ES2599640T3

ES2599640T3 - Control de procedimiento para un sistema de membrana sumergido

Info

Publication number: ES2599640T3
Application number: ES11152729.7T
Authority: ES
Inventors: Boris Fernandez Ginzburg; Francois Yacoub; Pierre Lucien Cote; Arnold Janson
Original assignee: Zenon Technology Partnership
Current assignee: Zenon Technology Partnership
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2026-07-11
Also published as: EP3189885A1; US20110042312A1; US9783434B2; EP1904216A1; EP2314368B1; WO2007006153A1; US8357299B2; AU2006269733B2; EP2314368A2; US20070039888A1; CA2614676A1; CA2614676C; AU2006269733A1; EP1904216A4; EP2314368A3

Abstract

Un procedimiento de tratamiento de agua, que es un procedimiento de control de procedimiento en línea mediante un modelo de resistencia en serie, comprendiendo el procedimiento de tratamiento de agua las etapas de: a) proporcionar un sistema (10) de tratamiento de agua que tiene una unidad de membrana sumergida en un depósito, teniendo la unidad de membrana membranas de filtración para retirar el permeado filtrado del agua que está siendo tratada, comprendiendo también dicho sistema (10) de tratamiento de agua uno o más colectores (12) de datos y un controlador (14), y pudiendo el sistema de tratamiento de agua operarse de acuerdo con dos o más modos discretos de operación, diferenciándose los modos de operación en su efecto sobre las incrustaciones de las membranas, en el que los modos de operación se diferencian entre sí en relación con uno o más de (a) régimen de lavado a contracorriente, (b) régimen de permeación, (c) régimen de limpieza con descarga de aire, (d) régimen de limpieza química de la membrana o (e) régimen de mejora de filtrabilidad de lodos; b) operar el sistema (10) de tratamiento de agua en uno de los modos de operación en cada uno de una pluralidad de períodos de tiempo; c) recoger con dichos uno o más colectores (12) de datos los datos relacionados con más de una resistencia de las membranas, y calcular con dicho controlador (14), utilizando el modelo de resistencia en serie, los valores de más de una resistencia de las membranas de vez en cuando, mientras se opera el sistema (10) de tratamiento de agua, y se monitorizan esas resistencias; d) considerar los valores de más de una resistencia cuando se selecciona el modo de operación para uno o más de los períodos de tiempo; en el que el modelo de resistencia en serie es un modelo en el que la resistencia total para la filtración se representa como una combinación de un número de resistencias individuales y en el que la etapa (d) comprende: i) establecer un primer grupo de puntos de consigna y un segundo grupo diferente de puntos de consigna; ii) comparar las diferentes resistencias que están siendo monitoreadas con sus respectivos puntos de consigna para realizar los cambios adecuados en el modo de operación; iii) cuando cualquiera de los valores de las resistencias que están siendo monitoreadas son superiores a cualquiera de los primeros puntos de consigna correspondientes, que representan los valores máximos de resistencia a los que debería operar el sistema, el modo de operación se elige para ser un modo de Eliminación de Incrustaciones para reducir las incrustaciones de las membranas; iv) cuando cualquiera de los valores de las resistencias que están siendo monitorizadas están entre el primer y segundo puntos de consigna, el modo de operación no se cambia; y v) cuando todos los valores de las resistencias que están siendo monitoreadas son inferiores a los segundos puntos de consigna correspondientes, el modo de operación se elige para ser un modo de Ahorro Energético para conducir al ahorro energético.

Description

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DESCRIPCION

Control de procedimiento para un sistema de membrana sumergido Campo de la invencion

Esta memoria descriptiva se refiere a un sistema o procedimiento de control de procedimiento para un sistema de tratamiento de agua de membrana utilizando membranas sumergidas.

Antecedentes

Los sistemas de tratamiento de agua de membrana sumergida incluyen, por ejemplo, los sistemas de tratamiento de aguas residuales, tales como biorreactores de membrana y sistemas de filtracion de agua, por ejemplo, destinados a producir agua potable.

Tales sistemas pueden utilizar aire u otros gases burbujeados desde debajo o entre las membranas para limpiar la superficie de las membranas para mantener un caudal de permeado para una presion transmembrana determinada. El caudal de aire es normalmente constante para una instalacion particular cuando se expresa como un volumen de aire por unidad de area de membrana por unidad de tiempo. Para cualquiera de una variedad de razones, el caudal de aire ideal en cualquier momento puede ser significativamente diferente de la tasa normal.

Estas razones pueden incluir:

a) cambios en el caudal de permeado y, por lo tanto, en la tasa de carga de solidos suspendidos sobre la superficie de membrana;

b) cambios en la viscosidad del agua:

i) en sistemas de aguas residuales, siempre que se desecha lodo, o si se produce un equilibrio en el deposito de membrana;

ii) en sistemas de agua potable, si son necesarios cambios en la dosis de coagulante debido a los cambios en la composicion del agua de alimentacion o si se producen cambios en la recuperacion; o,

iii) en todos los sistemas, si cambia la temperatura del agua, por ejemplo, debido a las variaciones estacionales;

c) cambios en la temperatura del aire de entrada del soplador o la densidad que afectaran a la masa de aire suministrada a las membranas para la limpieza; o,

d) en sistemas de aguas residuales, los cambios en la filtrabilidad del lodo debido a los cambios del procedimiento.

La salida de permeado de un sistema de filtracion de agua se puede variar para cualquier numero de factores. En aplicaciones municipales, los factores incluyen la hora del dfa, las condiciones climaticas y las fluctuaciones estacionales. En los sistemas industriales, ademas de estos factores, los programas de produccion, huelgas y cierres de plantas pueden resultar en cambios en la salida del sistema.

En los sistemas de tratamiento de aguas residuales en particular (por ejemplo, biorreactores de membrana), los flujos del afluente pueden ser muy variables y el equilibrio se proporciona generalmente por el disenador del sistema. En algunas instalaciones, el equilibrio se proporciona aguas arriba del biorreactor de membrana en un deposito separado con bombas de transferencia y en otras instalaciones, se proporciona el equilibrio en el deposito biorreactor de membrana. En todas las aplicaciones, la viscosidad y la filtrabilidad de la biomasa variaran debido a las condiciones del procedimiento. Por ejemplo, despues de que los lodos se desechan a partir de un biorreactor y se introduce alimentacion de nueva aportacion, la concentracion de solidos suspendidos disminuira. En esos disenos de sistemas en los que el equilibrio se proporciona en el biorreactor de membrana, la viscosidad cambiara a medida que el flujo de alimentacion al biorreactor de membrana vana. Cuando el nivel de lfquido del biorreactor esta cerca de su maximo, la viscosidad sera la mas baja y cuando el biorreactor esta cerca de su mmimo, la viscosidad estara en su nivel mas alto. La filtrabilidad del lodo cambiara para cualquiera de una variedad de condiciones incluyendo tipos de organismos biologicos presentes, la produccion de materiales celulares adicionales, el pH, tasas de carga de alimento a microorganismos (proporcion F: M), edad del lodo, y tiempo de retencion hidraulico.

Los sistemas de tratamiento de membrana consisten en cualquier numero de bloques separados de membranas, referidos como trenes o bancos, que producen colectivamente el flujo total requerido. La salida de trenes individuales puede variar a medida que vana la salida del sistema por las razones descritas anteriormente. Ademas, la salida de los trenes individuales se puede ver afectada por otros factores, en particular, el numero de trenes realmente en servicio (algunos trenes pueden estar fuera de servicio por mantenimiento u otras razones) y el grado de incrustaciones de las membranas (si es lo suficientemente grave como para limitar la produccion de un tren individual).

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En todas las aplicaciones de tratamiento de membrana, se puede definir una "tasa de carga de masa de solidos suspendidos". Esta tasa refleja la tasa a la que los solidos suspendidos son llevados a la superficie de membrana por la alimentacion y se calcula como la "concentracion de solidos suspendidos x el flujo de permeado" con unidades de "masa/area de membrana unitaria - tiempo". En condiciones de equilibrio, la tasa a la que los solidos suspendidos son llevados a la superficie de membrana tiene que ser igual a la tasa a la que los efectos de la turbulencia y de limpieza con descarga de aire eliminan los solidos suspendidos.

En los sistemas de control para sistemas de membranas sumergidos fabricados actualmente, la practica es fijar la tasa de aireacion a una tasa fija basandose en los disenos estandar o datos experimentales. Durante la puesta en marcha, una optimizacion manual puede dar como resultado un cambio en las tasas de aireacion. Una vez que se completa la puesta en marcha, por lo general no se tienen que realizar ajustes en las tasas de aireacion. La tasa de aireacion (m3 de aire por m2 de area de membrana) se encuentra normalmente en o cerca de la aireacion optima necesaria cuando se opera a plena capacidad o a la mas alta viscosidad del fluido y es constante para todos los trenes en un sistema.

En los sistemas de tratamiento de membrana sumergidos, el filtro de membrana se sumerge en un deposito abierto que contiene la solucion de fluido a filtrar. La filtracion se logra mediante introduciendo agua en el interior de la fibra de membrana bajo un vado. El agua filtrada, tambien denominada permeado o filtrado, se transfiere a un deposito, reservorio o corriente de recepcion aguas abajo. Los materiales que no pasan a traves de la membrana, incluyendo solidos suspendidos, coloides y materiales biologicos, se descargan como una solucion llamada la fraccion rechazada o retenida. Esta fraccion retenida se puede descargar forma continua o intermitentemente dependiendo del diseno del sistema. Aire u otros gases, bajo una ligera presion positiva, se proporcionan a la region del deposito debajo o cerca de la parte inferior de los filtros de membrana. Las burbujas de gas ascendentes limpian la superficie de membrana para reducir las incrustaciones y mantener o ralentizar un descenso de la tasa de penetracion.

La productividad de un sistema de membrana sumergido es directamente dependiente de muchos factores, incluyendo: la presion diferencial a traves de la membrana (tambien denominada presion transmembrana), el material de la membrana y la tasa de transferencia de la masa de agua a traves de la capa lfmite en la superficie de la membrana. Las burbujas de aire ascendentes crean turbulencia y causan un flujo ascendente de agua y la combinacion de la turbulencia y el flujo ascendente de agua reduce el espesor de la capa lfmite y aumenta la tasa de transferencia de masa a traves de la capa lfmite. El aire se puede suministrar de forma continua, en funcion del ciclo (por ejemplo, 10 segundos de activacion, 10 segundos de desactivacion) o intermitentemente (por ejemplo, 60 segundos cada 30 minutos). La energfa es necesaria para proporcionar esta aireacion y esto puede ser un importante contribuyente al consumo total de energfa de un sistema de membrana sumergido.

En la superficie del filtro de membrana, una "capa lfmite" existe y toda el agua que pasa a traves de la membrana debe pasar primero a traves de esta capa lfmite antes de alcanzar la superficie de membrana. Esta capa lfmite es la region fina en la superficie de membrana donde existe un gradiente de velocidad pronunciado y mientras mas fina es la capa lfmite, mas pronunciado es el gradiente de velocidad y mayor sera la tasa de transferencia de masa a traves de la capa lfmite. El espesor de la capa lfmite vana con muchos factores incluyendo la viscosidad y la velocidad del fluido que pasa sobre la superficie y la concentracion de los materiales rechazados por la membrana. El aire suministrado cerca de la parte inferior de la membrana induce turbulencia y cuanto mayor es el caudal de aire, mas fina sera la capa lfmite.

Los biorreactores de membrana (MBR) combinan la tecnologfa de membranas y los procedimientos de biodegradacion de lodos activados para el tratamiento de aguas residuales municipales e industriales. En los MBR, membranas sumergidas o externas se utilizan para filtrar el lodo activado de un biorreactor para producir un efluente de alta calidad. Los MBR de muestra y su operacion se describen en la Publicacion Internacional n.° WO 2005/039742 A1.

Las membranas se pueden disponer generalmente en modulos o elementos que comprenden las membranas y os cabezales fijados a las membranas y se pueden formar juntos en casetes y despues en trenes. Los modulos se sumergen en un deposito que contiene lodo activado. Una presion transmembrana se aplica a traves de las paredes de la membrana lo que hace que el agua filtrada penetre a traves de las paredes de la membrana. Los solidos se rechazan por las membranas y permanecen en el deposito para tratarse biologica o qmmicamente o drenarse del deposito para su reciclaje o tratamiento adicional.

Un ciclo de tratamiento normal comprende dos etapas. La primera etapa, conocida como permeacion, implica la produccion de la membrana de permeado a traves de la aplicacion de una presion transmembrana, como se ha descrito anteriormente.

La segunda etapa consiste en la eliminacion de los solidos de los poros y de la superficie de la membrana. Dos procedimientos operativos diferentes disponibles son la relajacion y el lavado a contracorriente. La relajacion se realiza mediante la eliminacion de la presion transmembrana que hace que la produccion de permeado se detenga y permite que las burbujas de aire eliminen las partfculas de lodo depositadas sobre la superficie de membrana. El otro procedimiento operacional disponible para la eliminacion de solidos es el lavado a contracorriente. El lavado a contracorriente se realiza mediante la inversion de la direccion del flujo de permeado que permite la eliminacion de

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las partfculas de lodo depositadas libremente en los poros y superficie de la membrana.

Un flujo de aire dclico se puede aplicar a los modulos para minimizar la deposicion de partfculas de lodo sobre la superficie de membrana. El sistema de aireacion dclico utiliza un conjunto de valvulas y un controlador de conjunto de valvula para conectar un suministro de aire a una pluralidad de ramas distintas de una red de suministro de aire. Las distintas ramas de la red de suministro de aire se conectan a su vez a los aireadores que pueden estar situados por debajo de los modulos de membrana. Si bien el suministro de aire se opera para suministrar un flujo inicial constante de aire, el conjunto de valvulas y controlador de la valvula dividen y distribuyen el flujo de aire inicial entre las distintas ramas del sistema de distribucion de aire de tal manera que el flujo de aire a cada rama alterna entre un caudal mayor y un caudal menor en ciclos repetidos. La duracion relativa de los periodos de caudal mayor y menor que se aplica a un aireador dado se determina por el factor de frecuencia de aireacion (A.F.F.) que se puede obtener dividiendo las duraciones del penodo de mayor flujo de aire entre la duracion total del ciclo de aireacion (es decir, la duracion del penodo de mayor flujo de aire mas la duracion del periodo de menor flujo de aire), respectivamente. En las aplicaciones practicas, los valores entre 0,25 y 1 son comunes. Por ejemplo, un sistema que tiene cuatro ramas puede alternarse entre los estados de (a) proporcionar aire de forma continua a las cuatro ramas, (b) proporcionar ciclos de aire de 10 segundos de activacion y 10 segundos desactivada mediante la conmutacion entre pares de ramas, (c) proporcionar un ciclo de 10 segundos de activacion y 30 segundos de desactivacion, proporcionando aire a cada rama o secuencialmente (d) estar en un estado de aire desactivado continuo. El numero de sopladores de aire utilizados en el estado (b) puede ser el doble que en el estado (c) y el numero de sopladores de aire en el estado (a) puede ser el doble que en el estado (b). Un aparato y procedimiento para proporcionar el flujo de aire dclico se describen en la Patente de Estados Unidos n.° 6.550.747.

Las burbujas de aire se introducen en el deposito a traves de aireadores que se pueden montar por debajo o dentro de los modulos de membrana y conectarse mediante conductos a un soplador de aire. Las burbujas de aire suben a la superficie del deposito de membrana y crean un ascensor de aire que recircula el licor mezclado en el deposito alrededor del modulo de membrana. Cuando la caudal de aire esta dentro de un alcance efectivo, las burbujas ascendentes y el licor mezclado agitan las membranas para evitar que los solidos en el licor mezclado formen incrustaciones en los poros de la membrana. Ademas, tambien hay una transferencia de oxfgeno de las burbujas al licor mezclado que, en aplicaciones de aguas residuales, proporciona oxfgeno para el crecimiento de microorganismos si se desea.

Limpiezas qmmicas se pueden aplicar tambien para eliminar las suciedades que se acumulan en los poros de la membrana a pesar de la aplicacion rutinaria de las burbujas, la relajacion o el lavado a contracorriente. La limpieza qmmica de mantenimiento, que requiere una solucion qmmica menos concentrada, se puede aplicar para mantener o reducir una tasa de disminucion de la permeabilidad de la membrana. La limpieza qmmica de recuperacion, que requiere una solucion qmmica mas concentrada, se puede aplicar a una frecuencia inferior para restaurar la permeabilidad de la membrana cuando ha disminuido considerablemente.

Las incrustaciones de la membrana es probablemente el problema operativo mas comun encontrado en los MBR. Las incrustaciones de la membrana se producen cuando los poros de membrana se obstruyen lo que da como resultado una perdida de la permeabilidad de la membrana, que es el volumen de permeado que se puede pasar a traves de una superficie de membrana por unidad de presion o vacfo aplicado.

Los complejos mecanismos detras de incrustaciones de la membrana han sido ampliamente estudiados en los ultimos anos.

Las incrustaciones de la membrana esta muy influenciado por diversos parametros de operacion de los MBR tales como la temperatura de aguas residuales de influente, el factor de frecuencia de aireacion de membrana, el flujo de aireacion de membrana; el flujo de permeado, la duracion de la permeacion, el flujo y la duracion del lavado a contracorriente, la duracion de relajacion, las frecuencias de limpiezas qmmicas de mantenimiento y recuperacion.

El modelo de resistencia en serie se ha utilizado para la cuantificacion de incrustaciones de la membrana y para la identificacion del mecanismo de incrustaciones principal (es decir, el bloqueo de poros, la filtracion de torta) en cualquier conjunto dado de condiciones operativas. Este modelo permite un desglose detallado y la cuantificacion de incrustaciones de la membrana lo que permite la identificacion de las causas de incrustaciones de la membrana.

Como se ha descrito previamente, existen diversas alternativas operacionales para la eliminacion de incrustaciones disponibles en MBR tales como la relajacion, el lavado a contracorriente, la limpieza qmmica de mantenimiento y recuperacion. La aplicacion de cada uno de estos procedimientos se dirige a la eliminacion de diferentes tipos de incrustaciones. La relajacion y el lavado a contracorriente se disenan para eliminar mecanicamente las suciedades depositadas sobre la superficie de membrana o ligeramente insertadas en los poros de la membrana. Por otro lado, las limpiezas qmmicas de mantenimiento y recuperacion estan destinadas a eliminar qmmicamente los incrustantes profundamente adsorbidos en los poros de la membrana y las biopelfculas fuertemente unidas a la superficie de membrana.

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Idealmente, la decision para la aplicacion de cualquiera de estos diferentes procedimientos de eliminacion de incrustaciones, as^ como los restantes parametros de operacion de MBR viene precedida de un analisis detallado de incrustaciones de la membrana y de la identificacion del mecanismo de incrustaciones principal. Sin embargo, este analisis, si se hace en absoluto, se basa en datos fuera de lmea y se realiza de forma esporadica o solo durante el pilotaje o la puesta en marcha. Actualmente, el control de procedimiento de MBR es limitado y carece de flexibilidad para adaptarse a las diferentes condiciones de operacion encontradas en la practica. Los cambios en las operaciones se realizan manualmente a partir de los datos fuera de lmea y con poca frecuencia, en todo caso, y dependen altamente de la habilidad y del buen juicio del operario.

El documento JP 2005 144291 A divulga un reactor biologico que incorpora un modulo de filtracion de membrana, y divulga un procedimiento para controlar la aireacion del mismo para reducir los costes energeticos. Cabassud M. et al ("Neutral Networks: a tool to improve UF plant productivity", Desalination, vol. 145, paginas 223-231, 10 de septiembre de 2002, Elsevier Science B.V) divulga un algoritmo de control predictivo para mejorar la productividad de una planta piloto de ultrafiltracion para la produccion de agua potable a partir de la superficie de agua cruda. El documento JP 1119680A divulga una solucion para el chapado en oro no-toxico de objetos no metalicos. El documento US 6.007.435 divulga un procedimiento y sistema para determinar el efecto de incrustaciones de una corriente de alimentacion en un filtro de un sistema de filtracion.

Sumario

Un primer aspecto de la invencion proporciona un procedimiento para el tratamiento de agua, estando el procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 de la presente memoria. Un segundo aspecto de la invencion proporciona un sistema para el tratamiento de agua de acuerdo con la reivindicacion 6 de la presente memoria. Esta memoria descriptiva describe un sistema de tratamiento de membrana sumergido que utiliza la informacion del procedimiento en tiempo real para ajustar el caudal de aire de limpieza instantaneo o promedio u otros parametros alterables. Un procedimiento se describe tambien para ajustar el suministro de aire de limpieza a una membrana sumergida utilizando la informacion del procedimiento. El control por retroalimentacion del equipo de suministro de aire real puede ser automatico (a traves de PLC o un ordenador) o manual (por ejemplo, un operario inicia un cambio en la tasa de suministro de aire).

Se han realizado diversas pruebas para determinar la tasa optima de aireacion para diversas aplicaciones, por ejemplo, tratamiento de aguas residuales, filtracion directa de aguas superficiales y filtracion de aguas tratadas previamente con coagulantes u otros productos qmmicos. Estos resultados, u otros resultados experimentales, sirven como base para el diseno de las capacidades del soplador y las tasas de aireacion en los sistemas a gran escala. Se ha demostrado con exito que, a una presion transmembrana particular, un aumento en la tasa de aireacion puede resultar en un aumento en el flujo de permeado. Bajo estas condiciones, la transferencia de masa a traves de la capa lfmite puede ser limitante de la tasa. La optimizacion del espesor de la capa lfmite a traves de los ajustes del flujo de aire proporciona un procedimiento para reducir los requisitos energeticos para la operacion.

Si la tasa de aireacion es menor que la optima, la transferencia de masa a traves de la capa lfmite puede tener un efecto significativo y reducir la salida de permeado del sistema. Si la tasa de aireacion es mas alta que la optima, la energfa se desecha a medida que se suministra aire en exceso. Para maximizar la produccion de un sistema y reducir al mmimo los costes de operacion se requiere el control de la tasa de aireacion a medida que vanan las condiciones de procedimiento.

Esta memoria descriptiva describe un sistema o procedimiento en el que la eficacia de aireacion se mejora para ayudar a reducir la energfa de operacion y el coste operativo. El flujo de aire, por ejemplo, a una tasa constante o una tasa promediada en el tiempo, se controla para tomar en cuenta las diferencias en tiempo real en las condiciones de procedimiento, por ejemplo, flujos de permeado, viscosidad de agua de alimentacion, temperatura del aire de entrada, temperatura del agua o dosificacion de coagulante. La presente invencion permite que el sistema de control, con la informacion de la instrumentacion del procedimiento, determine una tasa de aireacion deseada o cambio en la tasa de aireacion predicha para mejorar la produccion o reducir los costes. El flujo de aire real se puede ajustar, a continuacion, de forma automatica por el sistema de control o manualmente por el operario dependiendo de la instalacion. El ajuste de la tasa se puede producir mediante el ajuste de la tasa de aireacion continua o mediante el ajuste de los tiempos de activacion-desactivacion de la aireacion (aireacion dclica o intermitente), tiempos de activacion/desactivacion de trenes o el numero de trenes en operacion.

Los procedimientos de control de un sistema pueden incluir uno o mas de

a) Medir el rendimiento del sistema durante un penodo de tiempo relativamente corto (por ejemplo, de 15 a 60 minutos), comparar esos resultados con los valores de referencia o valores de un penodo de tiempo previo o anterior y utilizar esa informacion para ajustar cualquiera de las siguientes:

• el caudal de aire real suministrado a la membrana durante un penodo de tiempo

• tiempos de activacion/desactivacion de la aireacion cuando se opera en modos de aireacion dclicos o intermitentes

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• tiempos de activacion/desactivacion de trenes

• numero de trenes en operacion y diseno de flujo de permeado por tren

b) Obtener la informacion del procedimiento en tiempo real y ajustar el caudal de aire u otras variables que

figuran en a) anteriormente basandose en datos del modelo previamente incorporados en el sistema de control.

Algunos procedimientos se pueden utilizar con todos los sistemas de membranas sumergidos, incluyendo los sistemas de aguas residuales y de filtracion directos.

De acuerdo con la invencion reivindicada, esta memoria descriptiva describe un sistema o procedimiento de control de procedimiento en lmea que utiliza el modelo de resistencia en serie, que se puede utilizar para operar MBR sumergidos de microfiltracion o ultrafiltracion u otros sistemas de tratamiento de membrana. Este control de procedimiento considera los datos de resistencia en lmea en el ajuste de los parametros de operacion tales como el factor de frecuencia de aireacion de membrana, el flujo de aireacion de membrana, el flujo de permeado, la duracion de la permeacion, el flujo y duracion del lavado a contracorriente, la duracion de relajacion, o frecuencias de limpiezas qmmicas de mantenimiento o recuperacion para optimizar los costes operativos relacionados con la eliminacion de incrustaciones de la membrana. Los medios para el control pueden ser, por ejemplo, la retroalimentacion, la alimentacion, prediccion de adaptacion o del modelo.

El sistema de control de procedimiento en lmea consiste en sensores, accesorios de adquisicion de datos, un controlador y accesorios de acondicionamiento de senal, si es necesario. Los accesorios de adquisicion de datos y de acondicionamiento de senales son responsables de la recogida y acondicionamiento de los datos operativos del sistema (por ejemplo, temperatura de permeado, la presion transmembrana y flujo de permeado, etc.) mientras el controlador se encarga de analizar el flujo de datos operativos en lmea utilizando el modelo de resistencia en serie, calcular los parametros de control (por ejemplo, uno o mas de Ra, ARab y Rc), comparar los resultados obtenidos con los correspondientes puntos de consigna y tomar la decision de como modificar el sistema de parametros de operacion para reducir los costes operativos relacionados con la eliminacion de incrustaciones de la membrana. Los parametros de operacion se pueden modificar de forma gradual, uno a la vez, siguiendo una logica de control que da prioridad a los cambios operativos que producen un impacto significativo en la eliminacion de incrustaciones de la membrana sobre aquellos que producen un efecto limitado. La logica de control que se presenta a continuacion se puede modificar de acuerdo con las condiciones de operacion encontradas en la practica.

Para aquellos casos donde un valor de la resistencia es mayor que un punto de consigna de lfmite superior establecido y existe la necesidad de reducir la tasa de incrustaciones de la membrana (modo de Eliminacion de Incrustaciones), un solo parametro se puede cambiar, por ejemplo, el caudal de aireacion de membrana o el factor de frecuencia puede aumentar. Como alternativa, se puede establecer una jerarqrna de control que incluye uno o mas de los siguientes:

1. Cambiar de relajacion a lavado a contracorriente, si el lavado a contracorriente no es el modo de operacion

utilizado actualmente.

2. Aumentar el caudal de lavado a contracorriente.

3. Reducir el flujo de permeado mediante la activacion de los trenes de membrana.

4. Aumentar el caudal de aireacion de membrana.

5. Aumentar el factor de frecuencia de aireacion de membrana.

6. Anadir potenciador de filtrabilidad del lodo activados tal como un polfmero o cloruro ferrico.

7. Aumentar a factor de frecuencia de aireacion maxima disponible.

8. Aumentar la frecuencia de limpieza qmmica de mantenimiento.

9. Aumentar la frecuencia de limpieza qmmica de recuperacion.

Para los casos en que se han alcanzado condiciones de operacion estables y el valor de cada resistencia medida es igual o inferior a un punto de consigna de lfmite inferior establecido, hay una oportunidad de disminuir los costes de operacion del sistema (modo de Ahorro Energetico). Un parametro individual se puede alterar, por ejemplo, el caudal o factor de frecuencia de aireacion de membrana puede disminuir. Como alternativa, una jerarqrna de control se puede establecer como sigue:

1. Reducir el factor de frecuencia de aireacion de su maximo valor disponible.

2. Detener la adicion del potenciador de filtrabilidad del lodo activados.

3. Disminuir el factor de frecuencia de aireacion de membrana.

4. Disminuir el caudal de aireacion de membrana.

5. Aumentar el flujo de permeado desactivando los trenes de membrana.

6. Disminuir el flujo de lavado a contracorriente, si el lavado a contracorriente es el modo de operacion actualmente utilizado.

5 7. Cambiar de lavado a contracorriente a relajacion, si la relajacion si no es el modo de operacion actualmente

utilizado.

8. Disminuir la frecuencia de limpieza qmmica de mantenimiento.

9. Disminuir la frecuencia de limpieza qmmica de recuperacion.

La modificacion de estos parametros se puede hacer, por ejemplo, por una cantidad eficaz incremental o predicha 10 dentro de un intervalo de valores permitidos por el sistema. Opcionalmente, cada elemento de la jerarqma de control puede tener 2 o mas estados discretos. Los estados se diferencian en su eficacia contra las incrustaciones. Para reducir las tasa de incrustaciones o contaminacion, la jerarqma de control puede mover una o mas parametros controlados al el estado mas eficaz partiendo de la parte superior de la jerarqma hasta que se consiguen las condiciones de operacion aceptables, por ejemplo, como se determina mediante la comparacion de los valores de 15 resistencia con sus puntos de consigna correspondientes. Para proporcionar un ahorro energetico, la jerarqma de control puede mover uno o mas parametros a un estado menos eficaz partiendo de la parte superior de la jerarqma hasta que se consigue el rendimiento deseado. Si bien algunos parametros pueden opcionalmente variarse infinitamente, los inventores han encontrado que muchos parametros tienen solamente intervalos muy pequenos en los que se pueden variar en un sistema real y proporcionar dos o mas estados discretas puede proporcionar un 20 control mas eficaz. La limpieza con descarga de aire es, por ejemplo, sorprendentemente diffcil de variar. Los sopladores de aire que alimentan los aireadores tienden a operar de manera eficaz solo en un pequeno intervalo de velocidades. Los aireadores tambien hacen subir los lodos o producen burbujas de tamano deficiente si el caudal de aire de alimentacion esta fuera de un intervalo estrecho. Sin embargo, el A.F.F. se puede variar, por ejemplo entre dos estados discretos, tales como 0,5 y 0,25, cambiando la operacion de un conjunto de valvulas y activando o 25 desactivando uno o mas de un conjunto de sopladores, por ejemplo, desactivando la mitad de los sopladores cuando A.F.F. se cambia de 0,5 a 0,25. Los dos estados se diferencian marcadamente en efecto en las incrustaciones pero los sopladores y los aireadores pueden operar bien en ambos estados. Una jerarqma de control puede tener mas o menos parametros que la jerarqma que se ha descrito anteriormente, y los parametros puede estar en otros ordenes. Cuando un parametro en la jerarqma no tiene estados discretos, su valor se puede cambiar a un lfmite 30 superior o inferior antes de pasar al siguiente parametro en la jerarqma.

Breve descripcion de los dibujos

La Figura 1 es una representacion esquematica de un sistema de tratamiento de membrana sumergido con un sistema de control de acuerdo con una realizacion de la invencion o adaptado para realizar un procedimiento de acuerdo con la invencion.

35 La Figura 2 es un arbol de decision para un sistema de control.

La Figura 3 es otro arbol de decision para un sistema de control.

La Figura 4 es un grafico de resultados experimentales.

La Figura 5 es una vista esquematica en planta de un deposito de membrana que muestra la disposicion de los aireadores.

40 La Figura 6 es un dibujo esquematico de partes de un sistema de suministro de aire.

Descripcion detallada

Haciendo referencia a la Figura 1, un sistema 8 incluye un sistema 10 de tratamiento de agua de membrana sumergido que se conecta a uno o mas sensores 12 que proporcionan informacion de entrada a un ordenador 14 y, opcionalmente, a un operario a traves de una interfaz 16 de operario. Las entradas del procedimiento espedfico 45 proporcionadas por los sensores 12 pueden incluir uno o mas de los siguientes:

• Flujo de permeado

• Caudal de rechazo o concentrado

• Filtrabilidad del lodo

• Temperatura del fluido

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• Viscosidad del fluido

• Concentracion del fluido de solidos suspendidos

• Tasa de adicion de coagulante u otro tipo compuesto qmmico de pretratamiento

• tasa o concentracion de dosificacion de carbon activado

• Temperatura de aire entrante en soplador

• Tasa de recuperacion (permeado producido/agua de alimentacion proporcionada)

• Concentracion de oxfgeno disuelto (sistemas de aguas residuales)

• Tasa de absorcion de oxfgeno (sistemas de aguas residuales)

• Tiempo de retencion de solidos (sistemas de aguas residuales)

• Tasas de recirculacion de licor mezclado (sistemas de aguas residuales)

Despues de considerar la informacion de los sensores 12, el ordenador 14, despues de ejecutar sus propios programas o segun las instrucciones de un operario a traves de la interfaz 16, instruye a los controladores 18 del procedimiento a ajustar el regimen de aireacion del sistema 10.

Los procedimientos o etapas que los controladores 18 del procedimiento pueden programar pueden ser uno o mas de:

a) Ajustes del caudal de aire (continuo, intermitente o dclico)

Ejemplo: reducir el flujo de aire instantaneo de 0,35 m3/h-m2 a 0,30 m3/h-m2

b) Ajustes de los tiempos de activacion y desactivacion de aireacion durante el ciclo de aireacion dclico o intermitente,

Ejemplos: cambiar los tiempos de aireacion dclicos de "10 segundos de activacion/10 segundos de desactivacion" a "10 segundos de activacion/20 segundos de desactivacion", o cambiar los tiempos de aireacion intermitente de "1 minuto cada 30 minutos" a "1 minuto cada 45 minutos"

c) Ajustes de los tiempos de activacion y desactivacion de produccion para un tren individual, o

Ejemplo: cambiar de "18 horas de activacion/6 horas de desactivacion" a "3 horas de activacion/1 hora de desactivacion "

d) Ajustes del numero de trenes en operacion o diseno del flujo de permeado para cada tren como parte de un sistema completo.

Ejemplo: cambiar de 2 sistemas que operan a un flujo superior a 3 sistemas que operan a un flujo inferior (por ejemplo, cuando la filtrabilidad del lodo cambia)

Los procedimientos por los que los sensores 12 se pueden utilizar para recoger las mediciones de procedimiento en tiempo real que se pueden utilizar para determinar los cambios en el regimen de aireacion pueden incluir uno o mas de los siguientes:

Un procedimiento puede implicar las etapas de ensayar, evaluar resultados y despues optimizar. Por ejemplo, los controladores 18 del procedimiento pueden operar para proporcionar una tasa de aireacion fija durante un penodo de tiempo para establecer las condiciones de referencia de operacion del procedimiento (incluyendo el flujo, la presion transmembrana). Estos datos de referencia se pueden realizar, por ejemplo, durante 4 a 8 ciclos de filtracion, aproximadamente 2 horas. El sistema 8 realiza despues automaticamente una prueba en uno o mas de los trenes. En esta prueba, el mismo mantendna el mismo flujo de produccion de permeado, pero ajustana la tasa de aireacion hacia arriba o hacia abajo en un determinado porcentaje, por ejemplo, 5 %, durante tantos ciclos de filtracion segun sea necesario para obtener un rendimiento de estado estacionario. El sistema 8 podna supervisar las condiciones de procedimiento (en particular TMP y la tasa de incrustaciones) y sena capaz de determinar cuando se alcanzan las condiciones de estado estacionario. Dado que se espera que el desarrollo de la nueva capa lfmite sea extremadamente rapido, se espera que el estado de equilibrio sea de 2 o 3 ciclos de filtracion. Las condiciones de procedimiento espedficas seran evaluadas por el sistema 8 para determinar si el cambio ha afectado a la eficacia de aireacion. Conociendo la eficacia de los sopladores y de las bombas de permeado, el sistema 8 puede determinar si la nueva tasa de aireacion arroja un mejor rendimiento en terminos de cualquiera del flujo de permeado simple o la eficacia energetica total (caudal por la entrada de energfa unitaria). Si una disminucion de la salida del soplador no

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cambia la TMP de permeacion, se puede concluir que la tasa de aireacion era mayor que la necesaria para eliminar los solidos suspendidos cargados en la membrana. Si una disminucion de la tasa de aireacion da como resultado un aumento de la TMP, entonces el sistema de control puede cuantificar los cambios en los costes de operacion y evaluar si el cambio fue positivo o negativo. Una vez que el analisis de los resultados se ha completado, el sistema puede realizar una prueba similar a una nueva tasa de aireacion. Esta prueba se puede repetir hasta que la tasa de aireacion optima se ha determinado.

El sistema continuana operando a la tasa de aireacion de consigna hasta que se observen cambios en las condiciones de operacion del procedimiento, por ejemplo un aumento en el punto de consigna del flujo de permeado resultana en la repeticion de las pruebas de optimizacion. Las pruebas de optimizacion se podnan desencadenar tambien en base a un intervalo de tiempo (por ejemplo, cada 6 horas o una vez al dfa) o siempre que sean iniciadas por el operario (por ejemplo, despues de haber desechado los lodos).

En un procedimiento que utiliza una prueba de filtrabilidad en lmea, un tren de filtros de membrana se opera en condiciones controlas durante un corto penodo de tiempo para probar la filtrabilidad del fluido que se filtra. La prueba consiste en tres pasos:

1. Detener la permeacion de la membrana pero continuar con aireacion durante un periodo de 30 segundos a 5 minutos. La finalidad de esta etapa es desconcentrar el lfquido que rodea las membranas y reducir el espesor de la capa lfmite a un nivel de referencia.

2. Detener la aireacion e iniciar la penetracion de los filtros de membrana a un flujo de membrana especificado durante un periodo de 30 segundos a 20 minutos. Durante este tiempo, la presion transmembrana se elevara debido a la renovacion de la capa lfmite en la superficie de los filtros de membrana. La finalidad de esta etapa es desarrollar una proporcion entre la presion de transmembrana y el tiempo. Esta proporcion se puede correlacionar con una tasa de aireacion optima.

3. Detener la permeacion de la membrana y reanudad la aireacion durante un periodo de 30 segundos a 5 minutos. El objetivo es eliminar los solidos que se acumulan en las membranas durante la etapa 2.

4. Basandose en los resultados de la prueba, y comparando los resultados con los resultados del modelo introducido previamente, ajustar la tasa de aireacion o estrategia de operacion (hacer referencia a los procedimientos a) a d) descritos anteriormente y el tren esta listo para operar bajo nuevas condiciones optimizadas.

En un procedimiento de modelado de los parametros de procedimiento, el sistema de control utilizana datos en tiempo real para determinar las condiciones de operacion del sistema de membrana y basandose en esas condiciones y modelos previamente introducidos, establecena el flujo de aireacion o la estrategia de operacion del sistema en consecuencia. La optimizacion puede ser tan simple como el seguimiento de un solo parametro (por ejemplo, el flujo de permeado aumenta como tambien lo hace la tasa de aireacion) o tantos parametros como sea necesario se pueden utilizar. Por ejemplo, en los sistemas de tratamiento de aguas residuales, la tasa de aireacion optima podna ser una funcion de la filtrabilidad del lodo y el caudal de permeado. Un modelo se desarrolla primero y los datos se incorporan en el sistema 8. Los modelos necesarios dependeran de cada aplicacion y de los parametros que se pueden esperar que cambien con la operacion. Otro ejemplo sena si la filtrabilidad del lodo es buena, 2 trenes pueden operar a un flujo mas alto y cuando la filtrabilidad del lodo es baja, tres trenes pueden operar a flujos proporcionalmente mas bajos.

Un procedimiento de acuerdo con la invencion utiliza los datos de resistencia calculados, en la forma de mas de uno de los parametros de resistencia en el modelo de resistencia en serie. De acuerdo con la invencion reivindicada, la resistencia en el modelo en serie representa la resistencia total a la filtracion como la combinacion de una serie de resistencias independientes. Los valores de resistencia se pueden utilizar, por ejemplo, en la retroalimentacion, alimentan, procedimientos de control adaptativos o predictivos de modelos.

imagen1

Rt es la resistencia total, m-1

Rm es la resistencia de la membrana, m-1 como se representa por la prueba de agua limpia de membrana

Ra es la resistencia a incrustaciones por adsorcion, causada por agentes de incrustaciones adsorbidos en la superficie y en la estructura porosa de la membrana.

Rb es la resistencia de bloqueo del poro, m-1, causada por la materia coloidal y micro partfculas que son comparables en tamano al tamano de poro de la membrana. Esto normalmente se representa por un rapido aumento de la presion transmembrana inmediatamente despues de un lavado a contracorriente.

Rc es la resistencia de torta, m-1 que aumenta progresivamente entre dos ciclos de lavado a contracorriente a medida que la torta se acumula en la superficie de membrana.

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Para esta aplicacion particular, el valor de Rm se considera como constante y se puede obtener a partir de una prueba de agua limpia. La resistencia durante el lavado a contracorriente (Rdb) se utiliza para calcular la resistencia a incrustaciones por adsorcion Ra de la resistencia de la membrana como sigue:

R» - Rdt* f - Rm

donde f es un factor que relaciona la resistencia durante la permeacion con la resistencia durante el lavado a contracorriente.

La resistencia de torta (Rc) se calcula mediante la realizacion de una regresion lineal de aquellos datos experimentales de un ciclo de permeacion determinado que corresponde al modo de permeacion y cumple con una o mas de las siguientes condiciones, denominadas condiciones de Ciclo de Permeacion Valido (VPC).

J 3 Jooflilgra t 36

donde Jconsigna es el punto de consigna de la bomba de permeado. Criterios alternativos o adicionales tambien se pueden utilizar para las condiciones de VPC. Por ejemplo, las condiciones de VPC pueden ser que J = Jconsigna± 35 % y dRt/dT <5 % durante 5 muestras consecutivas. dRt/dt es la tasa de aumento de la resistencia total durante la permeacion y se calcula como:

dRi/dT “ (Rn.1-Rn) i (Tn*i — Tn)

Cuando Rn y Rn+i son dos puntos de datos consecutivos de la resistencia total de cualquier ciclo de permeacion dado y Tn y Tn+i son los tiempos de permeacion correspondientes.

A continuacion, la resistencia de torta se calculara utilizando los datos experimentales que cumplen con las condiciones ilustradas anteriormente.

Rc - M (Tj - Ti)

donde m es la pendiente de la regresion lineal; Ti y T2 son el inicio y el fin del ciclo de permeacion; respectivamente. La resistencia al bloqueo de los poros se estimara como sigue:

Rs= Rjtt" e — Rm

donde e es la eficacia de eliminacion de la torta y representa la cantidad de la torta que queda en la superficie de membrana despues de la aplicacion de la relajacion o lavado a contracorriente y es una funcion de la pegajosidad de la torta y las condiciones operativas de la relajacion o lavado a contracorriente. Rab es la resistencia despues del lavado a contracorriente y se determina por el promedio de las primeras cinco muestras de un ciclo de permeacion que cumplen la condicion de VPC como se indica en el calculo de la resistencia de torta.

R* * (Rn + Ri; + Rij + Ri* + Rg) 15

La primera etapa en la estrategia de control implica el calculo de las resistencias de filtracion durante la operacion en modo de permeacion utilizando datos operativos de MBR en lmea, de manera similar como se ha descrito anteriormente.

El calculo de la resistencia despues de lavado a contracorriente (Rab), de la resistencia despues de tasa de aumento de lavado a contracorriente (ARb) y de la resistencia de filtracion de torta (Rc) son de particular interes para el ajuste del valor del factor de frecuencia de aireacion de membrana, del flujo de aireacion de membrana, la duracion del ciclo de relajacion, la duracion del ciclo de permeacion, el flujo de lavado a contracorriente, la duracion del lavado a contracorriente para reducir la tasa de incrustaciones de la membrana, utilizando un control de procedimiento en lmea. El procedimiento de calculo es el siguiente:

Medir TMP, el flujo de permeado, la temperatura y tiempo para dos ciclos consecutivos de permeacion y lavado a contracorriente o relajacion.

Calcular ARab y Rc para cualquier ciclo de permeacion dado como sigue:

i. ARab = Rab (ciclo 2) - Rab (ciclo 1)

ii. Rc= M (T2-T1)

Comparar los valores de ARab y Rc con sus puntos de consigna correspondientes (Tabla 1.0) para ajustar el valor del factor de frecuencia de aireacion de membrana, el flujo de aireacion de membrana, la duracion del ciclo de relajacion, la duracion del ciclo de permeacion, el flujo y la duracion del lavado a contracorriente, las frecuencias de limpieza de mantenimiento y recuperacion para reducir al mmimo la energfa necesaria para la eliminacion de

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incrustaciones de la membrana. Los correspondientes cambios en las operaciones se pueden realizar en cada ciclo, si es necesario.

El calculo de la resistencia por adsorcion (Ra) es opcional, pero puede ser de particular interes para el ajuste del valor de las frecuencias de limpieza qmmica de mantenimiento y recuperacion utilizando un control de procedimiento en lmea, si se desea. Sin embargo, el calculo de Ra se puede omitir tambien si no se controlan los procedimientos de limpieza qmmica. El procedimiento de calculo es el siguiente:

1. Iniciar un ciclo (1) de filtracion seguido de un penodo de lavado seguido de otro ciclo (2) de filtracion. En aquellos casos en los que la relajacion se utiliza como el mecanismo para la eliminacion de torta se requerina cambiar al modo de impulso inverso despues de un numero de ciclos para recoger la informacion necesaria para estimar la condicion de la membrana.

2. Medir TMP, el flujo de permeado, la temperatura y tiempo de dos ciclos de filtracion y lavado a contracorriente consecutivos.

3. Calcular (Ra) como sigue:

(Ra) = resistencia durante el lavado a contracorriente (ciclo 2) - resistencia durante el lavado a contracorriente (ciclo 1)

4. Comparar los valores de (Ra) con su punto de consiga correspondiente para ajustar el valor de las frecuencias de limpiezas qmmicas de mantenimiento y recuperacion para reducir al mmimo la energfa necesaria para la eliminacion de incrustaciones de la membrana. Los correspondientes cambios operativos se realizaran despues de cinco ciclos, si es necesario.

De acuerdo con la invencion reivindicada, se establecen dos grupos diferentes de puntos de consigna para un sistema particular, en concreto, un primer y un segundo grupo de puntos de consigna, que se pueden referir como sostenibles y optimizados. Los valores de estos puntos de consigna pueden cambiar para diferentes plantas de tratamiento ya que tienen en cuenta diferentes variables de operacion (por ejemplo, caractensticas del licor mezclado, la temperatura de las aguas residuales) que se sabe que estan relacionadas con el sitio. Los puntos de consigna pueden determinarse durante el pilotaje de un sistema o basarse en el rendimiento historico del sistema. Uno o mas de los puntos de consigna pueden variar tambien con el tiempo. Las diferentes resistencias que estan siendo monitoreados, por ejemplo, I.Rab y Re, se compararan con sus respectivos puntos de consigna para realizar los cambios operativos adecuados. Las resistencias calculadas pueden ser valores individuales o una combinacion de diversos valores separados en el tiempo, por ejemplo, como los obtenidos por un promedio o regresion matematica.

El punto de consigna sostenible representa el valor maximo de la resistencia al que el sistema se debe operar. De acuerdo con la invencion reivindicada, cuando cualquiera de los valores de las resistencias que se estan monitorizando es superior a cualquiera de los puntos de consigna sostenibles correspondientes (Zona Roja); solo se realizaran aquellos cambios operativos que consiguen una reduccion de incrustaciones de la membrana (Modo de Eliminacion de Incrustaciones).

Por otra parte, el punto de consigna optimizado es el valor maximo para el que los cambios operativos para lograr ahorros de energfa son posibles; de acuerdo con la invencion reivindicada, cuando cualquiera de los valores de las resistencias que estan siendo monitoreadas se encuentra entre el punto de consigna sostenible y optimizado (Zona Amarilla), no se realizara ningun cambio de los parametros de operacion. De acuerdo con la invencion reivindicada, cuando todos los valores de las resistencias que estan siendo monitoreadas son mas bajos que los valores del punto de consigna optimizado correspondiente (Zona Verde), es entonces posible realizar los cambios operativos que conllevan a un ahorro energetico (Modo de Ahorro Energetico).

Si se excede uno de los puntos de consigna, entonces se considerara que el sistema se encuentra operativo en la zona correspondiente a ese punto de consigna. Los dos puntos de consigna mejoran la estabilidad del procedimiento, ayudan a evitar el cambio entre operaciones del sistema muy frecuentemente o en respuesta a las mediciones de resistencia errantes y permiten la operacion durante largos penodos de tiempo dentro de un intervalo entre los dos puntos de consigna.

Las Figuras 2 y 3 muestran arboles de decision para sistemas que tienen un solo parametro, A.F.F., ajustable entre dos estados de operacion. Los dos estados son 10 segundos de activacion 10 segundos de desactivacion y 10 segundos de activacion 30 segundos de desactivacion. En el ciclo 10/10, una serie de sopladores de aire se utilizan y el suministro de aire total realiza un ciclo entre dos mitades de un numero de aireadores. En el ciclo 10/30, la mitad de los sopladores de aire se desactiva y se recicla el aire total entre cuatro cuartas partes del numero de aireadores. Por ejemplo, la Figura 5 muestra un deposito 30 de membrana que tiene diversos aireadores 32 de conductos cada uno conectado a uno de los dos colectores 34 de deposito que discurren a lo largo del fondo del deposito 30. El colector 34a de deposito suministra aire a una mitad de los aireadores 32 mientras que el colector 34b de deposito suministra aire a la otra mitad de los aireadores 32. Patas 36 de cafda se extienden hacia arriba desde los colectores 34 de deposito y permiten que el aire se alimente desde encima del deposito 30 a la red de aireadores 32. Con

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referencia a la Figura 6, 4 depositos 30 contienen cada uno un numero de casetes 38 de membrana sumergidos colocados sobre la red de aireadores 32. Los casetes 38 se conectan entre sf para la eliminacion de permeado y pueden denominarse tren. Los aireadores 32, los colectores 34 de deposito y las patas 36 de cafda no se muestran en la Figura 6, pero tambien estan presentes en cada deposito 30 de la Figura 6 como se muestra en la Figura 5. Las patas 36 de cafda de cada deposito 30 se conectan a los conectores 40 del sistema 42 de suministro. Un sistema 42 de suministro incluye ademas un conjunto 44 de valvulas en las tubenas 46 entre los conectores 40 y un colector 48 de planta. El colector 48 de planta se conecta a cuatro sopladores 50. Las valvulas 44 se accionan por solenoides de accionadores flmdicos y se conectan a los controladores 18 del procedimiento. Durante la aireacion 10/10, los cuatro sopladores 50 estan activados, y las valvulas 44 se controlan de tal manera que las valvulas 44a, c, e, g se abren durante 10 segundos mientras que las valvulas 44b, d, f, h se cierran, despues las valvulas 44a, c, e, g se cierran durante 10 segundos mientras que las valvulas 44b, d, f, h se abren. Este ciclo se repite siempre que se solicite el ciclo 10/10. Por lo tanto, cada casete tiene siempre un flujo de aire hacia el mismo, pero el flujo cambia entre los aireadores 32 conectados a los diferentes colectores 34 de deposito. Cuando se solicita un ciclo 10/30, dos trenes se vinculan de tal forma que el flujo de aire se alterna entre los dos colectores 34 de deposito en cada deposito 30 y entre los dos depositos 30, es decir, entre cuatro colectores 34 de deposito en dos depositos 30. Por tanto, cada casete 38 experimenta un patron de aireacion de 10 segundos de activacion 10 segundos de desactivacion pero con la fuente de aire en periodos de activacion de aire consecutivos entre los dos conjuntos de aireadores 32 en el deposito 30. Cada aireador 32 tiene un patron de 10 segundos de activacion 30 segundos de desactivacion. En mayor detalle, durante 10 segundos las valvulas 44a, e estan abiertas mientras que las otras estan cerradas. Durante los siguientes 10 segundos, las valvulas 44c, g estan abiertas mientras que las otras estan cerradas. Durante los siguientes 10 segundos, las valvulas 44b, f estan abiertas mientras que las otras estan cerradas. Durante los siguientes 10 segundos, las valvulas 44d, h estan abiertas mientras que las otras estan cerradas. Este patron se repite siempre que se soliciten las aireaciones 10/30. Otros procedimientos de reducir el tiempo y separacion promedio de flujo de aire sin reducir el flujo instantaneo a aireadores individuales se podnan utilizar tambien. Por ejemplo, en un sistema en el que se suministra aire continua o dclica o intermitentemente a partir de un conjunto de sopladores hacia un conjunto de aireadores, la mitad de los sopladores se puede desactivar y cerrar una valvula para aislar la mitad de los aireadores. Aunque la descripcion anterior describe dos o tres tipos de valores de resistencia, uno, dos, tres o mas de tres valores de resistencia se pueden utilizar. Por ejemplo, en el sistema de la Figura 2, la resistencia de torta puede ser el unico parametro a utilizar, ya que esta estrechamente relacionado con la limpieza con descarga de aire.

Ejemplos

Ejemplo 1.

En un penodo de prueba de 2 meses se estudio la aplicacion de un control de procedimiento MBR en lmea, basado en los resultados del modelo de resistencia en serie. Este control de procedimiento MBR en lmea ajustara diferentes parametros de operacion (por ejemplo, factor de frecuencia de aireacion de membrana, la duracion de relajacion, etc.) para reducir los costes operativos de MBR o aumentar la eliminacion de incrustaciones de la membrana, segun se requiera.

Una planta piloto de membrana sumergida ZeeWeed®, fabricada por ZENON Environmental Inc, se ha operado utilizando una alimentacion de agua residual cruda procedente de un centro de control de contaminacion de agua municipal. El agua residual cruda se filtro a traves de una pantalla de 0,75 mm. Los pilotos se operaron a un tiempo de retencion hidraulico de 6 horas y un tiempo de retencion de lodo de 15 dfas.

En el primer conjunto de condiciones que duro 2 dfas, las membranas ZeeWeed® fueron operadas durante un ciclo de permeacion de 10 minutos con un flujo neto de 14 galones/(pie cuadrado*dfa) (gfd), un flujo instantaneo correspondiente de 15,4 gfd y el tiempo de relajacion de 1 minuto. Los sistemas se operaron a una concentracion de solidos suspendidos de licor mezclado de aproximadamente 10 g/l.

El factor de frecuencia de aireacion de membrana se establecio en 0,25 (10 segundos de activacion y 30 segundos de desactivacion) durante la permeacion y la relajacion; se utilizo un caudal de burbujas de aire gruesas de 8 scfm por vado. El biorreactor se aireo utilizando aireadores de burbujas finas. El licor mezclado se hizo recircular del biorreactor al deposito de membrana por una bomba y se devolvio al biorreactor por gravedad. Los lodos se desecharon en forma intermitente para mantener un tiempo de retencion de lodos constante.

Un analisis detallado de las caractensticas de este sistema de MBR permitio la identificacion de los puntos de consigna correspondientes del control de procedimiento de MBR en lmea para este sistema; estos se presentan en la Tabla 1.0. La zona amarilla es una zona de operacion entre la zona roja y la zona verde a pesar de que no tiene u nombre de modo de operacion o parametros distintos.

Tabla 1.0 Puntos de consigna del control de procedimiento de MBR en lmea.

: Parametro

Zona de operacion: Punto de consigna Modo de operacion ARab Rc Ra

Roja: Sostenible Eliminacion de Incrustaciones 2*108 8*10'n 2*108

Verde: optimizado Ahorro energetico 1*108 6*10rl 1*108

Las Tablas 1.1 y 1.2 contienen algunos de los datos operativos que corresponden a dos ciclos consecutivos de permeacion que operan bajo las condiciones operativas descritas anteriormente. Estos datos operativos se utilizan para describir los calculos de resistencia.

5 Tabla 1.1 Datos experimentales del ciclo 1 de permeacion (condiciones 1 experimentales).

Hora: FLUJO (gfd) TMP (psi) Temperatura (°C) H Rt (m-1) dR/dT

08:50:41: 0,0 0,04 12,73 0,0 N/A N/A

08:50:46: 0,0 0,02 12,73 0,0 N/A N/A

08:50:51: 0,0 0,03 12,72 0,0 N/A N/A

08:50:56: 0,0 0,03 12,72 0,0 N/A N/A

08:51:01: 0,0 0,03 12,68 0,0 N/A N/A

08:51:07: 0,0 0,03 12,69 0,0 N/A N/A

08:51:12: 0,0 0,03 12,69 0,0 N/A N/A

08:51:17: 0,0 0,01 12,70 0,0 N/A N/A

08:51:22: 0,0 -0,07 12,71 0,0 N/A N/A

08:51:27: 0,0 0,02 12,72 0,0 N/A N/A

08:51:32: 0,0 -0,02 12,74 0,0 N/A N/A

08:51:37: 0,0 0,84 12,73 0,0 N/A N/A

08:51:42: 8 1,39 12,72 0,0 2,57E + 12 6

08:51:47: 15,5 2,90 12,70 0,0 2,73E + 12 2

08:51:52: 15,6 2,96 12,71 0,0 2,79E + 12 0

08:51:57: 15,5 2,99 12,70 0,0 2,79E + 12 1

08:52:02: 15,7 2,99 12,69 0,0 2,81E + 12 1

08:52:07: 15,6 3,01 12,68 0,0 2,83E + 12 0

08:52:12: 15,7 3,02 12,70 0,0 2,83E + 12 -1

08:52:17: 15,7 3,03 12,71 0,0 2,81 E + 12 0

08:52:22: 15,4 3,03 12,72 0,0 2,79E + 12 1

08:52:27: 15,5 3,00 12,71 0,0 2,83E + 12 0

Tabla 1.2 Datos experimental del ciclo 2 de permeacion (condiciones 1 experimentales).

Hora: FLUJO (gfd) TMP (psi) Temperatura (°C) H Rt (m-1) dR/dT

09:01:42: 0,000 0,09 12,65 0,001 N/A N/A

09:01:47: 0,000 0,06 12,64 0,001 N/A N/A

09:01:52: 0,000 0,04 12,63 0,001 N/A N/A

09:01:57: 0,000 0,05 12,62 0,001 N/A N/A

09:02:02: 0,000 0,04 12,63 0,001 N/A N/A

09:02:07: 0,000 0,04 12,63 0,001 N/A N/A

09:02:12: 0,000 0,16 12,64 0,001 N/A N/A

09:02:17: 0,000 0,03 12,65 0,001 N/A N/A

09:02:22: 0,000 -0,01 12,66 0,001 N/A N/A

09:02:27: 0,000 0,02 12,65 0,001 N/A N/A

09:02:32: 0,000 0,02 12,65 0,001 N/A N/A

09:02:37: 0,000 0,02 12,64 0,001 N/A N/A

09:02:42: 4,753 0,77 12,64 0,001 2,37E + 12 15

09:02:48: 9,888 1,89 12,64 0,001 2,80E + 12 1

09:02:53: 15,777 3,03 12,63 0,001 2,83E + 12 2

09:02:58: 15,550 3,08 12,64 0,001 2,90E + 12 3

09:03:03: 15,410 3,20 12,64 0,001 2,97E + 12 0

09:03:08: 15,498 3,09 12,65 0,001 2,98E + 12 -5

09:03:13: 15,593 3,09 12,66 0,001 2,84E + 12 2

09:03:18: 15,601 3,06 12,66 0,001 2,89E + 12 0

09:03:23: 15,667 3,10 12,65 0,001 2,89E + 12 1

09:03:28: 15,550 3,12 12,64 0,001 2,93E + 12 0

09:03:33: 15,615 3,13 12,64 0,001 2,93E + 12 2

09:03:38: 15,396 3,13 12,64 0,001 2,99E + 12 0

Los datos operativos correspondientes a estas condiciones se utilizaron para calcular las diferentes resistencias relevantes.

5 Como se ha mencionado anteriormente, se calculara la resistencia despues del lavado a contracorriente basandose en el promedio de los primeros cinco valores que cumplan con las condiciones validas del ciclo de permeacion. La resistencia a incrustaciones por adsorcion no se calculo en los siguientes ejemplos.

10

Como se puede observar en la tabla presentada, para el primer ciclo de permeacion, los valores anteriores a 08:51:47 no cumplen con las condiciones de VPC y en consecuencia no se pueden utilizar para este calculo. Los valores correspondientes de 08:51:47 a 08:52:07 son los primeros cinco valores que cumplen con estas condiciones. Para el segundo ciclo de permeacion se utiliza el mismo procedimiento. El valor de Rab se calcula como sigue:

Rab(ciclo 1) = (2,73*1012 + 2*2,79 1012 + 2,81*1012 + 2,83*1012)/5 = 2,79*1012 m-1

Rab(ciclo 2) = (2,80*1012

+ 2,83 1012 + 2,90*1012 + 2,97*1012 + 2,98*1012)/5 = 2,89*1012 m-1

ARab(ciclo 1) = Rab(ciclo 2) -Rab(ciclo 1) = 2,89*1012-2,79*1012 = 1,0*1011 m-1 Como se ha establecido anteriormente, Rc se puede estimar como sigue:

Rc = M (T2-T1)

Despues de realizar la regresion lineal el valor de la pendiente M se determino:

5 M = 1,18*1011 m'1/min

Rc = 1,18*1011 m'1/min* (9,99 min) = 1,17*1012 m'1

A partir del analisis de las resistencias calculadas, se puede concluir que los valores de ARab y Rc son ambos superiores a los puntos de consigna sostenibles correspondientes, lo que significa que el sistema esta operando en la Zona Roja y la aplicacion del modo de Eliminacion de Incrustaciones se necesita para evitar cualquier formacion 10 de obstrucciones en los modulos de membrana.

Siguiendo la jerarqrna de control establecida para el modo de Eliminacion de Incrustaciones, el factor de frecuencia de aireacion se incremento de 0,25 (10 activacion/30 desactivacion) a 0,5 (10 activacion/10 desactivacion), manteniendo constantes los parametros operativos restantes. Inmediatamente despues del cambio en el factor de frecuencia de aireacion, se utilizaron los datos operativos correspondientes a estas nuevas condiciones operativas 15 para el calculo de las diferentes resistencias relevantes para evaluar la eficacia de estas medidas sobre la eliminacion de incrustaciones. El procedimiento es el mismo que se realizo anteriormente.

Las Tablas 1.3 y 1.4 contienen algunos de los datos operativos correspondientes a dos ciclos de permeacion consecutivos realizados en el modo de Ahorro Energetico utilizando un factor de frecuencia de aireacion de 0,25. Estos datos operativos se utilizan para describir los calculos de resistencia.

20 Tabla 1.3. Datos experimentales del ciclo 1 de permeacion (condiciones 2 experimentales).

Hora: FLUJO (gfd) TMP (psi) Temperatura (°C) H Rt (m-1) dR/dT

00:05:42: 0 0,016 14,256 0,001 N/A N/A

00:05:47: 0 -0,109 14,260 0,001 N/A N/A

00:05:52: 0 0,003 14,244 0,001 N/A N/A

00:05:57: 0 0,011 14,240 0,001 N/A N/A

00:06:02: 0 0,019 14,214 0,001 N/A N/A

00:06:07: 0 -0,109 14,206 0,001 N/A N/A

00:06:12: 0 0,003 14,191 0,001 N/A N/A

00:06:17: 0 0,011 14,176 0,001 N/A N/A

00:06:22: 0 -0,006 14,160 0,001 N/A N/A

00:06:27: 0 -0,029 14,149 0,001 N/A N/A

00:06:32: 0 -0,001 14,160 0,001 N/A N/A

00:06:37: 0 0,005 14,153 0,001 N/A N/A

00:06:42: 6,350 0,850 14,157 0,001 1,940E + 12 -1,68

00:06:47: 14,466 1,886 14,157 0,001 1,908E + 12 -3,77

00:06:52: 15,117 1,900 14,160 0,001 1,839E + 12 0,29

00:06:57: 15,154 1,910 14,153 0,001 1,844E + 12 -0,46

00:07:02: 15,264 1,920 14,153 0,001 1,836E + 12 1,37

00:07:07: 15,117 1,921 14,153 0,001 1,861E + 12 -0,01

00:07:12: 15,147 1,929 14,157 0,001 1,861E + 12 -0,01

00:07:17: 15,213 1,930 14,179 0,001 1,861E + 12 -1,11

00:07:22: 15,271 1,919 14,199 0,001 1,840E + 12 1,21

00:07:28: 15,227 1,936 14,210 0,001 1,863E + 12 -0,78

Tabla 1.4. Datos experimental del ciclo 2 de permeacion (condiciones 2 experimentales).

Hora: FLUJO (gfd) TMP (psi) Temperatura (°C) H Rt (m-1) dR/dT

00:16:47: 0,000 0,011 14,286 0,001 N/A N/A

00:16:52: 0,000 -0,037 14,275 0,001 N/A N/A

00:16:57: 0,000 0,007 14,267 0,001 N/A N/A

00:17:02: 0,000 0,035 14,256 0,001 N/A N/A

00:17:07: 0,000 0,008 14,233 0,001 N/A N/A

00:17:12: 0,000 0,042 14,221 0,001 N/A N/A

00:17:17: 0,000 0,004 14,210 0,001 N/A N/A

00:17:22: 0,000 -0,023 14,199 0,001 N/A N/A

00:17:27: 0,000 0,002 14,172 0,001 N/A N/A

00:17:32: 0,000 -0,011 14,172 0,001 N/A N/A

00:17:37: 0,000 0,007 14,172 0,001 N/A N/A

00:17:42: 0,000 0,777 14,153 0,001 N/A N/A

00:17:47: 7,398 1,020 14,160 0,001 1,987E + 12 -7,99

00:17:52: 15,073 1,893 14,172 0,001 1,840E + 12 0,75

00:17:57: 15,073 1,912 14,160 0,001 1,854E + 12 -0,17

00:18:03: 15,198 1,915 14,137 0,001 1,851E + 12 0,57

00:18:08: 15,183 1,931 14,141 0,001 1,861E + 12 0,04

00:18:13: 15,154 1,931 14,160 0,001 1,862E + 12 -0,43

00:18:18: 15,235 1,930 14,160 0,001 1,854E + 12 0,29

00:18:23: 15,249 1,935 14,179 0,001 1,859E + 12 -0,12

00:18:28: 15,227 1,939 14,191 0,001 1,857E + 12 -1,32

00:18:33: 15,396 1,933 14,199 0,001 1,833E + 12 -0,26

00:18:38: 15,344 1,911 14,202 0,001 1,828E + 12 1,90

00:18:43: 15,161 1,929 14,206 0,001 1,884E + 12 -0,25

Los datos operativos correspondientes a estas nuevas condiciones se utilizaron para calcular las diferentes resistencias relevantes.

5

10

Como se ha mencionado anteriormente, se calculara la resistencia despues del lavado a contracorriente para ambos ciclos de permeacion basandose en el promedio de los primeros cinco valores que cumplan con las condiciones validas del ciclo de permeacion. Como se puede observar a partir de la tabla anterior; los valores anteriores a 0:06:47 no cumplen las condiciones de VPC y en consecuencia no se pueden utilizar para este calculo. Los valores correspondientes de 0:06:47 a 0:07:07 son los primeros cinco valores que cumplen con estas condiciones. Para el segundo ciclo de permeacion se utiliza el mismo procedimiento. El valor de Rab se calcula como sigue:

Rab(ciclo 1) = (1,908* 1012 + 1,839*1012 + 1,844*1012 + 1,836*1012

+ 1,861*1012)/5 = 1,857*1012 m-1

Rab(ciclo 2) = (1,840* 1012 + 1,854*1012 + 1,851*1012 + 1,861*1012

+ 1,862*1012)/5 = 1,853*1012 m-1

ARab(ciclo 1) = Rab(ciclo 2) - Rab(ciclo 1) = 1,853*1012 -1,857*1012 = -4*109 m-1

5

10

15

20

25

Como se ha establecido anteriormente, Rc se puede estimar como sigue:

Rc = M (T2-T1)

M = 1,65*1010 m-1/min

Rc = 1,65*1010 m-1/min* (9,99 min) = 1,648*1011 m-1

A partir del analisis de las resistencias calculadas, se puede concluir que los valores de ARab y Rc son ambos inferiores a los puntos de consigna optimizados correspondientes, lo que significa que el sistema esta operando en la Zona Verde y la aplicacion del modo de Ahorro Energetico esta disponible para reducir los costes operativos de MBR.

Siguiendo la jerarqrna de control establecida para el modo de Ahorro Energetico, la duracion del periodo de relajacion se disminuyo de 1 minuto a 30 segundos y el flujo neto de permeado se incremento de 14 a 16 gfd aumentando el flujo instantaneo de 15,4 a 17,6 gfd, mientras se mantuvieron constantes los parametros operativos restantes. Opcionalmente, el flujo de permeado neto solamente podna haberse ajustado como se hizo en las pruebas a largo plazo que se describen mas adelante. Aunque la jerarqrna de control proporciona una mayor preferencia a otros cambios operativos tales como la disminucion del factor de frecuencia de aireacion o el flujo de aireacion y el aumento de la duracion del ciclo de permeacion, estos cambios eran diffciles de implementar debido a las limitaciones intrmsecas del sistema MBR en este ejemplo.

Inmediatamente despues del cambio en la duracion del penodo de relajacion y del aumento de flujo neto de permeado, se utilizaron los datos operativos correspondientes a estas nuevas condiciones operativas para el calculo de las diferentes resistencias relevantes para evaluar la eficacia de estas medidas en el mantenimiento de las condiciones de operacion estables al tiempo que permite ahorros de costes operativos de MBR. El procedimiento es el mismo que se ha realizado anteriormente.

Las Tablas 1.5 y 1.6 contienen algunos de los datos operativos que corresponden a dos ciclos consecutivos de permeacion que operan bajo las condiciones de operacion descritas anteriormente. Estos datos operativos se utilizan para describir los calculos de resistencia.

Tabla 1.5 Datos experimentales del ciclo 1 de permeacion (condiciones 3 experimentales).

Hora: FLUJO (gfd) TMP (psi) Temperatura (°C) H Rt (m-1) dR/dT

00:09:45: 0,000 0,068 17,803 0,001 N/A N/A

00:09:50: 0,000 -0,070 17,800 0,001 N/A N/A

00:09:55: 0,000 0,013 17,800 0,001 N/A N/A

00:10:00: 0,000 0,020 17,800 0,001 N/A N/A

00:10:05: 0,000 0,044 17,796 0,001 N/A N/A

00:10:10: 0,000 -0,112 17,800 0,001 N/A N/A

00:10:15: 6,607 0,808 17,788 0,001 1,984E + 12 4,781757

00:10:20: 15,564 2,227 17,784 0,001 2,084E + 12 -7,68263

00:10:25: 16,956 2,284 17,785 0,001 1,935E + 12 1,196952

00:10:30: 18,948 2,270 17,769 0,001 1,959E + 12 1,201163

00:10:35: 16,846 2,282 17,762 0,001 1,982E + 12 -0,05997

00:10:40: 16,941 2,296 17 750 0,001 1,981E + 12 0,573327

00:10:45: 16,941 2,306 17,750 0,001 1,993E + 12 0,402593

00:10:50: 16,919 2,313 17,758 0,001 2,001E + 12 0,783189

00:10:56: 16,890 2,323 17,769 0,001 2,017E + 12 -1,33901

00:11:01: 17,117 2,334 17,765 0,001 1,990E + 12 0,347578

(continuacion)

Hora: FLUJO (gfd) TMP (psi) Temperatura (°C) H Rt (m-1) dR/dT

00:11:06: 16,919 2,296 17,765 0,001 1,997E + 12 -0,7252

00:11:11: 17,088 2,301 17,777 0,001 1,982E + 12 -0,55843

00:11:16: 16,985 2,292 17,773 0,001 1,971E + 12 -0,22469

00:11:21: 17,029 2,287 17,773 0,001 1,967E + 12 -0,17168

00:11:26: 17,190 2,305 17,773 0,001 1,964E + 12 2,277346

00:11:31: 16,890 2,317 17,758 0,001 2,009E + 12 0,058487

Tabla 1.6 Datos experimental del ciclo 2 de permeacion (condiciones 3 experimentales).

Hora: FLUJO (gfd) TMP (psi) Temperatura (°C) H Rt (m-1) dR/dT

00:20:19: 0,000 0,048 17,765 0,001 N/A N/A

00:20:24: 0,000 0,082 17,773 0,001 N/A N/A

00:20:29: 0,000 0,010 17,769 0,001 N/A N/A

00:20:34: 0,000 0,021 17,773 0,001 N/A N/A

00:20:39: 0,000 0,030 17,762 0,001 N/A N/A

00:20:44: 0,000 0,004 17,754 0,001 N/A N/A

00:20:49: 6,658 0,838 17,750 0,001 1,971E + 12 7,160825

00:20:54: 15,125 2,175 17,746 0,001 2,124E + 12 -11,0537

00:20:59: 17,139 2,259 17,731 0,001 1,912E + 12 1,299441

00:21:04: 17,124 2,262 17,712 0,001 1,937E + 12 0,266417

00:21:09: 17,190 2,286 17,708 0,001 1,943E + 12 1,798625

00:21:14: 17,007 2,291 17,704 0,001 1,978E + 12 0,18199

00:21:19: 17,022 2,315 17,704 0,001 1,982E + 12 -0,7813

00:21:24: 17,205 2,312 17,712 0,001 1,966E + 12 1,718922

00:21:29: 17,007 2,321 17,720 0,001 2,001E + 12 1,289662

00:21:34: 16,861 2,337 17,712 0,001 2,027E + 12 -3,71094

00:21:39: 16,956 2,407 17,697 0,001 1,954E + 12 0,680588

00:21:44: 17,139 2,313 17,712 0,001 1,968E + 12 0,559187

00:21:49: 16,861 2,308 17,704 0,001 1,979E + 12 1,170542

00:21:54: 16,802 2,299 17,712 0,001 2,002E + 12 -0,89163

00:22:00: 16,970 2,310 17,697 0,001 1,985E + 12 1,07242

00:22:05: 16,941 2,322 17,697 0,001 2,006E + 12 1,359174

00:22:10: 16,787 2,333 17,697 0,001 2,034E + 12 -1,23236

00:22:15: 17,036 2,342 17,689 0,001 2,009E + 12 -0,00051

5

10

15

20

25

30

35

40

Los datos operativos correspondientes a las diferentes condiciones operativas se utilizaron para calcular las diferentes resistencias relevantes.

Como se ha mencionado anteriormente, se calculara la resistencia despues del lavado a contracorriente para ambos ciclos de permeacion basandose en el promedio de los primeros cinco valores que cumplan con las condiciones validas del ciclo de permeacion. Como se puede observar a partir de la tabla anterior; para el primer ciclo de permeacion los valores anteriores a 0:10:20 no cumplen estos requisitos y, por consiguiente no se pueden utilizar para este calculo. Los valores correspondientes de 0:10:20 a 0:10:40 son los primeros cinco valores que cumplen con estas condiciones. Para el segundo ciclo de permeacion se utiliza el mismo procedimiento. El valor de Rab se calcula como sigue:

Rab(ciclo 1) = (2,084*1012 + 1,935*1012 + 1,959*1012 + 1,982*1012 + 1,981*1012)/5 = 1,988*1012 m-1 Rab(ciclo 2) = (2,124* 1012 + 1,912*1012 + 1,937*1012 + 1,943*1012 + 1,978*1012)/5 = 1,979*1012 m-1 ARab(ciclo 1) = Rab(ciclo 2) -Rab(ciclo 1) = 1,979*1012 -1,988*1012 = -9,00*109 m-1 Como se ha establecido anteriormente, Rc se puede estimar como sigue:

Rc = M (T2-T1)

M = 1,67*1010 m'Vmin

Rc = 1,67*101°m-Vmin* (9,99 min) = 1,66*1011 m-1

A partir del analisis de las resistencias calculadas, se puede concluir que los valores de ARab y Rc son ambos inferiores a sus puntos de consigna sostenibles correspondientes, lo que significa que el sistema esta operando en la Zona Verde y la aplicacion del modo de Ahorro Energetico esta disponible para reducir los costes operativos de MBR, en tanto se mantienen las condiciones operativas sostenibles en el sistema.

La Figura 4 presenta los resultados a largo plazo obtenidos a partir de pruebas utilizando un sistema similar al anterior, excepto que dR/dT no se utiliza como una condicion VpC y A.F.F. fue el unico parametro controlado. La Figura 3 muestra el flujo de permeado neto con la resistencia de torta obtenida para cada ciclo de permeacion junto con los valores de resistencia de torta sostenible y optimizada, respectivamente. Durante esta prueba, eventos de flujo maximo frecuentes fueron simulados mediante el aumento del flujo de permeado neto de 16 a 26 gfd. Estos eventos de flujo maximo se realizaron para evaluar la sensibilidad del sistema de control de procedimiento en lmea cuando se enfrenta a problemas operativos.

Como se puede observar en la Figura 4, puesto que el flujo de permeado neto aumento de 16 gfd a 26 gfd la resistencia de torta tambien aumento. Durante algunos de los eventos de flujo maximo los valores obtenidos de la resistencia de torta excedieron el valor del punto de consigna de resistencia de torta sostenible haciendo que el sistema opere en el modo de Eliminacion de Incrustaciones utilizando, por tanto, un factor de frecuencia de aireacion de 0,5.

Sin embargo, durante la mayona de los ciclos de permeacion los valores obtenidos de resistencia de torta estaban alrededor del punto de consigna optimizado permitiendo que el sistema opere en el modo de Ahorro Energetico utilizando, por tanto, un factor de frecuencia de aireacion de 0,25. Los valores obtenidos de ARab se utilizaron, pero no se presentan en la Figura 4. La tendencia observada de ARab fue muy similar a la de la resistencia de torta. La Tabla 1.7 presenta el porcentaje y el numero de ciclos realizados en cada factor de frecuencia de aireacion.

Tabla 1.7 Resumen de pruebas en sistema de control de procedimiento en lmea a largo plazo.

A.F.F: Frecuencia de Aireacion % Realizado Numero de ciclos

0,25: 10 ACTIVACION/30 DESACTIVACION 87 4007

0,5: 10 ACTIVACION/10 DESACTIVACION 13 602

Como se puede observar en la Tabla 1.7 para la gran mayona de los ciclos de permeacion el consumo de aire se redujo en un 50% mediante la prolongacion del tiempo de DESACTIVACION de 10 a 30 segundos, lo que llevo a una reduccion significativa en los requerimientos energeticos del sistema de MBR.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento de tratamiento de agua, que es un procedimiento de control de procedimiento en lmea mediante un modelo de resistencia en serie, comprendiendo el procedimiento de tratamiento de agua las etapas de:

a) proporcionar un sistema (10) de tratamiento de agua que tiene una unidad de membrana sumergida en un deposito, teniendo la unidad de membrana membranas de filtracion para retirar el permeado filtrado del agua que esta siendo tratada, comprendiendo tambien dicho sistema (10) de tratamiento de agua uno o mas colectores (12) de datos y un controlador (14), y pudiendo el sistema de tratamiento de agua operarse de acuerdo con dos o mas modos discretos de operacion, diferenciandose los modos de operacion en su efecto sobre las incrustaciones de las membranas, en el que los modos de operacion se diferencian entre sf en relacion con uno o mas de (a) regimen de lavado a contracorriente, (b) regimen de permeacion, (c) regimen de limpieza con descarga de aire, (d) regimen de limpieza qmmica de la membrana o (e) regimen de mejora de filtrabilidad de lodos;

b) operar el sistema (10) de tratamiento de agua en uno de los modos de operacion en cada uno de una pluralidad de penodos de tiempo;

c) recoger con dichos uno o mas colectores (12) de datos los datos relacionados con mas de una resistencia de las membranas, y calcular con dicho controlador (14), utilizando el modelo de resistencia en serie, los valores de mas de una resistencia de las membranas de vez en cuando, mientras se opera el sistema (10) de tratamiento de agua, y se monitorizan esas resistencias;

d) considerar los valores de mas de una resistencia cuando se selecciona el modo de operacion para uno o mas de los penodos de tiempo;

en el que el modelo de resistencia en serie es un modelo en el que la resistencia total para la filtracion se representa como una combinacion de un numero de resistencias individuales y en el que la etapa (d) comprende:

i) establecer un primer grupo de puntos de consigna y un segundo grupo diferente de puntos de consigna;

ii) comparar las diferentes resistencias que estan siendo monitoreadas con sus respectivos puntos de consigna para realizar los cambios adecuados en el modo de operacion;

iii) cuando cualquiera de los valores de las resistencias que estan siendo monitoreadas son superiores a cualquiera de los primeros puntos de consigna correspondientes, que representan los valores maximos de resistencia a los que debena operar el sistema, el modo de operacion se elige para ser un modo de Eliminacion de Incrustaciones para reducir las incrustaciones de las membranas;

iv) cuando cualquiera de los valores de las resistencias que estan siendo monitorizadas estan entre el primer y segundo puntos de consigna, el modo de operacion no se cambia; y

v) cuando todos los valores de las resistencias que estan siendo monitoreadas son inferiores a los segundos puntos de consigna correspondientes, el modo de operacion se elige para ser un modo de Ahorro Energetico para conducir al ahorro energetico.
2. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que dos o mas modos discretos de operacion se diferencian en la relacion de tiempo en la que las membranas se limpian con descarga de aire en relacion con el tiempo en el que las membranas no se limpian con descarga de aire.
3. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que mas de una resistencia incluye parametros seleccionados del grupo de (a) resistencia a incrustaciones por adsorcion, (b) resistencia de torta o (c) un cambio en el tiempo de la resistencia total despues de lavado a contracorriente.
4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los modos de operacion se diferencian al menos en relacion con el regimen de limpieza con descarga de aire y la mas de una resistencia incluye la resistencia de torta.
5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se realizan cambios en el modo de operacion mediante una jerarqrna de cambios de los procedimientos disponibles.
6. Un sistema (10) de tratamiento de agua para el tratamiento de agua de acuerdo con el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores utilizando un modelo de resistencia en serie, comprendiendo el sistema:

a) una unidad de membrana sumergida en un deposito, teniendo la unidad de membrana membranas de filtracion para la retirada del permeado filtrado del agua que esta siendo tratada;

b) un subsistema (18) para realizar una funcion relacionada con la operacion de la unidad de membrana, teniendo el sub-sistema dos o mas modos discretos de operacion, diferenciandose los modos de operacion en su efecto sobre las incrustaciones de las membranas, en el que los modos de operacion se diferencian entre sf en relacion con uno

5

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25

o mas de (a) regimen de lavado a contracorriente, (b) regimen de permeacion, (c) regimen de limpieza con descarga de aire , (d) regimen de limpieza qmmica de la membrana o (e) regimen de mejora de filtrabilidad de lodos;

c) uno o mas colectores (12) de datos para la recogida de datos relacionados con los valores de mas de una resistencia de las membranas de vez en cuando durante el operacion del sistema (10) de tratamiento de agua;

d) un controlador (14) unido al sub-sistema (18) y al uno o mas colectores (12) de datos para calcular los valores de mas de una resistencia de las membranas, utilizando el modelo de resistencia en serie, y para cambiar automaticamente el modo de operacion del subsistema tomando en consideracion los valores de la mas de una resistencia calculada a partir de los datos recogidos;

en el que el sistema es capaz de operar para controlar las resistencias calculadas y comparar las diferentes resistencias que estan siendo monitoreadas con sus puntos de consigna seleccionados para realizar cambios adecuados del modo de operacion, y:

i) cuando cualquiera de los valores de las resistencias que estan siendo monitoreadas son superiores a cualquiera de los primeros puntos de consigna correspondientes, que representan los valores maximos de resistencia a los que debena operar el sistema, el modo de operacion se elige para ser un modo de Eliminacion de Incrustaciones para reducir las incrustaciones de las membranas;

ii) cuando cualquiera de los valores de las resistencias que estan siendo monitorizadas estan entre el primer y segundo puntos de consigna, el modo de operacion no se cambia; y

iii) cuando todos los valores de las resistencias que estan siendo monitoreadas son inferiores a los segundos puntos de consigna correspondientes, el modo de operacion se elige para ser un modo de Ahorro Energetico para conducir al ahorro energetico del sistema.
7. El sistema (10) de la reivindicacion 6, en el que el sub-sistema (18) comprende uno o mas sopladores, un conjunto de valvula, y una pluralidad de aireadores, en el que el conjunto de valvulas y los sopladores son capaces de operar para proporcionar un flujo de un gas del soplador a los aireadores, alternado la tasa de flujo de gas en cada aireador entre un caudal mayor y un caudal menor y siendo una duracion del caudal inferior en relacion con la duracion del caudal superior variable entre al menos dos proporciones.