ES3031833T3 - Removing heavy metals in a ballasted process - Google Patents

Abstract

Un sistema para el tratamiento de aguas residuales contaminadas con metales incluye un subsistema de tratamiento primario, un subsistema de tratamiento secundario y un subsistema de tratamiento terciario. El subsistema de tratamiento terciario incluye un tanque reactor, una fuente de material de lastre, una fuente de coagulante, un separador sólido-líquido y un controlador configurado para reciclar los sólidos lastrados del separador sólido-líquido al tanque reactor en una cantidad suficiente para generar un flóculo de hidróxido metálico en el tanque reactor y reducir la concentración de metal disuelto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Eliminación de metales pesados en un proceso lastrado

Solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica prioridad bajo 35 U.S.C. § 119(e) de la solicitud provisional de Estados Unidos con número de serie 62/346.017 titulada "REMOVING HEAv Y METALS IN A bAl LASTED PROCESS", presentada el 6 de junio de 2016.

Campo de la tecnología

Uno o más aspectos de la divulgación se refieren en general al tratamiento de agua y aguas residuales, y más particularmente a métodos para eliminar contaminantes metálicos disueltos de aguas residuales en un sistema de tratamiento terciario. Sistemas para el mismo, que no forman parte de la invención según se reivindica, también se describen. El documento US2008/135491 es útil para comprender la invención.

Compendio

Un sistema para tratar aguas residuales, que no forma parte de la invención según se reivindica, se describe en el presente documento. El sistema comprende un subsistema de tratamiento primario y un subsistema de tratamiento secundario en comunicación fluida aguas abajo del subsistema de tratamiento primario. El subsistema de tratamiento secundario está configurado para eliminar contaminantes biológicos del agua residual y producir un agua residual parcialmente tratada que incluye un metal disuelto. El sistema incluye, además, un subsistema de tratamiento terciario en comunicación fluida aguas abajo del subsistema de tratamiento secundario. El subsistema de tratamiento terciario comprende un tanque de reactor configurado y dispuesto para recibir las aguas residuales parcialmente tratadas del subsistema de tratamiento secundario, incluyendo el tanque de reactor al menos una entrada y una salida, una fuente de un material de lastre conectada de manera fluida al tanque del reactor, una fuente de coagulante conectada de manera fluida al tanque del reactor, un separador de sólidos-líquido que tiene una entrada conectada de manera fluida a la salida del tanque del reactor y que incluye una salida de efluente pobre en sólidos y una salida de sólidos lastrados, el separador de sólidos-líquido configurado para separar el efluente lastrado de la salida del tanque del reactor en un efluente pobre en sólidos y sólidos lastrados, para descargar el efluente pobre en sólidos de la salida de efluente pobre en sólidos, y para descargar los sólidos lastrados de la salida de sólidos lastrados, un conducto de reciclaje que tiene una entrada conectada de manera fluida a la salida de sólidos lastrados, y una salida conectada de manera fluida al tanque del reactor, y un controlador configurado para reciclar una porción de los sólidos lastrados desde la salida de sólidos lastrados del separador de sólidos-líquido al tanque del reactor a través del conducto de reciclaje en una cantidad suficiente para generar una cantidad de flóculo de hidróxido metálico en el tanque del reactor suficiente para reducir una concentración de metal disuelto en el tanque del reactor.

El controlador puede estar configurado para reciclar la porción de los sólidos lastrados desde la salida de sólidos lastrados del separador de sólidos-líquido al tanque del reactor a través del conducto de reciclaje en una cantidad suficiente para generar una cantidad de flóculo de hidróxido metálico en el tanque del reactor suficiente para reducir una concentración de metal disuelto en el tanque del reactor por debajo de aproximadamente 10 microgramos/litro o por debajo de aproximadamente 5 microgramos/litro.

El controlador puede configurarse para reciclar entre aproximadamente el 5 y el 25 % de los sólidos lastrados separados del efluente lastrado en el separador de sólidos-líquido al tanque del reactor. El controlador puede configurarse para reciclar aproximadamente el 10 % de los sólidos lastrados separados del efluente lastrado en el separador de sólidos-líquido al tanque del reactor.

El sistema puede comprender, además, una fuente de un precipitante metálico en comunicación fluida con el tanque del reactor. El precipitante metálico puede ser un compuesto que contiene sulfuro.

El sistema puede comprender, además, una fuente de un agente de ajuste de pH en comunicación fluida con el tanque del reactor. El controlador puede configurarse adicionalmente para controlar una cantidad de agente de ajuste de pH introducido en el tanque del reactor para lograr un pH en el tanque del reactor en el que un compuesto que incluye el metal disuelto es sustancialmente insoluble.

El sistema puede comprender, además, una fuente de un floculante en comunicación fluida con el tanque del reactor y/o una fuente de un adsorbente en comunicación fluida con el tanque del reactor y/o una fuente de un agente de ajuste de pH en comunicación fluida con el tanque del reactor.

El sistema puede comprender, además, un sistema de recuperación de lastre en comunicación fluida con la salida de sólidos lastrados del separador de sólidos-líquido, el sistema de recuperación de lastre configurado para separar el lastre de los sólidos lastrados y devolver el lastre separado a uno del tanque del reactor y la fuente de material de lastre.

El sistema de tratamiento secundario puede comprender un segundo tanque de reactor configurado y dispuesto para eliminar contaminantes biológicos de las aguas residuales, y un sistema de reciclaje de lastre configurado para devolver una porción de sólidos lastrados emitidos desde el segundo tanque del reactor al segundo tanque del reactor.

De acuerdo con un aspecto, se proporciona un método para tratar aguas residuales de acuerdo con la reivindicación 1. Las características opcionales se exponen en las reivindicaciones dependientes. El método comprende tratar el agua residual en un subsistema de tratamiento primario y un subsistema de tratamiento secundario para producir un agua residual parcialmente tratada que tenga una concentración reducida de contaminantes orgánicos en comparación con el agua residual, y que incluya un metal disuelto, introducir el agua residual parcialmente tratada en un tanque del reactor con un material de lastre y un coagulante para formar sólidos lastrados, introducir un efluente lastrado desde el tanque del reactor que incluye los sólidos lastrados en un separador de sólidos-líquido, separar el efluente lastrado en sólidos lastrados y un efluente pobre en sólidos en el separador de sólidos-líquido, y operar un controlador para reciclar una porción de los sólidos lastrados del separador de sólidos-líquido al tanque del reactor a través de un conducto de reciclaje en una cantidad suficiente para generar una cantidad de flóculo de hidróxido metálico en el tanque del reactor suficiente para reducir una concentración de metal disuelto en el tanque del reactor.

En algunas realizaciones, reciclar la porción de los sólidos lastrados del separador de sólidos-líquido al tanque del reactor comprende reciclar la porción de los sólidos lastrados del separador de sólidos-líquido al tanque del reactor en una cantidad suficiente para generar una cantidad de flóculo de hidróxido metálico en el reactor suficiente para reducir una concentración de metal disuelto en el tanque del reactor por debajo de aproximadamente 10 microgramos/litro o por debajo de aproximadamente 5 microgramos/litro.

En algunas realizaciones, el método comprende, además, introducir un floculante en el tanque del reactor con el agua residual parcialmente tratada, lastre y coagulante. El método puede comprender, además, introducir un adsorbente en el tanque del reactor con el agua residual parcialmente tratada, lastre, floculante y coagulante.

En algunas realizaciones, el método comprende, además, introducir un adsorbente en el tanque del reactor con el agua residual parcialmente tratada, lastre y coagulante.

En algunas realizaciones, el método comprende, además, introducir un precipitante metálico en el tanque del reactor con el agua residual parcialmente tratada, lastre y coagulante.

El método comprende, además, ajustar un pH del agua residual parcialmente tratada en el tanque del reactor a un pH en el que un compuesto del metal disuelto es sustancialmente insoluble.

Un método para adaptar un sistema de tratamiento de aguas residuales para facilitar una mayor eliminación de metales disueltos de las aguas residuales, que no forma parte de la invención según se reivindica, se describe en el presente documento. El método comprende conectar de manera fluida un subsistema de tratamiento terciario a una salida de un subsistema de tratamiento secundario del sistema de tratamiento de aguas residuales. El subsistema de tratamiento terciario incluye un tanque del reactor configurado y dispuesto para recibir las aguas residuales parcialmente tratadas del subsistema de tratamiento secundario, incluyendo el tanque de reactor al menos una entrada y una salida, una fuente de un material de lastre conectada de manera fluida al tanque del reactor, una fuente de coagulante conectada de manera fluida al tanque del reactor, un separador de sólidos-líquido que tiene una entrada conectada de manera fluida a la salida del tanque del reactor y que incluye una salida de efluente pobre en sólidos y una salida de sólidos lastrados, el separador de sólidoslíquido configurado para separar el efluente lastrado de la salida del tanque del reactor en un efluente pobre en sólidos y sólidos lastrados, para descargar el efluente pobre en sólidos de la salida de efluente pobre en sólidos, y para descargar los sólidos lastrados de la salida de sólidos lastrados, un conducto de reciclaje que tiene una entrada conectada de manera fluida a la salida de sólidos lastrados, y una salida conectada de manera fluida al tanque del reactor, y un controlador configurado para reciclar una porción de los sólidos lastrados desde la salida de sólidos lastrados del separador de sólidos-líquido al tanque del reactor a través del conducto de reciclaje en una cantidad suficiente para generar una cantidad de flóculo de hidróxido metálico en el tanque del reactor suficiente para reducir una concentración de metal disuelto en el tanque del reactor.

El método puede comprender, además, proporcionar instrucciones para configurar el controlador para reciclar una porción de los sólidos lastrados desde la salida de sólidos lastrados del separador de sólidos-líquido al tanque del reactor a través del conducto de reciclado en una cantidad suficiente para generar una cantidad de flóculo de hidróxido metálico en el tanque de reactor suficiente para reducir una concentración de metal disuelto en el tanque de reactor por debajo de aproximadamente 5 microgramos/litro.

El método puede comprender, además, conectar de manera fluida una fuente de precipitante metálico al tanque del reactor y/o conectar de manera fluida una fuente de agente de ajuste de pH al tanque del reactor.

El método puede comprender adicionalmente proporcionar instrucciones para programar el controlador para controlar una cantidad de agente de ajuste de pH introducido en el tanque del reactor para lograr un pH en el tanque del reactor en el que un compuesto que incluye un metal indeseable en el agua residual parcialmente tratada es sustancialmente insoluble.

El método puede comprender, además, conectar de manera fluida una fuente de floculante al tanque del reactor y/o conectar de manera fluida una fuente de adsorbente al tanque del reactor.

Descripción de los dibujos

Los dibujos adjuntos no pretenden estar dibujados a escala. Para propósitos de claridad, no todos los componentes pueden estar etiquetados en los dibujos, ni se muestra cada componente de cada realización de la divulgación donde la ilustración no es necesaria para permitir que los expertos en la materia entiendan la divulgación.

En los dibujos:

la FIG. 1 presenta un esquema de un sistema de tratamiento de aguas residuales; y

la FIG. 2 presenta un esquema de un subsistema de tratamiento secundario alternativo del sistema de tratamiento de aguas residuales de la FIG. 1.

Descripción detallada

Esta divulgación está dirigida a sistemas que no forman parte de la invención y métodos de tratamiento de agua o aguas residuales para, por ejemplo, reducir la concentración de metales en el agua o aguas residuales, y hacer que el agua sea adecuada para usos secundarios o descarga al medio ambiente. Uno o más aspectos se refieren a un método de tratamiento de aguas residuales que contienen metales disueltos. Sistemas de tratamiento de aguas residuales y métodos de operación y facilitar la operación de los mismos, que no forma parte de la invención según se reivindica, se describen en el presente documento. La divulgación no se limita a los detalles de construcción y la disposición de los componentes, sistemas o subsistemas expuestos en el presente documento y puede practicarse o llevarse a cabo de diversas maneras.

Uno o más aspectos, que no forman parte de la invención según se reivindica, se refieren a sistemas de tratamiento de aguas residuales para tratar aguas residuales que tienen un nivel de contaminante indeseablemente alto. Por ejemplo, los sistemas de tratamiento de aguas residuales pueden usarse para tratar aguas residuales que tienen una alta concentración de uno o más metales pesados. Niveles elevados de metales pesados, como se utiliza el término en el presente documento, puede referirse a concentraciones de metales pesados disueltos que pueden ser superiores a aproximadamente 10 pg/l, o mayores. Gran parte de los metales pesados en las aguas residuales pueden quedar sin tratar en los sistemas convencionales de tratamiento de aguas residuales y pueden descargarse, resultando en una posible contaminación de los ríos, bahías y estuarios y otras vías fluviales o fuentes de agua. Los metales pesados son, generalmente, tóxicos para las formas de vida, particularmente la vida acuática. Las aguas residuales sin tratar descargadas pueden superar los límites de descarga para diversos contaminantes, por ejemplo, metales pesados particulares, tales como zinc o cobre. La eliminación de metales pesados de las aguas residuales se ha vuelto muy importante con las nuevas regulaciones estrictas que exigen que los niveles en algunas jurisdicciones sean tan bajos como 5 pg/l o menos. Los métodos típicos para eliminar metales han usado la precipitación por medio de un flóculo de hidróxido metálico, a menudo con el uso de agentes precipitantes, por ejemplo, sulfuro de sodio y agentes de ajuste de pH. Estos agentes de precipitación y agentes de ajuste de pH pueden ser en sí mismos contaminantes no deseables y pueden ser costosos de usar. Por consiguiente, existe el deseo de operar una planta de tratamiento de aguas residuales para eliminar los metales disueltos sin el uso de una cantidad significativa de agentes químicos.

Los contaminantes que pueden descargarse con aguas residuales sin tratar pueden incluir al menos uno de total de sólidos en suspensión (TSS), materia orgánica biológicamente activa, microorganismos, por ejemplo, patógenos o no patógenos, nitrógeno, fósforo y/o metales pesados. Los metales pesados se definen, generalmente, como metales con densidades relativamente altas, pesos atómicos o números atómicos. Los metales pesados tienden a ser menos reactivos que los metales más ligeros y tienen sulfuros e hidróxidos mucho menos solubles. Los metales pesados pueden ser tóxicos en grandes cantidades o en ciertas formas. En un esfuerzo por reducir los efectos de los metales pesados, muchos descargadores de uso secundario y de fuente puntual han recibido límites de efluentes más estrictos para metales pesados. Los procesos convencionales precipitan los metales pesados de las aguas residuales. Los metales pesados pueden precipitarse como hidróxido o como sulfuro. La precipitación de metales pesados no puede reducir la concentración de metales pesados a o por debajo de los niveles de descarga aceptables más bajos. Los sistemas de eliminación de metales pesados pueden eliminar los metales pesados de las aguas residuales mediante el uso de materiales de lastre.

Uno o más aspectos de la presente divulgación implican realizaciones dirigidas a la eliminación de o para la reducción del nivel de uno o más contaminantes de las aguas residuales. Uno o más aspectos de la divulgación se refieren a métodos para tratar aguas residuales que contienen metales disueltos. Sistemas de tratamiento de aguas residuales y métodos de operación y métodos de modificación de los mismos, que no forman parte de la invención según se reivindica, se describen en el presente documento.

Habitualmente, agua a tratar, tal como aguas residuales o una corriente de aguas residuales, contiene materia de desecho que, en algunos casos, puede comprender sólidos, material orgánico e inorgánico soluble e insoluble y metales pesados. Antes de la descarga al medio ambiente, dichas corrientes pueden tratarse para descontaminar o al menos, parcialmente, hacer que las corrientes de aguas residuales sean benignas o al menos satisfactorias para su descarga según los requisitos o directrices reglamentarios establecidos. Por ejemplo, el agua puede tratarse para reducir su contenido de metales pesados dentro de límites aceptables.

Se describen sistemas y métodos para tratar agua o aguas residuales. De acuerdo con una o más realizaciones, la divulgación se refiere a uno o más métodos para tratar aguas residuales, en donde el contenido de metales pesados del agua residual a tratar supera un valor objetivo. Uno o más sistemas para el mismo, no forman parte de la invención, también se describen. Se proporciona un sistema de reciclaje para reciclar los sólidos lastrados del efluente tratado de un tanque del reactor de lastre al sistema de tratamiento de aguas residuales. Por ejemplo, se proporciona un sistema de reciclaje para reciclar sólidos lastrados del efluente tratado al tanque del reactor de lastre. Los sólidos lastrados pueden separarse de una porción pobre en sólidos del efluente tratado antes de reciclar en un sistema de separación sólido-líquido, por ejemplo, un clarificador.

De acuerdo con una o más realizaciones, la divulgación se refiere a uno o a métodos para tratar aguas residuales. Uno o más sistemas para el mismo, que no forman parte de la invención según se reivindica, también se describen. El sistema puede recibir aguas residuales de una fuente municipal o industrial. Por ejemplo, las aguas residuales pueden suministrarse desde un sistema de alcantarillado municipal u otro a gran escala.

De acuerdo con una o más realizaciones, que no forman parte de la invención según se reivindica, la divulgación se refiere a uno o más sistemas y métodos para adaptar un sistema de tratamiento de aguas residuales. Se proporcionan métodos para facilitar el tratamiento de aguas residuales en un sistema de tratamiento de aguas residuales. Un método puede comprender proporcionar una línea de reciclaje entre el efluente tratado de un tanque del reactor de lastre y el tanque del reactor de lastre o fuente de material de lastre.

En algunas realizaciones, que no forman parte de la invención según se reivindica, se proporciona un método para facilitar el tratamiento de aguas residuales. El sistema de tratamiento de aguas residuales puede comprender un conducto conectado a una salida de un clarificador. El método puede comprender proporcionar una línea de reciclaje que se pueda conectar de manera fluida al efluente tratado aguas abajo del sistema de lastre del sistema de tratamiento de aguas residuales, estando configurada la línea de reciclaje para dirigir una porción de los sólidos lastrados desde el efluente tratado al sistema de lastre. El sistema de lastre puede comprender un separador de sólidos-líquido, por ejemplo, un clarificador configurado para separar los sólidos lastrados del efluente del sistema de lastre, y un conducto de reciclaje para dirigir los sólidos lastrados separados a una fuente de material de lastre conectada de manera fluida a una entrada del tanque del reactor de lastre.

La operación del sistema de tratamiento de aguas residuales puede comprender introducir aguas residuales desde una fuente de aguas residuales a un reactor biológico. Como se emplea en este documento, el término "reactor biológico" es un reactor que tiene una población de microorganismos, que pueden incluir diversos tipos de bacterias, utilizado para descomponer material biodegradable. La conversión de contaminantes o sustancias contaminantes en compuestos inocuos se facilita o media generalmente por los microorganismos a medida que las aguas residuales pasan a través del sistema de tratamiento de aguas residuales. Una biomasa de microorganismos requiere, normalmente, un entorno que proporcione las condiciones adecuadas para el crecimiento o la actividad biológica. Un reactor biológico puede comprender una pluralidad de compartimentos o regiones que pueden dividirse o no. Por ejemplo, un reactor biológico puede comprender compartimentos o regiones, aeróbicas, anaeróbicas y/o anóxicas. Los compartimentos de un reactor biológico pueden comprender compartimentos o regiones de nitrificación o desnitrificación. El tamaño del reactor biológico puede depender del tamaño de la planta de tratamiento de aguas residuales. Por ejemplo, el tamaño del reactor biológico puede variar de aproximadamente 0,5 millones de galones a aproximadamente 100 millones de galones (1,9 millones de litros a 378,5 millones de litros). El reactor biológico puede comprender uno o más recipientes o tanques del reactor que se colocan en serie o en paralelo. Las aguas residuales parcialmente tratadas que salen del sistema de tratamiento biológico pueden contener metales particulados o disueltos por encima de un nivel deseado para la descarga, por ejemplo, de aproximadamente 10 pg/l a aproximadamente 100 pg/l, dependiendo de la fuente de las aguas residuales y del tipo de tratamiento biológico utilizado.

Un sistema de tratamiento de aguas residuales con lastre puede comprender un tanque del reactor de lastre configurado para proporcionar un efluente con lastre y una fuente de material de lastre conectada de manera fluida al tanque del reactor de lastre. El sistema de lastre puede comprender una fuente de coagulante conectada de manera fluida al tanque del reactor de lastre. El sistema de lastre puede comprender una fuente de floculante conectada de manera fluida al tanque del reactor de lastre. El sistema con lastre puede comprender una fuente de adsorbente conectada de manera fluida al tanque del reactor de lastre. El sistema con lastre puede comprender una fuente de un producto químico (denominado en el presente documento precipitante de metal) conectado de manera fluida al tanque del reactor de lastre que facilita la precipitación de metales disueltos o compuestos de los mismos, por ejemplo, hidróxidos metálicos, del líquido en el tanque del reactor de lastre. La adición de lastre y coagulante, y de, opcionalmente, componentes adicionales tales como floculante, adsorbente y/o precipitante metálico mejora la eliminación de sólidos disueltos, coloidales, particulados y microbiológicos. La precipitación y la capacidad de sedimentación mejorada de los sólidos lastrados proporcionan un paso de clarificación más eficiente, por ejemplo, más pequeño y/o más rápido, en comparación con los sistemas de clarificación convencionales, que puede permitir un sistema de huella pequeña que comprende tratamiento biológico, tratamiento de lastre y pasos de clarificación.

La floculación puede ser un proceso de contacto y adhesión mediante el cual las partículas y los coloides en un líquido tal como las aguas residuales forman grupos de material de mayor tamaño. Las partículas pueden agruparse en un flóculo. Un floculante puede comprender un material o un producto químico que promueva la floculación haciendo que los coloides y las partículas u otras partículas suspendidas en los líquidos se agreguen, formando un flóculo. Los polímeros se pueden usar como floculantes. Por ejemplo, se pueden usar copolímeros de ácido acrílico/acrilamida y poliacrilamidas modificadas.

La coagulación puede ser un proceso de consolidación de partículas, tales como sólidos coloidales. Los coagulantes pueden incluir cationes. Pueden incluir cationes tales como aluminio, hierro, calcio o magnesio (moléculas cargadas positivamente) que pueden interactuar con partículas y moléculas cargadas negativamente y reducir las barreras a la agregación. Los ejemplos de coagulantes incluyen arcilla de bentonita, cloruro de polialuminio, hidroxicloruro de polialuminio, cloruro de aluminio, clorhidrato de aluminio, sulfato de aluminio, cloruro férrico, sulfato férrico y sulfato ferroso monohidrato.

La adsorción puede ser un proceso físico y químico de acumulación de una sustancia en la interfaz entre las fases líquida y sólida. El adsorbente puede ser carbón activado en polvo (PAC). El PAC es un adsorbente eficaz porque es un material altamente poroso y proporciona un área de superficie grande en la que pueden adsorberse los contaminantes. El PAC puede tener un diámetro de menos de aproximadamente 0,1 mm y una densidad aparente que oscila entre aproximadamente 20 lb/ft3 (320 kg/m3) y aproximadamente 50 lb/ft3 (801 kg/m3). El PAC puede tener un índice de yodo mínimo de 500 como se especifica por las normas de la AWWA.

Se puede usar un reactor biológico junto con un sistema de tratamiento con lastre para tratar agua o aguas residuales. Los sistemas y métodos de la presente divulgación pueden ser particularmente ventajosos, por ejemplo, en plantas de tratamiento donde se desea una huella pequeña tal como, por ejemplo, una retroadaptación para plantas industriales, pequeñas plantas de flujo o plantas de paquete, plantas de aguas residuales híbridas, combinando procesos de película fija y procesos de lodos activados, y plantas de laguna que requieren nitrificación. El uso de un proceso de reactor biológico en combinación con sedimentación lastrada no se limita a los ejemplos dados. Son posibles muchos usos en el tratamiento biológico y químico de aguas residuales o agua potable.

En determinadas realizaciones, se puede utilizar un proceso de reactor biológico seguido de un proceso de floculación con lastre para el tratamiento biológico de agua o aguas residuales para eliminar al menos uno de los compuestos de nitrógeno, tales como nitratos, materia orgánica biológicamente activa, materia orgánica químicamente activa, compuestos de fósforo y/o metales pesados. Los sólidos biológicos producidos pueden eliminarse además de disolverse, sólidos coloidales y particulados por clarificadores. En determinadas realizaciones, los metales pesados pueden eliminarse de las aguas residuales sometidas a tratamiento para proporcionar aguas residuales tratadas antes de la descarga al medio ambiente o antes de la desinfección para proporcionar agua potable o agua potable para distribuir a una red de suministro de agua.

Los sistemas de floculación con lastre comprenden la adición de un lastre y un coagulante, y opcionalmente un floculante para mejorar la eliminación de sólidos disueltos, coloidales, particulados y microbiológicos. En determinadas realizaciones, el lastre puede ser un lastre magnético.

La recirculación de sólidos lastrados a al menos uno del proceso de tratamiento biológico, procesos de floculación con lastre, o a la fuente de lastre pueden mejorar aún más la fiabilidad del sistema en general. Estas características pueden utilizarse en plantas de tratamiento de aguas residuales existentes, pequeñas plantas de flujo o plantas de paquete, plantas de tratamiento de desbordamiento de alcantarillado combinado (CSO), plantas nuevas que requieren una huella pequeña y plantas de tratamiento híbridas (película fija y lodo activado). Un beneficio es que un clarificador existente aguas abajo de un proceso de reactor biológico puede convertirse fácilmente en un sistema con lastre que tiene reciclado de sólidos con lastre usando el sistema de la presente divulgación.

En algunas realizaciones de la divulgación, que no forman parte de la invención según se reivindica, se proporciona un sistema para tratar aguas residuales. El sistema comprende un reactor biológico conectado de manera fluida a una fuente de aguas residuales y configurado para proporcionar un efluente de reactor biológico. El efluente del reactor biológico puede fluir a un sistema de floculación lastrado en el que una fuente de coagulante puede conectarse de manera fluida al efluente biológico y configurarse para proporcionar un efluente coagulado. Una fuente de lastre puede conectarse de manera fluida al efluente coagulado y configurarse para proporcionar un efluente lastrado. La fuente de lastre puede estar conectada de manera fluida a al menos uno del efluente biológico o el efluente coagulado.

La fuente de lastre puede comprender un lastre en polvo. El lastre se puede añadir a un tanque del reactor lastrado en forma de polvo seco. En algunas realizaciones, el lastre puede ser añadido por un operario o por maquinaria, tal como por un alimentador seco. Un clarificador puede estar conectado de manera fluida a la salida de efluente con lastre de un tanque del reactor con lastre. El clarificador puede comprender una salida de efluente tratado y una salida de sólidos lastrados y puede estar configurado para separar el efluente lastrado del tanque del reactor lastrado en un efluente tratado sustancialmente libre de lastrado y sólidos lastrados. La salida de sólidos lastrados del clarificador puede conectarse de manera fluida al reactor biológico, tanque del reactor de lastre, o una fuente de lastre para el tanque del reactor de lastre.

Una fuente de floculante puede conectarse de manera fluida al tanque del reactor de lastre. Al menos una de las fuentes de coagulante, lastre, floculante y adsorbente pueden proporcionarse en línea a una corriente de efluente de reactor biológico. Alternativamente, se pueden usar tanques de modo que el efluente del reactor biológico fluya a un tanque de coagulante, en el que se añade un coagulante desde una fuente de coagulante. El efluente coagulado puede fluir a continuación a un tanque del reactor de lastre, en el que se añade lastre desde una fuente de lastre. El efluente lastrado puede fluir a continuación a un tanque de floculante, en el que se añade un floculante de una fuente de floculante. El efluente de floculante puede fluir entonces al clarificador. Un tanque de floculante y una fuente de floculante pueden no estar incluidos en el sistema de floculación lastrado, y el efluente lastrado puede fluir directamente al clarificador. Un tanque de coagulante y una fuente de coagulante pueden no estar incluidos en el sistema de floculación lastrado.

Como se ha analizado anteriormente, el lastre puede ser un lastre magnético. El lastre magnético puede comprender un material inerte. El lastre magnético puede comprender un material ferromagnético. El lastre magnético puede comprender material que contiene hierro. En determinadas realizaciones, el lastre magnético puede comprender un material de óxido de hierro. Por ejemplo, el lastre magnético puede comprender magnetita (Fe3O4). El lastre magnético puede tener un tamaño de partícula que le permita unirse con flóculos biológicos y químicos para proporcionar una sedimentación o clarificación mejorada, y permitir que sea atraído por un imán para que pueda separarse de los flóculos biológicos. El tamaño de partícula, p. ej., el diámetro medio del lastre, por ejemplo, el lastre magnético, puede ser inferior a aproximadamente 100 pm. En algunas realizaciones, el tamaño de partícula del lastre, por ejemplo, el lastre magnético, puede ser inferior a aproximadamente 40 pm. En una realización, el tamaño de partícula del lastre, por ejemplo, el lastre magnético puede ser inferior a aproximadamente 20 pm. El tamaño de partícula del lastre puede estar entre aproximadamente 80 y 100 pm, de aproximadamente 60 pm a aproximadamente 80 pm, de aproximadamente 40 pm a aproximadamente 60 pm, de aproximadamente 20 pm a aproximadamente 40 pm, o de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 20 pm.

Los sistemas de lastre de arena implementan, a menudo, tamaños de lastre más grandes para recuperar eficazmente el lastre. El lastre de arena no es magnético. Los sistemas de lastre de arena han implementado el uso de agentes de limpieza para separar los sólidos biológicos de las partículas de arena. Esto podría ser el resultado de una gran superficie para que las bacterias se adhieran, requiriendo más que fuerzas de cizallamiento de un mecanismo de vórtice solo para eliminar sólidos biológicos de la superficie de partículas de arena, o la necesidad de disolver enlaces químicos que ayudan en la unión del lastre.

A diferencia del lastre a base de arena que requiere el crecimiento de flóculos alrededor de partículas de arena de tamaño relativamente grande, el lastre de magnetita se puede utilizar con tamaño pequeño, tal como menos de aproximadamente 100 pm, permitiendo que las partículas de magnetita impregnen el flóculo existente. El efluente lastrado o el efluente floculante se dirige a al menos un clarificador donde los sólidos lastrados, tales como sólidos lastrados con magnetita, pueden eliminarse por gravedad a una velocidad mejorada mayor que la de los clarificadores por gravedad convencionales. El clarificador, estando configurado para proporcionar un efluente tratado y una porción de sólidos lastrados, está conectado de manera fluida al reactor biológico. Esto puede permitir que al menos una parte de los sólidos lastrados vuelva al tanque del reactor de lastre y a la fuente de lastre, por ejemplo, un tanque de lastre conectado a una fuente de lastre. Todos o una porción de los sólidos biológicos también pueden eliminarse del sistema. Esto puede implicar utilizar un sistema de recuperación con lastre o desperdiciar los sólidos biológicos antes de un sistema de recuperación con lastre. El sistema de reciclaje con lastre puede comprender un aparato de separación magnética, que puede permitir el reciclaje de partículas magnéticas, lo que no sería factible con, por ejemplo, partículas de arena. En determinadas realizaciones, se puede emplear cizallamiento mecánico para cizallar los sólidos biológicos antes del reciclaje del lastre, por ejemplo, antes del reciclaje de magnetita. En algunos casos, tales como el resembrado y eventos de alto flujo, una porción de sólidos sedimentados en un clarificador puede reciclarse al frente del tanque del reactor de lastre. Estos sólidos pueden ser lastres o sólidos despojados de magnetita a través de la separación magnética.

Un sistema de reciclaje de lastre puede colocarse aguas abajo de la salida de sólidos lastrados del clarificador. El sistema de reciclaje de lastre puede conectarse a la salida de sólidos lastrados del clarificador y al menos una de la fuente de lastre y el tanque del reactor de lastre.

En determinadas realizaciones, el uso de un lastre magnético proporciona ventajas sobre el uso de otros materiales de lastre. Por ejemplo, se puede usar un tambor magnético para separar los sólidos biológicos del lastre magnético de manera eficiente. Opcionalmente, se puede utilizar cizallamiento mecánico antes de la separación. Este proceso puede eliminar suficientemente los sólidos biológicos del lastre. El reciclaje de sólidos sedimentados al tanque del reactor de lastre mejora aún más el rendimiento y la fiabilidad, y permite una flexibilidad adicional para el tratamiento y la recuperación en las paradas o puestas en marcha del proceso. En determinadas realizaciones, las soluciones de limpieza son innecesarias para separar el lastre de los metales pesados.

La presente divulgación comprende además una línea de reciclaje. La línea de reciclaje está conectada a la salida de sólidos lastrados del clarificador y al tanque del reactor de lastre. La línea de reciclaje está configurada para reciclar los sólidos lastrados del efluente de lastre al tanque del reactor de lastre.

Pueden usarse sistemas de control de proceso. Habitualmente, los sistemas de control pueden estar conectados eléctricamente y pueden ordenar a las válvulas a lo largo de la línea de reciclaje que se abran y cierren. El sistema de control puede proporcionar el ajuste de las válvulas para ajustar los caudales a través de una o más de las válvulas. El sistema de control puede dar instrucciones a las válvulas a lo largo de la línea de reciclaje para que se abran y cierren basándose en el uso de un sensor configurado para medir una propiedad. La propiedad puede ser una propiedad del sistema. Por ejemplo, la propiedad puede ser una concentración de uno o más contaminantes. El contaminante puede ser, por ejemplo, un metal pesado. El sistema de control puede ajustar estratégicamente el grado de apertura de una o más válvulas en la línea de reciclaje. Por ejemplo, una válvula en la línea de reciclaje puede abrirse al menos parcialmente para permitir que una porción de sólidos lastrados se introduzca en la fuente de lastre. Además, una válvula en la línea de reciclaje puede abrirse al menos parcialmente para permitir que una porción de los sólidos lastrados se introduzca en el tanque del reactor de lastre. El grado de apertura de las válvulas en la línea de reciclaje puede influir en las porciones de efluente lastrado o sólidos lastrados introducidos en la fuente de lastre o en el tanque del reactor de lastre. La gestión estratégica del grado de apertura de las válvulas puede conducir a una eliminación mejorada general de contaminantes de las aguas residuales.

El sistema de control puede comprender uno o más sensores. Los ejemplos no limitantes de sensores adecuados para su uso en los métodos y sistemas descritos en el presente documento pueden incluir cualquier sensor capaz de detectar una propiedad de las aguas residuales en cualquier punto dentro del sistema de tratamiento. El sensor puede colocarse, por ejemplo, para determinar la concentración de metales pesados del efluente lastrado. Los sensores pueden detectar o medir un parámetro de proceso e informar sobre el valor al sistema de control. El sistema de control puede configurarse para comparar el valor detectado o medido con un valor objetivo. En respuesta a un resultado de la comparación, el sistema de control puede configurarse para seleccionar un grado de apertura de válvulas en uno o más conductos en el sistema.

El sistema, que no forma parte de la invención según se reivindica, puede comprender, además, un sistema de medición. El sistema de medición puede estar en comunicación con el sistema de control. El sistema de medición puede funcionar como uno o más componentes de un sistema de control. El sistema de medición puede estar en comunicación con uno o más sensores en el sistema de tratamiento, como se discutió anteriormente. El sistema de medición puede configurarse para medir uno o más parámetros de proceso. Por ejemplo, el sistema de medición puede configurarse para medir un nivel de metales pesados en el efluente lastrado. El sistema de medición puede comprender uno o más sensores. Una porción del efluente lastrado puede reciclarse al tanque del reactor de lastre basándose al menos en parte en la medición de la propiedad.

Un sistema de tratamiento de aguas residuales puede estar en uso y operarse de manera convencional. El sistema de tratamiento de aguas residuales puede encontrar períodos en los que el sistema no pueda tratar adecuadamente una corriente de aguas residuales, por ejemplo, cuando la concentración de metales pesados de las aguas residuales es alta. Puede ser beneficioso adaptar el sistema de tratamiento de aguas residuales con uno o más sistemas de la presente divulgación. Por ejemplo, se puede colocar una línea de reciclaje en un sistema existente para que la línea de reciclaje pueda reciclar parte del efluente lastrado o sólidos lastrados al tanque del reactor de lastre.

Un sistema para tratar aguas residuales, que no forma parte de la invención según se reivindica, se muestra en la FIG. 1, indicado generalmente en 100. El sistema de tratamiento 100 puede comprender una o más unidades de operación de tratamiento, que pueden incluir uno o más procesos de reacción biológica y uno o más sistemas o procesos de reducción de sólidos y reciclaje de sólidos. El sistema de tratamiento de aguas residuales 100 puede incluir una porción de tratamiento primario o subsistema 100A, una porción o subsistema de tratamiento secundario 100B y una porción o subsistema de tratamiento terciario 100C.

El subsistema de tratamiento primario 100A del sistema de tratamiento de aguas residuales 100 está conectado de manera fluida o puede conectarse a una fuente de aguas residuales 10 a través de un conducto 12 y bombas y válvulas asociadas (no mostradas). La fuente de aguas residuales 10 puede ser una fuente municipal, industrial o residencial. El agua residual puede moverse a través del sistema por medio de una bomba aguas arriba o aguas abajo del sistema. La fuente de aguas residuales puede contener materia residual que, en algunos casos, puede comprender sólidos, uno o más metales pesados disueltos y material orgánico e inorgánico soluble e insoluble.

El subsistema de tratamiento primario 100A incluye un clarificador primario 15 y/o un filtro, por ejemplo, un filtro de lecho de arena, que elimina sólidos más grandes, arena y gravilla de aguas residuales de la fuente de aguas residuales 10. Los sólidos residuales separados de las aguas residuales en el subsistema de tratamiento primario 100A pueden eliminarse del sistema a través del conducto 16 y enviarse para su eliminación o tratamiento adicional.

Después del tratamiento primario, el agua residual se envía al subsistema de tratamiento secundario 100B. El subsistema de tratamiento secundario 100B puede incluir una o más unidades de tratamiento biológico 20. La unidad de tratamiento biológico 20 puede ser un reactor que tiene un lodo activado para mezclar con el agua residual afluente para formar licor mixto. El lodo activado puede ser un flóculo biológico que comprende una población de microorganismos capaces de descomponer material biodegradable. Por ejemplo, el lodo activado puede comprender bacterias. Dependiendo del efluente deseado, la unidad o unidades de tratamiento biológico 20 pueden ser una cualquiera o más de unidades de tratamiento anóxicas aireadas, aeróbicas y anaeróbicas. Una unidad de tratamiento biológico 20 puede incluir una zona anóxica aireada que incluye un aireador 25 que proporciona suficiente oxígeno disuelto para mantener las condiciones anóxicas y que contribuye al movimiento del contenido de la unidad de tratamiento biológico 20 si se desea. El aireador opcional 25 se muestra en la FIG. 1, y puede conectarse a una fuente de gas. La fuente de gas puede ser aire, oxígeno u otros gases usados, generalmente, en procesos de tratamiento biológico.

La unidad o unidades de tratamiento biológico 20 pueden incluir un sensor S, o una pluralidad de tales sensores, que están configurados para medir la calidad de un licor mixto contenido en la unidad o unidades de tratamiento biológico 20. El sensor S puede medir, por ejemplo, el caudal, el volumen, el total de sólidos en suspensión, BOD total, o especies, por ejemplo, concentración de microorganismos en el licor mixto. El sensor S puede medir la concentración de nitrato y/o amoníaco en el licor mixto. El sensor S se ilustra en la FIG. 1 como si estuviera dispuesto dentro de la unidad o unidades de tratamiento biológico 20, sin embargo, en otras realizaciones, cualquier sensor S (o un sensor adicional) puede proporcionarse en el conducto de afluente de la unidad de tratamiento biológico 18 o en el conducto de efluente de la unidad de tratamiento biológico 22, por ejemplo. Es deseable colocar el sensor S en una ubicación en la unidad o unidades de tratamiento biológico 20 donde haya una mezcla significativa del contenido de la unidad o unidades de tratamiento biológico 20 para proporcionar una medición representativa de las condiciones dentro de la unidad o unidades de tratamiento biológico 20 como un todo. El sensor S puede colocarse en cualquier posición aguas arriba o aguas abajo de una operación unitaria, o dentro de una operación unitaria.

Una o más unidades de tratamiento biológico 20 pueden tener una salida de licor mixto en comunicación fluida con un separador de sólidos-líquido aguas abajo, por ejemplo, clarificador 30, a través del conducto 22. El clarificador 30 puede separar la salida de licor mixto de una o más unidades de tratamiento biológico 20 en un efluente pobre en sólidos y un lodo activado rico en sólidos. El efluente pobre en sólidos puede incluir menos de aproximadamente 30 mg/l de TSS y/o menos de aproximadamente 30 mg/l de BOD y puede incluir concentraciones de uno o más metales a niveles por encima de los niveles aceptables para la descarga al medio ambiente, por ejemplo, más de aproximadamente 10 gg/l o más de aproximadamente 5 gg/l. En una realización, la concentración de TSS puede ser inferior a 10 mg/l. En una realización, la concentración de BOD puede ser inferior a 10 mg/l. En un ejemplo, la concentración de nitrógeno total del efluente pobre en sólidos puede ser inferior a 3 mg/l. En otro ejemplo, la concentración total de fósforo del efluente pobre en sólidos puede ser inferior a 1 mg/l.

Una porción del lodo activado puede reciclarse desde una salida de lodo del clarificador 30 de vuelta a una o más de las unidades de tratamiento biológico 20 a través del conducto 34 como lodo activado de retorno. Una segunda porción de la salida de lodo activado de la salida de lodo del clarificador 30 puede retirarse del sistema a través del conducto 32 y enviarse para su eliminación o tratamiento adicional.

El efluente pobre en sólidos del clarificador puede considerarse agua residual parcialmente tratada. El agua residual parcialmente tratada se dirige a un subsistema de tratamiento terciario 100C para su tratamiento adicional, por ejemplo, para la eliminación de metales residuales de las aguas residuales parcialmente tratadas. El agua residual parcialmente tratada puede dirigirse a través de un conducto 36 a un tanque del reactor de lastre 35. En el tanque del reactor de lastre 35, el lastre de una fuente de lastre 65 se añade al agua residual parcialmente tratada para facilitar la sedimentación de los contaminantes residuales del agua residual parcialmente tratada. En algunas realizaciones, el material de lastre puede ser un lastre magnético. El lastre magnético puede comprender un material inerte. El lastre magnético puede comprender un material ferromagnético. El lastre magnético puede comprender material que contiene hierro. En determinadas realizaciones, el lastre magnético puede comprender un material de óxido de hierro. Por ejemplo, el lastre magnético puede comprender magnetita (Fe3O4). El lastre magnético puede tener un tamaño de partícula que le permita unirse con flóculos químicos para proporcionar una sedimentación o clarificación mejorada y permitir que sea atraído por un imán para que pueda separarse de los flóculos químicos. El tamaño de partícula, por ejemplo, el diámetro del lastre magnético puede ser inferior a 100 pm. En algunas realizaciones, el tamaño de partícula del lastre magnético puede ser inferior a aproximadamente 40 pm. En una realización, el tamaño de partícula del lastre magnético puede ser inferior a aproximadamente 20 pm. Por ejemplo, el tamaño de partícula puede estar entre aproximadamente 80 pm y aproximadamente 100 pm, de aproximadamente 60 pm a aproximadamente 80 pm, de aproximadamente 40 pm a aproximadamente 60 pm, de aproximadamente 20 pm a aproximadamente 40 pm, o de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 20 pm. El tamaño de partícula al que se hace referencia en el presente documento puede ser un tamaño de partícula promedio. En algunas realizaciones, el material de lastre puede consistir en magnetita o consistir esencialmente en magnetita. El lastre se puede añadir en forma de polvo seco. En algunas realizaciones, el material de lastre puede ser añadido por un operario o por maquinaria. Por ejemplo, el material de lastre puede añadirse mediante un alimentador seco.

El tanque del reactor de lastre 35 puede estar conectado de manera fluida a una fuente de floculante 45. El floculante puede comprender un material o un producto químico que promueva la floculación haciendo que los coloides y las partículas u otras partículas suspendidas en los líquidos se agreguen, formando un flóculo. El floculante puede ser un polímero. Por ejemplo, el floculante puede ser copolímeros de ácido acrílico/acrilamida o poliacrilamidas modificadas.

El tanque del reactor de lastre 35 puede estar conectado de manera fluida a una fuente de coagulante 50. El coagulante puede comprender cationes que interactúan con partículas y moléculas cargadas negativamente que reducen las barreras a la agregación. Por ejemplo, el coagulante puede comprender aluminio, hierro, calcio o magnesio. El coagulante 50 puede comprender, además, arcilla de bentonita, cloruro de polialuminio, hidroxicloruro de polialuminio, cloruro de aluminio, clorhidrato de aluminio, sulfato de aluminio, cloruro férrico, sulfato férrico y sulfato ferroso monohidrato.

El tanque del reactor de lastre 35 puede estar conectado de manera fluida a una fuente de adsorbente 55. El adsorbente puede comprender un carbón activado. Por ejemplo, el adsorbente puede comprender carbón activado en polvo. La adsorción puede describirse como un proceso físico y químico de acumulación de una sustancia en la interfaz entre las fases líquida y sólida. De acuerdo con algunas realizaciones, el adsorbente puede ser un carbón activado en polvo (PAC). El PAC es un adsorbente eficaz porque es un material altamente poroso y proporciona un área de superficie grande en la que pueden adsorberse los contaminantes. El PAC puede tener un diámetro de menos de 0,1 mm y una densidad aparente que oscila entre 20 y aproximadamente 50 lbs/ft3 (320 y 801 kg/m3). El PAC puede tener un índice de yodo mínimo de 500 como se especifica por las normas de la AWWA (Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas).

El tanque del reactor de lastre 35 puede estar conectado de manera fluida a una fuente de un ajustador de pH 60. La fuente del ajustador de pH 60 puede incluir uno o más de un ácido, por ejemplo, ácido sulfúrico, una base, por ejemplo, hidróxido de sodio o un agente tamponador, por ejemplo, bicarbonato. La fuente del ajustador de pH 60 puede usarse para ajustar el pH del agua residual parcialmente tratada en el tanque del reactor de lastre 35 a un pH en el que uno o más contaminantes no deseables o compuestos de los mismos, por ejemplo, uno o más contaminantes metálicos son sustancialmente insolubles.

El tanque del reactor de lastre 35 puede estar conectado de manera fluida a una fuente de un precipitante metálico 70. El precipitante metálico puede ser un producto químico que hace que los metales disueltos o compuestos de los mismos se precipiten de la solución en el tanque del reactor de lastre 35. El precipitante metálico puede comprender o consistir en, por ejemplo, sulfato de sodio (Na2S).

El tanque del reactor de lastre 35 puede incluir un sensor S, o una pluralidad de tales sensores, que están configurados para medir la calidad del agua residual parcialmente tratada contenida en el tanque del reactor de lastre 35. El sensor S puede medir, por ejemplo, el caudal, el volumen, el total de sólidos en suspensión, pH, concentración de metal disuelto, o concentración de floculante, coagulante o precipitante metálico en el agua residual parcialmente tratada contenida en el tanque del reactor de lastre 35. El sensor S se ilustra en la FIG. 1 como si estuviera dispuesto dentro del tanque del reactor de lastre 35, sin embargo, en otras realizaciones, cualquier sensor S (o un sensor adicional) puede proporcionarse en el conducto de afluente 36 del tanque del reactor de lastre 35 o en el conducto de efluente 38 contenido en el tanque del reactor de lastre 35, por ejemplo. Es deseable colocar el sensor S en una ubicación contenida en el tanque del reactor de lastre 35 donde haya una mezcla significativa del contenido contenido en el tanque del reactor de lastre 35 para proporcionar una medición representativa de las condiciones dentro del tanque del reactor de lastre 35 en su conjunto.

El efluente lastrado del tanque del reactor de lastre 35 se dirige desde el tanque del reactor de lastre 35 a una unidad de separación sólido-líquido, por ejemplo, clarificador 40. El clarificador 40 está configurado para separar el efluente lastrado en una porción de aguas residuales tratadas y una porción de sólidos lastrados. La porción de sólidos lastrados puede incluir hidróxido metálico precipitado. El agua residual tratada del clarificador 40 puede suministrarse a través del conducto de salida 42 para su descarga al medio ambiente o para su uso como agua potable o agua potable después de una desinfección adicional si es necesario. El agua residual tratada puede entregarse a, por ejemplo, aguas superficiales o una planta de procesamiento. El agua residual tratada puede tener una concentración de metal disuelto de menos de aproximadamente 10 gg/l de uno o más metales pesados. En una realización, el agua residual tratada puede incluir menos de aproximadamente 5 gg/l de uno o más metales pesados.

La porción de sólidos lastrados del efluente lastrado del tanque del reactor de lastrado 35 puede separarse adicionalmente en una porción de sólidos lastrados residuales que puede salir del sistema a través del conducto de sólidos residuales 46 para su eliminación o tratamiento adicional, y una porción de sólidos lastrados reciclados. La porción de sólidos de lastre reciclado puede devolverse al tanque del reactor de lastre 35 a través del conducto 44 y a la fuente de lastre 65 a través del conducto 76. La porción de sólidos lastrados reciclados se puede separar adicionalmente en una porción de sólidos lastrados desechados y una porción de recuperación de sólidos lastrados mediante el sistema de recuperación de material de lastre 75. La porción de sólidos lastrados desechados puede salir del sistema a través del conducto de residuos sólidos 46 para su eliminación o tratamiento adicional. El sistema de recuperación de material de lastre 75 puede comprender un aparato de separación magnética. En determinadas realizaciones, el cizallamiento mecánico se puede emplear mediante el uso de una cizalla mecánica para cizallar los sólidos químicos del lastre en la porción de sólidos de lastre reciclado antes de la recuperación del lastre, por ejemplo, antes de la recuperación de magnetita. Por ejemplo, el sistema de recuperación de material de lastre 75 puede comprender un molino de cizalla, un hidrociclón y/o un tambor giratorio que comprende una matriz fija de imanes de tierras raras. Un ejemplo de un tambor magnético que puede utilizarse en el sistema de recuperación de lastre actualmente divulgado se divulga en la publicación de solicitud PCT de propiedad conjunta n.° WO 2014/088620, titulada "MAGNETIC DRUM INLET SLIDE AND SCRAPER BLADE". El sistema de recuperación de material de lastre 75 puede separar una porción de material de lastre recuperado de una porción de sólidos residuales. La porción de material de lastre recuperado puede devolverse al tanque del reactor de lastre 35 a través del conducto 48 y a la fuente de lastre 65 a través del conducto 76.

Los sensores S en la unidad o unidades de tratamiento biológico 20 y el tanque del reactor de lastre 35 pueden comunicarse, eléctricamente o de otra manera, con un controlador 80 para proporcionar al controlador señales correspondientes a una propiedad del contenido de la unidad o unidades de tratamiento biológico 20 y el tanque del reactor de lastre 35. El controlador 80 puede controlar una cantidad o tasa de adición de floculante, coagulación, adsorbente, ajustador de pH, lastre y/o precipitante metálico al tanque del reactor de lastre 35 desde las respectivas fuentes de floculante, coagulación, adsorbente, ajustador de pH, lastre y precipitante metálico 45, 50, 55, 60, 65 y 70. El controlador 80 puede controlar una cantidad o tasa de adición de floculante, coagulación, adsorbente, ajustador de pH, lastre y/o precipitante metálico al tanque del reactor de lastre 35 basándose en las señales recibidas de uno o más sensores S en el sistema, por ejemplo, uno o más sensores en el tanque del reactor de lastre 35 o aguas arriba o aguas abajo del tanque del reactor de lastre 35. El controlador 80 puede controlar el grado de apertura de las válvulas en los diversos conductos del sistema. Una o más de las válvulas (no mostradas) pueden conectarse al controlador 80, sin embargo, para evitar complicaciones, las conexiones no se muestran en la FIG. 1.

El controlador 80 de los sistemas divulgados en el presente documento puede implementarse usando uno o más sistemas informáticos. El sistema informático puede ser, por ejemplo, un ordenador de propósito general tal como los basados en un Intel® CORE® tipo procesador o Intel® Átomo® procesador de tipo, un procesador Motorola® PowerPC®, un procesador Sun® UltraSPARC®, un procesador Hewlett-Packard® PA-RISC™, o cualquier otro tipo de procesador o combinaciones de los mismos. Como alternativa, el sistema informático puede incluir programas especialmente programados, hardware de propósito especial, por ejemplo, un circuito integrado específico de la aplicación (ASIC) o controladores destinados a sistemas analíticos.

El sistema informático puede incluir uno o más procesadores normalmente conectados a uno o más dispositivos de memoria, que puede comprender, por ejemplo, una cualquiera o más de una memoria de unidad de disco, un dispositivo de memoria flash, un dispositivo de memoria RAM u otro dispositivo para almacenar datos. La memoria se usa, generalmente, para almacenar programas y datos durante la operación del sistema de tratamiento y/o sistema informático. El software, incluyendo código de programación que implementa realizaciones de la divulgación, puede almacenarse en un medio de registro no volátil legible por ordenador y/o grabable y, a continuación, copiarse normalmente en la memoria en la que puede ejecutarse por el procesador. Los componentes del sistema informático pueden acoplarse mediante un mecanismo de interconexión, que puede incluir uno o más buses (por ejemplo, entre componentes que están integrados dentro de un mismo dispositivo) y/o una red (por ejemplo, entre componentes que residen en dispositivos discretos separados). El mecanismo de interconexión posibilita las comunicaciones (por ejemplo, datos, instrucciones) que se van a intercambiar entre componentes del sistema informático. El sistema informático también puede incluir uno o más dispositivos de entrada, por ejemplo, sensores tales como cualquiera de los sensores S, un teclado, ratón, bola de seguimiento, micrófono, pantalla táctil y uno o más dispositivos de salida, por ejemplo, un dispositivo de impresión, pantalla de visualización o altavoz. Además, el sistema informático puede contener una o más interfaces que pueden conectar el sistema informático a una red de comunicación (además, o como una alternativa a la red que puede estar formada por uno o más de los componentes del sistema informático).

Uno o más dispositivos de entrada pueden incluir sensores para medir parámetros. Los sensores, válvulas y/o bombas del sistema de tratamiento de aguas residuales 100, o todos estos componentes pueden conectarse a una red de comunicación que está operativamente acoplada al sistema informático.

El controlador 80 puede incluir uno o más medios de almacenamiento informático tales como un medio de grabación no volátil legible y/o grabable en el que se pueden almacenar señales que definen un programa a ejecutar por uno o más procesadores. El medio de almacenamiento puede, por ejemplo, ser un disco o una memoria flash. Aunque el sistema informático puede ser un tipo de sistema informático en el que se pueden practicar diversos aspectos, debería apreciarse que los aspectos y las realizaciones no se limitan a implementarse en software o en un sistema informático de propósito general. De hecho, en lugar de implementarse en, por ejemplo, un sistema informático de propósito general, el controlador, o componentes o subsecciones del mismo, puede implementarse alternativamente como un sistema dedicado o como un controlador lógico programable (PLC) dedicado o en un sistema de control distribuido. Además, debería apreciarse que una o más características o aspectos pueden implementarse en software, hardware o firmware, o cualquier combinación de los mismos. Por ejemplo, uno o más segmentos de un algoritmo ejecutable por el controlador se pueden realizar en ordenadores separados, que a su vez, puede ser comunicación a través de una o más redes.

En otro subsistema de tratamiento secundario, indicado generalmente en 101B en la FIG. 2, un tanque del reactor de lastre 36 puede estar dispuesto aguas abajo de una salida de efluente pobre en sólidos del clarificador 30. El tanque del reactor de lastre 36 puede recibir lastre de una fuente de lastre 66 y/o lastre reciclado de un sistema de recuperación de lastre 71 para facilitar la sedimentación y la eliminación de flóculos biológicos del efluente pobre en sólidos del clarificador 30. Fuentes de floculante 46, coagulante 51, adsorbente 56, el ajustador de pH 61 y el lastre 66 pueden conectarse de manera fluida al tanque del reactor de lastre 36 y pueden funcionar de manera similar a las fuentes de floculante 45, coagulante 50, adsorbente 55, el ajustador de pH 60 y el lastre 65 conectados de manera fluida al tanque del reactor de lastre 35. Un separador de sólidoslíquido, por ejemplo, el clarificador 41 puede separar el efluente lastrado del tanque del reactor de lastre 36 en una porción de sólidos lastrado de la que se puede recuperar el lastre en el sistema de recuperación de lastre 71 y un agua residual pobre en sólidos parcialmente tratada que se enviará para su procesamiento adicional en el subsistema de tratamiento terciario 100C. El sistema de recuperación de lastre 71 puede ser sustancialmente similar al sistema de recuperación de lastre 75 asociado con el tanque del reactor de lastre 35.

Ejemplos:

Se realizó un estudio de tratabilidad con el efluente de un filtro percolador de una planta de tratamiento de aguas residuales municipal. El objetivo de este estudio fue determinar qué aditivos podrían usarse para lograr una concentración de cobre total de <14 ug/l en el sobrenadante tratado. Se realizaron cuatro series de pruebas de tarros con lo siguiente añadido al efluente de aguas residuales

1. Referencia: Clorhidrato de aluminio (ACH)/cloruro férrico (férrico) coagulante con floculante.

2. Referencia con ajuste de pH: El pH objetivo era 8, sin embargo, el objetivo no se logró completamente debido a la inestabilidad de las aguas residuales. En esta serie, parece haber un valor atípico (tarro 9). Esto se ha eliminado al calcular las medias.

3. Coagulante a 100 mg/l, Ajuste de pH y Na2S: Aquí nuevamente el pH objetivo era 8, pero no se mantuvo bien.

4. Coagulante a 100 mg/l, ajuste de pH, Na2S y sólidos reciclados. Se generaron sólidos reciclados simulados añadiendo ACH al efluente de aguas residuales en recipientes separados.

Tabla 1. Calidad de aguas residuales (efluente de TF)

Serie 1: Esta serie fue una referencia con un coagulante y un floculante. Se usaron dos coagulantes (férrico y ACH). El floculante utilizado era de alto peso molecular, alta densidad de carga, aniónico.

Tabla 2. Referencia

Observación:

La eliminación total de Cu con la adición de AcH promedia el 75 % con muy poca variación con el cambio de la dosis de ACH. La eliminación de Cu soluble promedia el 28 %, sin embargo, aumenta con la dosis de ACH. La mayor concentración de flóculo de hidróxido generado por la dosis de ACH más alta puede permitir una mayor adsorción del contenido de cobre soluble.

Serie 2: En esta serie, el pH se ajustó a un objetivo de 8 para imitar las condiciones de solubilidad mínima para el Cu. Sin embargo, la condición de pH mencionada anteriormente no se cumplió completamente.

Tabla 3. Referencia con ajuste de pH

Observación:

La eliminación total de Cu con la adición de ACH promedia el 78 %. Similar a la serie 1, muy poca variación con el cambio de la dosis de ACH. El porcentaje de eliminación de Cu total es ligeramente mayor que en la serie 1 (sin ajuste de pH). Sin embargo, cabe señalar que la condición de pH objetivo no se logró completamente.

El porcentaje de eliminación de Cu soluble promedia el 25 %, inferior al 28 % logrado en la serie 1. Similar a la serie 1, sigue la respuesta a la dosis observada.

El TARRO 9R alcanza un pH de 7,72 con una eliminación del 81 % de Cu total y del 34 % de Cu soluble, respectivamente. El TARRO 9 se comporta de manera similar con Cu total con un pH de 7,37.

Serie 3: En esta serie, se usó una dosis de coagulante de 100 mg/l con el pH ajustado a un objetivo de 8. Aquí de nuevo, la condición de pH mencionada anteriormente no se cumplió completamente debido a condiciones inestables. Se introdujo la química Na2S en esta serie como un mecanismo para la eliminación de Cu.

Tabla 4. Referencia, ajuste de pH con química Na2S

Observación:

La eliminación total de Cu con la adición de ACH promedia el 75 %. Hay muy poca variación en la eliminación total de Cu con una dosis de Na2S variable.

El porcentaje de eliminación de Cu soluble promedia el 40 %, más alto que el logrado en las series 1 y 2. Serie 4: En esta serie, se usaron cantidades adicionales de sólidos para imitar el reciclado de flóculos de hidróxido a un reactor de eliminación de sólidos. Se generaron sólidos reciclados simulados añadiendo ACH al efluente de aguas residuales en recipientes separados. En esta serie se usó una dosis de ACH de 100 mg/l. el pH se ajustó para acercarse a 8 en los TARROS 22 y 23 únicamente. Se introdujo Na2S.

Tabla 5. Referencia, Ajuste de pH con química Na2S y alto contenido de sólidos

No se ajustó *pH

Observación:

La eliminación total de Cu con la adición de ACH promedia el 84 %, mayor en comparación con la serie anterior. El porcentaje de eliminación de Cu soluble promedia > 62 %, mucho más alto que la serie anterior.

Conclusiones

Los datos se promedian para cada serie siguiente.

Tabla 6: Resumen de resultados

El contenido de sólidos reciclados está impulsando las eficiencias de eliminación de Cu total y soluble más que de química Na2S o ajuste de pH. Este fenómeno es claro tanto en la eliminación de Cu total como soluble. Los tres tarros a los que se añadieron sólidos reciclados exhibieron < 10 pg/L para Cu total y < 8 pg/l para Cu soluble (serie 4).

La concentración de Cu soluble promedio para todas las pruebas de adición de ACH cuando no se introducen sólidos reciclados es de 10,9 pg/L (30 % de eliminación) frente a < 5,9 pg/L (> 62 % de eliminación) cuando se introducen sólidos reciclados.

La concentración de Cu total promedio para todas las pruebas de adición de ACH cuando no se introducen sólidos reciclados es de 13,5 pg/L (76 % de eliminación) frente a 9,2 pg/L (84 % de eliminación) cuando se introducen sólidos reciclados. La mejora del porcentaje de eliminación de Cu total con la adición de sólidos reciclados no fue tan pronunciada como el porcentaje de eliminación de Cu soluble.

Los métodos descritos en el presente documento no están limitados en su aplicación a los detalles de construcción y la disposición de los componentes expuestos en la descripción anterior o las ilustraciones en las figuras. El aparato y los métodos descritos en el presente documento pueden ser objeto de otras realizaciones y pueden ponerse en práctica o llevarse a cabo de diversas maneras. También, la fraseología y terminología utilizadas en el presente documento son a efectos descriptivos y no deben considerarse limitativas. El uso de "incluyendo", "que comprende", "teniendo", "que contiene", "involucrando", "caracterizado por", "caracterizado por que", y variaciones de los mismos en el presente documento pretenden abarcar los elementos enumerados a continuación, así como realizaciones alternativas que consisten en los elementos enumerados a continuación exclusivamente.

El uso de términos ordinales como "primero", "segundo", "tercero", y similares en la especificación y reivindicaciones para modificar un elemento no connota por sí mismo ninguna prioridad, precedencia, u orden de un elemento sobre otro o el orden temporal en el que se realizan los actos de un método, sino que se usan simplemente como etiquetas para distinguir un elemento que tiene un cierto nombre de otro elemento que tiene el mismo nombre, pero para el uso del término ordinal, para distinguir los elementos.

Los expertos en la materia apreciarán fácilmente que los diversos parámetros y configuraciones descritos en el presente documento pretenden ser ejemplares y que los parámetros y configuraciones reales dependerán de la aplicación específica para la que se usan el aparato y los métodos de la presente divulgación. Por lo tanto, debe entenderse que las realizaciones anteriores se presentan solo a modo de ejemplo y que, dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas, los sistemas y métodos divulgados pueden ponerse en práctica de otra manera que no sea la descrita específicamente. Los presentes métodos están dirigidos a cada característica o método individual descrito en el presente documento.

En otros casos, una instalación existente puede modificarse para utilizar o incorporar uno o más aspectos de los métodos descritos en el presente documento. Por consiguiente, la descripción y los datos anteriores son solo a modo de ejemplo. Además, las representaciones en las figuras no limitan las divulgaciones a las representaciones particularmente ilustradas.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Un método para tratar aguas residuales que contienen metales disueltos, comprendiendo el método:

tratamiento de las aguas residuales en un subsistema de tratamiento primario (100A) y

un subsistema de tratamiento secundario (100B) en comunicación fluida con y aguas abajo del subsistema de tratamiento primario, eliminación de los contaminantes biológicos del agua residual en el segundo subsistema de tratamiento para producir un agua residual parcialmente tratada que tenga una concentración reducida de contaminantes orgánicos en comparación con el agua residual y que incluya un metal disuelto;

introducción del agua residual parcialmente tratada en un tanque del reactor (35) de un subsistema de tratamiento terciario (100C) en comunicación fluida con y aguas abajo del segundo subsistema de tratamiento junto con

un material de lastre (65) y

un coagulante (50) para formar un efluente lastrado que incluye sólidos lastrados;

ajuste de un pH del agua residual parcialmente tratada en el tanque del reactor para lograr un pH en el tanque del reactor (35) en el que un compuesto que incluye el metal disuelto es sustancialmente insoluble;

introducción del efluente lastrado en un separador de sólidos-líquido (40), y

separación del efluente lastrado en sólidos lastrados y un efluente pobre en sólidos en el separador de sólidos-líquido (40) y

operar un controlador para reciclar una porción de los sólidos lastrados desde el separador de sólidoslíquido (40) al tanque del reactor (35) a través de un conducto de reciclaje en una cantidad suficiente para generar una cantidad de flóculo de hidróxido metálico en el tanque del reactor (35) suficiente para reducir una concentración de metal disuelto en el tanque del reactor (35) por debajo de aproximadamente 10 microgramos/litro; caracterizado además, que comprende reciclar entre el 5 y el 25 % de los sólidos lastrados separados del efluente lastrado en el separador de sólidos-líquido al tanque del reactor (35).

2. El método de la reivindicación 1, que comprende reciclar el 10 % de los sólidos lastrados separados del efluente lastrado en el separador de sólidos-líquido (40) al tanque del reactor (35).

3. El método de la reivindicación 1, que comprende, además, introducir un precipitante metálico en el tanque del reactor (35).

4. El método de la reivindicación 3, en donde el precipitante metálico es un compuesto que contiene sulfuro.

5. El método de la reivindicación 1, que comprende, además, introducir un floculante en el tanque del reactor (35) con el agua residual parcialmente tratada.

6. El método de la reivindicación 5, que comprende, además, introducir un adsorbente (55) en el tanque del reactor (35) con el agua residual parcialmente tratada.

7. El método de la reivindicación 1, que comprende, además, el paso de separar el lastre de los sólidos lastrados y devolver el lastre separado a la fuente de material de lastre (65).