ES2626046T3

ES2626046T3 - Procedimiento energéticamente eficiente de tratamiento de lodos

Info

Publication number: ES2626046T3
Application number: ES14710522.5T
Authority: ES
Inventors: Søren Johannes HØJSGAARD; Lars Rohold
Original assignee: Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Current assignee: Veolia Water Solutions and Technologies Support SAS
Priority date: 2013-03-09
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2017-07-21
Anticipated expiration: 2034-03-10
Also published as: US9527760B2; JP2016514046A; CA2904498C; DK2964582T3; EP2964582A1; KR101758303B1; HRP20170807T8; CN105073656A; EP2964582B1; KR20150140656A; PL2964582T3; JP6118428B2; AU2014230916A1; HRP20170807T1; AU2014230916B2; WO2014139951A1; CN105073656B; US20140251901A1; CA2904498A1

Abstract

Un procedimiento de tratamiento de lodos que comprende: (a) deshidratar el lodo para incrementar los sólidos secos en el lodo al 20 % - 30 % en peso; (b) dirigir el lodo deshidratado a un intercambiador (216) de calor orientado en general verticalmente, teniendo el intercambiador de calor una entrada (222) de lodo deshidratado colocada en una parte inferior del intercambiador de calor, una salida (224) de lodo deshidratado colocada en una parte superior del intercambiador de calor, una entrada (228) de lodo hidrolizado colocada en una parte superior del intercambiador de calor y una salida (226) de lodo hidrolizado colocada en una parte inferior del intercambiador de calor; (c) dirigir el lodo deshidratado a la entrada (222) de lodo deshidratado y hacia arriba a través del intercambiador (216) de calor y fuera de la salida (224) de lodo deshidratado y al interior de un reactor (214) de hidrólisis; (d) hidrolizar el lodo en el reactor (214) de hidrólisis; (e) pasar el lodo hidrolizado al interior de la entrada (228) de lodo hidrolizado del intercambiador (216) de calor; (f) proporcionar una transferencia de calor de lodo a lodo mediante la dirección del lodo hidrolizado hacia abajo a través del intercambiador (216) de calor a menudo que el lodo deshidratado se mueve hacia arriba y a través del intercambiador de calor; (g) dirigir el lodo hidrolizado fuera de la salida (226) de lodo hidrolizado del intercambiador (216) de calor a un digestor (120) anaeróbico; y (h) digerir anaeróbicamente el lodo hidrolizado en el digestor (120) anaeróbico.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento energeticamente eficiente de tratamiento de lodos Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a procedimientos para tratamiento de lodos y, mas particularmente, a un procedimiento en el que el lodo deshidratado se dirige a traves de un reactor de hidrolisis y posteriormente a un digestor anaerobico, y en el que el procedimiento se disena para eficiencia energetica.

Antecedentes

La digestion anaerobica es un procedimiento de conversion de energla que puede producir biogas a partir de materia solida en lodo y reducir la descarga de residuos. El biogas puede usarse para las demandas de energla en un procesamiento global de lodos o sistema de tratamiento de aguas residuales o en otras areas. La digestion de lodo anaerobicamente tiene lugar debido a organismos presentes en el lodo y es conocido que tiene lugar en al menos dos reglmenes de temperatura generales. A temperaturas de aproximadamente 32-38 °C, son activos los organismos mesofilos y contribuyen a la digestion, mientras que a temperaturas de 50-60 °C funcionan los organismos termofilos para digerir el lodo. Dependiendo del tipo de lodo que se este procesando pueden implicarse diferentes perfiles de poblacion de organismos, y la digestion anaerobica se activa generalmente en un intervalo consistente con el tipo de lodo y el perfil de organismos en el lodo. Tlpicamente, se desea operar el digestor anaerobico en el intervalo de 30-60 °C. Para compensar la perdida de calor desde el digestor y para asegurar que la temperatura de operacion en el digestor permanece en el intervalo deseado, es conocida la aplicacion en el lodo de alimentacion al digestor a una temperatura que esta aproximadamente a 1- 10 °C por encima de la temperatura de operacion deseada del digestor anaerobico. Tambien, una concentracion de solidos secos optima para la digestion anaerobica del lodo es de aproximadamente 3 % - 10 % de concentracion de solidos secos.

En la preparacion del lodo en bruto para digestion anaerobica, es conocido someter al lodo a hidrolisis. La hidrolisis incrementa la biodegradabilidad de la materia organica en el lodo, lo que incrementa la produccion de biogas y reduce la produccion de residuos de la digestion anaerobica. La hidrolisis del lodo tiene lugar en intervalos de temperatura y presion de 150-170 °C y 6-12 bar, respectivamente. Se prefiere deshidratar el lodo a aproximadamente 20 % - 30 % en peso de solidos secos antes de suministrar el lodo al interior del reactor de hidrolisis para minimizar el volumen del reactor y el consumo de energla.

La temperatura y presion en los intervalos deseados para hidrolisis del lodo se crean tlpicamente mediante la inyeccion de vapor en el lodo dentro del reactor de hidrolisis. La inyeccion de vapor es un aspecto de la hidrolisis del lodo altamente intensivo en energla y la recuperacion de la energla residual es un aspecto de preocupacion relativamente significativa para la hidrolisis del lodo. En algunos casos, es conocida la recuperacion parcial de la energla mediante la inyeccion instantanea de vapor dentro del lodo entrante en un procedimiento de hidrolisis en lotes o mediante el calentamiento de agua de alimentacion de caldera para la produccion de nuevo vapor. Estos procedimientos se caracterizan por una eficiencia menor de la deseable y un coste muy alto.

Continua siendo una necesidad la mejora de la eficiencia energetica de los sistemas de tratamiento de lodo que incluyen procedimientos para la hidrolisis del lodo y posteriormente la digestion de forma anaerobica del lodo.

El documento de la tecnica anterior JP 2009 101293 desvela un sistema de tratamiento de lodos que trata de modo efectivo en calor el lodo sin provocar disminucion de la eficiencia del intercambio de calor mediante la fijacion de un componente de lodo a las areas de transferencia de calor, y sin provocar obstrucciones de los pasos de flujo por el lodo.

El documento JP 2007 021300 desvela un sistema de reduccion del calentamiento de llquido/temperatura que requiera tratamiento de un llquido a ser tratado mediante calentamiento, reduciendo una temperatura del llquido tratado, y capaz de mejorar la eficiencia termica.

El documento de Francis L. Evans: “Heat Treatment/Low Pressure Oxidation Systems: Design and Operational Considerations”, septiembre de 1985, Metcalf & Eddy, Wakefield Massachusetts, desvela un diseno y factores operacionales para revisar cuando se considera el acondicionamiento termico como parte de una nueva o actualizada planta de tratamiento, o cuando se optimiza el rendimiento de una instalacion existente.

Sumario

La presente invencion proporciona un procedimiento para la hidrolisis de lodo y digestion anaerobica del lodo hidrolizado en una forma que sea energeticamente eficiente.

La presente invencion comprende dirigir el lodo deshidratado a un intercambiador de calor orientado en general verticalmente o ligeramente inclinado en el que el intercambiador de calor incluye una entrada de lodo localizada en una parte inferior del intercambiador de calor y una salida de lodo localizada en una parte superior del intercambiador de calor. El intercambiador de calor incluye adicionalmente una entrada de lodo hidrolizado

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localizada en una parte superior del intercambiador de calor y una salida del lodo hidrolizado situada en una parte inferior del intercambiador de calor. El procedimiento o procedimiento incluye dirigir el lodo hacia arriba a traves del intercambiador de calor mientras se dirige el lodo hidrolizado hacia abajo a traves del intercambiador de calor para proporcionar una transferencia de calor de lodo a lodo, en la que el lodo hidrolizado calienta de modo efectivo el lodo incidente o deshidratado. El lodo hidrolizado que sale del intercambiador de calor se dirige a un digestor anaerobico. Previamente a alcanzar el digestor anaerobico, el lodo hidrolizado puede acondicionarse mediante el ajuste de su temperatura y contenido de solidos secos.

El procedimiento puede implicar la variacion del flujo de lodo deshidratado a traves del intercambiador de calor durante un cierto periodo de tratamiento del lodo.

Durante un modo de arranque, por ejemplo, el procedimiento puede incluir dirigir una mayorla del lodo deshidratado a traves de una llnea de derivacion del intercambiador de calor y al reactor de hidrolisis, y durante un modo de estado estable, dirigir al menos una parte del lodo deshidratado a traves del intercambiador de calor y a continuacion al reactor de hidrolisis.

Un sistema para implementar el procedimiento de la invention puede comprender: una unidad de deshidratacion de lodo configurada para el deshidratado de lodo; un reactor de hidrolisis de lodo configurado para hidrolizar el lodo deshidratado; un intercambiador de calor configurado para el calentamiento de al menos una parte del lodo deshidratado previamente a que el lodo deshidratado entre en el reactor de hidrolisis, estando configurado el intercambiador de calor para una transferencia de calor de lodo a lodo entre el lodo hidrolizado y el lodo deshidratado; un digestor anaerobico configurado para la digestion anaerobicamente del lodo hidrolizado; y un controlador; en el que el controlador esta adaptado para controlar el tratamiento de lodo mediante la variacion del flujo de lodo deshidratado a traves del intercambiador de calor durante perlodos predeterminados de tratamiento de lodo mediante: durante un modo de arranque dirigir al menos una parte del lodo deshidratado a traves de una llnea de derivacion del intercambiador de calor y al reactor de hidrolisis; y durante un modo de estado estable, dirigir una mayorla del lodo deshidratado a traves del intercambiador de calor y a continuacion al reactor de hidrolisis.

Otros objetos y ventajas de la presente invencion seran evidentes y obvios a partir del estudio de la description que sigue a continuacion y de los dibujos adjuntos que son meramente ilustrativos de dicha invencion.

Breve descripcion de los dibujos

Se describiran ahora adicionalmente realizaciones de la invencion con referencia a los dibujos, en los que:

La Figura 1 es una representation esquematica global de un sistema de hidrolisis y acondicionamiento de lodos para digestion anaerobica.

La Figura 2 es una representacion esquematica del sistema de hidrolisis y acondicionamiento de lodos para digestion anaerobica.

La Figura 3 es una vista en section de un intercambiador de calor de lodo a lodo para el sistema de hidrolisis y acondicionamiento de lodos para digestion anaerobica.

La Figura 4A es una primera parte de un diagrama de logica de control del sistema para una realization ejemplar de un sistema de control para el sistema de hidrolisis y acondicionamiento de lodos para digestion anaerobica.

La Figura 4B es una segunda parte de un diagrama de logica de control del sistema para una realizacion ejemplar de un sistema de control para el sistema de hidrolisis y acondicionamiento de lodos para digestion anaerobica.

La Figura 4C es una tercera parte de un diagrama de logica de control del sistema para una realizacion ejemplar de un sistema de control para el sistema de hidrolisis y acondicionamiento de lodos para digestion anaerobica.

Descripcion detallada

La presente invencion implica un procedimiento para tratamiento de lodos. Se muestra un sistema relacionado en las Figuras 1 y 2 y se indica en general por el numero 100. El sistema 100 recibe un lodo en bruto y produce biogas y una corriente de residuos. En particular, el sistema 100 incluye una unidad 110 de deshidratacion para deshidratacion de lodo en la que los solidos secos, DSIN, en el lodo se incrementan a aproximadamente 20 % y 30 % en peso. Adicionalmente, el sistema 100 incluye un subsistema al que se hace referencia en general por el numero 200. El subsistema 200 incluye un sistema 210 de hidrolisis de lodos y puede incluir adicionalmente un sistema y procedimiento para acondicionar el lodo hidrolizado, al que se hace referencia por numero 250. El procedimiento de hidrolisis incluye calentamiento del lodo dentro de un intervalo de aproximadamente 140 a aproximadamente 165 °C en un reactor de hidrolisis mostrado en la Figura 2 al que se hace referencia por el numero 214. En una realizacion, la presion en el reactor 214 se mantiene en aproximadamente 8 bar dependiendo de la temperatura del procedimiento. Esto soporta la hidrolisis del lodo y da como resultado la reduction de la concentration de solidos secos en el lodo. Despues de que lodo se haya sometido al procedimiento de hidrolisis, el

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lodo se dirige a un digestor 120 anaerobico. Sin embargo, previamente a alcanzar el digestor anaerobico, el lodo hidrolizado puede someterse a acondicionamiento. Un objetivo del condicionamiento es optimizar el procedimiento de digestion anaerobica que tiene lugar en el digestor 120 anaerobico. De ese modo, como se apreciara a partir de las siguientes partes de la divulgacion, el sistema y procedimiento de acondicionamiento implica principalmente el ajuste en la forma apropiada de la temperatura del lodo hidrolizado as! como de la concentration de solidos secos del lodo hidrolizado. El ajuste de temperatura puede conseguirse mediante una serie de intercambiadores de calor y la concentracion de solidos secos se ajusta mediante la inyeccion de agua de dilution en el lodo hidrolizado. Tlpicamente en el procedimiento de acondicionamiento, la temperatura del lodo hidrolizado se reduce a aproximadamente 40 °C y la concentracion de solidos secos del lodo se reduce de modo que la concentracion de solidos secos del lodo que se dirige a digestor 120, DSOUT es de aproximadamente 6 % - 14 % en peso. El lodo hidrolizado acondicionado se dirige al digestor 120 anaerobico en donde organismos mesofilos y/o termofilos rompen adicionalmente y convierten los solidos para producir biogas y una corriente de residuo. Se apreciara que el control de la temperatura a la que el lodo hidrolizado entra en el digestor 120 anaerobico proporciona compensation de las perdidas de calor del digestor de modo que el digestor opere en un intervalo de temperatura optimo de aproximadamente 30 a 60 °C, dependiendo de si el digestor esta operando bajo condiciones mesofllicas o condiciones termofllicas. El ajuste de la concentracion de solidos secos a aproximadamente 6 %-14 % en peso tambien tiende a un soporte eficiente y una digestion anaerobica efectiva.

Considerando mas particularmente el subsistema 200, tal como se ilustra en la Figura 2, el subsistema recibe lodo deshidratado a traves de la llnea 11 a traves de la tolva 12, que puede ser parte de la unidad 110 de deshidratacion, cuyo funcionamiento es familiar para los expertos en la materia de tratamiento de residuos y manejo de lodos. Despues de un perlodo de arranque, una bomba 14 de lodos de flujo variable de desplazamiento positivo suministra lodo deshidratado, generalmente de modo continuo, a traves de la llnea 15 al reactor 214 de hidrolisis. En un modo de operation despues del periodo de arranque, el lodo deshidratado es dirigido a traves de una valvula 18 de derivation de control de flujo variable a la llnea 19, y de ahl a traves de la llnea 25 al interior del reactor 214 de hidrolisis. Asociado con el reactor 214 de hidrolisis hay un generador 212 de vapor. El generador 212 de vapor es operativo para dirigir continuamente vapor a traves de una valvula 24 (V4) y llneas 23 y 25 al interior del reactor 214 de hidrolisis durante el procedimiento de hidrolisis. Se aprecia, sin embargo, que el vapor puede suministrarse alternativamente desde una fuente exterior. Sin embargo, puede ser ventajoso emplear el generador 212 de vapor, usando energla del biogas generado por el digestor 120, en cuyo caso puede ser posible reducir el consumo de energla tlpicamente en aproximadamente el 10 % mediante la recuperation de calor del lodo al agua para el vapor usando el intercambiador 270 de calor. El lodo caliente, hidrolizado se dirige a traves de la llnea 27 a una entrada 228 de lodo hidrolizado de un intercambiador 216 de calor y de ahl en general hacia abajo a traves del intercambiador de calor a una salida 226 de lodo hidrolizado del mismo y de ahl a traves de la llnea 29 a varias partes en el sistema global, incluyendo en donde el lodo hidrolizado se acondiciona para un tratamiento apropiado en el digestor anaerobico.

En otro modo de operacion, el lodo deshidratado se dirige a traves de la llnea 17 al interior de una valvula 20 de control de flujo variable y de ahl a traves de la llnea 31 a una entrada 222 de lodo deshidratado del intercambiador 216 de calor. En algunas realizaciones, la valvula 20 puede omitirse tal como se indica por la llnea 17A discontinua. El lodo deshidratado es dirigido en general hacia arriba dentro del intercambiador 216 de calor hacia una salida 224 de lodo deshidratado y de ahl a traves de la llnea 21 a la llnea 19 y a traves de la llnea 25 al reactor 214 de hidrolisis.

Se aprecia que dirigir al menos una parte del lodo deshidratado a traves del intercambiador 216 de calor puede servir tanto para ayudar a la refrigeration del lodo hidrolizado como para recuperar una parte de la energla anadida durante la hidrolisis. Al menos una parte del lodo hidrolizado se enfrla parcialmente en el intercambiador 216 de calor mediante el lodo deshidratado entrante, y el calor recuperado calienta el lodo entrante antes de que el lodo se dirija al reactor 214. Este enfoque de intercambio de calor “de lodo a lodo” puede reducir la energla requerida para la production de vapor y de ese modo el coste de la hidrolisis y acondicionamiento del lodo para digestion anaerobica.

El intercambiador 216 de calor se opera como un intercambiador de calor a contraflujo. Vease la Figura 3. Esto significa que los dos fluidos, lodo deshidratado entrante y lodo hidrolizado caliente, fluyen a traves del intercambiador 216 de calor en direcciones generalmente opuestas. En el caso presente, el lodo hidrolizado caliente del reactor 214 de hidrolisis fluye hacia abajo a traves del intercambiador 216 de calor y transfiere calor al lodo deshidratado entrante, que fluye hacia arriba a traves del intercambiador de calor. En una realization, el intercambiador 216 de calor es un intercambiador de calor de tubos en carcasa tal como se ha ilustrado en la Figura 3. El intercambiador 216 de calor, en esta realizacion, comprende una carcasa tubular 217 alargada, verticalmente orientada en la que la entrada del lodo 228 hidrolizado se configura para recibir el lodo desde el reactor 214 y dirigir el lodo al interior de la carcasa 217 del intercambiador de calor. La salida 226 de lodo hidrolizado se configura para recibir lodo hidrolizado que haya fluido en general hacia abajo en el mismo y descargar el lodo hidrolizado parcialmente enfriado. Parcialmente incluidos en el intercambiador 216 de calor hay uno o mas tubos 219 en general paralelos dispuestos dentro de, y en general paralelos con, la carcasa 217 de modo que los tubos se extienden generalmente desde las partes inferiores a las superiores del intercambiador de calor. Cada tubo 219 tiene extremos opuestos que estan en comunicacion para fluidos, respectivamente con la entrada 222 de lodo deshidratado y la salida 224 de lodo deshidratado del intercambiador 216 de calor. La entrada 222 de lodo deshidratado se configura para recibir el lodo deshidratado entrante y para dirigir el lodo al interior de los extremos inferiores de los tubos 219.

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La salida 224 de lodo deshidratado se configura para recibir el lodo deshidratado calentado desde los extremos superiores de los tubos 219 y para descargar el lodo hacia al reactor 214. En algunas realizaciones, el intercambiador 216 de calor puede estar al menos ligeramente inclinado respecto a la orientacion vertical para mejorar la transferencia de calor entre el lodo en bruto proximo a las superficies del tubo y el lodo caliente entre superficies de las columnas. Se ha observado que en algunos casos la orientacion vertical del intercambiador 216 de calor puede dar como resultado la formacion de capas llmite alrededor de los tubos 219. Las capas llmite alrededor de los tubos 219 tienden a aislar los tubos de lodo hidrolizado mas caliente entre los tubos. La inclinacion del intercambiador 216 de calor promueve la mezcla de lodo hidrolizado en el exterior de los tubos 219, impidiendo en general la formacion de capas llmite alrededor de los tubos y mejorando la transferencia de calor desde el lodo hidrolizado a traves de las paredes del tubo al lodo deshidratado mas frlo que fluye en general hacia arriba dentro de los tubos. Se ha observado adicionalmente que el angulo de inclinacion relativa a la vertical puede ser ventajosamente como mucho de aproximadamente 15°.

El intercambiador 216 de calor esta, como se ha descrito anteriormente, orientado en general verticalmente de modo que el lodo hidrolizado caliente desde el reactor 214 fluye en general hacia abajo en el intercambiador de calor mientras el lodo deshidratado mas frlo desde la tolva 12 se bombea en general hacia arriba a traves del intercambiador de calor. Asl, el lodo deshidratado entrante entra en el intercambiador 216 de calor en la parte inferior del mismo, fluye en general hacia arriba, y encuentra el lodo hidrolizado caliente que se alimenta al interior de la parte superior del intercambiador de calor y fluye en general hacia abajo en el. Esta disposicion tiende a asegurar que cualquier materia de partlcula en el lodo hidrolizado caliente se transporta a una parte inferior de la carcasa 217 del intercambiador de calor. La densidad de lodo hidrolizado puede cambiar tambien mientras el lodo esta en el intercambiador 216 de calor debido, al menos en parte, al enfriamiento del lodo hidrolizado cuando entrega calor al lodo en bruto deshidratado. Puede observarse un incremento en la densidad de lodo hidrolizado de aproximadamente el 4 % - 8 % y puede crear un perfil de gravedad creciente desde la parte superior a la inferior en el intercambiador 216 de calor. Este perfil de la gravedad puede mejorar tambien la transferencia de calor entre el lodo hidrolizado caliente y el lodo deshidratado entrante.

Se observa que las presiones requeridas para una operacion efectiva del reactor 214 hacen deseable tener una forma de proteger al reactor y, realmente, a todo el sistema, de las excursiones de presion tlpicas del uso de bombas de desplazamiento positivo tales como la bomba 14 y 56 en particular. El reactor 214 incluye una bolsa o seccion de aire localizada en una parte superior del reactor que sirve como un medio compresivo para absorber o amortiguar los choques que pueden ser el resultado de excursiones de presion.

El procedimiento de hidrolisis implica la rotura de moleculas de cadena larga en moleculas mas pequenas, dando como resultado la evolucion de una variedad de gases no condensables tales como dioxido de carbono y nitrogeno. Estos gases toman volumen en el reactor 214 lo que puede reducir el tiempo de residencia efectivo del lodo en el reactor, y los gases reducen la eficiencia del intercambio de calor en el sistema. La eliminacion de estos gases no condensables puede ayudar a una operacion eficiente del sistema. En consecuencia, la presente invencion incluye la capacidad para ventilar el reactor 214 para liberar esos gases.

Para facilitar el control del sistema 100, y en particular del subsistema 200, se despliegan varios sensores en ellos. El sensor 16 de presion se instala en la llnea 15 para detectar la presion, P1, del lodo deshidratado entrante. El sensor 22 de presion se instala en la llnea 19 para detectar la presion, P2, del lodo entrante en el reactor 214 de hidrolisis. Se apreciara que la diferencia de presion, AP = P1 - P2, representa en general la perdida de presion en los tubos 219 del intercambiador de calor 216. En algunas realizaciones, esta diferencia de presion es la responsable de proporcionar el flujo del lodo en bruto, deshidratado entre una trayectoria del flujo en derivacion del intercambiador 216 de calor y una trayectoria del flujo a traves del intercambiador de calor en el camino hacia el reactor 214 de hidrolisis.

El sensor 58 de presion y el sensor 50 de temperatura se despliegan en el reactor 214 para detectar la presion, P3, y la temperatura, T3, del reactor durante la operacion. La presion, P3, en el reactor 214 se mantiene en un nivel de punto de consigna deseado por la bomba 56 de control basandose en un punto de consigna de presion en el que puede ajustarse la tasa de bombeo para mantener la presion del sistema y de ese modo la presion en el reactor. El punto de consigna de presion para P3 puede calcularse a partir de la temperatura del reactor para impedir la ebullicion. Se anade un margen de seguridad requerido a la presion de ebullicion calculada para producir el punto de consigna para la presion en el reactor 214. El suministro de vapor por el generador 212 de vapor a la llnea 25 esta controlado por la valvula 24 basandose en T3.

Pasando ahora al sistema 250 de acondicionamiento de lodos, el sistema puede incluir un intercambiador 270 de calor para precalentamiento del agua de alimentacion para el generador 212 de vapor tal como se describe a continuacion. Cuando esta presente, el intercambiador 270 de calor puede servir tambien para enfriar el lodo hidrolizado caliente suministrado desde el reactor 214 de hidrolisis a traves de la llnea 29. El lodo hidrolizado y parcialmente enfriado se dirige desde el intercambiador 270 de calor a traves de la llnea 59 a la unidad 280 de intercambiador de calor de enfriamiento de lodos, que puede ser en una realizacion una unidad de intercambiador de calor del agua de alimentacion de caldera en bucle presurizado. El lodo hidrolizado se dirige desde la unidad 280 de intercambiador de calor a traves de la llnea 63 a una bomba 56 de flujo variable, desplazamiento positivo, cuya contrapresion puede modularse para mantener la presion del sistema y por ello la presion en el reactor 214. Al

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mismo tiempo la bomba 56 suministra el lodo hidrolizado caliente al digestor 120 aerobico. (Vease la Figura 1.)

Incluida adicionalmente en el sistema 250 de acondicionamiento hay una unidad 70 de dilucion. La unidad 70 de dilucion recibe agua de dilucion, en una realizacion desde una fuente externa, a traves de la llnea 71 y bomba 72. La dilucion es un medio para reducir la concentration de solidos secos en el lodo tal como se requiere por el digestor 120. Tlpicamente, el agua de dilucion recibida puede ser agua de residuos tratada pasteurizada, que esta generalmente sustancialmente mas frla que el lodo. Por lo tanto, cuando se anade agua de dilucion, no solo reduce la concentracion de solidos en el lodo sino que tambien reduce la temperatura del lodo hidrolizado. El agua de dilucion desde la bomba 72 se dirige a una valvula 74 de control de flujo de tres vlas, que puede repartir el flujo de agua de dilucion entre las llneas 75 y 77. El flujo a traves de las llneas 75 y 77 —y de ese modo el reparto por medio de la valvula 74 de control— se elige en cada caso para cumplir con los puntos de consigna de temperatura de los sensores 52 y 54. Se apreciara, entonces, que la unidad 70 de dilucion puede servir tanto para ajustar la temperatura del lodo hidrolizado durante el paso como para ajustar el porcentaje de solidos secos en el. En algunas realizaciones, el lodo hidrolizado puede calentarse mediante el calentamiento del agua de dilucion previamente a dirigir el agua de dilucion al interior del lodo. Por ejemplo, puede emplearse durante una fase de arranque del reactor el calentamiento del agua de dilucion usando agua de caldera suministrada al intercambiador 290 de calor. Para dichas realizaciones, el agua de dilucion se dirige a traves del intercambiador 290 de calor y se calienta por el agua de caldera suministrada a traves de la bomba 78 previamente a ser dirigida al lodo. En dichas realizaciones, la valvula 20 puede omitirse permitiendo as! un flujo generalmente continuo de lodo deshidratado a traves del intercambiador 216 de calor. En dichas realizaciones, el flujo generalmente continuo de lodo deshidratado a traves del intercambiador 216 de calor puede dar como resultado sobre-enfriamiento del lodo hidrolizado que entra en la llnea 29, y la inyeccion de agua de dilucion calentada proporciona un calentamiento adicional del lodo hidrolizado segun sea necesario.

Como se ha explicado anteriormente, el agua de dilucion puede anadirse para ajustar el contenido de solidos secos del lodo hidrolizado calentado a un nivel deseado para la digestion anaerobica. Como tambien se ha explicado anteriormente, en general, la adicion de agua de dilucion puede servir para enfriar o calentar adicionalmente el lodo hidrolizado calentado. Bajo ciertas condiciones, por ejemplo, el agua de dilucion es bastante frla. En estas situaciones es tambien comun que el lodo deshidratado este de la misma forma bastante frlo. Bajo estas condiciones, como se ha explicado anteriormente, la entrada de lodo deshidratado puede, durante al menos un periodo durante el arranque, ser derivada fuera del intercambiador 216 de calor para impedir el sobre-enfriamiento del lodo hidrolizado calentado que se descarga desde el reactor 214. Una realizacion de la presente invention puede acometer dichas situaciones de arranque mediante el calentamiento del agua de dilucion, como se ha descrito anteriormente, de modo que la inyeccion de agua de dilucion puede incrementar la temperatura del lodo hidrolizado. Esto puede permitir la reduction de la cantidad de lodo deshidratado que se deriva del intercambiador 216 de calor, permitiendo de ese modo la reduccion del vapor requerido desde el generador 212 de vapor a costa de algun sobre- enfriamiento del lodo hidrolizado en el paso a traves del intercambiador 216 de calor. Este sobre-enfriamiento puede compensarse mediante la inyeccion del agua de dilucion calentada en el lodo hidrolizado que fluye desde el intercambiador 216 de calor. En condiciones de arranque, esta caracterlstica puede ser ventajosa incluso aunque pueda dar como resultado alguna sobre-dilucion transitoria del lodo hidrolizado que entra en el digestor 120. Dicha sobre-dilucion transitoria puede ser aceptable debido a un coste mas bajo del calentamiento del agua de dilucion en comparacion con el coste de la generation de vapor. Sin embargo, en situaciones en las que el agua de dilucion ambiente y/o las temperaturas del lodo deshidratado pueden ser suficientemente calientes, los procedimientos pueden llevarse a cabo de modo efectivo mediante la derivation selectiva del lodo deshidratado fuera del intercambiador 216 de calor.

Como se ha explicado anteriormente, el intercambiador 270 de calor, cuando se usa, precalienta el agua de alimentation para el generador 212 de vapor. Puede incluirse una unidad 260 de tratamiento de agua para el tratamiento de agua para servir como el agua de alimentacion para el generador 212 de vapor. Se trata el agua, que puede suministrarse desde una fuente exterior a la unidad 260 de tratamiento de agua, para hacer al agua adecuada para su uso en el generador 212 de vapor. El agua puede dirigirse al generador 212 de vapor a traves de la llnea 53, intercambiador 270 de calor, y llnea 55. Se apreciara que en el precalentamiento del agua de alimentacion para el generador 212 de vapor, el intercambiador 270 de calor puede enfriar tambien el lodo hidrolizado caliente que se suministra desde el reactor 214. Como se ha hecho notar anteriormente, el sistema 100 puede operarse sin el generador 212 de vapor y el intercambiador 270 de calor cuando se elige usar una fuente de vapor alternativa.

La unidad 280 de intercambiador de calor incluye, en una realizacion, un primer intercambiador 280A de calor y un segundo intercambiador 280B de calor. Los intercambiadores 280A y 280B de calor se interconectan mediante el bucle 87 en el que circula agua mediante la bomba 82 de flujo variable. Se hace referencia a veces a esta disposition como un intercambiador de calor de bucle presurizado. Se aprecia que el intercambiador 280A de calor funciona para enfriar, segun sea necesario, el lodo hidrolizado. La temperatura del agua en el bucle 87 puede modularse para proporcionar el enfriamiento deseado del lodo hidrolizado que pasa a traves del intercambiador 280A de calor. La temperatura del agua del bucle 87 puede modularse mediante el calentamiento del agua de residuo tratada en el intercambiador 280B de calor. El agua de residuo tratada se calienta y el agua del bucle 87 se enfrla en el intercambiador 280B de calor. Vease la Figura 2. El agua de residuo tratada puede admitirse al intercambiador 280B de calor a traves de la llnea 91, a traves de la bomba 88 de flujo variable y de ahl a traves de la llnea 93. El agua de residuo tratada desde el intercambiador 280B puede dirigirse a traves de la llnea 95 a un

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drenaje 84. Se apreciara que la temperatura del agua de residuo tratada que se descarga desde el intercambiador de calor se mantiene por debajo de una cierta temperatura maxima (por ejemplo, aproximadamente 45 °C) para impedir incrustaciones. El agua del bucle 87 se enfrla en el intercambiador 280B y el agua del bucle se circula entre el intercambiador y el intercambiador 280A de calor para enfriar el lodo hidrolizado. En una realization, la temperatura del agua del bucle 87 puede modularse mediante la inyeccion de agua de caldera al interior del bucle. El agua de caldera, que puede admitirse a traves de una fuente exterior adecuada, se conduce a traves de la llnea 83 a traves de una bomba 86 de agua de caldera de flujo variable y de ahl a traves de la llnea 85 al interior del bucle 87. El agua puede descargarse desde el bucle 87 a traves de la llnea de sangrado 89 para ser utilizada en cualquier otro lado. La utilization del calentamiento de agua de caldera es opcional y puede usarse cuando hay una necesidad proxima para calentamiento fuera del sistema. Por ejemplo, cuando hay partes de otros espacios proximos o con tratamientos proximos o sistemas de procesamiento que requieran calor, la caracterlstica de calentamiento del agua de caldera puede anadirse tal como se muestra en la Figura 2. Se ha observado que cuando se emplea calentamiento del agua de caldera, es generalmente la primera prioridad a ser comprometida cuando se requiere enfriamiento por el intercambiador 280 de calor.

Se incluyen varios sensores en el sistema 250 de acondicionamiento. Se instala un sensor 52 de temperatura en la llnea 29 para detectar la temperatura del lodo hidrolizado, T1, cuando el lodo entra en el sistema 250 de acondicionamiento. Se instala un sensor 54 de temperatura en la llnea 63 para detectar la temperatura, T2, del lodo hidrolizado cuando se dirige al digestor 120. Se localiza un sensor 62 de temperatura en la llnea 89 de sangrado para detectar la temperatura, T5, del agua del bucle 87. Se localiza un sensor 64 de temperatura en la llnea 95 para detectar la temperatura, T6, del agua de residuo calentada descargada desde el intercambiador 280B de calor. Se instalan sensores 66, 68 y 76 de flujo para detectar los caudales del lodo hidrolizado acondicionado, F1, al interior del digestor 120, agua de alimentation del generador de vapor, F2, desde la unidad 260 de tratamiento, y agua de dilution, F3, a traves de la llnea 71, respectivamente. Adicionalmente, la velocidad, Hz14, de la bomba 14 es una variable del sistema como lo es la calda de presion AP = P1 - P2.

Los sensores descritos anteriormente proporcionan datos variables del sistema que pueden usarse para supervisar y controlar el sistema 100, y particularmente el subsistema 200, por medio de varias bombas de flujo variable y valvulas explicadas anteriormente. El objeto general del enfoque de control es suministrar lodo hidrolizado al digestor 120 de modo que el lodo este en o cerca de la temperatura y porcentaje de niveles de solidos secos especificados. Estos niveles son seleccionables basandose en el conocimiento de la composition del lodo en bruto y otras condiciones ambientales. En la implementation del sistema de control, se establecen varios valores de punto de consigna, algunos de los cuales se han referenciado anteriormente. Para finalidades de description del sistema de control, se listan los slmbolos para las variables del sistema y puntos de consigna asociados en la Tabla I. La Tabla II proporciona valores tlpicos de los puntos de consigna y constantes seleccionados.

Tabla I

Variables y puntos de consigna del sistema

Variable: Punto de consigna

F1: F1SET

F2: F2SET

F3: F3SET

Hz14: Hz14SET

P1: P1SET

P2: P2SET

AP: APSET

P3: P3SET

T1: T1SET

T2: T2SET1, T2SET2

T3: T3SET

T4: T4SET

T5: T5SET

T6: T6SET

Tabla II

Valores tlpicos para puntos de consigna y constantes seleccionados

Punto de consigna o constante: Valor tlpico

F3SET: F1 x (1 - DSOUT/DSIN) - F2

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Tabla II

Valores tipicos para puntos de consigna y constantes seleccionados

Punto de consigna o constante: Valor tipico

APSET: 4 bar

P3SET: T34 x 10-8 +1

T1SET: 100 °C

T2SET1: O o CO

T2SET2: cn o o O

T3SET: 165 °C

T5SET: 4^ cn o O

DSOUT: 10 %

DSIN: 25 %

K2T2: 60 segundos

K2T3: 60 segundos

K4T2: 60 segundos

K5T2: 60 segundos

K6T2: 60 segundos

Kt: 2 horas

K1T2: 60 segundos

K3T2: 60 segundos

K3T3: 60 segundos

K7T2: 60 segundos

Para una descripcion de los procedimientos implicados en el sistema 100 de control, puede ser instructivo considerar una situacion de procedimiento tipica en la que se ha de tratar lodo deshidratado desde la tolva 12. Con finalidades de ilustracion se describira una realizacion en la que la gestion del arranque incluye el control del reparto del flujo de lodo deshidratado entre el intercambiador 216 de calor y al reactor 214. El lodo deshidratado, como se ha hecho notar anteriormente, puede incluir solidos secos en un intervalo de 20 % - 30 % (en peso), y la temperatura del lodo puede estar en un intervalo de aproximadamente 5 a aproximadamente 40 °C. Un objetivo del tratamiento es entregar un flujo generalmente continuo de lodo hidrolizado a 30 - 60 °C y 6 % - 14 % (en peso) de solidos secos al digestor 120 anaerobico. Como se ha explicado anteriormente, se necesita una etapa o modo inicial o de arranque del procedimiento de tratamiento para establecer el procedimiento. Para iniciar el modo de arranque, se accionan las valvulas 18 y 20 a totalmente abiertas por el sistema de control y se activa la bomba 88 para funcione a su velocidad minima tal como se ha descrito anteriormente. La bomba 56 de lodos se energiza y opera para bombear Kquido desde el digestor 120 al sistema 100 para establecer la presion del sistema. El liquido bombeado desde el digestor 120 para el ajuste de presion del sistema puede ser desde una carga inicial del digestor con agua o lodo, habiendo sido calentada la carga inicial en el digestor. Es bien conocido cargar digestores con liquido y calentar el Kquido antes de admitir lodo hidrolizado para la digestion y produccion de biogas. La inyeccion de vapor dentro del reactor 214 se comienza con un nivel minimo. Como se ha explicado anteriormente, la bomba 88 se mantiene en operacion con un flujo minimo (incluso cuando el resto del sistema no esta funcionando) para impedir la corrosion por picadura en el intercambiador de calor. Cuando T3 se esta aproximando al punto de consigna, T3set, la bomba 14 se arranca junto con la bomba 72 para comenzar la admision de lodo deshidratado y para activar el sistema de agua de dilucion. La bomba 14 se acciona entonces continuamente a su velocidad minima hasta que todo el sistema este calentado y T2 este proxima a T2set. Posteriormente, se permite regular la velocidad Hz14 de la bomba 14 hasta su punto de consigna, Hz14SET. De la misma forma, puede usarse la valvula V4 segun sea necesario para controlar la admision de vapor al interior del reactor 214. El control de la admision de vapor al reactor 214 se basa en una temperatura de operacion deseada, T3SET, en el reactor y la temperatura del reactor real, T3, tal como se detecta por el sensor 50 de temperatura.

El lodo deshidratado entrante puede ser bastante viscoso debido tanto a la temperatura de lodo relativamente baja como a la concentracion de solidos secos contenidos en el. Durante el arranque, debido a la viscosidad del lodo entrante, la mayor parte o una mayoria del lodo deshidratado entrante deriva el intercambiador 216 de calor y fluye al interior del reactor 214 de hidrolisis, fluyendo una parte mas pequena del lodo en bruto al intercambiador de calor. Cuando el lodo hidrolizado caliente fluye desde el reactor 214 al interior del intercambiador 216 de calor, la parte mas pequena del lodo deshidratado entrante que pasa a traves del intercambiador de calor se calienta. Esto provoca que la resistencia al flujo a traves de los tubos 219 del intercambiador de calor disminuya gradualmente, reduciendo

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gradualmente la diferencia de presiones, AP, detectadas por los sensores 16 y 22, y disminuyendo gradualmente el flujo de derivacion del lodo en favor del flujo a traves de los tubos 219 del intercambiador de calor. Cuando se reduce gradualmente AP, la valvula 18 (V1) se cierra gradualmente de modo que cuando AP alcanza un nivel aceptable la valvula esta totalmente cerrada para producir una condicion de estado en general estable cuando todo o sustancialmente todo el lodo deshidratado entrante pasa a traves del intercambiador 216 de calor antes de entrar en el reactor 214. De esta forma, una parte del calor anadido en la hidrolisis se recupera y usa para calentar, o para precalentar, el lodo deshidratado entrante. En el procedimiento, el lodo hidrolizado se enfrla parcialmente antes de entrar en el sistema 250 de acondicionamiento. En una condicion tlpica de estado generalmente estable, la temperatura del lodo justamente antes de mezclarse con el vapor del generador 212 de vapor es de aproximadamente 85 °C - 110 °C. Esto es el resultado de que el lodo entrante se caliente por el intercambiador 216 de calor. El lodo hidrolizado sale del reactor 214 de hidrolisis a aproximadamente 140 - 165 °C, aproximadamente 10 bar, y aproximadamente 17 - 27 % de solidos secos. La temperatura del lodo, T1, se disminuye a aproximadamente 80 - 110 °C cuando entra en el sistema 250 de acondicionamiento.

La inyeccion de agua de dilucion puede reducir adicionalmente la temperatura del lodo hidrolizado as! como reducir la concentration de solidos en el lodo hidrolizado. El agua de dilucion puede dirigirse a traves de la valvula 74 para diluir el lodo en las llneas 29 y 63 a traves de las llneas 77 y 75, respectivamente. La bomba 72, activada cuando se activa la bomba 14, se regula basandose en T2 con relation a T2SET y basandose en F3 con relation a F3SET. La valvula 74 se regula basandose en la T1 con relacion a T1SET. Cuando T1 esta por debajo de T1SET, no se admite agua de dilucion a traves de la llnea 77 a la llnea 29. Por el contrario, se admite toda el agua de dilucion bajo esta condicion a traves de la llnea 75 a la llnea 63. Bajo otra condicion, cuando T1 esta por encima de T1SET, la valvula 74 puede actuarse para dirigir mas agua de dilucion a traves de la llnea 77 a la llnea 29 hasta que T1 cae por debajo de T1SET. El caudal de agua de dilucion, F3, dentro del sistema es controlada basandose en la concentracion de solidos secos en la tolva 12, siendo dirigida una concentracion de solidos secos deseada de lodo hidrolizado acondicionado al digestor 120, un caudal medido (F1) de lodo al digestor, y un valor medio amortiguado de caudal medido de agua (F2) al generador 212 de vapor. La bomba 72 de agua de dilucion se regula basandose en el control de F3 con relacion a F3SET.

La inyeccion de agua de dilucion al interior de la llnea 29 puede reducir tambien la temperatura del lodo cuando entra en el intercambiador 270 de calor, si se requiere, a aproximadamente 100 °C. El precalentamiento, en el intercambiador 270 de calor, del agua de alimentation para el generador 212 de vapor puede enfriar tambien el lodo hidrolizado. Por ejemplo, cuando se usa el intercambiador 270 de calor, el agua tratada proporcionada a traves de la llnea 53 puede estar a aproximadamente 8 °C, y en el calentamiento del agua de residuo la temperatura del lodo puede caer a aproximadamente 70 - 90 °C. Cuando el lodo ha pasado en el intercambiador 280A de calor, que no esta aun activo en el lado secundario, puede anadirse agua de dilucion adicional a traves de la llnea 75 si se requiere. La temperatura, T2, del lodo diluido se incrementa durante el arranque, y cuando T2 alcanza su T2SET dentro de un margen dado puede considerarse completada la fase de arranque y el sistema cambia a operation normal. Durante la operacion normal T2 se controla con relacion a T2SET mediante la regulation de la valvula 20 (V2). La bomba 86, bomba 82 y bomba 88 se regulan de la misma forma basandose en T2 con relacion a T2SET. Cuando la operacion en estado estable da como resultado un lodo hidrolizado en la llnea 59 que tiene una temperatura cerca del extremo inferior del intervalo 70 - 90 °C, o aproximadamente 70 °C, la refrigeration adicional necesaria se lleva a cabo generalmente solamente por dilucion. En consecuencia, en dichos casos, las bombas 82 y 86 se detienen, y la bomba 88 se reduce, si es necesario, a la velocidad minima requerida para impedir la corrosion de las superficies de la unidad 280B de intercambiador de calor mientras la unidad no se esta usando para enfriar lodo. Cuando la operacion en estado estable da como resultado que T1 esta cerca del extremo alto del intervalo aproximado 70 - 90 °C, o aproximadamente 90 °C, la refrigeracion suficiente del lodo no puede llevarse a cabo en general de modo eficiente solo por la dilucion. En este caso, la bomba 86 pueden energizarse para proporcionar agua de caldera a aproximadamente 40 °C para el bucle 87 de la unidad 280 de intercambiador de calor, y puede regularse la bomba 88 basandose en T6 con relacion a T6SET para proporcionar el flujo necesario de agua de residuo tratado para refrigeracion adicional, dando como resultado una disminucion de aproximadamente 70 °C en la temperatura del lodo hidrolizado cuando el lodo pasa a traves del intercambiador 280a de calor. La temperatura puede reducirse adicionalmente a aproximadamente 40 °C mediante dilucion como se ha descrito anteriormente. A temperaturas del lodo dentro del intervalo de 70 - 90 °C, la tasa de elimination de calor o refrigeracion por la unidad 280 de intercambio de calor puede modularse mediante el control de las bombas 82, 86 y 88 informadas por T2, T5 y T6 con relacion a sus puntos de consigna T2SET, T5SET y T6SET respectivos.

Como se ha explicado anteriormente, en una realization el agua de dilucion puede calentarse e inyectarse para calentar el lodo hidrolizado previamente a que el lodo se dirija al digestor 120. Hacer esto puede ser ventajoso bajo ciertas condiciones de arranque y operacion muy frias en donde altos niveles de derivacion del lodo entrante alrededor del intercambiador 212 de calor podrian dar como resultado su eficiencia de operacion reducida. Se apreciara que el procedimiento de control puede modificarse directamente por un experto en la tecnologia de control para efectuar esta realizacion como una caracteristica opcional del sistema 100.

Se apreciara que puede no ser necesario usar todo el lodo calentado desde la hidrolisis para precalentar el lodo entrante. Puede incorporarse una linea de derivacion opcional automaticamente controlada para permitir que el lodo calentado se use aguas abajo en conexion con la dilucion si se requiere por el digestor 120 y no es alcanzable por los procedimientos descritos anteriormente.

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Se ilustra en las Figuras 4A, 4B y 4C una realizacion de un sistema de control, y la logica del sistema de control se indica en general por el numero 400. Esta realizacion implementa la gestion de arranque mediante el control del reparto del flujo de lodo deshidratado entre el intercambiador 216 de calor y el reactor 214. La logica 400 del sistema de control implementa controles PID de bombas y valvulas como apreciaran los expertos en la materia de sistemas de control. Se incluye en el sistema de control 400 una serie de indicadores de estado y constantes, seleccionados basandose en las condiciones y objetivos de operacion generales como se apreciara comunmente. Los indicadores de estado K1, K2 y K3 se fijan a 0 o 1 para indicar el estado de regulacion de varias valvulas y bombas. Las constantes K2t2, k2t3, K4t2, K5t2, y K6t2 son valores de tiempo que se utilizan para proporcionar un periodo de tiempo durante el que se evalua un criterio de comparacion particular. Estas constantes pueden tener valores cerca de la unidad, bien ligeramente por encima o bien ligeramente por debajo de 1 permiten la operacion estable con el fin de pruebas de varias variables del sistema con relacion a sus puntos de consigna respectivos. La constante Kt es de la misma forma un valor de tiempo utilizado en la prueba de si un evento no ocurre en un periodo de tiempo establecido para determinar si un elemento del sistema requiere regulacion. Estos valores de tiempo pueden ser tlpicamente cada uno de aproximadamente 2 segundos. Las constantes K1t2, K3t2, K3t3 y K7t2 permiten realizar un evento antes de que se alcance plenamente un punto de consigna, o retardar un evento hasta que se haya excedido un punto de consigna con un margen dado. Estas ultimas constantes son cantidades adicionales siendo tlpicamente cada una de aproximadamente 1 o mas teniendo particularmente un valor que puede ser desde aproximadamente 0,96 a aproximadamente 1,04. Los indicadores de estado y constantes proporcionan as! serialization y soportan la estabilidad del sistema de control. Adicionalmente, los expertos en la materia apreciaran que estas constantes se despliegan en el sistema 400 para evitar la detention y arranque muchas veces de motores con cortos intervalos y el ciclo termico que puede tener lugar en el caso de dichos cortos intervalos. Se emplea una constante adicional, Hz14min, para establecer una velocidad de operacion minima de la bomba 14 para asegurar una alimentation continua de lodo.

En consecuencia, el sistema 400 incluye nueve reguladores PID indicados en las Figuras 4A, 4B, y 4C por los numeros 410, 420, 425, 430, 440, 450, 460, 470, y 480. Cada uno de estos reguladores PID regula o bien una bomba o bien una valvula basandose en una o mas variables del sistema y sus valores de punto de consigna respectivos. Se apreciara que el regulador 480 PID aparece en dos lugares virtuales en la Figura 4C, aunque es un regulador. La colocation se utiliza para simplificar el diagrama. Como un ejemplo, el regulador 410 controla la velocidad y direction de la bomba 56. Se recordara de la explication anterior, que durante el modo de arranque del sistema, la bomba 86 puede bombear realmente en una direccion invertida para bombear lodo desde el digestor 120 para fijar la presion del sistema. Como se observa en la Figura 4A, al regulador 410 PID controla la bomba 56 basandose en P1 con relacion a P1SET. De modo similar, como otro ejemplo, el regulador 480 PID controla el estado de la valvula 18 (V1) basandose en AP con relacion a APSET. Como se apreciara por los expertos en la materia del uso de reguladores o controladores PID, es necesario en general el ajuste de los pesos relativos del control proporcional, integral y diferencial y puede llevarse a cabo de acuerdo con cualquiera de varios procedimientos conocidos.

Aunque el control PID de las valvulas 18 y 20 (V1 y V2) podrla llevarse a cabo completamente con controladores PID, la naturaleza del sistema presente hacer practico usar una combination de control PID e incremental. El control incremental se muestra en los bloques 435, 436 y 437. Realmente, solo se pide control incremental para el caso de la valvula 20 (V2). V2 se regula mediante incrementos en el bloque 435 bajo una condition tal como la indicada por los bloques de decision 411, 415, 416, 417, 418, 419, 421, 422, 423, 424, 425, 427, 428, y 429 que tienen un conjunto particular de senales de control de salida. De la misma manera, V2 se regula en el bloque 437 mediante la disminucion, tal como se ha indicado por la misma cadena de decision pero cuando la decision en el bloque 429 es diferente del caso en el que tiene lugar el incremento de V2 y cuando el bloque de decision 431 determina que la valvula 18 (V1) esta totalmente abierta.

A partir de la explicacion anterior, es evidente que la logica de control 300 del sistema incluye una serie de bloques de decision, incluyendo ademas de aquellos a los que se ha hecho referencia anteriormente, el bloque 426 de decision. Cada bloque de decision implementa una election particular de etapas de action de control basandose en un criterio anunciado en el bloque aplicado a un valor de variable de control particular. Por ejemplo, el bloque 426 de decision responde a la cuestion: “^Ha estado T3 por encima de la temperatura T3SET multiplicada por K3T3 durante un tiempo mayor que K2T3?” La respuesta a esta cuestion determina efectivamente si la temperatura del reactor 214 esta aproximandose al valor deseado. Si T3 esta proxima a T3SET, se arrancan las bombas 14 y 72 como se indica en el bloque 432 de accion de control y las etapas de control a traves de los bloques 433, 434 y 480 de vuelta al bloque de control 410. Si T3 no esta suficientemente proxima a T3SET, las bombas 14 y 72 no se arrancan. Por el contrario el control pasa de vuelta al bloque 410.

A partir de la explicacion anterior es evidente que la logica 300 incluye, ademas de los reguladores o controladores PID, una serie de bloques de accion de control. Estos incluyen los bloques 401, 402, 412, 413, 414, 438, 439, 441 entre otros. Como un ejemplo, se ha explicado anteriormente el bloque 432 de accion de control. Como otro ejemplo, el bloque 414 de accion de control fija el indicador de estado K3 al valor 1 para indicar que se ha arrancado el generador 212 de vapor. Como se apreciara por los expertos en la materia, la logica 300 puede entenderse en el contexto de un programa que se hace funcionar sobre un ordenador con interfaz con los elementos flsicos representados por los bloques en el diagrama logico. Dicha interfaz permite al ordenador controlar, por ejemplo, para incrementar un motor asociado con la valvula 20 (V2) para incrementar o disminuir la valvula. Adicionalmente, el

programa funciona en un bucle digital, pasando a traves de la logica en ciclos repetidos. En cada paso, la logica dirige las acciones basandose en las decisiones alcanzadas en cada bloque de decision cuando es alcanzado en un ciclo. Dichas decisiones dirigen el curso de las etapas del programa junto con las diferentes ramificaciones de la logica basandose en las decisiones de cada punto. La repeticion del ciclo de control se repite continuamente 5 siempre que el sistema este funcionando. A partir de las Figuras 4A, B y C, se aprecia que se puede considerar el bucle de control comenzando en el bloque 410 y trazando a traves de la logica de acuerdo con las decisiones en los bloques de decision encontrados finalizando el ciclo mediante el paso del control de vuelta al bloque 410 desde donde comienza el ciclo siguiente.

Se apreciara que existen dentro del alcance de la presente invencion realizaciones alternativas que representan 10 varios enfoques para controlar la temperatura del lodo. Una realizacion, como se ha explicado anteriormente, incluye el calentamiento del agua de dilucion como una alternativa al enfoque de control de temperatura del lodo. Usando modificaciones del sistema de control bien conocidas, puede configurarse la logica de las Figuras 4A, 4C y 4C para implementar esta estrategia de control alternativa.

La presente invencion, entonces, proporciona un procedimiento para tratar continuamente lodo deshidratado usando 15 hidrolisis con una serie de subprocedimientos de enfriamiento y dilucion para proporcionar lodo hidrolizado a una temperatura y contenido de solidos secos optimos para soportar una digestion anaerobica efectiva del lodo. La aplicacion de enfoques de control como se ha explicado en el presente documento proporciona el control del lodo hidrolizado a la temperatura optima. La digestion anaerobica, cuando se opera eficientemente con dicho sistema de control, proporciona una fuente de combustible como biogas.

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Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento de tratamiento de lodos que comprende:

(a) deshidratar el lodo para incrementar los solidos secos en el lodo al 20 % - 30 % en peso;

(b) dirigir el lodo deshidratado a un intercambiador (216) de calor orientado en general verticalmente, teniendo el intercambiador de calor una entrada (222) de lodo deshidratado colocada en una parte inferior del intercambiador de calor, una salida (224) de lodo deshidratado colocada en una parte superior del intercambiador de calor, una entrada (228) de lodo hidrolizado colocada en una parte superior del intercambiador de calor y una salida (226) de lodo hidrolizado colocada en una parte inferior del intercambiador de calor;

(c) dirigir el lodo deshidratado a la entrada (222) de lodo deshidratado y hacia arriba a traves del intercambiador (216) de calor y fuera de la salida (224) de lodo deshidratado y al interior de un reactor (214) de hidrolisis;

(d) hidrolizar el lodo en el reactor (214) de hidrolisis;

(e) pasar el lodo hidrolizado al interior de la entrada (228) de lodo hidrolizado del intercambiador (216) de calor;

(f) proporcionar una transferencia de calor de lodo a lodo mediante la direccion del lodo hidrolizado hacia abajo a traves del intercambiador (216) de calor a menudo que el lodo deshidratado se mueve hacia arriba y a traves del intercambiador de calor;

(g) dirigir el lodo hidrolizado fuera de la salida (226) de lodo hidrolizado del intercambiador (216) de calor a un digestor (120) anaerobico; y

(h) digerir anaerobicamente el lodo hidrolizado en el digestor (120) anaerobico.
2. El procedimiento de la reivindicacion 1 que incluye dirigir una parte del lodo deshidratado alrededor del intercambiador (216) de calor y al reactor (214) de hidrolisis sin que el lodo deshidratado pase a traves del intercambiador de calor.
3. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-2 que incluye dirigir el agua de dilucion al interior del lodo hidrolizado para ajustar una proporcion de materia seca en el lodo.
4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-3 que incluye calentar el agua de dilucion y dirigir el agua de dilucion calentada al interior del lodo hidrolizado para calentar el lodo hidrolizado.
5. El procedimiento de la reivindicacion 4 en el que el agua de dilucion calentada se dirige al interior del lodo hidrolizado durante un periodo de arranque en el procedimiento.
6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-5 que incluye dirigir el lodo hidrolizado al interior de una parte superior de un cilindro (217) y hacia abajo a traves del cilindro; y dirigir el lodo deshidratado hacia arriba a traves de una serie de conductos (219) espaciados que se extienden a traves del cilindro, de modo que de lugar a una transferencia de calor de lodo a lodo cuando se transfiere calor desde el lodo hidrolizado que pasa a traves del cilindro al lodo deshidratado que pasa hacia arriba a traves de los conductos en el cilindro.
7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-6 que incluye calentar el reactor (214) de hidrolisis con vapor producido por un generador (212) de vapor; y dirigir el agua de alimentacion del generador de vapor y el lodo hidrolizado a un intercambiador de calor dispuesto aguas abajo del reactor (214) de hidrolisis y reducir la temperatura del lodo hidrolizado mediante transferencia de calor desde el lodo hidrolizado al agua de alimentacion del generador de vapor.
8. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-7 en el que el intercambiador (216) de calor generalmente vertical se inclina respecto a la vertical para incrementar la transferencia de calor desde el lodo hidrolizado al lodo deshidratado.
9. El procedimiento de la reivindicacion 8 en el que el intercambiador (216) de calor se inclina aproximadamente 15° con relacion a la vertical para impedir la formacion de capas llmites en el lodo hidrolizado alrededor de los tubos (219) dispuestos dentro del intercambiador de calor que conducen el lodo deshidratado a traves del intercambiador de calor.
10. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1-9 en el que el reactor (214) de hidrolisis incluye un sistema de venteo para ventilar gases no condensables desde el reactor de hidrolisis.
11. El procedimiento de la reivindicacion 1 que comprende adicionalmente la etapa de:

variar el flujo de lodo deshidratado a traves del intercambiador (216) de calor durante ciertos perlodos de tratamiento del lodo mediante:

(i) durante el modo de arranque dirigir al menos una parte del lodo deshidratado a traves de una llnea (25) de derivation del intercambiador de calor y al reactor (214) de hidrolisis; y

(ii) durante un modo de estado estable, dirigir una mayorla del lodo deshidratado a traves del intercambiador (216) de calor y a continuation al reactor (214) de hidrolisis.
12. El procedimiento de la reivindicacion 11, que incluye durante una parte inicial del modo de arranque, dirigir

sustancialmente todo el lodo deshidratado a traves de la llnea (25) de derivacion del intercambiador de calor al reactor (214) de hidrolisis.
13. El procedimiento de la reivindicacion 12, que incluye adicionalmente,

despues de la parte inicial del modo de arranque, incrementar a lo largo del tiempo el flujo de lodo deshidratado a 5 traves del intercambiador (216) de calor y disminuir el flujo de lodo deshidratado a traves de la llnea (25) de derivacion del intercambiador de calor durante el modo de arranque.
14. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 11-13, que incluye adicionalmente durante un periodo seleccionado del modo de estado estable, dirigir sustancialmente todo el lodo deshidratado a traves del intercambiador (216) de calor previamente a alcanzar el reactor (214) de hidrolisis.

10 15. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 11-13, que incluye durante el modo de estado estable,

incrementar la temperatura del lodo hidrolizado dirigido al digestor (120) anaerobico mediante la disminucion del flujo de lodo deshidratado a traves del intercambiador (216) de calor e incrementar el flujo de lodo deshidratado a traves de la llnea (25) de derivacion del intercambio de calor.
16. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 11-15 que incluye dirigir agua de dilucion al interior del 15 lodo hidrolizado para el ajuste de una proportion de materia seca en el lodo.
17. El procedimiento de la reivindicacion 16 en el que dirigir el agua de dilucion al interior del lodo hidrolizado incluye el calentamiento del agua de dilucion antes de dirigir el agua de dilucion al interior del lodo y el calentamiento del lodo con el agua de dilucion calentada.