ES2547031A1 - Sistema bioelectroquímico y procedimiento para la eliminación de materia orgánica y compuestos nitrogenados de aguas residuales - Google Patents
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Abstract
Sistema bioelectroquímico y procedimiento para la eliminación de materia orgánica y compuestos nitrogenados de aguas residuales. Sistema y procedimiento bioelectroquímico (1) para la eliminación de materia orgánica y compuestos nitrogenados de aguas residuales; donde dicho sistema comprende una pluralidad de pilas biológicas (2, 3) conectadas entre sí, las cuales presentan respectivamente: una cámara anódica (2) configurada para oxidar la materia orgánica de dichas aguas residuales, y una cámara catódica (3) configurada para reducir los compuestos nitrogenados de dichas aguas; donde las pilas biológicas (2, 3) están conectadas entre sí a través de un canal (12a, 12b) por donde circulan las aguas residuales; el cual presenta dos tramos de circulación: un primer tramo (12a) de oxidación de la materia orgánica discurriendo a través de la pluralidad de las cámaras anódicas (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) de cada una de las pilas biológicas (2, 3); y un segundo tramo (12b) de reducción de los compuestos nitrogenados discurriendo a través de la pluralidad de las cámaras catódicas (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) de cada una de las pilas biológicas (2, 3).
Description
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31-03-2014
Sistema bioelectroquímico y procedimiento para la eliminación de materia orgánica y compuestos nitrogenados de aguas residuales
La presente invención se refiere a un sistema bioelectroquímico para la eliminación de materia orgánica y compuestos nitrogenados de aguas residuales, y el procedimiento asociado al mismo, estando dicho sistema englobado en el sector de tratamientos de aguas y medioambiente; y aclarando el concepto de aguas residuales como efluentes de origen urbano y/o industrial con cierto contenido en contaminantes tales como materia orgánica, nitrógeno y fósforo; pudiendo considerarse también cualquier aguas subterráneas o de cualquier otro origen.
Este sistema tiene como finalidad principal reducir el contenido en contaminantes de aguas residuales, además de ser capaz de generar energía eléctrica a partir de dicha reducción de contaminantes, ocupar un espacio reducido, ahorrar en la gestión y deposición de fangos, reducir las emisiones de gases que provocan el efecto invernadero, así como precisar de un menor consumo energético, eléctrico y de oxígeno, en comparación con los sistemas de tratamiento de aguas residuales actualmente utilizados.
A modo de introducción, en la actualidad es conocido que las aguas residuales poseen un alto grado de contaminantes. El tipo y clasificación de tales contaminantes depende del origen de las aguas, siendo los contaminantes más comunes: la materia orgánica medida normalmente en términos de Demanda Química de Oxígeno, en adelante DQO, y los compuestos nitrogenados, generalmente presentes en forma de amonio y nitrógeno orgánico (medidos en términos de Nitrógeno Total Kjeldahl, NTK), nitritos y nitratos.
En este contexto, y focalizando en la eliminación de la materia orgánica, existen sistemas convencionales de tratamiento de las aguas residuales que suelen consistir en sistemas
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biológicos aerobios, los cuales requieren de una serie de operaciones sencillas, y dan lugar a una alta eficiencia de tratamiento. La ejecución de dichas operaciones requiere disponer de unas turbinas hidráulicas que facilitan la oxigenación de las aguas residuales, y con ello la reducción de la materia orgánica existentes en ella. Sin embargo, estos sistemas presentan altos costes de operación asociados a la aireación y el tratamiento de los lodos generados, siendo los costes de aeración de aproximadamente 0,5 kWh/m3 (30 kWh/hab.eq•año) y los costes asociados al tratamiento de los fangos superiores a 500 €/tonelada materia seca.
Para poder reducir los costes y el volumen de las instalaciones aerobias para el tratamiento de la materia orgánica de las aguas residuales, se contempla una alternativa vinculada a los sistemas anaerobios. Estos sistemas producen biogás (mezcla de metano y dióxido de carbono) a partir de la materia orgánica, existiendo una recuperación de energía eléctrica y calorífica (aproximadamente 1 kWh por 1 kg DQO tratada). Pero los procesos anaerobios actualmente utilizados presentan una serie de inconvenientes asociados a la actividad de las bacterias metanogénicas (que catalizan la degradación de la materia orgánica y la producción del biogás), debido a que la elevada sensibilidad de éstas se traduce en un inhibición de la última etapa del proceso anaerobio (metanogénesis) cuando los parámetros de operación se alejan de los valores óptimos (condiciones estrictas anaerobias, pH próximo a 7 y temperatura de 35 ºC, entre otros); y por ello los resultados de reducción de contaminantes no son los esperados.
También se puede considerar como un inconveniente adicional de la digestión anaerobia el que tiene aplicación fundamentalmente en aguas con alta carga orgánica, tomando como valor de referencia una cantidad superior a 5 Kg DQO/m3día, no aplicándose en aguas con contenidos medios o bajos de materia orgánica y/o con presencia de compuestos nitrogenados, ya que la digestión anaerobia no es capaz de eliminar el nitrógeno existente en dichas aguas residuales.
En este sentido, y para evitar los inconvenientes anteriormente descritos, existen soluciones que abordan esas problemáticas, y que se concentran en el uso de pilas microbiológicas o células electrolíticas microbiológicas. Donde la esencia de este tipo de pilas radica en que son capaces de degradar compuestos orgánicos y componentes nitrogenados y generar
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electricidad, utilizando los microorganismos como catalizadores. Y donde el funcionamiento de estas pilas microbiológicas se basa en dos etapas:
-En primer lugar se produce la oxidación de la materia orgánica, que actúa como sustrato donador de electrones, a dióxido de carbono (CO2), la cual se lleva a cabo en un compartimento anódico; y posteriormente -se produce la reducción del oxígeno a agua (H2O), que actúa como sustrato aceptor de electrones, en un compartimento catódico.
De esta forma, la unión de ambos compartimentos con material conductor produce un flujo de electrones del ánodo al cátodo capaz de generar electricidad. El ánodo y el cátodo tienen que estar separados por una membrana iónica, usualmente catiónica, que permite el paso de protones generados a partir de la oxidación de la materia orgánica en el ánodo hacia el cátodo para compensar las cargas eléctricas negativas o electrones procedentes del ánodo
En este contexto, y durante los últimos años, la investigación de las pilas biológicas ha ido evolucionando con respecto a las configuraciones de trabajo, pero sobre todo, buscando una aplicabilidad adicional a los cátodos. Así pues, se han introducido los biocátodos que, al igual que los ánodos, contienen microorganismos electrótrofos que son usados como catalizadores para llevar a cabo las reacciones de reducción. De forma que una de las aplicaciones más extensas con biocátodos es la eliminación simultánea de materia orgánica y nitrógeno, donde la oxidación de la primera se produce en el ánodo y la reducción del segundo (concretamente los nitratos) se realiza en el cátodo.
En relación al estado del arte vinculado al tratamiento de aguas residuales, cabe destacar la solicitud de patente estadounidense de número de publicación US 2010/0304226, en la cual se describe una pila de combustible biológica donde en el ánodo se produce la oxidación de la materia orgánica, y en el cátodo se produce una nitrificación aireada.
Esta solución tiene la ventaja de que precisa el uso de sistemas bioelectroquímicos utilizando microorganismos para tratar las aguas residuales al mismo tiempo que se genera energía eléctrica. De forma que en este sistema, los compuestos orgánicos son oxidados por los microorganismos electrótrofos, los cuales son donadores de electrones y protones.
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Al mismo tiempo, los electrones se transfieren del ánodo al cátodo a través de una resistencia, mientras que los protones atraviesan la cámara anódica a catódica a través de una membrana. Y es en el cátodo, donde los microorganismos aceptores de electrones reducen los compuestos nitrogenados autotróficamente; y de este modo se evita añadir materia orgánica, reduciéndose los costes así como el riesgo de sobrecrecimiento en los sistemas a tratar debido a que los organismos autótrofos crecen más despacio y producen menos biomasa.
Sin embargo, los sistema bioelectroquímicos tipo biocátodos plantean una serie de inconvenientes centrados todos ellos en el tratamiento de los compuestos nitrogenados. De acuerdo a la solicitud de patente estadounidense US 2010/0304226, en el cátodo se produce la nitrificación aireada, pero esta oxidación de amonio a nitrato precisa de una desnitrificación para poder reducir el nitrato a nitrógeno gas, y de ese modo poder verter las aguas depuradas al espacio medioambiental próximo. Los sistemas biocátodos precisan de un control de los niveles de oxígeno ya que el proceso de nitrificación se ve favorecido con altos niveles de dicho gas; sin embargo, el proceso de desnitrificación debe realizarse en condiciones anóxicas (sin oxígeno). Los estudios científicos concluyen que a niveles altos de oxígeno (superiores a 0,8 mg•L-1, aproximadamente), se perjudica al proceso de desnitrificación, al ocurrir inhibición de dicho proceso.
Adicionalmente la solución propuesta en la solicitud de patente estadounidense US 2010/0304226, una vez puesta en marcha en un sistema para aplicar en un contexto real, da lugar a que la oxidación de la materia orgánica en el ánodo no obtiene unos resultados óptimos, ya que requiere un elevado tiempo de residencia.
Es por ello que, a la vista de los inconvenientes descritos en relación a los tratamientos aerobios y anaerobios, se hace necesario la aparición de un sistema capaz de solventar dicha problemática con alta efectividad de aplicación, en base a ser capaz de reducir la materia orgánica de las aguas residuales con tiempos de residencia bajos, suponiendo un bajo coste energético y ocupando un volumen mínimo, dando lugar a un sistema altamente compacto, ; así como ser capaz de eliminar los compuestos nitrogenados existentes en dichas aguas, desde su origen, los cuales suelen estar presentes en forma de amoniaco, y por tanto siendo capaz de nitrificar y desnitrificar tales compuestos de las aguas residuales
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de un modo también rápido, y con un bajo costo energético; y todo ello con un sistema de configuración sencilla, compacto, de fácil instalación y mantenimiento, y que además suponga un ahorro energético para las instalaciones, y produzca una depuración óptima de las aguas residuales colaborando con una mejora medioambiental en todo su conjunto.
La presente invención se refiere a un sistema bioelectroquímico para la eliminación de materia orgánica y compuestos nitrogenados de aguas residuales, donde dicho sistema bioelectroquímico comprende una pluralidad de pilas biológicas, las cuales presentan respectivamente:
-Una cámara anódica configurada para oxidar la materia orgánica de dichas aguas residuales, donde dicha oxidación libera una serie de electrones y protones; -una cámara catódica configurada para reducir los compuestos nitrogenados de dichas aguas residuales, donde dicha reducción recibe una serie de electrones y protones provenientes de la oxidación de la cámara anódica; y -una membrana de intercambio iónico ubicada entre la cámara anódica y la cámara catódica.
Se observa que dichos elementos son comunes en el estado del arte, y se consideran partes esenciales de una pila biológica; de forma que en la cámara anódica se produce una generación de electrones, los cuales se usan, al menos parte de dicha energía eléctrica generada, en la cámara catódica para poder reducir los compuestos nitrogenados de dichas aguas residuales.
Pero el sistema bioelectroquímico objeto de invención tiene las siguientes características técnicas esenciales y novedosas, vinculadas a la mejora de sus rendimientos energéticos y de capacidad de reducción de la materia orgánica y los compuestos nitrogenados, ya que las pilas biológicas están conectadas entre sí a través de al menos un canal por donde circulan las aguas residuales a tratar; donde dicho, al menos un, canal presenta dos tramos de circulación de las aguas residuales: -un primer tramo de oxidación de la materia orgánica de aguas residuales, donde el primer
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tramo discurre a través de la pluralidad de las cámaras anódicas de cada una de las pilas biológicas; y -un segundo tramo de reducción de los compuestos nitrogenados de aguas residuales, donde el segundo tramo discurre a través de la pluralidad de las cámaras catódicas de cada una de las pilas biológicas.
Observándose que el sistema está formado por la unión de varias pilas biológicas, donde cada pila biológica presenta sendas cámaras anódicas y catódicas; esta solución garantiza que, una vez puesto en funcionamiento el sistema y estabilizadas las aguas residuales; dichas aguas circulan en primer lugar por todas las cámaras anódicas, de forma que se produce una eliminación de materia orgánica biodegradable superior al noventa por ciento de la existente inicialmente en dichas aguas residuales, para posteriormente introducir dichas aguas residuales tratadas en las cámaras anódicas hasta el conjunto de las cámaras catódicas, donde se produce el tratamiento y eliminación de los compuestos nitrogenados de dichas aguas residuales, y que gracias a que las aguas residuales circulan a través del conjunto de cámaras catódicas, la reducción de compuestos nitrogenados es superior al 50%.
En este sentido, cabe destacar una opción preferente de circulación de las aguas residuales a través del conjunto de pilas biológicas, de forma que se describe un procedimiento para la eliminación de materia orgánica y de compuestos nitrogenados de dichas aguas residuales a través de dicho, al menos un, canal, el cual comprende las siguientes etapas:
a) Introducir dichas aguas residuales a una primera cámara anódica de una primera pila biológica, oxidando una cantidad de materia orgánica durante una parte correspondiente del primer tramo del canal anódico; b) introducir las aguas provenientes de la primera cámara anódica de la primera pila biológica, hacia la segunda cámara anódica de una segunda pila biológica, oxidando una cantidad de materia orgánica, durante una parte correspondiente del primer tramo del canal; observándose que las aguas no circulan por ninguna cámara catódica todavía, si no que van circulando por las cámaras anódicas en todo momento; c) repetir la oxidación de las aguas un número de veces equivalente al número de pilas pertenecientes al sistema bioelectroquímico, y por tanto, al número de cámaras anódicas,
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durante el resto del primer tramo del canal anódico; De esta forma, la materia orgánica se ha oxidado hasta llegar a valores mínimos de DQO; d) introducir las aguas provenientes de la última cámara anódica, de la última pila biológica, hacia la cámara catódica perteneciente a dicha última pila biológica, reduciendo una cantidad de compuestos nitrogenados, durante parte del segundo tramo del canal catódico; e) introducir las aguas provenientes de la última cámara catódica de la última pila biológica, hacia una penúltima cámara catódica de una penúltima celda biológica, reduciendo una cantidad de compuestos nitrogenados, durante parte del segundo tramo del canal catódico; y f) repetir la reducción de los componentes nitrogenados de las aguas el mismo número de veces equivalente al número de pilas pertenecientes al sistema bioelectroquímico, y por tanto, al número de cámaras catódicas, durante el resto del segundo tramo del canal. De esta forma, los componentes nitrogenados se han reducido hasta llegar a valores mínimos de nitrógeno.
Esta disposición y sentido de circulación de las aguas residuales, definido por el paso de dichas aguas residuales a través de un canal y dividido en dos tramos; se consigue que, gracias al agrupamiento de pilas biológicas y la disposición de las cámaras anódicas y catódicas, el espacio requerido para la oxidación-reducción de los contaminantes de las aguas residuales sea muy reducido, y por tanto se obtenga un sistema compacto, donde su efectividad es elevada gracias al paso continuado entre todas las cámaras anódicas y catódicas; y se requiera un bajo consumo energético al operar en condiciones de pila biológica capaz de generar energía eléctrica durante todo el proceso, de forma que el sistema bioelectroquímico objeto de invención se puede comportar, a su vez, como un generador de electricidad.
Cabe destacar que, de modo orientativo, las aguas residuales a tratar poseen cargas de carbono-nitrógeno (C/N) por encima de 3,5 y preferentemente entre 5 y 9; recordando que dicho ratio es de carácter preferente y no vinculante para el tratamiento de aguas residuales en el sistema biolectroquímico objeto de invención.
Teniendo en cuenta que la reducción de la materia orgánica se produce durante el paso de las aguas residuales a través del primer tramo del canal anódico, fluyendo a través del
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conjunto de las cámaras anódicas; se contemplan dos opciones de realización preferentes de cómo reducir los compuestos nitrogenados de dichas aguas residuales, siendo:
A) En la primera opción, el sistema bioelectroquímico objeto de invención comprende un reactor nitrificante aireado externo ubicado entre el primer tramo, correspondiente a las cámaras anódicas, y el segundo tramo, correspondiente a las cámaras catódicas, de dicho, al menos un, canal; donde dicho reactor nitrificante externo está configurado para oxidar los compuestos nitrogenados de las aguas residuales del primer tramo proveniente de una última cámara anódica de una última pila biológica, es decir, se produce la reacción de nitrificación en las aguas residuales; e introducir dichas aguas resultantes de dicha oxidación en el reactor nitrificante externo hacia el segundo tramo que comienza en una última cámara catódica de la última pila biológica; entendiendo el término externo del reactor nitrificante como aquel reactor que no está integrado físicamente en el sistema bioquímico objeto de invención.
Se observa, por tanto, que, una vez las aguas residuales salen de la última cámara anódica, es entonces cuando las aguas residuales, libres de materia orgánica biodegradable, aproximadamente con una reducción de materia orgánica del noventa por ciento debido a la oxidación de ésta durante el paso a través del conjunto de cámaras anódicas, se introducen en el reactor nitrificante externo, y se produce la nitrificación de los compuestos nitrogenados de las aguas residuales, siendo las reacciones químicas habituales que tienen lugar:
-
-NH4+ + 1.5 O2 • NO2 + H2O + 2 H+ -NO2-+ 0.5 O2 NO3-
Es decir, las aguas residuales se introducen en el reactor nitrificante externo en forma de amonio (NH4+), y sale del reactor nitrificante externo en forma de nitratos (NO3-); listo para ser introducido en el segundo tramo del canal catódico, y por ende en el conjunto de cámaras catódicas de las respectivas pilas biológicas.
Es en las cámaras catódicas donde, los compuestos nitrogenados oxidados, en forma de nitritos y nitratos, se reducen debido al carácter de pila electroquímica del sistema objeto de
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invención; captando electrones y protones provenientes de la oxidación de la materia orgánica en las cámaras anódicas, y reduciéndose dichos nitratos hasta obtener Nitrógeno gas (N2), siendo la reacción de desnitrificación:
-2NO3-+ 12 H+ + 10 e-• N2 + 6H2O
Donde en resumen, se obtienen aguas con un bajo contenido de contaminantes, gracias a:
-La oxidación de materia orgánica en las cámaras anódicas -La reducción de compuestos nitrogenados en el conjunto formado por dicho, al menos un, reactor nitrificante externo y el conjunto de las cámaras catódicas.
Con el objeto de poder mejorar la eficiencia del sistema bioelectroquímico objeto de invención, se contempla la opción de que cada membrana de intercambio iónico ubicada en cada una de las pilas electroquímicas que separan las cámaras anódicas y catódicas, es una membrana de intercambio aniónico; evitándose de ese modo el flujo de amonio de las aguas residuales desde la cámara anódica hasta la cámara catódica de cada pila biológica.
Y de igual modo, se garantiza un control de la nitrificación en dicho reactor nitrificante externo gracias a la opción preferente de uso de al menos una sonda de oxígeno configurada para fijar la concentración de oxígeno en el reactor nitrificante externo junto con el uso de un sistema de control, una electroválvula y un compresor; y de ese modo lograr la nitrificación necesaria para poder introducir las aguas residuales en las cámaras catódicas y su posterior reducción hasta gas nitrógeno (N2).
B) En la segunda opción, cada cámara catódica del sistema bioelectroquímico objeto de invención comprende medios de aireación configurados para nitrificar los compuestos nitrogenados en forma reducida (preferentemente amonio) de las aguas residuales; de forma que cada cámara catódica está configurada para llevar a cabo la nitrificación de los compuestos nitrogenados gracias a los medios de aireación, y desnitrificar dichos compuestos nitrogenados (preferentemente nitritos o nitratos) gracias a la reducción de éstos debido al aporte de electrones provenientes de cada una de las correspondientes cámaras anódicas. Donde, de manera preferente, los medios de aireación controlan la
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concentración de oxígeno disuelto en cada cámara catódica, operando en un rango de diseño entre 1 y 1,5 mg O2/L; pudiendo llegar a valores de hasta 4 mg O2/L
Esta segunda opción tiene las siguientes ventajas en relación con la primera opción de diseño dado que: -El espacio requerido es sustancialmente menor, ya que no precisa de un reactor nitrificante externo para realizar el proceso de nitrificación de las aguas residuales, y tanto la nitrificación como desnitrificación se realiza en las cámaras catódicas; -se produce un ahorro en costes de mantenimiento, debido a la ausencia del reactor nitrificante externo, -se produce también un ahorro en costes energéticos, debido a la reacción de nitrificación parcial y la reacción de desnitrificación que ocurren en las cámaras catódicas consume menos oxígeno que el reactor nitrificante externo de la opción anterior; y -en el caso de que se reduzcan todos los compuestos nitrogenados, entonces en las cámaras catódicas se puede utilizar el oxígeno como electrón donor, y de ese modo se continúa produciendo electricidad.
Pero es conocido que resulta complejo el poder encontrar un equilibrio entre ambas reacciones (nitrificación y desnitrificación), ya que estudios (Pochana and Keller (1999)) han demostrado que, a niveles altos de oxígeno, se da el proceso de nitrificación pero en cambio inhibe el de desnitrificación, concluyendo que a valores superior de 0.8 mg/L se perjudica al proceso desnitrificativo. Y por ello los medios de aireación presentes en las cámaras catódicas se disponen en diferentes alturas para lograr una correcta difusión del oxígeno disuelto en aguas residuales, hasta conseguir la máxima nitrificación de los compuestos nitrogenados, los cuales son posteriormente desnitrificados gracias a las reacciones de reducción producidas en las pilas electroquímicas del sistema bioelectroquímico objeto de invención.
En relación a las diferentes alturas de los medios de aireación, se contempla la posibilidad de que los medios de aireación se ubiquen en más de una altura con el objeto de lograr la nitrificación y desnitrificación satisfactoriamente. En este sentido, cabe destacar que una opción preferente radica en ubicar dichos medios de aireación a tres alturas diferentes, donde un ejemplo sería a 30 cm, 60 cm y 90 cm, de forma que cada uno de los medios de
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aireación permiten fijar los tiempos de residencia hidráulico aerobio y anóxico. A modo de ejemplo, en el caso de que se aporte oxígeno a través de los medios de aireación por el centro de la cámara catódica, entonces en la parte superior de dicha cámara catódica se produce la nitrificación, y en la parte inferior la desnitrificación.
Con el objeto de poder mejorar la eficiencia de la opción B) de la configuración del sistema bioelectroquímico objeto de invención, se contempla la opción de que cada membrana de intercambio iónico ubicada en cada una de las pilas electroquímicas que separan las cámaras anódicas y catódicas, es una membrana de intercambio catiónico.
Es por ello que, ambas opciones de realización se encuentran incluidas dentro de las características técnicas esenciales descritas inicialmente, y pueden ser implementadas en función de los recursos que disponga la planta de tratamiento de aguas, debido a que ambas soluciones plantean una serie de ventajas e inconvenientes que repercuten directamente en las instalaciones y recursos que se disponga.
Tal y como se ha indicado anteriormente, el sistema bioelectroquímico objeto de invención es capaz de generar energía eléctrica, la cual puede usarse para las reacciones de reducción de las cámaras catódicas, gracias a las reacciones de oxidación de la materia orgánica de las aguas residuales en las respectivas cámaras anódicas; y por ello se contempla la opción de que al menos un elemento condensador se encuentra conectado a cada pila biológica; donde dicho elemento condensador está configurado para recibir electrones de cada cámara anódica, y suministrar electrones a cada cámara catódica; mejorando el rendimiento energético de toda la instalación de un modo sencillo y eficiente.
En relación al uso de microorganismos capaces de realizar las reacciones de oxidación y reducción, se contemplan las opciones preferentes donde:
-Cada cámara anódica de cada pila biológica presenta en su interior una comunidad microbiana encargada de oxidar la materia orgánica de las aguas residuales; y/o -cada pila biológica presenta en el interior de sus cámaras catódicas una pluralidad de familias de microorganismos desnitrificantes encargada de reducir el compuesto nitrogenado del efluente del reactor nitrificante externo.
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Y a modo de ejemplo, se destaca las siguientes opciones de selección de organismos, donde:
-En las cámaras anódicas: Firmicutes, alfa-proteobacteria and gammaproteobacteria families and Geobacter sulfurreducens of delta-proteobacteria. -En las cámaras catódicas en la opción A), es decir, con el uso de al menos un reactor nitrificante externo: Actinobacteriaceae (Mycobacteriumchelonae;), Bacteroidetes (Fulvivirga sp), Chloroflexiaceae (Sphaerobactersp.,), Deinococcaceae, Firmicutes (Clostridium sp.) y Proteobacteria (Nitrobacteralkalicus,; Nitrosospira sp.,; Diaphorobacter sp., y Schegelella sp.,). -En las cámaras catódicas en la opción B), es decir, sin el uso de reactor nitrificante: Actinobacteriaceae (Mycobacteriumchelonae), Bacteroidetes (Ferruginibacter sp.,), Chloroflexiaceae (Sphaerobactersp.,), Deinococcaceae (Trueperasp.), Firmicutes (Clostridiumdisporicum;) y Proteobacteria (Nitrosomonaseuropaea;, Nitrobacteralkalicus, y Gulbenkiania sp.,)
Y por último, y con el objeto de poder garantizar las correctas reacciones de oxidación y reducción en cada una de las pilas biológicas, se contempla que cada pila biológica está formada por una pareja de estructuras prismáticas de base rectangular que definen respectivamente la cámara anódica y catódica, donde cada estructura prismática presenta un marco perimetral; de forma que:
-El marco perimetral de la estructura prismática de la cámara anódica posee cuatro esquinas, donde una de ellas comprende un orificio pasante perteneciente al segundo tramo del canal de las aguas residuales, y está configurado para permitir el paso de dichas aguas residuales desde las cámara catódicas ubicadas entre dicha cámara anódica; y donde dos esquinas opuestas comprenden orificios de paso de las aguas residuales, uno de ellos hacia el interior de la cámara anódica, y otro de ellos hacia el exterior de la cámara anódica, permitiendo la oxidación de la materia orgánica de las aguas residuales; y -el marco perimetral de la estructura prismática de la cámara catódica posee cuatro esquinas, donde una de ellas comprende un orificio pasante perteneciente al primer tramo del canal de las aguas residuales, y está configurado para permitir el paso de las aguas desde las cámara anódicas ubicadas entre dicha cámara catódica; y donde dos esquinas
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opuestas comprenden orificios de paso de las aguas residuales hacia el interior de la cámara catódica, uno de ellos hacia el interior de la cámara catódica, y otro de ellos hacia el exterior de la cámara catódica permitiendo la reducción de los compuestos nitrogenados de las aguas residuales.
A modo aclaratorio, se observa que la configuración estructural de sendas cámaras catódicas y anódicas es la misma, ya que cada una de ellas posee un marco perimetral con cuatro esquinas, donde una de ellas presenta el orificio de paso entre las dos cámaras adyacentes (es decir, si la cámara de referencia es la catódica, el orifico de paso conecta las dos cámaras anódicas adyacentes, y viceversa); y dos de las tres esquinas restantes son las encargadas de, por un lado, introducir las aguas residuales hacia el interior de la cámara (en el caso de la referencia, la cámara catódica), dejar que se realice la reacción pertinente (en el caso de la referencia, la reacción de reducción de los compuestos nitrogenados), y extraer las aguas residuales hacia la siguiente cámara de la siguiente pila biológica.
Y en este sentido, y de acuerdo a la opción preferente de circulación de las aguas residuales a través del conjunto de pilas biológicas, se describe el procedimiento de circulación de dichas aguas residuales a través del conjunto de pilas biológicas, el cual presenta las siguientes etapas:
a) Introducir las aguas residuales a una primera cámara anódica de una primera pila biológica por una esquina inferior, oxidando una cantidad de materia orgánica durante una parte correspondiente del primer tramo del canal anódico, y saliendo dichas aguas residuales por una esquina superior, obteniendo un flujo cruzado de oxidación; b) introducir las aguas residuales provenientes de la primera cámara anódica de la primera pila biológica por una esquina superior, hacia la segunda cámara anódica de una segunda pila biológica, también por una esquina superior oxidando una cantidad de materia orgánica, durante una parte correspondiente del primer tramo del canal; observándose que las aguas residuales no circulan por ninguna cámara catódica todavía, si no que van circulando por las cámaras anódicas en todo momento; c) repetir la oxidación de las aguas residuales un número de veces equivalente al número de pilas pertenecientes al sistema bioelectroquímico, y por tanto, al número de cámaras anódicas, durante el resto del primer tramo del canal anódico; De esta forma, la materia
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orgánica se ha oxidado hasta llegar a valores mínimos de DQO gracias al flujo cruzado de la oxidación de dichas aguas residuales; d) introducir las aguas residuales provenientes de la última cámara anódica, de la última pila biológica por una esquina inferior, hacia la cámara catódica perteneciente a dicha última pila biológica, y saliendo dichas aguas residuales por una esquina superior, reduciendo una cantidad de compuestos nitrogenados, durante parte del segundo tramo del canal catódico; e) introducir las aguas residuales provenientes de la última cámara catódica de la última pila biológica, también por una esquina superior, hacia una penúltima cámara catódica de una penúltima celda biológica, reduciendo una cantidad de compuestos nitrogenados, durante parte del segundo tramo del canal catódico; y f) repetir la reducción de los componentes nitrogenados de las aguas residuales el mismo número de veces equivalente al número de pilas pertenecientes al sistema bioelectroquímico, y por tanto, al número de cámaras catódicas, durante el resto del segundo tramo del canal. De esta forma, los componentes nitrogenados se han reducido hasta llegar a valores mínimos de nitrógeno.
Así pues, de acuerdo con la invención descrita, el sistema bioelectroquímico para la eliminación de materia orgánica y de compuestos nitrogenados existentes en aguas residuales constituye una importante novedad en sistemas de tratamiento de aguas, ya que permite reducir las altas concentraciones de contaminantes existentes en las mismas, las cuales puede haber sufrido una contaminación de carácter urbano o industrial y por tanto tiene que ser tratada para poder ser vertida a un medio natural (río, lago, o similar); además de ser capaz de generar energía eléctrica, precisar un menor consumo de oxígeno, reducir las emisiones de gases efecto invernadero, ocupar un espacio reducido y ahorrar en la gestión y la deposición de fangos, en comparación con los sistemas de tratamiento de aguas residuales actualmente utilizados.
Para complementar la descripción que se está realizando, y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, una serie de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
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siguiente:
La figura 1.-Muestra un primer esquema general del sistema bioelectroquímico objeto de invención, en el cual se indican los componentes principales de éste y sus conexiones.
La figura 2.-Muestra un segundo esquema específico del sistema biológico objeto de invención, correspondiente al primer tramo del canal donde las cámaras anódicas oxidan la materia orgánica de las aguas residuales.
La figura 3.-Muestra un tercer esquema específico del sistema biológico objeto de invención, correspondiente al reactor nitrificante externo e independiente ubicado entre el primer tramo del canal donde las cámaras anódicas oxidan la materia orgánica de las aguas residuales, y el segundo tramo del canal donde las cámaras catódicas reducen los compuestos nitrogenados provenientes del reactor nitrificante externo.
La figura 4.-Muestra un cuarto esquema específico del sistema biológico objeto de invención, correspondiente al segundo tramo del canal donde las cámaras catódicas reducen los compuestos nitrogenados de las aguas residuales.
La figura 5.-Muestra una primera realización preferente del sistema biológico objeto de invención, donde el reactor nitrificante externo es un elemento independiente de las pilas biológicas.
La figura 6.-Muestra una segunda realización preferente del sistema biológico objeto de invención, donde el reactor nitrificante externo es un elemento dependiente de las pilas biológicas, y concretamente se encuentra incluida en las cámaras catódicas junto con los medios de aireación.
La figura 7.-Muestra una vista tridimensional de la estructura prismática de una cámara (anódica o catódica), observándose el orificio pasante entre dos cámaras (si la cámara de referencia es la anódica, el orificio de paso de las dos cámaras catódicas colindantes), así como orificios de paso hacia el interior de la cámara (en el caso de la referencia, la cámara anódica), y su posterior expulsión hacia la siguiente cámara anódica.
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A modo de ejemplo, partiendo de un tanque (14) que posee en su interior una corriente de agua tipo purines, los cuales están compuestos principalmente por materia orgánica y amonio, y con un ratio de Carbono y Nitrógeno por encima de 3,5; y a la vista de las figuras 1, 2 y 4, puede observarse cómo el sistema bioelectroquímico (1) para la generación de electricidad, tratamiento y eliminación de materia orgánica y compuestos nitrogenados existentes en una corriente de agua objeto de invención, comprende seis pilas biológicas (2, 3), las cuales presentan respectivamente:
-Una cámara anódica (2) configurada para oxidar la materia orgánica de dicha corriente de agua, donde dicha oxidación libera una serie de electrones; -una cámara catódica (3) configurada para reducir los compuestos nitrogenados de dicha corriente de agua, donde dicha reducción recibe una serie de electrones provenientes de la oxidación de la cámara anódica (2); y -una membrana de intercambio iónico (8) ubicada entre la cámara anódica (2) y la cámara catódica (3); de forma que las pilas biológicas (2, 3) están conectadas entre sí a través de un canal (12a, 12b) por donde circula la corriente de agua a tratar; donde dicho, al menos un, canal (12a, 12b) presenta dos tramos de circulación de la corriente de agua: -un primer tramo (12a) de oxidación de la materia orgánica de la corriente de agua, donde el primer tramo (12a) discurre a través de la pluralidad de las cámaras anódicas (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) de cada una de las pilas biológicas (2, 3); -un segundo tramo (12b) de reducción de los compuestos nitrogenados de la corriente de agua, donde el segundo tramo (12b) discurre a través de la pluralidad de las cámaras catódicas (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) de cada una de las pilas biológicas (2, 3); -un sistema de control (7) configurado para regular la cantidad de electricidad generada y la cantidad de oxígeno requerido en todo el sistema bioelectroquímico (1); y -seis elementos condensadores (4) que se encuentran conectados respectivamente a cada pila biológica (2, 3); donde cada elemento condensador (4) está configurado para recibir electrones de cada cámara anódica (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f), y suministrar electrones a cada cámara catódica (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f).
De forma que la eliminación de la materia orgánica y los compuestos nitrogenados de los
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purines tomados como referencia de ejemplo, a través de dicho canal (12a, 12b), generando electricidad, comprende las siguientes etapas:
a) Introducir dicha corriente de agua a la primera cámara anódica (2a) de la primera pila biológica (2a, 3a), oxidando una cantidad de materia orgánica durante una parte correspondiente del primer tramo (12a) del canal (12a, 12b); b) introducir la corriente de agua proveniente de la primera cámara anódica (2a) de la primera pila biológica (2a, 3a), hacia la segunda cámara anódica (2b) de una segunda pila biológica (2b, 3b), oxidando una cantidad de materia orgánica, durante una parte correspondiente del primer tramo (12a) del canal (12a, 12b); c) repetir la oxidación de la corriente de agua seis veces, siendo el número equivalente al número de pilas pertenecientes al sistema bioelectroquímico (1), y por tanto, al número de cámaras anódicas (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f), durante el resto del primer tramo (12a) del canal (12a, 12b); d) introducir la corriente de agua proveniente de la última cámara anódica (2f), de la última pila biológica (2f, 3f), hacia la cámara catódica (3f) perteneciente a dicha última pila biológica, reduciendo una cantidad de compuestos nitrogenados, durante parte del segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b); e) introducir la corriente de agua proveniente de la última cámara catódica (3f) de la última pila biológica (2f, 3f), hacia una penúltima cámara catódica (3e) de una penúltima pila biológica (2e, 3e), reduciendo una cantidad de compuestos nitrogenados, durante parte del segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b): f) repetir la reducción de la corriente de agua seis veces, siendo éste el número equivalente al número de pilas pertenecientes al sistema bioelectroquímico (1), y por tanto, al número de cámaras catódicas (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f), durante el resto del segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b).
En relación a las figuras 3 y 5, se observa la primera opción preferente de diseño y ejecución del sistema bioelectroquímico (1) objeto de invención; en la cual éste comprende un reactor nitrificante (5) externo aireado ubicado entre el primer tramo (12a) y el segundo tramo (12b) de dicho canal (12a, 12b); donde dicho reactor nitrificante (5) está configurado para oxidar los compuestos nitrogenados de la corriente de agua del primer tramo (12a) proveniente de una última cámara anódica (2f) de una última pila biológica (2f, 3f); e
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introducir la corriente de agua resultante de dicha oxidación de la materia orgánica en el reactor nitrificante (5) externo hacia el segundo tramo (12b) que comienza en una última cámara catódica (3f) de la última pila biológica (2f, 3f).
De ese modo, los purines de la corriente de agua reducen su cantidad de materia orgánica en las cámaras anódicas (2) durante el primer tramo (12a) del canal (12a, 12b); posteriormente se introduce en el reactor nitrificante (5) externo aireado donde se produce la nitrificación:
-
-NH4+ + 1.5 O2 • NO2 + H2O + 2 H+ -NO2-+ 0.5 O2 NO3-
Y una vez nitrificados los compuestos nitrogenados en el reactor nitrificante (5) externo, la corriente de agua entra en el segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b), donde se procede a la desnitrificación en cada una de las cámaras catódicas (3), siendo la reacción de desnitrificación:
-2NO3-+ 12 H+ + 10 e-• N2 + 6H2O
Adicionalmente, el reactor nitrificante (5) externo posee medios de aireación (6) así como sondas de oxígeno (13) configuradas para medir la cantidad de oxígeno en el interior de dicho reactor nitrificante (5) externo; de forma que un sistema de control es el encargado de controlar la reacción de nitrificación, ya que las sondas de oxígeno (13) son capaces de medir la cantidad de O2 en la corriente de agua, además de utilizar una electroválvula y un compresor; y de ese modo lograr la reacción de nitrificación necesaria para poder introducir la corriente de agua en las cámaras catódicas (3) y su posterior reducción hasta gas nitrógeno (N2); observándose adicionalmente la existencia de membranas de intercambio anódico (8a) en cada una de las pilas biológicas (2, 3) del sistema objeto de invención.
De modo paralelo, a la vista de la figura 6, se observa la segunda opción preferente de diseño y ejecución del sistema bioelectroquímico (1) objeto de invención; en la cual se observa que cada cámara catódica (3a, 3b, 3c, 3d, 3e,3f) de cada pila biológica (2, 3) comprende medios de aireación (6) configurados para nitrificar los compuestos nitrogenados
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de la corriente de agua; de forma que cada cámara catódica (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) está configurada para nitrificar los compuestos nitrogenados (amonio) gracias a los medios de aireación (6), y desnitrificar dichos compuestos nitrogenados previamente oxidados (nitritos y nitratos) gracias a la reducción de éstos debido al aporte de electrones y protones provenientes de cada una de las correspondientes cámaras anódicas (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f). Observándose adicionalmente cómo la membrana (8) de intercambio es una membrana de intercambio de cationes (8b). Donde, de modo aclaratorio, los medios de aireación (6) son los encargados de controlar la concentración de oxígeno disuelto en cada cámara catódica (3a, 3b, 3c, 3d 3e, 3f) en un punto de diseño de 1,2 mg O2/L.
Y por último, se observa en la figura 7, una estructura prismática (11) perteneciente a una pila biológica (2, 3), donde cada una pila biológica (2, 3) posee una pareja de estructuras prismáticas (11) de base rectangular que definen respectivamente la cámara anódica (2) y catódica (3), y concretamente, y a la vista de dicha figura 7, se observa cómo cada estructura prismática (11) presenta un marco perimetral (9); de forma que, tomando un ejemplo para la penúltima pila biológica (2e, 3e), se observa:
-El marco perimetral (9) de la estructura prismática (11) de la penúltima cámara anódica (2e) posee cuatro esquinas (9a, 9b, 9c, 9d), donde una de ellas (9a) posee un orificio pasante perteneciente al segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b) de la corriente de agua, y está configurado para permitir el paso de la corriente de agua desde las cámara catódicas (3e, 3f) ubicadas entre dicha cámara anódica (2e); y donde dos esquinas opuestas (9b, 9c) comprenden orificios de paso de la corriente de agua, uno de ellos hacia el interior (10) de la cámara anódica (2e), y otro de ellos hacia el exterior de la cámara anódica (2e), permitiendo la oxidación de la materia orgánica de la corriente de agua; y -el marco perimetral (9) de la estructura prismática (11) de la penúltima cámara catódica (3e) posee cuatro esquinas (9a, 9b, 9c, 9d), donde una de ellas (9b) comprende un orificio pasante perteneciente al primer tramo (12a) del canal (12a, 12b) de la corriente de agua, y está configurado para permitir el paso de la corriente de agua desde las cámara anódicas (2e, 2f) ubicadas entre dicha cámara catódica (3e); y donde dos esquinas opuestas (9a, 9d) comprenden orificios de paso de la corriente de agua, uno de ellos hacia el interior (10) de la cámara catódica (3e), y otro de ellos hacia el exterior de la cámara catódica (3e) permitiendo la reducción de los compuestos nitrogenados de la corriente de agua.
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En este sentido, se procede a describir una ventaja intrínseca al diseño del marco perimetral
- (9)
- de cada estructura prismática (11); de forma que gracias a que las dos esquinas opuestas (9a, 9d) que permiten el paso de la corriente de agua hacia el interior de la cámara, ya sea ésta la cámara anódica (2) o la cámara catódica (3), se genera un flujo cruzado en la corriente de agua a tratar; donde dicho flujo cruzado garantiza una mayor efectividad en los procesos de oxidación y reducción según proceda, y por ende se mejora el rendimiento global del sistema bioelectroquímico (1) objeto de invención; de forma que gracias a que las dos esquinas son opuestas (9a, 9d), en una serie de cámaras la entrada de corriente de agua se realiza desde una parte superior de la estructura prismática (11), donde se ubica la primera esquina (9a), y la salida de la corriente de agua se realiza desde una parte inferior de la estructura prismática (11), donde se ubica la primera esquina (9b); y viceversa para la siguiente cámara, ya sea la cámara anódica (2) o la cámara catódica (3); obteniendo el citado flujo cruzado al recorrer, en diagonal y entre las dos esquinas opuestas (9a, 9b) el interior (10) de la respectiva estructura prismática (11).
Cabe destacar un ejemplo de realización de la primera opción preferente de diseño llevado a cabo, donde se procede a tratar una media de 3L/día de purines de cerdo; operando cada pila biológica (2, 3) a un tiempo de residencia hidráulico (TRH) de 6h. Los microrganismos electrótrofos utilizan la materia orgánica más fácilmente biodegradable (principalmente ácidos grasos volátiles: acetato) para la generación de electricidad. Y el reactor nitrificante
- (5)
- externo opera con un TRH de 2 días a 4 horas .Este TRH permite la oxidación del amonio a nitrato mediante bacterias amonio y nitrito oxidantes. Las cámaras anódicas (2) de cada pila biológica (2, 3) eliminan secuencialmente la materia orgánica del purín de cerdo. Donde la capacidad de eliminación de la materia orgánica es de 2.8±0.3 kg O2/m3•día durante el periodo experimental. El purín a tratar presenta una alta carga de nitrógeno (principalmente en forma de amonio): 3.2±0.2 kg N/m3•día. Y la eliminación de nitrógeno en la unidad experimental se produce en dos etapas:
-La primera etapa es la oxidación del amonio presente en el purín de cerdo en el reactor nitrificante (5) externo. La velocidad de nitrificación obtenida es de 1.1±0.2 kg N/m3•día. Donde el amonio es totalmente oxidado a nitrato. Y la concentración de nitrito es menospreciable. -Los nitratos formados en el reactor nitrificante (5) externo son introducidos en las
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cámaras catódicas (3) de la unidad experimental; de forma que la capacidad de desnitrificación es de 0.9±0.2 kg N/m3•día.
A la vista de esta descripción y juego de figuras, el experto en la materia podrá entender que
5 las realizaciones de la invención que se han descrito pueden ser combinadas de múltiples maneras dentro del objeto de la invención. La invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero para el experto en la materia resultará evidente que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes sin exceder el objeto de la invención reivindicada.
10
Claims (11)
- REIVINDICACIONES1.-Sistema bioelectroquímico (1) para la eliminación de materia orgánica y compuestos nitrogenados existentes en aguas residuales , donde dicho sistema bioelectroquímico (1) comprende una pluralidad de pilas biológicas (2, 3), las cuales presentan respectivamente: -una cámara anódica (2) configurada para oxidar la materia orgánica de dichas aguas residuales, donde dicha oxidación libera una serie de electrones; -una cámara catódica (3) configurada para reducir los compuestos nitrogenados de dichas aguas residuales, donde dicha reducción recibe una serie de electrones provenientes de la oxidación de la cámara anódica (2); y -una membrana de intercambio iónico (8) ubicada entre la cámara anódica (2) y la cámara catódica (3); donde dicho sistema bioelectroquímico (1) está caracterizado por que las pilas biológicas (2, 3) están conectadas entre sí a través de al menos un canal (12a, 12b) configurado para la circulación de las aguas residuales a tratar; donde dicho, al menos un, canal (12a, 12b) presenta dos tramos de circulación de las aguas residuales: -un primer tramo (12a) de oxidación de la materia orgánica de las aguas residuales, donde el primer tramo (12a) discurre a través de la pluralidad de las cámaras anódicas (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) de cada una de las pilas biológicas (2, 3); y -un segundo tramo (12b) de reducción de los compuestos nitrogenados de las aguas residuales, donde el segundo tramo (12b) discurre a través de la pluralidad de las cámaras catódicas (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) de cada una de las pilas biológicas (2, 3).
- 2.-Sistema bioelectroquímico (1), según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende un reactor nitrificante (5) aireado ubicado entre el primer tramo (12a) y el segundo tramo (12b) de dicho, al menos un, canal (12a, 12b); donde dicho reactor nitrificante (5) externo está configurado para oxidar los compuestos nitrogenados de las aguas residuales del primer tramo (12a) proveniente de una última cámara anódica (2f) de una última pila biológica (2f, 3f); e introducir las aguas residuales resultantes de dicha oxidación en el reactor nitrificante (5) hacia el segundo tramo (12b) que comienza en una última cámara catódica (3f) de la última pila biológica (2f, 3f).
- 3.-Sistema bioelectroquímico (1), según la reivindicación 2, caracterizado por que la membrana (8) de intercambio es una membrana de intercambio aniónico (8a).
- 4.-Sistema bioelectroquímico (1), según cualquiera de las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado por que el reactor nitrificante (5) externo comprende una sonda de oxígeno(13) configurada para regular la cantidad de oxígeno en el interior de dicho reactor nitrificante (5) externo.
- 5.-Sistema bioelectroquímico (1), según la reivindicación 1, caracterizado por que cada cámara catódica (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) de cada pila biológica (2, 3) comprende medios de aireación (6) configurados para nitrificar los compuestos nitrogenados de las aguas residuales; de forma que cada cámara catódica (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) está configurada para nitrificar los compuestos nitrogenados gracias a los medios de aireación (6), y desnitrificar dichos compuestos nitrogenados gracias a la reducción de éstos debido al aporte de electrones provenientes de cada una de las correspondientes cámaras anódicas (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f).
- 6.-Sistema bioelectroquímico (1), según la reivindicación 5, caracterizado por que la membrana (8) de intercambio es una membrana de intercambio catiónico (8b).
- 7.-Sistema bioelectroquímico (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos un elemento condensador (4) se encuentra conectado a cada pila biológica (2, 3); donde dicho elemento condensador (4) está configurado para recibir electrones de cada cámara anódica (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f), y suministrar electrones a cada cámara catódica (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f).
- 8.-Sistema bioelectroquímico (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada cámara anódica (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) de cada pila biológica (2, 3) presenta en su interior una comunidad microbiana encargada de oxidar la materia orgánica de las aguas residuales.
- 9.-Sistema bioelectroquímico (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada cámara catódica (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) de cada pila biológica (2, 3) presenta en su interior una pluralidad de microorganismos desnitrificantes encargada de reducir el compuesto nitrogenado de las aguas residuales.
- 10.-Sistema bioelectroquímico (1), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada pila biológica (2, 3) está formada por una pareja de estructuras prismáticas (11) de base rectangular que definen respectivamente la cámara anódica (2) y catódica (3), donde cada estructura prismática (11) presenta un marco perimetral (9); de forma que: -el marco perimetral (9) de la estructura prismática (11) de la cámara anódica (2e) posee cuatro esquinas (9a, 9b, 9c, 9d), donde una de ellas (9a) comprende un orificio pasante perteneciente al segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b) de las aguas residuales, y está configurado para permitir el paso de las aguas residuales desde las cámaras catódicas (3e, 3f) ubicadas entre dicha cámara anódica (2e); y donde dos esquinas opuestas (9b, 9c) comprenden orificios de paso de las aguas residuales, uno de ellos hacia el interior (10) de la cámara anódica (2e), y otro de ellos hacia el exterior de la cámara anódica (2e), permitiendo la oxidación de la materia orgánica de las aguas residuales; y -el marco perimetral (9) de la estructura prismática (11) de la cámara catódica (3e) posee cuatro esquinas (9a, 9b, 9c, 9d), donde una de ellas (9b) comprende un orificio pasante perteneciente al primer tramo (12a) del canal (12a, 12b) de las aguas residuales, y está configurado para permitir el paso de las aguas residuales desde las cámara anódicas (2e, 2f) ubicadas entre dicha cámara catódica (3e); y donde dos esquinas opuestas (9a, 9d) comprenden orificios de paso de las aguas residuales, uno de ellos hacia el interior (10) de la cámara catódica (3e), y otro de ellos hacia el exterior de la cámara catódica (3e) permitiendo la reducción de los compuestos nitrogenados de las aguas residuales.
- 11.-Procedimiento de tratamiento de aguas residuales mediante el sistema definido en cualquiera de las reivindicaciones anteriores a través de dicho, al menos un, canal (12a, 12b) que comprende las siguientes etapas: a) introducir dichas aguas residuales a una primera cámara anódica (2a) de una primera pila biológica (2a, 3a), oxidando una cantidad de materia orgánica durante una parte correspondiente del primer tramo (12a) del canal (12a, 12b); b) introducir las aguas residuales provenientes de la primera cámara anódica (2a) de la primera pila biológica (2a, 3a), hacia la segunda cámara anódica (2b) de una segunda pila biológica (2b, 3b), oxidando una cantidad de materia orgánica, durante una parte correspondiente del primer tramo (12a) del canal (12a, 12b); c) repetir la oxidación de las aguas residuales un número de veces equivalente al númerode pilas pertenecientes al sistema bioelectroquímico (1), y por tanto, al número de cámaras anódicas (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f), durante el resto del primer tramo (12a) del canal (12a, 12b); d) introducir las aguas residuales provenientes de la última cámara anódica (2f), de la última pila biológica (2f, 3f), hacia la cámara catódica (3f) perteneciente a dicha última pila5 biológica, reduciendo una cantidad de compuestos nitrogenados, durante parte del segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b); e) introducir las aguas residuales provenientes de la última cámara catódica (3f) de la última pila biológica (2f, 3f), hacia una penúltima cámara catódica (3e) de una penúltima pila biológica (2e, 3e), reduciendo una cantidad de compuestos nitrogenados, durante parte del10 segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b): f) repetir la reducción de las aguas residuales el mismo número de veces equivalente al número de pilas pertenecientes al sistema bioelectroquímico (1), y por tanto, al número de cámaras catódicas (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f), durante el resto del segundo tramo (12b) del canal (12a, 12b).15 12.-Sistema bioelectroquímico, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que la pluralidad de pilas biológicas (2, 3) están configuradas para generar energía eléctrica dando lugar a un generador de electricidad.2025
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