ES2920512T3 - Tratamiento de agua - Google Patents

Abstract

Un aparato de tratamiento de agua (1), el aparato (1) comprende una entrada de fluido (2), un primer MBBR (4) y un segundo MBBR (5) y una salida de fluido (3), y un controlador o medias de control (C1), en el que el primer MBBR (4) y el segundo MBBR (5) están conectados en serie de tal manera que el agua se trata flujos desde la entrada (2) a través del primer MBBR (4) al segundo MBBR (5) y desde allí al La salida (3) y en el que el controlador o los medios de control (C1) es operable para cambiar la dirección del flujo de modo que el agua se trate los flujos de la entrada (2) al segundo MBBR (5) luego al primer MBBR (4) y desde allí a la salida (3). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Tratamiento de agua

Esta invención se refiere en general al tratamiento de agua y más particularmente a los reactores de biopelícula de lecho móvil (MBBR) usados en el tratamiento de aguas residuales.

Es conocido el uso de métodos biológicos para el tratamiento de aguas residuales. Estos métodos se implementan en diversos aparatos, tales como contactores biológicos giratorios, biorotores, filtros percoladores y MBBR.

Los MBBR se inventaron a fines de la década de 1980 y se han comercializado en todo el mundo. Un ejemplo de un MBBR se describe en el documento US5458779.

Por lo general, un MBBR comprende un tanque o reactor en el que se ubica una pluralidad de portadores junto con las aguas residuales que se van a tratar. La superficie de cada portador proporciona un sitio para la formación y el crecimiento de biopelículas. Por lo general, los portadores tienen una densidad que se aproxima a la del agua, por ejemplo, los portadores se pueden fabricar con polietileno de alta densidad que tiene una densidad de aproximadamente 0.95 g cm-3 Los portadores se mezclan o agitan dentro del tanque mediante agitadores mecánicos o por aire que se introduce en el tanque. Esto hace que los portadores (y, por consiguiente, la biopelícula adherida) se mezclen continuamente con las aguas residuales y, de este modo, entren en contacto con los componentes de las aguas residuales. El contacto de las aguas residuales con la biopelícula conduce a la eliminación de los contaminantes de las aguas residuales. El tanque está provisto de un tamiz o criba en la parte de aguas abajo para evitar la salida de los portadores mientras permite que el agua limpia salga del tanque. De acuerdo con lo anterior, los MBBR operan para limpiar continuamente las aguas residuales afluentes. A medida que aumenta la población microbiana en un portador, grupos de microorganismos pueden desprenderse de los portadores. Cualquiera de tales sólidos se mantiene en suspensión por la turbulencia y se descarga de la MBBR con el agua tratada. Los sólidos se sedimentarán en una etapa de procedimiento posterior.

Los MBBR se pueden implementar como una etapa de tratamiento secundario para reducir el contenido de materia orgánica (según los estándares de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, se espera que el tratamiento secundario produzca efluentes con un promedio mensual de menos de 30 mg/l de demanda bioquímica de oxígeno (BOD) y menos de 30 mg/l de sólidos en suspensión). Además, los MBBR se pueden implementar como al menos una parte de las etapas de tratamiento terciario en las que se elimina preferiblemente hasta el 100 % de la BOD y los sólidos en suspensión.

En la mayoría de los países es requisito que el agua tenga cierta calidad antes de ser vertida. En Inglaterra y Gales, autorizaciones de alta (es decir consentimiento para permitir la descarga) para la descarga de una planta de tratamiento de aguas residuales son otorgados por la Agencia de Medio Ambiente según un procedimiento descrito en el Anexo 10 de la Ley de Recursos Hídricos de 1991. Existen procedimientos similares para controlar las descargas industriales. Otros países cuentan con organismos similares que autorizan los vertidos.

En muchos países, los permisos de descarga (o equivalentes) se otorgan, al menos en parte, sobre la capacidad de reducir la cantidad de amoníaco y fósforo en el agua tratada. En los MBBR, se sabe que se distribuyen bacterias nitrificantes en los portadores que pueden oxidar el amoníaco dentro de las aguas residuales que se van a tratar y reducir el nivel de amoníaco dentro de los límites de descarga permitidos. Sin embargo, al usar un MBBR puede ser difícil lidiar con un incidente de demanda máxima en el que una carga máxima inesperada temporal de amoníaco se encuentra dentro de las aguas residuales que se van a tratar. Es posible proporcionar MBBR en paralelo para proporcionar redundancia, pero esto es un desperdicio durante las condiciones de funcionamiento "normales" y es posible que no proporcione un sistema que sea capaz de atender cargas "máximas" o inesperadas.

El documento US2010/0018919 divulga un sistema para el tratamiento de aguas residuales que comprende un primer tanque anóxico y un segundo tanque anóxico y un tanque aeróbico. Periódicamente se invierte el flujo a través de los tanques anóxicos. EP0598752 describe un procedimiento de tratamiento de fluidos que comprende fluir fluido a través de lechos filtrantes primero y segundo. Periódicamente se invierte el flujo a través de los lechos filtrantes.

De acuerdo con lo anterior, existe la necesidad de proporcionar un aparato de tratamiento de agua eficaz y eficiente que sea capaz de atender demandas máximas inesperadas y/o elevadas.

Un primer aspecto de la invención proporciona un aparato de tratamiento de agua según la reivindicación 1.

Un aspecto adicional de la invención proporciona un método de tratamiento de aguas residuales según la reivindicación 9.

Ventajosamente, la inversión del flujo mantiene un desarrollo uniforme de biopelícula dentro de cada MBBR. La biopelícula dentro de un MBBR se desarrollará según la carga de contaminantes aplicada y se descompondrá si la carga de contaminantes es insuficiente para soportar el crecimiento. Al invertir el flujo, es posible mantener el perfil de biopelícula en cada uno de los MBBR en serie. De hecho, al hacer funcionar los MBBR en serie, se puede proporcionar al MBBR 'retardado' con una carga contaminante que es suficiente para mantener la biopelícula o al menos reducir la tasa de descomposición de la biopelícula. De este modo, tras la inversión del flujo, el MBBR 'retardado' (que luego se convierte en el MBBR 'principal') tendrá una población de biopelícula suficiente para comenzar el tratamiento de las aguas residuales afluentes. Además, la inversión del flujo permite que dos MBBR funcionen de manera eficiente.

La inversión del flujo puede ocurrir periódicamente. La periodicidad de inversión del flujo puede ser diaria, por ejemplo cada 12 horas, 24 horas, 36 horas o 48 horas.

El aparato puede comprender sensores adicionales, por ejemplo, sensores de calidad del agua, para determinar una o más propiedades físicas y/o químicas del agua. En una realización, el aparato comprende un sensor adicional para determinar una o más propiedades físicas y/o químicas del agua que se va a tratar. Adicional o alternativamente, el aparato puede comprender un sensor adicional para determinar una o más propiedades físicas y/o químicas del agua que ha sido tratada. El aparato puede comprender sensores para determinar una o más propiedades físicas y/o químicas del agua dentro de uno u otro o ambos MBBR. El controlador se puede operar para invertir el flujo a través del primer y segundo MBBR dependiendo de los parámetros determinados por un sensor, o por parámetros determinados por una pluralidad de sensores.

El aparato comprende un sensor de amoníaco para determinar el nivel de amoníaco aguas arriba, dentro y/o aguas abajo del mismo. El flujo a través de los MBBR se invierte dependiendo de la concentración o carga de amoníaco.

Ventajosamente, si se detecta o monitoriza una carga máxima de amoníaco, la dirección del flujo a través del aparato se puede controlar para hacer un uso eficaz de la biopelícula dentro de cada MBBR.

El método puede comprender invertir el flujo a través del aparato en función del tiempo de procedimiento transcurrido y/o como resultado de una característica del agua aguas arriba, dentro o aguas abajo de los MBBR y/o el aparato.

Se puede implementar un protocolo mediante el cual la inversión del flujo puede ocurrir como una función del tiempo de tratamiento transcurrido, a menos que una característica del agua aguas arriba, dentro y/o aguas abajo de uno u otro o ambos MBBR supere un umbral respectivo, mediante el cual el flujo se invierte.

El aparato comprende ventiladores de aire para airear el fluido dentro de cada MBBR. Cada MBBR puede estar provisto de un sensor para detectar la concentración de oxígeno disuelto. Los ventiladores de aire pueden controlarse en función de uno o más parámetros operativos del aparato y/o características del agua aguas arriba, dentro o aguas abajo del respectivo MBBR, por ejemplo, la concentración de oxígeno disuelto dentro de uno o ambos MBBR.

El aparato puede comprender una interfaz hombre-máquina, mediante la cual se pueden seleccionar los parámetros operativos del aparato. El método puede comprender la selección de parámetros operativos, por ejemplo usando una HMI.

A fin de que la invención pueda comprenderse mejor, se describirá ahora, únicamente a modo de ejemplo, y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 muestra un aparato de tratamiento de agua según la invención;

La figura 2 muestra el aparato de tratamiento de agua de la figura 1 en una segunda configuración operativa;

La figura 3 es una representación esquemática del sistema de control del aparato de

la figura 1; y

Las figuras 4A y 4B son vistas en planta de un aparato de tratamiento de agua adicional según la invención en configuraciones primera y segunda respectivas.

Haciendo referencia a la figura 1, se proporciona un aparato 1 de tratamiento de agua que tiene una entrada 2 para recibir las aguas residuales WW que se van a tratar y una salida 3 para suministrar agua tratada TW. El aparato 1 comprende además un primer MBBR 4 que tiene un primer tanque T1 y un segundo MBBR 5 que tiene un segundo tanque T2, estando los dos MBBR 4, 5 conectados en serie a través de un conducto 6. Cada Tanque T1, T2 está provisto de cribas S para cubrir los diversos puntos de salida de los tanques T1, T2 para asegurar la retención de los portadores (no mostrados) dentro de los tanques T1, T2.

Los portadores suelen ocupar hasta el 65% del volumen de cada tanque T1, T2 aunque esto puede variar según las necesidades operativas.

La entrada 2 está ramificada para proporcionar dos conductos separados, un primer conducto 2a de entrada que se extiende hasta el primer MBBR 4 y un segundo conducto 2b de entrada que se extiende hasta el segundo MBBR 5. Cada conducto 2a, 2b está provisto de las válvulas respectivas 20a, 20b para controlar el flujo de aguas residuales WW hacia los respectivos tanques T1, T2.

Cada tanque T1, T2 está provisto de los respectivos conductos de salida 3a, 3b que convergen en la salida 3. Los conductos de salida 3a, 3b están provistos de las respectivas válvulas 30a, 30b para controlar el flujo de fluido a través de estos.

En la operación, las aguas residuales WW fluye hacia la entrada 2 y, debido a que la válvula 20b está cerrada para ocluir el segundo conducto 2b de entrada, fluye a lo largo del primer conducto 2a de entrada y hacia el tanque T1 del primer MBBR 4, después de lo cual se tratan las aguas residuales por contacto con portadores (no mostrados) que portan biopelícula. De la manera habitual, el contenido del tanque T1 se agita mecánicamente mediante un rotor o impulsor (no mostrado) o se airea con aire soplado o forzado en el tanque T1 por ventiladores de aire (no mostrado).

Como se muestra en la figura 1, la válvula 30a está cerrada, lo que evita que el fluido fluya desde el primer tanque T1 a lo largo del primer conducto 30a de salida y, así, asegura que el fluido fluya desde el primer tanque T1 a lo largo del conducto 6 y hacia el segundo tanque T2 del segundo MBBR 5. Luego, el fluido se pone en contacto con portadores (no mostrados) que transportan biopelícula dentro del segundo tanque T2. Nuevamente, el contenido del segundo tanque T2 es agitado mecánicamente por un rotor o impulsor (no mostrado) o aireado y agitado por aire forzado o soplado dentro del segundo tanque T2 por ventiladores de aire (no mostrados) de la manera habitual.

El agua tratada TW puede salir del segundo tanque T2 a lo largo del segundo conducto 3b de salida a través de la válvula 30b abierta y hacia la salida 3.

Como se apreciará, en la configuración mostrada, el primer MBBR 4 se puede denominar reactor "de avance" y el segundo MBBR puede denominarse reactor "de retraso".

Con referencia ahora a la figura 2, el aparato 1 se muestra en una segunda configuración, mediante el cual la válvula 20a está cerrada, la válvula 20b está abierta, la válvula 30b está cerrada y la válvula 30a está abierta. Como se apreciará, al cambiar el estado de las válvulas, la dirección del flujo a lo largo del conducto 6 ha sido alterada y el segundo MBBR 5 es ahora el reactor de avance y el primer MBBR 4 es ahora el reactor de "retraso". De acuerdo con lo anterior, las aguas residuales WW fluyen desde la entrada 2 a lo largo del conducto 2b de entrada al tanque T2 del segundo MBBR 5 a lo largo del conducto 6 y al tanque T1 del primer MBBR 4 y luego a lo largo del conducto 3a de salida para entregar agua tratada TW a la salida 3.

Con referencia ahora a la figura 3, se muestra una representación esquemática del aparato 1 de tratamiento de agua. Como puede verse, cada una de las válvulas 20a, 20b, 30a, 30b está operativamente conectada (indicada por líneas discontinuas) a un controlador C1. El controlador C1, que puede comprender un procesador de ordenador, se puede operar para alterar el estado operativo de las válvulas de cerrado a abierto y viceversa cambiar las direcciones de flujo a través del aparato 1 y, así, alternar flujos desde la configuración que se muestra en la figura 1 a la que se muestra en la figura 2 y viceversa. En una realización, el controlador C1 se puede configurar además para cambiar la dirección del flujo periódicamente, por ejemplo, después de un período de tiempo establecido, tal como 24 horas. Convenientemente, si la dirección del flujo se modifica cada veinticuatro horas, esto puede completarse en un período de baja demanda en el aparato 1, por ejemplo, durante la noche. Alternativamente, el período de tiempo puede ser cualquier otro período de tiempo.

Además, el aparato puede estar provisto de uno o más sensores para monitorear las características del agua dentro del aparato 1. Por ejemplo, el aparato puede estar provisto de un sensor para monitorear o determinar la naturaleza de las aguas residuales WW de entrada (indicada como sensor 200 de aguas residuales) y/o para monitorear o determinar la naturaleza del agua tratada efluente TW (indicada como sensor 300 de agua tratada). Cada uno de los sensores 200 de aguas residuales de entrada y/o el sensor 300 de aguas tratadas efluentes puede monitorear o determinar una o más características físicas o químicas del fluido que fluye en la entrada 2 o salida 3 respectiva. Si está presente, el sensor 200 de aguas residuales y/o el sensor 300 de aguas tratadas pueden conectarse a un segundo controlador C2 (que puede ser el controlador C1 o puede estar conectado operativamente al controlador C1) y la salida del sensor 200 de aguas residuales y/o el sensor 300 de agua tratada efluente puede usarse para determinar si solicitar o no al controlador C1 que cambie la configuración operativa del aparato 1 (es decir, de la configuración que se muestra en la figura 1 a la que se muestra en la figura 2 o viceversa), dependiendo de las características monitoreadas de las aguas residuales w W de entrada y/o el agua tratada TW efluente. Uno o ambos del primer MBBR 4 y el segundo MBBR 5 pueden estar provistos de sensores 400, 500 para monitorear una o más características operativas dentro del reactor respectivo. Las características operativas pueden ser características físicas o químicas (por ejemplo, concentración de oxígeno disuelto, concentración de nitrógeno, etc.). El o cada sensor 400, 500 se puede conectar operativamente al segundo controlador C2 y las salidas del o cada sensor 400, 500 se pueden usar para determinar si se debe solicitar al controlador C1 que cambie la configuración operativa del aparato 1 (es decir, de la configuración que se muestra en la figura 1 a la que se muestra en la figura 2 o viceversa).

El aparato 1 de tratamiento de agua de la invención se usa para tratar agua según la filosofía de control definida en la reivindicación 1 del aparato y la reivindicación 9 del método.

Además, el aparato 1 de tratamiento de agua de la invención se puede usar para tratar agua según una filosofía de control que establece que la dirección del flujo dentro del aparato se invertirá periódicamente, por ejemplo, cada 24 horas. Una filosofía de control más sofisticada podría establecer que la dirección del flujo dentro del aparato se invertirá periódicamente, por ejemplo, cada 24 horas a menos que uno o más de los sensores 200, 300, 400, 500 detecten que el fluido respectivo está fuera de los parámetros operativos. En esas circunstancias, el controlador C1 puede desplegarse para alterar la dirección del flujo a través del aparato 1 tan pronto como, o después de la detección de la característica fuera de los parámetros operativos.

La invención se describirá ahora con referencia al siguiente ejemplo ilustrativo

Ejemplo 1

En una realización particular de la invención, cada reactor 4, 5 está parcialmente lleno de pequeños elementos de plástico o portadores, cada uno de los cuales puede tener un diámetro de aproximadamente 25 mm (los portadores apropiados son conocidos de la técnica anterior). Las bacterias nitrificantes se adhieren a las superficies de los elementos de plástico. Cada reactor 4, 5 está lleno de aguas residuales WW. El aire, que proporciona oxígeno para la reacción de oxidación del amoníaco, se inyecta en la base del reactor 4, 5. Los elementos de plástico tienen una flotabilidad aproximadamente neutra y circulan libremente dentro del reactor 4, 5 debido al efecto de mezcla de la aireación. Los tamices sobre cada puerto de entrada y efluente retienen los medios plásticos dentro del reactor 4, 5. A medida que aumenta la población microbiana, grupos de microorganismos se separan del medio. Estos sólidos se mantienen en suspensión por la turbulencia dentro del reactor 4, 5 y se descargan con el efluente tratado.

De forma regular, la trayectoria del flujo a través de los dos reactores 4, 5 se invierte de manera que el reactor de avance (por ejemplo, el primer MBBR 4) se convierte en el reactor de retraso y viceversa. Esto asegura que las bacterias nitrificantes en el reactor de retraso permanezcan activas a pesar de las bajas cargas residuales.

El aire es suministrado por dos ventiladores, normalmente (es decir, que no sea durante el período inicial de acondicionamiento de los medios) dispuesto como funcionamiento y reserva. Puede introducirse aire en cada reactor MBBR mediante, por ejemplo, cuatro rejillas difusoras de burbujas finas. El suministro de aire a cada rejilla se puede aislar mediante válvulas accionadas. Suministrar aire solo al lado aguas abajo de un reactor crea un patrón de mezcla en remolino con una corriente a lo largo de la superficie que se aleja de los tamices de salida. Esto evita que los medios se acumulen en el extremo aguas abajo de un reactor. Las válvulas accionadas permiten invertir el patrón de mezcla cuando se invierte la trayectoria del flujo. Se proporciona una válvula de modulación del flujo de aire para cada reactor. Las lanzas de aire se instalan debajo de cada tamiz para brindar una mezcla adicional. Un tamiz solo se airea cuando el flujo a través de él se dirige hacia el exterior.

Se instala preferiblemente un sensor de oxígeno disuelto (400, 500) en cada MBBR 4, 5 respectivamente. Preferiblemente, se instala un sensor 300 de amoníaco aguas abajo del MBBR.

La tasa de aireación dentro de un MBBR (4 o 5) se controla para minimizar el consumo de energía mientras se proporciona suficiente oxígeno y energía de mezcla para cumplir con los objetivos del procedimiento. El sensor de amoníaco mide la concentración de amoníaco efluente en un ciclo regular, nominalmente de 15 minutos. La medición de amoníaco se usa para ajustar el modo de funcionamiento de aireación de la planta.

Hay tres modos de funcionamiento disponibles:

1. Aireación intermitente de ambos reactores a un flujo de aire bajo fijo

2. Aireación continua de ambos reactores; el reactor de avance bajo control de oxígeno disuelto (DO) a un punto de ajuste bajo y el reactor de retraso a un flujo de aire bajo fijo.

3. Aireación continua de ambos reactores; el reactor de avance bajo control de DO a un punto de ajuste alto y el reactor de retraso a un flujo de aire bajo fijo.

Además, hay dos opciones, seleccionables a través de la interfaz hombre-máquina (HMI), disponibles para el modo de aireación intermitente.

1. Aireación intermitente combinada

2. Aireación intermitente independiente

La aireación intermitente combinada permite que el ventilador funcione a velocidades de flujo más altas y con mayor eficiencia energética, evita la pérdida de carga asociada con las válvulas moduladoras y maximiza la energía de mezcla al arranque de un período de aireación. La aireación intermitente independiente proporciona una mayor flexibilidad de operación en el sentido de que se pueden usar diferentes ciclos de aireación en cada reactor.

Si la concentración de amoníaco es menor que la "concentración máxima de amoníaco para aireación intermitente" y la opción de aireación intermitente combinada se ha seleccionado, los MBBR 4, 5 se airean intermitentemente al detener y encender el ventilador. Cuando se agota el temporizador "tiempo de ciclo de aireación intermitente combinado", el ventilador funciona en la "velocidad del ventilador de aireación intermitente combinada" durante el "período de encendido mínimo del ventilador de aireación intermitente combinado" y hasta que la concentración de oxígeno disuelto (DO) en el reactor de avance alcance el "DO mínimo en el reactor de avance durante la aireación intermitente". Las válvulas moduladoras de aire son conducidas a la "posición de la válvula de modulación del reactor de avance de aireación intermitente combinada" y la "posición de la válvula de modulación del reactor de retraso de aireación intermitente combinada"

Si la concentración de amoníaco es menor que la concentración máxima de amoníaco para de aireación intermitente y se ha seleccionado la opción de aireación intermitente independiente, los reactores se airean intermitentemente abriendo y cerrando las válvulas de aislamiento de la rejilla de aireación apropiadas (véase abajo). Las válvulas moduladoras son conducidas a la "posición de la válvula de modulación del reactor de avance de aireación intermitente independiente" y la "posición de la válvula de modulación del reactor de retraso de aireación intermitente independiente". Cuando se agota el temporizador "tiempo del ciclo del reactor de avance de aireación intermitente independiente", se abren las válvulas de aislamiento de la rejilla de aire del reactor de avance durante el "período de encendido mínimo del reactor de avance de aireación intermitente independiente" y hasta que la concentración de DO en el reactor de avance alcance el DO mínimo en el reactor de avance durante la aireación intermitente. Cuando se agota el temporizador "tiempo de ciclo del reactor de retraso de aireación intermitente independiente", las válvulas de aislamiento de la rejilla de aire del reactor de retraso apropiadas (véase a continuación) se abren durante el "período de encendido del reactor de retraso de aireación intermitente independiente mínimo". La velocidad del ventilador varía en respuesta a la presión en el colector para mantener un punto de ajuste de "presión principal del ventilador" ajustable por el operador. Si todas las válvulas de aislamiento de la rejilla de aire se cierran, el soplador se detiene. El ventilador se reinicia cuando se abre una válvula de aislamiento. Los valores actuales de los temporizadores de ciclo se muestran en la HMI.

Si la concentración de amoníaco es mayor que la concentración máxima de amoníaco para aireación intermitente", el flujo de aire al reactor de avance se modula para mantener la concentración de oxígeno disuelto en el reactor de avance en el "punto de ajuste de oxígeno disuelto bajo del reactor de avance". La válvula de modulación del reactor de avance opera entre la "posición de la válvula de modulación mínima de aireación continua del reactor de avance" y la "posición de la válvula de modulación máxima de aireación continua del reactor de avance". La válvula de modulación para el reactor de retraso se conduce a la "posición de la válvula de modulación de aireación continua del reactor de retraso". La velocidad del ventilador se controla para mantener la presión en la tubería principal de aire en el punto de ajuste de presión principal del ventilador.

Si la concentración de amoníaco es mayor que la "concentración máxima de amoníaco para aireación continua de oxígeno disuelto bajo", el flujo de aire al reactor de avance se modula para mantener la concentración de oxígeno disuelto en el reactor de avance en el "punto de ajuste de oxígeno disuelto alto del reactor de avance". La válvula de modulación del reactor de avance opera entre la posición de la válvula de modulación mínima de aireación continua del reactor de avance y la posición de la válvula de modulación máxima de aireación continua del reactor de avance. La válvula de modulación para el reactor de retraso se conduce a la posición de la válvula de modulación de aireación continua del reactor de retraso. La velocidad del ventilador se controla para mantener la presión en la tubería principal de aire en el punto de ajuste de presión principal del ventilador.

En el caso de que el analizador de DO en el reactor de avance desarrolle una falla, o si se selecciona fuera de funcionamiento mientras la planta está en los modos de aireación 2 o 3 (aireación continua), la válvula de modulación del reactor de avance se conduce a la posición de la válvula de modulación máxima de aireación continua del reactor de avance. Si cualquiera de estas condiciones ocurre mientras la planta está en el modo de aireación 1, opción combinada intermitente, entonces la duración de cada período de aireación se extiende hasta que comienza el próximo ciclo. En efecto, la aireación se suministra continuamente a una tasa fija. Del mismo modo, si se ha seleccionado la opción de aireación independiente, la aireación se suministra continuamente al reactor de avance. En esencia, la filosofía es que si no se conoce el DO, se supone que es bajo, lo que representa el peor de los casos.

La filosofía de control de la aireación se resume en la siguiente tabla:

Tabla 1: Filosofía de control de aireación

Con el tiempo, la pérdida de carga a través de los difusores de membrana puede aumentar, lo que hace que disminuya el flujo de aire que pasa a través de una válvula de modulación en una posición determinada. Los flujos de aire reales correspondientes a las posiciones de límite de la válvula deben verificarse periódicamente (por ejemplo, anualmente) usando el o un medidor de flujo instalado y los puntos de ajuste se deben ajustar si es necesario.

En una realización no comprendida en la presente invención, el sistema de control automático puede funcionar sin el sensor de amoníaco. Esta opción se puede seleccionar a través de la HMI. Cuando el sensor de amoníaco se selecciona fuera de funcionamiento o está defectuoso o su señal está fuera de rango, ambos reactores se airean continuamente con la aireación del reactor de avance bajo control de DO para mantener el punto de ajuste de oxígeno disuelto alto del reactor de avance.

Cada MBBR 4, 5 puede estar equipado con cuatro rejillas difusoras de aire separadas y dos pares de tamices S en lados opuestos sobre los puertos de entrada y salida. El eje longitudinal de cada rejilla de aireación está orientado en ángulo recto con respecto a los tamices. El suministro de aire a cada rejilla se puede aislar individualmente mediante válvulas accionadas. La división de aire entre las rejillas que reciben aire se puede ajustar mediante válvulas manuales. Al alejar la aireación de los tamices de salida, se crea un patrón de mezcla de rodillos en espiral que ayuda a alejar el medio de los tamices de salida.

Las rejillas de aire en uso durante la aireación intermitente se pueden especificar a través de la HMI seleccionando cada rejilla, 1 - 4, en el reactor de avance y el reactor de retraso ya sea como encendido o apagado. La rejilla 1 es la rejilla debajo de los tamices de salida. Al inicio de un período de aireación durante la aireación intermitente, el aire puede dirigirse solo a la rejilla debajo de los tamices de salida durante un período, el "tiempo de arranque avanzado de la rejilla 1", para iniciar la mezcla. Si el temporizador de arranque avanzado de rejilla 1 es mayor que cero y se selecciona la opción la aireación intermitente combinada, las válvulas accionadas que alimentan las rejillas seleccionadas que no sean la rejilla debajo de los tamices de salida se cierran cuando el ventilador se detiene. Cuando el ventilador arranca, las válvulas accionadas que alimentan las rejillas seleccionadas que no sean la rejilla 1 se abren después del retraso del temporizador de arranque avanzado de rejilla 1. Del mismo modo si la opción de aireación independiente se selecciona cuando se inicia un período de aireación, las válvulas accionadas que alimentan las rejillas seleccionadas que no sean la rejilla 1 se abren después del retraso del temporizador de arranque avanzado de rejilla 1.

Las rejillas de aire en uso durante la aireación continua se pueden especificar a través de la HMI seleccionando cada rejilla, 1 - 4, en el reactor de avance (por ejemplo, el primer MBBR 4) y el reactor de retraso (por ejemplo, el segundo MBBR 5) ya sea como encendido o apagado. Se pueden usar diferentes configuraciones de rejilla para la aireación intermitente y continua. Esto permite que se use una configuración que proporciona una alta energía de mezcla para la aireación intermitente y que se use una configuración que maximiza la transferencia de oxígeno para la aireación continua.

Las rejillas se identifican físicamente como A, B, C, D en cada reactor. La asignación de cada rejilla como 1, 2, 3, 4 cambia dependiendo de qué MBBR es el principal y cuál es el de retraso. Cuando se invierte la secuencia del reactor, también se invierte la designación numérica de las rejillas. La designación "rejilla 1" siempre se refiere a la rejilla debajo de los tamices de salida.

En otras palabras, si el primer MBBR 4 es el reactor de avance y el segundo MBBR 5 es el reactor de retraso, entonces:

• La rejilla 1 del reactor de avance es la rejilla A del aire del MBBR 4

• La rejilla 2 del reactor de avance es la rejilla B del aire del MBBR 4

• La rejilla 3 del reactor de avance es la rejilla C del aire del MBBR 4

• La rejilla 4 del reactor de avance es la rejilla D del aire del MBBR 4

• La válvula de control de aireación del reactor de avance es una válvula de MBBR 4

• La válvula de aislamiento de aireación del tamiz de salida del reactor de avance es una válvula MBBR 4

• La rejilla 1 del reactor de retraso es la rejilla D del aire del MBBR 5

• La rejilla 2 del reactor de retraso es la rejilla C del aire del MBBR 5

• La rejilla 3 del reactor de retraso es la rejilla B del aire del MBBR 5

• La rejilla 4 del reactor de retraso es la rejilla A del aire del MBBR 5

• La válvula de control de aireación del reactor de retraso es MBBR 5

• La válvula de aislamiento de aireación del tamiz de salida del reactor de retraso es MBBR 5

Alternativamente, si el segundo MBBR 5 es el reactor de avance y el primer MBBR 4 es el reactor de retraso, entonces:

• La rejilla 1 del reactor de avance es la rejilla A del aire del MBBR 5

• La rejilla 2 del reactor de avance es la rejilla B del aire del MBBR 5

• La rejilla 3 del reactor de avance es la rejilla C del aire del MBBR 5

• La rejilla 4 del reactor de avance es la rejilla D del aire del MBBR 5

• La válvula de control de aireación del reactor de avance es MBBR 5

• La válvula de aislamiento de aireación del tamiz de salida del reactor de avance es MBBR 5

• La rejilla 1 del reactor de retraso es la rejilla D del aire del MBBR 4

• La rejilla 2 del reactor de retraso es la rejilla C del aire del MBBR 4

• La rejilla 3 del reactor de retraso es la rejilla B del aire del MBBR 4

• La rejilla 4 del reactor de retraso es la rejilla A del aire del MBBR 4

• La válvula de control de aireación del reactor de retraso es MBBR 4

• La válvula de aislamiento de aireación del tamiz de salida del reactor de retraso es MBBR 4

Como se indicó anteriormente, la dirección del flujo a través de los dos MBBR 4, 5 se invierte regularmente, de manera que el reactor de avance se convierte en el reactor de retraso y viceversa. Esto asegura que las bacterias en el reactor de retraso tengan un suministro adecuado de amoníaco para permanecer activas. Inmediatamente después de que el flujo se haya invertido, las aguas residuales en el antiguo reactor de avance forman el efluente final y, como tal, su concentración de amoníaco debe estar por debajo del estándar de consentimiento apropiado cuando se invierte el flujo. Antes de que se inicie el procedimiento de inversión del flujo, el sistema evalúa la posible concentración de amoníaco en el reactor de avance. Durante el procedimiento, se toman medidas para minimizar la concentración de amoníaco en el reactor de avance antes de que se convierta en el reactor de retraso.

Para estimar la carga que el aparato 1 está tratando y así evaluar la concentración de amoníaco en el reactor de avance, un promedio móvil del tiempo de funcionamiento del ventilador durante la hora anterior, la “fracción de operación del ventilador", es calculado. La HMI permite especificar hasta tres horas del día en las que se iniciará la inversión del flujo, si corresponde. Cuando el tiempo del día llega a un "tiempo de arranque de inversión del flujo", arranca el procedimiento de cambio de dirección del flujo, siempre que la fracción de funcionamiento del ventilador sea menor que la “fracción de funcionamiento del ventilador para inhibir la inversión del flujo". Si la fracción de operación del ventilador está por encima de este límite, la inversión del flujo se difiere hasta que la fracción de operación del ventilador cae por debajo del límite siempre que el período de tiempo diferido no exceda el "período máximo en el que se puede diferir la inversión del flujo". Si el período máximo en el que se puede diferir la inversión del flujo se excede, se abandona el intento de iniciar el procedimiento de inversión del flujo hasta el siguiente tiempo especificado y se activa una alarma. Si ningún tiempo de arranque de inversión del flujo se especifica, la inversión del flujo se inhibe y la dirección del flujo actual se mantendrá de forma permanente.

El nivel en el reactor de avance será ligeramente más alto que el nivel en el reactor de retraso. Para reducir el impulso hidráulico cuando el reactor de avance se convierte en el reactor de retraso y descarga directamente, las válvulas de entrada cambian ligeramente antes que las válvulas de salida. Este período, durante el cual no hay flujo a través del reactor de avance, también brinda la oportunidad de reducir el amoníaco en el reactor de avance antes de que arranque a descargar el efluente final.

Cuando se inicia el procedimiento de inversión del flujo, la velocidad del ventilador se ajusta a la "velocidad del ventilador durante la inversión del flujo" y las válvulas moduladoras son conducidas a la "posición de la válvula de modulación de la inversión del flujo". Ambos reactores se airean continuamente. Cuando se agota el temporizador "período de aireación continua antes de la inversión del flujo", el procedimiento continúa con las etapas enumeradas a continuación

1. Marcar "inversión de flujo"

2. Iniciar un temporizador "tiempo máximo de inversión del flujo"

3. Abrir la válvula de entrada del reactor de avance entrante y confirmar que está abierta.

4. Cerrar la válvula de entrada del reactor de avance saliente y confirmar que está cerrada.

5. Iniciar el temporizador igual a "retraso de salida abierta al invertir el flujo" y esperar a que expire

6. Abrir todas las válvulas de aislamiento accionadas por la rejilla de aire que aún no estén abiertas y confirmar que están abiertas. Al final de la etapa 6, las ocho rejillas de aire deben estar en uso para evitar un estado transitorio sin válvulas de aire abiertas a medida que se invierte la disminución gradual de la aireación.

7. Abrir la válvula de salida del reactor de avance saliente y confirmar que está abierta.

8. Cerrar la válvula de salida del reactor de avance entrante y confirmar que está cerrada.

9. Reestablecer la asignación numérica de la rejilla de aire y la criba de acuerdo con la secuencia hidráulica entrante y vuelva al funcionamiento normal de las rejillas y los tamices.

10. Cambiar la señal DO usada para el control del ventilador al reactor de avance entrante

11. Cambiar la indicación del reactor de avance/de retraso

12. Quitar la marca y resetear tiempo máximo de inversión de flujo temporizador. Si el temporizador expira antes de que se restablezca la bandera, se genera una alarma: "Falló la secuencia de inversión del flujo"

Si no se confirman las posiciones correctas de la válvula, se activa una alarma. Si falla la secuencia de inversión del flujo o si todas las válvulas de aire no alcanzan las posiciones adecuadas, existe la posibilidad de que el medio se acumule alrededor de los tamices y aumente el nivel del agua. Esto se aborda a continuación.

Se puede instalar un interruptor de alto nivel en cada MBBR 4, 5. Si cualquiera de los interruptores opera, la válvula accionada que suministra aire a los respectivos tamices de salida se abre durante 30 segundos y luego vuelve al control normal. Se dispara una alarma. Si el interruptor de nivel alto sigue activado después de fregar los tamices durante 30 segundos, la válvula de entrada de aguas residuales de MBBR se cierra y se activa una alarma. El temporizador de inversión del flujo está congelado para que no se pueda iniciar un procedimiento de inversión del flujo. La aireación continúa normalmente.

Si ambas válvulas de entrada de aguas residuales están cerradas, el flujo se desvía del aparato 1.

Periódicamente será necesario reemplazar las membranas del difusor de aire. Esto requerirá que cada MBBR 4, 5 se drene a su vez después de transferir los medios al reactor restante.

Existen las siguientes selecciones disponibles en la HMI:

• Reactor 1 desviado

• Reactor 2 desviado

Si se desvía un reactor, el controlador lógico programable (PLC) abre las válvulas de agua de entrada y salida del reactor restante y, cuando se confirma que están abiertas, cierra las válvulas de agua de entrada y salida del reactor que se desviará. El punto de ajuste de DO para el reactor restante se establece en el punto de ajuste de oxígeno disuelto alto del reactor de avance. El ventilador es controlado directamente por el DO y el reactor se airea continuamente. Se evita que el ventilador funcione a una velocidad inferior "La velocidad mínima del ventilador para mantener la mezcla en un solo reactor". Las válvulas de aislamiento de aire en el tanque desviado están cerradas. La válvula de modulación de aire en el reactor activo se abre completamente. Se abren las válvulas de aislamiento accionadas por la rejilla de aire en el reactor activo que aún no están abiertas. Esto permite que los flujos de aire a las cuatro rejillas se ajusten usando las válvulas manuales de balanceo de flujo para producir un patrón de mezcla apropiado.

Un tubo de transferencia de medios equipado con una válvula de aislamiento (no mostrada) conecta los dos tanques T1, T2. Su propósito es facilitar la transferencia de medios de un reactor a otro para permitir que un reactor se drene para mantenimiento. Durante la transferencia de medios, ambos reactores se airean continuamente. Esto se puede lograr seleccionando el modo de control manual 2 o 3 como se describe a continuación. La demanda de oxígeno en el reactor aguas abajo aumentará constantemente a medida que migre el medio. Para proporcionar más aire en el reactor de retraso que en el reactor de avance, la posición de la válvula de modulación máxima de aireación continua del reactor de avance se establece en un valor justo mayor que la posición de la válvula de modulación mínima de aireación continua del reactor de avance y la posición de la válvula de modulación de aireación continua del reactor de retraso se incrementa hasta que el ventilador está operando cerca de su máximo rendimiento. Una vez que se ha transferido el medio, se puede desviar el reactor que se va a drenar.

En el control manual, la planta se puede poner en uno de los tres modos de aireación descritos anteriormente. Los siguientes modos se pueden seleccionar a través de la HMI

Tabla 2: Modos seleccionables manualmente

Esta función permite comprobar el correcto funcionamiento de un modo de funcionamiento específico independientemente de la concentración de amoníaco predominante.

Se pueden proporcionar lanzas de aireación debajo de cada tamiz para brindar una mezcla adicional en las cercanías de los puertos de salida. Cada par de tamices tiene una válvula accionada por separado para aislar el suministro de aire. Cuando se invierte la secuencia del reactor, se aíslan los suministros de aire a los tamices sobre los puertos de entrada.

El modo de aireación para los tamices sobre los puertos de salida en ambos reactores se puede seleccionar entre: 1. Apagado

2. Apagado - contínuo

3. Apagado - sincronizado - intermitente

4. Apagado - sincronizado - continuo

5. Intermitente

6. Continuo

En el modo 2, la aireación del tamiz está apagada cuando el reactor no está aireado y funciona continuamente cuando el reactor está aireado de forma continua o intermitente.

En los modos 3 y 4, la aireación del tamiz está apagada cuando el reactor no está aireado y sincronizada cuando el reactor se airea de forma intermitente, en cuyo caso los tamices se airean cuando las rejillas están aireadas. El funcionamiento intermitente de la aireación por tamiz en el modo 3 y el funcionamiento continua de la aireación por tamiz en el modo 4 solo ocurren cuando el reactor se airea continuamente. La aireación intermitente del tamiz está controlada por temporizadores de "aireación por tamiz activada" y "aireación del tamiz desactivada"

En el modo 5, la aireación intermitente del tamiz está controlada por la misma aireación del tamiz en y aireación del tamiz fuera de los temporizadores.

En el modo 6, la aireación del tamiz es continua.

En todos los modos, la aireación del tamiz es sólo para el tamiz de salida de los reactores de avance y de retraso. No es posible configurar los reactores de avance y de retraso en diferentes modos de aireación de tamiz.

Los dos ventiladores de velocidad variable funcionan en una configuración de funcionamiento en espera para mantener un punto de ajuste de presión ajustable por el operador en la tubería principal de aire del ventilador común o un punto de ajuste de DO como se describe anteriormente.

La tasa de rampa del accionamiento de velocidad variable (VSD) se establece de manera que la aceleración desde el reposo hasta la velocidad máxima tome aproximadamente 20 segundos.

Existen los siguientes ajustes del operador para la rotación de funcionamiento del ventilador:

• Período de actividad automático del ventilador A

• Período de actividad automático del ventilador B

• Operación de funcionamiento del ventilador: automático o manual

• Selección de funcionamiento del ventilador manual: ventilador A o ventilador B

Además, está disponible la siguiente opción protegida con contraseña

• Habilitar la operación del ventilador de funcionamiento/asistencia en el modo de aireación continua

La función de operación del ventilador de asistencia de funcionamiento está diseñada únicamente para su uso durante la puesta en marcha. Cuando el medio se agrega por primera vez a los tanques, el plástico es hidrofóbico y difícil de "mojar". Las burbujas de aire tienden a adherirse al medio aumentando su flotabilidad. Los medios pueden formar una capa estática en parte dentro y fuera del agua. El aumento de la tasa de aireación puede ayudar a arrastrar el medio desde la parte inferior de la capa para que el medio se suspenda gradualmente. Una vez en suspensión, las características de la superficie cambian y la hidrofobicidad disminuye.

Mientras está en operación de funcionamiento de ventilador automático, cuando un nuevo ventilador toma el control, el PLC inicia un temporizador. Cuando el temporizador alcanza el 'período de funcionamiento automático' para ese ventilador, el PLC cambia el funcionamiento al otro ventilador. El "período de funcionamiento del ventilador A" y el "período de funcionamiento del ventilador B" son ajustables por el operador. Mientras está en operación de funcionamiento manual de ventilador, el operador puede seleccionar el ventilador de funcionamiento. El funcionamiento de los ventiladores A y B juntos solo se permite cuando el MBBR está en control manual y se ha seleccionado el modo 3.

Si la operación de funcionamiento/asistencia está habilitada mientras está en modo 3, entonces si el ventilador de funcionamiento está funcionando al 100 % durante más tiempo que un período preestablecido (el "temporizador de arranque del ventilador auxiliar") y hay una demanda de más aire, entonces la velocidad del ventilador de funcionamiento se establece al 50 %, el ventilador auxiliar se inicia al 50 % y el control de la presión principal del ventilador continúa ajustando la velocidad de ambos ventiladores juntos. Mientras está en modo de funcionamiento/asistencia, si los comandos de velocidad de los ventiladores han sido inferiores al 50 % durante más tiempo que un período preestablecido (el "temporizador de parada del ventilador auxiliar"), luego se detiene el ventilador auxiliar, la velocidad del ventilador de funcionamiento se establece al 100 % y se reanuda el control de presión principal del ventilador usando solo el ventilador de funcionamiento.

El PLC inhibe los ventiladores a menos que:

• Al menos una válvula accionada por MBBR está más abierta que una posición abierta mínima preestablecida (la "posición mínima de la válvula de modulación para inhibir la operación del ventilador").

• Al menos dos válvulas accionadas de aislamiento de la rejilla de aire que están aguas abajo de las válvulas de aire de modulación abiertas (como se definió anteriormente) están abiertas

Cada ventilador está equipado con un interruptor de alta presión de descarga, un interruptor de baja presión de descarga y un interruptor de presión de "restricción de filtro". En el caso de cualquiera de estas condiciones, el PLC fallará el ventilador. Esto está bloqueado hasta que se restablece en HMI.

Si un ventilador de funcionamiento falla, entonces el PLC cambiará el funcionamiento para hacer funcionar el otro ventilador.

El PLC genera alarmas de alta y baja presión del aire principal en relación con puntos de ajuste de "alta presión principal de aire" y "baja presión principal de aire". La alarma de baja presión solo se genera si hay un ventilador en funcionamiento. No hay acciones de control consecuentes.

Los puntos de ajuste usados por el sistema de control y sus valores previstos se resumen a continuación. Estos son ajustables a través de la HMI.

Tabla 3: Puntos de ajuste operativos

Con referencia ahora a las figuras 4A y 4B, se muestra una realización adicional de la invención que comprende el aparato 1' que tiene un primer MBBR 4' y un segundo MBBR 5'. Cada uno de los tanques T1' T2' está provisto de válvulas de drenaje V1, V2. Hay dos conductos 61', 62' que interconectan los tanques T1, T2 y cada tanque T1, T2 está provisto de un par de entradas para recibir las aguas residuales W W según corresponda. El funcionamiento del aparato 1' es como se ha expuesto anteriormente en relación con la primera realización y/o como se ha expuesto anteriormente en relación con el ejemplo.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de tratamiento de agua, comprendiendo el aparato una entrada de fluido, un primer MBBR y un segundo MBBR y una salida de fluido, y un controlador o medio de control, teniendo cada uno de los primeros MBBR y segundos MBBR un ventilador de aire para airear el contenido de dichos MBBR, en el que el primer MBBR y el segundo MBBR están conectados en serie de manera que el agua que se va a tratar fluye desde la entrada a través del primer MBBR al segundo MBBR y de allí a la salida y en el que el controlador o medio de control se puede operar para cambiar la dirección del flujo de manera que el agua que se va a tratar fluya desde la entrada al segundo MBBR, luego al primer MBBR y de allí a la salida, en el que el aparato comprende un sensor de amoníaco para determinar el nivel de amoníaco aguas arriba, dentro y/o aguas abajo del mismo y en el que el controlador es operable para invertir el flujo a través del primer y segundo MBBR dependiendo de la concentración de amoníaco o la carga determinada por el sensor de amoníaco.

2. Un aparato de tratamiento de agua según la reivindicación 1, que comprende sensores adicionales, por ejemplo, sensores de calidad del agua, para determinar una o más propiedades físicas y/o químicas del agua.

3. Un aparato de tratamiento de agua según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, que comprende un sensor adicional para determinar una o más propiedades físicas y/o químicas del agua que se va a tratar.

4. Un aparato de tratamiento de agua según cualquiera de las reivindicaciones 1,2 o 3, que comprende un sensor adicional para determinar una o más propiedades físicas y/o químicas del agua que ha sido tratada.

5. Un aparato de tratamiento de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sensor de amoníaco y/o el sensor adicional determinan una o más propiedades físicas y/o químicas del agua dentro de uno u otro o ambos MBBR.

6. Un aparato de tratamiento de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el controlador se puede operar para invertir el flujo a través del primer y segundo MBBR dependiendo además de parámetros determinados por un sensor adicional, o por parámetros determinados por una pluralidad de sensores adicionales.

7. Un aparato de tratamiento de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada MBBR está provisto de un sensor para detectar la concentración de oxígeno disuelto.

8. Un aparato de tratamiento de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los ventiladores de aire se pueden controlar en función de uno o más parámetros operativos del aparato, por ejemplo, la concentración de oxígeno disuelto dentro de uno o ambos MBBR.

9. Un método de tratamiento de aguas residuales, comprendiendo el método las etapas de:

a. hacer fluir aguas residuales a través de una entrada a un primer MBBR y de allí a un segundo MBBR y de allí a una salida;

b. airear el contenido de cada uno del primer MBBR y el segundo MBBR soplando o forzando aire en el MBBR mediante ventiladores de aire;

c. determinar el nivel de amoníaco aguas arriba, dentro y/o aguas abajo del mismo usando un sensor de amoníaco;

d. implementar un controlador para invertir la dirección del flujo dependiendo de la concentración de amoníaco o la carga determinada por el sensor de amoníaco, de manera que las aguas residuales fluyan desde la entrada al segundo MBBR y de allí al primer MBBR y de allí a la salida.

10. Un método según la reivindicación 9, en el que periódicamente se produce una inversión adicional del flujo

11. Un método según la reivindicación 10, en el que la periodicidad de la inversión del flujo es diaria, por ejemplo, cada 24 horas.

12. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 9, 10 u 11, que comprende además invertir el flujo a través del aparato en función del tiempo de procedimiento transcurrido y/o como resultado de una característica adicional del agua aguas arriba, dentro o aguas abajo del MBBR y/o el aparato.