MX2014005977A - Sistema de desnitrificacion de flujo descendente. - Google Patents

Abstract

En general, la presente invención es dirigida a sistemas para el tratamiento de agua o aguas residuales. De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el sistema podría utilizar un recipiente con una pluralidad de lechos de filtro, al menos una entrada, y al menos una salida, y el sistema podría incluir: un primer lecho de filtración que comprende un primer medio granular y/o angular, el primer medio tiene un área superficial alta y es configurado para el tratamiento biológico y físico del agua o aguas residuales; un segundo lecho de filtración que incluye un segundo medio granular y/o angular, el segundo medio tiene un área superficial más baja que el primer medio; en donde el agua o aguas residuales entran en el recipiente al menos por medio de la entrada, después fluyen a través del primer lecho de filtración y el segundo lecho de filtración, y salen del recipiente al menos a través de una salida.

Description

SISTEMA DE DESNITRIFICACION DE FLUJO DESCENDENTE Campo de la Invención La presente invención es dirigida, de manera general, a un sistema de desnitrificación de flujo descendente utilizado para tratar el agua y/o aguas residuales. De manera más específica, la presente invención es dirigida a un sistema de flujo descendente que utiliza al menos dos tipos diferentes de medios con múltiples profundidades de lecho para la remoción efectiva del nitrato y la captura de los sólidos suspendidos.

Antecedentes de la Invención Es bien conocido en la técnica el tratamiento del agua y/o aguas residuales, tales como aguas negras. Los sistemas y metodologías de tratamiento fluctúan simplemente del filtrado del agua, aguas residuales, o aguas negras a través de un lecho de filtro comprendido de arena al dispersar el agua, las aguas residuales o aguas negras y permitir que sequen los sólidos antes de la recolección.

En forma típica, el agua y/o aguas residuales podrían comprender entre otros contaminantes, el nitrógeno y los sólidos suspendidos. Es deseable remover o eliminar ambos del nitrógeno y los sólidos suspendidos del agua y/o aguas residuales tratadas antes del reciclado o la reintroducción del agua y/o aguas residuales tratadas en el medio ambiente.

Ref. 248586 A menudo, para el control de la contaminación existen limitaciones puestas en la descarga de los compuestos de nitrógeno en el efluente de aguas negras tratadas hacia las corrientes de agua. En consecuencia, se ha puesto mucha atención en la optimización de los sistemas de desnitrificación. Los filtros biológicamente activos se han vuelto soluciones de emergencia para las instalaciones de tratamiento de aguas residuales que enfrentan regulaciones estrictas de nutrientes con las restricciones impuestas por las condiciones de clima frío o las limitaciones de espacio o zona de recepción. A menudo, estos filtros biológicamente activos (BAFs) son más flexibles en las condiciones de clima frío cuando se comparan con los sistemas convencionales de desechos líquidos activados. Además, los BAFs requieren menos espacio, y son la elección más pequeña, mientras mantienen una funcionalidad eficiente, cuando se comparan con los sistemas alternativos, tales como los sistemas de desechos líquidos activados y sus muchas variaciones.

La eliminación o remoción del nitrógeno de las aguas residuales mediante el uso de las bacterias de nitrificación y desnitrificación generalmente involucra la conversión del nitrógeno orgánico y el amoniaco en nitratos, seguido por la remoción de los nitratos mediante los microorganismos de desnitrificación para producir gas nitrógeno. La conversión del nitrógeno orgánico y el amoniaco en nitratos requiere una aireación adecuada y típicamente origina la remoción del carbono del sistema. Debido a que el carbono es requerido en el proceso de desnitrificación, este es típicamente reintroducido en el sistema mediante la adición de una fuente externa de carbono, por ejemplo metanol . De manera general, la introducción de una fuente externa de carbono origina la producción de gas nitrógeno, dióxido de carbono y agua.

Además, esta reducción biológica conseguida mediante los microorganismos de desnitrificación ocurre en el área superficial del medio de filtro, con el cual los microorganismos de desnitrificación han sido unidos. En consecuencia, es deseable proporcionar un medio de filtro que tenga un área superficial grande con el propósito de soportar grandes cantidades de microorganismos de desnitrificación. Sin embargo, este medio de filtro a menudo carece de la capacidad para capturar, de manera efectiva, los sólidos suspendidos que también podrían estar presentes en el agua y/o aguas residuales.

Es conocido en la técnica el uso de un lecho de filtro que comprende grava o arena, al que podrían agregarse los microorganismos de desnitrificación como un medio para el tratamiento y la desnitrificación del agua y/o aguas residuales. Sin embargo, además de los inconvenientes observados con anterioridad, estos sistemas de filtración de lecho profundo a menudo son difíciles de utilizar en las instalaciones existentes y futuras de tratamiento debido a los grandes requerimientos de tamaño de estos sistemas. Las restricciones de espacio para las instalaciones de tratamiento de agua y/o aguas residuales unidas con demandas crecientes de tratamiento conforme crecen las poblaciones han originado la necesidad de sistemas más efectivos, eficientes de desnitrificación de agua o aguas residuales que ocupen una zona de recepción más pequeña que los sistemas previos.

En consecuencia, es deseable proporcionar un sistema de desnitrificación de agua y/o aguas residuales que pueda remover, efectiva y eficientemente, tanto el exceso de nitratos como de sólidos suspendidos del agua y/o aguas residuales mientras no se incrementa la zona de recepción requerida para este sistema.

Sumario de la Invención Los aspectos de la invención podrían incluir un sistema de tratamiento de agua o aguas residuales, el sistema utiliza un recipiente con una pluralidad de lechos de filtro, al menos una entrada, y al menos una salida, el sistema comprende: un primer lecho de filtración que comprende un primer medio granular y/o angular, el primer medio granular y/o angular tiene un área superficial alta y es configurado para el tratamiento biológico y físico del agua o aguas residuales; un segundo lecho de filtración que comprende un segundo medio granular y/o angular, el segundo medio granular y/o angular tiene un área superficial más baja que el primer medio granular y/o angular; en donde el agua o aguas residuales entran en el recipiente al menos por medio de una entrada, después, fluyen a través del primer lecho de filtración y el segundo lecho de filtración, y salen del recipiente al menos a través de una salida.

Otros aspectos de la presente invención podrían incluir un sistema de tratamiento de agua o aguas residuales para la remoción de nitratos del agua o aguas residuales, el sistema comprende: una entrada de afluente para la recepción del agua o aguas residuales de una fuente exterior del sistema de tratamiento; un recipiente para la contención del agua o aguas residuales, el recipiente comprende: un primer lecho de filtración comprendido de un primer medio de filtración; un segundo lecho de filtración comprendido de un segundo medio de filtración, el segundo lecho de filtración soporta el primer lecho de filtración; y un lecho de soporte, el lecho de soporte soporta el segundo lecho de filtración; una o más boquillas que proporcionan comunicación fluida entre el área de recipiente adyacente al lecho de soporte y la salida del sistema, las boquillas proporcionan una salida para el efluente después de viajar a través del recipiente; una salida de efluente, para la remoción del agua o aguas residuales tratadas del sistema; una o más entradas para la introducción del agua lavada por contracorriente y lavada con un chorro de aire en el recipiente, las entradas proporcionan el agua lavada por contracorriente y lavada con un chorro de aire a través de las boquillas en el lecho de soporte, en el segundo lecho de filtración, y de manera subsiguiente, en el primer lecho de filtración.

Estos y otros aspectos serán aparentes a partir de la siguiente descripción de la invención tomada en conjunto con las siguientes figuras, aunque podrían efectuarse variaciones y modificaciones sin apartarse del espíritu y alcance de los nuevos conceptos de la invención.

Breve Descripción de las Figuras La presente invención puede ser entendida de manera más completa mediante la lectura de la siguiente descripción detallada junto con las figuras adjuntas, en las cuales los mismos indicadores de referencia son utilizados para designar los mismos elementos. Las figuras adjuntas representan ciertas modalidades ilustrativas y podrían ayudar en el entendimiento de la siguiente descripción detallada. Antes de que cualquier modalidad de la invención sea explicada en detalle, será entendido que la invención no es limitada en su aplicación a los detalles de construcción y los arreglos de los componentes señalados en la siguiente descripción o ilustrados en las figuras. Las modalidades representadas serán entendidas como modalidades de ejemplo y en ningún modo limitan el alcance total de la invención. Asimismo, será entendido que la fraseología y la terminología que son utilizadas en la presente son con el propósito de descripción y no tienen que ser consideradas como limitantes. La descripción detallada hará referencia a las siguientes figuras, en las cuales: La Figura 1 es una representación de un sistema de desnitrificación de flujo descendente de doble medio de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención.

La Figura 2 es una gráfica que ilustra la concentración de NOx-N contra la velocidad de carga hidráulica, los resultados de un sistema de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención.

La Figura 3 es una gráfica que ilustra el NOx-N aplicado y la velocidad de carga de remoción, los resultados de un sistema de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención.

Descripción Detallada de la Invención Las materias ejemplificadas en esta descripción son proporcionadas para ayudar en el entendimiento completo de varias modalidades de ejemplo descritas con referencia a las figuras adjuntas. En consecuencia, aquellas personas de experiencia ordinaria en la técnica reconocerán que pueden realizarse varios cambios y modificaciones de las modalidades de ejemplo descritas en la presente sin apartarse del espíritu y alcance de la invención reivindicada. Las descripciones de las funciones y construcciones bien conocidas son omitidas por claridad y concisión. Además, como es utilizado en la presente, el término singular podría ser interpretado en el término plural, y de manera alterna, cualquier término en plural podría ser interpretado en el término singular.

De manera general, la presente invención es dirigida a un sistema de desnitrificación de flujo descendente utilizado para tratar el agua y/o aguas residuales. De manera más específica, la presente invención es dirigida a un sistema de flujo descendente que utiliza dos tipos diferentes de medios para la remoción efectiva del nitrato y para la captura de los sólidos suspendidos. De acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, el sistema podría ser un sistema de flujo descendente de lecho poco profundo. De acuerdo con algunas modalidades, la presente invención describe un sistema biológico sumergido de desnitrificación de flujo descendente que comprende un lecho fijo denso granular y/o angular con el agua o aguas residuales afluentes que fluyen en la dirección descendente por gravedad. El proceso de desnitrificación y filtrado podría ser considerado un sistema de tratamiento terciario capaz de remover el N0X-N (N03-N más N02-N) y los sólidos suspendidos del efluente tratado secundario.

El sistema de desnitrificación y filtrado podría proporcionar (i) una capa única de un medio granular y/o angular para el acoplamiento de la biomasa y la retención de los sólidos suspendidos; (ii) el uso de un medio de área superficial alta que garantice una población más grande de microorganismos si se compara con el mismo volumen de otros tipos de medios (por ejemplo, arena) , con lo cual permite posiblemente una velocidad más alta de remoción del contaminante; (iii) la distribución de una corriente contraria de flujo ascendente del aire durante el lavado por contracorriente; e (iv) la secuencia automática de lavado por contracorriente optimizada por los requerimientos de aplicación .

Con referencia a la Figura 1, el sistema de desnitrificación de flujo descendente 1 será discutido a continuación. El sistema de filtro de desnitrificación de flujo descendente 10 recibe el agua y/o aguas residuales que serán tratadas, o el afluente 20, y enseguida recibe el afluente de descargas de tratamiento 30. En general, el sistema de filtro de desnitrificación de flujo descendente 10 comprende al menos dos (2) tipos de medios, dimensionados y configurados para ayudar en el soporte y cría de los microorganismos que ayuden en el proceso de desnitrificación y que ayuden en la remoción de varios sólidos suspendidos. Con referencia a la Figura 1, la modalidad representada utiliza una capa de un medio de área superficial alta 11 que comprende un área superficial suficiente para que los microorganismos se unan y desarrollen. Podría ser utilizado el medio de filtro de alta área superficial, tal como el que es comercializado de acuerdo con la marca BIOLITE ™ por el presente firmante INFILCO-DEGREMONT . El medio BIOLITE™ es un material de arcilla expandida con una alta área superficial específica, una baja densidad y una buena resistencia a la abrasión. El medio BIOLITE™ tiene una porosidad que garantiza la unión de biomasa, y fluctúa en un tamaño de 1 a 5 mm. El medio BIOLITE™ L2.7 fue utilizado en la verificación o prueba, el cual podría tener un tamaño de partícula que fluctúa de 2 a 3 mm. En adición, también podría incluirse una segunda capa que comprende un medio de tamaño diferente 12.

El medio de filtro de alta área superficial 11 aloja varios microorganismos que, bajo circunstancias adecuadas, eliminan los óxidos de nitrógeno del afluente 20. La segunda capa 12, que podría comprender por ejemplo, arena, podría ser un medio diferente de filtro y podría capturar los sólidos suspendidos presentes en el afluente 20.

Sin embargo, el uso de arena u otros materiales como el segundo medio de filtro en la segunda capa 12 también podría ayudar con el soporte de los microorganismos, y por lo tanto, podría ayudar en la remoción de nitratos del afluente 20. En consecuencia, la segunda capa 12 podría efectuar la función, tanto de la captura de sólidos suspendidos como además la clarificación del efluente para la remoción adicional del nitrato.

Podría ser utilizado un medio de varios tamaños para la segunda capa 12. El tamaño del medio podría ser seleccionado a fin de proporcionar los tamaños deseados de vacío entre las partículas del medio que podrían capturar los sólidos suspendidos en el agua y/o aguas residuales. Sin embargo, se contempla que podría utilizarse la arena con un tamaño de partículas de 0.1 a 10 mm. De manera más específica, también podría ser utilizada la arena con un tamaño de partículas de 0.5 a 2.5 mm.

Además, la relación en la profundidad de la primera capa 11 con la segunda capa 12 podría variar dependiendo de la aplicación particular y las características de rendimiento buscadas del sistema 1. Sin embargo, se contempla que la primera capa 11 podría ser más grande en un espesor de 45.6 centímetros (1.5 pies), y la segunda capa 12 podría comprender un mínimo del 11% del espesor total del lecho.

Además de la primera y segunda capas 11, 12, el sistema de filtro de desnitrificación de flujo descendente 10 también podría comprender una tercera capa 13 cuya función principal es soportar la segunda capa 12. La tercera capa 13 podría estar comprendida de cualquier número de materiales en cualquier número de tamaños y formas. Por ejemplo, la tercera capa 13 podría estar comprendida de grava con un tamaño de partícula entre 2 y 50 mm. De manera más específica, la tercera capa 13 podría estar comprendida de grava con un tamaño de partícula entre 6 y 18 mm.

El afluente 20 (por ejemplo el agua y/o aguas residuales afluentes secundarias tratadas) podría entrar en el sistema de filtro de desnitrificación de flujo descendente 10, y podría ser obligado a pasar a través de la primera y segunda capas de filtro 11 y 12, la capa de soporte 13, y podría ser empujado fuera de las capas de filtración 11, 12 a través de las boquillas 14. En este punto, el efluente 30 podría salir del sistema. Debido a que el sistema de filtro de desnitrificación de flujo descendente 10 es un sistema de flujo descendente, el afluente podría pasar a través de las capas de filtración 11, 12, sólo por la fuerza de gravedad. En forma alterna, podría ser aplicada una fuerza o presión externa .

Con el propósito que los microorganismos presentes en el medio de filtro 11 remuevan, eficiente y totalmente, los nitratos del afluente 20, debe estar presente una fuente de carbono. En consecuencia, el sistema de filtro de desnitrificación de flujo descendente 10 además podría comprender una entrada de fuente de carbono 41. Mientras que podrían utilizarse varias fuentes de carbono, es común que sea utilizado el metanol . El metanol podría ser utilizado como la fuente de carbono, aunque también podría utilizarse el etanol o acetato. Durante la operación, los microorganismos podrían utilizar los nitratos presentes en el afluente 20 como un aceptador de electrones cuando se consuma la fuente de carbono. Debido a las condiciones mantenidas en el sistema de filtro de desnitrificación 10, los microorganismos presentes en el medio de filtro podrían respirar los nitratos presentes en el afluente 20 debido a que no existe oxígeno presente. La fuente de carbono podría actuar como un donador de electrones, provocando la reducción de los nitratos. Este proceso podría originar que esté siendo formado el N2, con lo cual, se eliminan varias especies de nitrógeno (NH3-N, N02-N, N03-N) .

Durante el uso del sistema 1, los sólidos suspendidos en el afluente 20 son principalmente removidos cuando son atrapados dentro del medio de filtro. Sin embargo, a medida que el afluente 20 es pasado través del medio de filtro, los sólidos suspendidos podrían acumularse dentro del medio. Esta acumulación originaría una pérdida o incluso que los sólidos suspendidos pasen a través del medio de filtro sin verificación, provocando turbiedades inaceptables en el efluente 30. En consecuencia, a menudo es necesario remover las partículas atrapadas del medio de filtro. En consecuencia, el sistema 1 podría comprender una entrada de agua de lavado por contracorriente 42 que ayude en la remoción de estos sólidos atrapados.

El agua de lavado por contracorriente podría ser alimentada por medio de la entrada de agua de lavado por contracorriente 42 hacia arriba a través del medio de filtración. A medida que el agua de lavado por contracorriente es entrada en el medio de filtro, ésta podría elevar el medio provocando que el lecho se expanda y asuma un estado fluidizado. Este estado de expansión y fluidizado podría provocar que los sólidos atrapados sean liberados y expulsados del medio. El desperdicio de lavado por contracorriente podría ser recolectado y podría ser removido del sistema por medio de la salida de desperdicio de lavado por contracorriente 51. El desperdicio de lavado por contracorriente podría ser tratado por separado o podría ser gradualmente agregado al afluente 20.

Sin embargo, dependiendo de la aplicación y uso específico del sistema 1, solamente el agua de lavado por contracorriente no podría remover adecuadamente los sólidos suspendidos atrapados del medio de filtración. En estos casos, podrían ser requeridas técnicas adicionales. En consecuencia, el sistema de desnitrificación de flujo descendente 10 además podría comprender una entrada adicional para la remoción de los sólidos atrapados 43. Esta entrada adicional 43 podría comprender una entrada para un lavado superficial adicional o un lavado con chorro de aire. De manera general, los sistemas de lavado con chorro de aire operan bombeando aire a través de la parte inferior del medio de filtro antes o después o junto con el agua durante el lavado por contracorriente. Debido a que el aire introducido por el sistema de lavado con chorro de aire es menos denso que el agua introducida por el lavado por contracorriente, las burbujas de aire podrían viajar a una velocidad más grande incrementando la turbulencia y ayudando con la remoción de los sólidos atrapados mediante la fluidización parcial o total del lecho y permitiendo que las partículas del medio separen la biomasa que crece en ellos.

La captura de sólidos más grandes podría ser conseguida debido al arreglo de flujo descendente del sistema 1 acoplado con limpiezas regulares por contracorriente realizadas en la dirección de contracorriente para eliminar el exceso de biomasa y los sólidos atrapados.

Las secuencias de lavado por contracorriente para los filtros biológicos tienen que cumplir con requerimientos severos: (i) todo el lecho de filtro tiene que ser limpiado de los sólidos retenidos y la biomasa de exceso; (ii) debe existir una biomasa suficiente restante en el reactor después de un lavado por contracorriente; (iii) los flujos de aire y agua no tienen que provocar que el medio de filtro sea perdido; (iv) el consumo de agua y energía tiene que ser minimizado; y (v) la secuencia de lavado por contracorriente tiene que ser iniciada y efectuada, de manera automática.

La secuencia estándar de lavado por contracorriente utilizada en conjunto con el sistema de desnitrificación de flujo descendente 1 ha sido específicamente desarrollada para cumplir con estos requerimientos. La secuencia de lavado por contracorriente podría ser optimizada durante el arranque y puede modificarse en función de la experiencia de operación. La secuencia podría ser manualmente iniciada, en función del tiempo de operación, o en función del alcance de una pérdida diferencial preestablecida.

Las etapas principales de la secuencia son: (1) la reducción del nivel de agua para evitar la pérdida del medio y el drenado con rapidez para el flujo contrario de las boquillas de drenaje por debajo; (2) el enjuague de agua; (3) el lavado con chorro de aire; (4) las series de lavados simultáneos de aire/agua; y (5) el enjuague de agua; (6) la purga de aire; (7) el filtro para desperdicio. El agua utilizada para el lavado por contracorriente es un efluente típicamente tratado que es almacenado en un tanque separado de agua limpia. El agua y/o aguas residuales de lavado por contracorriente son normalmente almacenadas en un tanque separado de retención y son bombeadas con respecto al tiempo de regreso a la parte principal de la planta de tratamiento. En adición a los lavados regulares por contracorriente, podrían ser efectuados los mini- lavados por contracorriente conocidos como la Liberación de Gas Nitrógeno. Estos son cortos, los lavados sólo por contracorriente que son diseñados para remover las burbujas de nitrógeno que son desarrolladas durante el curso de un filtro corren durante el proceso de desnitrificación de los Nitratos para liberar el gas nitrógeno que se encuentra atrapado en los intersticios del lecho. Estas ráfagas de nitrógeno ayudan a incrementar los tiempos de funcionamiento del filtro y permiten una operación más suave y un tratamiento eficiente.

Descripción de la Operación. El efluente nitrificado del tren existente de tratamiento podría ser alimentado al canal del afluente para la desnitrificación del flujo descendente y las unidades de filtración podrían ser uniformemente distribuidas a las celdas a través de una serie de vertederos. El agua y/o aguas residuales que serán tratadas podrían fluir por gravedad a través de los vertederos de afluente y podrían bajar a través del medio (por ejemplo, el medio BIOLITE™) . A medida que el agua y/o aguas residuales fluyen a través del medio, la biomasa unida podría reducir el nitrato-nitrógeno en el agua y/o aguas residuales en gas nitrógeno, el cual podría ser liberado hacia la atmósfera. Esta etapa no podría requerir alguna aireación externa. Sin embargo, la biomasa podría ser unida con el medio y podría utilizar una fuente externa de carbono, tal como metanol, como su fuente de donador de electrones. La fuente de carbono podría ser agregada en los canales que alimentan los reactores o directamente en los reactores.

Debido a la retención de los sólidos y el crecimiento de la biomasa dentro del medio de filtro, el lavado por contracorriente de las unidades podría ser necesario para remover los sólidos retenidos y para mantener una bio-película activa delgada en el medio. El lavado por contracorriente podría ser iniciado ya sea manual o automáticamente, en función del tiempo transcurrido o en función de alcanzar una pérdida diferencial preestablecida. La secuencia de lavado por contracorriente incluye un número de distintas etapas, la duración y la extensión de cada etapa es optimizada durante el arranque de planta y es modificada en función de la experiencia de operación.

La secuencia básica de lavado por contracorriente incluye las siguientes etapas: (1) el drenado rápido para el flujo contrario de las boquillas por debajo del drenaje; (2) el enjuague; (3) el lavado con chorro de aire; (4) la combinación de lavado por contracorriente de aire y agua; (5) el enjuague de agua; (6) la purga de aire; y (7) el enjuague de agua con el agua y/o aguas residuales de afluente (de filtro a desperdicio) .

Además, también podría ser efectuada la Liberación periódica de Gas Nitrógeno sólo con agua para eliminar la acumulación en la parte superior debido al atrape de las burbujas de nitrógeno en los intersticios del lecho durante el curso del proceso de desnitrificación durante el funcionamiento del filtro.

Una bomba de un pozo limpio podría suministrar agua limpia utilizada para el lavado por contracorriente del filtro. La velocidad de flujo del agua de lavado por contracorriente podría ser controlada con una válvula automática de control de flujo y/o una transmisión de movimiento de frecuencia variable mientras podría utilizarse aire suministrado por un soplador de desplazamiento positivo o centrífugo para el lavado con chorro de aire. Las unidades instaladas de recambio podrían ser proporcionadas tanto para el soplador de lavado con chorro de aire y para la bomba de suministro de agua de lavado por contracorriente.

El agua y/o aguas residuales de la etapa de drenado rápido podrían ser recolectadas en un colector de desagüe y en forma típica, podrían fluir hacia el tanque de desperdicio de lavado por contracorriente. El agua y/o aguas residuales de las etapas restantes podrían recolectarse en un canal de descarga común de lavado por contracorriente y podrían fluir hacia el tanque de almacenamiento de desperdicio de lavado por contracorriente. El agua y/o aguas residuales almacenadas de lavado por contracorriente son normalmente regresadas a la parte principal de la planta.

PRUEBA. Los sistemas de desnitrificación de flujo descendente de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención han sido probados en varias instalaciones. Más adelante se discuten algunos de la instrumentación, el proceso, la prueba, y los resultados de estas pruebas. Se observa que estas pruebas son de ejemplo y no sólo incluyen la totalidad de la presente invención.

Objetivo de la Prueba. En general, las pruebas fueron conducidas para evaluar el rendimiento de los sistemas de desnitrificación de flujo descendente con respecto a: (i) la concentración del efluente NOx-N; (ii) el nitrógeno total de efluente; (iii) el efluente TSS y la turbidez; e (iv) el lavado por contracorriente. Los impactos sobre el rendimiento de los siguientes parámetros también fueron evaluados: (a) las características hidráulicas; (b) la profundidad promedio; y (iii) la temperatura.

Descripción del Sitio. La planta utilizada como el sitio de prueba tiene una capacidad de tratamiento de 5 MGD. La línea de proceso de la planta incluye el cribado de afluente y la remoción de cuerpos extraños o impurezas, la aireación previa y el tanque de asentamiento primario, la aireación y los tanques de asentamiento secundario, la desinfección y la aireación final antes de la liberación hacia el río local. Los sólidos generados por los procesos primario y secundario de tratamiento son tratados mediante la digestión anaeróbica y son secados para ser eventualmente depositados como un uso o empleo de tierra. Las cualidades del agua del afluente y el efluente para la instalación durante los seis primeros meses del 2010 son presentadas en la siguiente tabla.

Descripción de la Prueba. La verificación o prueba comprendió dos módulos que son la columna de filtro y el centro de control, los cuales fueron diseñados para sostener las condiciones de clima frío. Los módulos fueron interconectados con propósitos hidráulicos con una tubería flexible. El centro de control contenía la instrumentación, una computadora de escritorio de control de tipo ' desktop' y el PLC mientras la columna de filtro incorporó la mayoría de las válvulas automáticas. El afluente piloto fue bombeado utilizando una bomba sumergida a partir del efluente secundario de la planta hacia un tanque que tenía la capacidad para cribar el TSS en una concentración aceptable, si fuera necesario. El afluente fue bombeado partir de la caja de cribado hacia el centro de control en donde fueron continuamente registrados los parámetros tales como la turbidez, el nitrato, el DO residual y la temperatura. Antes de dirigirse hacia la columna de filtro, el metanol fue inyectado en la corriente de afluente. El efluente de la gravedad de la columna de filtro fluyó hacia el centro de control en donde la concentración de nitrato fue monitoreada en forma continua. Finalmente, el efluente fue recolectado y almacenado en un tanque para el lavado por contracorriente de la columna de filtro.

Prueba de la columna de 1 ' : Medio Utilizado. El medio BIOLITE. L2.7 fue seleccionado debido a que se incrementa la eficiencia de la desnitrificación a medida que disminuye el tamaño del medio y los espacios entre el medio disminuyen a medida que disminuye el tamaño del medio. Esto se traduce en una mejor capacidad de remoción del nitrato y el TSS .

Lechos de Grava . Los tipos I y II de grava fueron utilizados. El tipo I comprendió partículas de grava de un Tamaño Efectivo (E.S.) de 19-25.5 mm (3/4"-l"). El tipo II comprendió partículas de grava de un Tamaño Efectivo (E.S.) de 9.5-19 mm (3/8"-3/4").

Criterios de Éxito. Los criterios de éxito o buenos resultados pueden ser conseguidos y los objetivos de rendimiento fueron como sigue: De manera específica, la prueba buscó conseguir: (i) velocidades óptimas de carga hidráulica y contaminante (N03-N y N02-N) para cada profundidad promedio, con el propósito de mantener la concentración de efluente NOx-N menor de 1.0 mg/L; (ii) las combinaciones permisibles de las cargas de nitrato y TSS para cada profundidad promedio con el propósito de mantener la concentración de efluente TSS por debajo de 5.0 mg/L; (iii) la eficiencia de la desnitrificación del medio por debajo de la variación de temperatura; (iv) la concentración deseada total de nitrógeno en el efluente; y (v) el tipo de métodos de lavado por contracorriente.

La verificación o prueba estuvo compuesta de un mínimo de 6 fases descritas como sigue: Fase 1 - Secuencias de llenado del medio. La primera fase consistió de llenado de la columna de filtro con el tipo seleccionado del medio BIOLITE L2.7 y el registro de un punto de ajuste de la Presión de Lecho Limpio (CBP, por sus siglas en inglés) para cada profundidad verificada de lecho del medio. Cuatro diferentes profundidades de lecho del medio de 2.73, 1.82, 1.21 y 0.76 metros (9.0, 6.0, 4.0 y 2.5 pies) fueron probadas en orden de altura descendente durante la prueba. La carga del medio fue organizada en cuatro (4) secuencias de incremento de orden alto de lecho por motivos prácticos. La primera secuencia de carga del medio fue el lecho de 0.76 metros (2.5 pies), la segunda fue el lecho de 1.21 metros (4.0 pies), la tercera fue el lecho de 1.82 metros (6.0 pies) y la última secuencia fue el lecho de 2.73 metros (9.0 pies).

El programa de lavado por contracorriente es diseñado para activar una secuencia de lavado por contracorriente en función de tres modos: (i) el incremento de la presión; (ii) el tiempo; e (iii) la concentración de efluente TSS . Cuando se opera bajo el modo de incremento de presión, el programa agrega una cierta pérdida al punto de ajuste CBP. Por lo tanto, fue determinado el punto de ajuste CBP para cada una de las 4 profundidades del medio probadas . La columna de filtro fue llenada con agua.

Fase 2 - Arranque .

Una bomba de agua natural fue instalada en el canal de efluente de los clarificadores secundarios y fueron efectuadas las verificaciones hidráulicas y de operación. La verificación o prueba fue iniciada con una muy baja carga hidráulica de 0.8334 lpm/m2 (2.37 gpm/pie2) y la carga de nitrato de 1.70854 kg/k m3.d. (133 lb/k pie3.d) . Estas bajas cargas fueron aplicadas durante un periodo de 2 a 3 semanas para acomodar el crecimiento gradual de los desnitrificadores . El periodo de arranque finalizó después de la estabilización del proceso de desnitrificación y las concentraciones continuas de efluente de NOx-N < lmg/L fueron obtenidas al menos durante una (1) semana.

Ciclo de Lavado por Contracorriente. El ciclo propuesto de lavado por contracorriente tuvo una duración máxima de 37 minutos, constituyendo siete etapas descritas en la siguiente tabla. Se observa que la duración de la etapa y la velocidad fueron optimizadas para cada altura de lecho del medio .

Fase 3 - Profundidad de Lecho del Medio en 2.73 metros (9 pies) . La fase 3 consistió de dos etapas: (i) la identificación de los criterios de carga para NOx-N y TSS para una profundidad de lecho del medio de 2.73 metros (9 pies), e (ii) la optimización de la eficiencia del lavado por contracorriente. La velocidad de flujo de afluente fue gradualmente incrementada con el propósito de determinar la velocidad máxima de carga entre TSS y el nutriente que podría satisfacer las concentraciones de objetivo del efluente menores de 1.0 mg/L para el N0X-N y menores de 5.0 mg/L para TSS sin el requerimiento de restricción de eficiencia del lavado por contracorriente. Después de la identificación de la velocidad óptima de carga, el afluente fue reducido ligeramente para permitir que el efluente se estabilice por debajo de las concentraciones de objetivos de efluente. Finalmente, la prueba se efectuó a una velocidad constante de carga para validar la capacidad de desnitrificación del filtro para la velocidad elegida de carga con una frecuencia mínima de lavado por contracorriente de 24 horas. Entonces, la velocidad de flujo fue gradualmente disminuida en el filtro hasta que fue obtenida una eficiencia de lavado por contracorriente menor del 2%.

Fase 4 - Profundidad de Lecho del Medio en 1.82 metros (6 pies) . La fase 4 inició con la remoción aproximadamente de 0.066 m3 (2.36 pies3) del medio para reducir la profundidad del lecho de 2.73 a 1.82 metros (9 a 6 pies) . Una vez que el medio es removido, la columna de filtro necesitó ser controlada para la ruptura del medio mediante el control de la reducción de TSS en el efluente.

Finalmente, fueron ejecutadas las 2 etapas de cargas para el ???-? y TSS y para optimizar la eficiencia del lavado por contracorriente discutida con anterioridad con respecto a la Fase 3.

Fase 5 - Profundidad de Lecho del Medio en 1.21 metros (4 pies) . La fase 5 comenzó con la remoción aproximadamente de 0.044 m3 (1.57 pies3) del medio para reducir la profundidad del lecho de 1.82 a 1.2 metros (6 a 4 pies) . Una vez que el medio es removido, la columna de filtro necesitó ser controlada para la ruptura del medio mediante el control de la reducción de TSS en el efluente. Finalmente, fueron ejecutadas las 2 etapas de cargas para las limitaciones entre el N0X-N y TSS y para optimizar la eficiencia del lavado por contracorriente discutida con anterioridad.

Fase 6 - Profundidad de Lecho del Medio en 0.76 metros (2.5 pies) . La fase 6 comenzó con la remoción aproximadamente de 0.033 m3 (1.18 pies3) del medio para reducir la profundidad de lecho de 1.82 a 0.76 metros (4 a 2.5 pies) . Una vez que el medio fue removido, la columna de filtro necesitó ser controlada para la ruptura del medio mediante el control de la reducción de TSS en el efluente. Finalmente, fueron ejecutadas las 2 etapas de cargas para las limitaciones entre el N0X-N y TSS y para optimizar la eficiencia del lavado por contracorriente discutida con anterioridad.

PROCEDIMIENTOS DE CAMPO DE PRUEBA. La verificación 0 prueba fue diseñada para estudiar el rendimiento del filtro con los objetivos específicos de optimizar los parámetros de operación para el piloto con el medio L2.7 y la grava. El estudio fue conducido en seis fases; las fases 1 y 2 fueron el arranque mientras las fases 3, 4, 5 y 6 optimizaron el rendimiento de remoción de TSS y contaminante para cada profundidad del lecho del medio probada o verificada.

Iniciación del Experimento. En primer lugar, la unidad de columna de filtro fue llenada con el medio y la presión del lecho limpio fue registrada para cada profundidad probada del lecho. En segundo lugar, la columna fue iniciada y operada en un modo de filtración más baja a una velocidad de flujo de 0.8334 lpm/m2 (2.37 gpm/pie2) y una carga de nitrato de 1.70854 kg/k m3.d. (133 lb/k pie3.d). La velocidad de flujo fue incrementada diariamente mediante pequeños incrementos de flujo con la condición de que fueran mantenidos los objetivos de remoción del efluente. El lavado por contracorriente fue operado de acuerdo con los 3 modos posibles definidos por la presión máxima, el tiempo (24 horas) y la concentración de TSS (efluente TSS < afluente TSS) . Las variables experimentales principales fueron la velocidad de flujo de filtración, la carga de nitrato, la carga de TSS y la velocidad de flujo del lavado por contracorriente.

En tercer lugar, el flujo de afluente fue iniciado en 1.1045 litros por minuto/m2 (3.14gpm/pie2) y fue incrementado en una base diaria mediante incrementos pequeños hasta que uno de los dos parámetros de concentraciones de efluente NOx-N o TSS excedió los objetivos de prueba que son respectivamente de lmg/L y 5mg/L .

Las siguientes conclusiones fueron determinadas antes de continuar: (i) el afluente NOx-N menor de 1 mg/L; (ii) la concentración de efluente TSS menor de 5mg/L; (iii) la velocidad aplicable de carga; (iv) el porcentaje conseguido de remoción; (v) la relación de la declinación de velocidad entre los ciclos de lavado por contracorriente; y (vi) la velocidad del incremento de la eficiencia del lavado por contracorriente para la disminución de la velocidad de carga.

Monitoreo Operativo y Duración Experimental. Los datos de flujo y presión para el sistema de bio-filtro fueron recolectados en una base regular para cuantificar la pérdida de la presión diferencial con respecto a la velocidad de carga de masa. Una velocidad más baja de la declinación de la presión diferencial sugirió que podría ser conseguida una prueba operativa más larga.

Criterios de Evaluación. El impacto de las variables operacionales de filtro sobre el rendimiento fue evaluado para cada profundidad de lecho en función de los siguientes criterios: (i) el efluente N0X-N; (ii) el efluente TSS; (iii) la velocidad de la declinación de la presión diferencial; (iv) la longitud del funcionamiento del filtro (la frecuencia estimada del lavado por contracorriente) ; y (v) la recuperación neta de agua.

Un sistema de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención fue probado en cuanto al protocolo de prueba discutido con anterioridad. Como ilustran las Figuras 2 y 3, los sistemas de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención se efectúan dentro de ciertos parámetros deseados, de manera específica, la concentración de NOx-N contra la velocidad de carga hidráulica (como es representado en la Figura 2) , y las velocidades aplicadas y de remoción de carga de NOx-N (como es representado en la Figura 3) .

Será entendido que las modalidades específicas de la presente invención que son mostradas y descritas en la presente sólo son de ejemplo. Numerosas variaciones, cambios, sustituciones y equivalentes se les ocurrirán a aquellas personas expertas en la técnica sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Por ejemplo varias capas y/o tipos de medios podrían ser utilizados; los procesos y metodologías de lavado por contracorriente podrían ser modificados de acuerdo con circunstancias y aplicaciones específicas. En consecuencia, se pretende que toda la materia descrita en la presente y mostrada en las figuras adjuntas sólo sea considerada ilustrativa, y no en un sentido limitante.

Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (22)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un sistema de tratamiento de agua o aguas residuales, el sistema utiliza un recipiente con una pluralidad de lechos de filtro, al menos una entrada, y al menos una salida, caracterizado porque comprende: un primer lecho de filtración que comprende un primer medio granular y/o angular, el primer medio granular y/o angular tiene un área superficial alta, una baja densidad y es configurado para el tratamiento biológico y físico del agua o aguas residuales; un segundo lecho de filtración que comprende un segundo medio granular y/o angular, el segundo medio granular y/o angular tiene un área superficial más baja que el primer medio granular y/o angular; en donde el agua o aguas residuales entran en el recipiente al menos por medio de la entrada, después fluyen a través del primer lecho de filtración y el segundo lecho de filtración, y salen del recipiente al menos a través de una salida .

2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer medio granular y/o angular fluctúa en un tamaño de 1 a 5 milímetros.

3. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer medio granular y/o angular fluctúa en un tamaño de 2 a 3 milímetros.

4. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer medio granular y/o angular está comprendido de arcilla expandida, esquisto, plástico o material de fibra.

5. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer medio granular y/o angular esta comprendido de una mezcla de diferentes materiales.

6. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo lecho de filtración comprende una profundidad no menor del 10% de la profundidad del primer lecho de filtración.

7. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo medio granular y/o angular comprende arena que tiene un tamaño de partícula entre 0.1 a 10 milímetros y una densidad más grande que 1,500 kg/m3.

8. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la arena tiene un tamaño de partícula entre 0.5 y 2.5 milímetros.

9. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un tercer lecho de filtración, el tercer lecho de filtración soporta el segundo lecho de filtración y comprende un tercer medio granular y/o angular

10. El sistema de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el tercer medio granular y/o angular es grava con un tamaño de partícula entre 2 a 50 milímetros.

11. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer lecho de filtración soporta microorganismos para la remoción de nitratos del agua o aguas residuales, y en donde el segundo lecho de filtración ayuda en la captura de sólidos suspendidos del agua o aguas residuales.

12. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos la entrada comprende una primera entrada para el agua o aguas residuales, y una segunda entrada para la introducción de una fuente de carbono en el sistema

13. El sistema de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la fuente de carbono introducida en el sistema es metanol, utilizado para ayudar a los microorganismos presentes en el primer o segundo lecho de filtración en la remoción de nitratos del agua o aguas residuales .

14. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque es un sistema de flujo descendente, el agua o aguas residuales pasan a través del sistema debido a las fuerzas externas, las fuerzas externas comprenden la gravedad .

15. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque las fuerzas externas adicionalmente comprenden la presurización.

16. Un sistema de tratamiento de agua o aguas residuales para la remoción de nitratos del agua o aguas residuales, caracterizado porque comprende: una entrada de afluente para la recepción del agua o aguas residuales de una fuente exterior del sistema de tratamiento; un recipiente para la contención del agua o aguas residuales, el recipiente comprende: un primer lecho de filtración comprendido de un primer medio de filtración que tiene un área superficial alta, una baja densidad y es configurado para el tratamiento biológico y físico del agua o aguas residuales; un segundo lecho de filtración comprendido de un segundo medio de filtración, el segundo lecho de filtración soporta el primer lecho de filtración; y un lecho de soporte, el lecho de soporte soporta el segundo lecho de filtración; una o más boquillas que proporcionan comunicación fluida entre el área de recipiente adyacente al lecho de soporte y la salida del sistema, las boquillas proporcionan una salida para el efluente después de viajar a través del recipiente ; una salida de efluente, para la remoción del agua o aguas residuales tratadas del sistema; una o más entradas para la introducción del agua de lavado por contracorriente y lavado con un chorro de aire en el recipiente, las entradas proporcionan el agua de lavado por contracorriente y lavado con un chorro de aire a través de las boquillas en el lecho de soporte, en el segundo lecho de filtración, y de manera subsiguiente, en el primer lecho de filtración.

17. El sistema de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque además comprende una entrada de fuente de carbono para la introducción de una fuente de carbono en el recipiente con el propósito de soportar la remoción de nitratos en el agua o aguas residuales por los microorganismos presentes en el primer medio de filtración.

18. El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el primer lecho de filtración comprende 50-89% de la profundidad del primer y segundo lechos combinados de filtración.

19. El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el primer medio de filtración está comprendido de arcilla expandida, esquisto, plástico o material de fibra.

20. El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el primer medio de filtración está comprendido de una mezcla de diferentes materiales.

21. El sistema de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el primer medio de filtración comprende un material específicamente diseñado que proporcione un área superficial suficiente que soporte los microorganismos para la remoción del nitrato.

22. El sistema de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque es un sistema de flujo descendente.