WO2008120963A1 - Planta de tratamiento de aguas residuales dual, con separación de las aguas jabonosas o grises y de las aguas negras - Google Patents
Planta de tratamiento de aguas residuales dual, con separación de las aguas jabonosas o grises y de las aguas negras Download PDFInfo
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- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Definitions
- Dual it is in the housing complexes that produce soapy and black wastewater.
- Soapy water after treatment is returned to homes for use in toilets (in subsequent WC) and in laundry.
- the black water after being treated returns to the houses for use in gardens, in car wash, washing of exterior floors and fountains.
- black water is treated for use in gardens, car washes and floor washing in homes.
- the benefit that is obtained is that 50% of the drinking water is saved on average, since the other 50% that will be used will be the recovered water, coming from the soapy water and the black water that is produced in the residential houses.
- Water used in residential homes must be conducted through two pipes. One of them will lead to the sewage from the toilets, the kitchens, the bathroom tables and the house's windows. The other pipe will conduct soapy water from the showers and the laundry area.
- the soapy pipe will conduct said water to the PTAR of soapy waters, while the sewage pipe will flow into the Wastewater Treatment Plant (hereinafter PTAR) of sewage.
- PTAR Wastewater Treatment Plant
- the plant proposed with Dual System offers great advantages over the conventional system of treatment of the mixture of soapy waters with sewage.
- the soapy water plant is designed to obtain treated water of excellent quality suitable for WC reuse, in laundry, and when required for use in the cold water of the showers.
- the good quality of treated water is due to the fact that it does not mix with the black water, to avoid the presence of highly contaminating or infectious agents such as fecal coniform and helminth eggs.
- the Dual plant has an alternate treatment train with the Extended Aeration system in Activated Sludge mode, which integrates new designs for Coarse Grinding, efficient Biological Reactors and combined systems for Solids Decantation . It also includes disinfection systems through filtration with Silica Sand, exposure to Ultraviolet Light and application of Sodium Hypochlorite, to ensure that water is obtained according to NOM- 003-SEMARNAT-1997, suitable for irrigation of green areas, washing of patios, washing of cars and use in sources.
- the Extended Aeration system in Activated Sludge mode
- Activated Sludge mode which integrates new designs for Coarse Grinding, efficient Biological Reactors and combined systems for Solids Decantation . It also includes disinfection systems through filtration with Silica Sand, exposure to Ultraviolet Light and application of Sodium Hypochlorite, to ensure that water is obtained according to NOM- 003-SEMARNAT-1997, suitable for irrigation of green areas, washing of patios, washing of cars and use
- the cost of construction and installation of a Dual plant is similar or less than a sewage plant mixed with soaps.
- Soapy water is reused after being treated for use in toilets, and in laundry and can also be used in the cold water of showers. 10.
- the treated black water is reused in garden irrigation, car washing, fountains and floor washing.
- C. Pouring of excesses that conducts the excess fluids, normally generated by the rain outside the plant.
- E. Sand trapping channel is the structure that due to its length and the speed with which the water enters (less than 0.2 m / s), the sand that creeps in the drainage lines is sedimented, avoiding damage to the equipment. The removed material is also disposed in the landfill.
- F. Parshall Gorge is used to measure the flow of influent to the treatment plant.
- I. Parabolic Hydrocriba is the structure that allows the removal of organic and inorganic solids greater than 1.5 mm which are arranged in the landfill.
- J. Biological Reactor is a tank normally constructed of reinforced concrete and is where the mixture of water, oxygen, organic matter and activated sludge is carried out to obtain the mixed liquor of the process and perform the removal of contaminants from the water.
- Lamellar Decanter for the additional separation of 10 to 15% more activated sludge and clarified water, reaching up to 92% removal between the two.
- U Elevated tank of treated water for distribution in the subdivision.
- V UV emission system to perform a final disinfection to water before reuse in homes.
- W Water Discharge Line treated in accordance with NOM-003-SEMARNAT-1997 for reuse in homes.
- X Purge sludge digester tank
- Y Low pressure centrifugal air blowers to inject into the biological reactor.
- Z Fine bubble membrane air diffusers installed at the bottom of the biological rector for uniform distribution of air inside the reactor.
- E Static low-rate settler with solid concentration harrows to perform the primary clarification process by removing approximately 60% solids.
- F. Pumping system of soapy water to dynamic sedimentation.
- G. Automatic dosing system of flocculant polymer.
- FIG. 5 Biological Reactor A. Air Supply Line blown at 6 Lbs pressure.
- the treatment continues with the dosage of Ozone and the sending of the sedimented water through deep bed filters and multiple media with mixed packages of Silica and Anthracite Sand.
- Waste or contaminated water must be treated before discharging into the drainage to take care of the health of any living being, as well as to take care of the ecology, the environment and, to avoid the contamination of the water tables, thereby favoring the obtaining of water potable.
- Said treatment plants can be Biological, that is to say that they carry out the purification of the impurities that the residual water contains by means of the digestion with bacteria; and Physical-Chemical plants, whose operation is carried out with the use of different methods and chemical products that purify black water.
- Biological plants can be aerobic or anaerobic. Aerobics produce purifying bacteria that require air to survive, while anaerobes only survive in oxygen-free environments.
- Wastewater Treatment Plants are being installed in the same place where the black water is produced, with the purpose of reusing it right there, thereby avoiding the construction of huge drainage networks for the shipment of the black water and other drainage networks for the reintegration of treated water.
- the purpose of our invention is to install a Dual WWTP by treating sewage separately from soapy waters, thereby achieving the combination of an efficient and economical installation, with a low-cost operation of the plant. That is to say:
- the primary and secondary process where the roughing of coarse grains, the primary aerobic digestion and the secondary decantation are carried out, is carried out by physical and biological means.
- the tertiary process equivalent to the disinfection and sanitation of already purified water, is carried out by Physical-Chemical means.
- the Soapy Water Treatment consists of using roughing, decanting, filtering, stabilization, disinfection and softening of soapy water, to obtain water equivalent to drinking water by physical chemical means.
- Biochemical Oxygen Demand which according to the type of contaminants present, it is necessary to resort to different processes of removal to obtain the projected global efficiency.
- the raw water will be received directly from the main collection line of the fractionation.
- initially inclined bars with 15 mm separation will be installed where the flow measurement is also performed by an open channel sensor system in parshall channel with hourly recording.
- Tangential Hydrotamiz which consists of a 1.5 mm screening system with a light path, which will be depositing the solids directly in a hoist-type container to facilitate its removal from the plant, and the rough water will be sent to the Reactor
- the Biological Reactor is the main process of the proposed plant. In said biological Reactor, the digestion of the impurities contained in the residual water is carried out, being exchanged for nutrients generated by the bacteria inhabiting said Reactor. Its engineering is basic and decisive for the proper functioning of the WWTP, since the bacteria that inhabit the Biological Reactor will be aerobic and will have a maximum life time of 40 days. Likewise, the dosage of oxygen within the Biological Reactor will have to be calculated according to the study of the sanitary biokinetics from the influent.
- a rectangular section tank will be built, based on the 3W proportionality rule, where the digestion of the organic matter contained in the water is carried out, the aeration to induce the biological process is carried out with centrifugal blowers of positive displacement and Ia air distribution with fine bubble tubular diffusers, which have the advantage that they do not require fixing on the floor of the tank, since the water inside the tube that retains the membrane acts as a ballast, thus facilitating any intervention that requires maintenance, since the network can be partially or totally extracted without emptying the tank.
- the secondary sedimentation has the purpose of initiating the separation of the solids contained in the water slab in the primary screen and digested in the Biological Reactor, which will be carried out in two sequential stages:
- the first stage is Dynamic Sedimentation, which allows instant separation of solids and liquids with immediate sludge recirculation to the Biological Reactor.
- Said sedimentation is controlled by reading and recording the volume of solids suspended in the mixed liquor and with the opening and closing of automatic valves; turbidity sensors and total suspended solids will be installed at the exit of the Dynamic Sedimentators that will allow only the passage of water with less than 25 mg / l of total suspended solids. ( Figure 6)
- the second sequential stage is performed in a circular or rectangular decanter with lamellar, which will allow the final separation of solids from the mixed liquor, at this point in the process, the water is obtained with quality NOM-001-SEMARNAT-1996. ( Figure 7)
- the water After sedimentation in the Lamellar Decanter, the water will pass through the silica sand filters specially designed to remove the treated effluent, and will retain any particles or solids of between 4 and 10 microns that may remain in suspension.
- the filtration cycle has been designed according to the needs of the system, with all the filtration times as well as the backwash being programmed.
- UV rays capable of destroying the DNA chain and the proliferation of any bacteria including helminth eggs and any other type of microseres in development phase.
- the proposed plant has Double Security ", since in each of the unit operations it is backed by a complementary one that guarantees the expected result while considering that the plants may undergo changes in the influent, either due to changes in the time of the year, or by the incorporation of different turns to the residential ones that are incorporated in the residential colonies.
- the proposed plant has the capacity to absorb this type of variations without affecting the quality of the water output.
- the total solids that integrate volatile and sedimentable can reach values of 299.4 mg / l, the purpose is to reduce to less than 5 mg / l total solids.
- a primary solids removal system consisting of a pH stabilization process, another oxidation process, and then sent to a static static settler for light and heavy solids, helped with the injection of a flocculant polymer that increases volume and weight. specific solids to cause efficient removal.
- the thickeners and flocculating polymers will be added to the effluent obtained and then sent to the Dynamic Sdimentadores to complement the process of removing the remaining solids from soapy water.
- the process train will continue to carry the water obtained to the deep bed and multiple media filters with mixed silica and anthracite sand packages of different particle sizes.
- the process of Filtration of centrifuged water through Silica Sand and Anthracite is the step that will finish clarifying soapy water. Prior to this process, water is disinfected with the application of ozone.
- the effluent obtained will be passed through a pH sensor, where the volume of salt removal from the treated water can be determined, based on the pH reading, which in the case of raw water can reach values of 9.3 units, considered very basic for the reaction in the disinfection and for reuse.
- the purpose will be to stabilize it, at 7.0 pH.
- the treated effluent that will be extracted from the storage tank will be conducted to an ultraviolet ray emission system to carry out the final disinfection and thereby destroy any contaminating agent that may have survived in the water. Subsequently, the water is softened by Cationlca Resin filters and prepared for final disinfection with Sodium Hypochlorite (liquid or gas) and then sent to the drainage network for reuse in residential homes in WCs and in the area of laundry
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Abstract
La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Dual, con separación de aguas jabonosas y de aguas negras, tiene como propósito clarificar y desinfectar el agua preutilizada en los fraccionamientos habitacionales, para reciclarla hacia las casas, logrando ahorrar hasta el 55% del agua potable que se requiere en los hogares. Consiste en separar desde su origen el agua jabonosa proveniente de regaderas y lavado de ropa, del agua negra proveniente de escusados (WC), tarjas de baño, cocinas y lavado de pisos dentro de los hogares. El agua jabonosa se conduce a una planta en Ia que: se estabiliza su pH, se oxida, se decanta, se Ie añaden polímetros, se filtra por arena sílica y antracita, se desinfecta con ozono, hipoclorito de sodio y con luz ultravioleta, posteriormente se suaviza y se retorna a los hogares para su uso en WC y lavado de ropa. El agua negra se conduce a una planta en Ia que: se desbasta, se criba, se digesta en reactor biológico aeróbico y anaeróbico, se decanta en forma dinámica y estática, se filtra por arena sílica y se desinfecta con hipoclorito de sodio y con luz ultravioleta, después se retorna a las casas para el riego de jardines, el lavado de autos, lavado de pisos y uso de fuentes. EL agua negra recuperada sobrante se utiliza en riego de jardines comunes.
Description
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DUAL, CON SEPARACIÓN DE LAS AGUAS JABONOSAS O GRISES Y DE LAS AGUAS NEGRAS.
CAMPO DE LA INVENCIÓN El campo de Ia invención de Ia Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
Dual, es en los conjuntos habitacionales que producen agua residual jabonosa y negra.
El agua jabonosa después de tratarse se regresa a las casas para uso en escusados (en Io sucesivo WC) y en el lavado de ropa.
El agua negra después de tratarse se regresa a las casas para uso en jardines, en lavado de autos, lavado de pisos exteriores y fuentes.
ANTECEDENTES
El importante crecimiento habitacional que está ocurriendo en México ha creado Ia necesidad de proporcionar agua potable aún en zonas de abasto insuficiente. Esta necesidad nos ha motivado a recuperar, tratar y sanear el agua residual habitacional, conforme a las normas de calidad del agua residual tratada vigentes en nuestro país, para después reusarla en las mismas casas que Ia generaron, con el propósito de ahorrar agua potable.
Por Io anterior, hemos desarrollado plantas para el tratamiento de agua residual Dual, en las que son tratadas por separado las aguas jabonosas que serán reusadas dentro de los mismos hogares en los WC, en el lavado de ropa y el agua fría de las regaderas.
Por otra parte, se trata el agua negra para ser usadas en los jardines, lavado de autos y lavado de pisos en los hogares.
El agua así obtenida se denomina "Agua Recuperada".
El beneficio que se obtiene es que se ahorra en promedio el 50% del agua potable, ya que el otro 50% que se usa será el agua recuperada, proveniente del agua jabonosa y del agua negra que se produce en las casas habitacionales.
Con el sistema DUAL es posible tratar por separado el agua residual habitacional y reaprovecharla totalmente. El beneficio principal es que se obtendrán importantes ahorros de agua potable además de favorecer a Ia concientización del adecuado uso del agua en los hogares de nuestro país.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El agua usada en las casas habitacionales debe conducirse por dos tuberías. Una de ellas conducirá a las aguas negras provenientes de los WC, de las cocinas, de Ia tarjas de los baños y de las coladeras de las casas. La otra tubería conducirá el agua jabonosa proveniente de las regaderas y del área de lavado de ropa.
Así, Ia tubería de jabonosas conducirá dicha agua a Ia PTAR de aguas jabonosas, mientras que Ia tubería de aguas negras desembocará en Ia Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (en Io sucesivo PTAR) de aguas negras.
Por ello, dentro de Ia misma PTAR se llevará a cabo por separado el tratamiento de los dos tipos de agua, con el propósito de obtener agua para su reuso de diferente calidad. Es decir: Del agua jabonosa se obtendrá agua equiparable a Ia potable que sin riesgo alguno será reusada en WC y lavado de ropa. Del agua negra se obtendrá agua apta para jardinería, lavado de autos, lavado de pisos y fuentes.
La planta propuesta con Sistema Dual, ofrece grandes ventajas sobre el sistema convencional de tratamiento de Ia mezcla de aguas jabonosas con aguas negras. La planta de aguas jabonosas está diseñada para obtener agua tratada de excelente calidad apta para el reuso WC, en lavado de ropa, y cuando se requiera para uso en al agua fría de las regaderas. La buena calidad de agua tratada se debe a que no se mezcla con el agua negra, para evitar Ia presencia de agentes altamente contaminantes o infecciosos como son los coniformes fecales y los huevos de helminto.
Para tratar las aguas residuales negras, Ia planta Dual cuenta con un tren de tratamiento alterno con el sistema de Aireación Extendida en modalidad de Lodos Activados, que integra nuevos diseños para el Desbaste de Gruesos, Reactores Biológicos eficientes y sistemas combinados para Ia Decantación de sólidos. Además incluye sistemas de desinfección mediante filtración con Arena Sílica, exposición a Luz Ultravioleta y aplicación de Hipoclorito de Sodio, para garantizar obtener agua conforme a Ia NOM- 003-SEMARNAT-1997, apta para el riego de áreas verdes, lavado de patios, lavado de autos y uso en fuentes.
BENEFICIOS DE UNA PTAR DUAL
1. Ahorro de agua potable - hasta 54% en casas de interés medio.
2. Menor dimensión de Ia Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de Aguas Negras
3. Menor costo de operación que Ia PTAR de Aguas Negras 4. Reuso de las Aguas Recuperadas jabonosas o negras sin riesgo y sin aromas.
5. El costo de construcción e instalación de una planta Dual, es similar o menor a una planta de aguas negras mezcladas con jabonosas.
6. El costo de operación es similar entre una PTAR tradicional y Ia PTAR Dual.
7. Menor dimensión de las tuberías del fraccionamiento. Esto disminuye el costo adiciona) de las tuberías del fraccionamiento que conducirán el agua a cada una de las plantas.
8. Concientiza el cuidado del agua entre los usuarios.
9. Se reusa el agua jabonosa después de tratarse para uso en los WC, y en el lavado de ropa y puede ser usada también en el agua fría de las regaderas. 10. Se reusa el agua negra tratada en el riego de jardines, lavado de autos, fuentes y lavado de pisos.
REQUISITOS PARA INSTALAR UNA PTAR DUAL
- Solo puede instalarse en fraccionamientos con doble tubería (nuevos)
- Instalación de tubería específica de las casas y en el fraccionamiento para Ia conducción de los diversos tipos de agua. Es decir una tubería para conducir las aguas jabonosas provenientes de regaderas, lavandería y tarjas de los baños y otra tubería para las aguas negras residuales provenientes de los WC, de las cocinas y de las coladeras.
- Por ser dos plantas distintas en el mismo espacio deben de tener un personal de operación mejor entrenado.
- La capacidad de agua a tratar en una planta Dual es de mayor tamaño que una planta tradicional, como prevención de los diversos usos y costumbres de las familias y Ia región en que se instale.
DESCRIPCIÓN DE FIGURAS.
1. Corresponde a un diagrama de Ia Planta de Tratamiento de Aguas Negras
2. Corresponde a un diagrama de Ia Planta de Tratamiento de Aguas Jabonosas 3. Fotografía de una Hidrocriba Parabólica para el retiro de sólidos mayores a 1.5 mm contenidos en el agua residual utilizada en Ia Planta de Aguas Negras
4. Fotografía de un Reactor Biológico construido y en operación, y se utiliza en las Plantas de Aguas Negras
5. Otra vista del Reactor Biológico construido y en operación, y se utiliza en las Plantas de Aguas Negras
6. Fotografía del Sedimentador dinámico DINAWA para remoción de sólidos y se utiliza en ambas plantas.
7. Fotografía del sedimentador secundario tipo Decantador Lamelar
8. Fotografía de un Filtro de Arena Silica en proceso de fabricación que se utiliza para Ia remoción de sólidos de entre 6 y 12 mieras contenidos en el agua residual tratada.
Con referencia a dichas figuras, describiremos los puntos de identificación contenidos en cada una de ellas:
Figura 1 Planta de Tratamiento de Aguas Negras
A. Influente Principal de aguas negras al sistema de desbaste
B. Caja derivadora que permite controlar el flujo de influente a Ia planta y a su vez Ia derivación del flujo excedente. C. Vertedor de demasías que conduce los acaudales excedentes, normalmente generados por Ia lluvia hacia afuera de Ia planta.
D. Rejillas de desbaste que realizan el retiro de los sólidos mayores a 15 mm, principalmente basura que se dispone en el relleno sanitario.
E. Canal desarenador, es Ia estructura que por su longitud y Ia velocidad con que ingresa el agua (menos de 0.2 m/s) se sedimente Ia arena que se arrastra en las líneas de drenaje, evitando daños en los equipos. El material retirado también se dispone en el relleno sanitario.
F. Garganta de Parshall, se utiliza para medir ei caudal de influente a Ia planta de tratamiento.
G. Sistema de Bombeo de agua desbastada a Ia Hidrocriba. H. Cárcamo de bombeo de agua cruda. I. Hidrocriba Parabólica, es Ia estructura que permite el retiro de sólidos orgánicos e inorgánicos mayores a 1.5 mm los cuales son dispuestos en el relleno sanitario. J. Reactor Biológico, es un tanque normalmente construido de concreto armado y es donde se realiza Ia mezcla de agua, oxigeno, materia orgánica y lodos activados para obtener el licor mixto del proceso y realizar Ia remoción de los contaminantes del agua.
K. Sistema de Bombeo de licor mixto a Ia sedimentación dinámica.
L. Sedimentador Dinámico para Ia separación del 70 al 80% de los lodos activados y agua clarificada.
M. Decantador Lamelar para Ia separación adicional de un 10 a un 15% más de lodos activados y agua clarificada, alcanzando hasta un 92% de remoción entre ambos.
N. Tanque de agua clarificada O. Sistema de Bombeo de agua clarificada a filtración
P. Sistema de Desinfección para inyectar un agente desinfectante y evitar Ia formación de colonias bacterianas en el interior del filtro.
Q. Filtro de Arena Silica para Ia remoción de sólidos restantes en el agua residual, con tamaño de 6 a 12 mieras. R. Tanque de Contacto de Cloro donde continúa Ia acción residual del agente desinfectante y se lleva a cabo parte del proceso de desnitrificación. S. Tanque de almacenamiento de agua tratada. T. Sistema de Bombeo a tanque elevado
U. Tanque elevado de agua tratada para distribución en el fraccionamiento. V. Sistema de emisión de rayos UV para realizar una desinfección final al agua antes del reuso en las viviendas. W. Línea de Descarga de agua tratada conforme a Ia NOM-003-SEMARNAT-1997 para reuso en las viviendas. X. Tanque digestor de lodos de purga
Y. Sopladores centrífugos de aire a baja presión para inyectar al reactor biológico. Z. Difusores de aire de membrana de burbuja fina instalados en el fondo del rector biológico para Ia distribución uniforme del aire en el interior del reactor.
Figura 2 Planta de Tratamiento de Aguas Jabonosas
A. Influente Principal de aguas Jabonosas
B. Sistema de Pretratamiento para Ia inyección de un agente oxidante y un agente estabilizador de pH. C. Cárcamo de bombeo de agua cruda.
D. Sistema de Bombeo de agua jabonosa a Ia sedimentación estática.
E. Sedimentador estático de baja tasa con rastras de concentración de sólidos para realizar el proceso de clarificación primaria removiendo un 60% de sólidos aproximadamente. F. Sistema de Bombeo de agua jabonosa a Ia sedimentación dinámica. G. Sistema de dosificación automática de polímero floculante. H. Sedimentador Dinámico para Ia separación del 85 al 95% de los lodos y agua clarificada, en este caso Ia eficiencia de remoción se incrementa por el uso del polímero floculante. I. Tanque de agua clarificada
J. Sistema de Bombeo de agua clarificada a filtración
K. y evitar Ia formación de colonias bacterianas en el interior del filtro.
L. Filtro de Arena Silica para Ia remoción de sólidos restantes en el agua residual, con tamaño de 6 a 12 mieras. M. Tanque de Contacto de Cloro donde continúa Ia acción residual del agente desinfectante.
N. Sistema de Bombeo a tanque elevado.
O. Tanque elevado de agua tratada para distribución en el fraccionamiento. P. Sistema de emisión de rayos UV para realizar una desinfección final al agua antes del reuso en las viviendas.
Q. Sistema de Remoción de sales y sólidos disueltos a base de intercambio iónico con resinas catiónicas de base fuerte tipo II.
R. Sistema de Desinfección para inyectar un agente desinfectante para mantener el nivel adecuado de cloro residual. S. Línea de Descarga de agua tratada conforme a Ia NOM-003-SEMARNAT-1997 para reuso en las viviendas. T. Tanque digestor de lodos de purga
U. Sistema de deshidratación de lodos
Figura 3 Hidrocriba Parabólica
A. Tubería del Influente.
B. Vertedor de Agua.
C. Criba Parabólica de 1.5 mm de luz de paso.
D. Tubería del Efluente.
E. Tolva de recolección de Sólidos.
Figura 4 Reactor Biológico
A. Línea de Alimentación de Aire soplado a 6 Lbs de presión.
B. Licor Mixto. C. Purga de Aire.
D. Sensores de Oxigeno Disuelto y Sólidos Suspendidos.
E. Pasillo de Operación
Figura 5 Reactor Biológico A. Línea de Alimentación de Aire soplado a 6 Lbs de presión.
B. Licor Mixto.
C. Pasillo de Operación.
Figura 6 Sedimentador Dinámico A. Tubería del Influente.
B. Mezclador Estático.
C. Entrada Tangencial.
D. Zona de Transición.
E. Cono de Acumulación de Lodos.
F. Cuerpo de Agua Clarificada.
G. Tubería del Efluente. H. Base del Tanque.
I. Tubería de Descarga de Sólidos.
Figura 7 Decantador Lamelar
A. Tubería del Influente. B. Paquetes Lamelares de superficie ampliada.
C. Knoch de Vertido de clarificados.
D. Mampara Deflectora de Natas
E. Tubería del Efluente.
Figura 8 Filtro de Arena Silica
A. Tubería del Influente
B. Tubería del Efluente
C. Tubería de Descarga de Retrolavado
D. Entrada Hombre E. Cuerpo del Tanque
F. Tapas Torisfericas
G. Base del Filtro
Figura 9 Diagrama de Flujo del Experimento a Nivel Piloto del Tratamiento de Aguas Jabonosas
A. Agua Jabonosa Cruda. (Muestra 1)
B. Dosificación de Oxidante.
C. Dosificación de Polímero.
D. Decantador Lamelar. E. Agua Clarificada. (Muestra 2)
F. Columna de Arena Silica + Antracita.
G. Agua Filtrada. (Muestra 3)
H. Columna de Carbón Activado.
I. Agua Recuperada antes de Desinfección. (Muestra 4)
J. Dosificación del Agente desinfectante
K. Agua Recuperada Desinfectada (Muestra 5)
Figura 10 Tabla de Resultados de Ia Muestras del Experimento a Nivel Piloto del Tratamiento de Aguas Jabonosas.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE LA INVENCIÓN. - EL proceso para tratar las aguas jabonosas consiste en Io siguiente:
- Se inicia el tratamiento con Ia Estabilización del pH, posteriormente se lleva a cabo Ia
- Oxidación del agua para facilitar su decantación y floculación en el Sedimentador
- Primario. - Al agua jabonosa después de oxidarse y permanecer en el sedimentador primario se Ie adicionan Polímeros y se envía a los Sedimentadores Dinámicos secundarios para conseguir Ia más eficiente remoción de Ia mayor parte de los contaminantes que no fueron removidos en Ia sedimentación primaria.
- Después de éste proceso se consigue remover hasta 95% de sólidos y se clarifica hasta 93% el agua en tratamiento.
- El tratamiento continúa con Ia dosificación de Ozono y el envío del agua sedimentada a través de filtros de lecho profundo y medios múltiples con empaques mixtos de Arena Sílica y Antracita.
- Antes de reusarse el agua filtrada se tiene previsto conducirla a un sistema de emisión de Rayos Ultravioletas como una doble protección desinfectante para garantizar Ia mejor cantidad del agua de reuso. Posteriormente, se precederá a remover las sales disueltas del agua tratada mediante un intercambio iónico con Resinas Catiónicas y finalmente se Ie adiciona una tercera desinfección añadiéndole Hipoclorito de Sodio y se bombea para el retomo a Ia red del fraccionamiento. Así pues el agua ya Depurada, Desinfectada y Suavizada, se enviará a las casas para su reuso.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
MOTIVACIÓN.
El agua residual o contaminada debe ser tratada antes de tirar al drenaje para cuidar Ia salud de todo ser viviente, así como para cuidar Ia ecología, el ambiente y, para evitar Ia contaminación de los mantos freáticos, favoreciendo con ello a Ia obtención del agua potable.
Deseamos reiterar, que para garantizar y proteger el abasto del agua potable se debe evitar contaminarla. El contaminante principal del agua potable es el agua residual o negra que se tira sin tratamiento alguno y sin respeto al medio ambiente. En las últimas décadas las autoridades en nuestro país han establecido normas de calidad del agua tratada que se autoriza a regresar al medio ambiente. Así entonces, el agua tratada se clasifica en diferentes rubros:
- NOM-001 -SEMARNAT-1996: Para Riego Agrícola.
- NOM-002-SEMARNAT-1996: Para Riego de Hortalizas o para enviar por el drenaje de las ciudades.
- NOM-003-SEMARNAT-1997: Para el Riego de Jardines y Contacto Humano. No para beber.
- NOM-004-SEMARNAT-2001 : Para el tratamiento de lodos y biosólidos
En ningún caso se autoriza considerar el agua tratada como si fuera agua potable para ingestión humana.
La necesidad de tratar el agua residual obliga a Ia construcción de plantas de tratamiento. Dichas plantas depuradoras pueden ser Biológicas, es decir que llevan a cabo Ia depuración de las impurezas que contiene el agua residual mediante Ia digestión con bacterias; y plantas Físico-Químicas, cuya operación se lleva a cabo con el uso de diferentes métodos y productos químicos que depuran el agua negra.
Las plantas Biológicas pueden ser aeróbicas o anaeróbicas. Las aeróbicas producen bacterias depuradoras que requieren de aire para subsistir, mientras las anaeróbicas solo subsisten en medios carentes de oxigeno.
Dentro de Ia gran variedad de plantas desarrolladas por el hombre, las de menor costo que generan mejores resultados son las plantas aeróbicas, entre las que destacan las denominadas de "Aeración Extendida y Lodos Activados"; y las denominadas SBR: Reactor Biológico Secuencial. Ambas se utilizan en las grandes ciudades del mundo para depurar el agua residual o negra y, una vez que han tratado el agua, esta se reintegra al medio ambiente.
En Ia actualidad las Plantas de Tratamiento de Agua Residual (PTAR) se están instalando en el mismo sitio en donde se produce el agua negra, con el propósito de reutilizarla ahí mismo, evitando con ello Ia construcción de enormes redes de drenaje para el envió del agua negra y de otras redes de drenaje para Ia reintegración del agua tratada.
Es importante que las PTAR sean adecuadas al tamaño y calidad de agua a tratar con el propósito de obtener los mejores resultados y Ia mejor calidad de agua para reúso.
El propósito de nuestra invención es instalar una PTAR Dual tratando por separado las aguas negras de las aguas jabonosas, logrando con esto Ia combinación de una instalación eficiente y económica, con una operación de bajo costo de Ia planta. Es decir: En el Tratamiento del Agua Negra, el proceso primario y secundario, en donde se llevan a cabo el desbaste de gruesos, Ia digestión aeróbica primaria y Ia decantación secundaria, se realiza por medios físicos y biológicos. Mientras que el proceso terciario, equivalente a Ia desinfección y el saneamiento del agua ya depurada, se lleva a cabo por medios Físico-Químicos.
El Tratamiento de Agua Jabonosa consiste en usar desbaste, decantación, filtrado, estabilización, desinfección y suavizado del agua jabonosa, para obtener agua equivalente a Ia potable por medios físico químicos.
En conclusión Ia PTAR-DUAL que proponemos, resulta ser Ia más eficiente y Ia más económica en su instalación y en su operación mensual, comparándolas con las plantas que habitualmente se instalan en el mundo.
1. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES NEGRAS.
1.1. CRITERIOS TÉCNICOS
Los criterios técnicos que consideramos para Ia selección de los procesos que integran el tren de tratamiento de una PTAR, parten de tener un conocimiento claro de las características del agua que se recibe para su tratamiento, o sea, del influente.
Para tratar las aguas negras hemos tomado los valores promedio preestablecidos del orden de 323 mg/l de DBO5 y 320 mg/l de SST, cuyos rangos diferenciales pueden alcanzar el 75% de variación, principalmente en Ia DBO5 y los SST, que son Ia base de Ia biocinética de reacción en el cálculo de una planta. Una planta biológica de "Aeración Extendida en Ia modalidad de Lodos Activados", que es, física en su proceso primario y secundario, y físico-química en su proceso terciario para Ia desinfección y saneamiento del agua. Esto permite construir un Reactor Biológico de mezcla completa y flujo continuo con aireación prolongada, con recirculación de lodos para mantener Ia relación alimento-microorganismos, dentro de los parámetros óptimos para el desarrollo adecuado de Ia población bacteriana y a Ia vez absorber los incrementos en las cargas contaminantes del influente.
1.2. TABLA DE COMPONENTES DEL AGUA RESIDUAL
Basados en las Plantas de Tratamiento con el sistema de Lodos Activados en Ia modalidad de Aireación Prolongada, los porcentajes estimados de remoción de DBO5 y
SST (impurezas del agua negra), se calculan en función de Ia distribución de Ia
Demanda Bioquímica de Oxigeno, que de acuerdo al tipo de contaminantes presentes,
se requiere recurrir a procesos distintos de remoción para obtener Ia eficiencia global proyectada.
1.3 LÍNEA DE TRATAMIENTO PROPUESTA MODULO DE UNA PLANTA DE LODOS ACTIVADOS Y AIREACIÓN PROLONGADA. (Figura 1)
1.3.1 PRETRATAMIENTO
El agua cruda, se recibirá directamente de Ia línea colectora principal del fraccionamiento. Para realizar el desbaste de gruesos, se instalarán inicialmente rejas inclinadas con separación de 15 mm donde además se realiza Ia medición de flujo por sistema de sensor de canal abierto en canal parshall con registro horario.
Para el desbaste de medios y finos se instala un sistema de cribado denominado
Hidrotamiz Tangencial, que consiste en un sistema de cribado con paso de luz de 1.5 milímetros, que estará depositando los sólidos directamente en un contenedor de tipo izaje para facilitar su retiro de Ia planta, y el agua desbastada se enviará ai Reactor
Biológico instalado. (Figura 3)
1.3.2 PROCESO BIOLÓGICO El Reactor Biológico, es el proceso principal de Ia planta propuesta. En dicho Reactor biológico se lleva a cabo Ia digestión de las impurezas que contiene el agua residual intercambiándose por nutrientes que generan las bacterias habitantes de dicho Reactor. Su ingeniería es básica y determinante para el buen funcionamiento de Ia PTAR, ya que las bacterias habitantes del Reactor Biológico serán aeróbicas y tendrán un tiempo de vida máximo de 40 días. Asimismo, Ia dosificación de oxigeno dentro del Reactor Biológico tendrá que ser calculado conforme al estudio de Ia biocinética sanitaria proveniente del influente.
Se construirá un tanque de sección rectangular, basado en Ia regla de proporcionalidad de 3W, donde se lleva a cabo Ia digestión de Ia materia orgánica contenida en el agua, Ia aireación para inducir el proceso biológico se realiza con sopladores centrífugos de desplazamiento positivo y Ia distribución del aire con difusores tubulares de burbuja fina, los cuales tienen Ia ventaja de que no requieren fijación en el piso del
tanque, ya que el agua en el interior del tubo que retiene Ia membrana actúa como lastre, facilitando de este modo, cualquier intervención que requieran de mantenimiento, ya que Ia red podrá ser extraída parcial o totalmente sin necesidad de vaciar el tanque. (Figura 4) Para el diseño óptimo de una planta de tratamiento con proceso biológico a base de Lodos Activados en Ia modalidad de Aireación Prolongada, hemos determinado el valor de los parámetros biocineticos que se han obtenido en las ultimas 5 PTAR que hemos construido, por Io que para fines del presente proyecto y por tratarse de aguas residuales provenientes de fraccionamientos urbanos, se han tomado los valores promedio obtenidos mediante Ia experiencia en operaciones similares y diseño de otras plantas, como son:
• Edad máxima del lodo ó tiempo de residencia de Ia biomasa en el licor mixto en el Reactor Biológico: 40 DÍAS.
• Volumen de Sólidos contenidos en el Licor Mixto por Recirculación: 12,000 mgSSLM/L
• Volumen de sólidos contenidos en el Licor Mixto del Reactor Biológico: 3,200 mg/l
• Tasa de rendimiento de Biomasa por Unidad de materia orgánica contaminante removida 0.5 mgSSLM/mg DBO.
• Tasa de lisis o muerte celular o endógeno de Ia biomasa 0.05 Días (-1) y • Regla de proporcionalidad de consumo de aire 950 scf/libra de DBO removida en el proceso biológico se generará una zona de aireación intensa para mezclar el agua cruda del influente y Ia recirculación de lodos provenientes de Ia sedimentación dinámica, esto será complementado con una zona anoxica al final del proceso, donde se privilegiará el desarrollo de las bacterias anaeróbicas que serán las que concluyan el proceso de digestión de Ia materia orgánica.
Adicionalmente evitará que las bombas de extracción de licor mixto presenten problemas de cavitación por el volumen de aire existente en el agua. (Figura 5)
1.3.3 SEDIMENTACIÓN SECUNDARIA La sedimentación secundaria tiene como propósito iniciar Ia separación de los sólidos que contiene el agua desbastada en Ia criba primaria y digerida en el Reactor Biológico, misma que se realizará en dos etapas secuenciales: La primera etapa es Ia
Sedimentación Dinámica , que permite una separación instantánea de sólidos y líquidos con una recirculación de lodos inmediata al Reactor Biológico. Dicha sedimentación es controlada mediante Ia lectura y registro del volumen de sólidos suspendidos en el licor mixto y con Ia apertura y cierre de válvulas automáticas; se instalarán sensores de turbiedad y sólidos suspendidos totales a Ia salida de los Sedimentadores Dinámicos que permitirán solo el paso de agua con menos de 25 mg/lt de sólidos suspendidos totales. (Figura 6)
La segunda etapa secuencial se realiza en un Decantador de forma circular o rectangular con lamelar, que permitirá Ia separación final de los sólidos del licor mixto, en este punto del proceso, el agua se obtiene con calidad NOM-001-SEMARNAT-1996. (Figura 7)
1.3.4. FILTRACIÓN CON ARENA SILICA
Después de Ia sedimentación en el Decantador Lamelar, el agua pasará a través de los filtros de arena sílica especialmente diseñados para eliminar del efluente tratado, y retendrá toda partícula o sólido de entre 4 y 10 mieras que pueda quedar en suspensión.
En esta etapa de filtrado, el agua circula a través del filtro entrando por el colector superior, atravesando el lecho filtrante de forma descendente y saliendo hacia el tanque de agua filtrada por el colector inferior. (Figura 8)
El ciclo de filtración se ha diseñado acorde con las necesidades del sistema, estando programados todos los tiempos de filtración así como los de retrolavado.
El retrolavado de los filtros se realizará de forma independiente en cada uno y se activarán por tres parámetros preestablecidos de forma indistinta cada uno:
• Por diferencia de presión del influente y el efluente.
• Por temporización.
• Por volumen de agua filtrada.
En cualquiera de los tres casos se activarán de forma automática quedando siempre Ia alternativa de realizarlos de forma manual en caso de que así se requiera o de que alguno de los primeros se encuentre fuera de calibración.
1.3.5. DESINFECCIÓN DEL AGUA DECANTADA Y FILTRADA Al proceso de desinfección se Ie ha denominado como "Etapa Terciaria" del tratamiento. Es necesario llevarlo a cabo ya que puede haber bacterias vivas que pudieran ser dañinas al ser humano. Por ese motivo hemos combinado Ia aplicación de 5 dos procedimientos de alta eficiencia y bajo costo para garantizar Ia desinfección del agua tratada para Ia obtención de agua sujeta a Ia NOM-003.
Las dos fases de desinfección que proponemos:
1. Inyección en línea del influente al tanque de contacto de cloro de un compuesto -lo clorado: Hipoclorito de Sodio. Mediante una bomba peristáltica dosificadora automática de alta presión. El proceso de desinfección se desarrolla en un tiempo de contacto predeterminado de 40 minutos.
2. La emisión de rayos UV (ultravioleta), capaces de destruir Ia cadena de DNA y 15 Ia proliferación de cualquier bacteria incluyendo los huevos de helmintos y cualquier otro tipo de microseres en fase de desarrollo.
1.3.6 RESULTADOS OBTENIDOS
20 - El tipo de proceso propuesto nos permite garantizar Ia calidad de agua esperada (NOM-003-SEMARNAT-1997).
- La máxima eficiencia de digestión de impurezas se logró con un tiempo de retención del agua a tratar en el Reactor Biológico de 24 horas por ello Ia planta
25 se dimensiona de acuerdo al gasto del influente.
- La operación de Ia planta puede ser llevada a cabo por personal de Ia misma región, ya que su operación no requiere supervisión cotidiana de ingenieros y, principalmente, su instalación no tendrá equipos complejos ni procesos que
30 requerían perfiles de alto nivel.
- La planta propuesta cuenta con Doble Seguridad", ya que en cada una de las operaciones unitarias se respalda con una complementaria que garantiza el resultado esperado sin dejar de considerar, que las plantas pueden sufrir cambios en el influente, sea por los cambios de Ia época del año, o por Ia incorporación de giros distintos a los habitacionales que se van incorporando en las colonias habitacionales.
- La planta propuesta tiene Ia capacidad de absorber este tipo de variaciones sin afectar Ia calidad del agua de salida.
- El agua obtenida en calidad conforme a Ia Nom-003 se reingresa sin riesgo a los domicilios para su uso en riego de jardines, lavado de autos, lavado de pisos y fuentes.
2. DE TRATAMIENTO AGUAS JABONOSAS
2.1. MODULO DE UNA PLANTA DE AGUAS JABONOSAS: (Figura 2) El tren de proceso se determinará basado en Ia información obtenida del cuadro de caracterización, en el cual podemos detectar los valores susceptibles de remoción por el volumen en que se encuentran contenidos en el agua residual y con que proceso es viable alcanzar el resultado esperado:
a) Temperatura
Se estima recibir el agua Jabonosa entre 20 y 29°C, de los 400C permisibles. Se propone un tanque de homogenización con un tiempo de retención hidráulica de cuando menos 4 horas que reducirá Ia temperatura del agua a Ia del medio ambiente. b) Sólidos.
Los sólidos totales que integran a los volátiles y a los sedimentables, pueden alcanzar valores de 299.4 mg/l, el propósito es reducir a menos de 5 mg/l de sólidos totales.
2.2 PRETRATAMIENTO.
Se propone un sistema primario de remoción de sólidos consistente en un proceso de estabilización pH, otro proceso de oxidación, para posteriormente enviarlo a un sedimentador estático circular para sólidos ligeros y pesados, auxiliado con Ia inyección de un polímero floculante que incremente el volumen y peso especifico de los sólidos para provocar una remoción eficiente. Al efluente obtenido se le añadirán polímeros espesadores y polímeros floculantes para después enviarlos a los Sdimentadores Dinámicos para complementar el proceso de remoción de los sólidos restantes del agua jabonosa.
2.3. PROCESO DE FILTRACIÓN.
El tren de proceso continuará llevando el agua obtenida hacia los filtros de lecho profundo y medios múltiples con empaques mixtos de Arena Sílica y Antracita de diferentes granulometrías. El proceso de Filtración del agua centrifugada a través de Arena Sílica y Antracita es el paso que terminará de clarificar el agua jabonosa. Previo a este proceso el agua se desinfecta con Ia aplicación de ozono.
2.4 ESTABILIZACIÓN. El efluente obtenido, será pasado por un sensor de pH, donde se podrá determinar el volumen de remoción de sales del agua tratada, basados en Ia lectura de pH, que en el caso del agua cruda puede llegar a valores de 9.3 unidades, considerado muy básico para Ia reacción en Ia desinfección y para el reuso. El propósito será estabilizarlo, en 7.0 de pH.
2.5. SUAVIZADO Y DESINFECCIÓN FINAL
El efluente tratado que se extraerá del tanque de almacenamiento, se conducirá a un sistema de emisión de Rayos ultravioleta para realizar Ia desinfección final y con ello destruir cualquier agente contaminante que haya podido subsistir en el agua.
Posteriormente se suaviza el agua mediante filtros de Resina Cationlca y se prepara para su desinfección final con Hipoclorito de Sodio (liquido o gaseoso) y después se envía a Ia red de drenaje para su reuso en las casas habitacionales en los WC y en el área de lavado de ropa.
Claims
REIVINDICACIONES.
Habiendo descrito suficientemente mi invención, considero como una novedad y por Io tanto reclamo como de mi exclusiva propiedad, Io contenido en las siguientes cláusulas: 1. El proceso de división de aguas residuales jabonosas y negras para ser tratadas de manera independiente y retornadas a las casas para su reaprovechamiento, con el propósito de ahorrar el 50% en promedio del agua potable que se requiere en los hogares. Dicho proceso se caracteriza por Ia instalación de tuberías independientes una para conducir el agua residual jabonosa proveniente de las regaderas y del lavado de ropa; y otra para conducir el agua residual negra proveniente de los WC, las cocinas, las tarjas de baños y de coladeras de las casas.
El Agua Residual Jabonosa se somete a un proceso que comprende: o Estabilización del pH o Oxidación del agua para su Decantación o Decantación y Flotación Estática o Dosificación de Polímetros Floculantes o Decantación Dinámica o Filtrado en Arena Sílica y en Antracita o Desinfección múltiple con Ozono, con Luz Ultravioleta y con Hipoclorito de Sodio o Filtrado con Carbón Activado (opcional) o Suavizador con Resina Catiónica
El Agua Residual Negra se somete a un proceso que comprende: o Desbaste de Gruesos en Rejillas, Desarenador y Criba con paso de luz de 1.5 mm o Digestión en Reactor Biológico Aeróbico en 90% Anaeróbico en 10% o Decantación con Sedimentador Dinámico y Decantador Lamelar o Circular o Desinfección con Arena Sílica, Hipoclorito de Sodio y Luz Ultravioleta.
El Agua Jabonosa Recuperada se retorna a las casas del fraccionamiento para su reuso en WC y en el lavado de ropa.
El agua Negra Recuperada se retorna a las casas para riego de jardines, lavado de autos, lavado de pisos y uso en fuentes. El Agua Negra sobrante se usa en el riego de áreas verdes de los fraccionamientos y para su venta.
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