ES2635129T3 - Método de acondicionamiento de licor mixto usando almidones de amonio cuaternario solubles en agua - Google Patents
Método de acondicionamiento de licor mixto usando almidones de amonio cuaternario solubles en agua Download PDFInfo
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Abstract
Un método para tratar licor mixto en un sistema de biorreactor de membrana (MBR) para incrementar la velocidad de flujo del licor mixto, que comprende añadir una cantidad eficaz de una composición de tratamiento al licor mixto, comprendiendo dicha composición de tratamiento un miembro seleccionado del grupo que consiste en un 1) almidón de amonio cuaternario catiónico soluble en agua y un 2) mezcla de almidón de amonio cuaternario catiónico soluble en agua/goma, conteniendo la mezcla entre 0,7 y 3% en peso de goma y 7 a 30% en peso de almidón, y teniendo una cantidad suficiente de almidón de amonio cuaternario/goma para asegurar una carga catiónica en el intervalo de 0,2 a 2,0 meq/g, en la que la cantidad suficiente de almidón de amonio cuaternario catiónico soluble en agua/goma es 2 a 50% en peso, y preferiblemente 7 a 33% en peso, hacer pasar después dicho licor mixto con dicha composición de tratamiento en él a través de una membrana escogida del grupo que consiste en membranas de ultrafiltración, microfiltración y nanofiltración, en la que dicho almidón de amonio cuaternario catiónico soluble en agua tiene la fórmula:**Fórmula** en la que X es cualquier anión monovalente, incluyendo cloruro, bromuro, yoduro, metilsulfato; Y se selecciona del grupo que consiste en 2, 3 epoxi propilo, 3-halo-2-hidroxi propilo, 2 haloetilo, o, p, o m (αhidroxi-β halo etil) bencilo; R1, R2, y R3 se seleccionan independientemente del grupo que consiste en hidrógeno, hidroxilo, alquilo, alquilo sustituido, arilo y alcarilo, y en la que dos de los R se pueden unir para formar un compuesto anular heterocíclico o un compuesto anular homocíclico, en el que además el número total de carbonos en los tres R1, R2, y R3 no debería exceder alrededor de 14 carbonos, con la condición de que si los tres R1, R2, y R3 son diferentes y R3 contiene más de 3 átomos de carbono pero no más de 12, entonces R1 y R2 son del grupo que consiste en metilo y etilo; y si R1 y R2 se unen para formar un compuesto anular, R3 es un grupo alquilo no mayor que etilo; en el que la concentración de almidón en la composición está en el intervalo de 7 a 30 por ciento en peso.
Description
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DESCRIPCION
Metodo de acondicionamiento de licor mixto usando almidones de amonio cuaternario solubles en agua CAMPO DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere a un metodo de acondicionamiento de un licor mixto microbiano para mejorar el flujo en sistemas de biorreactores de membrana (MBR).
ANTECEDENTES
El tratamiento biologico de aguas residuales para la eliminacion de organicos disueltos es bien conocido y se practica ampliamente tanto en plantas municipales como industriales. Este proceso biologico es conocido generalmente como el proceso de “lodos activados”, en el que los microorganismos consumen compuestos organicos a traves de su crecimiento. El proceso incluye necesariamente la sedimentacion de los microorganismos o “biomasa” para separarla del agua y completar el proceso de reduccion de la Demanda Biologica de Oxfgeno (BOD) y Solidos en Suspension Totales (TSS) en el efluente final. La etapa de sedimentacion se realiza tfpicamente en una unidad clarificadora. De este modo, el proceso biologico esta restringido por la necesidad de producir biomasa que tenga unas buenas propiedades de sedimentacion. Estas condiciones son especialmente diffciles de mantener durante penodos intermitentes de carga elevada de organicos y la aparicion de contaminantes que son toxicos para la biomasa.
Tfpicamente, un tratamiento de lodos activados tiene una relacion de conversion de materiales organicos a lodo de hasta alrededor de 0,5 kg de lodo/kg de COD (demanda qrnmica de oxfgeno), dando de ese modo como resultado la generacion de una cantidad considerable de lodo en exceso que se debe eliminar. El gasto para el tratamiento de lodos en exceso se ha estimado en 40 a 60 por ciento del gasto total de la planta de tratamiento de aguas residuales. Ademas, un metodo de eliminacion de residuos convencional de enterrar el lodo puede provocar problemas de contaminacion secundarios. Por lo tanto, ha crecido rapidamente el interes por metodos para reducir el volumen y la masa del lodo en exceso.
Las membranas acopladas a reactores biologicos para el tratamiento de aguas residuales son bien conocidas pero no se usan ampliamente. En estos sistemas, las membranas de ultrafiltracion (UF), de microfiltracion (MF), o de nanofiltracion (NF) sustituyen a la sedimentacion de la biomasa para la separacion de solidos de lfquidos. Una membrana se puede instalar en un tanque de biorreactor o en un tanque adyacente, en el que el licor mixto, bombeado continuamente desde el tanque del biorreactor y nuevamente hacia atras, produce efluente con muchos menos solidos suspendidos totales (TSS), tfpicamente menos de 5 mg/l, en comparacion con 20 a 50 mg/l de un clarificador.
De forma mas importante, los reactores biologicos de membrana (MBR) desacoplan el proceso biologico de la necesidad de sedimentar la biomasa, puesto que la membrana tamiza la biomasa del agua. Esto permite la operacion del proceso biologico en condiciones que no senan deseables en un sistema convencional, incluyendo: (1) numero elevado de solidos suspendidos en el licor mixto (carga de bacterias) de 10 a 30 g/l; (2) tiempo prolongado de retencion del lodo; y (3) tiempo corto de retencion hidraulico. En un sistema convencional, tales condiciones pueden conducir a un aumento del lodo y una mala capacidad de sedimentacion.
Los beneficios de una operacion con un MBR incluye una baja produccion de lodo, eliminacion total de solidos del efluente, desinfeccion del efluente, COD combinada, eliminacion de solidos y nutrientes en una unica unidad, capacidad de velocidad de carga elevada, y problemas mmimos con el aumento del lodo. Las desventajas incluyen limitaciones de aireacion, ensuciamiento de la membrana, y costes de la membrana.
El ensuciamiento de la membrana se puede atribuir a la deposicion de sustancias suspendidas o disueltas en la superficie. Una membrana de MBR interactua con la biomasa que contiene agregados de bacterias o “copos”, bacterias libres, protozoos, y diversos productos microbianos disueltos (SMP). El termino SMP se ha adoptado para definir los compuestos organicos que estan relacionados en el licor mixto microbiano a granel del metabolismo del sustrato (habitualmente crecimiento de la biomasa) y descomposicion de la biomasa.
En funcionamiento, los solidos coloidales y SMP tienen el potencial de depositarse sobre la superficie de la membrana. Las partfculas coloidales forman capas sobre la superficie de la membrana, denominadas una “capa de torta”. Los procedimientos de MBR estan disenados para usar burbujas de aire gruesas en crecimiento para proporcionar una velocidad de flujo transversal turbulento sobre la superficie de la membrana. Este procedimiento ayuda a mantener el flujo a traves de la membrana, reduciendo la acumulacion de una capa de torta en la superficie de la membrana.
Comparado con un procedimiento convencional de lodos activados, el tamano del copo (partfcula) es supuestamente mucho mas pequeno en unidades de MBR tfpicas. Las partfculas pequenas pueden taponar los poros de la membrana, una condicion de ensuciamiento que puede no ser reversible. Puesto que el tamano de los poros de la membrana de MBR vana desde alrededor de 0,04 a alrededor de 0,4 micrometros, partfculas mas pequenas que esto pueden provocar el taponamiento de los poros. El taponamiento de los poros aumenta la
resistencia de la membrana y disminuye el flujo de la membrana.
La operacion eficiente y estable de los sistemas de MBR depende en gran medida de las condiciones y cualidades de las poblaciones biologicas de la biomasa en el sistema de MBR. Las caractensticas del licor mixto, incluyendo viscosidad, sustancias polimericas extracelulares (EPS), tamano del copo, y sustancias organicas coloidales y 5 solubles, afectan a la filtrabilidad de la membrana. Aunque los enfoques tradicionales dependen mayoritariamente de la optimizacion de la hidrodinamica y de la limpieza por arrastre de aire para reducir el ensuciamiento de la membrana en los sistemas de MBR, se dedican nuevos esfuerzos para coagular y flocular el lodo activado anadiendo sustancias qmmicas, y de ese modo a unir coloides y otros componentes de licor mixto en copos. Estas sustancias qmmicas potenciadoras de la filtrabilidad no solo tienen un impacto positivo para disminuir los agentes 10 ensuciadores solubles en la fase a granel, sino tambien mejoran la permeabilidad hidraulica de la torta formada sobre la superficie de la membrana.
Recientemente, se han dedicado esfuerzos crecientes por mejorar la filtrabilidad de licor mixto microbiano y potenciar el flujo de membrana en los sistemas de MBR. Las opciones incluyen el uso de coagulantes inorganicos tales como sales ferricas y de aluminio y polfmeros de aluminio, carbon activado en polvo (PAC) y otros tipos de 15 partfculas inertes (por ejemplo, resinas), y polfmeros solubles en agua. El uso de coagulantes inorganicos incrementara la generacion de lodo, y solamente es aplicable en un intervalo estrecho de pH. La adicion de carbon activado en polvo a sistemas de MBR no solo incrementara la concentracion de lodo, tambien puede provocar la perdida irreversible de permeabilidad debido al taponamiento de los poros de la membrana por el PAC, y al desgaste de la membrana debido a la abrasividad del pAc. Estos problemas se magnificaran, y se puede desarrollar un 20 ensuciamiento adicional, cuando la concentracion de PAC anadido se haga mayor (por ejemplo, 600 mg/ml o superior).
Las patentes US2004/0168980 y US7611632 describen ejemplos de metodos para potenciar el flujo en un sistema de MBR conocido de la tecnica anterior.
En consecuencia, existe la necesidad de un tratamiento eficaz para potenciar el flujo de membrana, mejorar la 25 eficiencia de MBR, y potenciar la filtrabilidad del licor mixto.
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION
La invencion se define por las reivindicaciones, a las que ahora se debena de hacer referencia. En particular, la invencion se refiere a un metodo para tratar licor mixto en un sistema de biorreactor de membrana (MBR) como se describe en la reivindicacion 1.
30 BREVE DESCRIPCION DEL DIBUJO
La Fig. 1 es un diagrama esquematico de un ejemplo tfpico de un MBR segun una realizacion de la invencion. DESCRIPCION DETALLADA
Como se usa aqm, MBR significa biorreactor de membrana o reactor biologico de membrana.
“Licor mixto” o “lodo activado” significa una mezcla de agua residual, microorganismos usados para degradar 35 materiales organicos en el agua residual, material que contiene organicos derivado de especies celulares, subproductos celulares y/o productos de desecho, o desechos celulares. El licor mixto tambien puede contener material coloidal y en partfculas (es decir, biomasa/biosolidos) y/o moleculas solubles o biopolfmeros (es decir, polisacaridos, protemas, etc.).
“Solidos suspendidos en el licor mixto” (“MLSS”) significa la concentracion de biomasa que trata material organico en 40 el licor mixto.
“Lodo activado en exceso” se refiere al lodo activado que es bombeado continuamente desde el biorreactor a fin de mantener una edad constante del lodo en el biorreactor.
La presente invencion se refiere a un metodo para tratar licor mixto para condicionar el licor mixto para mejorar el flujo en sistemas de reactores de membrana (MBR) al anadir al licor mixto una composicion de tratamiento que 45 comprende un almidon de amonio cuaternario cationico (I) soluble en agua, o una mezcla de almidon de amonio cuaternario cationico/goma (II), o una mezcla de (I) y (II).
Como los almidones cuaternarios cationicos (CQS) (I) que se pueden emplear, estos se describen en la patente U.S. 4.088.600. Basicamente, como se expone en la patente U.S. 4.088.600, los CQS consisten principalmente en dos restos, a saber, un grupo almidon y un grupo sal de amonio cuaternario. El grupo almidon se puede preparar a partir 50 de un hospedante de almidones y fracciones de almidon, incluyendo almidones de mafz o cereos modificados con acidos o enzimas. Los almidones ejemplares incluyen los preparados a partir de almidones de mafz, patata, tapioca, sagu, arroz, trigo, mafz cereo, sorgo en granos, almidones en grano en formas brutas o modificadas tales como las modificadas con acidos, agentes oxidantes y similares; a amilosa y amilopectina, y a los componentes lineales y ramificados respectivamente, de almidon de mafz, y tambien a dextrinas.
El compuesto de amonio cuaternario usado para formar los CQS tiene generalmente la formula:
que consiste en 2,3-epoxipropilo, 3-halo-2-hidroxipropilo, 2 haloetilo, o, p, o m (a hidroxi - phaloetil)bencilo; Ri, R2, y 5 R3 proceden del grupo que consiste en hidrogeno, hidroxilo, alquilo, alquilo sustituido, arilo y alcarilo; en la que dos
de los R se pueden unir para formar un compuesto anular heterodclico u homodclico; en la que el numero total de carbonos en los tres R1, R2, y R3 no deberia exceder alrededor de 14 carbonos. Si los tres R1, R2, y R3 son diferentes, y R3 contiene mas de 3 atomos de carbono pero no mas de 12, entonces R1 y R2 deberian proceder preferiblemente del grupo que consiste en metilo y etilo; y si R1 y R2 se unen para formar un compuesto anular, R3 10 no deberia de ser preferiblemente mayor que etilo.
La reaccion para obtener el almidon cationico implica los grupos hidroxilo en la molecula de almidon y el grupo Y reactivo del agente reaccionante de amonio cuaternario, de manera que el producto de almidon cationico resultante tiene la formula
15 en la que Y’ es el resto de reaccion de Y y X, y los R estan inalterados. De este modo, Y’ seria (tipicamente) 2 hidroxil propilo, etilo, u o, p o m (a hidroxi-phaloetil)bencilo.
En un caso tipico que usa cloruro de N-(3-cloro-2-hidroxipropil)trimetilamonio, la reaccion puede transcurrir de forma simplista como
Almidon-OH + ClCH2-CH(OH)-CH2 N+(CH3)3Cl- + NaOH ^
20 Almidon-O-CH2-CH(OH)-CH2N+(CH3)3Cl- + NaCl + H2O.
En una realization ejemplar, se puede preparar un numero de almidones cationicos de amonio cuaternario haciendo reaccionar almidon de maiz modificado con cantidades variables de cloruro de N-(3-cloro-2- hidroxipropil)trimetilamonio, con hidroxido sodico como catalizador. El grado de sustitucion (D.S.) de estos productos se calcula teoricamente, y se encuentra que esta en el intervalo de 0,1 a 0,45. El grado de sustitucion se define 25 como un numero de moles de sustituyente de amonio cuaternario, en este caso
por unidad de anhidroglucosa.
Los almidones cationicos de amonio cuaternario ejemplares incluyen aquellos en los que el grado de sustitucion puede estar en el intervalo de alrededor de 0,01 a 0,75 unidades cuaternarias que se ajustan a la Formula II dada 30 anteriormente, por unidad de anhidroglucosa en el grupo almidon. Preferiblemente, es alrededor de 0,1-0,45. Un
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CQS preferido esta comercialmente disponible y se vende por GE con el nombre Klaraid PC2710. Se prepara v^a reaction de cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio y almidon de ma^z “Melogel”. El almidon de ma^z esta presente en una cantidad de alrededor de 13,9% (en peso), y el producto polimerico contiene alrededor de 31% de activos (en peso). El componente quat esta presente en una cantidad de alrededor de 18,2% en peso. Otro CQS ejemplar esta comercialmente disponible, y se vende por GE con el nombre Klaraid 2712. Se prepara via reaccion de cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio y un almidon hidrolizado. El almidon hidrolizado con acido esta presente en una cantidad de alrededor de 16,6% en peso, y el producto contiene alrededor de 27% de activos en peso. El "quat” esta presente en una cantidad de alrededor de 5,4% en peso.
En otro aspecto de la invention, la composition de tratamiento es una mezcla de almidon de amonio cuaternario/goma o mezcla (CQS & G), y este tratamiento se anade al licor mixto. Las mezclas CQS & G se describen en la patente U.S. 5.248.449. Estas consisten principalmente en tres componentes, a saber: 1) una sal de amonio cuaternario como se describe anteriormente; 2) un grupo almidon como se describe anteriormente; y 3) un componente de goma. Generalmente, las mezclas CQS & G se preparan haciendo reaccionar una mezcla de almidon y goma natural con el compuesto de amonio cuaternario en presencia de un catalizador alcalino a un pH en el intervalo de alrededor de 12-13. Una de tales mezclas CQS & G ejemplar esta comercialmente disponible de GE, y se vende con el nombre Klaraid PC 2716. Es un producto de condensation de 11,2% de mezcla de almidon hidrolizado con acido/goma y 13,9% en peso de cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio. La relation de almidon:goma guar es alrededor de 6,6:1 en peso.
Las combinaciones de almidon de amonio cuaternario cationico y goma contienen entre 0,7-3%, preferiblemente 1,02,1% en peso de goma, 7-30%, preferiblemente 12-16% en peso de almidon, y una cantidad suficiente del compuesto cuaternario para asegurar una carga cationica en el intervalo de alrededor de 0,2-2,0 meq/g, cantidad la cual se logra tipicamente con un porcentaje en peso de 2-50%, preferiblemente 7-33%.
Las gomas naturales adecuadas para uso en esta invencion incluyen, pero no se limitan a, carboximetilcelulosa, guar, algarrobilla, karaya, alginato, incluyendo alginato de propilenglicol y alginato sodico, y goma de xantana, y es preferiblemente goma guar, de carboximetilcelulosa, o de alginato.
Las reacciones de smtesis para producir las composiciones de almidon modificado con amonio cuaternario cationico-goma de la presente invencion implican generalmente hacer reaccionar los grupos hidroxilo en las moleculas de almidon y de goma con el grupo Y reactivo del agente reaccionante de amonio cuaternario. De este modo, por ejemplo, en un caso tipico en el que la goma es goma guar, el compuesto de amonio cuaternario es cloruro de N-(3-cloro-2-hidroxipropil)trimetilamonio, y el alcali es hidroxido de sodio; la reaccion simplificada se puede expresar como:
De forma similar, la reaccion simplificada para el almidon cationico se puede expresar segun lo siguiente:
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A fin de formar las mezclas de almidon de amonio cuaternario soluble en agua/goma, el agente reaccionante del compuesto de amonio cuaternario es el mismo que como se expone anteriormente. Las moleculas de almidon y de goma se modifican v^a la reaccion de manera que el agente reaccionante se enlaza con el atomo de hidrogeno disponible del resto hidroxilico en la molecula de goma o de almidon. Por lo tanto, el almidon modificado con amonio tiene la estructura:
y la goma modificada con amonio cuaternario cationica tiene la formula:
en las que Y, X-, R1, R2, y R3 son todos como se definen previamente. (Vease la Formula I).
Las mezclas de CQS & G ejemplares tienen un grado de sustitucion en el intervalo de 0,1-1,8, preferiblemente 0,2 a 1,2, en el que el grado de sustitucion (D.O.S.) se define como el numero de moles de sustituyente de amonio cuaternario por unidad de anhidroglucosa contribuida por el almidon y las gomas.
Las combinaciones ejemplares de los componentes de la goma guar y de almidon de la composicion de tratamiento CQS & G incluyen relaciones en peso de almidon de mafz:goma (goma guar) de entre alrededor de 5-15 de almidon:1 de goma. Los intervalos ejemplares en peso de goma y almidon son como siguen: 0,7-3% de goma y 7 a alrededor de 30% en peso de almidon. La viscosidad de la mezcla no debena exceder preferiblemente alrededor de 10.000 cps. En cuanto a las dosis que se pueden emplear, el CQS y las mezclas de CQS & G se pueden anadir cada uno en una cantidad de alrededor de 5 a alrededor de 1.000 ppm de la composicion de tratamiento en el licor mixto.
En una realizacion, un metodo para condicionar un licor mixto en un sistema de biorreactor de membrana (MBR) comprende anadir una composicion de tratamiento, que comprende una cantidad eficaz del CQS o de la mezcla de CQS & G, al licor mixto. En otra realizacion, un metodo para mejorar el flujo en un sistema de MBR comprende anadir una cantidad eficaz del CQS o de la mezcla de CQS & G al licor mixto del MBR.
La composicion de tratamiento, es decir, CQS o CQS & G, se usa para acondicionar la biomasa o lodo activado de los sistemas de MBR, y la adicion de una cantidad eficaz de la composicion de tratamiento puede mejorar sustancialmente las caractensticas de filtrado del lodo. La adicion de una cantidad eficaz de la composicion de
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tratamiento al licor mixto o lodo activado de un MBR puede mejorar enormemente la filtrabilidad del lodo, reduciendo de ese modo el riesgo para el MBR asociado con el manejo de picos de flujo, reduciendo los requisitos de limpieza de la membrana, y los sistemas de MBR se pueden disenar a un mayor caudal.
Como alternativa, la adicion de una cantidad eficaz de la composicion de tratamiento permite la mejora de la filtrabilidad de licor mixto en los sistemas de MBR. La adicion de una cantidad eficaz de la composicion de tratamiento tambien puede mejorar las caractensticas de filtrado del lodo.
La composicion de tratamiento se puede anadir al sistema pura o en disolucion, ya sea continua o intermitentemente. La composicion de tratamiento no se debena anadir directamente en contacto con el lodo activado en la superficie de la membrana, sino que mas bien se debena anadir aguas arriba de la superficie de la membrana para asegurar el mezclamiento total con el lodo activado. Se anade una cantidad eficaz de la composicion de tratamiento al lodo activado de un sistema de MBR. La composicion de tratamiento se puede mezclar concienzudamente con el licor mixto antes de estar en contacto directo con la superficie de la membrana. Como alternativa, el mezclamiento se puede lograr alimentando la composicion de tratamiento a un area del MBR donde se produce un tiempo de mezclamiento suficiente, proximo a una estacion de bombeo, una boquilla de aireacion, o una tubena de reciclaje del lodo o del licor mixto.
La cantidad eficaz de la composicion de tratamiento depende de la filtrabilidad del licor mixto en el sistema de MBR. Las caractensticas de licor mixto, que incluyen la concentracion de solidos suspendidos en el licor mixto (MLSS), la viscosidad, la sustancia polimerica extracelular (EPS), el tamano de los copos, y las sustancias organicas coloidales o solubles, pueden afectar todas ellas a la filtrabilidad de la membrana. La cantidad eficaz de la composicion de tratamiento puede ser de alrededor de 5 a alrededor de 1000 ppm de composicion de tratamiento activa en el MBR.
En una unidad de MBR tfpica, el agua residual entrante se bombea o se deja fluir por gravedad a un tanque de biorreactor en el que se pone en contacto con los microorganismos que biodegradan el material organico en el agua residual. Los medios de aireacion, tales como ventiladores, proporcionan oxfgeno a la biomasa. El licor mixto resultante contenido en el biorreactor se filtra a traves de membranas a presion, o se extrae a traves de la membrana a vacfo. La membrana puede estar sumergida en el tanque del biorreactor, o puede estar contenida en un tanque de membrana distinto al que se bombea continuamente el agua residual procedente del tanque del biorreactor. El agua clarificada se descarga del sistema, y el lodo activado en exceso se bombea fuera del tanque del biorreactor a un tanque de retencion del lodo a fin de mantener una edad constante del lodo (SRT). La membrana de filtracion se limpia con frecuencia por retrolavado, lavado qrnmico, o ambos.
Un MBR se puede configurar de diversas maneras. Volviendo ahora a la Fig. 1, el agua residual 10 se pretrata a menudo para eliminar los solidos gruesos, solidos suspendidos, y diversos materiales fibrosos, antes de entrar en un sistema de MBR. Un sistema de MBR puede consistir en un tanque anoxico 20, un tanque aerobico 30, y un tanque 40 de membrana. El filtrado 50 de membrana se separa del lodo activado y sale de la membrana. El lodo activado del tanque 40 de membrana se recicla a un tanque anoxico 60 o a un tanque aerobico 70. Una porcion del lodo activado 80 procedente del tanque 40 de membrana se extrae para su eliminacion, a fin de mantener un tiempo de retencion del lodo (SRT) apropiado en el MBR. La composicion de tratamiento se puede anadir al agua residual 10 entrante, al tanque anoxico 20, al tanque aerobico 30, o al tanque 40 de membrana.
Un sistema de MBR puede comprender una combinacion de al menos dos de los siguientes tipos de reactores: reactores anaerobicos, reactores anoxicos, y reactores aerobicos. Un sistema de MBR simplificado puede comprender solamente un tanque aerobico, y el modulo de membrana esta sumergido en el tanque aerobico. Como alternativa, el biorreactor de membrana puede comprender uno o mas reactores aerobicos, uno o mas digestores anaerobicos, o una combinacion de uno o mas digestores anaerobicos y uno o mas reactores aerobicos. Un sistema de MBR acopla el tratamiento biologico del agua residual y la filtracion por membrana. La presente invencion se aplica a todos los sistemas de MBR, siempre que se produzca una potenciacion del flujo de membrana.
Las membranas usadas en la unidad de MBR incluyen, pero no se limitan a, ultra-, micro-, y nanofiltracion, piel interna y externa, fibras huecas, tubular, y plana, organica, metalica, ceramica, y similar. Las membranas para aplicacion comercial incluyen, pero no se limitan a, fibras huecas con ultrafiltros de piel externa, microfiltro de laminas planas (en apilamiento), y fibra hueca con un microfiltro de piel externa.
Los materiales de membrana pueden incluir, pero no se limitan a, polietileno clorado (PVC), polifluoruro de vinilideno (PVDF), poliacrilonitrilo (PAN), polisulfona (PSF), polietersulfona (PES), polialcohol virnlico (PVA), acetato de celulosa (CA), celulosa regenerada (RC), asf como inorganicos.
La adicion de una cantidad eficaz de la composicion de tratamiento permite la potenciacion de la filtrabilidad del licor mixto en los sistemas de MBR. Ademas, la adicion de una cantidad eficaz de la composicion de tratamiento mejora las caractensticas filtrantes del lodo. La adicion de una cantidad eficaz de la composicion de tratamiento mejora enormemente la filtrabilidad del lodo, reduce el riesgo para el MBR asociado con la manipulacion de picos de flujo, reduce los requisitos de limpieza de la membrana, y proporciona un sistema de MBR que se puede disenar a un mayor caudal.
EJEMPLOS
La invencion se describira ahora adicionalmente con referencia a los siguientes ejemplos, que se han de considerar solamente como ilustrativos y no como restrictivos del alcance de la invencion.
Ejemplo 1
Se tomaron muestras de licor mixto para ensayo en los Ejemplos 1-2 de una planta de tratamiento de aguas 5 residuales municipal. Las muestras se tomaron de la lmea de reciclaje de lodos activados, en la que la concentracion de MLSS estaba por encima de 10 g/l.
Para asegurar un mezclamiento apropiado, se llevo a cabo un ensayo de estandar con jarras con un Jar Tester (Phipps & Bird™) sobre cada muestra de ensayo y muestra de control. Se anadieron a cuatro jarras cuatro alfcuotas de 500 ml del licor mixto. Se anadio rapidamente a cada muestra, en las cantidades mostradas en la Tabla 1, un 10 aditivo de tratamiento, segun la invencion, Polfmero A. Tambien se preparo una muestra de control anadiendo 500 ml del licor mixto a una jarra de control sin la adicion de un aditivo de tratamiento. Todas las muestras se agitaron rapidamente a 200 rpm durante 30 segundos y despues a una velocidad de agitacion lenta de 50 rpm durante 15 minutos, para mezclar a conciencia las muestras.
La filtrabilidad del licor mixto para cada muestra, incluyendo la jarra de control, se evaluo mediante el metodo de 15 ensayo de tiempo a filtro (TTF). El metodo de ensayo de TTF se adapto a partir de Standard Methods (APHA, 1992), Metodo #2710H. Se coloco un papel de filtro de 9 cm (Whatman Gf/C, n° de catalogo 1822 090) en un embudo Buchner, y se humedecio para formar un buen cierre hermetico. Se anadio una muestra de 200 ml procedente de cada una de las muestras de licor mixto tratadas y de la jarra de control a un embudo Buchner distinto (como se prepara anteriormente). Se aplico una presion de vado de 51 kPa (15 pulgadas de Hg) usando una bomba de vado 20 con un regulador de presion. Se midio respectivamente el tiempo requerido para filtrar 50 ml (o 25% del volumen de la muestra inicial (25%-TTF)) y 100 ml (o 50% del volumen de la muestra inicial (50%-TTF)) de cada muestra de licor mixto, y se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1. Polfmero A
- Muestra
- Dosificacion (ppm) 25%- TTF (s) 50%- TTF (s) Reduccion de 25%-TTF en comparacion con el Control Reduccion de 50%-TTF en comparacion con el Control
- Control
- 0 319 1741 0,0% 0,0%
- 1
- 100 197 1034 38,2% 40,6%
- 2
- 250 90 477 71,8% 72,6%
- 3
- 500 22 109 93,1% 93,7%
25 Los datos muestran una mejora muy significativa en la filtrabilidad del licor mixto al anadir el aditivo de tratamiento de Polfmero A. Los experimentos mostraron que se puede lograr una reduccion de hasta mas del 90% en TTF dosificando una cantidad eficaz del polfmero para acondicionar las muestras de licor mixto.
Ejemplo 2
Para asegurar un mezclamiento apropiado, se llevo a cabo un ensayo estandar de jarras con un Jar Tester (Phipps 30 & Bird™) sobre cada una de las siguientes muestras de ensayo y muestra de control. Se anadieron cuatro alfcuotas
de 500 ml de licor mixto a cuatro jarras. A cada muestra se anadio un aditivo de tratamiento, segun la invencion, Polfmero B, como se muestra en la Tabla 2. Tambien se preparo una muestra de control anadiendo 500 ml del licor mixto a una jarra de control sin la adicion de un aditivo de tratamiento. Todas las muestras se agitaron rapidamente a 200 rpm durante 30 segundos y despues a una velocidad de agitacion lenta de 50 rpm durante 15 minutos, para 35 mezclar a conciencia las muestras.
La filtrabilidad del licor mixto para cada muestra, que incluye la jarra de control, se evaluo mediante el metodo de ensayo de TTF como se describe en el Ejemplo 1. Se anadio una muestra de 200 ml procedente de cada una de las muestras de licor mixto tratadas y de la jarra de control a un embudo Buchner distinto. Se aplico una presion de vado de 51 kPa (15 pulgadas de Hg) usando una bomba de vado con un regulador de presion. Se midio el tiempo 40 requerido para filtrar 50 ml (o 25% del volumen de la muestra inicial (25%-TTF)) de cada muestra de licor mixto, y se muestra en la Tabla 2.
Tabla 2. Polfmero B
- Muestra
- Dosificacion (ppm) 25%-TTF (s) Reduccion de 25%-TTF en comparacion con el Control
- Control
- 0 523 0,0%
- 1
- 100 394 24,7%
- 2
- 250 212 59,5%
- 3
- 500 73 86,0%
Los datos muestran que el PoKmero B de tratamiento tambien puede potenciar la filtrabilidad de las muestras de licor mixta.
Polfmero A = polfmero de almidon modificado con amonio cuaternario cationico - preparado via reaccion de cloruro 5 de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio y almidon de mafz “Melogel”. El almidon de mafz esta presente en una cantidad de alrededor de 13,9% en peso, y el producto contiene alrededor de 31% de activos en peso - disponible de GE Klaraid PC 2710. El “quat” esta presente en una cantidad de alrededor de 18,2% en peso.
Polfmero B = polfmero de amonio cuaternario cationico modificado con un almidon hidrolizado con acido - preparado via reaccion de cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio y un almidon hidrolizado. El almidon hidrolizado con 10 acido esta presente en una cantidad de alrededor de 16,6%, y el producto contiene alrededor de 27% de activos en peso - disponible de GE Klaraid PC2712. El “quat” esta presente en una cantidad de alrededor de 5,4% en peso.
Aunque la presente invencion se ha descrito con referencia a realizaciones preferidas, se pueden realizar diversos cambios o sustituciones a estas realizaciones por aquellos experimentados normalmente en la tecnica pertinente para la presente invencion sin separarse del alcance tecnico de la presente invencion. Por lo tanto, el alcance de la 15 presente invencion engloba no solo esas realizaciones descritas anteriormente, sino tambien todas aquellas que caen dentro del alcance de las reivindicaciones anejas.
Claims (14)
- REIVINDICACIONES1. Un metodo para tratar licor mixto en un sistema de biorreactor de membrana (MBR) para incrementar la velocidad de flujo del licor mixto, que comprende anadir una cantidad eficaz de una composicion de tratamiento al licor mixto, comprendiendo dicha composicion de tratamiento un miembro seleccionado del grupo que consiste en un 1) almidon 5 de amonio cuaternario cationico soluble en agua y un 2) mezcla de almidon de amonio cuaternario cationico soluble en agua/goma, conteniendo la mezcla entre 0,7 y 3% en peso de goma y 7 a 30% en peso de almidon, y teniendo una cantidad suficiente de almidon de amonio cuaternario/goma para asegurar una carga cationica en el intervalo de 0,2 a 2,0 meq/g, en la que la cantidad suficiente de almidon de amonio cuaternario cationico soluble en agua/goma es 2 a 50% en peso, y preferiblemente 7 a 33% en peso, hacer pasar despues dicho licor mixto con dicha 10 composicion de tratamiento en el a traves de una membrana escogida del grupo que consiste en membranas de ultrafiltracion, microfiltracion y nanofiltracion,en la que dicho almidon de amonio cuaternario cationico soluble en agua tiene la formula:
imagen1 en la que X es cualquier anion monovalente, incluyendo cloruro, bromuro, yoduro, metilsulfato;15 Y se selecciona del grupo que consiste en 2, 3 epoxi propilo, 3-halo-2-hidroxi propilo, 2 haloetilo, o, p, o m(ahidroxi-p halo etil) bencilo; Ri, R2, y R3 se seleccionan independientemente del grupo que consiste en hidrogeno, hidroxilo, alquilo, alquilo sustituido, arilo y alcarilo, y en la que dos de los R se pueden unir para formar un compuesto anular heterodclico o un compuesto anular homodclico, en el que ademas el numero total de carbonos en los tres R1, R2, y R3 no deberia exceder alrededor de 14 carbonos, con la condicion de20 que si los tres R1, R2, y R3 son diferentes y R3 contiene mas de 3 atomos de carbono pero no mas de 12,entonces R1 y R2 son del grupo que consiste en metilo y etilo; y si R1 y R2 se unen para formar un compuesto anular, R3 es un grupo alquilo no mayor que etilo; en el que la concentracion de almidon en la composicion esta en el intervalo de 7 a 30 por ciento en peso. - 2. Un metodo segun la reivindicacion 1, en el que el almidon se selecciona del grupo que consiste en maiz, patata,25 tapioca, sagu, trigo, maiz cereo, sorgo en granos, almidones en grano, y dextrina.
- 3. Un metodo segun la reivindicacion 1, en el que el almidon de amonio cuaternario soluble en agua se mezcla con el licor mixto antes de ponerlo en contacto directo con la superficie de la membrana.
- 4. El metodo de la reivindicacion 3, en el que el mezclamiento se logra alimentando el almidon de amonio cuaternario cationico soluble en agua a un area del MBR en la que se produce un mezclamiento intensivo.30 5. El metodo de la reivindicacion 3, en el que el mezclamiento se logra alimentando el almidon de amoniocuaternario cationico soluble en agua a un area del MBR en la que se produce un tiempo suficiente de mezclamiento.
- 6. El metodo de la reivindicacion 1, en el que dicha composicion de tratamiento se alimenta a dicho licor mixto en una cantidad de alrededor de 5 ppm a alrededor de 1.000 ppm.35 7. Un metodo segun la reivindicacion 1, en el que esta presente dicha mezcla de almidon de amonio cuaternariosoluble en agua/goma, teniendo dicho almidon modificado de amonio cationico la formula:510152025
imagen2 y dicha goma modificada de amonio cuaternario cationico tiene la formula:imagen3 en las que X es cualquier anion monovalente, incluyendo cloruro, bromuro, yoduro, metilsulfato;Y se selecciona del grupo que consiste en 2, 3 epoxi propilo, 3-halo-2-hidroxi propilo, 2 haloetilo, o, p, o m (ahidroxi-p halo etil) bencilo; R-i, R2, y R3 se seleccionan independientemente del grupo que consiste en hidrogeno, hidroxilo, alquilo, alquilo sustituido, arilo, y alcarilo, y en las que dos de los R se pueden unir para formar un compuesto anular heterodclico o un compuesto anular homodclico, en el que ademas el numero total de carbonos en los tres Ri, R2, y R3 no deberia exceder alrededor de 14. - 8. Un metodo segun la reivindicacion 7, en el que la goma se selecciona del grupo que consiste en guar, carboximetilcelulosa, alginato de propilenglicol, algarrobilla, karaya, alginato sodico, y xantana.
- 9. Un metodo segun la reivindicacion 7, en el que el almidon se selecciona del grupo que consiste en maiz, patata, tapioca, sagu, arroz, trigo, maiz cereo, sorgo en granos, almidones en grano, y dextrina.
- 10. Un metodo segun la reivindicacion 1 o 7, en el que el grado de sustitucion de la composicion esta en el intervalo de 0,1 a 1,8, o 0,2 a 1,2.
- 11. Un metodo segun la reivindicacion 7, en el que la concentracion de goma y la composicion esta en el intervalo de 1,0 a 2,1% en peso, y la concentracion de almidon esta en el intervalo de 12 a 16% en peso.
- 12. El metodo de la reivindicacion 7, en el que la mezcla de almidon de amonio cuaternario soluble en agua/goma se mezcla con el licor mixto antes de estar en contacto directo con la superficie de membrana.
- 13. El metodo de la reivindicacion 12, en el que el mezclamiento se logra alimentando la mezcla de almidon de amonio cuaternario soluble en agua/goma a un area del MBR en la que se produce un mezclamiento intensivo.
- 14. El metodo de la reivindicacion 12, en el que el mezclamiento se logra alimentando la mezcla de almidon de amonio cuaternario soluble en agua/goma a un area del MBR en la que se produce un tiempo suficiente de mezclamiento.
- 15. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el grado de sustitucion del almidon esta en el intervalo de 0,01 a 0,75 unidades cuaternarias por unidad de anhidroglucosa en el grupo de almidon, y preferiblemente en el intervalo de 0,1 a 0,45 unidades cuaternarias por unidad de anhidroglucosa en el grupo de almidon, segun la formula
imagen4 - 16. El metodo de la reivindicacion 1, en el que la cantidad eficaz es de 5 a 1000 ppm de tratamiento activo en el biorreactor de membrana.
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