WO2009102186A1 - Optimización energética de una planta del aerobio anóxico, facultativo, anaerobio, utilizando burbuja fina, sin producción de lodos - Google Patents

Optimización energética de una planta del aerobio anóxico, facultativo, anaerobio, utilizando burbuja fina, sin producción de lodos Download PDF

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sludge
treatment
wastewater
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liquid
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PCT/MX2009/000012
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Rico Martinez Mauricio
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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • This type of treatment plant is a combination of the European fine bubble system of anoxic aerobic plants in countercurrent, but with the addition that the digestion system incorporates a UASB (Up Flow Anaerobic Slugde Blanket) type system, in sludge digestion , which is, it translates into the absence of a sludge line.
  • UASB Up Flow Anaerobic Slugde Blanket
  • an anaerobic method is discovered, such as the UASB to treat the sludge of an activated sludge system, of any type but using as a system of digestion an anaerobic system of the UASB type.
  • This patent contains a treatment system based on a sludge plant activated with the modality, aerobic, anoxic, anaerobic, with low energy consumption, and without sludge production, due to the high degree of organic load removal that the UASB has in the case of ios iodine organic matter. Having a treatment plant with low energy consumption and low sludge production unlike other systems that produce sludge those mentioned in the following patent applications or patents: CN1313250, WO2007136296, 4P2007130533 and US2006000770.
  • the system proposed in this invention additionally removes sulfur, nitrogen, phosphorus, and of course biological oxygen demand (BOD).
  • BOD biological oxygen demand
  • FIGURE 1 Elevation of the proposed treatment plant, seen from the side, observing the aerobic reactor of the system (2).
  • FIGURE 2. This figure shows the treatment plant with its pumping chamber and aerobic, anoxic, optional anaerobic reactors.
  • FIGURE 3. This figure refers to the pumping chamber system in such a way that the pumps, marine stairs (27) are observed, observing the sand trap (19) shorter than the conventional system.
  • FIGURE 4. Plant of the pumping chamber placing two pumps (25) and where a plan view is observed.
  • FIGURE 5 Cross section of pumping chamber
  • FIGURE 6. Front view of the spout.
  • FIGURE 7 Detail of attachment of the pourer to the pumping chamber
  • FIGURE 8. Another cross-sectional view of the cacarmo, contemplating the sutro of both chambers,
  • the treatment plant is made up of a pumping chamber (figure 3), and three concentric tanks which represent an aerobic tank (2), a secondary settler (20), and an anaerobic digester (21) the last concentric tank.
  • a pumping chamber figure 3
  • three concentric tanks which represent an aerobic tank (2), a secondary settler (20), and an anaerobic digester (21) the last concentric tank.
  • the treatment plant consists of the following elements: a) Pumping station (18). b) First aeration tank (2). c) Second settling tank (20). d) Third digestion tank (21). e) Disinfection system in the form of a coil or disinfection chamber (15).
  • the pumping chamber shown in Figure 3 is composed of the following elements that are manufactured to favor the injection of some volatile suspended solids, but not the entrance of rocks, and sand, which would remain inside the chambers (23), which are very short or shorter than conventional chambers, to allow the entry of a certain type of sandstone, with a diameter of less than 0.2 centimeters, with a density of at least one, which will allow the formation of nuclei for the formation of flocs, within the aeration process, as well as within the anaerobic process.
  • the camo is composed of the following elements: a) Courtyard. (29) b) Chamber of sandblasting. (22) c) Pumping chamber. (18) d) Sutro meter or sutro spout. (24) e) Grid of thicknesses. (22) f) Grid for the protection of pumps of the carcass. (28)
  • the necessary cleaning in this system is carried out once a week, or if there is a lot of garbage, once for every three days. In normal situations, the cleaning of the system is carried out once every fifteen days.
  • Two forms of operation can be distinguished, the first is the operation with low organic loads, of BOD between 70 and 300 milligrams per liter, in which, water enters directly into the aeration tank or first aeration tank (2); when the water has above 300 milligrams per liter up to approximately 1000 milligrams per liter of BOD, the unit of roughing or reduction of organic matter would be the UASB, achieving up to 70% removal of organic matter.
  • tank in this drawing is circular it could be square, or it could be ovoid.
  • duo oxygen is transferred by means of the blower (9) and the diffusers (1), to the domestic wastewater, achieving concentrations above the saturation point, this is achieved depending on the level above the sea, and on the water temperature in a space of up to 12 minutes, during which time, the system through a PLC and its programming, which operates the entire system, sends the signal to stop the blower from working and at the same time work the agitator (8), causing flocs to form inside the aerobic reactor, and consuming oxygen in the water, then the nitrates that formed inside the water are consumed by oxidation of ammoniacal nitrogen, however, the bacterial system, supports more beyond this absence of nitrates, nitrites, and oxygen, even above these values, allowing an optional system, in which, microorganisms are still alive even though there are no nitrates, nitrites, neither dissolved oxygen in the water, which implies either a macroaerophilic phase, or virtually optional, since the degradation of the organic matter or the
  • both the blower (9) and the stirrer (8) could work at the same time, only taking care that the gradient G or dissipated energy is less than 60 sec. ⁇ ⁇ , if said gradient is greater, it would be necessary for the blower not to work together with the agitator, since this could damage the blades of the agitator's propeller, and it is preferable to stop the agitation by means of diffusers, and allow the agitator to operate.
  • the agitator speed (8) should be such that it allows a speed, approximately 0.7 meters per second, up to 2 meters per second, with a gradient of less than 60 seconds to at least one.
  • the equipment may present differences in the pumping of the cacarmo (18) which may be: centrifuges, progressive cavity, Archimedes thyme type, lobed and diaphragm.
  • the screens (22) could be manual or automatic.
  • the flow control devices can be: Sutro Pourer (figure 8), a unit of the rotary type, a measurement and control system by ultrasound, ultraviolet, mechanical light, pourer of the Palmer Boulus or Cipoleti type.
  • the valves can be: Globe valve, gate valve, solenoid valve, copper check valve, and check type.
  • the control system can be: by a PLC or by an electronic contri card, or by an electronic Timer system.
  • its diagonal aeration diffusion system can be: by diffusers (1) of the plate type with non-clogged fine bubble, of tubular type with non-clogged fine bubble, of ceramic plate and fine bubble, plate with plastic cover for avoid the clogging, diffusion of the air by means of a Venturi type device, by means of a mechanical aeration system avoiding blowers, but replacing them with this type of mechanical a ⁇ readores.
  • the blowers (9) can be: lobular or centrifugal type with or without frequency converter to vary the air consumption.
  • stirrer (8) can be: high speed, with fins of less than 1 meter and speeds of 1000 to 3000 rpm, or ce, low speed, which includes stirrers with wide fins of more than 2 meters each long, with speeds ranging from 10 rpm to 50 rpm.
  • the sedimentation tank can be: parallel plates, modules or industry type! It contains tubular plates, or corrugated plates, or also use settlers without plates.
  • the formation of nitrates and nitrites is obtained, by the addition of oxygen, as well as the consumption of alkalinity, and also by the formation of nitrites and a pH modification.
  • the traditional operation of a treatment system implies having as a limiting substrate the organic matter, operating with high concentrations of sludge inside the reactor, taking into account that said sludges would be in a range of about 900 ml./litter, this It implies that microorganisms are required to use a separate part of the organic matter to generate energy, and another part of the organic matter to form active biomass, and there are very high cell doubling times of more than one hour, which implies reduce sludge formation, and this at the same time cell retention times of about 8 to 12 days, however, in this case, it is preferred that there be a small amount of cells within the aerobic reactor, and modify the tissue of such luck that it is a mixture of anoxic, aerobic, oxygen-resistant, and facultative bacteria, which implies cell retention times that may be similar to It would be mentioned, but it would also imply that within the reactor the cell content would be much smaller, which means that the amount of cells inside the reactor would be around at least 300 ml per liter, being able to take
  • Every cell uses the energy extracted from organic matter in two possible ways:
  • the use of the energy is preferably in the maintenance of the cell, only when the energy is left over the cell doubles, using that energy for the formation of another new cell, however, instead of taking these cells to endogenous metabolism, takes the extra cells formed to the anaerobic digester, the result is a lower energy consumption, since the energy used in the formation of new cells, translates into greater system efficiency.
  • An average cost of 12 cents of the energy cost is achieved, but optimization can make the cost less.
  • Alkalinity consumption For the production of nitrates, alkalinity is consumed, a total of Alkalinity consumption of up to 7.14 mg. CO 3 Ca / MG. Rusty N-NH 4 , this has as implication ⁇ that there will be water to which sodium bicarbonate has to be added as an adjuvant in nitrification and denitrification, it is important to perform the corresponding analysis for this operation, in addition to having a dosing machine that does not appear in pianos, but the alkalinity is very small (less than 50 parts per million) it would be necessary to take precautions by providing it to the water. The dosage area would be at the entrance to the carcass.
  • R KIa (So sat - So).
  • R Transfer rate of oxygen into water.
  • KIa Transfer constant by the bubble area.
  • So ⁇ Saturation concentration of water inside the reactor.
  • So Oxygen concentration inside the reactor. Go To achieve the highest transfer speed, the concentration of the start, So should be closer to zero, but this will affect the bacterial system, since it will generate a series of microaerophilic bacteria, or plane-type facultative bacteria. But this system occurs as follows, at first the nitrates of the water will be depleted, and then the bacteria will have an optional phase.
  • the rest time it is convenient for two reasons, the first has to do with the decrease in energy consumption, since the bacterial mass in this type of systems, continues to function, without consuming the energy, but removing the matter organic, and removing nitrates, nitrites, hydrogen sulfide and phosphates, the other reason is that the culture that is obtained there with the resting times, is a bacterial culture, which can remain up to 5 days without aeration, without producing odors, in On the other hand, in bacterial cultures of conventional systems, odors are produced, since when the bacteria die, they produce cadaverous alkaloids such as putrecine and cadaverine.
  • ammoniacal nitrogen is first transformed into nitrates and nitrites, as seen in the following stoichiometric equations.
  • the first aeration tank (2) is a dual-purpose aeration system, since there is an aerobic and anoxic system, which, at the time of carrying out the nitrification, the ammonia is transformed into nitrates and nitrites, the which, at the time of reacting with hydrogen sulfide, is transformed into elemental sulfur, water, and nitrates into atmospheric nitrogen.
  • nitrogen and sulfur are removed within the treatment system.
  • the best water can be guaranteed with a low energy cost treatment system. Removing not only organic matter but also nitrogen, phosphorus, sulfur, the four most important members of the pollutant system of a wastewater, without having an additional cost.
  • Bubble outlet in the form of hypotenuse A greater contact of the bubble with the water provides a greater transfer of oxygen into the water, achieving a diagonal agitation, implies a greater contact of the bubble with the water, which improves the efficiency of transfer of oxygen to the water, since it exhibits the greatest contact of the bubble with the liquid, and this of course improves the transfer.
  • the aeration would be such that it would have minimum aeration times to decrease the amount of energy consumption, resulting in the following table No. 1.
  • Second tank or sedimentation tank Second tank or sedimentation tank.
  • the floc With the floc formed by the floor agitator (8), the floc is precipitated within the second internal tank (20), which in the middle part has parallel plates (4), here in this settler together with the plates loads are allowed hydraulic, up to 120 m 3 / rr 2 days, but there may be no plates, which would imply using hydraulic loads of less than 20 m 3 / m 2 day.
  • the second tank of the system is a settler, which for reasons of area should be made of plates, which can have higher settling rates than conventional ones, and allows normal precipitation of the water without needing flocculants or other reagents, it is known that the active sludge of an anoxic process is difficult to precipitate, but in a parallel plate type system, it may be better than using a conventional, or low-rate settler.
  • the sedimentation system has a ring (30), formed by high density polyethylene hose, or any other flexible material, which can be forged in a cylindrical and hollow way, which is responsible for collecting the sludge formed within the system, in the area of sludge (13) and this ring, allows the sludge to be taken to a pump with a dry chamber
  • the third digestion tank shown in Figure 2 is made by means of a UASB type system which, the sludge is transported by the sludge recycle pump (14), and is purged from the second tank and by means of the electro valve , it is poured into the anaerobic tank type UASB, to maintain the amount of sludge in the system, the cell retention times are smaller, that allows to have more aerobic purge sludge, but the anaerobic digestion efficiency is close to 90% , but also a biomass different from the conventional one that is counted as in an activated sludge system.
  • the efficiency of the anaerobic sludge digester through UASB is close to 90%, this allows for almost zero sludge production, since in almost 4 years the production of sludge is zero, and the parameters for sludge disposal are different from the conventional ones.
  • conventional systems it would be necessary to have a thousand times higher production, with an average production of 1 liter per second of almost a total of 200 liters per day, at 60% humidity, against almost zero in the same interval. In other words, it can be said that this system does NOT produce sludge of the biological type within the process proposed here, or its production is very small, being considered void for practical purposes.
  • the UASB system used is designed to have high mass removal of the flocculant type, however, it could have pellets or bacteria of the granular type, preferring those of the flocculant type.
  • the sludge is digested by the UASB, the liquid product of the digestion, goes to the first tank or the aerobic tank, containing a considerable concentration of BOD 5 , but which can finally be absorbed by the aerobic process, this concentration must if it is taken into account when calculating the concentration of input but for practical purposes, it implies an increase of up to 20% in the concentration of the BOD 5 of the ehtrada, which implies that a very slight increase in energy might be necessary, but because the system is so efficient, this increase is nil to treat this leachate of anaerobic bacteria.
  • the UASB system will operate by accumulating within the system of fixed suspended solids (SSF), since these within the body of the UASB reactor will tend to form the flocs, but also when they are many they will tend to decrease the hydraulic residence time, and will also avoid that volatile suspended solids (SSV) are formed, damaging the operation since they are the active biomass, or the microorganisms responsible for biodegrading the organic matter.
  • SSF fixed suspended solids
  • SST total suspended solids
  • SSV volatile suspended solids
  • the first tank would be the UASB digester tank that would have two functions: sludge and sludge digester, but when the load is less than 400 milligrams per liter the roughing tank would be sludge digestion only.
  • this UASB Operation by introducing wastewater influent, with concentrations below 300 milligrams per liter, directly to the aerobic system.
  • this UASB is designed to operate with hydraulic residence times of up to 1 day or more, based on the calculation, the amount of iodine produced and its concentration in the aerobic system.
  • the UASB unit in addition to the roughing unit would be a sludge digestion unit.
  • the disinfection system is by chlorine isocyanate, ⁇ through ultraviolet light or by the use of ozone, and which manages to remove the organic matter, but not the microorganisms, for which, the following disinfection methods are used:
  • the photo disinfection would be a reactor agitated with atanaso, which is the allotropic form of titanium oxide, which with the help of ultraviolet light can form high-energy electrons, capable of breaking organic chains together with rings, concentrations of up to 20 milligrams per liter of atanaso, with illumination of up to 100 watts per cubic meter can be useful to achieve a clear effluent and without organic, this method can decrease the content of COT (total organic carbon), along with the color, and also fecal coliform coughs. • Use of ozone.
  • ozone can be useful if up to 30 milligrams per liter of ozone is used to oxidize and disinfect the effluent, achieving disinfection in chambers of less than 1 minute, the application of ozone at these concentrations can leave the effluent with colors of less than 20 units in the Co - Pt scale and fecal coliform concentrations of less than 100 NMP / 100 ml.
  • the preferred method for the start-up is to manufacture the suspended tissue, using for which, adding commercial sugar, 1.5 grams of commercial sugar per thousand liters, every 3 hours to establish the mud, with stirring every 30 minutes for 30-minute rest .
  • This routine allows to create the optional tissue without odor formation, or the presence of bulking (sludge bulge), which when it has low density does not settle.
  • the agitation can be increased, at a greater time for example agitation by 60 minutes with a rest of less than 30 minutes that would imply a faster formation of biomass, a way to increase the greater amount of biomass within the aerobic system, it is to avoid oxygen strikes, allowing a large amount of this biomass to form, allowing a kind of Pasteur effect to occur, since a more aerobic system produces more biomass in the wastewater, it could even be allow a supersaturated oxygen system to form biomass, with the presence of sugar or any other soluble sugar, be it triosa, tetrosa, pentosa, hexosa, preferring the cheapest one, and making it a hexose, (glucose, fructose, etc.), or failing some pqlisacáriclo, or some
  • d ⁇ sacár ⁇ fo such as: commercial sugar.
  • activated sludge from any treatment plant can be conditioned for this type of plant, if first, it is allowed to have, rest periods, in which the anoxic, and optional bacteria can be formed, without causing Butking or floating inside of the secondary settler. This is achieved by allowing time periods at rest, with floor agitation, ranging from ten minutes to one day, increasing every day for one minute, until reaching the standard value, or operating value, which could be as small as 12 minutes of aeration, against about 70 minutes of rest with agitation.

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Abstract

Sistema para el tratamiento de aguas residuales con aireación intermitente y de bajo consumo de energía, que comprende: un Cárcamo de bombeo o controlado por medio de un PLC para realizar el control de bombeo, nivel y gasto del líquido; el líquido es bombeado hasta el dispositivo de tratamiento aeróbico, o al dispositivo UASB, tratamiento aerobio que consta de un equipo de difusión de aire o difusores de burbuja fina (1) operan de forma intermitente y diagonal, notándose una alta densidad de difusores en la zona aerobia, donde seria opciona que dicha región fuese mas profunda que las demás zonas, un agitador (8), tanto el agitador como el soplante son controlados por tiempo usando un PLC, el agitador opera después de que los difusores se detienen, además aplica energía para evitar la sedimentación de lodos dentro del tanque de aireación. Posteriormente el agua pasa a un tanque de sedimentación (3) el cual, separa el líquido del lodo, y envía, el lodo en exceso, al dispositivo de digestión anaerobia de lodos UASB, utilizando otra electro válvula (10); el UASB tienen una cámara de acumulación de biogás, que puede quemarse, el sistema de quemado esta controlado por el PLC, y en esa parte tiene también una unidad sedimentadora que separa los lodos anaerobios del líquido obtenido. El líquido sin lodos es separado por el sedimentador (3), dicho sedimentador en Ia parte superior, tiene una canaleta con mamparas de natas, que permite que este líquido no tenga natas, ni lodo y es transferido a una cámara de desinfección (15), que se encarga de darle tiempo de residencia al desinfectante, el desinfectante es servido mediante una bomba dosificadora, y controlado mediante el PLC, opcionalmente puede tener un transductor para controlar Ia concentración del desinfectante.

Description

OPTIMΪZACIÓN ENERGÉTICA DE UNA PLANTA DEL TIPO AEROBIO ANÓXICO,
FACULTATIVO, ANAEROBIO, UTILIZANDO BURBUJA FINA, SIN PRODUCCIÓN DE LODOS.
DESCRIPCIÓN
ANTECEDENTES
Este tipo de planta de tratamiento es una combinación del sistema europeo de burbuja fina de plantas aeróbícas anóxicas en contracorriente, pero con el agregado que el sistema de digestión incorpora un sistema del tipo UASB (Up Flow Anaerobic Slugde Blanket), en Ia digestión de lodos, Io cual, se traduce en Ia ausencia de una línea de lodos.
Además de utilizar aireación del tipo contracorriente, donde se aproveche en Io máximo el oxígeno transferido al sistema de aireación de tal manera o de tal suerte que se pueda, hacer un consumo mínimo de energía, por Ia transferencia; por otro lado, al no contar con Ia digestión de lodos por medios aerobios, sino por medio anaerobios, entonces se descubre un método anaerobio, como es el UASB para tratar los lodos de un sistema de lodos activados, de cualquier tipo pero utilizando como sistema de digestión un sistema anaerobio del tipo UASB. Esto se traduce en un sistema que consume poco oxígeno, ya que por un lado, se cuida Ia transferencia de masa permitiendo que el oxígeno sea transferido al agua de forma eficiente, y también en lugar de utilizar Ia digestión anaerobia, se utiliza Ia digestión mediante un sistema UASB que permite remover cargas muy altas con eficiencias muy altas también, por ejemplo Ia eficiencia normal de un sistema convencional de remoción de carga en un sistema aerobio para lodos es cercana del 40 al 60%, que en un sistema UASB puede ser mayor llegando según sea el caso hasta un 70% o más en Ia remoción de sólidos y demanda química de oxígeno (DQO) de los lodos. Esta patente contiene un sistema de tratamiento con base a una planta de lodos activados con Ia modalidad, aerobio, anóxico, anaerobio, con bajo consumo de energía, y sin producción de lodos, debido ai alto grado de remoción de carga orgánica que el UASB tiene en el caso de Ia materia orgánica de ios iodos. Teniendo una planta de tratamiento con bajo consumo de energía y de baja producción de lodos a diferencia de otros sistemas que producen lodos los mencionados en las siguientes solicitudes de patente o patentes: CN1313250, WO2007136296, 4P2007130533 y US2006000770. Otras patentes o solicitudes de patente usan métodos sin producción de iodos, o baja producción de los mismos, MX 173685 A, MX 172965 A, sin embargo, en estos casos, no se utiliza el medio suspendido, como es esta solicitud, en el caso de JP2005144291 utiliza una membrana que implica un posible atascamiento de Ia misma, y con un gasto energético sensiblemente mayor, ningún de los casos mencionados, se da el sistema de aireación intermitente, excepto en JP2003245684, pero si produce Iodos, y utiliza un sistema de membrana que no existe en Ia presente invención.
El sistema propuesto en esta invención, adicionalmente, remueve azufre, nitrógeno, fósforo, y desde luego demanda biológica de oxígeno (DBO).
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS FIGURA 1.- Alzado de Ia planta de tratamiento propuesto, visto lateral, observándose el reactor aerobio del sistema (2).
FIGURA 2.- En esta figura se observa Ia planta de tratamiento con su cárcamo de bombeo y los reactores aerobios, anóxicos, facultativos anaerobios.
FIGURA 3.- Esta figura se refiere at sistema del cárcamo de bombeo de tal manera que se observan las bombas, escaleras marinas (27), observándose el desarenador (19) más corto que el sistema convencional. FIGURA 4.- Planta del cárcamo de bombeo situando dos bombas (25) y donde se observa vista de planta.
FIGURA 5,- Corte transversal de cárcamo de bombeo,
FIGURA 6.- Vista frontal del vertedor. FIGURA 7,- Detalle de sujeción del vertedor al cárcamo de bombeo
FIGURA 8.- Otra vista de corte transversal del cárcamo, contemplando el sutro de ambas cámaras,
FIGURA 9.- Otro detalle de sujeción de Ia compuerta del cárcamo.
Las. abreviaturas empleadas en Ia descripción y en las figuras, son las siguientes: NTN - nivel natural de tierra
NC - NIVEL DE CORONA
NPT - NIVEL DE PISO TERMINADO
NP -NIVEL DE PLANTILLA
Nhmax - NIVEL HIDRAUUCO MÁXIMO Nhmin - NIVEL HIDRÁULICO MÍNIMO
N -NIVEL HIDRÁULICO
DBO demanda biológica de oxigeno.
DQO demanda química de oxigeno.
DESCRIPCIÓN DE UV PLANTA
La planta de tratamiento esta constituida de un cárcamo de bombeo (figura 3), y tres tanques concéntricos los cuales representan un tanque aeróbico (2), un sedimentador secundario (20), y un digestor anaerobio (21) el último tanque concéntrico. Lo cual implica en todo arreglo el siguiente esquema que permita, realizar un sistema de tratamiento de tal manera que permita obtener agua residual cumpliendo con Ia norma actual con menos de 20 miligramos por litro de DBO (demanda biológica de oxígeno), y menos de 5 miligramos por litro de nitrógeno en todas sus formas con menos de 100 colíformes fecales, esto dependiendo del tipo de desinféctente a emplear, e inclusive obtener valores de DBO y conformes fecales menores, y valores de nitrógeno mas pequeños de ios arriba mencionados. La planta de tratamiento esta constituida de ios siguientes elementos: a) Cárcamo de bombeo (18). b) Primer tanque de aeración (2). c) Segundo tanque de sedimentación (20). d) Tercer tanque de digestión (21). e) Sistema de desinfección en forma de serpentín o cámara de desinfección (15).
Cárcamo de bombeo.
El cárcamo de bombeo, que se muestra en Ia figura 3 esta compuesto de los siguientes elementos que están fabricados para favorecer la inyección de algunos sólidos suspendidos volátiles, pero no Ia entrada de rocas, y arena, el cual quedaría dentro de las cámaras de desarenación (23), las cuales son muy cortas o mas cortas que las cámaras convencionales, para que permitan Ia entrada de cierto tipo de arenisca, con diámetro menor a 0.2 centímetros, con densidad de al menos por arriba de uno, que permitirá Ia formación de núcleos para Ia formación de flóculos, dentro del proceso de aireación, así como dentro del proceso anaerobio.
En caso que el sistema de desarenación sea tan eficiente que elimine toda Ia arenisca que impida Ia formación de núcleos dentro del sistema aerobio o anaerobio, se requerirá que dentro del sistema se agregue un medio para Ia formación de núcleos de flóculos dentro del sistema aerobio.
El cárcamo esta compuesto de los siguientes elementos: a) Patio de maniobras. (29) b) Cámara de desarenación. (22) c) Cárcamo de bombeo. (18) d) Medidor Sutro o vertedor sutro. (24) e) Reja de gruesos.(22) f) Rejilla para Ia protección de bombas del cárcamo. (28)
Estos elementos no corresponden al método de cálculo tradicional, pero están pensados para evitar el deterioro de Ia bomba, eliminado Ia gran parte de Ia arenas abrasivas dentro del sistema de cámara de desarenación, pero permitiendo esa arena que hará Ia formación de núcleos aerobios y anaerobios, y evitando Ia entrada de los flotantes, sin embargo, el pelo y algunos otros elementos logran pasar y parar la bomba eventualmente. Una vez por cada seis meses es necesario Ia limpieza pero solamente si se consigue atascar con basura proveniente del caño, si Ia cultura de los usuarios es buena en Io que respeta a no echar basura dentro del sistema de drenaje, no se requiere limpieza.
La limpieza necesaria en este sistema se lleva a cabo una vez por semana, o si hay mucha basura, una vez por cada tres días. En situaciones normales, Ia limpieza del sistema se lleva a cabo una vez cada quince días.
Primer tanque de aireación.
Se pueden distinguir dos formas de operación, Ia primera es Ia operación con bajas cargas orgánicas, de DBO de entre 70 hasta 300 miligramos por litro, en Ia cual, el agua entra directamente al tanque de aireación o primer tanque de aireación (2); cuando el agua tiene por arriba de 300 miligramos por litro hasta aproximadamente 1000 miligramos por litro de DBO, la unidad de desbaste o disminución de materia orgánica sería ei UASB, logrando hasta un 70% de remoción de materia orgánica.
Aunque el tanque en este dibujo es circular podría ser cuadrado, o podría ser ovoide.
En el primer tanque, se transfiere oxígeno dísueíto por medio del soplante (9) y los difusores (1), al agua residual doméstica, logrando concentraciones por encima del punto de saturación, esto se logra dependiendo del nivel sobre el mar, y de Ia temperatura del agua en un espacio de alrededor de hasta 12 minutos, tiempo en el cual, el sistema mediante un PLC y Ia programación del mismo, que opera todo el sistema, manda Ia señal para que deje de funcionar el soplante y al mismo tiempo trabaje el agitador (8), haciendo que se formen flóculos dentro del reactor aerobio, y consumiendo el oxigeno dentro del agua, después se consumen los nitratos que se formaron dentro del agua por oxidación del nitrógeno amoniacal, sin embargo, el sistema bacteriano, soporta mas allá de esta ausencia de nitratos, nitritos, y oxígeno, hasta mas por arriba de estos valores, permitiendo un sistema facultativo, en el cual, los microorganismos siguen vivos a pesar de que no hay nitratos, nitritos, ni tampoco oxígeno disuelto dentro del agua, Io cual implica o un fase mϊcroaerofílica, o francamente facultativa, ya que Ia degradación de Ia materia orgánica o Ia reducción de Ia DBO dentro del efluente sigue, sin embargo, rangos mayores de ausencia de oxígeno por arriba de 80 minutos que pueden dejar muerte celular con necrosis del tejido, notándose por Ia presencia de cadaverina y putrecina cuando el agua dura con espacios de mas de 5 días con ese régimen.
Sin embargo, si el estanque es muy grande, podría funcionar tanto el soplante (9), como el agitador (8), al mismo tiempo, solo cuidando que Ia gradiente G o energía disipada, sea menor de 60 seg. ~ι, si dicho gradiente es mayor sería necesario que el soplante no trabajara de forma conjunta con el agitador, ya que esto podría dañar las aspas de Ia hélice del agitador, y es preferible detener la agitación mediante difusores, y permitir el funcionamiento del agitador, esto permite que se formen flóculos, y evita que se sedimente Ia biomasa, ya que si llega a sedimentar, se formaran dos capas, Ia primera, que seria una capa aeróbica, y Ia segunda anaerobia, ya que en esta capa que no tendría acceso al oxigeno, ai substrato (en este caso Ia materia orgánica), nitratos, nitritos, Io cual implicaría la posibilidad, de que dicho lodo, se muriese, transformándose estos microorganismos en materia orgánica, además de perder eficiencia en remoción de materia orgánica, por falta de posibilidad de tener contacto con el substrato, La velocidad del agitador (8) deberá ser tal que permita una velocidad, aproximada de 0.7 metros por segundo, hasta 2 metros por segundo, con gradiente de menos de 60 segundos a Ia menos uno. El equipo puede presentar diferencias en cuanto al bombeo de cárcamo (18) que pueden ser: centrifugas, de cavidad progresiva, del tipo tomillo de Arquímedes, lobuladas y de diafragma. Las cribas (22) podrían ser manuales o automáticas. Los dispositivos de control de flujo pueden ser: Vertedor Sutro (figura 8), una unidad del tipo rotativo, un sistema de medición y control mediante ultrasonido, luz ultravioleta, mecánico, vertedor del tipo Palmer Boulus o Cipoleti. Las válvulas pueden ser: Válvula de globo, válvula compuerta, electroválvula, válvula de retención de cobre, y del tipo check. El sistema de control puede ser: mediante un PLC o mediante una tarjeta de contri electrónico, o mediante un sistema Timer electrónico. En cuanto a Ia aireación, su sistária de difusión de aireación diagonal puede ser: mediante difusores (1) del tipo plato con burbuja fina inatascables, de tipo tubular con burbuja fina inatascables, de plato cerámico y burbuja fina, plato con cubierta de plástico para evitar el atascamiento, difusión del aire mediante un dispositivo del tipo Venturi, mediante un sistema del tipo aireación mecánica evitando los soplantes, pero sustituyéndolos con este tipo de aϊreadores mecánicos. Y los soplantes (9) pueden ser: tipo lobular o centrífugo con o sin variador de frecuencia para variar el gasto de aire. Y el agitador (8) puede ser: de alta velocidad, con aletas de menos de 1 metro y velocidades de 1000 a 3000 rpm, o c-e, baja velocidad, que incluye agitadores con aletas amplias de mas de 2 metros cada uno de largo, con velocidades que van de 10 rpm hasta 50 rpm.
Finalmente, el tanque de sedimentación puede ser: de placas paralelas, de módulos o del tipo industria! que contenga placas tubulares, o placas onduladas, o también utilizar sedimentadores sin placas.
Explicación de Ia mejora de eficiencia en Ia relación energía materia orgánica removida. La programación del sistema, logra hacer más eficiente Ia transferencia, y todo tiene que ver con Ia forma en que se programan los ciclos.
Como se menciona en el texto anterior, Ia aireación de este tanque se logra mediante ciclos, cada ciclo tiene dos fases a saber:
• Fase aerobia.
• Fase anóxica y
• Fase facultativa.
En Ia primera fase, se obtiene Ja formación de nitratos y nitritos, mediante Ia adición de oxígeno, así como el consumo de alcalinidad, y también por Ia formación de nitritos y una modificación de pH.
También obviamente se obtiene una remoción de Ia forma de operación, casi todas las plantas de tratamiento de aguas residuales, utilizan Ia operación en Ia fase de crecimiento microbiano estacional, Io cual, implica que Ia cantidad de lodo que se tiene dentro del reactor, estaría muy cercano a 900 mi. por litro de agua, sin embargo, en este tipo de planta, es conveniente operar, en la fase de crecimiento logarítmico, esto contiene varias implicaciones con respecto ai método de crecimiento tradicional:
1. Una menor cantidad de todos activos dentro del reactor, 2. Un mayor cantidad de lodos purgados al reactor digestor UASB.
3. Un menor consumo de energía.
Una menor cantidad de lodos dentro del reactor aerobio.
Normalmente Ia operación tradicional ,de un sistema de tratamiento implica tener como substrato limitante Ia materia orgánica, operando con altas concentraciones de lodos dentro del reactor, tomando en cuenta que dichos lodos, estarían en un rango de cerca de 900 ml./litro, esto implica que se requiere que los microorganismos, utilicen una aparte de Ia materia orgánica para generar energía, y otra parte de Ia materia orgánica para formar biomasa activa, y se cuenta con tiempos de duplicación celular muy altos de mas de una hora, Io cual implica disminuir Ia formación de lodos, y esto a Ia vez tiempos de retención de células de alrededor de 8 a 12 días, sin embargo, en este caso, se prefiere que contar con poca cantidad de células dentro del reactor aerobio, y modificar el tejido de tal suerte que sea una mezcla de bacterias anóxicas, aerobias resistentes a la carencia de oxígeno, y facultativas, Io que implica tiempos de retención celular que pueden ser parecidos a los arriba mencionados, pero también implicaría que dentro del reactor el contenido de células sería mucho menor, que significa que Ia cantidad de células dentro del reactor serían alrededor de al menos de 300 mi por litro, pudiendo tomar hasta 850 mi. contra casi 900 mi. por litro que normalmente consideradas dentro de un sistema de tratamiento.
Un mayor cantidad de lodos purgados al reactor digestor UASB. Tener la experiencia de operar dentro de la fase de crecimiento logarítmico es hacer que las células, tengan un consumo de energía mayor que normalmente tendrían para duplicarse produciendo una cantidad de células mayor, esto implica un consumo mayor de energía para lograr Ia purga de estas células, pero también implica que dichas células dentro del reactor UASB se obtengan por una remoción mayor de materia orgánica ya que sin mediar energía, se logren remociones de materia orgánica de hasta del 70%, sin mediar consumo de energía.
Un menor consumo de energía, por Ia existencia de operación cercana a Ia lase logarítmica.
Toda célula, utiliza Ia energía extraída de Ia materia orgánica de dos formas posibles:
• Mantenimiento de la célula en sí.
• Duplicación de Ia célula.
La utilización de Ia energía es preferentemente en el mantenimiento de Ia célula, solo cuando Ia energía sobra la célula se duplica, utilizando esa energía para Ia formación de otra nueva célula, sin embargo, en lugar de llevar a estas células a metabolismo endógeno, se lleva a las células extras formadas hasta el digestor anaerobio, el resultado es un consumo menor de energía, ya que Ia energía utilizada en Ia formación de nuevas células, se traduce en una mayor eficiencia del sistema. Se logra un costo de 12 centavos promedio del costo energético, pero la optimización puede hacer que el costo sea menor.
Consumo de alcalinidad. Para Ia producción de nitratos se consume alcalinidad, ron un total de consumo de Alcalinidad de hasta 7.14 MG. CO3Ca / MG. N-NH4 oxidado, esto tiene como implicación π que habrá agua a las cuales se les tenga que agregar bicarbonato de sodio como coadyuvante en Ia nitrificacíón y desnitrificación, es importante realizar el anáfisis correspondiente para esta operación, además de contar con una dosificadora que no aparece en píanos, pero sí Ia alcalinidad es muy pequeña (menos de 50 partes por millón) seria necesario tomar las precauciones proporcionándola al agua, La zona de dosificación seria a Ia entrada en el cárcamo.
Un menor consumo de energía por un incremento en ta taza de transferencia por hacer las operaciones de difusión de aire de forma intermitente, empleando también difusores de burbuja fina, y alta densidad de ellos dentro de Ia región aerobia.
Existe en principio un fenómeno físico, en Ia cual ocurre Io siguiente, Ia velocidad de transferencia del oxígeno al agua es directamente proporcional a Ia diferencia que existe en el nivel de saturación y Ia concentración inicial cuando se empieza a transferir el agua, esto quiere decir:
1.- Sí Ia diferencia dentro del agua es más grande Ia velocidad de transferencia será mayor.
R= KIa (So sat - So). R= Velocidad de transferencia del oxigeno dentro del agua. KIa = Constante de transferencia por el área de burbuja. So ^ = Concentración de saturación del agua dentro del reactor. So = Concentración del oxigeno dentro del reactor. Ir Para lograr Ia mayor velocidad de transferencia, Ia concentración del inicio, So deberá ser Io más cercana a cero, pero esto afectara al sistema bacteriano, ya que generara una serie de bacterias microaerofílicos, o de plano bacterias facultativas. Pero este sistema ocurre de Ia siguiente manera, al principio ios nitratos del agua se agotarán, y después las bacterias tendrán una fase facultativa.
Esto implica que el sistema del tipo aerobio tendrá una fase facultativa, en Ia cual, el oxígeno dentro del reactor deberá ser cero, sin embargo, el decaimiento de Ia materia orgánica continuará. Dentro del sistema es conveniente que el factor de seguridad del sistema sea de 1.5. 3,- Esto también implica que el sistema, al agotar el oxígeno tendrá variaciones muy importantes de oxígeno y el sistema bacteriano tendría que estar sujeto también a una secuencia diferente que el proceso aeróbicό tiene en los lodos activados convencionales. 4.- Para tratar de encontrar el mínimo de aireación, y después el valor de reposo o fase anóxica, y facultativa, se han propuesto diversos métodos, utilizando transductores de oxido reducción, medidores de oxigeno disuelto, y medidores del Ion amoniaco, y nitrato, sin embargo, el mejor método, es hacerlo en campo, cuidando que el sistema no tenga muerte microbiana, con Ia mayor cantidad de calor en el agua, capaz de mejorar el crecimiento bacteriano incrementando al máximo el consumo de oxígeno con Ia mayor cantidad de remoción de materia orgánica. Sin embargo, las investigaciones efectuadas, demuestran remoción de materia orgánica aun en condiciones de cero nitratos, y cero oxígeno disuelto/ Io cual, implica una fase facultativa no estricta/ y Ia utilización de transductores para medir oxígeno disuelto en agua y el potencial de Oxido Reducción dentro del agua, son obsoletos. En condiciones de calor, con temperaturas del agua de alrededor de 30 grados centígrados el valor de Ia aireación con burbujas finas fue de 9 a 12 minutos por setenta de reposo con agitación. El valor estándar para operar estos tanques son de 30 minutos de reposo, con 30 minutos de aireación de burbuja fina, teniendo casi 20 minutos los valores de oxígeno y de nitratos igual a cero, Io cual implica una fiase facultativa dentro del sistema.
5.- Ei tiempo de reposo, es conveniente por dos razones, la primera tiene que ver con la disminución del consumo de energía, ya que Ia masa bacteriana en este tipo de sistemas, sigue funcionando, sin consumir Ia energía, pero removiendo Ia materia orgánica, y removiendo los nitratos, nitritos, ácido sulfhídrico y fosfatos, Ia otra razón es que el cultivo que allí se obtiene con los tiempos de reposo, es un cultivo bacteriano, que puede permanecer hasta 5 días sin aireación, sin producir olores, en cambio, en los cultivos bacterianos de los sistemas convencionales, se producen olores, ya que al morir las bacterias, producen alcaloides cadavéricos tales como putrecina y cadaverina. 6.- Todo tiempo de reposo, deberá contar con un sistema de agitación que puede ser del tipo de alta velocidad, con paleta pequeña, o de velocidad baja con paleta grande, en el primer caso» hasta las 1750 rpm se pueden permitir, pero Ia potencia suministrada, imputada sería de hasta, 1 watt por metro cúbico de agua tratada en ambos casos, para sistemas pequeños (menos de 45 litros por segundo) prefiérase el sistema de alta velocidad, por bajo costo, y para el caso de sistemas grandes (mas de 45 litros por segundo) el sistema de baja velocidad, con velocidad de paletas de 18 a 22 rpm. Es importante en todo caso revisar Ia gradiente, encontrándose que en ambos casos, Ia gradiente, expresada como seg/1 no deberá repasar 60 seg.'1 de Io contrario es conveniente corregir dicha gradiente para reducirla, y dejarla en valores menores de este 60 expresada en seg.'1.
En este primer tanque el nitrógeno amoniacal se transforma primero en nitratos y nitritos, como se observa en las siguientes ecuaciones de estequiométricas.
Formación de nitritos. Oe tal suerte que ocurre Ia siguiente reacción.
2 NH3 + 7/2 O2 = 3H2 O + 2 N O2 '
Formación de nitratos.
2 NH3 + 3O2 - 3 H2 O + N O3 "
El primer tanque de aireación (2) es un sistema de aireación de doble propósito, ya que existe un sistema aerobio y otro anóxico, el cual, en el momento de llevar a cabo la nitrificación, el amoniaco se transforma en nitratos y nitritos, el cual, en el momento de reaccionar con el ácido sulfhídrico, se transforma en azufre elemental, agua, y los nitratos en nitrógeno atmosférico.
NO3 + 3 H2 S s= N 2 + 3 S + 3 H2 O
Esto hace que se vea disminuido el olor sensiblemente dentro del sistema de aireación, ef cual, inhibe el olor producto del ácido sulfhídrico. Este proceso de remoción de ácido sulfhídrico, además de permitir una remoción importante de azufre dentro del agua, permite que no se presenten olores de ácido sulfhídrico, ya que el principal constituyente del olor de una planta de tratamiento es por Ia presencia del ácido sulfhídrico, y al contar con una fase que permita que los nitratos funcionen para eliminarlo, Ia planta tiene pocos olores, o ninguno; el otro posible fuente de olor, es aquella que permite que Ia biomasa muera, por un periodo de reposo con agitación muy prolongado, Io cual induce a que algunos microorganismos que están en latencta por ser facultativos no estrictos, mueran provocando un olor diferente de! tipo cadaverina y putreciπa.
Pero además, se obtiene un poco de energía que no se había considerado, al transformar el nitrógeno amoniacal en nitritos y nitratos, Ia energía que se suministra en Ia producción de eltos y que no se hubiere recuperado, se recupera y se reutiliza para disminuir el olor del sistema, esta es una de las razones por Ia cual, las plantas no tienen olor, o son más seguras que los sistemas aerobios, por otro lado, cuando cesa el sistema de aireación, el cultivo ocurre en una forma de cultivo facultativo, el cual, casi no utiliza oxigeno y sigue consumiendo DBO y materia orgánica dentro del agua residual, por consiguiente no utiliza energía dentro del sistema.
Esto es, además de remover Ia materia orgánica se remueve el nitrógeno y el azufre dentro del sistema de tratamiento.
Dicho de otro modo, se puede garantizar Ia mejor agua con un sistema de tratamiento de bajo costo energético. Removiendo no solo Ia materia orgánica sino también el nitrógeno, fósforo, azufre, los cuatro miembros más importantes del sistema contaminante de un agua residual, sin tener un costo adicional.
Dentro de este tanque también hay un sistema de floculación mediante Ia agitación de un agitador de piso, el cual, provoca una formación de flóculos dentro del sistema, que permite una mejor sedimentación en el tanque siguiente, esto se provoca disminuyendo Ia gradiente, hasta valores muy próximos a 60 segundos a la menos uno, el cual, implica Ia formación el flóculos, y también Ia presencia de una mejor remoción y también Ia formación de un ciclo facultativo, esto remueve materia orgánica sin mediar energía, Además de las razones arriba mencionadas existen pues algunas otras razones, que implican un menor consumo de energía por transferencia las cuales serian: La existencia de una fase facultativa después de la fase anóxϊca.
Que son las razones arriba expuestas, de que existe dentro de la fase de reposo, una fase anóxica y una facultativa, en Ia cual, prosigue la remoción de materia orgánica, sin Ia presencia de oxígeno, ni Ia existencia de nitritos ni nitratos.
Un reactor óxico u aeróbico con altas concentraciones de difusores dentro de Ia región óxica o aeróbica.
También existe dentro del sistema de aireación un sistema óxico, o aeróbico (16), esto se debe adicionaimente a Ia existencia de una zona de alta concentración de difusores dentro de una parte del tanque aireado.
EΞsto permite un incremento de nivel de transferencia de oxígeno al agua dentro del tanque.
Salida de burbuja en forma de hipotenusa. Un mayor contacto de Ia burbuja con el agua provee una mayor transferencia de oxígeno dentro del agua, lograr una agitación en forma diagonal, implica un mayor contacto de Ia burbuja con el agua, Io cual, mejora Ia eficiencia de transferencia de oxígeno al agua, ya que exhibe el mayor contacto de Ia burbuja con el líquido, y esto desde luego mejora Ia transferencia.
Programación óptima del tanque de aireación.
Como resultado de esto, para optimizar o disminuir el tiempo de aireación, sería conveniente que el sistema estuviera optimizado, esto se lograría, operando Ia planta de tratamiento en los meses de mas calor asegurándose entonces que el agua existente, presente el máximo consumo de oxígeno por parte de las bacterias, disminuyendo paulatinamente el tiempo de aireación e incrementando el tiempo de reposo de igua! forma de manera paulatina.
Tiempos óptimos de aireación, Ia aireación sería tal que tendría tiempos mínimos de aireación para disminuir la cantidad de consumo energético, dando como resultado la siguiente tabla No 1.
Tabla No i.- Parámetros mínimos y máximos de las fases dentro de un ciclo.
Figure imgf000019_0001
Segundo tanque o tanque de sedimentación.
Con el floculo formado por el agitador de piso (8), el floculo se precipita dentro del segundo tanque interno (20), el cual en Ia parte media tiene placas paralelas (4), aquí en este sedimentador junto con las placas se permiten cargas hidráulicas, de hasta 120 m3/rrι2 día, pero puede no haber placas, Io cual implicaría utilizar cargas hidráulicas de menos de 20 m3/m2 día. El segundo tanque del sistema es un sedimentador, el cual por razones de área conviene que sea de placas, el cual, puede tener tazas de sedimentación más altas que las convencionales, y permite precipitación normal del agua sin necesitar floculantes ni otro reactivo, es conocido que los lodos activos de un proceso anóxico, son difíciles de precipitar, pero en un sistema del tipo placas paralelas, puede ser mejor que usar un sedimentador convencional, o de baja tasa.
El sistema de sedimentación tiene un anillo (30), formado por manguera de polietileno de alta densidad, o cualquier otro material flexible, que pueda ser forjado de forma cilindrica y hueco, el cual, se encarga de recoger el lodo formado dentro del sistema, en Ia zona de lodos (13) y este anillo, permite llevar el lodo a una bomba que con un cárcamo seco
(14), Io lleva hasta devolver parte al tanque aerobio, con válvulas eléctricas de restricción, y también mediante unas electro válvulas (10), se purga el excedente hasta el reactor UASB (21) que es el tercer tanque o el tanque mas interno dentro de Ia figura 2, se encarga de llevarlo hasta el primer tanque aerobio, y optimizado de acuerdo a las necesidades de cada planta de tratamiento.
Tercer tanque de digestión anaerobia o UASB.
El tercer tanque de digestión, mostrado en Ia figura 2 esta efectuado por medio de un sistema del tipo UASB el cual, el lodo es transportado por Ia bomba de reciclo de lodo (14), y se purga del segundo tanque y mediante Ia electro válvula, se vierte dentro del tanque anaerobio tipo UASB, para mantener Ia cantidad de lodos en el sistema, Jos tiempos de retención celular son mas pequeños, eso permite contar con mas lodo aerobio de purga, pero Ia eficiencia de digestión anaerobia es cercana a 90%, pero también una biomasa diferente a Ia convencional que se cuenta como en un sistema de lodos activados.
La eficiencia del digestor anaerobio de lodos mediante UASB, esta cerca del 90%, esto permite tener una producción de lodos casi nula, ya que en término de casi 4 años Ia producción de lodos es nula, y los parámetros para disponer lodos sean diferentes a los convencionales. Con los sistemas convencionales se tendría que contar con una producción mil veces mayor, con una producción promedio de 1 litro por segundo de casi un total de 200 litros por día, al 60% de humedad, contra casi cero en el mismo intervalo. Dicho de otro modo, se puede decir que este sistema NO produce lodos del tipo biológico dentro del proceso aquí propuesto, o su producción es muy pequeña, considerándose nula para fines prácticos. EI sistema UASB utilizado esta diseñado para contar con alta remoción con masa del tipo floculante, sin embargo, podría contar con pettets o bacterias del tipo granular, prefiriendo las del tipo floculante.
Para este caso, el ecosistema encontrado dentro de la planta de tratamiento del rastro de Salamanca, Guanajuato, México; es Ia alternativa para poder sembrar otros reactores, utilizando dicho ecosistema allí existente.
Posteriormente que los lodos son digeridos por el UASB, el liquido producto de Ia digestión, va a parar al primer tanque o al tanque aerobio, conteniendo una concentración de DBO5 considerable, pero que finalmente puede ser absorbida por el proceso aerobio, esta concentración debe de tomarse en cuenta a Ia hora de calcular Ia concentración de entrada pero para fines prácticos, implica un incremento de hasta 20% en la concentración de la DBO5 de ehtrada, Io cual, implica que podría ser necesario un muy ligero incremento de energía, pero al ser tan eficiente el sistema este aumento es nulo para tratar este lixiviado de bacterias anaerobias. El sistema UASB, irá operando acumulando dentro del sistema de sólidos suspendidos fijos (SSF), ya que estos dentro del cuerpo del reactor UASB tenderán a formar los flóculos, pero también cuando son muchos tenderán a disminuir el tiempo de residencia hidráulica, y también evitarán que se formen sólidos suspendidos volátiles (SSV), perjudicando Ia operación ya que ellos son Ia biomasa activa, o los microorganismos encargados de bíodegradar la materia orgánica.
La relación de operación de sólidos suspendidos totales (SST) y sólidos suspendidos volátiles (SSV) sería:
SSV/SST en teoría si fuese muy buen lodo, este coeficiente sería igual a uno, y esto implicaría que los sólidos suspendidos fijos son nulos, pero en la práctica, este coeficiente esta en el valor de 0.2 a 0.4. Un valor menor de O.i podría significar que e$ necesario la purga del reactor, con lo cual, sería necesario sacar ei iodo existente, aproximadamente, se calcula, que se formaría υn total de 3 metros cúbicos por cada 7 años.
Si uno deseara la disminución de la cantidad de concentración de DBO5, el primer tanque sería el tanque digestor UASB que tendría dos funciones: desbaste y digestor de lodos, pero cuando Ia carga es menor a 400 miligramos por litro el tanque de desbaste sería de solo de digestión de lodos.
En este proceso existen dos formas de operar: Operación de baja carga»
Operación mediante la introducción de influente de aguas residuales, con concentraciones por debajo de 300 miligramos por litro, directamente al sistema aerobio. Cuando es el caso, este UASB se diseña para operar con tiempos de residencia hidráulica de hasta 1 día o más, tomando como base de cálculo, Ia cantidad de iodos producidos y su concentración en el sistema aerobio.
Operación de alta carga.
Operación con influentes por arriba de 300 miligramo por litro hasta por debajo de 10,000 miligramo por litro, donde primero se utilizaría el UASB como unidad de desbaste, logrando eficiencias de hasta 70%, en base DBO medida a los cinco días, con tiempos de retención de hasta 12 horas dentro del sistema, UASB inicial, pero teniendo como base de cálculo el gasto de entrada o el gasto de diseño.
En este caso, Ia unidad UASB además de unidad de desbaste sería unidad de digestión de lodos.
Sistema de desinfección o cámara de desinfección. El sistema de .desinfección es mediante isocianato de cloro, Ό medíante luz ultravioleta o por el empleo de ozono, eí cual logra remover Ia materia orgánica, pero no los microorganismos, para lo cual, se emplean los siguientes métodos de desinfección:
• Foto desinfección mediante foto colorantes.
Usando para-rosasilina y / azul de metileno.
La foto desinfección seria un reactor agitado con atanaso, que es la forma alotrópica del oxido de titanio, el cual con ayuda de Ia luz ultravioleta puede formar electrones de alta energía, capaces de romper cadenas orgánicas junto con anillos, concentraciones de hasta 20 miligramos por litro de atanaso, con iluminación de hasta 100 watts por metro cúbico pueden ser útiles para lograr un efluente claro y sin orgánicos, este método puede disminuir el contenido de COT (carbono orgánico total), junto con el color, y también tos coliformes fecales. • Empleo de ozono. El empleo de ozono puede ser útil si se emplea de cerca de hasta 30 miligramos por litro de ozono para oxidar y desinfectar el efluente, lográndose una desinfección en cámaras de menos de 1 minuto, Ia aplicación de ozono en estas concentraciones puede dejar el efluente con colores de menos de 20 unidades en la escala Co - Pt y concentraciones de coliformes fecales menores de hasta 100 NMP/100 mi. # Empleo de cloro para desinfectar, o algún otro compuesto halógeno, tal como bromo, cloro, o Yodo.
Teniéndose una concentración de cloro residual de 0.2 miligramos por litro, hasta 1 miligramo por litro, con tiempos de residencia de hasta 20 minutos, Yodo, y bromo residual con Ia misma dosificación y tiempo de retención de hasta 20 minutos prefiriéndose el empleo de isocianato de cloro, e hipoclorito formado wϊn situ", ya que se consume el color orgánico del agua. • Eropteo de Iones plata, cobre, zinc.
Arranque del sistema.
Para el arranque del sistema, o "Starfc Up" del mismo, es necesario que exista biomasa, para Io cual existen dos opciones, las cuales pueden ser:
• Formación de biomasa de Ia misma agua residual, (método preferido).
• Arranque sin formación de biomasa.
Con formación de biomasa de Ia misma agua residual.
El método preferido para el arranque es fabricar el tejido suspendido, utilizando para Io cual, adición dé azúcar comercial, 1.5 gramos de azúcar comercial por cada mil litros, cada 3 horas para establecer el lodo, con agitación cada 30 minutos por reposos de 30 minutos. Esta rutina permite crear el tejido facultativo sin formación de olores, ni Ia presencia de bulking (Aultamiento de lodos), el cual cuando tiene baja densidad no se sedimehta.
Pero si no es relevante el olor, se puede incrementar Ia agitación, a un tiempo mayor por ejemplo agitación mediante 60 minutos con reposo de menos de 30 minutos que Implicaría una formación de biomasa, más rápida, una forma de incrementar Ia mayor cantidad de biomasa dentro del sistema aerobio, es evitar los paros de oxígeno, permitiendo que se forme una gran cantidad de esta biomasa, permitiendo que se presente una especie de efecto Pasteur, ya que un sistema mas aerobio produce mas biomasa dentro del agua residual, se podría inclusive permitir un sistema sobresaturado de oxígeno para que se formara biomasa, con Ia presencia del azúcar o cualquier otro azúcar soluble, sea triosa, tetrosa, pentosa, hexosa, prefiriendo Ia mas barata, y que sea una hexosa, (glucosa, fructosa, etc.), o en su defecto algún pqlisacáriclo, o algún
:dísacárκfo, tal corno :e1 azúcar comercial .
Arranque sin formación de biomasa "ϊn situ". Utilizar lodo activado de cualquier planta de tratamiento puede acondicionarse para este tipo de planta, si primero, se permite que se tenga, periodos de reposo, en los cuales se puedan formar las bacterias anóxicas, y facultativas, sin que ello provoque Butking o flotamiento dentro del sedimentador secundario. Esto se consigue permitiendo espacios de tiempo en reposo, con agitación de piso, que van de diez minutos por un día, incrementando todos los días durante un minuto, hasta llegar al valor estándar, o valor de operación, que podrías ser tan pequeño como 12 minutos de aireación, contra cerca de 70 minutos de reposo con agitación.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Sistema para el tratamiento de aguas residuales con aireación intermitente y de bajo consumo de energía, que comprende: un dispositivo de pretratamíento de agua residual, que incluye bombas (25) que succionan el agua residual, Ia cual ha sido cribada mediante una rejilla de finos y de gruesos (22), y Ia grava es almacenada en una cámara (19); dicho dispositivo de pre tratamiento tiene un dispositivo de control y medición de flujo, válvulas de retención y de control, estas bombas (25) son controladas mediante electro niveles los cuales emiten la señal a un dispositivo de PLC para realizar el control de bombeo, nivel y gasto del líquido; el líquido es bombeado hasta el dispositivo de tratamiento, o al dispositivo UASB, que es el digestor de lodos, el dispositivo de tratamiento aerobio que consta de un equipo de difusión de aire o difusores de burbuja fina (1) los cuales son alimentados por un soplante (9) que insufla aire a ellos y operan de forma intermitente y diagonal, notándose una alta densidad de difusores en Ia zona aerobia, donde seria opcional que dicha región fuese mas profunda que las demás zonas, un agitador (8), tanto el agitador como el soplante son controlados por tiempo usando un PLC, el agitador opera después de que los difusores se detienen, además aplica energía para evitar Ia sedimentación de lodos dentro del tanque de aireación. Posteriormente el agua pasa a un tanque de sedimentación (3) el cual, separa el líquido del lodo, esto se logra mediante una cámara que almacena los lodos dentro de este dispositivo de sedimentación, con el objetivo de realizar una succión de lodos mas homogénea, en Ia parte inferior de esta cámara de sedimentación existe un anillo (30) el cual sirve para absorbe el lodo mediante una bomba (14), dicha bomba tiene Ia característica de ser calculada para evitar que la presión no sea excesiva; mediante unas tuberías Ia bomba traslada los lodos al equipo de tratamiento, usando una electro válvula (10), y envía, el lodo en exceso, al dispositivo de digestión anaerobia de lodos, utilizando otra electro válvula (IG); dicho dispositivo tipo jtfASB (21) (Up Flow Anaerobic Sjugde
Blanket), digiere los iodos medíante bacterias anaerobias, τvo utilizando energía para su digestión, las cuales constituyen ϋñ manto cié loSos ϊlócüléñtós o granulares, éste dispositivo I)ASB esta compuesto por tubos de entrada(6), para forzar la entrada de los lodos, y que vayan de abajo hacia arriba usando una tubería (5), en Ia parte superior, tienen una cámara de acumulación de biogás, que puede quemarse cuando asciende, para evitar daño a Ia atmosfera, el sistema de quemado esta controlado por el PLC, y en esa parte tiene también una unidad sedimentadora que separa ios lodos anaerobios dei líquido obtenido. El líquido sin lodos es separado por el sed¡mentador(3), dicho sedimentador en Ia parte superior, tiene una canaleta y un vertedor diente de sierra junto con mamparas de natas, que permite que este líquido no tenga natas, ni lodo y es transferido a uh tubo serpentín, o cámara de desinfección (15), que se encarga de darle tiempo de residencia al desinfectante, el desinfectante es servido mediante una bomba dosificadora, y controlado mediante el PLC, opcionalmente puede tener un transductor para controlar Ia concentración del desinfectante.
2.- Sistema para el tratamiento de aguas residuales con aireación intermitente y de bajo consumo de energía, como se reivindica en 1, cuyas bombas del cárcamo pueden ser: centrifugas, de cavidad progresiva, del tipo tornillo de Arquímedes, lobuladas y de diafragma.
3.- Sistema para el tratamiento de aguas residuales con aireación intermitente y de bajo consumo de energía, como se reivindica en 1, cuyas cribas pueden ser: manuales o automáticas. $.-*• Sistema para el tratamiento de aguas residuales con aireación intermitente y de bajo consumo de energía, como ss reivindica en 1, cuyos dispositivo de control y medición de flujo puede ser: Vertedor Sütro, una unidad del tipo rotativo, un sistema de medición y control mediante ultrasonido, luz ultravioleta, mecánico, vertedor del tipo Palmer Boulus o Cipoleti.
5,- Sistema para el tratamiento de aguas residuales con aireación intermitente y de bajo consumo de energía, como se reivindica en 1, cuyas válvulas pueden ser: Válvula de globo, válvula compuerta, electroválvula, válvula de retención de cobre, y del tipo check.
6.- Sistema para el tratamiento de aguas residuales con aireación intermitente y de bajo consumo de energía, como se reivindica en 1, cuyo sistema de control puede ser: mediante un PLC o mediante una tarjeta de control electrónico, o mediante un sistema Timer electrónico.
7.- Sistema para el tratamiento de aguas residuales con aireación intermitente y de bajo consumo de energía, como se reivindica en 1, cuyo sistema de difusión de aireación diagonal puede ser: mediante difusores del tipo plato con burbuja fina inatascables, de tipo tubular con burbuja fina inatascables, de plato cerámico y burbuja fina, plato con cubierta de plástico para evitar el atascamiento, difusión del aire mediante un dispositivo del tipo Venturi, mediante un sistema del tipo aireación mecánica evitando los soplantes, pero sustituyéndolos con este tipo de aireadores mecánicos.
8.- Sistema para el tratamiento de aguas residuales con aireación intermitente y de bajo consumo de energía, como se reivindica en 1, cuyos soplantes pueden ser: tipo lobular o centrífugo con o sin variador de frecuencia para variar el gasto de aire.
9.- Sistema para el tratamiento de aguas residuales con aireación intermitente y de bajo consumo de energía, como se reivindica en 1, cuyo agitador pueden ser: De alta velocidad, con aletas de menos de 1 metro y velocidades de 1000 a 3000 rpm, o de baja velocidad, que incluye agitadores con aletas amplias de mas de 2 metros cada uno de largo, con velocidades que van de 10 rpm hasta 50 rpm.
10.- Sistema para el tratamiento de aguas residuales con aireación intermitente y de bajo consumo de energía, como se reivindica en 1, cuyo tanque de sedimentación puede ser: De placas paralelas, de módulos del tipo industrial que contenga placas tubulares, o placas onduladas, o también utilizar sedimentadores sin placas.
11.- Proceso para el tratamiento de aguas residuales con aireación intermitente y de bajo consumo de energía, que comprende las siguientes etapas: a) Pre tratamiento como proceso, el cual esta diseñado para remover arenas de 0.2 cm, pero dejando que las arenas mas pequeñas puedan seguir el paso, removidas todas las partículas no biodegradables, en seguida dentro del cárcamo de bombeo, el tiempo de residencia ideal seria menor o igual de 20 minutos, b) El agua es bombeada hacia un equipo de tratamiento de aguas, dicho tratamiento es variable dependiendo de:
Si Ia concentración de DBO medida a los cinco días, es entre 300 y menos de 1000 el tratamiento es de tres fases: aerobia, anóxica y facultativa, Ia fase aerobia, tiene tiempos de residencia hidráulicos de 4 horas hasta 3 días, Ia fase anóxica, que esta en función del contenido de nitrógeno dentro del agua residual en cuestión, pero que se calcula con base a υn factor de seguridad de 1.5 hasta 2.5 veces el tiempo teórico, dicho tiempo podría ser de 3 horas adicionales, hasta mas de 3 días. Si ia concentración de DBO medida a tos cinco días, es mayor de 300 pero menor de
10,000, el sistema incluye una cuarta fase que es Ia fase inicial anaerobia, que implica el inició ñU sistema a partir del UASB como pfirñéifa unidad después ñé\ cárcamo üé bombeo, con tiempo de residencia de hasta 24 horas, o hasta 5 días. En estas condiciones el sistema UASB tiene doble función/ una como unidad de desbaste la otra como sistema de digestión de lodos, posteriormente, el lodos es transferido a una unidad del tipo UASB, en el caso de baja carga, donde los lodos son digeridos, con eficiencias que van hasta 90% de los sólidos suspendidos volátiles, el liquido remanente se retoma al sistema de aireación. Dentro del sistema UASB los lodos orgánicos son sustituidos paulatinamente por sólidos suspendidos fijos, los cuales, cada 7 años aproximadamente deberán ser purgados, o cuando el coeficiente de SSV/SST sea menor de 0.1. El liquido tratado es sedimentado mediante tiempos de retención de 10 minutos hasta 2 horas, el tiempo de purgado por Ia bomba dentro de Ia cámara de sedimentador no es mayor de 4 horas. Ei volumen de purga varia conforme el contenido de DBO del influente, realizando Ia purga de manera tal que ubicar Ia masa bacteriana en fase de crecimiento logarítmico y no en fase de crecimiento estacional como generalmente se opera, pero deberá asegurar el tiempo de purga del contenido de lodos dentro del sistema en el orden de mínimo de 5 mililitros por litro medido en el cono Imhoff, hasta 900 mililitros por litro, teniendo en cuenta que bajas concentraciones de lodos, y bajas temperaturas, pueden provocar espumas, prefiriéndose en agua residual doméstica rangos de 300 hasta 850 mililitros por litro de lodos. La purga deberá garantizar que las bacterias estén en fase logarítmica. c) Los lodos de purga o lodos en exceso son purgados a un sistema UASB el cual degrada a los lodos, de forma anaerobia, constituyendo una fase alterna al sistema ya que seria una fase anaerobia exclusiva para los lodos de purga. d) Posteriormente el efluente es desinfectado con tiempos que varían de hasta menos de 1 minuto en el caso del ozono, hasta de 30 minutos en el caso del doro.
12.- Proceso para el tratamiento de aguas residuales con aireación intermitente y de bajo consumo de energía, como se reivindica en 11, que se pueden utilizar como desinfectantes uno o mezclas de los siguientes: Iones de plata, foto colorantes tales como azul de metileno, pararosasilina, bromo, iodo, cobre, peróxido de hidrogeno, luz ultravioleta unido a Atanaso y luz ultravioleta sola.
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