica, durante un periodo suficiente para promover la adsorción y la absorción de partículas suspendidas y material soluble. Por ejemplo, se puede realizar la aireación a través de un sistema de '¦ aireación en la pileta para crear condiciones aeróbicas para facilitar la oxidación de amoniaco a nitrato por bacterias de nitrificación . Una fuente de aire proporciona de manera adicionalmente preferente aire liberado a través del colector de aireación del sistema de aireación como burbujas de aire en cantidades suficientes para inducir el mezclado de licor dentro de la pileta del reactor 512 de lotes en secuencia. De manera alternativa, o en unión con el fenómeno inducido por la aireación, también se puede efectuar el mezclado por un mezclador, tal como un impulsor, que puede ser ventajoso cuando se desea el mezclado sin introducir aire en el licor. La una o más etapas de REACCIÓN no se limitan al uso de airé y se puede utilizar cualquier fuente de oxígeno que proporcione una concentración objetivo de oxígeno disuelto en' el licor, para cada una o cualquiera de una o más de las etapas de REACCIÓN. La una o más etapas de REACCIÓN pueden incluir una etapa de aireación y una etapa separada de re-aireación que se presenta en algún periodo después de la etapa de aireación.

Una etapa de ASENTAMIENTO sigue típicamente a al menos una etapa de aireación de absorción biológica y/o de mezclado, para crear condiciones inactivas que permitan que al menos una porción de la biomasa en el licor se asiente para formar un sobrenadante, un licor escaso en sólidos y una capa de lodo o abundante en sólidos por abajo del sobrenadante. La duración de la etapa de ASENTAMIENTO puede variar y depende de varios factores que incluyen, pero no se limitan a, la temperatura del licor mezclado y la naturaleza y composición de la biomasa.

El licor 614 escaso en sólidos entonces se puede retirar o ' decantar en una etapa de DECANTACIÓN y adicionalmente se puede tratar, por ejemplo, en la unidad 518 de acabado final . Al menos una porción de lodo sedimentado se puede retirar a través de un colector y dirigir al tratamiento; adicional por varios procesos biológicos o tratamientos de desinfección. Se puede retirar al menos una porción de la corriente 616 abundante en sólidos e introducir a varios 'procesos biológicos diferentes, por ejemplo, tratamiento^ aeróbico o digestión anaeróbica 522. El retiro o decantación del efluente tratado o del licor 614 escaso en sólidos se; puede realizar preferentemente utilizando un sistema de :decantación en la pileta y que tiene típicamente un decantador o desnatadora de exclusión de sólidos flotantes que se construye preferentemente para tener aberturas que no reducen o reducen al menos la probabilidad de condiciones turbulentas- que perturben a la capa asentada abundante en sólidos durante el retiro del sobrenadante escaso en sólidos.

Se puede incluir, opcionalmente una etapa INTERMEDIA durante los casos en que el reactor 612 de lotes en secuencia espera para recibir la corriente entrante que se va a tratar..

En algunos casos, se pueden realizar cualquiera de las funciones o actividades en más de una etapa. Por ejemplo, el retiro del lodo 616 abundante en sólidos se puede realizar durante la etapa de asentamiento así como durante la etapa intermedia. De esta manera, la presente invención se puede practicar en otra secuencia de etapas que la presentada en la presente. Adicionalmente , se pueden omitir o combinar cualesquiera o más etapas. Por ejemplo, en algunos casos, se puede realizar la etapa de REACCIÓN durante la etapa de RELLENO, combinando o extendiendo de este modo la duración de la etapa de REACCIÓN.

El sistema de reactor de lotes en secuencia OMNIFLOWMR de Siemens Water Technologies Corp., es un ejemplo de un sistema comercialmente disponible de tratamiento que puede comprender el tren biológico usado para efectuar la remoción de nutrientes biológicos de acuerdo con algunos aspectos de la invención. Los aspectos adicionales de dimensión pueden utilizar los sistemas y métodos descritos por cualquiera de Calltharp y Calltharp et al. En las patentes de;los Estados Unidos Nos. 4,775,467, 5,021,161, and 6,884,354, cada una de las cuales se incorpora en la presente como referencia. En realidad, se pueden utilizar algunas características ventajosas que son aplicables a los sistemas de reactor de lotes en secuencia de nivel constante. Estos sistemas de conversión biológica de nivel constante pueden proporcionar de manera ventajosa control aún adicional mejorado proceso del sistema completo de tratamiento al reducir lquier fluctuación o variación operativa durante las operaciones de filtración corriente abajo. Las ventajas adicionales pueden reducir, en algunos casos, el tamaño de los tanques de igualación, o aún eliminar la necesidad de estas operaciones unitarias, lo que reduce el espacio total ocupado del sistema de tratamiento y los requerimientos de capital .

Se puede facilitar la secuenciación de las varias etapas al utilizar uno o más controladores 534 acoplados operativamente a uno o más reactores 512 de lotes en secuencia, clarificador primario 511, unidad 518 de acabo final, unidad espesadora 524 y digestor anaeróbico 522. Típicamente;, se utilizan uno o más sensores en, o con, una o más operaciones unitarias del reactor 512 de lotes en secuencia para proporcionar una indicación o característica del estado o condición de procesos durante los procesos de tratamiento. Por ejemplo, se pueden colocar uno o más indicadores de nivel (no mostrado) en la pileta del reactor 512 de lotes en secuencia y configurar para transmitir a uno o más controladores 534 una representación del nivel de líquido contenido dentro de la pileta. El controlador 534 puede generar, en base a las señales recibidas de uno o más sensores, y enviar señales de control a cualquiera de los componentes : del clarificador primario 511, unidad 518 de acabado final, unidad espesadora 524, y digestor anaeróbico 522, u otros componentes. Por ejemplo, en una condición de alto nivel de líquido en la pileta, como se mida por uno o más indicadores de nivel, el controlador 534 puede generar y transmitir una señal de control a un accionador que cierra una válvula de entrada que aisla para fluidos la fuente 510 y la pileta del reactor 512 de lotes en secuencia. El controlador: 534 genera además típicamente las señales de control que inician y terminan las etapas de uno o más reactores 512 de lotes en secuencia. Por ejemplo, el controlador 534 puede generar y transmitir una señal de control para energizar y des-energizar la fuente de aire para el reactor 512 de lotes en secuencia.

La corriente 614 escasa en sólidos, decantada del reactor 512 de lotes en secuencia, se puede tratar adicionalmente en un sistema de tratamiento de acabado final. Por ejemplo, una o más configuraciones del sistema de tratamiento, descrito en la presente, pueden comprender una o más unidades 518 de acabado final que usan procesos de tratamiento^ que incluyen, pero no se limitan a, nitrificación/desnitrificación biológica y remoción de fósforo, oxidación química, precipitación química, y sistemas de separación que incluyen remoción de sólidos inorgánicos disueltos por intercambio iónico, ultrafiltración, osmosis inversa, radiación ultravioleta, o electrodiálisis . El producto tratado 520 se puede distribuir a almacenamiento o al uso secundario, o descartar al ambiente.

El lodo 616 abundante en sólidos se puede procesar adicionalmente en el digestor aeróbico 522 para producir la corriente 626 anaerobicamente digerida.

Durante la operación del sistema de tratamiento, se pueden utilizar una o más características objetivo para regular uno o más parámetros de operación de cualquiera de las operaciones unitarias del sistema. Una porción de la corriente 626 anaerobicamente digerida se puede reciclar para ser combinada con la fuente de agua residual que se va a tratar 510 b agua residual 611 escasa en sólidos. También se puede descartar una porción de la corriente 626 anaerobicamente digerida del sistema 50 como lodo residual.

Opcionalmente , antes de introducir al menos una porción de: lodo 616 abundante en sólidos al digestor anaeróbico 522, a la espesadora 524 se puede introducir al menos una porción del lodo 616 abundante en sólidos para producir un lodo espesado 628 y una porción 632 escasa en lodo. El lodo espesado 628 entonces se puede introducir en el digestor anaeróbico 522 y la porción 632 escasa en lodo se puede reciclar de regreso a la fuente de agua residual 510, aguas residuales 611 escasa en sólidos, combinarse con esta o introducido: en otras operaciones unitarias del sistema de tratamiento .

Los varios sistemas y técnicas descritas en la presente pueden reducir de manera significativa el consumo de energía, o : aún proporcionar energía, y también reducir la cantidad del lodo producido durante el tratamiento del agua residual .

También se pueden utilizar otras operaciones unitarias tal como filtros y coladores.

Adicionalmente, un controlador puede facilitar o regular los parámetros de operación del sistema de tratamiento. Por ejemplo, se puede configurar un controlador para ajustar una velocidad de reciclado de una o más corrientes , · una duración de uno o más tiempos de residencia, una temperatura, una concentración de oxígeno disuelto en un fluido en cualquiera de las operaciones unitarias del sistema de tratamiento.

El controlador puede responder a señales de temporizadores (no mostrados) y/o ascensores (no mostrados) colocados en cualquier ubicación particular dentro del sistema del: tratamiento. Por ejemplo, un sensor colocado en el reactor anaeróbico puede indicar menos de las condiciones óptimas en el mismo. Adicionalmente, uno o más sensores pueden monitorizar uno o más parámetros de operación tal como presión, temperatura, una o más características de licor, y/o una o más ¡características de cualquiera de las corrientes efluentes. De manera similar, un sensor colocado en, o colocado de otro modo con, cualquiera de las corrientes de reciclado, puede proporcionar una indicación de la velocidad de flujo de la misma en, por abajo, o por arriba de una velocidad objetivo o deseada. Entonces, el controlador puede responder al generar una señal de control que provoca un incremento ; o disminución en la velocidad del flujo de reciclado. La velocidad objetivo del flujo de reciclado del licor mezclado del sub-tren de acabado final puede ser dependiente de un parámetro de operación del sistema de tratamiento. Por ejemplo, la velocidad objetivo del flujo de reciclado púede ser un múltiplo de, por ejemplo, al menos dos veces, la velocidad del flujo de entrada del agua entrante que se va a tratar. En algunos casos, la velocidad de descarga de; sólidos se puede ajustar para lograr una o más características objetivo del agua tratada. Otro esquema de control puede comprender variar de manera proporcional las velocidades relativas de flujo o entre el digestor anaerobico y el tanque de tratamiento aeróbico en base al menos parcialmente a la demanda de oxígeno del agua entrante o el agua que se va a tratar.

El sistema y controlador de una o más modalidades de la invención proporcionan una unidad versátil que tiene múltiples modos de operación, que pueden responder a múltiples entradas para incrementar la eficiencia del sistema de tratamiento de aguas residuales.

El controlador se puede implementar usando uno o más sistemas de computadora que pueden ser, por ejemplo, una computadora de propósito general tal como aquellas basadas en un procesador tipo Intel PENTIUMMR, un procesador Motorola PowerPC , un procesador Hewlett-Packard PA-RISCMR, un procesador Sun UltraSPARCMR, o cualquier otro tipio de procesador o combinación de los mismos. De manera alternativa, el sistema de computadora puede incluir hardware de propósito especial, especialmente programado, por ejemplo, un circuito integrado específico de la aplicación (ASIC) o controladores propuestos para sistemas de tratamiento de agua .

El sistema de computadora puede incluir uno o más procesadores conectados típicamente a uno o más dispositivos de memoria, que pueden comprender, por ejemplo, cualquiera o más de una memoria de unidad de disco, un dispositivo de memoria flash, un dispositivo de memoria RAM, u otro dispositivo para almacenamiento de datos. La memoria se usa típicamente para almacenar programas y datos durante la operación del sistema. Por ejemplo, se puede usar la memoria para almacenar datos históricos con relación a los parámetros durante un periodo de tiempo, así como datos de operación. Se puede almacenar el software, que incluye código de programación que implementa las modalidades de la invención, en un medió de grabación, no volátil, leíble y/o escribible en computadora, y entonces copiar típicamente en la memoria en donde entonces se puede ejecutar por uno o más procesadores. Este código de programación se puede escribir en cualquiera de una pluralidad de lenguajes de programación, tal como Java, Visual Basic, C, C#, o C++, Fortran, Pascal, Eiffel, Basic, COBAL, o cualquiera de una variedad de combinaciones de los mismos .

Los componentes del sistema de computadora se pueden acoplar por uno o más mecanismos de interconexión, que pueden incluir una o más barras comunes, por ejemplo, entre componentes que están integrados dentro de un mismo dispositivo y/o una red, por ejemplo, entre componentes que residen en dispositivos discretos separados. El dispositivo de interconexión permite típicamente que se intercambien comunicaciones, por ejemplo, datos, instrucciones, entre los componentes: del sistema.

El sistema de computadora también puede incluir uno o más dispositivos de entrada, por ejemplo, un teclado, ratón, bola de control, micrófono, pantalla táctil y otros dispositivos de interfaz hombre-máquina así como uno o más dispositivos de salida, por ejemplo, un dispositivo de impresión, pantalla de visualización, o altavoz. Además, el sistema de computadora puede contener una o más interfaces que pueden conectar el sistema de computadora a una red de comunicación, además o como una alternativa a la red que se puede formar por uno o más de los componentes del sistema.

De acuerdo a una o más modalidades de la invención, el uno o más dispositivos de entrada pueden incluir sensores para medir cualquiera o más de los parámetros del sistema 10 y/o componentes del mismo. De manera alternativa, los sensores, las válvulas y/o bombas de dosificación, o todos estos componentes se pueden conectar a una red de comunicación que se acopla operativamente al sistema de computadora. Se puede acoplar cualquiera o más de los anteriores a otro sistema de computadora o componente para comunicarse con el sistema de computadora sobre una o más redes de comunicación. Esta configuración permite que cualquier sensor o dispositivo generador de señal se coloque a una distancia significativa del sistema de computadora y/o permite que se coloque cualquier sensor a una distancia significativa de cualquiera subsistema y/o el controlador, en tanto que aún proporciona datos entre estos. Estos mecanismos de comunicación se pueden lograr al utilizar cualquier técnica adecuada que incluye, pero no se limita a aquellas que utiliza; protocolos inalámbricos.

El controlador puede incluir uno o más medios de almacenamiento de computadora tal como medio de grabación no volátil, leíble, y/o escribible, en el cual se pueden almacenar las señales que definen un programa que se va a ejecutar po;r uno o más procesadores. Por ejemplo, el medio puede ser un disco o memoria flash. En la operación típica, el uno o más procesadores puede hacer que los datos, tal que el código ; que implementa una o más modalidades de la invención, se lean del medio de almacenamiento en una memoria que permite el acceso más rápido a la información por el uno o más procesadores que lo que hace el medio.

Aunque el sistema de computadora se describe a manera de ejemplo como un tipo de sistema de computadora en el cual se pueden practicar varios aspectos de la invención, se debe apreciar que la invención no se limita a que se implemente ;en el software, o en el sistema de computadora como se muestra a manera de ejemplo. En realidad, en lugar de ser implementada en, por ejemplo, un sistema de computadora de propósito general, el controlador o componentes o subsecciones del mismo, se puede implementar de manera alternativa^ como un sistema dedicado o como un controlador lógico, programable, dedicado (PLC) o en un sistema de control distribuido. Adicionalmente , se debe apreciar que se pueden implementar una o más características o aspectos de la invención en el software, hardware o programa en circuito, o cualquier combinación de los mismos. Por ejemplo, se pueden realizar uno o más segmentos de un algoritmo ejecutable por el controlador 114, en computadoras separadas que a su vez pueden estar en comunicación a través de una o más redes.

En algunas modalidades particulares, el controlador se puede configurar para generar una pluralidad de señales de salida que :inician o terminan uno o más ciclos o etapas del reactor de lotes en secuencia. Por ejemplo, el controlador puede generar una señal de salida que acciona una o más válvulas de entrada que conectan para fluidos una o más piletas del: al menos un reactor de lotes en secuencia a la fuente de agua que se va a tratar. El controlador entonces puede generar una segunda señal de salida que de manera preferente,¦ pero no necesariamente, cierra la válvula, y activa un sistema de aireación de al menos un reactor de lotes en secuencia para proporcionar una fuente de oxígeno a, por ejemplo, un nivel objetivo de oxígeno disuelto, por ejemplo de aproximadamente entre 0.5 y 2 mg/L. El controlador de esta manera se puede configurar para facilitar el fenómeno de absorción biológica que agrega al menos una porción de sólidos disueltos y suspendidos. El controlador entonces puede generar una tercera señal de salida que promueve condiciones inactivas en al menos una de las piletas que proporciona asentamiento de al menos una porción de los componentes' asentables. En algunos casos, se pueden efectuar las condiciones inactivas al terminar las señales de salida y se puede generar la tercera señal de salida por el controlador para promover el retiro de cualesquiera del sobrenadante, por ejemplo, por decantación, o porciones abundantes en sólidos en la pileta, después del asentamiento.

Entonces se puede generar otra señal de salida, por ejemplo, una quinta señal de salida, que reactiva el sistema de aireación .

Los aspectos adicionales de la invención pueden comprender o se dirigen a medios leíbles por computadora, o que proporcionan medios leíbles por computadora, que facilitan las varias características de los planteamientos del tratamiento descritos en la presente.

Por ejemplo, los medios leíbles por computadora pueden comprender instrucciones implementables en un sistema de computadora o un controlador que realiza un método para tratar agua residual en un sistema de tratamiento de aguas residuales, : el método que comprende uno o más pasos de proporcionair un agua residual que se va a tratar, promover la absorción biológica del agua residual que se va a tratar para producir un primer licor mezclado, producir un lodo abundante en sólidos y una porción escasa en sólidos a partir del licor mezclado, tratar aeróbicamente una primera porción del lodo abundante en sólidos para producir un lodo al menos parcialmente tratado aeróbicamente , digerir anaeróbicamente una segunda porción del lodo abundante en sólidos para producir un lodo anaeróbicamente digerido, combinara al menos una porción del lodo al menos parcialmente tratado aeróbicamente con el agua residual que se va a tratar, y combinar al menos una porción del lodo anaeróbicamente digerido con el agua residual que se va a tratar. El método puede comprender además espesar el lodo abundante en sólidos para producir un lodo espesado y una porción escasa en lodo y combinar al: menos una porción de la porción escasa en lodo con el agua residual que se va a tratar, en donde la digestión ahaeróbica de la segunda porción del lodo abundante en sólidos comprende digerir anaeróbicamente el lodo espesado para produc;ir al menos una porción del lodo anaeróbicamente digerido. : El método puede comprender además tratar aeróbicamente al menos una porción de la porción escasa en sólidos para producir un producto tratado y un segundo licor mezclado. El método puede comprender además combinar al menos una porción del segundo licor mezclado con el agua residual que se va a tratar. El método puede comprender además tratar aeróbicamente al menos una porción del lodo anaeróbicamente digerido con la primera porción del lodo abundante en sólidos para producir el lodo al menos parcialmente tratado de manera aeróbica. El método puede comprender además producir un agua residual abundante en sólidos y una agua residual escasa en sólidos a partir del agua residual que se va a tratar y en donde la promoción de la absorción biológica de al menos una porción del agua residual que se va a tratar comprende promover la absorción biológica del agua residual escasa en sólidos para producir el primer licor mezclado. El método puede comprender además introducir la porción escasa en sólidos en un biorreactor de membrana. El método puede comprender además separar el agua residual que se va a tratar en un agua, residual escasa en sólidos y un agua residual abundante en sólidos, promover la absorción biológica del agua residual escasa en sólidos para producir al menos una porción del primer licor mezclado; y digerir anaeróbicamente el agua residual abundante en sólidos con la segunda porción del lodo abundante en sólidos para producir el lodo anaeróbicamente digerido y un gas residual que comprende metano .

En otras configuraciones, los medios libres por computadora pueden comprender instrucciones implementables en un sistema de computadora o un controlador que realice un método para tratar agua residual en un sistema de tratamiento de aguas residuales, el método que tiene uno más pasos para tratar agua residual que comprende, proporcionar una corriente de agua residual que se va a tratar, introducir la corriente de agua residual en un tanque de absorción biológica para producir una primera corriente de licor mezclado, introducir la corriente de licor mezclado en un separador para producir una corriente abundante en sólidos y una corriente escasa en sólidos, introducir al menos una porción de la corriente abundante en sólidos en un tanque de tratamiento: aeróbico para producir una corriente de lodo al menos parcialmente tratado de manera aeróbica, introducir al menos una porción de la corriente abundante en sólidos en un digestor anaeróbico para producir una corriente de lodo anaeróbicamente digerido, introducir al menos una porción de la corriente de lodo al menos parcialmente tratado de manera aeróbica en el tanque de absorción biológica, e introducir al menos una porción de la corriente de lodo anaeróbicamente digerido en el tanque de absorción biológica. El método puede comprender además, en algunos, introducir al menos una porción de la corriente abundante en sólidos en un espesador de lodo para producir una corriente de lodo espesado y una corriente eiscasa en lodo. En algunos casos, la introducción de al menos, una porción de la corriente abundante en sólidos en un digestor anaeróbico comprende introducir la corriente de lodo espesado en el digestor anaeróbico para producir la corriente de lodo anaeróbicamente digerido. En aún casos adicionales, la introducción de la corriente de agua residual en el tanque de absorción biológica comprende introducir la corriente de agua residual que se va a tratar en un separador primario para producir una corriente de agua residual abundante en sólidos y una corriente de agua residual escasa en sólidos, e introducir la corriente de agua residual escasa en sólidos en el tanque de absorción biológica para producir la primera; corriente de licor mezclado. El método puede comprender además introducir la corriente de agua residual abundante en sólidos en el digestor anaerobico para producir al menos una porción de la corriente de lodo anaeróbicamente digerido. El método puede comprender además introducir al menos una porción de la corriente de lodo anaeróbicamente digerido en el tanque de tratamiento aeróbico para producir al menos una proporción de la corriente de lodo al menos parcialmente tratado de manera aeróbica. El método puede comprender además introducir la corriente escasa en sólidos del separador en un biorreactor de membrana. El método puede comprender además introducir al menos una porción de la corriente escasa en sólidos en un sistema de acabado final aeróbico para producir una corriente tratada y una segunda corriente de licor mezclado, e introducir al menos una porción de la segunda corriente de licor mezclado en el tanque de absorción biológica. El método puede comprender además recolectar un gas residual del digestor anaeróbico, el gas residual que comprende metano.

La función y ventaja de estas u otras modalidades de los sistemas y técnicas descritos en la presente se entenderá más completamente a partir del ejemplo a continuación. El siguiente ejemplo se propone para ilustra los beneficios del planteamiento descrito del tratamiento, pero no ejemplifica el alcance completo de la misma.

Ejemplo 1 Sé estimaron la ganancia de energía y la producción de lodo al simular numéricamente el sistema de tratamiento mostrado en: la Figura 9. Como se ilustra, se consideró que el sistema propuesto de tratamiento tiene un clarificador primario 711 conectado para fluidos a la corriente entrante o fuente de agua residual que se va a tratar. Se consideró que el clarificador primario produce una corriente de agua residual escasa en sólidos y una corriente de agua residual abundante en sólidos. Se consideró que el agua residual escasa en sólidos se introduce en un tanque 712 de absorción biológica para producir un licor mezclado, y se consideró que la corriente de agua residual abundante en sólidos se introduce en un digestor anaeróbico 722. Se consideró que el licor mezclado del tanque 712 de absorción biológica es introduce en un separador 714 para producir una corriente escasa en sólidos que se trataría adicionalmente en un biorreactor de membrana, y una corriente de lodo. Se introduciría una porción de lodo en el espesador 724 de lodo para producir un lodo espesado y un lodo escaso en sólidos. Se consideró que otra porción de lodo se introduce en un tanque 716 :de tratamiento aeróbico para producir un lodo al menos parcialmente tratado aeróbicamente que se recicló y trató en el tanque 712 de absorción biológica, con el agua residual escasa en sólidos. Se consideró que el lodo espesado se introduce en un digestor anaerobico 722 para producir lodo biológicamente digerido, del cual se recicló una porción para ser tratada al menos parcialmente de forma aeróbica en el tanque 716 de tratamiento, y otra porción de lodo digerido se descartó como desecho sólido 730.

El sistema de tratamiento se simuló numéricamente usando el software de estimulación BIOWIM, EnviroSim Associates Ltd., Ontario, Canadá. Se realizaron las corridas de simulación tal que de 2 a 20 por ciento del lodo 816 abundante en sólidos que sale del separador o clarificador 714 se dirigieron al espesador 724 y finalmente al digestor anaerobico 722.

Se usaron las concentraciones típicas de agua residual para las simulaciones; y en la Tabla 1 se lista la estequiometría detallada del agua residual a natural .

Tabla 1. Concentración y Estequiómetria de Agua Residual Natural (con parámetros correspondientes para el software de simulación BIOWIN) .

Velocidad de flujo [m3/dia] 10,000 COD total: [mg/L] 600 Nitrógeno Kjeldahl total [mg/L] 50 TSS [mg/L] 280 Fbs - Fácilmente biodegradable (incluyendo 0.1600 Acetato) :[gCOD/g de COD total] Fac - '.Acetato [gCOD/g de COD fácilmente 0.1500 degradable] Fxsp - No coloidal lentamente biodegradable 0.7500 [gCOD/g dé COD lentamente degradable] Fus - No. biodegradable, soluble [gCOD/g de COD 0.0500 total] Fup - Partículas no biodegradables [gCOD/g de COD 0.1300 total] Fna - Amoniaco [LgNH3 -N/gTKN] 0.6600 Fnox - Nitrógeno orgánico en partículas [gN/g N 0.5000 orgánico] Fnus - TKN no biodegradable soluble [gN/g TKN] 0.0200 fupN - Relación N:COD para parte no biodegradable 0.0350 [gN/gCOD] Tabla 1. Continuación Se asumieron los siguientes parámetros de operación de los procesos unitarios principales.

- Clarificador primario 60% de remoción de TSS Espesador de lodo 80% de remoción de TSS - Flujo total de RAS 100% de flujo entrante - tanque de absorción 500 m3 con punto de ajuste Biológico DO de 2 mg/L - tanque de: estabilización 600 m3 con punto de ajuste de Aeróbica DO de 2 mg/L -digestor anaeróbico 2900 m3 Se hicieron las siguientes suposiciones para los cálculos del balance de energía.

- : El contenido de energía de CH4 es 35846 kJ/m3 (a 0°C y 1 atm) (Tchobanoglous et al, Wastewater Engineering Treatment and Reuse, Metcalf & Eddy 2004) - : La eficiencia de la energía de aireación en el tanque de absorción biológica y en el tanque de tratamiento aeróbico sería 1.52 kg 02/KWh (Tchobanoglous et al, Wastewater ;Engineering Treatment and Reuse, Metcalf & Eddy 2004) -¦ La energía de mezclado para el digestor anaeróbico sería 0.008 KW/m3 cuando la concentración de TSS en el digestor anaeróbico es menos de 40 gramos/L (Tchobanoglous et al, Wastewater Engineering Treatment and Reuse, Metcalf & Eddy 2004) - La energía de filtración y fregado de aire de filtración de membrana corriente abajo sería 0.2 kwh/m3 de efluente, y. la transferencia de 02 del fregado de aire de MBR sería suficiente para nitrificación .

El licor mezclado que entra al digestor anaeróbico se calentaría de 20°C a 35°C, sin intercambio térmico para recuperar energía.

Cuando 2% del lodo activado de retorno (RAS) entra al digestor anaeróbico 722, se va a lavar todo el efluente del digestor del sistema como lodo 730 activado, residual, y no se va a reciclar lodo anaeróbico de regreso al tanque 712 de absorción biológica. El RAS mínimo que entra al digestor anaeróbico 722 parece ser de aproximadamente 2%.

La ganancia prevista de energía de la producción de metano, reducción de energía de aireación, ganancia neta de energía, porcentaje de la remoción de COD por digestor anaeróbico y producción de lodo se muestran en las FIGS. 4 a 8 · Cuando 20% de RAS entra al digestor anaeróbico 722, el software de simulación generó los siguientes datos: - corriente entrante en clarificador primario 711: 6000 kg de COD/día - : materiales asentados fuera de clarificador primario 711: 2273 kg de COD/día - efluente fuera de clarificador secundario 714 a MBR 718: 1022 kg de COD/día - : porción escasa en sólidos fuera de espesador 724 de lodo: 2205 kg de COD/día - porción espesada en digestor anaeróbico 722: 8119 kg de COD/día -: efluente fuera de digestor anaeróbico 722: 7045 kg de COD/día - efluente fuera de digestor anaeróbico 722 a WAS 730: 1110 kg de COD/día El tiempo de retención de lodo en el digestor anaeróbico ; 722 sería aproximadamente 16.1 días y la concentración de TSS en el digestor anaeróbico 722 sería 40763 mg/L.

El tiempo de retención de lodo aeróbico, o inventario de MLSS en el tanque 712 de absorción biológica y en el tanque 716 de tratamiento aeróbico con relación a la velocidad de flujo de masa de RAS al 20% sería 0.7 días.

L remoción de COD total sería 3868 kg de COD/día (6000-1110-1022) .

La remoción de COD a través del digestor anaeróbico 722 sería 3347 kg de COD por día (2273 + 8119 - 7045) , o una proporción prevista de remoción de 87% (3347/3868) .

La remoción de COD aeróbico sería 13% de modo que es bajo el consumo de la energía de aireación, pero probablemente sea suficiente mezclar los tanques.

Aproximadamente 87% de la remoción de COD se presentaría cuando 20% de RAS entra al digestor anaeróbico. De esta manera, aproximadamente 20%, o menos, del RAS se puede introducir en el digestor anaeróbico para proporcionar remoción significativa de COD.

Cuando más lodo pasa a través del digestor anaeróbico 722, disminuye la actividad aeróbica (ver FIG. 5) . Cuando aproximadamente 20% de RAS entra al digestor anaeróbico 722, la velocidad de utilización de oxígeno (OUR) en el tanque 712 de absorción biológica y el tanque 716 de tratamiento aeróbico sería 21 mg de 02/L por hora y 22 mg de 02/L por hora, respectivamente. Aunque 80% del RAS pasa a través del ¦tanque de tratamiento aeróbico, la proporción de reducción de COD en ese tanque parece ser baja. El diagrama de flujo de la masa de COD a la condición de 20% del lodo activado de retorno que entra al digestor anaeróbico se muestra en la FIG. 9, con velocidad de flujo de masa de COD en kg de COD/día.

Adicionalmente , se pueden lograr beneficios potenciales en términos de metano incrementado y producción reducida de lodo con entre aproximadamente 5% a aproximadamente 8% de RAS anaerobicamente digerido, que puede evitar gastos de capital asociados con procesos grandes de digestión anaeróbica.

Los resultados también muestran que las instalaciones existentes de tratamiento de aguas residuales se pueden modificar o modernizar para incorporar uno o más de los varios aspectos de los sistemas y técnicas descritos en la presente para tratar agua a una proporción reducida de energía y cantidad reducida de lodo.

Los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que los varios parámetros y configuraciones descritos en la presente se: proponen para ser ejemplo y que los parámetros y configuraciones reales dependerán de la aplicación específica para las cuales se usen los sistemas y métodos de la presente invención. Aquellos expertos en la técnica reconocerán, o serán capaces de determinar, usando no más que la experimentación de rutina, muchos equivalentes a las modalidades específicas descritas en la presente. Por ejemplo, los expertos en la técnica pueden reconocer que el sistema, y> los componentes del mismo, de acuerdo a la presente invención pueden comprender adicionalmente una red de sistemas' o ser un componente del sistema de tratamiento. Por lo tanto, se va a entender que las modalidades anteriores se presentan sólo a manera de ejemplo y que, dentro del alcance de las reivindicaciones anexas y los equivalentes de las mismas, los sistemas y técnicas descritas de tratamiento se pueden practicar de otro modo como lo que se describe de manera específica. Por ejemplo, aunque el término "sobrenadante" se ha usado en la presente para referirse al producto dé separación, el término se ha usado solo para propósitos ilustrativos y su uso no limita el alcance de las reivindicaciones a una técnica particular de separación. Los presentes sistemas y técnicas de tratamiento se refieren a cada característica, sistema o método individual descrito en la presente. Además, dentro del alcance de la presente invención se incluye cualquier combinación de dos o más de estas carácterísticas , sistemas o métodos, si estas características sistemas o métodos no son mutuamente inconsistentes .

Adicionalmente , se va a apreciar que para los expertos en la técnica se presentarán fácilmente varias alteraciones, modificaciones y mejoras. Estas alteraciones, modificaciones y mejoras se proponen que sean parte de la descripción, y se proponen que estén dentro del espíritu y alcance de; la invención. Por ejemplo, una porción de la corriente abundante en sólidos o la corriente de lodo se puede introducir a una operación unitaria corriente arriba, tal como un clarificador primario, o un tanque de absorción biológica, o ambos. En otros casos, las porciones escasas en sólidos o la porción escasa en lodo se pueden dirigir a otro separador y/o una unidad de acabado final. En otros casos, se puede modificar una instalación existente de tratamiento para utilizar o incorporar cualquiera o más de los aspectos de la invención. De esta manera, en algunos casos, los sistemas de tratamiento pueden comprender conectar o configurar una instalación existente para que comprenda un digestor aeróbico, opcionalmente con un tanque de absorción biológica, y un tanque de tratamiento aeróbico. Por consiguiente, la descripción y las figuras anteriores son solo a manera de ejemplo. Adicionalmente, las representaciones en las figuras no limitan las invenciones a las representaciones particularmente ilustradas. Por ejemplo, se pueden utilizar uno o más reactores biológicos en uno o más trenes del sistema de tratamiento.

El uso de términos ordinarios tal como "primero" , "segundo" , "tercero" , y similares en la especificación y en las reivindicaciones para modificar un elemento no connota por sí mismo ninguna prioridad, precedente, u orden de un elemento con respecto a otro o el orden temporal en el cual se realizan los pasos de un método, sino sólo se usa como marcas para distinguir un elemento que tiene un cierto nombre de otro elemento que tiene un mismo nombre, pero para el uso del término; ordinario, para distinguir los elementos.

Claims (22)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente invención, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Sistema de tratamiento de aguas residuales, caracterizado porque comprende: una fuente de agua residual que se va a tratar; un tren de tratamiento biológico, conectado para fluidos a la fuente de agua residual que se va a tratar, el primer tren de tratamiento que comprende al menos un reactor biológico seleccionado del grupo que consiste de un reactor anaeróbico, un reactor anóxico, y un reactor aeróbico; un espesador de lodo que tiene una salida escasa en lodo, una salida de lodo espesado, y una entrada de espesador conectado para fluidos corriente debajo de una salida de lodo abundante en sólidos del por lo menos un reactor biológico; un digestor anaeróbico conectado para fluidos corriente debajo de la salida del lodo espesado del espesador de lodo; y una línea de reciclado de lodo, anaeróbico, digerido, que conecta para fluido una salida de lodo digerido del digestor anaeróbico y una entrada del por lo menos un reactor biológico .

2. Sistema de tratamiento de aguas residuales de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un separador que tiene una entrada conectada para fluidos corriente abajo del por lo menos un reactor biológico, y una salida abundante en sólidos conectada para fluidos corriente arriba de una entrada del digestor anaeróbico .

3. Sistema de tratamiento de aguas residuales de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el por lo menos un reactor biológico comprende al menos un reactor de lotes en secuencia que tiene una pileta con una entrada de pileta conectable para fluidos a la fuente del agua residual, un sistema de aireación, un sistema de recolección de lodo con una salida de lodo, y un sistema de decantación con una salida de sobrenadante, y en donde el sistema de tratamiento de aguas residuales comprende además un controlador configurado para generar una primera señal de salida que promueve la comunicación de fluidos entre la entrada de pileta en la fuente de agua residual, y una segunda señal de salida que promueve la comunicación de fluidos entre la salida del lodo abundante en sólidos y la entrada del digestor.

4. Sistema de tratamiento de aguas residuales de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el tren de tratamiento biológico comprende: un tanque de absorción biológica que tiene una entrada de tanque de absorción conectada para fluidos a la fuente de agua residual; un separador que tiene para fluidos una entrada de separador conectada para fluidos corriente abajo del tanque de absorción biológica, una salida de lodo abundante en sólidos, y una salida escasa en sólidos; y un tanque de tratamiento aeróbico que tiene una entrada de tanque aeróbico conectada para fluidos corriente debajo de la salida de lodo abundante en sólidos, y una salida de lodo al menos parcialmente tratado de manera aeróbica conectada para fluidos a la entrada del tanque de absorción.

5. Sistema de tratamiento de aguas residuales de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque además comprende un separador primario que tiene una entrada de separador primario conectada para fluidos a la fuente de agua residual que se va a tratar, y una salida de agua residual escasa en sólidos conectada para fluidos corriente arriba del por lo menos un reactor biológico .

6. Sistema de tratamiento de aguas residuales de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el separador primario comprende además una salida de agua residual abundante en sólidos conectada para fluidos corriente arriba de una entrada del digestor anaeróbico.

7. Sistema de tratamiento de aguas residuales de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque además comprende: una unidad de acabado aeróbico conectada para fluidos corriente debajo de la salida escasa en sólidos del separador; y una línea de reciclado de licor mezclado que conecta para fluidos una salida de una unidad de acabado aeróbico y la entrada del tanque de absorción.

8. Sistema de tratamiento de aguas residuales de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque además comprende un bioreactor de membrana conectado para fluidos corriente abajo del separador .

9. Sistema de tratamiento de aguas residuales de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el controlador se configura adicionalmente para generar una tercera señal de salida que activa el sistema de aireación, una cuarta señal de salida que promueve condiciones inactivas en el reactor de lotes en secuencia después de la activación del sistema de aireación, y una quinta señal de salida que activa el sistema de decantación después de generar la cuarta señal de salida, y una sexta señal de salida que activa el sistema de aireación después de generar la quinta señal de salida .

10. Sistema de tratamiento de aguas residuales de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3 y 9 , caracterizado porque además comprende un bioreactor de membrana conectable para fluidos corriente debajo de la salida del sobrenadante.

11. Sistema de tratamiento de aguas residuales de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3 y 9, caracterizado porque además comprende una unidad de acabado aeróbico conectable para fluidos corriente debajo de la salida del sobrenadante.

12. Sistema de tratamiento de aguas residuales de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3 y 9, caracterizado porque además comprende un separador primario que tiene una entrada de separador conectada para fluidos a la fuente de agua residual, y una salida de aguas residuales escasa en sólidos conectable para fluidos a la entrada de la pileta.

13. Sistema de tratamiento de aguas residuales de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el separador primario comprende además una salida de aguas residuales abundante en sólidos conectable para fluidos a la entrada del digestor anaeróbico.

14. Proceso para tratar aguas residuales, caracterizado porque comprende : proporcionar un agua residual que se va a tratar; promover la absorción biológica del agua residual que se va a tratar para producir un primer licor mezclado; producir un lodo abundante en sólidos y una porción escasa en sólidos del primer licor mezclado; espesar al menos una porción de lodo abundante en sólidos para producir un lodo espesado y una porción escasa en lodo; tratar aeróbicamente una porción de lodo abundante en sólidos para producir un lodo al menos parcialmente tratado de forma aeróbica; digerir de manera anaeróbica una porción de lodo espesado para producir un lodo anaeróbicamente digerido; combinar al menos una porción de lodo al menos parcialmente tratado de manera aeróbica con el agua residual que se va a tratar; y combinar al menos una porción de lodo anaeróbicamente digerido con el agua residual que se va a tratar.

15. Proceso de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque además comprende combinar al menos una porción de la porción escasa en lodo con el agua residual que se va a tratar.

16. Proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 14 y 15, caracterizado porque además comprende tratar . aeróbicamente al menos una porción de la porción escasa en sólidos para producir un producto tratado y un segundo licor mezclado.

17. Proceso de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque además comprende combinar al menos una porción del segundo licor mezclado con el agua residual que se va a tratar.

18. Proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 14-17, caracterizado porque además comprende tratar de manera aeróbica al menos una porción de lodo anaeróbicamente digerido con la porción de lodo abundante en sólidos para producir el lodo al menos parcialmente tratado de manera aeróbica.

19. Proceso de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque además comprende producir un agua residual abundante en sólidos y un agua residual escasa en sólidos a partir del agua residual que se va a tratar, y en donde la promoción de la absorción biológica de al menos una porción del agua residual que se va a tratar, comprende promover la absorción biológica del agua residual escasa en sólidos para producir el primer licor mezclado.

20. Proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 14-19, caracterizado porque además comprende introducir la porción escasa en sólidos en un bioreactor de membrana .

21. Proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 14-18, y 20, caracterizado porque además comprende : separar el agua residual que se va a tratar en un agua residual escasa en sólidos y un agua residual abundante en sólidos; promover la absorción biológica del agua residual escasa en sólidos para producir al menos una porción del primer licor mezclado; y digerir anaeróbicamente el agua residual abundante en sólidos con la porción de lodo espesado para producir el lodo anaeróbicamente digerido y un gas residual que comprende metano .

22. Proceso de conformidad con cualquiera de" las reivindicaciones 14-21, caracterizado porque la digestión anaeróbica de una porción de lodo espesado comprende recolectar un gas residual que comprende metano.