ES2197988T3 - Aparato de tratamiento de agua residual. - Google Patents

Aparato de tratamiento de agua residual.

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ES2197988T3 ES97907217T ES97907217T ES2197988T3 ES 2197988 T3 ES2197988 T3 ES 2197988T3 ES 97907217 T ES97907217 T ES 97907217T ES 97907217 T ES97907217 T ES 97907217T ES 2197988 T3 ES2197988 T3 ES 2197988T3
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Abstract

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN APARATO DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES, QUE COMPRENDE UN TANQUE DE TRABAJO (10), MEDIOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (32) SITUADOS EN EL INTERIOR DEL TANQUE DE TRABAJO (10), MEDIANTE LOS CUALES SE TRATAN LOS DESECHOS ORGANICOS CONTENIDOS EN LAS AGUAS RESIDUALES, UN ORIFICIO DE DESCARGA (18) A PARTIR DEL TANQUE DE TRABAJO (10), Y UN TANQUE DE ALMACENAMIENTO (12) AGUAS ABAJO RESPECTO DEL TANQUE DE TRABAJO (10), QUE SIRVE PARA CONTENER LAS AGUAS RESIDUALES. LOS PRIMEROS MEDIOS DE TRANSFERENCIA (16, 20) ENTRE EL TANQUE DE TRABAJO (10) Y EL TANQUE DE ALMACENAMIENTO (12), SIRVEN PARA TRANSFERIR LAS AGUAS RESIDUALES DESDE EL TANQUE DE ALMACENAMIENTO (12) AL DE TRABAJO (10). LOS SEGUNDOS MEDIOS DE TRANSFERENCIA (18, 22) SIRVEN PARA DESCARGAR AGUAS RESIDUALES DESDE EL TANQUE DE TRABAJO (10), A TRAVES DEL ORIFICIO DE DESCARGA (18). SE PROVEEN MEDIOS SENSORES DEL NIVEL DEL PARAMETRO (36), PARA DETECTAR EL VALOR DE UN PARAMETRO DADO DE LAS AGUAS RESIDUALES EN UNO O AMBOS TANQUES, Y MEDIOS DE CONTROL (38) CONECTADOS A UNO O AMBOS DE LOS MEDIOS DE TRANSFERENCIA (16, 20; 18, 22) Y A LOS MEDIOS SENSORES DEL NIVEL DEL PARAMETRO (36), PARA HACER FUNCIONAR DICHOS MEDIOS DE TRANSFERENCIA EN DEPENDENCIA DE LA SEÑAL RECIBIDA DE LOS MEDIOS SENSORES. LOS MEDIOS SENSORES DEL NIVEL DEL PARAMETRO (36) ESTAN FABRICADOS Y DISPUESTOS DE TAL FORMA QUE PERMITEN DETECTAR AL MENOS DOS VALORES DISTINTOS DE CERO DE DICHO PARAMETRO, Y DE PRODUCIR SEÑALES INDICATIVAS DE DICHOS DOS VALORES. LA EXTENSION DEL ACCIONAMIENTO DE UNO O AMBOS MEDIOS DE TRANSFERENCIA (16, 20; 18, 22) MEDIANTE DICHOS MEDIOS DE CONTROL (38) DEPENDE DE CUAL DE LOS DOS VALORES DIFERENTES SE INDIQUE MEDIANTE LA SEÑAL PRODUCIDA POR LOS MEDIOS SENSORES DEL NIVEL DEL PARAMETRO (36).

Description

Aparato de tratamiento de agua residual.
La presente invención se refiere a un aparato de tratamiento de agua residual, que comprende un tanque de trabajo, medios de aireación en el tanque de trabajo mediante los que se trata el residuo orgánico del agua residual, una salida de descarga desde el tanque de trabajo, un tanque de retención corriente arriba del tanque de trabajo que sirve para retener el agua residual, primeros medios de transferencia entre el tanque de trabajo y el tanque de retención que sirven para transferir agua residual desde el tanque de retención hasta el tanque de trabajo, segundos medios de transferencia que sirven para descargar agua residual desde el tanque de trabajo a través de dicha salida de descarga, medios sensores de nivel de líquido dispuestos para detectar el nivel de agua residual en el tanque de retención, medios sensores de oxígeno disuelto dispuestos para detectar la cantidad de oxígeno disuelto en el agua residual del tanque de trabajo, y medios de control conectados a unos o a ambos medios de transferencia, medios de aireación, medios sensores de nivel de líquido, y medios sensores de oxígeno disuelto, estando los medios sensores de nivel de líquido construidos y dispuestos de modo que están capacitados para detectar al menos dos valores diferentes, que no son cero, del nivel de agua residual en el tanque de retención, y para emitir señales indicativas de esos dos valores.
El documento DE-A-2909333 describe un aparato en el que, en caso de que el contenido de oxígeno de la mezcla de agua residual y de lodo de un tanque de lodo activado, caiga con el incremento de la concentración del agua residual de llegada, entonces la señal de valor real procedente de un medidor es menor que un valor objetivo predeterminado, y por comparación con el valor obtenido por un dispositivo de regulación y control, se envía una señal de regulación a una válvula automática, y se abre un paso hasta el tanque de retención. En caso de que el contenido de oxígeno de la mezcla de lodo y agua residual del tanque de lodo activado durante un período de gran consumo, caiga por debajo de un valor mínimo predeterminado para el contenido de oxígeno, entonces la válvula automática se dispone de tal modo, mediante una señal de regulación procedente del dispositivo de regulación y control, que se cierra un paso ramificado. En caso de que el contenido de oxígeno se eleve por encima del valor mínimo, entonces se abre de nuevo el paso ramificado, y cuando se alcanza el valor objetivo, se cierra el paso hasta el tanque de retención.
El documento US-A-4966705 describe una planta de tratamiento de agua residual de diseño simple y de alta eficacia, que está particularmente adaptada para su uso en pequeñas comunidades. Las planta comprende un tanque de reacción y un tanque de aireación, medios de entrada para admitir agua residual bruta de forma continuada hacia el tanque de reacción, un primer elevador de agua por aire o canal de carga para transferir agua residual intermitentemente desde el tanque de reacción hasta el tanque de aireación para desplazar el agua residual tratada desde aquel a través de una salida, aireadores para airear el tanque de aireación cuando el primer elevador de agua por aire o canal de llegada se encuentra operativo, una segunda bomba para transferir lodo y agua residual desde el tanque de aireación hasta el tanque de reacción después de que el primer elevador de agua por aire ha dejado de operar y antes de que se active el aireador, y medios de control para detener la aireación durante tiempo suficiente con anterioridad a que la actuación del primer elevador de agua por aire o canal de llegada permita la regulación sustancial del lodo en el tanque de aireación.
Hasta ahora, en tales aparatos, el medio de detección de nivel de parámetro ha comprendido un detector de nivel de agua simple en el tanque de retención, que está capacitado solamente para detectar si el tanque de retención está o no lleno. Una vez que el tanque de retención emite la señal de lleno al medio de control, este último provoca que el medio de transferencia descargue el agua residual desde el tanque de trabajo y transfiera el agua residual desde el tanque de retención hasta el tanque de trabajo de acuerdo con un programa predeterminado.
Una desventaja de un sistema de este tipo, consiste en que es incapaz de responder a un cambio considerable de la velocidad de suministro de agua residual o de carga biológica al tanque de retención, por ejemplo debido a la afluencia de agua de lluvia al sistema durante un período de condiciones atmosféricas muy malas.
La presente invención pretende obviar esta desventaja.
En consecuencia, la presente invención está dirigida a un aparato de tratamiento de agua residual que tiene la construcción que se expone en el párrafo introductorio de la presente descripción, en el que la cantidad de operación de al menos el citado segundo medio de transferencia por parte de dicho medio de control depende de cual de los dos valores diferentes sea indicado por la señal emitida desde el medio detector de nivel de líquido, siendo la citada cantidad de operación para los dos valores diferentes proporcional a éste, y siendo la cantidad de operación de los medios de aireación dependiente de la cantidad de oxígeno disuelto en el agua residual del tanque de trabajo según es detectada por el medio sensor de oxígeno disuelto.
Los dos valores citados pueden estar dentro de una gama de valores infinitamente variable, de tal modo que dicha cantidad de operación varíe de forma sustancialmente continua en proporción al valor del parámetro.
Con preferencia, dicho parámetro consiste en la profundidad del agua residual en el tanque de retención, pero alternativamente puede ser la cantidad de oxígeno disuelto en el agua residual en el tanque de trabajo, o puede ser el contenido de fósforo del agua residual en el tanque de retención.
Se pueden encontrar presentes más de un sensor para detectar niveles de más de un parámetro del agua residual en uno de ambos tanques, y el medio de transferencia puede estar operado por medios de control dependiendo de ambos, o de cada uno, de los niveles de esos parámetros.
Si dicho parámetro es la profundidad del agua residual en el tanque de retención, resulta deseable que el medio de detección de nivel de parámetro comprenda un detector de nivel ultrasónico en el tanque de retención. Éste puede estar situado en, o cerca de, la parte superior del tanque de retención, dirigido descendentemente hacia la superficie del agua residual en el tanque de retención, con el fin de recibir una señal ultrasónica reflejada desde la misma.
El medio de tratamiento de agua residual puede comprender al menos un aireador. Una salida de éste, puede estar situada en, o cerca de, la base del tanque de trabajo. Puede estar dispuesta par dirigir una corriente de finas burbujas de aire en dirección ascendente, hacia el agua residual en el tanque de trabajo.
De este modo, se apreciará que el aparato según la presente invención, puede reaccionar automáticamente a uno o más parámetros, de modo que puede hacerse que reaccione al flujo, a la intensidad y a la calidad de la descarga.
La presente invención se extiende a un método de tratamiento de agua residual que utiliza un aparato hecho de acuerdo con la presente invención.
Así, un segundo aspecto de la presente invención está dirigido a un método de tratamiento de agua residual que comprende alimentar el agua residual hacia un tanque de retención, transferir el agua residual desde el tanque de retención hasta un tanque de trabajo, airear el agua residual en el tanque de trabajo, disponer medios sensores de nivel de líquido que sean capaces de detectar al menos dos valores diferentes, que no sean cero, del nivel de agua residual en el tanque de retención, disponer medios sensores de oxígeno disuelto para detectar la cantidad de oxígeno disuelto en el agua residual del tanque de trabajo, y descargar el agua residual desde el tanque de trabajo, en el que la cantidad de descarga de agua residual desde el tanque de trabajo depende de cual de al menos dichos dos valores distintos de cero del nivel de agua residual en el tanque de retención, haya sido detectado, siendo la citada cantidad de descarga para los dos valores diferentes proporcional a aquel, y siendo la cantidad de aireación del agua residual en el tanque de trabajo dependiente de la cantidad de oxígeno disuelto en el agua residual del tanque de trabajo, según es detectada por los medios sensores de oxígeno disuelto.
Un ejemplo de aparato de tratamiento de agua residual que materializa la presente invención, va a ser descrito ahora con referencia a los dibujos que se acompañan, cuya única Figura es una vista esquemática, en alzado, del aparato.
En la Figura, el aparato representado comprende un tanque 10 de trabajo, un tanque 12 de retención, una entrada 14 al tanque 12 de retención, un conducto 16 de transferencia que se extiende desde una posición cercana a la base del interior del tanque 12 de retención hasta la parte superior del interior del tanque 10 de trabajo. El tanque de trabajo se ha dotado de un conducto 18 de salida de descarga que se extiende desde una posición significativamente más baja que la parte superior del interior del tanque 10 de trabajo, hasta una posición que es exterior al tanque 10 de trabajo.
En el pie del conducto 16 de transferencia, en el interior del tanque 12 de retención, se ha dispuesto una bomba 20 de carga. En el pie del conducto 18 de salida de descarga, en el interior del tanque 10 de trabajo, se ha dispuesto una bomba 22 de descarga.
El aparato ilustrado se ha dotado además de un compresor 24 de aire situado por fuera de los tanques. Desde este compresor 24, en el lado corriente abajo del mismo, y conduciendo hacia fuera del mismo, existen tubos 26 y 28 respectivos de suministro de aire que conducen, respectivamente, a matrices de aireadores 30 y 32 de membrana, situados respectivamente en las bases de los espacios interiores del tanque 12 de retención y del tanque 10 de trabajo.
Dos detectores 34 y 36 ultrasónicos, han sido previstos respectivamente en las partes superiores de los espacios interiores del tanque 12 de retención y del tanque 10 de trabajo. Cada uno de ellos está dirigido hacia abajo, para emitir una señal ultrasónica hacia la superficie del agua de su tanque asociado, y para recibir y detectar la señal ultrasónica reflejada desde al superficie del agua en el tanque asociado, y para emitir una señal tras la recepción de ésta.
Ambos detectores están conectados a un microcontrolador electrónico 38, el cual determina el nivel de agua en cada tanque mediante un retardo de tiempo entre la emisión de la señal ultrasónica que éste comanda que sea emitida por cada uno de los medios 34 y 36 detectores de nivel ultrasónicos, y el instante de recepción de la señal reflejada.
El microcontrolador 38 se ha conectado también de modo que controla la actuación del compresor 24, de la bomba 20 de carga, y de la bomba 22 de descarga.
Una sonda 40 de oxígeno disuelto, ha sido situada en el interior del tanque 10 de trabajo, por debajo del nivel de la bomba 22 de descarga, y se ha conectado también eléctricamente al microcontrolador 38 con el fin de proporcionar una señal para su recepción por este último, indicativa del contenido de oxígeno disuelto en el agua residual contenida en el tanque 10 de trabajo.
El aparato opera como sigue.
El aparato se instala para su uso según se ha representado en la Figura, con el tanque 10 de trabajo lleno de agua hasta el nivel A, y se añade bio-lodo que contiene microorganismos capaces de tratar aguas cloacales con el fin de transformarlas en residuos no tóxicos. En el aparato ilustrado, los microorganismos utilizados son de un tipo que requieren el suministro de aire o de oxígeno para ser efectivos.
Con el aparato conectado para recibir las aguas cloacales y/o dicha agua residual desde un domicilio u otras construcciones, dicha agua residual se recibe en el aparato por la entrada 14, de modo que el agua residual empieza a llenar el tanque 12 de retención.
El microcontrolador 38 se programa de modo que accione un compresor 24, con el fin de que este último alimente aire a los aireadores 30 y 32 a intervalos regulares durante períodos de tiempo predeterminados. El actuador 30 actúa únicamente como dispositivo mezclador para el agua residual en el tanque 12 de retención, mientras que el aireador 32 realiza, en el tanque 10 de trabajo, la función adicional de suministrar aire a los microorganismos contenidos en el agua residual del tanque 10 de trabajo.
En una ventana o intervalo fijo establecido con anterioridad a la descarga de acuerdo con la programación previa del microcontrolador 38, este último hace que los detectores 34 y 36 de nivel ultrasónico proporcionen una lectura de los niveles de agua en el interior de sus tanques asociados. Estas lecturas son tomadas después de que ha cesado toda la aireación, durante un período predeterminado, para permitir el establecimiento del agua residual.
Si el nivel de agua en el tanque 12 de retención, está por debajo del nivel marcado con (i) en la Figura, entonces el microcontrolador 38 opera el compresor 24 en modo de reposo, y no acciona la bomba 20 de carga ni la bomba 22 de descarga en absoluto. En modo de reposo, el compresor 24 es accionado con el fin de suministrar aire a los aireadores 30 y 32, durante períodos de tiempo relativamente cortos, a intervalos regulares relativamente largos.
Si el detector 34 ultrasónico indica al microcontrolador que el nivel de agua en el tanque 12 de retención ha alcanzado el nivel (i), correspondiente a un llenado del 20%, entonces el microcontrolador 38 conmuta a una posición fuera del modo de reposo, hacia un primer programa de accionamiento de bomba. En este programa, se acciona la bomba 22 de descarga con el fin de proporcionar una descarga en cada período de veinticuatro horas. El compresor es accionado durante un período de seis horas por cada descarga.
En caso de que se detecte el nivel (ii) en el tanque 12 de retención (correspondiente a un llenado del 60%), entonces se adopta un segundo programa de actuación de bomba mediante el microcontrolador 38, en el que la bomba 22 de descarga se dispone que opere una vez cada veinticuatro horas, con el fin de proporcionar una descarga cada veinticuatro horas, pero durante un período de tiempo más largo, de modo que la descarga total sea mayor de lo que es en el primer programa. El compresor 24 se acciona durante nueve horas para cada descarga.
Si el nivel de agua en el tanque 12 de retención alcanza el nivel (iii) (correspondiente a un llenado del 80%), el microcontrolador 38 conmuta a un tercer programa de accionamiento de bomba, en el que la bomba 22 de descarga se acciona tres veces cada período de veinticuatro horas, siendo cada descarga del mismo volumen que en el primer programa, y el compresor 24 se acciona durante seis horas por cada operación.
En cada uno de estos programas, se acciona la bomba 20 de carga para mantener el nivel de agua en el tanque 10 de trabajo entre los niveles A y B, correspondientes a un llenado del 85% al 90% en el tanque de trabajo.
En caso de que el valor de oxígeno disuelto, según se indica al microcontrolador 38 por medio de la sonda 40, sea bajo, el microcontrolador incrementa el período de aireación por medio del compresor 24. Por ejemplo, si ese valor cae por debajo de un valor de umbral predeterminado, se doblan los períodos de aireación hasta un momento tal que una lectura adicional de la sonda indique un nivel aceptable de oxígeno disuelto en el agua residual.
Resulta posible que el microcontrolador 38 esté en una instalación exterior, quizás a muchos cientos de kilómetros, pero enlazado por medio de una línea telefónica, por ejemplo. Con preferencia, sin embargo, el microcontrolador 38 está en el lugar, pero puede ser programado o re-programado desde una posición externa alejada a través de una conexión telefónica, por ejemplo.
Se apreciará que el aparato ilustrado proporciona ventajas que incluyen un potencial de manejo de ambientes húmedos de hasta tres veces el de un aparato convencional, incrementando el potencial de trabajo de un tanque de trabajo de tamaño determinado, reduciendo el consumo de energía bajo cargas hidráulicas y biológicamente activas ampliamente variables, y controlando de forma precisa estándares de descarga muy altos con independencia de las funciones de carga.
Los diferentes programas de actuación de bomba pueden tener diferentes longitudes para cada actuación de bomba, o diferentes frecuencias de actuación, o ambos. Asimismo, diferentes patrones de aireación.
Mientras que aquí se han dado niveles de umbral específicos de agua en el tanque de retención, y mientras que se han descrito patrones de reacción específicos, puede existir una respuesta infinitamente variable en proporción al grado en que difiere el nivel de agua en el tanque de retención respecto al nominal.
En vez de reaccionar a niveles absolutos de agua en el tanque de reacción, el aparato puede estar construido y programado para que reaccione a cambios a partir de un modelo de flujo en el tanque de retención. El modelo previamente almacenado, puede ser aprendido por el microcontrolador 38 durante un período de tiempo dado.
En caso de que la respuesta del aparato a la sobrecarga sea inadecuada para permitir una descarga aceptable, el patrón operativo proporcionará prioridad a una descarga aceptable sobre, y antes que tener que basarse en el volumen hidráulico, con el fin de que esté libre de fallo. Al mismo tiempo, se puede emitir una señal de aviso con medios no representados, posiblemente hasta una posición alejada del lugar.

Claims (9)

1. Aparato de tratamiento de agua residual, que comprende un tanque de trabajo (10), medios de aireación (32) en el tanque de trabajo (10) mediante los que se trata el residuo orgánico del agua residual, una salida (18) de descarga desde el tanque de trabajo (10), un tanque (12) de retención corriente arriba del tanque (10) de trabajo que sirve para retener agua residual, primeros medios (20) de transferencia entre el tanque de trabajo (10) y el tanque (12) de retención que sirven para transferir agua residual desde el tanque (12) de retención hasta el tanque (10) de trabajo, segundos medios (22) de transferencia que sirven para descargar agua residual desde el tanque (10) de trabajo a través de la citada salida (18) de descarga, medios (34) sensores de nivel de líquido dispuestos para detectar el nivel de agua residual en el tanque (12) de retención, medios (40) sensores de oxígeno disuelto dispuestos para detectar la cantidad de oxígeno disuelto en el agua residual del tanque (10) de trabajo, y medios (38) de control conectados a uno o a ambos de los medios (20, 22) de transferencia, medios (32) de aireación, medios (34) detectores de nivel de líquido y medios (40) sensores de oxígeno disuelto, estando los medios (34) detectores de nivel de líquido y los medios (40) sensores de oxígeno disuelto construidos y dispuestos de modo que son capaces de detectar al menos dos valores diferentes, distintos de cero, del nivel de agua residual en el tanque (12) de retención, y de emitir señales indicativas de estos dos valores, que se caracteriza porque la cantidad de operación de al menos los citados segundos medios (22) de transferencia por parte de los medios (38) de control, depende de cual de los dos valores diferente sea indicado por la señal emitida desde los medios (34) sensores de nivel de líquido, siendo la cantidad de operación de los dos valores diferentes proporcional a éstos, y siendo la cantidad de operación de los medios (32) de aireación dependiente de la cantidad de oxígeno disuelto en el agua residual del tanque de trabajo (10) según se detecta a través de los medios (40) sensores de oxígeno disuelto.
2. Aparato de tratamiento de agua residual de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque dichos dos valores están dentro de una gama de valores infinitamente variables, de tal modo que dicha cantidad de operación de dichos segundos medios de transferencia varía sustancialmente de forma continua en proporción al valor del nivel de agua residual en el tanque (12) de retención.
3. Aparato de tratamiento de agua residual de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que se caracteriza porque los medios (34) sensores de nivel de líquido comprenden un detector (34) de nivel ultrasónico.
4. Aparato de tratamiento de agua residual de acuerdo con la reivindicación 3, que se caracteriza porque el detector (34) de nivel ultrasónico se sitúa en, o cerca de, la parte superior del tanque (12) de retención, dirigido hacia abajo, hacia la superficie del agua residual del tanque (12) de retención, con el fin de recibir desde ésta una señal ultrasónica reflejada.
5. Aparato de tratamiento de agua residual de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que tiene presente más de un sensor (34, 36) para detectar niveles de más de un parámetro del agua residual en uno o ambos de los tanques, estando los medios (20, 22) de transferencia operados por los medios de control (38) dependiendo de ambos, o de cada uno de los valores de esos parámetros.
6. Aparato de tratamiento de agua residual de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que se caracteriza porque se ha dispuesto una salida de los citados medios (32) de aireación en, o cerca de, la base del tanque (10) de trabajo.
7. Aparato de tratamiento de agua residual de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que se caracteriza porque dichos medios (32) de aireación están dispuestos de modo que dirigen una corriente de finas burbujas de aire ascendentemente hacia el agua residual del tanque (10) de trabajo.
8. Un método de tratamiento de agua residual, que comprende alimentar el agua residual a un tanque de retención (12), transferir agua residual desde el tanque (12) de retención hasta un tanque (10) de trabajo, airear el agua residual en el tanque (10) de trabajo, disponer medios (34) sensores de nivel de líquido para que sean capaces de detectar al menos dos valores diferentes, que no sean cero, del nivel de agua residual en el tanque (12) de retención, disponer medios detectores de oxígeno disuelto para detectar la cantidad de oxígeno disuelto en el agua residual del tanque (10) de trabajo, y descargar el agua residual desde el tanque (10) de trabajo, que se caracteriza porque la cantidad de descarga de agua residual desde el tanque (10) de trabajo depende de cual de dichos al menos dos valores distintos de cero del agua residual en el tanque (12) de retención haya sido detectado, siendo la citada cantidad de descarga para los dos valores diferentes proporcional a éstos, y siendo la cantidad de aireación del agua residual en el tanque (10) de trabajo dependiente de la cantidad de oxígeno disuelto en el agua residual del tanque (10) de trabajo según se detecta a través de los medios (40) detectores de oxígeno disuelto.
9. Un método de tratamiento de agua residual de acuerdo con la reivindicación 8, que utiliza el aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7.
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