WO2012016347A1 - Sistema y proceso sbr de tratamiento de aguas servidas de volumen limitado - Google Patents

Sistema y proceso sbr de tratamiento de aguas servidas de volumen limitado Download PDF

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WO2012016347A1 PCT/CL2011/000045 CL2011000045W WO2012016347A1 WO 2012016347 A1 WO2012016347 A1 WO 2012016347A1 CL 2011000045 W CL2011000045 W CL 2011000045W WO 2012016347 A1 WO2012016347 A1 WO 2012016347A1
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Edmundo Ganter Parga
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Edmundo Ganter Parga
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Definitions

  • the present invention relates to a household wastewater treatment plant, operated by the system known as SBR (Sequential Batch Reactor), which allows: a) significant reduction in size, and therefore, low energy consumption , b) the control of the age parameter of the automatic sludge; and c) the reduction in transport volume when several units are moved.
  • SBR Simple Batch Reactor
  • the present invention automatically controls the age of the mud. In addition to forming an excellent flocculation and if the volumetric organic load is high, aerobic granulation macro is generated. In addition the reactor volume is very small. BACKGROUND OF THE INVENTION
  • Sewage treatment of household type and size by means of SBR system is known, being the currently used modality in Germany.
  • WO 95/09130 discloses a process for the treatment of water and wastewater with biological content substantially constant, which enables the efficient treatment of wastewater, combining the advantages and eliminating the disadvantages of both the activated sludge processes and the SBR.
  • the wastewater flows continuously in one direction through a plurality of hydraulically connected series treatment cells.
  • the wastewater is subjected to biological treatment, in at least one of the cells and is housed in at least one last treatment and discharge cell, immediately before the discharge of the system.
  • the wastewater can continue to be fed into the system, in the same location while the last cell is temporarily closed.
  • the mixing aeration device is diverted. To resuspend the suspended solids of the lodged mixture liquor and provide additional treatment. A transfer pump is diverted there to transfer the suspended solids of the mixing liquor and the partially treated residual water, mixed back to a pretreatment cell, and at the end of the transfer step the mixing aeration device is deflects until the housing of the biological solids is allowed again before the discharge of the treated wastewater on a continuous basis.
  • the suspended solids of the mixed liquor flow in the same general direction as the residual water, but always receive at least partial back transfer to a previous treatment cell, housing and separating the remaining solids from the waste water before the discharge of the treated wastewater from the last cell.
  • This procedure is characterized in that: the residual water coming from an intermediate tank, which serves for the fractionation of the raw water and is equipped with a circulation device, is transported at least to an SBR reactor with at least two internal cycles; during the filling phase of the first or the first internal cycles, a previously treated wastewater is formed from the intermediate tank to the SBR reactor, which forms a poorly charged excess; at least during the last filling phase of the total cycle an essentially smaller amount of residual water concentrated essentially as sediment is transported from the intermediate tank to the SBR reactor; when the circulation is stopped, pre-purified wastewater is extracted from the upper zone of the intermediate pond; When the circulation is in progress, the concentrated residual water tank is taken from the intermediate tank, a high sediment content is dragged, or concentrated residual water is obtained by taking residual water from the bottom zone of the intermediate tank, and with it, sediment is transported almost exclusively ( eventually along with a certain amount of leftover); and the amount of nitrate to be denitrified directly after the first or penultimate cycle is calculated directly or indirectly and, based on this
  • the unidomiciliary SBR systems consist of a pond divided into two parts, the first one destined to a lung pond, whose purpose is to store the household effluent until it corresponds (by time) to load it into the aerated reactor SBR (second part).
  • SBR aerated reactor
  • the system works commanded by a PLC that does nothing but mark the times of the fundamental phases of the SBR process, these are, 1) load of the influent to the SBR reactor, 2) aeration of the SBR reactor, 3) decantation of biology, 4) extraction of clarified liquid supernatant, and 5) purging of excess sludge, returning it to the lung compartment. Therefore the conventional system does not include any function generated by some type of sensor that measures any variable, especially level and temporarily alters the initial logic program with a view to obtaining greater process efficiency.
  • the prior art is sufficiently known and can be found on the websites of many German and Austrian companies, such as www.pwn.at; www.zapf-abs.de; www.graf-online.de
  • the mud age parameter has no control mechanisms, so it is generally resorted to extract a quantity of sludge lower than the production rate, so that the amount of mud increases, also increasing the age of the mud. With this, the formation properties of a good flocculation and therefore good sedimentability are lost, frequently reaching the least desired condition, which is the proliferation of filamentous sludge.
  • aerobic macro granulation is a property of mud that occurs only in SBR systems.
  • As a general optimization concept it is always desirable that all processes are carried out in a reactor of the smallest possible dimensions, which results in lower manufacturing costs, as well as, in a saving of transport and installation and energy in the operation later.
  • the systems currently in use do not have a system that allows them to react to an emergency due to excess flow, other than the simple overflow that entails the loss of trawling biology. That is, in the face of an emergency, they do not have a partial evacuation system for small quantities of effluent, partially treated, but taking care not to lose biology.
  • the present invention relates to a domestic sewage water treatment system of the SBR type which, has a small size, of the order of half of the conventional systems, which uses two ponds, a lung pond and an SBR reactor which once armed, they are located in a concentric way, which allows the reduction of the transport volume when several units are moved, one inside the other, where said lung pond and said SBR reactor, are formed by a conical trunk-shaped outer tank and an inner pond, also conical trunk shape, the inner tank having diameters smaller than the outer pond, where the bases of both ponds are concentric, generating both tanks, two volumes, an inner one corresponding to the SBR reactor and an outer volumetric ring to it, which will correspond to the lung pond; the SBR reactor in the aeration zone, a duct supported on legs, where said duct is formed by a conical trunk base, in whose upper part a cylinder emerges, which extends until before the minimum level (21); and control means, consisting of: (a) an
  • Figure 1 shows a schematic view of the double pond, which forms the lung and reactor compartment SBR.
  • Figure 2 shows a schematic view of the pipeline, used in the aeration zone.
  • Figure 3 shows a schematic view of the overflow detection means.
  • the present invention relates to a household wastewater treatment plant, operated by the system known as SBR (Sequential Batch Reactor), which allows: a) significant reduction in size, and therefore, low energy consumption , b) the control of the age parameter of the automatic sludge; and c) the reduction in transport volume when several units are moved; d) a system that allows to react to sudden increases in flow avoiding the loss of biology.
  • SBR Simple Batch Reactor
  • the need for handling peak flows is usually resolved by increasing the volume of the reactor, in the proposed system the volume of the reactor is of the order of half that used conventionally; and 5) an alternative piping system that allows the emergency program to operate properly due to excess flow without loss of reactor biology, as well as the automatic control of the mud age.
  • the problems detected in the prior art are solved in this invention according to the following processes and equipment.
  • the present invention consists of a process that automatically controls the age of the sludge, and also allows an excellent flocculation to be formed, and if the volumetric organic load is high, aerobic granulation macro is generated.
  • the extraction of excess sludge is carried out at the beginning of one of the cycles of the day, this is when the clarification evacuation has finished so that the water level inside the reactor is at a fixed minimum level ( 22).
  • a first aeration stage is carried out in order to ensure that the liquor is homogenized, that is, it has the characteristics of mixed liquor.
  • a second stage is carried out where the air from the blower is derived to the air lift pump (mud lift), which is constructed in such a way that the pipe that produces The effect of cutting the suction is at a height that allows the mixing liquor level to be lowered by only 1/10 to 1/12 of the height of the minimum operating level.
  • mud lift air lift pump
  • the process comprises the step of removing 1/10 to 1/12 of the reactor volume at a minimum level, whereby 10/10 to 12/12 of sludge is being removed as a mixed liquor, which automatically sets the age of the mud in 10 to 12 days, according to the
  • volume of the SBR reactor is directly associated with the need for of very good sedimentability (volumetric sludge index less than 50 ml / gr), which allows operating with sedimentation times of between 10 and 30 minutes (it should be borne in mind that low sedimentation times alone select colonies of micro organisms that settle better), leaving time available to incorporate the fifth cycle of operation, which guarantees the treatability of a higher daily flow.
  • the SBR system In order to achieve a volumetric index of sludge as indicated, the SBR system must be operated in addition to, with a filling at the beginning of the cycle and without further loading until the next cycle, generating the condition of abundance and subsequent food shortage, which induces an improvement in sedimentability, but, making use of a device or duct, which is placed inside the aeration zone and that induces a hydraulic acceleration, necessary for biology to adopt the condition of aerobic macro granulation.
  • This device consists of a metal duct (7) supported on legs (12); which has a conical trunk base (13), on whose upper portion emerges the cylindrical body (14) of the duct. Said duct (7) is extended until before the minimum operating height of the SBR reactor.
  • This duct (7) which is placed on the air diffuser (6), is connected to a blower (15) that discharges at least 25 1 / sec effective, so it produces an increase in the air velocity until achieving 3.3 cm / sec, which is a speed suitable for the cutting effect necessary to induce aerobic macro granulation. Additionally, and as a consequence of the cutting effect produced by the high ascending velocity of the air bubble in the pipeline, the micro organisms present, increase their oxygen absorption rate and therefore their degradation rate of organic matter.
  • Said cylindrical body (14) carries inside it devices that help to break the coalescence of the air bubbles, while printing a rotational direction to the upward flow, which induces a higher rate of oxygen uptake by Biology, reducing energy consumption.
  • the lower shape of the duct facilitates the suspension of solids since the downward flow is carried to the edges of the pond as a result of the direction induced by the lower cone of the pipeline, which also contributes to reducing the energy spent on aeration with a mixing objective (21).
  • the invention comprises a system, wherein the geometry with which the ponds that make up the lung pond (1) and the SBR reactor (2) have been conceived, allows the transport of several units under conditions of "one within other".
  • This optimal transport situation, of several units, is achieved in this invention, since both the lung compartment (1), and the SBR reactor (2), have a conical trunk shape, which allows, before assembly, each One of the two components, be chartered under the conditions of "one within the other", achieving an effective saving in transport volume.
  • the proposed system to be able to operate in safe terms having a reduced volume, is equipped with an overflow detection means and an additional pipe means, which allows the evacuation of small amounts of water from inside the SBR reactor (2) Without losing biology.
  • the SBR reactor (2) has an overflow sensor (16), which communicates through first means of communication (17) with a processing means (18), which in turn, with second means of communication (19), communicates with an emergency air lift pump (11), which evacuates excess water through the pipes (20).
  • the invention proposes a process comprising, a first stage that begins when the overflow sensor (16) acts, the PLC suspends any program that it is carrying out, which continues with a stage that settles in a range from 3 to 10 minutes and then continue with the activation stage of the emergency air lift pump (11), which evacuates for 3 to 10 minutes, through the pipes (20).
  • the emergency air lift pump (11) differs from the normal evacuation air lift pump (10), in that it has its much higher suction point, therefore despite starting its suction after a very short decanting period, it is very unlikely to drag biology because the suction is already in an area of clarified liquid.
  • the Emergency operation can be repeated as many times as necessary if a stage is generated, where the over-level sensor is no longer activated. When the latter has happened, continue with the final stage, in which the general program returns to the point where it would correspond to be on schedule.
  • the system of the present invention is composed of:
  • the inner pond is fixed to the base of the outer pond and both bases are concentric, whereby two volumes are generated, one inside that corresponds to the SBR reactor (2) and a volumetric ring outside it, which will correspond to the lung pond (1 ).
  • the system of the invention comprises four air lift pumps with their respective pipes and control means, each intended for the following functions:

Landscapes

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  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
  • Aeration Devices For Treatment Of Activated Polluted Sludge (AREA)

Abstract

La presente invención se refiere a una planta de tratamiento de aguas servidas unidomiciliaria, basada en el principio SBR, que utiliza dos estanques, un estanque pulmón (1) y un reactor SBR (2), que permite la reducción significativa de tamaño, y por lo tanto, un consumo bajo de energía, así como la reducción del volumen de transporte cuando se trasladan varias unidades, en donde dicho estanque pulmón (1) y dicho reactor SBR (2), están conformados por un estanque exterior de forma tronco cónica y un estanque interior, también de forma tronco cónica, teniendo el estanque interior diámetros menores que el estanque exterior, en donde las bases de ambos estanques son concéntricas, generando ambos estanques dos volúmenes, uno interior que corresponde al reactor SBR (2) y un anillo volumétrico exterior a él, que corresponderá al estanque pulmón (1); teniendo el reactor SBR en la zona de aireación, un ducto (7) apoyado sobre patas (12), en donde dicho ducto (7) está conformado por una base tronco cónica (13), en cuya parte superior emerge un cilindro (14), que se prolonga hasta antes del nivel mínimo y que en su interior lleva unos dispositivos que ayudan a romper la coalescencia de las burbujas de aire, a la vez que imprimen un sentido rotacional al flujo ascendente, lo que induce a una mayor tasa de captación de oxígeno por parte de la biología, reduciendo el consumo de energía. En tanto que en la parte del fondo del estanque, la forma inferior del ducto facilita la suspensión de sólidos dado que el flujo descendente es llevado hasta los bordes del estanque como resultado del direccionamiento inducido por el cono inferior del ducto, lo cual también aporta a reducir la energía gastada en aireación con objetivo de mezcla (21)

Description

SISTEMA Y PROCESO SBR DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS DE VOLUMEN LIMITADO
MEMORIA DESCRIPTIVA
La presente invención se refiere a una planta de tratamiento de aguas servidas domiciliarias, operada por el sistema conocido como SBR (Sequencial Batch Reactor), la cual permite: a) la reducción significativa de tamaño, y por lo tanto, un consumo bajo de energía, b) el control del parámetro edad del lodo automático; y c) la reducción del volumen de transporte cuando se trasladan varias unidades. Estos objetivos son conseguidos con 1) una manera simple, precisa y automática de fijar la edad del lodo; 2) un dispositivo en el interior de compartimento de aireación que induce una condición hidráulica necesaria para que la biología adopte la condición de macro granulación aeróbica; 3) una geometría del estanque y sus divisiones internas, que permite el transporte desarmado con óptimo aprovechamiento del volumen; 4) un sistema de detección de exceso de caudal que permite al software responder ante esta situación, alterando la programación original, entrando en períodos de decantación y evacuación cortos, uno o más, hasta que se supere la emergencia. La necesidad de manejo de caudales punta se resuelve normalmente aumentando el volumen del reactor, por este sistema el volumen del reactor es del orden de la mitad del usado convencionalmente; y 5) un sistema de tuberías alternativo y que permite que opere adecuadamente el programa de emergencia por exceso de caudal sin pérdida de la biología del reactor.
La presente invención, controla automáticamente la edad del lodo. Además de formar un excelente floculo y si la carga orgánica volumétrica es alta, se genera macro granulación aeróbica. Además el volumen del reactor es muy reducido. ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Son conocidos los tratamientos de aguas servidas de tipo y tamaño domiciliario mediante sistema SBR, siendo la modalidad actualmente más usada en Alemania.
En el arte previo existen varios antecedentes de procesos que operan con sistemas SBR, por ejemplo el documento WO 95/09130 (Timpany) de fecha 06 de Abril de 1995, divulga un proceso para el tratamiento del agua y de aguas residuales con contenido biológico sustancialmente constante, que posibilita el tratamiento eficiente de agua residual, combinando las ventajas y eliminando las desventajas tanto de los procesos de fango activado como del SBR. En el presente caso, el agua residual fluye continuamente en una dirección a través de una pluralidad de celdas de tratamiento en serie conectadas hidráulicamente. El agua residual se somete a tratamiento biológico, en al menos una de las celdas y se aloja en al menos una última celda de tratamiento y descarga, inmediatamente antes de la descarga del sistema. En pasos subsecuentes, el agua residual puede continuar para ser alimentada dentro del sistema, en la misma localización mientras se cierra temporalmente la última celda. Allí se desvía el dispositivo de aireación de mezcla. Para resuspender los sólidos en suspensión del licor de mezcla alojado y proporcionar tratamiento adicional. Una bomba de transferencia se desvía allí para transferir los sólidos en suspensión del licor de mezcla y el agua residual tratada parcialmente, comezclada de vuelta a una celda de tratamiento previa, y en la terminación del paso de transferencia el dispositivo de aireación de mezcla, se desvía hasta que se permite de nuevo el alojamiento de los sólidos biológicos antes de la descarga del agua residual tratada en una base continua. Los sólidos en suspensión del licor mezclado, fluyen en la misma dirección general al igual que el agua residual, pero siempre recibe al menos retrotransferecia parcial hasta una celda de tratamiento anterior, alojando y separando los sólidos remanentes procedentes del agua residual antes de la descarga del agua residual tratada proveniente de la última celda. Además, se incluyen descargas continuas y funcionamiento a nivel constantes esencialmente de forma completa a través del uso de dos celdas de descarga alternativamente y tratamiento de contaminantes solubles y particulados al igual que remoción biológica de nitrógeno y fosforo. El documento EP 0834474 (Holm) de fecha 13 de Junio de 2001, describe un procedimiento para la purificación discontinua de aguas residuales según el procedimiento de fangos activados, donde la estrategia del ciclo para los reactores SBR prevé al menos dos ciclos internos. A partir de un tanque de almacenamiento se realiza el primer llenado interno con sobrenadante preferentemente con el fin de obtener una redisolución P biológica. Los últimos llenados internos se realizan con el sedimento, preferentemente con el fin de que se produzca la desnitrificación. Este procedimiento está caracterizado porque: el agua residual procedente de un tanque intermedio, que sirve para el fraccionamiento del agua bruta y está equipado con un dispositivo de circulación, es transportada al menos a un reactor SBR con al menos dos ciclos internos; durante la fase de llenado del primer o de los primeros ciclos internos se transporta desde el tanque intermedio al reactor SBR un agua residual previamente tratada que forma un sobrante poco cargado; al menos durante la última fase de llenado del ciclo total se transporta desde el estanque intermedio al reactor SBR una cantidad esencialmente menor de agua residual concentrada esencialmente como sedimento; estando parada la circulación se extrae agua residual predepurada de la zona superior del estanque intermedio; estado en marcha la circulación se toma del estanque intermedio agua residual concentrada, arrastrándose un elevado contenido de sedimento, o se obtiene agua residual concentrada tomando agua residual de la zona del fondo del estanque intermedio, y con ello se transporta prácticamente de manera exclusiva sedimento (eventualmente junto con una cierta cantidad de sobrante); y se calcula directa o indirectamente la cantidad de nitrato que hay que desnitrificar después del primero o del penúltimo ciclo y, basándose en ello, se calcula la cantidad/clase de agua residual concentrada para el último ciclo interno. En este procedimiento la fase de llenado y eventualmente también la posterior de circulación pura del primer ciclo interno, se utiliza principalmente para la eliminación biológica de P y se produce, mediante el correspondiente dispositivo medidor, un control/regulación de la necesaria duración de esta fase.
En términos generales, los sistemas SBR unidomiciliarios consisten en un estanque dividido en dos partes, la primera destinada a estanque pulmón, cuya finalidad es almacenar el efluente domiciliario hasta que corresponda (por tiempo) cargarlo al reactor aireado SBR (segunda parte). En los sistemas convencionales, para evitar rebalses tanto del estanque pulmón como del compartimento aireado SBR, se recurre simplemente a construirlos de gran tamaño, lo que induce a mayores costos de construcción, transporte y posteriormente costos de operación, ya que para mantener suspendido el lodo biológico es necesario un mayor consumo eléctrico en bombeo de aire. El sistema funciona comandado por un PLC que no hace más que marcar inalterablemente los tiempos de las fases fundamentales del proceso SBR, estas son, 1) carga del influente al reactor SBR, 2) aireación del reactor SBR, 3) decantación de la biología, 4) extracción del líquido clarificado sobrenadante, y 5) purga del exceso de lodo, retornándolo al compartimento pulmón. Por lo tanto el sistema convencional no incluye ninguna función generada por algún tipo de sensor que mida alguna variable, especialmente de nivel y altere temporalmente el programa lógico inicial con miras a obtener una mayor eficiencia de proceso. El arte previo es suficientemente conocido y se puede encontrar en las páginas web de muchas empresas alemanas y austríacas, como www.pwn.at; www.zapf-abs.de; www.graf-online.de
En los sistemas SBR unidomiciliarios y en los sistemas unidomiciliarios en general, el parámetro edad del lodo no tiene mecanismos de control, por lo que por lo general se recurre a extraer una cantidad de lodo inferior a la tasa de producción, con lo que la cantidad de lodo aumenta, aumentando también la edad del lodo. Con ello las propiedades de formación de un buen floculo y por ende buena sedimentabilidad, se pierden, llegándose frecuentemente a la condición menos deseada, que es la proliferación de lodo filamentoso. También es que, como consecuencia de los grandes volúmenes de reactor, empleados en los sistemas actualmente en uso, se trabaja con muy bajas relaciones de alimento a microorganismos (F/M), lo que induce a lodos que tienen pobres condiciones de sedimentabilidad y estabilidad, que requieren de una hora para sedimentar, lo que por un lado resta tiempo disponible para poder incorporar un ciclo más de operación al día y por otra parte impide la posibilidad de aproximarse a la macro granulación aeróbica (tener bajos índices volumétricos de lodo, alrededor de 30 ml/gr) o directamente, impide lograr esta deseable condición, que es el máximo alcance de la técnica en el campo de selección in situ de micro organismos de lodos activados, con múltiples ventajas operacionales. Debe tenerse presente que la macro granulación aeróbica es una propiedad del lodo que se da solo en sistemas SBR. Como concepto de optimización general siempre es deseable que todos los procesos se lleven a cabo en un reactor de las menores dimensiones posibles, lo que redunda en menores costos de fabricación, así como también, en un ahorro de transporte e instalación y energía en la operación posterior.
La geometría de los reactores actualmente en uso, impide el transporte de gran número de unidades en términos económicos, ya que por las divisiones internas de cada reactor, no es posible transportarlos "uno dentro del otro".
Los sistemas actualmente en uso, no tienen un sistema que les permita reaccionar ante una emergencia por exceso de caudal, distinto del rebalse simple que conlleva la pérdida de biología por arrastre. Vale decir, frente a una emergencia, no tienen un sistema de evacuación parcial de pequeñas cantidades de efluente, parcialmente tratado, pero cuidando de no perder biología.
RESEÑA DE LA INVENCION
La presente invención se refiere a un sistema de tratamiento de agua servidas domésticas de tipo SBR que, tiene un reducido tamaño, del orden de la mitad de los sistemas convencionales, que utiliza dos estanques, un estanque pulmón y un reactor SBR los que una vez armado, se ubican en forma concéntrica, lo que permite la reducción del volumen de transporte cuando se trasladan varias unidades, una dentro de otra, en donde dicho estanque pulmón y dicho reactor SBR, están conformados por un estanque exterior de forma tronco cónica y un estanque interior, también de forma tronco cónica, teniendo el estanque interior diámetros menores que el estanque exterior, en donde las bases de ambos estanques son concéntricas, generando ambos estanques, dos volúmenes, uno interior que corresponde al reactor SBR y un anillo volumétrico exterior a él, que corresponderá al estanque pulmón; teniendo el reactor SBR en la zona de aireación, un ducto apoyado sobre patas, en donde dicho ducto está conformado por una base tronco cónica, en cuya parte superior emerge un cilindro, que se prolonga hasta antes del nivel mínimo (21); y medios de control, conformados por: (a) una bomba de elevación por aire que carga el efluente sin tratar desde el estanque pulmón al reactor SBR; (b) una bomba de elevación por aire que descarga el efluente tratado; (c) una bomba de elevación por aire de emergencia, que descarga cuando existe un sobre nivel en el reactor SBR; (d) una bomba de elevación por aire que descarga el lodo en exceso, desde el reactor SBR hacia el estanque pulmón; (e) un difusor de aire, ubicado en el centro del reactor SBR; (f) un medio de detección de sobre nivel; y (g) un tablero eléctrico operado neumáticamente. La presente invención también se refiere a un proceso para la detección y evacuación del exceso de caudal sin pérdida de la biología en el reactor SBR y a un proceso para la fijación de la edad del lodo en un reactor SBR, que permite de manera simple, precisa y automática mantener estable la edad del lodo.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Los dibujos que se acompañan, se incluyen para proporcionar una mayor compresión de la invención, quedan incorporados y constituyen parte de esta descripción, ilustran una de las ejecuciones del invento, y junto con la descripción sirven para explicar los principios de esta invención. La figura 1 : muestra una vista esquemática del doble estanque, que conforma el compartimiento pulmón y reactor SBR.
La figura 2: muestra una vista esquemática del ducto, utilizado en la zona de aireación.
La figura 3 muestra una vista esquemática de los medios de detección de sobre caudal.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION
La presente invención se refiere a una planta de tratamiento de aguas servidas domiciliarias, operada por el sistema conocido como SBR (Sequencial Batch Reactor), la cual permite: a) la reducción significativa de tamaño, y por lo tanto, un consumo bajo de energía, b) el control del parámetro edad del lodo automático; y c) la reducción del volumen de transporte cuando se trasladan varias unidades; d) un sistema que permite reaccionar ante aumentos bruscos de caudal evitando la pérdida de biología. Estos objetivos son conseguidos con 1) un dispositivo en el interior del compartimento de aireación que induce una condición hidráulica necesaria para que la biología adopte la condición de macro granulación aeróbica, lo que permite una reducción del tamaño del reactor y una baja en el consumo de energía; 2) una manera simple, precisa y automática de fijar la edad del lodo; 3) una geometría del estanque y sus divisiones internas, que permite el transporte desarmado con óptimo aprovechamiento del volumen; 4) un sistema de detección de exceso de caudal que permite al software responder ante esta situación, alterando la programación original, entrando en períodos de decantación y evacuación cortos, uno o más, hasta que se supere la emergencia. La necesidad de manejo de caudales punta se resuelve normalmente aumentando el volumen del reactor, en el sistema propuesto el volumen del reactor es del orden de la mitad del usado convencionalmente; y 5) un sistema de tuberías alternativo y que permite que operen adecuadamente tanto el programa de emergencia por exceso de caudal sin pérdida de la biología del reactor, como el control automático de la edad del lodo. Los problemas detectados en el arte previo, son solucionados en esta invención de acuerdo a los siguientes procesos y equipos.
En primer lugar, la presente invención, consiste en un proceso que controla automáticamente la edad del lodo, y además, permite formar un excelente floculo, y si la carga orgánica volumétrica es alta, se genera macro granulación aeróbica.
Para lograr este resultado, se realiza la extracción de lodo en exceso al comienzo de uno de los ciclos del día, esto es cuando ha terminado la evacuación de clarificado por lo que el nivel del agua al interior del reactor se encuentra a nivel mínimo fijo (22). Previo a la extracción se realiza una primera etapa de aireación de tal forma de garantizar que el licor se encuentre homogenizado, esto es que tenga las características de licor mezcla. Pasado este período de aireación para mezcla, se realiza una segunda etapa en donde se deriva el aire del soplador a la bomba de elevación por aire (air lift pump) de evacuación de lodo, la cual está construida de forma tal que la tubería que produce el efecto de corte de la succión, está a una altura tal que permite bajar el nivel del licor mezcla en solo 1/10 a 1/12 de la altura del nivel mínimo de operación. Luego, de lo anterior, el proceso comprende la etapa de retirar 1/10 a 1/12 del volumen del reactor a nivel mínimo, con lo que se está retirando l/10 a l/12 de lodo en calidad de licor mezcla, lo que automáticamente fija la edad del lodo en 10 a 12 días, de acuerdo a la
V
fórmula ¾w_ SRT en que Qw es el caudal de lodo evacuado desde el reactor aireado; V es el volumen del reactor aireado y SRT significa Edad del Lodo. El valor de 10 a 12 días es el valor especialmente recomendado porque permite el desarrollo de la biología nitrificante, no obstante que es un lodo joven, con buenas propiedades de floculación y decantación, a la vez que es la edad del lodo óptima para obtener macro granulación en condiciones estables (evitando la proliferación de bacterias filamentosas).
La posibilidad de reducir el volumen del reactor SBR, se asocia directamente a la necesidad de de muy buena sedimentabilidad (índice volumétrico de lodo menor a 50 ml/gr), que permita operar con tiempos de sedimentación de entre 10 y 30 minutos (debe tenerse presente que los bajos tiempos de sedimentación por sí solos seleccionan a las colonias de micro organismos que sedimentan mejor), dejando tiempo disponible para incorporar el quinto ciclo de operación, con lo que se garantiza la tratabilidad de un mayor caudal diario. Para poder lograr un índice volumétrico de lodo como el indicado, el sistema SBR debe operarse además de, con un llenado al comienzo del ciclo y sin más carga hasta el ciclo siguiente, generando la condición de abundancia y posterior escasez de alimento, que induce a una mejora en la sedimentabilidad, sino que, haciendo uso de un dispositivo o ducto, que se coloca en el interior de la zona de aireación y que induce a una aceleración hidráulica, necesaria para que la biología adopte la condición de macro granulación aeróbica. Este dispositivo consiste en un ducto (7) metálico apoyado sobre patas (12); el cual posee una base tronco cónica (13), sobre cuya porción superior emerge el cuerpo cilindrico (14) del ducto. Dicho ducto (7) se prolonga hasta antes de la altura mínima de operación del reactor SBR. Este ducto (7) el que está colocado sobre el difusor de aire (6), está conectado a un soplador (15) que descarga a lo menos 25 1/seg efectivos, por lo que produce un aumento de la velocidad del aire hasta lograr 3,3 cm/seg, que es una velocidad adecuada para el efecto de corte necesario para inducir la macro granulación aeróbica. Adicionalmente y como consecuencia del efecto de corte producido por la alta velocidad ascensional de la burbuja de aire en el ducto, los micro organismos presentes, aumentan su tasa de absorción de oxígeno y por lo tanto su velocidad de degradación de materia orgánica. Dicho cuerpo cilindrico (14) lleva en su interior unos dispositivos que ayudan a romper la coalescencia de las burbujas de aire, a la vez que imprimen un sentido rotacional al flujo ascendente, lo que induce a una mayor tasa de captación de oxígeno por parte de la biología, reduciendo el consumo de energía. En tanto que en la parte del fondo del estanque, la forma inferior del ducto facilita la suspensión de sólidos dado que el flujo descendente es llevado hasta los bordes del estanque como resultado del direccionamiento inducido por el cono inferior del ducto, lo cual también aporta a reducir la energía gastada en aireación con objetivo de mezcla (21).
En segundo término, la invención comprende un sistema, en donde la geometría con que se han concebido los estanques que conforman el estanque pulmón (1) y el reactor SBR (2), permite el transporte de varias unidades en condiciones de "uno dentro de otro". Esta óptima situación de transporte, de varias unidades, se logra en este invento, dado que tanto el compartimento pulmón (1), como el reactor SBR (2), tienen forma tronco cónica, lo que permite que, antes de su armado, cada uno de los dos componentes, sean fletados en las condiciones de "uno dentro del otro", lográndose un efectivo ahorro en volumen de transporte.
El sistema propuesto, para poder operar en términos seguros teniendo un volumen reducido, está equipado con un medio de detección de sobre caudal y un medio de tuberías adicionales, que permite la evacuación de pequeñas cantidades de agua desde el interior del reactor SBR (2) sin perder biología. El reactor SBR (2), posee un sensor de sobre caudal (16), el que se comunica a través de primeros medios de comunicación (17) con un medio de procesamiento (18), el cual a su vez, con segundos medios de comunicación (19), se comunica con una bomba de elevación por aire de emergencia (11), que evacúa el exceso de agua a través de las tuberías (20).
Para realizar esta operación, la invención propone un proceso que comprende, una primera etapa que comienza cuando el sensor de sobre caudal (16) actúa, el PLC suspende cualquier programa que esté efectuando, con lo que se continúa con una etapa que sedimenta en un rango de 3 a 10 minutos y luego continúa con la etapa de activación de la bomba de elevación por aire de emergencia (11), la cual evacúa durante 3 a 10 minutos, a través de las tuberías (20). La bomba de elevación por aire de emergencia (11) difiere de la bomba de elevación por aire de evacuación normal (10), en que tiene su punto de succión mucho más alto, por lo tanto pese a iniciar su succión luego de un muy corto período de decantación, tiene muy pocas probabilidades de arrastrar biología porque la succión se encuentra ya en una zona de líquido clarificado. La operación de emergencia se puede repetir tantas veces como sea necesano ñasta que se genera una etapa, en donde el sensor de sobre nivel deje de estar activado. Cuando esto último haya sucedido, continúa con la etapa final, en la cual el programa general vuelve al punto donde le correspondería estar por horario.
El sistema de la presente invención, se compone de:
1. Dos estanques tronco cónicos, de las siguientes características referenciales:
a) Un estanque exterior, de las siguientes medidas:
Altura : 1,70 (m)
Diámetro superior : 1,35 (m)
Diámetro inferior : 1,30 (m)
b) Un estanque interior, de las siguientes medidas:
Altura : 1 ,65 (m)
Diámetro superior : 0,95 (m)
Diámetro inferior : 0,90 (m)
El estanque interior está fijo a la base del estanque exterior y ambas bases son concéntricas, con lo cual se generan dos volúmenes, uno interior que corresponde al reactor SBR (2) y un anillo volumétrico exterior a él, que corresponderá al estanque pulmón (1).
El sistema de la invención, comprende cuatro bombas de elevación por aire con sus respectivas tuberías y medios de control, destinadas cada una a las siguientes funciones:
a) Una bomba de elevación por aire (9) que carga el efluente sin tratar desde estanque pulmón (1), al reactor SBR (2).
b) Una bomba de elevación por aire (10) que descarga el efluente tratado (5).
c) Una bomba de elevación por aire de emergencia (11), que descarga cuando existe un sobre nivel en el reactor SBR (2). d) Una bomba de elevación por aire (8) de descarga de lodo (4) en exceso, desde el estanque SBR hacia el estanque pulmón.
e) Un difusor de aire (6), ubicado en el centro del reactor SBR (2).
f) Un medio de detección de sobre nivel.
g) Un tablero eléctrico, operado electrónicamente, conectado a un soplador el cual comandado por un PLC, deriva el aire según programación, a cada una de las bombas de elevación por aire, o al difusor de aire. De esta condición se deriva que la operación de la planta es completamente neumática.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Un sistema SBR de tratamiento de aguas servidas, que utiliza dos estanques concéntricos, un estanque pulmón (1) y un reactor SBR (2), que permite la reducción significativa de tamaño, y por lo tanto, un consumo bajo de energía, así como la reducción del volumen de transporte cuando se trasladan varias unidades, CARACTERIZADO porque:
dicho estanque pulmón (1) y dicho reactor SBR (2), están conformados por un estanque exterior de forma tronco cónica y un estanque interior, también de forma tronco cónica, teniendo el estanque interior diámetros menores que el estanque exterior, en donde las bases de ambos estanques son concéntricas, generando ambos estanques, dos volúmenes, uno interior que corresponde al reactor SBR (2) y un anillo volumétrico exterior a él, que corresponderá al estanque pulmón (1);
teniendo el reactor SBR en la zona de aireación, un ducto (7) apoyado sobre patas (12), en donde dicho ducto (7) está conformado por una base tronco cónica (13), en cuya parte superior emerge un cilindro (14), que se prolonga hasta antes de la altura mínima de operación del reactor SBR; y medios de control.
2. - Un sistema SBR de tratamiento de aguas servidas, según la reivindicación 2, CARACTERIZADO porque dichos medios de control están conformados por: (a) una bomba de elevación por aire (9) que carga el efluente sin tratar desde el estanque pulmón (1) al reactor SBR (2); (b) una bomba de elevación por aire (10) que descarga el efluente tratado (5); (c) una bomba de elevación por aire de emergencia (11), que descarga cuando existe un sobre nivel en el reactor SBR (2); (d) una bomba de elevación por aire (8) de descarga de lodo (4) en exceso, desde el reactor SBR (1) hacia el estanque pulmón (2); (e) un difusor de aire (6), ubicado en el centro del reactor SBR (2); (f) un medio de detección de sobre nivel; y (g) un tablero eléctrico operado electrónicamente, que está comandado por un FL , el cual de acuerdo a tiempos pre establecidos, o por necesidad del programa de emergencia, opera neumáticamente la planta, derivando, según programa, el flujo de aire del soplador mediante válvulas solenoides, a cualquiera de las bombas de elevación por aire o al difusor de aire.
3. - Un sistema SBR de tratamiento de aguas servidas, según la reivindicación 1 ó 2, CARACTERIZADO porque las patas (12) de dicho ducto (7) se ubica sobre dicho difusor de aire (6).
4. - Un sistema SBR de tratamiento de aguas servidas, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, CARACTERIZADO porque un sensor de sobre caudal (16), conectado a través de primeros medios de comunicación (17) con un medio de procesamiento (18), el cual a través de segundos medios de comunicación (19), está conectado con dicha bomba de elevación por aire de emergencia (11), que evacúa el exceso de agua a través de las tuberías (20).
5. - Un sistema SBR de tratamiento de aguas servidas, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, CARACTERIZADO porque dicho difusor de aire (6) está conectado a un soplador (15) que descarga a lo menos 25 1/seg.
6. - Un proceso para la detección y evacuación del exceso de caudal sin pérdida de la biología en el reactor SBR (2), en una planta que utiliza un estanque pulmón (1) y un reactor SBR (2), CARACTERIZADO porque comprende las etapas:
(a) detectar el sobre caudal en dicho reactor SBR (2) a través de la activación de un sensor de sobre caudal (16); (b) suspender el programa que esté efectuando, a través del FLC programado que opera dicha planta en donde operan dicho estanque pulmón (1) y dicho reactor SBR (2);
(c) sedimentar por un rango de 3 a 10 minutos;
(d) activar una bomba elevadora por aire de emergencia (11), durante 3 a 10 minutos, a través de tuberías (20);
(e) repetir las etapas (a) a (d) hasta que se genera una etapa (d), hasta que el sensor de sobre nivel (16) deje de estar activado;
(f) continuar con el programa general del PLC desactivado en la etapa (b), volviendo al punto donde le correspondería estar por horario.
7.- Un proceso para la determinación de la edad del lodo en un reactor SBR, que permite de manera simple, precisa y automática de fijar la edad del lodo; CARACTERIZADO porque comprende las etapas de:
(a) realizar la extracción de lodo en exceso al comienzo de un ciclo del día cuando se ha terminado la evacuación de clarificado por lo que el nivel del agua al interior del reactor se encuentra a nivel mínimo fijo (22);
(b) airear el licor hasta que éste se encuentre homogenizado, esto es que tenga las características de licor mezcla;
(c) derivar el aire de un soplador a una bomba de elevación por aire de evacuación de lodo, que está a una altura tal que permite bajar el nivel del licor mezcla en solo l/10 a 1/12 de la altura del nivel mínimo de operación;
(d) retirar l/10 a 1/12 del volumen del reactor a nivel mínimo, con lo que se está retirando 1/10 a 1/12 de lodo en calidad de licor mezcla, con lo que automáticamente fija la edad del lodo en 10 a 12 días.
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