B1
DESCRIPCIÓ DESCRIPCIÓN N DE LA PLANTA PLA NTA
D.F.P : D.T.I :
2008118.700A, 700B, 701 2008118.702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711
B 1.1 DESCRIPCION GENERAL La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales PTAR SUR para el Sistema de Agua de Durango, está conformada con una serie de equipos y tecnología de punta para el tratamiento de las aguas residuales provenientes de las diversas actividades humanas realizadas en la ciudad de Durango, Dgo. El sistema de tratamiento se engloba en el siguiente diagrama de bloques: INFLUENTE Cribado grueso Bombeo de cárcamo PRE-TRATAMIENTO Cribado Fino DesarenadorClasificador/Lavador de Arenas TRATAMIENTO SECUNDARIO Tanque Selector Lodos Activados Clarificadores Secundarios TRATAMIENTO TERCIARIO Desinfección Efluente (Arroyo Seco) Seco)
EFLUENTE TRATADO
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TRATAMIENTO DE LODOS BIOLOGICOS SECUNDARIOS 2
Mesa espesadora Digestión aerobia de lodos Deshidratación de lodos DISPOSICIÓN A RELLENO SANITARIO
En los dibujos 2008118.702 a 711, se encuentran los DTI´s de la planta de tratamiento de aguas residuales PTAR Durango Sur, Aguas del Municipio de Durango. Inicialmente el agua residual generada por actividades humanas e industriales en diferentes sitios de la Ciudad de Durango se conduce por gravedad por medio de un colector de 70” de diámetro hasta la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Durango Sur. Se contempla que la planta trate un flujo promedio de 600 lps, y un flujo máximo de 1080 lps. Así también, la concentración de carga orgánica (DBO 5 promedio) estimada del influente es de 250 ppm y para el efluente de 20 ppm. De esta manera, el influente que ingresa a la PTAR se dirige hacia una primera etapa llamada “cribado grueso”. En esta etapa existen tres (3) canales: dos (2) canales que controlan el paso de agua residual cruda hacia las cribas gruesas automáticas y un (1) canal que cuenta con una rejilla “gruesa” tipo manual. Cada uno de los tres canales cuenta con un par de compuertas manuales de Aluminio para regular la admisión y la salida del flujo. El cribado grueso automático se lleva a cabo por las cribas de barras de autolimpieza de 25 mm de apertura (SC-201/202), ambas tienen como objetivo captar los sólidos de gran tamaño (>25 mm) que provocan problemas de mantenimiento y funcionamiento de los diferentes procesos de la PTAR. Cuando incrementa la saturación por sólidos en las barras, se presenta mayor caída de presión y el nivel de agua en el canal aumenta; este aumento es detectado por los interruptores de nivel de cribado grueso (LSL-201 y LSL-202) instalados antes de las cribas gruesas respectivamente.
Los interruptores de nivel emiten una señal a cada criba para actuar automáticamente el mecanismo de limpieza. Cuando el nivel es abatido, entonces, la criba detiene su funcionamiento y no operará hasta que nuevamente el agua del canal alcance determinado nivel. Por su parte, los sólidos de ambas cribas son depositados en un sistema transportador de sólidos (CN-201/203) que descarga los desechos de cribado fino a un contenedor de basuras para su disposición final. Por su parte, la rejilla manual (SC-203) de barras verticales (espacio entre barras de 25 mm) permite retener residuos sólidos medianos con tamaños (> 25 mm). Estos sólidos son retirados manualmente por el operador al menos dos (2) veces al día. Este dispositivo tiene un ángulo de 75º respecto a la horizontal del canal y en la parte superior cuenta con una charola de plato tipo “canastilla” para el escurrimiento de los sólidos antes de que se trasladen al contenedor de residuos. La utilización de la rejilla manual solo será en caso de mantenimiento de las cribas automáticas o de sobreflujo. Después del cribado, el agua cruda se dirige al interior del cárcamo de bombeo de agua cruda (T-201). El cárcamo tiene un volumen aproximado de 412 m 3 y está construido para recibir un flujo máximo de 1,080 lps, de tal forma que permite el ingreso del flujo máximo de agua cruda hacia la PTAR (bombeo a sistema de tratamiento no mayor a 1080 lps), mientras que el flujo sobrante (bombeo de demasías no mayor a 360 lps) es enviado al canal “Arroyo seco”. El bombeo al sistema de tratamiento es ejecutado por las bombas (P201/202/203/204/205 y 206), mientras que el bombeo de excedencias se lleva a cabo por las bombas de demasías (P-207/208 y 209). Todos los equipos de bombeo operan de forma automática en función de la señal del indicador/transmisor de nivel (LE/LIT202), el cual monitorea en tiempo real el aumento o la disminución de nivel en el cárcamo. Posterior al bombeo, el agua residual llega a la PTAR hacia la etapa de cribado fino. Antes de ingresar a dicha etapa, el flujo es cuantificado por medio de un medidor/transmisor de flujo magnético (FE/FIT-201). El cribado fino se efectúa por medio de las cribas de barras de limpieza automática (SC-204/SC-205) de 2 mm de apertura que se encargan de retener todos aquellos sólidos pequeños (> 2 mm), tales como, fragmentos de papel, residuos de comida, etc., logrando así la remoción de una porción de los sólidos sedimentables y suspendidos del influente. También se tienen interruptores de nivel de cribado fino (LSL-203/204 y LSL-205/206) instalados antes y después de cada equipo, para emitir la señal que acciona el mecanismo de limpieza. Los sólidos se retiran mediante un mecanismo automático y son depositados en el equipo transportador-compactador de sólidos (CN-202) donde descargan los sólidos de ambas cribas finas a un contenedor de basuras para su disposición final. Cabe mencionar que de manera similar al cribado grueso, en la etapa de cribado fino existen tres (3) canales: dos (2) canales que controlan el paso de agua residual cruda
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hacia las cribas finas y un (1) canal que cuenta con una rejilla “fina” tipo manual. Cada uno de los tres canales cuenta con un par de compuertas manuales de Aluminio para regular la admisión y la salida del flujo. La rejilla “fina” tipo manual se compone de barras verticales (espacio entre barras de 10 mm) permite retener residuos sólidos pequeños con tamaños (> 10 mm). Estos sólidos son retirados manualmente por el operador al menos tres (3) veces al día. Este dispositivo tiene un ángulo de 75º respecto a la horizontal del canal y en la parte superior cuenta con una charola de plato tipo “canastilla” para el escurrimiento de los sólidos antes de que se trasladen al contenedor de residuos. La posibilidad de utilizar la rejilla fina manual solo es en caso de mantenimiento de las cribas finas automáticas o sobreflujo. Por su parte, el agua ya cribada pasa por gravedad hacia la fase del desarenado. Los desarenadores (GR-300/301) tienen un volumen aproximado de 86 m 3 y están formados por una cámara rectangular (cuerpo principal del desarenador) con un mecanismo de agitación (aireación) transversal que promueve la separación entre materia orgánica y las arenas. Así mismo, cada uno está equipado con diversos dispositivos que permiten la extracción de arenas. El objetivo es retener y evacuar partículas de arena y partículas inorgánicas cuyo peso específico sea igual o mayor a 2.65 kg/l ó que posean velocidades de sedimentación superiores a la sedimentación de sólidos orgánicos de las aguas residuales. Las partículas sedimentadas en cada desarenador se extraen mediante un dispositivo air-lift y son llevadas a un transportador/lavador de arena tipo tornillo (CN-301). El transportador deposita las arenas sobre un contenedor de almacenamiento para que sean llevadas a disposición final. Por su parte, el agua de lavado de arenas (agua drenada) es descargada nuevamente a la línea de desarenado. Cada desarenador cuenta con su alimentación de aire proveniente de los sopladores lobulares (BL601/608) para asegurar la operación continua del dispositivo air-lift. Cabe mencionar que en la salida de los desarenadores (GR-300/301), se coloco un muestreador automático (S-301), la muestrea tomada en línea es almacenada a 4°C para la posterior determinación de sus características físico-químicas y evaluar el desempeño de la etapa de pretratamiento. De esta manera y posterior a la eliminación de arenas, el agua residual se conduce a la etapa de tratamiento biológico. El tratamiento biológico inicia con el tanque selector también llamado tanque bioselector (T-402). Este tanque es diseñado para mantener en contacto óptimo el flujo de retorno de los lodos biológicos (RAS) y la materia orgánica contenida en el agua residual proveniente de los desarenadores. El bioselector cuenta con un mezclador hiperbólico de alta eficiencia (MX-401) respectivamente, para mantener el licor mezclado en suspensión.
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Durante esta etapa de contacto en ausencia de oxígeno, se favorece el crecimiento selectivo de organismos formadores de flóculos, al asegurar un nivel elevado de la relación alimento/microorganismo. La presencia de una gran cantidad disponible de alimento, permite la rápida adsorción de la materia orgánica soluble por parte de los organismos formadores de flóculos, que a su vez inhibe el crecimiento de los organismos filamentosos, ya que estos se desarrollan en muy bajas concentraciones de materia orgánica. Esto es importante en el proceso de lodos activados debido a que los organismos filamentosos generan problemas de sedimentación en los clarificadores secundarios lo cual propicia mala calidad del agua tratada. El bioselector fue diseñado a un volumen de 3,161 m 3, con lo cual se tiene un tiempo de residencia hidráulica de 1.5 hrs con el flujo medio de diseño de 600 lps. Este tiempo es suficiente para provocar una fermentación de la materia orgánica contenida en el agua residual y permitir a los microorganismos formadores de flóculos tomar otros aceptores de electrones que provean la energía de mantenimiento celular, tales como las moléculas de fosfatos ( ) y nitratos ( ), estimulando la remoción de fosforo y la desnitrificación.
Posterior a la etapa de bioselección, el licor mezcla llega a un registro (RE-401) que reparte por gravedad el flujo a dos (2) reactores de lodos activados del tipo convencional (T-401/501). Cada reactor tiene un volumen de 6,350 m 3 para manejar un tiempo de retención hidráulico de 6.3 hrs a un flujo medio de 300 lps por reactor. Estos reactores biológicos están diseñados en la modalidad de “aireación convencional”, para una relación F/M (relación alimento/biomasa) de 0.41 Kg. DBO5/Kg. SSVLM-d. Así mismo, cada uno puede manejar una concentración de lodo biológico del orden de 3.00 kg SST/ m 3 (2.25 kg SSV/ m 3) y una carga orgánica de 6,220.8 Kg DBO5/d (12,441.6 Kg DBO 5/d de carga total). Este sistema también se caracteriza por tener una alta producción de lodos con un bajo periodo de residencia celular o edad de lodos, la cual es cercana a cinco (5) días. El sistema de aireación en cada reactor esta auxiliado por la difusión de aire a través de difusores de burbuja fina instalados en el fondo de los tanques. Este sistema permite el contacto de los contaminantes del agua residual con un consorcio de millones de microorganismos (lodos activados) que viven bajo condiciones aerobias ayudando a la degradación completa de la materia carbonácea. Bajo estos criterios de diseño, se produce un efluente con alta calidad de agua tratada, cumpliendo con el requerimiento de la normatividad oficial vigente o con la condición particular exigida. El aire requerido en los reactores (T-401/501) es suministrado por ocho (8) sopladores lobulares (BL-601/602/603/604/605/606/607 y 608) AERZEN ® de 105 Kw (140 HP). Cada soplador lobular para las condiciones de sitio, emite un flujo de 1,900 scfm, mientras que siete (7) equipos en operación entregan un flujo de 13,300 scfm que es la demanda teórica requerida para ambos reactores y desarenadores, el digestor de lodos será aireado por un soplador Aerzen.
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Cada reactor cuenta con dos analizadores de oxígeno disuelto (AE/AIT-401/501) respectivamente, que dan la pauta para controlar vía automático el residual de oxígeno en las diferentes zonas del reactor. Esto se realiza gobernando el número de sopladores en operación o en stand by según sea el caso mediante una comunicación en tiempo real con el programador lógico de control (PLC). La inyección de aire para cada reactor, se logra mediante cuatro (4) loops o disparos principales de alimentación de 8” de diámetro. Simultáneamente, cada loop alimenta dieciocho (18) paneles, nueve (9) por cada lado del loop. El tipo de paneles de difusión son de micro burbuja “INVENT ® E-Flex SMB30”. En cada reactor, se tienen instalados 72 paneles, lo que corresponde a un total de 144 por ambos reactores y 2592 membranas ya que cada panel está formado por dieciocho (18) membranas. Por otra parte, una vez que los lodos biológicos alcanzan la parte final de cada reactor, el licor mezcla pasa a una etapa integrada de separación, a través de un clarificador secundario de flujo transversal (CL-401/501) (uno por reactor respectivamente), donde los flóculos se asientan o sedimentan por gravedad hacia el fondo. Cada clarificador tiene un área de 1060 m 2 y manejan un flujo medio de diseño de 300 lps, equivalente a una carga hidráulica superficial de 24.5 m 3/m2⋅d. No obstante, cada uno podrá manejar un flujo máximo extraordinario de 540 lps (1080 lps por ambos), lo que equivale a una velocidad de ascenso máxima (carga hidráulica superficial) de 32 m3/m2⋅d. Los lodos sedimentados son acopiados en el fondo de los clarificadores a través de módulos flotantes llamados “rastras” (R-401/501). Estos equipos tienen un recorrido reversible a lo ancho de los clarificadores gracias a la fuerza de un motor reductor de 0.75 Kw (1 HP) que permite que la cama de lodos sea acopiada y extraída. La extracción de lodos es realizada de manera secuencial en diferentes áreas del fondo del clarificador a través de la apertura y cierre de válvulas automáticas. En cada Clarificador, se tiene un total de nueve (9) válvulas actuadoras (KV-401 a KV409) y (KV-501 a 509) respectivamente. De acuerdo a la formación de la cama de lodo y programando la secuencia automática de apertura/cierre de las válvulas mediante el PLC, se extraen los lodos y se dirigen hacia la succión de las bombas de recirculación de lodos (P-401/501). Cada clarificador cuenta con una (1) bomba de recirculación, mientras que una (1) bomba estará como reserva para sustituir alguna de las anteriores en caso de falla. Por medio de estas bombas se conduce el RAS ( recirculated activated sludge) de cada reactor biológico hasta la parte inicial del tanque selector (T-402). Antes de que ingresen a dicho tanque, cada flujo de RAS es cuantificado por medio de los medidores/transmisores de flujo del tipo ultrasónico (FE/FIT-402 y 403) respectivamente.
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El objetivo de retornar los lodos biológicos al sistema y cuantificarlos, es para mantener el equilibrio dinámico entre la población de microorganismos que son requeridos para degradar la cantidad de materia orgánica disponible. Otra parte del lodo biológico acopiado en los clarificadores es enviado al tratamiento de lodos, el cual se describirá mas adelante. En la parte superior de cada uno de los clarificadores, el agua tratada derrama por gravedad a través de los vertederos perimetrales tipo “v” para que sea recolectada en un canal que se dirige a la etapa de desinfección. El agua tratada es conducida a gravedad al tanque de contacto con cloro (T-801). Este tanque tiene un volumen de 480 m 3 y un tiempo de residencia de 13.5 min para un flujo medio de 600 lps, tiempo suficiente para garantizar la desinfección o inactivación de bacterias de tipo patógeno. A partir del tanque de contacto de cloro el agua es enviada al canal natural llamado “arroyo seco”. Por otro lado, los lodos secundarios excedentes generados dentro del sistema de tratamiento biológico, no son inofensivos al medio ambiente porque aún tienen dentro de su estructura cantidades presentes de materia orgánica (sólidos volátiles), por lo tanto tienen que someterse a una digestión aerobia en el tanque digestor de lodos (T901) para ser estabilizados completamente mediante un proceso de oxidación. El proceso se realiza de la siguiente manera: el exceso de lodos biológicos de los reactores de lodos activados se purga de la línea de recirculación (RAS) que sale de las bombas de recirculación de lodos (P-401/501). El flujo de purga (WAS: waste activated sludge) se deriva de forma automática por medio de las válvulas de control de flujo (KV-701/702) (una por cada línea de RAS), hacia la etapa de pre-concentrado. Las válvulas hacen la apertura o cierre de manera automática al ser programadas por medio de temporizadores desde el PLC. Después de las válvulas, se encuentra el medidor de flujo ultrasónico (FE/FIT-701), que permite cuantificar el flujo y el volumen acumulado del WAS desde el PLC. A continuación, el WAS ingresa a la etapa de pre-concentrado integrada por un mezclador hidrodinámico (SM-701) y una mesa espesadora (GF-701). La función de esta etapa es concentrar los lodos de desecho por medio de la adición de polímero en el mezclador hidrodinámico (SM-701) y de la previa deshidratación en la mesa espesadora (GF-701). Esta acción garantiza que el lodo que ingrese al tanque digestor aerobio (T-901), contenga la mínima cantidad de agua y la oxidación realizada en dicho tanque sea más eficiente. El lodo espesado se dirige a gravedad hacia el digestor (T-901), mientras que el agua recuperada de la mesa espesadora es enviada al cárcamo de bombeo de aguas crudas (T-201) que reincorpora el agua al pretratamiento de la PTAR. Por su parte, el polímero dosificado proviene de las bombas de polímero (P-903/904) las cuales toman dicha sustancia de la central de polímero (T-902).
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El tanque digestor (T-901) tiene un volumen de 4,847 m 3 y esta diseñado para un tiempo de retención de 15 días respecto a la producción de lodos (543.6 m 3/d) para flujo medio de (600 lps). El tanque esta provisto de un sistema de (46) paneles de difusión de micro burbuja “INVENT ® E-Flex SMB30” para mantener en condiciones aeróbicas los lodos de purga, mientras que el aire es suministrado por los mismos sopladores lobulares (BL-601 a 608). Una vez que los lodos secundarios son estabilizados (fracción volátil convertida en fracción mineral), son retirados del digestor por medio de las bombas de lodo (P901/902) para ser deshidratados por medio del sistema: mezclador hidrodinámico (SM-901) mesa espesadora (GF-901) / filtro banda (BF-901) y transportarlos a disposición final o confinamiento. Por su parte, el polímero inyectado para llevar a cabo el proceso del deshidratado proviene de la central de polímero (T-902). Los pasos concretos de la depuración biológica de las aguas residuales, se tratan con más detalle en los capítulos siguientes.
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B 1.2 CAJA DE LLEGADA D.T.I :
2008118.702
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1.2.1 DESCRIPCION GENERAL El agua residual que se genera en el Municipio de Durango, se conduce por gravedad hasta la obra de toma de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR Sur), a través de un emisor 70“ de diámetro hasta la llegada a la PTAR donde bifurca para alimentar a tres (3) trenes de pretratamiento. A la llegada a la PTAR el colector se conduce a un tren de pre-tratamiento por medio de una tubería de PVC corrugado de 1800 mm (70”) de diámetro.
B 1.3 COMPUERTAS DE ALIMENTACIÓN D.T.I :
2008118.702
1.3.1 DESCRIPCION GENERAL Posterior a la llegada del colector a los canales de pretratamiento se cuenta con un sistema para bloquear parcialmente la alimentación del agua residual a la zona de Pre-Tratamiento ya sea interrumpiendo el paso de uno o dos trenes, esto se logra a través de 6 compuertas de tipo manual. El Flujo podrá ser interrumpido para actividades de mantenimiento o bajo/alto flujo en alguno de los 3 trenes de pretratamiento. Las compuertas se sitúan antes y después de cada equipo de cribado.
1.3.1. EQUIPOS Designación Numero Material
COMPUERTAS N/A 6 Base concreto aluminio
/ mampara en
B 1.4 PRE-TRATAMIENTO D.T.I :
2008118.702/2008118.703 10
1.4.1 CRIBADO GRUESO El agua residual se conduce a gravedad donde bifurca a tres (3) canales de conducción hasta la etapa de cribado grueso, donde se tiene un sistema compuesto por; dos (2) cribas verticales de operación automática y una (1) manual con una separación de barras de 25 mm. Al paso del agua residual a través de las barras, los sólidos de gran tamaño quedan retenidos y conforme se acumulan, el nivel del canal incrementa como consecuencia una pérdida de carga por obstrucción de sólidos en las barras, entonces un interruptor de nivel integrado en cada equipo LSL-201/202, emite una señal al PLC del tablero local de las cribas, para que inicie ciclos de limpieza por medio de un cepillo de limpieza y éste detiene su operación hasta que el nivel del canal nuevamente se sitúa por abajo del punto seleccionado como alto nivel o nivel de operación normal. El número de cribas en operación se selecciona a través de la botonera localizada en el tablero local TCL-03 cribas finas y la posición correspondiente a la operación por medio de una botonera LOCAL / FUERA / REMOTO . Cada canal de cribado está diseñado para permitir manejar un flujo medio de 600 lps es decir, en operación normal puede operarse con un solo canal de cribado en automático y para flujo máximo ordinario de 1080 lps deberá operarse con dos (2), canales de cribado. Los sólidos retenidos son llevados por el cepillo de limpieza (rastrillo) hasta la parte superior de la criba, donde caen a gravedad a una banda transportadora de basuras CN-201 la cual conduce estos residuos a una banda transportadora inclinada 31° (CN203) y para ser dispuestos en un contenedor de almacenamiento situado a un costado de los canales de cribado. Para el mantenimiento de las cribas, se puede bloquear el flujo de agua mediante una compuerta de reductor manual, instalada al inicio de cada canal de conducción del agua residual. Nota: para la operación de las cribas, el selector debe estar posicionado en la forma AUTOMATICO, en la descripción de lógicos se encuentra la información más detallada sobre la programación de los equipos, Pág. 3-4. Sección 1.2.4/5/6 La Criba de tipo manual (SC-203) de barras verticales permite retener residuos sólidos > 25 mm. Estos sólidos son retirados de forma manual. Esta rejilla se utilizara en caso de mantenimiento de las cribas automáticas o en caso de sobre flujo.
1.4.1.1 EQUIPO Designación Numero Dimensiones Material
CANAL DE CRIBADO N/A 3 1.2 m A x 2.0 m H Concreto
CRIBAS GRUESAS AUTOMATICAS SC-201/202 Designación Tipo de Criba Inclinada a 60 º Número total de equipos 2 Operación Limpieza Automática Status 1 Operación/ 1 Stand-by Motor 0.55 Kw (0.75 HP) Fuerza 440/460 V / 60 HZ / 3 F Material Acero Inoxidable 304 Separación de barras 25 mm Flujo medio de diseño / criba 600 lps Flujo máximo ordinario / 2 cribas 1080 lps Factor de diseño (basuras) 18.70 cm 3/m3 Producción basura–flujo normal 0.97 m 3/d Producción basura–flujo máximo 1.75 m 3/d CRIBA GRUESA MANUAL SC-203 Designación Tipo de Criba Inclinada a 60 º Número total de equipos 1 Limpieza Manual Stand-by Material Acero Inoxidable 304 Separación de barras 25 mm Flujo de diseño / criba 600 lps
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Designación Tipo de criba Tipo Operación Motor Fuerza
BANDA TRANSPORTADORA CN-201 1 Banda Automática .37 kW 0.5 HP 440/460 V / 60 HZ / 3 F
Designación Tipo de criba Tipo Operación Motor Fuerza
BANDA TRANSPORTADORA INCLINADA CN-203 1 Banda Automática 2 HP 440/460 V / 60 HZ / 3 F
1.4.2 CARCAMO DE BOMBEO El agua proveniente del cribado grueso llega a gravedad al cárcamo de bombeo T201, el cual tiene una capacidad de almacenamiento de 412 m 3 y está diseñado para captar un flujo máximo extraordinario de 1,620 lps, lo cual permite el ingreso del flujo máximo de agua cruda hacia la PTAR no mayor a 1080 lps, mientras que el flujo excedente es enviado al canal “Arroyo seco”. El bombeo al sistema de tratamiento se diseño con 6 bombas de tipo sumergible (P201/202/203/204/205/206) y 3 bombas (P-207/208/209) para excedencias. Estos equipos operan de forma automática en función de la señal del indicador/transmisor de nivel (LE/LIT-202), el cual detecta incremento o disminución de nivel en el cárcamo. La descripción de la secuencia de arranque y paro de las bombas es detallada en la descripción de lógicos Pág. 4-7 Sección 1.2.7. Estos equipos de bombeo alimentarán un flujo máximo ordinario de 1080 lps a un cabezal de 900 mm que conducirá el agua cruda hasta la etapa inicial de cribado fino. En operación normal, el flujo de alimentación al sistema será suministrado por tres (3) equipos de bombeo (540 lps), un cuarto equipo que alternará para el flujo medio (600 lps) y dos (2) equipos que quedan en stand-by para el flujo de 1080 lps. Para el bombeo de excedencias, éstas se desalojarán con tres (3) bombas sumergibles de 180 lps cada una. En caso de presentarse la condición del flujo máximo extraordinario, un equipo operará y dos en stand-by.
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Si se alcanzara ese flujo el medidor FE/FIT 201 mandara una señal analógica al PLC y este a su vez a la válvula actuadora (FCV-201) que se localiza antes del medidor de flujo la cual modulara su apertura/cierre para únicamente dejar pasar 1080 lps al canal de cribado fino, el exceso de agua cruda será enviado por la línea de bypass que va directamente al Arroyo Seco. Las Bombas de excedencias operaran cuando el nivel del cárcamo se sitúe por arriba de los 2.4 m. Su programación de arranque y paro se especifica en la descripción de lógicos Pág. 7 Sección 1.2.8. Los equipos cuentan con sensores de humedad y temperatura para el paro de la bomba, en caso de que se detecte alta temperatura o humedad en el motor. Habrá señalización de operación de los equipos, en el PLC principal de la Planta así como sus respectivas alarmas o fallas. 1.4.2.1. EQUIPO Cárcamo d e Bombeo
Designación Número Tipo Operación Volumen útil Dimensiones
Designación
T-201 1 Rectangular Nivel variable 412 m 3 7 m L x 14 m A x 4.2 m H O ₂
Bombas de Ag ua Cruda (P-201/202/203/204/205/206)
Número
6 (seis)
Tipo
Sumergible
Flujo diseño por bomba
180 lps (648 m 3/h)
Altura de bombeo
Pendiente
Marca
Flyght
Motor
45 HP (33.5 kW )
Conexión eléctrica
460 V/ 60 Hz / 3F
Control/Operación
Manual / Auto
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Designación
Bombas d e Agua Cruda de Excedencias (P-207/208/209)
Número
3 (tres)
Tipo
Sumergible
Flujo diseño por bomba
180 lps (648 m /h)
Altura de bombeo
Pendiente
Marca
Flyght
Motor
45 HP (33.5 kW )
Conexión eléctrica
460 V/ 60 Hz / 3F
Control/Operación
Manual / Auto
1.4.3 CRIBADO FINO El agua residual proveniente de cárcamo de bombeo, se conduce a través de una tubería de 32” poliéster reforzado fibra de vidrio a una segunda etapa de cribado. El flujo proveniente del bombeo antes de llegar al cribado fino pasa por el medidor de flujo FE/FIT 201 para la cuantificación del volumen a tratar. La señal de 4 a 20 mA del medidor de flujo es enviada al PLC para controlar el flujo de alimentación. En la etapa de cribado fino se logra la eliminación de sólidos mayores a 2 mm. En esta parte la línea se canaliza a través de 3 canales de concreto cada uno cuenta con una (1) criba, 2 automáticas y una manual. Un solo equipo de cribado fino permite manejar el flujo medio de diseño de 600 lps y ambos equipos automáticos permiten manejar el flujo pico de 1,080 lps. La criba fina manual queda en stand by solo operara por mantenimiento a las cribas automáticas o por sobreflujo. El agua residual de llegada pasa a través de un cribado grueso y fino, en éste último paso se utiliza una criba fina tipo escalera EMO, que captura sólidos mayores de 2.0 mm a través de una malla inclinada. Conforme incrementa la saturación en la malla, se presenta mayor caída de presión y el nivel de agua en el canal aumenta, lo que es detectado por los interruptores de nivel LSL-203/205 y LSL 204/206 instalados en cada canal. Estos interruptores de nivel emiten señal a cada criba, para actuar automáticamente el mecanismo de limpieza. Cuando el nivel es abatido, entonces, la criba detiene su funcionamiento y no operará hasta que nuevamente alcance determinado nivel.
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Los sólidos retenidos en la malla de la criba son transportados en forma escalonada, hasta la parte alta de la criba, donde los sólidos caen por gravedad a una tolva de alimentación, acoplada a un mecanismo transportador/compactador de sólidos tipo tornillo, CN-202, para ser dispuestos en un contenedor. El transportador colecta los sólidos de ambas cribas. Cada criba de finos cuenta con un selector de 3 posiciones MANUAL / FUERA / AUTO localizado en el tablero de control local TCL-03 de cribas finas, donde se selecciona la operación respectiva de cada equipo. Las cribas operan de acuerdo a una lógica de control de nivel, en un micro-PLC integrado en el tablero de control local. Un paro de emergencia local para cada criba, que en caso de ser presionado parará el funcionamiento del equipo. En caso de requerir dejar fuera de servicio alguna criba de finos por mantenimiento, el acceso es bloqueado por una compuerta de tipo manual. La secuencia detallada de la programación de equipos se presenta en la descripción de lógicos pág. 9-10 sección 1.3.2. La rejilla fina tipo manual se compone de barras verticales (espacio entre barras de 10 mm) permite retener residuos sólidos con tamaños mayor 10 mm). Estos sólidos son retirados manualmente. Este dispositivo tiene un ángulo de inclinación de 75º respecto a la horizontal del canal y en la parte superior cuenta con una charola de plato tipo “canastilla” para el escurrimiento de los sólidos antes de que se trasladen al contenedor de residuos. Esta criba fina manual solo será utilizada en caso de mantenimiento de las cribas finas automáticas o sobreflujo.
1.4.3.1 EQUIPOS CRIBA FINA Designación SC-204/205 Número (operación) 2 Tipo Escalera Angulo de inclinación 75 ° respecto a la horizontal Material Acero Inoxidable 304 Flujo medio de diseño / canal 600 lps Espaciamiento / ranuras 2.0 mm Ancho de canal 1.20 m Nivel de agua / flujo máximo 1.50 m Altura de canal 2.00 m Pérdida de carga 0.40 m Producción de sólidos 2.33 m 3/d Motor .55 kW / 440/460 V / 60 HZ / 3 F
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Designación Tipo Operación Desplazamiento Flujo de diseño Fuerza
TRANSPORTADOR CRIBADO FINO CN-202 Tornillo sin Fin Automática Horizontal 2.8 m³/hr kW / 440/460 V / 60 HZ / 3 F
CRIBA FINA MANUAL Designación SC-206 Tipo de Criba Inclinada a 75 º Número total de equipos 1 Limpieza Manual Stand-by Material Acero Inoxidable 304 Separación de barras 10 mm Flujo de diseño / criba 600 lps
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1.4.4 DESARENADORES RECTANGULARES Posterior al cribado fino el agua cruda se canaliza a la etapa de desarenado, el flujo se concentra en una caja de reparto perteneciente a los desarenadores rectangulares (GR-300/A-B-C y GR-301/A-B-C) en donde bifurca a 2 trenes, los cuales son controlados por 2 compuertas de Aluminio de tipo manual, la finalidad de estas compuertas es reducir o interrumpir el flujo a alguno de estos 2 trenes ya sea por mantenimiento o bajo flujo de entrada. Este tipo de desarenadores rectangulares operan con un patrón de flujo tipo espiral, creando corrientes en forma helicoidal y arrastran a las partículas sólidas hasta las cámaras de sedimentación durante todo el trayecto de flujo horizontal. Este tipo de desarenadores cuenta con tres (3) cámaras o compartimientos de sedimentación y almacenamiento, donde se depositan diferentes tipos o tamaños de partículas inorgánicas o arenas. Esta acción de mezclado horizontal mantiene en suspensión a las partículas de materia orgánica. Las cámaras de sedimentación y almacenamiento proveen un sistema completo de lavado y extracción de arenas, mediante una operación de flushing de aire a presión, seguido de un flushing de agua a presión para ser extraídas mediante un mecanismo air-lift. Las arenas extraídas por medio del air lift son canalizadas a una línea de PVC de 6” y son enviadas hasta el Clasificador/Lavador de Arenas CN-301 el cual consta de un depósito cónico que al final de este inicia un mecanismo de tornillo, para la extracción hasta la parte superior de un brazo con una inclinación de 60° respecto a la horizontal y este deposite a un contenedor de almacenamiento para su disposición final. Al final de cada desarenador habrá una mampara de retención, para detener la película de grasas o compuestos aceitosos que llegasen a la planta. Por experiencia en otras instalaciones similares, parte de estos compuestos quedan adheridos en los sólidos cribados, por lo que se reduce la cantidad de estos en los desarenadores. Los desarenadores tienen un control automático a través del PLC principal, donde se tienen programados los ciclos de flushing de aire + agua + air-lift, para cada cámara de sedimentación. Los ciclos son independientes y consecutivos, que al finalizar los ciclos en las tres (3) cámaras, entonces, un timer programará la siguiente secuencia para el siguiente desarenador o en el mismo desarenador. Los desarenadores pueden ser controlados a través de un tablero local en forma manual y/o en forma remota a través del PLC y/o computadora. El clasificador/lavador de arenas CN-301 opera en sincronía al finalizar el ciclo de cada air-lift. El clasificador tiene un timer de operación, para asegurar la extracción de arenas. El clasificador/lavador de arenas tiene un control local para operar en forma manual y un control remoto a través del PLC principal o computadora.
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La secuencia detallada de la programación de los ciclos de desarenado se presenta en la descripción de lógicos pág. 10-13 sección 1.3.5/6/7. Los desarenadores están diseñados para manejar un flujo medio de 600 lps y un máximo ordinario de 1080 lps. Normalmente en operación se tendrá 1 (uno) equipo y un segundo equipo en stand-by. El suministro de aire para los air-lift de los desarenadores, es proporcionado de la línea o cabezal de aireación que va hacia los reactores de lodos activados. En caso de requerir dejar fuera de servicio algún desarenador por mantenimiento, el acceso a cada una de las unidades puede ser bloqueado mediante las compuertas colocadas al inicio y final de cada desarenador. En caso de falla de alguno de los equipos el tablero de control envía una señal al PLC central, para alertar al operador de la situación de los equipos. Por otra parte, a través de la PC central se indicará el status de operación para cada equipo. 1.4.4.1 EQUIPOS DESARENADORES RECTANGULARES GR-300/301 Designación Número 1 Operación/ 1 Stand-by Tipo Desarenador Rectangular Flujo medio – 1 desarenador 600 lps Longitud 10.53 m Carga de superficie – diseño 0.0475 m 3/m2 – seg. Vel. sedimentación de partícula 2.54 cm./seg. Tamaño de partícula 0.208 mm Factor de producción de arenas 14.96 cm 3/m3 Generación de arenas flujo promedio 1.16 m /d Aire flushing 30.0 scfm Aire air-lift 30.0 scfm Agua flushing 2.0 lps EXTRACTOR DE ARENA
Número Tipo Operación Flujo de aire – 1 unidad Flujo de agua-arena / unidad
3 Air-lift integrado / desarenador Ciclos 30 scfm 144.0 m 3/d
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CLASIFICADOR /LAVADOR DE ARENA CN-301 Designación Número 1 Tipo Tornillo sin fin Operación Automático Motor 1 HP / 460 V / 60 HZ / 3F Flujo de entrada (agua-arenas) 28.8 m 3/h Flujo de salida (arenas) 0.52 m 3/dia
1.4.5 MUESTREADOR AUTOMATICO El efluente proveniente de los desarenadores llega a una caja de reparto, la cual canaliza el flujo a ambos reactores de lodos activados, en esta misma caja se localiza la toma del muestreador automático S-301 el cual mantiene las muestras a 4°C para las determinaciones físico-químicas en laboratorio. 1.4.5.1 EQUIPOS
Designación Numero Tipo Motor / Fuerza
MUESTREADOR S-301 1 Refrigerador 1/8 HP 120 V / 60 HZ / 1 F
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B 1.5 TRATAMIENTO BIOLOGICO D.T.I : 2008118.704/2008118.705
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1.5.1 BIO-SELECTOR El agua residual procedente de los desarenadores pasa por gravedad hacia la etapa de la depuración biológica, el flujo se conduce por medio de una tubería de 900 mm de diámetro. En esta etapa se mezcla el efluente proveniente de los desarenadores con la Recirculación de Lodos Activados (RAS). Cabe mencionar que en la etapa anterior de pretratamiento se considera una remoción de DBO de 10 ppm. ₅
El tratamiento Biológico comienza en el bio-selector T-402 el cual ha sido diseñado para recibir un flujo de 820 lps, 600 lps corresponden al flujo medio de diseño y los 220 lps a la recirculación de lodos (RAS), el selector está diseñado para operar con un F/M de 1.12 kg de DBO /SSLM-d y una concentración de 3.5 kg de SSLM/m³. El volumen del bioselector es de 3161 m 3 lo cual asegura la fermentación con un tiempo de retención de 1.5 hr. ₅
Un aspecto importante que ocurre en ésta etapa es el efecto mismo de selección del proceso, de ahí el nombre de “bioselector”. Muchos organismos filamentosos en lodos activados son aeróbicos, en el bioselector ocurre el proceso de selección basado solamente en la rápida habilidad para absorber y almacenar el substrato lo cual solo es efectuado por los organismos formadores de floc. Este tipo de selección se denomina “cinética”. Cuando la condición del selector es anóxica, se suspende el suministro de oxígeno y se provoca un estado de tensión o stress poniendo en contacto el agua residual (alta concentración de materia orgánica) con la recirculación de lodos (RAS). Con esta acción se eliminan las bacterias aeróbicas filamentosas, ya que estas se desarrollan a bajas concentraciones de materia orgánica. Sin embargo, las bacterias facultativas como las formadoras de floc cambiarán su metabolismo a procesos fermentativos para sobrevivir sin dificultad, desarrollando un metabolismo capaz de acumular dentro de sí la materia orgánica y consumirla durante el estado aeróbico. Este metabolismo se desarrolla naturalmente conforme la biomasa se adapta a los mecanismos de transporte bajo estas condiciones. Bajo condiciones anaerobias, el lodo activado descarga grandes cantidades de fosfatos al agua. Si el lodo activado es aireado de nuevo, el fosfato es absorbido en cantidades mayores que la descarga, dando lugar a una eliminación neta del mismo (Fig. 1).
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Fig. 1. Concentración de Fosfato durante el proceso de eliminació n bioló gica
En condiciones anaerobias la materia orgánica fácilmente biodegradable es descompuesta por las bacterias acidogenicas ( aeromonas) a ácidos grasos de cadena corta, esta transformación puede realizarse en la misma línea de alcantarillado, en el fondo de los decantadores secundarios o en cualquier tanque del proceso que se mantenga en condiciones anaerobias. Los ácidos grasos de cadena corta (fundamentalmente ácido acético) son absorbidos por las acumuladoras y almacenados como poli-hidroxi-butirato (PHB) y otros poli-hidroxi-alcanoatos (PHAs). Dado que las bacterias acumuladoras no pueden ganar energía bajo condiciones anaerobias, la energía necesaria para el almacenamiento de los ácidos grasos, es obtenida de la descomposición de los polifosfatos. Durante este proceso se produce la descarga de fosfatos al medio. Las bacterias acumuladoras no son capaces de crecer en condiciones anaerobias, pero son capaces de almacenar sustrato intracelularmente en estas condiciones, lo que supone una ventaja competitiva frente a otras bacterias aerobias. Bajo condiciones aerobias, las bacterias acumuladoras pueden utilizar el sustrato almacenado (PHA) dando lugar a un crecimiento de estas bacterias. Así mismo, utilizan parte de este sustrato almacenado para acumular fosforo intracelularmente en forma de polifosfatos, asegurando las reservas de energía necesarias para la etapa anaerobia. El fosforo sale del sistema con la purga de lodos que se realiza tras la etapa aerobia (lodo rico en polifosfatos). Este proceso (Fig. 2) permite un incremento en la
eliminación neta de fosforo (del orden de 3 a 4 veces) mayor que el producido por la sola síntesis celular de las bacterias heterótrofas no acumuladoras de polifosfatos. 22
Fig. 2. Representación esquemática de la eliminación de fosforo
Todo esto implica que la presencia de nitratos (como aceptor de electrones) puede permitir que las bacterias no acumuladoras metabolicen el sustrato fácilmente degradable reduciendo la cantidad de ácidos grasos de cadena corta disponibles para las bacterias acumuladoras de polifosfatos y que tiene como consecuencia una diminución en la eliminación de fosforo. Por las mismas causas tampoco es deseable una presencia de oxigeno en esta zona ya que también es un aceptor final de electrones. El crecimiento de organismos filamentosos es el problema principal y más frecuente en los procesos de lodos activados. La proliferación de organismos filamentosos en el licor mezcla conduce a la formación de un lodo con pobres características de sedimentación, normalmente conocido como el efecto de “bulking” o lodo “abultado”, así como problemas de “espumamiento”. La presencia de estos organismos hace que los flóculos biológicos sean voluminosos, poco consistentes y no sedimenten bien en la etapa de clarificación, por lo que suelen ser arrastrados en grandes cantidades por el efluente final, deteriorando así la calidad de agua tratada. Para promover un buen contacto y una mezcla homogénea en el reactor anóxico, se tiene instalado un (1) mezclador de tipo hiperboloide MX-401, el cual tiene solo 2 posiciones de operación manual on/off, al estar en la posición “on” el mezclador gira continuamente y al estar en la posición “off” para su operación, ahí mismo fue instalado un paro de emergencia cuando es accionado el equipo queda fuera y al restablecer el
paro de emergencia el equipo vuelve a su operación normal. El equipo tiene un retroaviso al PLC para informar el status de la operación del equipo. 23
1.5.1.1 REACCIONES DE L A ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DE FÓSFORO La degradación de polifosfato bajo condiciones anaerobias puede representarse de forma simplificada mediante la ecuación:
Bajo condiciones aerobias, la tomas de fosforo viene dada de forma simplificada por:
En las ecuaciones 1 y 2 se ha supuesto que la materia orgánica utilizada es acido acético, acumulado intracelularmente como PHB. La reacción 2 puede darse también en condiciones anóxicas, utilizando nitratos como aceptor de electrones y produciendo nitrógeno gas. 1.5.1.2 EQUIPOS BIO-SELECTOR T-402 1 (uno) Anaerobio 10.7 m A x 17.4 m L abajo 21.5 m A x 22.5 m L arriba 5.0 m H O Volumen 3161 m 3 Flujo medio diseño 600 lps Flujo diseño RAS propuesto 220 lps Tiempo de retención hidráulico 1.5 hr Material Terracería recubierta de Liner HDPE Carga Orgánica 12,441.60 Kg. DBO 5/d Concentración de SSLM 3.5 Kg/m 3 Relación F/M 1.12 Kg. DBO 5/Kg. SSLM-d
Designación Número Tipo Dimensiones
₂
Designación Número Tipo
MEZCLADOR MX-401 1 Hiperboloide INVENT
Motor Intensidad de mezcla
11 KW - 460 V / 60HZ / 3F 3.5 W/m
1.5.2 REACTOR DE LODOS ACTIVADOS El efluente del Bio-Selector o licor mezclado, pasa por vasos comunicantes a la etapa aerobia de lodos activados, donde se tiene una población mixta de microorganismos (lodos biológicos) que toman como “alimento” la materia orgánica del agua residual, para utilizarla como fuente de energía para poder vivir (respirar) y sintetizar nuevo material celular, llevando a cabo una serie de reacciones complejas hasta oxidar los compuestos carbonáceos a formas más simples. La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales según el sistema de Lodos Activados se compone de (2) estanques de terracería recubierto con una membrana HDPE (polietileno de alta densidad) y un sistema de paneles de difusión de alta transferencia de oxígeno. Los reactores de lodos activados T-401/501 operan en la modalidad del tipo convencional (Alto F/M y bajo tiempo de residencia) y están diseñados para una mezcla completa con la finalidad de efectuar la degradación de la materia orgánica carbonácea. Este sistema de lodos activados tiene una gran velocidad en degradación que permite el tratamiento de grandes volúmenes de flujo de agua residual municipal, sin deteriorar la eficiencia del agua tratada, además se garantiza la remoción del DBO 5 y oxidación parcial de algunas formas de nitrógeno a compuestos completamente oxidados inorgánicos y de bajo peso molecular, como son las formas de N-NO 3. Se ha propuesto que los reactores operen dentro de un intervalo de F/M 0.30 a 0.35 Kg. DBO5/Kg. SSV-d con una edad de lodos de alrededor de 5 días, valor ideal que comprenden los sistemas del tipo convencional. El proceso de lodos activados es uno de los clásicos procesos aeróbicos para la depuración de aguas residuales industriales y municipales. En el proceso de lodos activados de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales del Municipio de Durango, en general viven grandes cantidades (millones) de bacterias, microorganismos y pequeños seres vivos, que parcialmente se agrupan entre sí y forman los llamados flóculos unicelulares (copos), en mínima cantidad se tienen los formadores de filamentos, y posiblemente en muy baja cantidad las formas de animales multicelulares de protozoarios y rotíferos. La composición exacta del lodo activado, también llamado biomasa, es diferente en cada tipo de aguas residuales y, hasta cierto grado, puede ser influido por los parámetros de operación del proceso. Cada reactor está diseñado para tratar un flujo promedio de 300 lps, esto corresponde a una carga orgánica de 6220.8 Kg DBO5/d (12441.6 Kg DBO5/d por los dos reactores). Por su parte, cada uno cuenta con un volumen de 6350.0 m 3, lo que resulta en un tiempo de residencia hidráulica de aproximadamente 6.3 hrs.
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Con estos parámetros resulta un valor de edad de lodos del orden de 3.7 días. Es decir, se trata de un lodo muy joven con una tasa de reproducción muy alta equivalente a 0.84 Kg. SSV/ Kg. DBO 5 removido De esta manera y de forma integral, tanto el bioselector como el sistema de lodos activados efectúa la degradación de la materia orgánica y degradación de nitrógeno a nitratos por medio de un cultivo mixto de millones de microorganismos suspendidos (lodos biológicos), que viven, crecen y trabajan bajo condiciones aerobias y anaerobias dentro de un sistema de mezclado eficiente. Durante este proceso metabólico se presentan simultáneamente las reacciones de síntesis y respiración. La síntesis se produce cuando toman una parte de alimento y la utilizan para la producción de nuevas células o protoplasma celular. También, colectivamente llevan a cabo la reacción de respiración, que es la liberación de energía producida a través de la conversión u oxidación de la “comida o alimento” a compuestos más simples de bajo peso molecular o contenido energético como por ejemplo, CO2, H2O, NO3, PO4, SO4, etc. Aquí es importante mencionar que el sistema demanda una mayor cantidad de oxigeno al inicio de los reactores ya que es aquí donde ingresa la carga orgánica, es decir, casi el 60 % de la carga contaminante es tratada en el primer tercio del reactor, mientras que el restante 40% se realiza en los otros dos tercios. Por lo tanto, el sistema convencional de la PTAR Durango Sur tiene dos funciones principales: 1. La biomasa (lodos) posee un metabolismo de alta eficiencia para la eliminación biológica de la materia orgánica disuelta en grandes volúmenes de agua residual. 2. El completo mezclado entre los lodos y el agua residual por la acción de los difusores de microburbuja propician un tratamiento de alta eficiencia siendo el consumo energético mucho menor frente a un mayor volumen de agua residual. Ambas funciones están con frecuencia acopladas. Esto es importante cuando los costos de energía para la aireación en plantas, llega a ser mayor de lo que es necesario para cubrir la demanda de oxígeno por los microorganismos. Cabe mencionar que cuando en el reactor se ha agotado la cantidad de “comida o alimento” disponible, es posible que las bacterias o microorganismos busquen alguna fuente de energía para mantenerse en respiración y se empieza a desencadenar la reacción de fase endógena que consiste en la degradación bacteriana (“canibalismo bacteriano”), donde las bacterias asimilan la suspensión coloidal de proteínas y carbohidratos contenida en la células de lodos muertos para la obtención de energía. Esta fase tan competitiva y autodestructiva, esta en función de las condiciones de operación como es; tiempo de retención celular (edad de lodo) y relación F/M. Deberá
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tenerse siempre en mente que la edad de lodo esta calculada para 3.7 días y que el intervalo de F/M sea el indicado para lodos activados en modalidad convencional, el cual debe ser de 0.41 kgDBO/kgSSVLM. Estos parámetros son tan críticos que si se opera fuera de estos intervalos recomendados, el proceso biológico entra en etapas adversas muy difíciles de controlar.
1.5.2.1 EQUIPOS REACTOR DE LODOS ACTIVADOS Designación T-401/501 Número Dos (2) Tipo Aireación convencional/Flujo mezcla completa Carga orgánica / reactor 6,220.80 Kg.DBO 5/d Carga removida 5,702.40 Kg.DBO 5/d Volumen total / reactor 6,350.000 m 6,350.0 TRH a flujo diseño/reactor 6.3 hrs F/M 0.41 Kg.DBO 5/Kg.SSVLM-d SSVLM 2,250 mg/lt Yobs – corregida a Temp. Diseño 0.84 Kg. SSV/Kg DBO 5 removida Producción total de lodos/reactor 4796.5 Kg.SSV/d Lodos totales de Purga / reactor 4407.7 Kg.SSV/d 734.6 m³/dia Requerimiento de oxígeno / DBO 5 1.2 Kg.O 2/Kg.DBO 5 removida AOR total / ambos reactores 570.20 Kg O 2/h Aire suministrado / reactor 5810.80 scfm Material Terracería recubierta con Liner HDPE
1.5.3 MICROBIOLOGIA En el proceso de lodos activados la bacteria es el microorganismo más importante y, conjuntamente con residuos orgánicos e inorgánicos y algunos otros microorganismos, forman flóculos de material, mejor conocidos como lodos biológicos. Los lodos biológicos pueden contener bacterias de los géneros Pseudomonas, Zooglea, Achromobacter, Flavobactrium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, Nitrosomonas, Nitrobacter, etc. También es de importancia la presencia de microorganismos pulidores del proceso; dentro de esta categoría se encuentran los protozoarios, encargados de consumir
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bacterias dispersas que no han formado flóculos, y los rotíferos, que consumen partículas orgánicas pequeñas que no han sedimentado en el clarificador. Desde este punto de vista las especies predominantes dependen de las características del efluente a tratar, condiciones ambientales, diseño del proceso y modo de operación de la planta. De manera general, en los procesos de lodos activados existe cierta similitud, tanto en operación, como en predominancia de especies de microorganismos, etc. La eficiencia del sistema esta en función del adecuado acondicionamiento de las variables del proceso, como son: nutrientes, pH, temperatura, oxígeno disuelto y carga orgánica. En la figura 3 se puede apreciar la predominancia relativa de los microorganismos más comunes en las aguas residuales de acuerdo a las características de sedimentación del lodo. Esta distribución está asociada también a la edad del lodo; las columnas de la izquierda corresponden a un lodo joven en el cual los flóculos son muy pequeños o inexistentes porque están predominados por organismos libres que no se agrupan. Las columnas de la derecha corresponden a lodos con alta edad donde hay una predominancia de bacteriófagos y, por lo tanto, los flóculos son pequeños, además de que, ante la poca cantidad de alimento para cada microorganismo, los flóculos se debilitan y se fragmentan. La columna del centro corresponde a un lodo de edad madura que habita en un sistema estable y donde se ha generado una diversidad importante de microorganismos y, por lo tanto, se pueden forman consorcios (flóculos) fácilmente.
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Predominancia de Microor ganismos vs. Características Características de Sedimentación Sedimentación 28
BUENA SEDIMENTACIÓN
FLOCULOS DISPERSOS
RAPIDA SEDIMENTACIÓN
TIEMPO (días) Figura 3. Predominancia Predominancia de micr oorganismo s en aguas residuales
1.5.4 NITRIFICACION El proceso que ocurre dentro del reactor de lodos activados, es de oxidación completa o nitrificación, donde los diferentes compuestos de nitrógeno amoniacal y orgánico son convertidos a nitritos y nitratos por una diversidad de organismos nitrificantes que poseen tasas de reproducción baja y que sólo se desarrollan en sistemas de baja carga con altos tiempos de retención celular. El sistema de lodos activados aireación convencional opera con tiempos de retención celular de 4 a 7 días y F/M en un intervalo de 0.25 a 0.39 Kg. DBO5/Kg. SST-d, lo que permite que los organismos nitrificantes se desarrollen completamente y efectúen, por tanto, una nitrificación completa de los compuestos nitrogenados provenientes del efluente de las aguas residuales. El nitrógeno orgánico de las aguas residuales domesticas es transformado a nitrógeno amoniacal, a través de la materia proteica e hidrólisis de la urea. Una parte del nitrógeno amoniacal es utilizado por el mecanismo de asimilación para la formación de nuevas células (N-Org de las células). Otra parte restante de nitrógeno es recuperado por el mecanismo de lisis (“respiración endógena”) y es utilizado para transformarlo a la forma de nitrito (N-NO2), posterior a ésta etapa se lleva a cabo el proceso de nitrificación, éste es efectuado en dos (2) etapas, en el que toman parte dos familias o especies de microorganismos; Nitrosomonas y Nitrobacter. La primera etapa se conoce como “nitrosificación“ y es llevada a cabo de la siguiente manera:
Durante ésta reacción intervienen diferentes especies de bacterias del tipo Nitrosomonas europea y monocella, Nitrosospira, Nitrosocystis. Para la segunda etapa, es llevada a cabo por microorganismos nitrificantes del tipo Nitrobacter, Nitrococus, Nitrospira, y se lleva a cabo de la siguiente manera:
Durante estas dos reacciones se produce energía, donde las Nitrosomonas y Nitrobacter utilizan la energía desprendida de estas reacciones para el crecimiento y mantenimiento celular. Junto con la producción de energía, una fracción del Ion amonio se asimila como parte del tejido celular, que corresponde para bacterias nitrificantes del tipo:
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Generalmente se asume que 0.15 Kg SSVN/Kg N-NH 3, significa que son transformados a tejido celular por Kg de amonia consumido. Como se muestra en la siguiente reacción completa, que incluye la oxidación y síntesis:
De la anterior ecuación estequiométrica se deduce que: 4.33 gr de O 2 es consumido 0.15 gr de nuevas células son formadas 7.14 gr de alcalinidad (CaCO3) se elimina 0.08 gr de carbón inorgánico es consumido 1.5.5 DESNITRIFICACION La desnitrificación es la conversión biológica del nitrógeno de nitratos (N-NO 3) a formas más reducidas de N2, N2O y NO. Este proceso es llevado por una serie de bacterias heterótrofas facultativas que pueden utilizar el oxígeno de los nitratos como electrón aceptor final, es decir, se obliga a que los microorganismos utilicen el oxígeno de los nitratos como mecanismo respiratorio a fin de sustituir el oxígeno faltante en el periodo de des-oxigenación (fase anóxica). Dentro de la amplia variedad de microorganismos facultativos que pueden efectuar el mecanismo de desnitrificación, se incluyen Alcalígenes, Achromobacter, Pseudomonas y Micrococcus. Para asegurar el proceso de desnitrificación es importante asegurar la condición o fase estrictamente anóxica, es decir, que los residuales o niveles de oxígeno dentro de ésta fase deben ser nulos, para llevar a cabo la siguiente reacción:
Incluyendo la síntesis celular, la ecuación empírica es:
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La reacción expresa que por cada gramo de N-NO3 que es utilizado, se obtiene lo siguiente: 2.47 gr de metanol ó 3.7 gr DQO aproximadamente son consumidos 0.45 gr de nuevas células es formado 3.57 gr de alcalinidad (CaCO3) se forma o se recupera. Si en alguna ocasión se requieren periodos óxicos y anóxicos, estos deberán ser ajustados por el Ingeniero de Tecnología Intercontinental, S.A. de C.V. Este ajuste solo se hará en base a la carga disponible para los reactores de lodos activados, concentración de SSVLM y de la cantidad o residuales de nitratos. Esto solo podrá realizar una vez, que el sistema mantenga una operación estable posterior al arranque.
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B 1.6 CONTROL DEL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS Los problemas más comunes que ocurren en los sistemas de lodos activados, están relacionados a la dificultad de separarse los lodos biológicos en la etapa de clarificación y básicamente son afectados por diversos factores como pueden ser: pH fuera de rango, deficiencia de nutrientes, cargas tóxicas, déficit de oxígeno disuelto (O.D), altas temperaturas, surfactantes no biodegradables, presencia de grasas y aceites, etc., pero, básicamente los parámetros de mayor importancia para el control de los reactores de lodos activados son: • • •
Índice Volumétrico de Lodos Relación F/M Tiempo Medio de Retención Celular
1.6.1 INDICE VOLUMÉTRICO DE LODOS Un parámetro establecido para medir la capacidad de sedimentación del lodo activado, es el Índice Volumétrico de Lodos (IVL), que nos indica el volumen que ocupa un gramo de lodo en un tiempo determinado. Este IVL es obtenido al determinar el volumen que ocupa la fase de lodos de una muestra de un litro después de 30 minutos de sedimentación, bajo condiciones de quietud en una probeta de un litro. El volumen ocupado por la fase de lodos (VL) es dividido entre el contenido de sólidos suspendidos medidos como masa seca (SST), obteniéndose: IVL = VL / SST
ml/gr = [ml/l] / [gr/l]
Un lodo con buenas características de sedimentación tendrá un IVL comprendido en el rango de 60 - 120 ml/gr. Un IVL mayor de este rango mencionado, indicará un lodo con malas características de sedimentación o asentamiento, principalmente esta referido a esponjamiento o abultamiento de lodos por presencia de organismos filamentosos; Mientras que un IVL menor a 60 ml/gr se referirá a un lodo muy denso, que fácilmente sedimenta y que requerirá mayor agitación a la normal para mantenerse en suspensión. Se anexa ejemplo de cálculo. IVL = Volumen de Lodos / SSLM IVL = 300 ml/lt / 3.0 gr/lt IVL = 100 ml/gr 1.6.2 RELACION F/M Una medida importante en el diseño y control del proceso de lodos activados, es la llamada relación F/M (Food/Mass, por sus siglas en inglés). Por F/M se entiende la relación que existe entre la carga orgánica diaria que entra al sistema expresada en kilogramos de Demanda Biológica de Oxígeno (Kg DBO5/d) y la masa de lodo activado
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del tanque, expresada en kilogramos de masa seca (sólidos suspendidos en el licor mezclado, SSLM). La carga orgánica se obtiene del producto de la DBO 5 multiplicada por el flujo diario de agua a tratar: Carga Orgánica = DBO 5 (Kg/m³) * Flujo diario (m³/d) = K g D DB O5/d La cantidad o masa de lodo activado en los reactores de lodos activados se obtiene a partir del volumen y de la concentración SSLM: Masa de lodo activado = Volumen de tanque (m3) * SSLM (Kg SST/m3) Utilizando estos cálculos se obtiene la F/M: F/M = Carga Orgánica / (Vol. De tanque * SSLM) = Kg DBO5 / Kg SSLM-día Si la carga diaria se proporciona en Kg DBO 5/d hablamos de la DBO en la F/M. En muchos casos se utiliza la demanda química de oxígeno (DQO) en la F/M, por lo tanto la carga orgánica se expresa en Kg DQO/d. En el diseño se han tomado las siguientes consideraciones para cada reactor. BASES DEL DISEÑO Flujo 600 lps 300 lps / Reactor 240 ppm DBO entrada a selector DBO5 - salida 20 ppm Carga 6220.80 (Kg DBO 5/d) Eficiencia esperada 91.6% Carga remanente 518.4 Kg DBO 5/d Vol. Estanque 6350.00 m³ SSLM 3.00 (Kg/m ) Tiempo de retención 6.3 hr ₅
Como se observa en la tabla anterior, el sistema actual para la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales del Municipio de Durango, está diseñada hidráulicamente para tenga la capacidad para recibir un flujo pico de 600 lps, es decir, cada reactor de lodos activados permitirá un flujo de 300 lps. F/M = [Carga /(SSLM)(Vol. Tanque de lodos activados)] F/M = [(6,220.80 DBO 5/d) / (6350 m 3)(3.00 Kg SSLM/m 3)] F/M = 0.32 Kg.DBO5/Kg.SSLM-d
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Si la F/M la basamos en SSVLM, entonces, es de operar bajo lo siguiente: F/M = (6,220.80 DBO 5 / d) / (6350 m 3) (2.25 Kg SSVLM/m 3) F/M = 0.43 Kg DBO 5 / Kg. SSVLM-d Con los valores anteriores es de esperar que opere la planta, pero si las condiciones de flujo o carga orgánica varían, entonces, es posible operar en un intervalo de F/M en base DBO5 de 0.25 -0.43. Se debe tener en cuenta que con este intervalo de F/M se espera una generación constante de lodos biológicos, lo cual trae como consecuencia una generación constante de los volúmenes de disposición de lodos filtrados. En otro apartado se hablara a detalle del proceso del deshidratado de lodos y de la disposición de los mismos. 1.6.3 TIEMPO MEDIO DE RETENCION CELULAR (TMRC El Tiempo Medio de Retención Celular (TMRC) se refiere al tiempo transcurrido desde que una nueva célula (bacteria) originada en el sistema de lodos activados es mantenida dentro de él y, hasta que es retirada por medio de la corriente de lodo excedente (Purga de lodos – WAS- waste activated sludge) y enviada a un tanque de lodos aerobios para el tratamiento de desaguado de lodos. El TMRC se calcula utilizando el contenido de sólidos suspendidos del licor mezcla (SSLM) y los sólidos de la corriente de lodo excedente (WAS): TMRC = (Volumen del Tanque * SSLM) / (Tasa de desecho de lodos) TMRC = (m3) * (Kg.SST/m3) / (m3/d) * (Kg.SST/m3) = días Para los reactores de lodos activados, se ha considerado una edad de lodos entre 4 y 7 días que es característica de los sistemas aireación convencional. El cálculo se expresa en la siguiente tabla: DESIGNACIÓN
Vol. de Lodos Activados (m 3) (2) SSLM (Kg/m3) Tasa de crecimiento total (Kg SST/Kg DBO 5 removida) Eficiencia real (%) Carga (Kg. DBO 5/d) TMRC (día)
T-401/501
12700 3.00 1.12 91 12441.6 3
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El cálculo se realiza de la siguiente forma: TMRC = (12,700 m 3) (3.00 Kg SST/m 3) / (1.12 Kg.SST/Kg.DBO 5) (0.91) (12441.6 Kg DBO 5/d)
TMRC = 3.0 días Con esta edad de lodos, la operación de los reactores de lodos activados es estable, permitiendo a flujo y carga orgánica de diseño, lo que nos permite lograr un efluente de buena calidad en un corto intervalo de tiempo de tratamiento. 1.6.4 PRODUCCION DE LODOS La materia orgánica aun contenida en el efluente de cribado fino, una parte es utilizada para síntesis celular y la restante es utilizada como energía (respiración). Para este tipo de sistemas se ha encontrado una tasa de crecimiento del orden de 1.12 Kg. SST/Kg. DBO5 removida, por lo tanto para el sistema de la PTAR Durango Sur es de esperarse la producción de lodos siguiente: x = Yobs * Flujo * (DBO5 entrada – DBO5 salida) * (1/1000) x = (1.12 Kg. SST/Kg. DBO 5 rem) (51,840 m 3/d) (240 – 20)mg/lt (1/1000) = 12,773.37 Kg . SST/d SSTefluente
= (SST efluente) * Flujo = (20 mg/lt) (1/1000) * (51,840 m³/d) = 1,036.8 Kg. SST/d
x – REAL
= (12,773.37 - 1,036.8) Kg.SST/d = 11,736.57 Kg . SST/d
Se considera una concentración del 0.8 % en la línea del RAS, punto donde se purgarán los lodos del WAS, por lo que resulta un volumen de: Vol. Lodos Vol. Lodos
= 11,736.57 Kg. SST/d / 8 Kg.SST/m3 = 1467.07 m 3/d = 8.48 lps / reactor
La cantidad de lodos a purgar del WAS, deberá establecerse en conjunto con el departamento de operaciones, una vez que ocurra alguna de las siguientes opciones: - Concentración de SSLM (3.0 g/L diseño) - F/M de 0.32 Kg DBO5/Kg.SSV-d
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B 1.7 SISTEMA DE AIREACION D.T.I : 2008118.706 El aire requerido para la oxidación de la DBO 5 en las lagunas de lodos activados es suministrado por un total de siete (7) sopladores AERZEN de 105 Kw (140 HP). Cada soplador para las condiciones de sitio, opera con un flujo estimado de (2,055 scfm), que en operación los siete (7) equipos entregan un flujo de 14,385 scfm equivalente a la demanda teórica requerida, quedara un soplador en stand-by para relevar los sopladores en operación. Los sopladores son operados por medio de un arrancador que cuenta con un selector HAND-OFF-AUTO localizado en el CCM. Para encender en manual cualquiera de ellos, debe seleccionarse la forma HAND y confirmar que el botón de paro de emergencia no esté actuado. Para la operación automática de los sopladores deberá seleccionarse REMOTO, con esta acción el arrancador de cada soplador queda comunicado al tablero TC-01/Principal el cual contiene un micro-PLC con un selector virtual programado “TIEMPO-OXIGENO”. Cuando el selector virtual está en la posición “TIEMPO”, el soplador operará conforme a dos controladores de tiempo; TIMER A para indicar el tiempo que el soplador opera y TIMER B para indicar el tiempo que el soplador no opera. Ambos temporizadores son programados a través de la interfase del operador o panel view y pueden ser ajustados en un intervalo de 0 a 720 min. Por su parte, cuando el selector virtual está en la posición “OXÍGENO”, la operación automatizada de los sopladores esta basada en la cantidad de oxigeno disuelto (OD) medido a través de la señal de 4 a 20 mA de los analizadores de oxígeno disuelto AIT401/501 instalados en la superficie de las lagunas T-401/501. De esta forma, la señal de arranque/paro estará controlada por los puntos de ajuste (set points) que indique el operador en el panel view. En el modo OXIGENO existe un tiempo de retraso ajustable (delay ON time) común para los sopladores en un intervalo de 30 segundos, para evitar el arranque simultáneo de dos o más sopladores. La información mas detallada sobre la programación de arranque y paro de los sopladores lobulares es presentada el la descripción de lógicos Pag. 14-15 de la sección 1.4.2. En lo referente a las membranas de aireacion en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Durango Sur, los reactores de lodos activados están compuestos por un sistema de paneles de difusión de microburbuja “E-FLEX INVENT ®”. E-EFLEX® es un sistema de aireación formado por tubos de membrana individuales con movimiento oscilatorio libre. Al entrar el aire en las membranas, estas se arquean
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permitiendo que las finas aberturas dejen escapar el aire en pequeñas burbujas. El flujo de agua existente entre las membranas origina un ligero movimiento oscilatorio de las mismas, el cual da lugar a una alta frecuencia de separación de burbujas y, por lo tanto, a la formación de burbujas de pequeño tamaño. La corriente inferior del E-FLEX ® evita constricciones y la consecuente coalescencia sobre las membranas. También impide la sedimentación en la zona inferior del modulo. La formación de burbujas a lo largo de las membranas da lugar a elevadas superficies de aireación. De este modo se puede mejorar notablemente la eficiencia del sistema. Durante el periodo de reposo las membranas se juntan y los poros se cierran, dando lugar a una superficie impermeable. Mediante breves y periódicas puestas en marcha se eliminan eficientemente las posibles sedimentaciones y se evita la aparición de otras, el sistema no requiere de mantenimiento. En cada reactor, se tienen instalados 72 paneles, lo que corresponde a un total de 144 paneles de dieciocho (18) membranas por panel dando un total de 2592 membranas. La inyección de aire para cada reactor, se logra mediante cuatro (4) loops o disparos principales de alimentación de 8” de diámetro, cada loop alimenta dieciocho (18) paneles, nueve (9) por cada lado. La linea de aireación que va al fondo del reactor lleva en su interior aire que es suministrado por los sopladores y lo inyectan en el fondo del reactor a través de membranas microperforadas instaladas en los módulos o paneles de aireación. El aire sale en forma de microburbujas, diámetro de la burbuja es aproximadamente de 1-3 mm y realiza las siguientes funciones: 1. Proveer el suministro regular e intensivo de aire-oxígeno el cual es imprescindible para el sistema de lodos activados. 2. Mantener los biosólidos en el licor mezclado en suspensión. 3. Disponer la energía necesaria para mantener en agitación todo el cuerpo de agua dentro del reactor. Lo anterior promueve una ambiente rico en oxígeno a las bacterias contenidas en los lodos activados, para que estas lo tomen como aceptor final de electrones y lleven a cabo la reacción en productos finales, tales como el dióxido de carbono y agua, como se esquematiza en la siguiente reacción biológica: Materia org ánica + O2 ---
CO2 + H2O + Energía + Nueva biomasa
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1.7.1 EQUIPOS SOPLADORES DE AIRE BL-601/602/603/604/605/606/607/608 Designación Número 8 (ocho) Operación 7 (siete) Stand-by/spare 1 (uno) Tipo Lobular – AERZEN GM 80L Motor 105 Kw (140 HP) - 440V / 60HZ / 3F Presión descarga 8.16 lb./pulg 2 Flujo de aire / soplador 2,055 scfm Flujo de aire / 7 sopladores 14,385 scfm Flujo de aire /2 reactores 11,621 scfm Flujo de aire digestor 3,084 scfm Flujo de aire desarenadores 141 scfm
PANELES Tipo INVENT E-FLEX Número 72 / reactor (144 total) Flujo de aire / panel - (rango) 63 - 120scfm Flujo de aire / panel - (diseño) 79 scfm No. Paneles / cadena 18 No. Cadenas 4 / reactor Área del panel 5 m² No. Membranas /Mini panel 18 (dieciocho) Material de membrana EPDM Designación
Transmisor / medidor oxigeno (AE/AIT-401/501)
Número
2 (dos)
Tipo
Amperométrico
Marca
Endress and Hausser
Conexión eléctrica
120 V/ 60 Hz / 3F
Salida
4-20 mA
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B 1.8 CRITERIOS DE DISEÑO Los reactores de lodos activados T-401/501, está diseñados para la remoción de los contaminantes provenientes de las diferentes actividades humanas de la Ciudad de Durango. Se han considerado los siguientes datos para el diseño de la Planta de Tratamiento Durango Sur:
P ARÁMETROS
UNIDADES
INFLUENTE
EFLUENTE
u. s u. S/cm ml/lt mg/lt mg/lt mg/lt mg/lt
6.5 - 8.5 2000 2.9 753 286 250 200
7.2 – 7.8 1 20 20 15
DBO Total
mg/lt
250
20
DBO Soluble ₅
mg/lt
150
-
DQO Total
mg/lt
500
pH Conductividad Sólidos sedimentables Sólidos Totales Sólidos Totales Volátiles Sólidos Suspendidos Totales Sólidos Suspendidos Volátiles ₅
DQO Soluble Nitrógeno total Fósforo total Coliformes fecales Huevos de Helminto
mg/lt mg/lt mg/lt NMP/100 ml H/lt
200 40 8 1.51E+08 1
40 20 <1,000 1
Tabla 1. Parámetros de diseño.
Es importante evaluar diariamente los diferentes parámetros del flujo de alimentación, para mantener un buen control del sistema y debe registrarse los resultados en la hoja de datos de control.
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B 1.9 CLARIFICADOR INTEGRAL El clarificador integrado de flujo transversal o clarificador secundario, tiene la función de separar los lodos biológicos del agua tratada y se logra por simple diferencia de densidad entre el agua y los flóculos biológicos, formando así una interfase de lodo (cama de lodos) en el fondo del clarificador. El patrón de flujo y sedimentación que presentan los clarificadores secundarios CL-401/501 de la Planta de Tratamiento Sur, Aguas del Municipio de Durango, puede compararse con los reportados para los clarificadores rectangulares convencionales, en los cuales deben conservarse velocidades entre 0.075 y 0.15 m/s en la mampara de comunicación al clarificador, así como una distribución uniforme del licor mezcla con el fin de evitar corrientes que provoquen turbulencias en la cama de lodo. Para la PTAR Sur de Aguas del Municipio de Durango, se han tomado las siguientes consideraciones para el diseño del clarificador: DISEÑO CLARIFICADOR SECUNDARIO Índice de Lodos (SV) 150 ml/g-ms Licor Mezcla (SST) 3.00 Kg. /m 3 Volumen de Lodos (VL) 450 ml/lt Flujo promedio 300 lps 540 m3 /hr Carga de lodos * diseño 300 l/m 2-hr Carga por área 0.67 m/hr Área requerida / clarificador 1620 m2 Carga Hidráulica Superficial 32 m3/m2-d
Área propuesta Carga Hidráulica Superficial
1060 m2 24.5 m3/m2-d
Flujo de RAS
792 m 3 /hr
Carga de sólidos
5.3
Kg. SST/m2-hr
En este tipo de clarificadores de flujo transversal, se presentan principalmente dos tipos de sedimentación: tipo III o sedimentación retardada, que se desarrolla con concentraciones intermedias de partículas, las cuales están tan cerca entre sí que las fuerzas entre ellas son suficientes para retardar la sedimentación de las partículas cercanas, las cuales permanecen en una posición relativamente fija y sedimentan como una unidad a velocidad constante. Por otro lado se presenta la sedimentación tipo IV o
40
por compresión, donde las partículas están tan concentradas que siguen sedimentando
mediante la compresión de esa masa compacta, a medida que se van añadiendo más partículas desde el líquido sobrenadante. 41
Para forzar estos tipos de sedimentación cada clarificador tiene una mampara como vaso comunicante, localizada en la parte inferior de la mampara y con seccionamiento ascendente para conducir el licor mezcla al fondo del clarificador. El paso de licor mezcla se pone en contacto con la cama de lodos, para forzar la sedimentación por compresión, aunado a una velocidad muy baja en el vaso comunicante (0.031 m/s) y un número de Reynolds dentro del intervalo en régimen laminar, nos asegura que no existan turbulencias que desestabilicen la cama de lodos y por tanto la eficiencia del clarificador. Además, la cama de lodos (1.50 m promedio) que se forma en el fondo del clarificador, se encuentra ligeramente encima del vaso comunicante lo que hace que al momento de entrar el licor mezcla, la cama de lodos actúa como medio filtrante, donde los flóculos y las partículas coloidales son retenidas en el manto de lodos, aumentando la eficiencia de captación. Esta acción logra ventajas considerables sobre los clarificadores de alimentación superficial del licor mezcla y/o convencionales (circulares, rectangulares, cuadrados). Con este sistema de clarificación se logra una reducción en la distancia de sedimentación, debido a que el flujo transversal entra en contacto directo con la cama de lodo, lo que ayuda a detener gradualmente el trayecto de sedimentación de las partículas o flóculos, como se muestra en la figura 4.
H
V Vo
Ho CAMA DE LODOS SECUNDARIOS
Fig. 4. Formación de cama de lodos en clarificador
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LICOR
EFLUENTE
MEZCLA
FINAL
W
L
Fig. 5. Dirección flujo en Clarificador
Cada reactor de lodos activados cuenta con un clarificador integrado CL-401/501 con un área 1,060 m2. Bajo estas condiciones se espera mantener una carga hidráulica superficial (CHS) ó tasa de derrame de 24.5 m 3/m2-d (flujo pico 32 m 3/m2-d), una carga de sólidos del orden de 5.30 a 7.74 Kg SST/m 2-hr. En el fondo del clarificador se forma una cama de lodos que es extraída de forma constante a través de un sistema de válvulas actuadoras las cuales descargan los lodos a un canal para retornarlos al selector. Estos clarificadores tienen un sistema de rastra de tipo reversible con módulos flotantes (R-401/501), la función principal es acopiar el lodo que sedimenta por gravedad proveniente de los reactores de lodos activados , esta rastra no representa un problema porque la velocidad de recorrido es tan lenta (3.0 - 5.0 ft/min), que no provoca turbulencias en la cama de lodos, sobre todo porque en ésta se forma una masa densa y compacta, del orden del 250 a 400% con respecto a la concentración del licor mezcla. Esta rastra tiene la función de “barrer” o dispersar la canalización en la cama de lodos. La secuencia de operación más detallada de las rastras es presentada en la descripción de lógicos Pág. 15-16 secciones 1.4.3/4/5. La descarga del clarificador, se diseñó de tal manera que la captación y conducción del agua tratada, cubre todo el ancho del clarificador para mantener un perfil regulado de velocidades, además una placa de vertedero ajustable, que mantiene una carga por vertedero dentro del diseño y evitar corrientes ascendentes altas que provoquen cortos circuitos hidráulicos.
En cada clarificador CL-401/501, se tiene un total de nueve (9) válvulas actuadoras (KV-401 a KV-409) y (KV-501 a 509) respectivamente. De acuerdo a la formación de la cama de lodo y programando la secuencia automática de apertura/cierre de las válvulas mediante el PLC, se extraen los lodos y se dirigen hacia la succión de las bombas de recirculación de lodos (P-401/501). Cada clarificador cuenta con una (1) bomba de recirculación, mientras que una (1) bomba estará como reserva para sustituir alguna de las anteriores en caso de falla. Las bombas tendrán una restricción, ya que solo operaran siempre y cuando exista al menos una válvula abierta. Por medio de estas bombas se conduce el RAS ( recirculated activated sludge) de cada reactor biológico hasta la parte inicial del tanque selector (T-402). Antes de que ingresen a dicho tanque, cada flujo de RAS es cuantificado por medio de los medidores/transmisores de flujo del tipo ultrasónico (FE/FIT-402/403) respectivamente. La secuencia de operación más detallada de las de bombas de recirculación de lodos, válvulas de succión de lodos y medidores de flujo de RAS es presentada en la descripción de lógicos Pág. 16-18 secciones 1.4.6/7/8/9/10. El objetivo de retornar los lodos biológicos al sistema y cuantificarlos, es para mantener el equilibrio dinámico entre la población de microorganismos que son requeridos para degradar la cantidad de materia orgánica disponible. Otra parte del lodo biológico acopiado en los clarificadores es enviado al tratamiento de lodos. En la parte superior de cada uno de los clarificadores, el agua tratada derrama por gravedad a través de los vertederos perimetrales tipo “v” para que sea recolectada en un canal que se dirige a la etapa de desinfección. 1.9.1 EQUIPOS Clarificadores Secundarios CL-401/501 Designación Número 2 Tipo Rectangular de Flujo Transversal Flujo a agua clarificada / unidad 300 lps Tasa de derrame máxima 32 m /m -d Tasa de derrame / flujo nominal 24.50 m /m -d Superficie / clarificador (diseño) 1,060 m Dimensiones 42.42 m A x 15.86 m L x 5.00 m H Flujo total de sólidos 5,616 Kg. SST/h Carga de sólidos( medio) /clarificador 5.30 Kg. SST/m -h Tasa de recirculación 0.25 – 1.0 Qm
Rastras
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Designación Número Tipo Motor
R-401/501 1 / Clarificador Reversible 1.0 HP - 440V / 60HZ / 3F
Bombas de Recircul ación de Lodos P-401/501 2 1 / clarificador Tipo Bomba Centrifuga Horizontal Operación ON / OFF Motor 45 HP - 460V / 60HZ / 3F Flujo diseño / bomba 220 lps Flujo diseño / 2 bombas 440 lps
Designación Número
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B 1.10 DESINFECCIÓN D.T.I
:
2007109.708 45
1.10.1 Teorí Teor í de la Desi nfección Las aguas tratadas pr cedentes de las plant s de trata iento, contienen trazas de microorganismos perju iciales par el ser humano (micro rganismos patógenos). En el agua tr tada es común la pr sencia de bacterias, virus, ame as, protoz os, helmintos, tc. Los mic oorganismos indicador s normalm nte utilizados son: • • • •
Colif ormes total s, termotol rantes, E.
oli.
Estr ptococos f cales, enterococos. Esp rulados an erobios y lostridium sulfito reductores. Gér enes total s.
Debe tener e en cuent que las a uas tratad s son usadas directa o indirectam nte para fines últiples, c mo: uso agrícola, recarga de ac íferos, uso industrial, uso recreativo, uso munici al, etc. P ra nuestro caso será utilizada e las torres de enfriamient de la CT. Guadalupe Victoria, por esta raz n se hace imprescindible, después d l tratamie to final y antes de la descarga, eliminar del agua los microorganismos peligr osos para el hombre y ara el medio ambiente. La desinfección es un patógenos, que actúa enzimas. L s sistemas ultravioleta hasta los di
roceso de en forma de desinfe positivos d
estrucción o inactivación de los microorganis os e degradación quími a de la m teria celul r y ción van desde cloración, ozoniz ción, radia ión membran s.
Debe tener e en cuenta los efectos (eficienci s) de elimi ación de microorganis os en los diver sos procesos de tratamiento de ag as residual s (Tabla 2):
Tabla 2. Efici encia de elimin ación de micro organismos patógenos de acu erdo al proces o de tratamiento d e aguas residu ales.
En la actu lidad, el m todo más común de esinfecció en los efl entes tratados consiste en la adición de cloro. l cloro en la forma d acido hip cloroso es un desinfectan e poderos , selectivo contra bac erias y vir s. Es deci , no todos los microorganismos se destruyen en sta etapa, or ejemplo, los quistes de Giardia son cien veces más resistentes al cloro que las bacterias y virus, sin embargo es altamente fectivo po que permanece en las aguas d rante larg s periodos de tiempo. El cloro co o desinfectante es tó mucho menores que sus límite superiores, además de tener una para evitar ue se repr duzcan nu
ico para los microorg nismos a concentraciones de toxicidad para los human s o anim les asa rápida de elimina ión y persi tir lo sufici nte vamente lo microorganismos.
Los antece entes del so de cloro como desi fectante d tan desde inales del siglo XIX cuando se utiliz en Inglaterra para combatir una epide ia de cólera, posteriormente C.F. allace y M.F. Tiernan patentan un medidor de cloro as, basado en la patente de la firma Ornstein (1913). A partir de estas fe has, el em leo de la cloración se exte dió por tod s los países, siendo d sde hace cien años el ás eficaz de lo desinfectantes utilizado para el tr tamiento d las aguas.
1.10.2. Car acterística químicas En la siguiente tabla s muestran las constantes fisicoquímicas más importantes del cloro:
Tabla 3. aracterísticas isicoquímicas más important s del elemento cloro.
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El cloro es un gas amarillo verdos , con un ol or irritante aracterístic su presencia. En esta o líquido es un color marillo, que a bajas t vuelve más claro. Tien una gran apacidad d reacción, s toxico y nocivos sobre el ser hu ano. No a de, y por si mismo no s inflamabl
que denu cia mperatura se roduce efe tos ni explosivo.
En frio, el cloro seco o ataca los metales aleacione corrientes: hierro, acero, aceros inoxidables, níq el, cobre, l tón, bronc , plomo. P r el contrario, en prese cia de humedad su agresividad es uy grande y genera una acció corrosiva. En caliente, el cloro seco r eacciona con casi todo los eleme tos, por ejemplo, a 14 °C ataca rápid mente al a ero. En presen ia de cloro, los vapor es húmedos de amoniaco forma una nube de cloruro de monio. Est acción pe mite detectar las fugas de gas clo o aunque sean muy débile . Por otro lado, la solubilidad del cloro varía en unción de la temperatura y la presión, tal y como e observa en la siguiente figura:
Fig. 6. Solubilidad d l cloro en func ión de la temp ratura y la pre ión.
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La figura anterior nos expresa la solubilidad del cloro elemental en gramos de cloro por litro de agua en función de dos escenarios: la presión y la temperatura. Entendiendo que a presión constante pero con valores térmicos variables, la solubilidad también es variable, concluyendo que a temperaturas mayores la solubilidad es menor, mientras que a bajas temperaturas la solubilidad incrementa. Por su parte, el gas cloro se licúa por compresión, dependiendo de la temperatura. La presión de licuefacción, tensión de vapor en kg/cm 2 (bar) puede ser 4 kg a 2° C; a 6 kg a 15° C y 12 kg a 40° C. El equilibrio de las propiedades gas-liquido queda visualizado en la siguiente figura:
Fig. 7. Curva de equili brio del clo ro en fase gas-liquid o como fun ción de la temperatura y la presión.
1.10.3 Química de la clo ració n Cuando el cloro gas se disuelve en el agua, se hidroliza rápidamente de acuerdo con las siguientes reacciones comunes que se presentan: La hidrólisis completa se realiza en algunos segundos a 0° C, disminuyendo el tiempo al aumentar la temperatura, siendo a 18° C de unas pocas decimas de segundo. Probablemente el cloro no reacciona directamente con el agua, sino con un oxidrilo de la misma:
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La reacció más imp rtante, en los proces s de clor ción de la aguas, e la formación el ácido hi ocloroso (HOCl), el cual es, desp és del dióxido de clor , el más fuerte ermicida d todos los ompuestos de cloro conocidos. Es un ácido d bil, disociándose así:
De esta for ma, el clor puede estar presente en el agu como clor libre disu lto, como acido hipocloros y como el ión hipoclorito (OCl-). estas for as de clor se les denomi a “cloro libr e activo”. T das ellas e tán estrec amente rel cionadas al pH del agua tr atada, sien o de may r efectivid d la prese cia del ácido hipoclor oso (HOCl) a p más ácidos. Esto aclara el hecho e que par una misma concentr ción de desinfectante, un tiempo de ontacto de 30 minuto y una te peratura de 2° a 5° ; se necesitan 0.006 ppm de cloro libr e disponible para elimi ar el 99% e E. Coli a pH 7 y bajo las mismas co diciones se requieren .011 ppm e cloro a p 8, o bien, 0.07 ppm a pH 9. En la sig uiente figur se apreci el equilibrio y el pred minio del cloro libre a tivo en función el pH.
Fig. 8. Clor en función d e la temperat ura y pH.
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1.10.4 Reacci ones de oxi dació n En virtud de que el cloro es un oxidante fuerte, reacciona con casi cualquier material que esté en estado reducido, en reacciones prácticamente instantáneas. Esto sucede si el agua tratada contiene cationes y aniones minerales. Elementos como el Fe 2+, Mn2+ y H2S son materiales oxidables que consumirán cloro antes de que tenga oportunidad de actuar como desinfectante. Los nitritos, presentes en el agua tratada, también son oxidados por la acción del cloro y pasan a nitratos. Cada parte de nitrito consume 1.5 partes de cloro. La cantidad de cloro requerida para este propósito debe determinarse experimentalmente, dado que la cantidad y naturaleza exacta del material oxidable en el agua rara vez se conoce. 1.10.5 Reacción con comp uestos amoniacales y orgáni cos Así mismo, es muy importante que el efluente tratado no contenga altos niveles de nitrógeno amoniacal (NH3), porque el ácido hipocloroso (HOCl) ataca principalmente al NH3 para formar compuestos no deseables y de baja eficacia, como son las cloraminas que al igual que el HOCl tienen poder oxidante.
Las especies que predominan en la mayoría de los casos son monocloramina y dicloramina. El pH óptimo para la formación de monocloraminas es aproximadamente 8.4 formándose en general por encima del valor de pH 7. Las dicloraminas se forman con pH entre 3 y 5. El cloro presente en estos compuestos se llama “cloro combinado disponible” y es potencialmente 40 veces menos efectivo que el ácido hipocloroso HOCl. Un hecho preocupante, es la aparición de ciertos compuestos orgánicos, como los trihalometanos (THM) de carácter cancerígeno y mutagénicos para el ser humano. Por ejemplo, se ha observado que las monocloraminas han dado origen a procesos mutagénicos en bacterias asociados con cancerígenos. Estos riesgos se incrementan cuando en el agua existen precursores orgánicos, tales como acido fúlmico, húmico y tánico, aminas o incluso residuos con elevado contenido proteico, ya que en presencia del cloro se generan de forma inmediata compuestos como el cloroformo (CHCl3), bifenilos policlorados (PCB), N-clorados y N-diclorados que a su vez se descomponen en aldehídos y nitrilos. En general, todos estos compuestos una vez formados es muy difícil su eliminación del agua, y tienen
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poderes tóxicos, cancerígenos y mutagénicos para el ser humano, por lo que es mejor prevenir su formación. La EPA ha limitado el contenido de THM´s a 80 ppb. Otra muestra de lo anterior, es que importantes investigaciones han demostrado que ciertos géneros de algas azules, verdes y azul verdosas son precursores potenciales de la formación de THMs. No solo las algas son precursoras sino también sus productos extracelulares (PEC) y su propia biomasa. Por estas razones, se deben adoptar medidas para mejorar la cloración convencional en los sistemas de tratamiento de aguas con el fin de reducir la aparición de compuestos organoclorados. Algunas medidas son el empleo de carbón activo o filtros multimedia para la reducción de materias orgánicas de forma previa a la cloración, ejemplo, la eliminación de algas en los sedimentadores secundarios. 1.10.6 Acció n del cloro sobre las bacterias La tasa de eliminación de microorganismos se expresa como una reacción de primer orden:
En la expresión anterior o Ley de Chick, “k” es la constante de inactivación, “No” representa la cantidad inicial de bacterias. Sin embargo, la desinfección no es completa, porque la cantidad de microorganismos remanentes representada por “Nt” después del intervalo de tiempo “t” se acerca asintóticamente a cero para un tiempo excesivamente largo. De acuerdo a la ecuación, solo un 99.99% puede eliminarse en un tiempo aproximado a 15 minutos, quedando un residual o número de bacterias aproximado a 1000 NMP/100 ml. Sin embargo la eficiencia es muy alta, ya que el cloro actúa en concentraciones muy bajas (0.1 a 2.0 ppm) sobre el sistema enzimático de la célula, la cual es muy sensible a bajos niveles de sustancias inhibidoras. Las hipótesis de la inhibición estriban en que primeramente el cloro reacciona con los grupos sulfhídricos de las enzimas celulares, paralizando el proceso metabólico de oxidación de la glucosa, con lo que la célula queda irreversiblemente destruida. El segundo planteamiento, sugiere que se debe a la actividad de la membrana celular, la cual tiene un comportamiento selectivo en las interfaces internas y externas. El HOCl por su pequeño tamaño molecular y su neutralidad eléctrica puede atravesar dicha membrana más fácilmente que otros compuestos. Por tanto, la desinfección se haría en dos etapas: 1) Penetración de la membrana celular por el compuesto. 2) Reacción con las enzimas celulares (deshidrogenasa triosefosforica)
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1.10.7 Dosis de clo ro Para dar una idea de las dosis precisas en cloración se puede tener la siguiente referencia, dada en la siguiente tabla:
Tabla 4. Dosis típicas de clo ración (Ref. Wallace and Tiernan Inc .)
La base de diseño de la PTAR Durango Sur, se ha establecido un criterio máximo de 5.0 ppm como dosis estándar, lo que resulta en una cantidad de cloro de 259.2 kg/d para un flujo de 600 lps. Lo anterior se deduce en el siguiente ejemplo de cálculo: Se desinfectará el flujo de la PTAR Durango Sur (600 lps) con una concentración de 5.0 ppm de dosis de cloro gaseoso. ¿Cuál será el consumo diario del reactivo? La concentración sugerida es de 5 mg/L (0.005 kg Cl 2/m3), por lo que el consumo diario de cloro gaseoso es: Concentración = Masa / Volumen, Masa = consumo diario de cloro gaseoso (0.005 kg Cl2/m3)*(51,840 m3/ día) = 259.2 kg Cl 2/d
1.10.8 Fundamento de Operación En la actualidad, el método más común de desinfección en los efluentes tratados consiste en la adición de cloro. La cloración consiste en la destrucción selectiva de microorganismos patógenos. Es decir, no todos los microorganismos se destruyen en esta etapa, sin embargo es Durango Sur de Aguas del Municipio de Durango es el cloro gaseoso el cual hace contacto con el agua clarificada para ser sometida a desinfección en el tanque de contacto de cloro (T-801). El agua tratada proveniente de los clarificadores es conducida a gravedad al tanque de contacto con cloro (T-801). Este tanque tiene un volumen de 480 m 3 y un tiempo de residencia de 13.5 min para un flujo medio de 600 lps, tiempo suficiente para garantizar la desinfección o inactivación de bacterias de tipo patógeno. A partir del tanque de contacto de cloro el agua es enviada al canal natural llamado Arroyo Seco. El proceso de desinfección inicia con las bombas para cloración (P-801/802) las cuales succionan agua tratada directamente del tanque de contacto con cloro. Las bombas envían el agua a presión hasta el eyector (EY-801), esto ocasiona una presión negativa la cual succiona el cloro y hace la disolución del cloro gas en líquido (agua clorada). A la descarga de las bombas se encuentra colocado un manómetro PI801/802) que indica la presión de la descarga. El intervalo de presión recomendado es de 4 a 7 kg/cm 2. Es deseable que las bombas jamás operen sin agua, por lo que pueden cavitar y/o sobrecalentar el motor. Como protección se tiene instalado un control automático en el tablero local TCL-08, de tal manera que las bombas operen si se detecta flujo en el medidor / transmisor FE/FIT801 donde se cuantifica el flujo de salida. Si el flujo disminuye, la bomba detiene la operación. El eyector ha sido instalado para un doble propósito: el primero es la de generar un vacío para la succión de cloro proveniente del clorador (CH-801). El segundo, es proporcionar un contacto óptimo con el agua y el cloro gas para formar la solución de ácido hipocloroso (HOCl) que se descarga por medio de una tubería de 2” cuyo flujo ingresa al tanque de contacto de cloro (T-801). Para el volumen del tanque de contacto de cloro (480 m 3), y con el flujo correspondiente al diseño (600 lps) se tiene un tiempo de contacto aproximado a 20 minutos lo cual es más que suficiente para llevar a cabo la desinfección. El clorador (CH-801) dosifica el reactivo de los tanques de cloro (T-801 a 806) siendo estos seis (6), los cuales tienen capacidad de 730 L de Cl 2 c/u y un peso de 630 kg cuando están vacíos (tara). Para monitorear la cantidad específica de cloro consumido se utiliza una báscula electrónica (E-801).
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Cabe mencionar que dentro de los tanques de cloro gas, dicho reactivo esta contenido a altas presiones y se mantiene en una proporción aproximada de 50% fase liquida y 50% gas. El cloro se extrae de la fase gaseosa (válvulas superiores de los tanques) y es transportado hasta un regulador de vacío (PCV-801). En esta trayectoria, la disminución de la presión y el aumento de temperatura generan un choque térmico que produce una solidificación del cloro en el interior de las tuberías que provoca daño a los instrumentos, equipos y líneas de conducción. Para evitar lo anterior, se han instalado resistencias calefactoras (E-802) tipo trampas de goteo para mantener la tubería con alta temperatura y promover que el cloro este en fase gaseosa cuando llegue al eyector. Por otro lado, la tasa o requerimiento de cloro está en función de la calidad del agua tratada, generalmente la tasa empleada es de 5 a 10 mg/l, para mantener un residual de 0.5 a 2.0 mg/l de cloro combinado residual en el efluente tratado. Dicha tasa es controlada en forma automática por un micro-PLC instalado en el tablero local TCL-08. Cada vez que se requiere abrir un tanque de cloro gas es necesario operar la grúa de carga o polipasto (E-803) para que se ubique el tanque sobre las básculas electrónicas ya mencionadas. Una vez que el agua tratada es desinfectada, sale del tanque de contacto de cloro hacia la caja del efluente (T-801) donde esta instalado el medidor de flujo tipo Parshall de 36” de garganta (FE/FIT-801) que mide diariamente el valor de flujo instantáneo y acumulado. Posterior al medidor, el agua tratada descarga por gravedad hacia el Arroyo Seco. La información más detallada sobre la programación del sistema de cloración y medición de efluente es proporcionada en la descripción de lógicos Pág. 20-21 secciones 1.5.1/2/3/4/6. Se cuenta con equipos e instrumentos, que forman parte en conjunto del sistema de seguridad, para el manejo de cloro gas. •
• •
En caso de haber alguna fuga accidental de cloro u otra contingencia, se tiene instalado el sensor de cloro gas (AE/AIT-805) que emite una alarma sonora en caso de que la concentración en el aire rebase el limite de toxicidad (> 3 ppm). En cualquier caso de contingencia es obligatorio utilizar el equipo de seguridad y seguir las instrucciones adecuadas. Válvula de seguridad y reguladora de vacío en el sistema de distribución de cloro gas, que evita que el gas se siga fugando en caso de ruptura de la línea de gas cloro, en la sección que funciona a vacío. Kit B de seguridad para control de fugas en el sistema de alimentación, cilindros de cloro gas.
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1.10.9 EQUIPOS TANQUE DE CONTACTO DE CLORO T-801 Designación Número 1 Caudal de diseño / tanque 600 lps Tiempo de residencia flujo medio 13.5 min flujo max. 7.5 min
Volumen requerido / tanque Dimensiones Dosis requerida Requerimiento de cloro/Flujo medio No. Cilindros Capacidad / cilindro Tiempo de dosificación / 1 cilindro Tiempo de dosificación / 6 cilindros
480 m 3 67.23 m L x 3.0 m A x 1.4 m H 2O 5.0 ppm 259.2 Kg. Cloro Gas / día 6 unidades 908 Kg 3.50 días 21 días
BOMBAS PARA DILUSIÓN P-801/802 Designación Número 2 Número / tanque de cloración 1 Tipo Centrifuga Horizontal Capacidad máxima de flujo 2.00 lps (7.2 m 3/h) Motor 5.0 HP - 460V / 60HZ / 3F TANQUES DE ALMACENAMIENTO GAS CLORO T-801/802/803/804/805/806 Designación Número 6 Volumen 1.0 m Capacidad de almacenamiento 908 Kg. Cloro Gas Material Acero CLORADOR CH-801 Designación Número 1 Cap. requerida Flujo medio 259.2 kg/día Flujo máximo 466.66 kg/día Capacidad máxima / clorador 1440 kg/día Marca Capital Advance
Designación Número Caudal máximo
EYECTOR DE CLORO EY-801 1 2.0 lps / 10.8 kg.Cl 2/hr
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B 1.11 TRATAMIENTO DE LODOS D.T.I : 2008118.707/2008118.709 1.11.1 FUNDAMENTO DEL DESECHO DE LODOS BIOLÓGICOS Como se ha visto anteriormente, la materia orgánica de las aguas residuales que se alimenta a los reactores de lodos activados, una parte es tomada por los microorganismos para la reproducción o generación de tejido celular (nuevas células o bacterias) y el sustrato restante es utilizado como fuente de energía. La parte que corresponde a la reproducción celular ó generación de lodos es una función del valor de F/M de diseño, por lo que se estima en 0.84 Kg SSV/Kg DBO 5 removida, obteniéndose una producción aproximada a 9593 Kg. SSV/d. La parte correspondiente al lodo de purga de los reactores biologicos se le denomina WAS (Waste Activated Sludge), la cual deriva de la línea del RAS ( Recirculation Activated Sludge) tubería de 20”. La línea de purga (WAS) tiene 6” de diámetro y dos (2) válvulas de control automático KV-701/702 respectivamente para cada línea, las cuales se unen en una sola línea después de las válvulas actuadoras, el flujo canalizado por estas líneas es cuantificado por el medidor de flujo (FE/FIT 701) para conocer la cantidad de lodos de purga dirigida al digestor de lodos. Esta línea envía el lodo directamente al mezclador hidrodinámico (SM-701) donde se realiza la mezcla WAS-solución de polímero, este ultimo previamente preparado en la unidad preparadora de polímero (T-902), la solución de polímero es enviada por medio de 2 bombas de polímero (P-903/904), las bombas y la central preparadora de polímero están ubicadas en el cuarto de filtros banda. Una vez realizada la mezcla el flujo es dirigido a la mesa espesadora (GF-701) la cual con la ayuda de polímero se le retira una parte de humedad al lodo proveniente de los de las bombas de recirculación, esto con la finalidad de concentrar el lodo. El lodo espesado es descargado por gravedad directamente al digestor de lodos activados (T901) y el agua filtrada se retorna al cárcamo de bombeo (T-201). De la misma línea del WAS que va al mezclador hidrodinámico se deriva una línea de 6” de diámetro que va directamente al digestor de lodos, en esta línea se coloco una válvula de tipo mariposa (manual) para el control de flujo, esta derivación canalizara un flujo de 367.3 m³/día que corresponde al 25% de la purga total, el 75 % restante corresponde a un flujo de 1101.91 m³/día, este flujo será canalizado a la mesa espesadora la cual lo descargara a una concentración del 5 %, esto con la finalidad de lograr una concentración de 2 % en el digestor de lodos.
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1100.30⁄ 75 % . , 1467.07 366.76⁄ 25 %
0.8 % 1100.30 8802.42 5 % 8802.42 50 176.04 366.76 176.04 .⁄
11,737 . . % 542.8 El volumen o flujo de lodos a purgar diariamente, dependerá de la carga diaria de alimentación a los reactores, de la concentración de sólidos del licor mezcla (SSLM), así como de los sólidos de la línea del RAS. Estos lodos biológicos de purga se someten a un tiempo de retención de 15 días en el tanque de digestion aerobia, el cual tiene una capacidad de 4,847 m 3. El aire requerido para mezcla y oxidación es proporcionado por un (1) soplador AERZEN. El digestor de lodos está provisto de un sistema de (46) paneles de aireación de micro burbuja “INVENT® E-Flex SMB30” para mantener en condiciones aeróbicas los lodos de purga. La inyección de aire para cada digestor, se logra mediante un (1) loop o cadena principal de alimentación de fibra de vidrio de 14” de diametro. Esta línea alimenta un total de dos (2) filas. Una fila está distribuida con veinticuatro (24) paneles de aireación doce (12) por cada lado de la línea, la otra fila de veintidós (22) paneles está distribuida con doce (12) difusores de un lado y diez (10) del otro, esto debido al diseño del digestor.
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1.11.1.1 EQUIPOS TANQUE DIGESTOR DE LODOS T-901 Designación Número 1 Tipo Aerobio Volumen 4,847 m 3 Dimensiones 42.3 m L x 22.7 m A x 5.0 m H 2O Material Terracería recubierto con Liner HDPE Producción de Lodos 9,109.2 Kg. SST/d Tiempo de retención Hidráulico 15 días Flujo de aire 3,084 scfm SOPLADORES DE AIRE BL-607/608 Designación Número dos (dos) Operación 1 (uno) en operación / 1 relevo Tipo Lobular – AERZEN Motor 105 Kw (140 HP) - 440V / 60HZ / 3F Presión descarga 7.9 psi Flujo de aire / soplador 1900 scfm
Tipo Número Flujo de aire / panel - (rango) Flujo de aire / panel - (diseño) No. Paneles / cadena No. Cadenas Área del panel No. Membranas /Mini panel Material de membrana
PANELES INVENT E-FLEX 46 63 - 120scfm 79 scfm 24 / 22 2 5 m² 18 (dieciocho) EPDM
1.11.2 DESHIDRATACIÓN DE LODOS Los lodos digeridos del digestor son enviados a un sistema de espesamiento a gravedad, a través de una mesa espesadora EMO GF-901, donde se logran alcanzar concentraciones de sólidos del 4 al 6%. El bombeo de lodos es por medio de las bombas de cavidad progresiva P-901/902 y antes de llegar a la banda de espesamiento se adiciona en línea una solución de polímero catiónico al 0.1%, que provoca la acción de desestabilización de cargas de sólidos y agrupación de flóculos
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de tamaño grande, lo que permite el rápido drenado del agua al momento de pasar el lodo floculado por la banda de la mesa espesadora. Conforme el lodo se va moviendo a lo largo de la banda, el nivel de espesamiento va en aumento, reduciendo así el volumen de lodos que caen por la parte posterior de la banda, hacia una caja de colección donde se alimenta el lodo espesado a un filtro banda. La solución de polímero es preparada en una central de polímero automático T-902 que consta de un tanque de preparación, maduración y dosificación, donde el polímero es ocupado para el espesamiento y deshidratación de los lodos digeridos. Idealmente, cuando el lodo alcanza la parte final de la mesa espesadora, no debe contener agua libre, para lograr esto, se puede ajustar la velocidad de rotación de la banda y/o flujo de bombeo de lodos. Periódicamente un conjunto de espreas de agua a alta presión, instaladas en la parte baja de la banda superior e inferior de desagüe, lava la banda “sucia” que contuvo los lodos drenados y que fueron desalojados en la parte posterior de la banda, por medio de un raspador de lodos. La banda continúa su movimiento por la parte baja, donde inicia su limpieza para posteriormente pasar, nuevamente a la parte de desagüe de agua en los lodos. Los lodos espesados derraman a gravedad a un sistema de filtro de bandas BF-901 para la deshidratación de lodos por presión en bandas, logrando una reducción de sólidos con un contenido de humedad del 75-80%. El filtro banda consta de dos bandas (superior e inferior) las cuales pasan por una serie de rodillos que aumentan la presión de prensado. A la salida las dos bandas se separan y los lodos son separados por un raspador, tanto para la banda superior como inferior. Las dos bandas son lavadas en continuo, por medio de un sistema de espreas de pulverización de agua a presión, en compartimentos cerrados. El filtro banda cuentan con un sistema de alineación de bandas, por medio de sensores inductivos que envían la señal a un tablero de control del filtro banda, para accionar los pistones neumáticos, que abren para desplazar la banda hacía el otro extremo y así sucesivamente. Para la banda inferior se cuenta con 2 interruptores (izquierdo, derecho) y 2 más para la banda superior. Además, cuenta con un sistema de interruptor eléctrico en caso de que los interruptores de tipo neumático no funcionen, entonces, los segundos pararán automáticamente el sistema de deshidratación de lodos. Una vez obtenido la masa de lodo prensado, éste cae a una tolva que alimenta a la bomba de tipo tornillo excéntrico y esta lo envía a un contenedor de lodos, que ser dispuestos posteriormente, como mejorador de suelo y/o relleno sanitario. El sistema cuenta con un tablero de control local, que enviará una señal al PLC central para indicar al operador el status de operación del equipo.
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El filtro banda para en caso de: • • • • •
Desviación de bandas, que actúe el interruptor eléctrico. Falla de los interruptores neumáticos Baja presión de aire (menor a 5 kg/cm2) Baja presión de agua (menor a 5 Kg/cm2) Accionamiento del paro de emergencia
Para el deshidratado de lodos se tiene un (1) sistema combinado de lodos. Este combinado está compuesto por un mezclador hidrodinámico (SM-901), una mesa de espesamiento (GF-901), filtro tipo banda (BF-901) y una bomba de lodo deshidratado de tipo tornillo excéntrica. Los servicios auxiliares de este combinado de lodos son: bomba de agua de lavado (P-907/908/909), compresor de aire comprimido (C-901) y una unidad preparadora de polímero que es común para el combinado y para la mesa espesadora de lodos localizada en el digestor de lodos, este modulo compuesto por; una cuba (T-902) con tres (3) compartimentos para la preparación, maduración y alimentación, dos (2) mezcladores para la solución de polímero (MX-901/902), modulo de polímero seco (tolva de polímero seco, dosificador de tornillo), bomba de alimentación de polímero en solución (P-905/906) y una bomba dosificadora de polímero (P-911) que será utilizada en caso de utilizar polímero en emulsión. Cada combinado de lodos tiene su propio tablero de control local (TCL-10), con sistema de control automático a través de relevadores y timer’s. La operación y control de este sistema solo será operado de manera local y solo habrá señal de funcionamiento o falla en el PLC principal de la planta y es visualizado a través de la pantalla de la PC. La unidad de preparación de polímero tiene todo el control centralizado a través de un tablero local (TCL-10) y está comunicado a la operación de los combinados de lodos, para que en caso de falla de algún equipo, entonces todo el sistema detenga su operación. Para la operación y control del equipo en conjunto deberá seguir las recomendaciones preliminares por parte del fabricante del equipo, adjunto al manual de operación y mantenimiento. 1.11.2.1 EQUIPOS
Designación Número Tipo
DESHIDRATACIÓN DE LODOS BF-901 1 Filtro banda de media presión
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Limpieza Carga hidráulica máxima Ancho de Bandas Carga másica máxima (fabricante) Tiempo de Funcionamiento Carga de sólidos Flujo de Lodos (mesa-filtro) Carga másica
Designación Número Tipo Flujo máximo Motor Designación Número Tipo Flujo máximo Motor Designación Número Tipo Material
Automática / espreas alta presión 4 – 15 m /h 1.5 m 100 – 220 Kg. SST/m-h 7 días / semana 20 hrs/día 9109.2 Kg. SST/d 30.24 m /hr 303.6 Kg. SST/h – m
MESA ESPERADORA GF-901 1 Mesa 1.5 m 10 – 39.1 m /h .55 Kw (.75 HP) 440V / 60HZ / 3F BOMBA DE ALIMENTACIÓN DE LODOS P-901/902 2 Tornillo Excéntrico 7 – 25 m 3/h 7.5 Kw 10 HP 440V / 60HZ / 3F MEZCLADOR HIDRODINAMICO SM-901 1 Hidrodinámico PVC y F.F.
BOMBA DE POLIMERO LIQUIDO P-911 Designación Número 1 Tipo Pistón-membrana Flujo máximo 0-7.5 lph Concentración de la solución 0.2 – 0.5 % Motor .05 kw 0.1 HP - 460 V / 60HZ / 3F BOMBA DE SOLUCION POLIMERO P-905/906 Designación Número 2 Tipo Dosificadora tornillo Flujo máximo 370 – 1950 lph Concentración de la solución 0.2 – 0.5 % Motor 0.75 Kw 1 HP - 120V / 60HZ / 1F
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MEZCLADORES DE POLIMERO MX-901/902 2 Propela Multietapas 0.75 HP - 440V / 60HZ / 3F
Designación Número Tipo Motor
Designación Número Capacidad Motor
PLANTA DE PREPARACIÓN DE POLIMERO E-901 1 una 1.5 m 3 .25 HP .12 kw 120 V/ 60 Hz / 1F BOMBA DE AGUA DE LAVADO P-907/908/907 3 tres Vertical Multi-etapas / alta presión 13.5 m 3/h 1 /tren de lodos 1/mesa espesadora 5.5 kw 7.5 HP 440V / 60HZ / 3F
Designación Número Tipo Flujo máximo En operación Motor
Designación Número Tipo Flujo Presión descarga Motor
Designación Número Flujo Tipo Motor
COMPRESOR DE AIRE C-901 1 dos Reciprocante 0.5 - 13 m /h 7 – 9 bar 1.5 kw2 HP - 440V / 60HZ / 3F
BOMBA DE LODOS DESHIDRATADOS P-910 1 0.5 – 3.0 m 3/h Tornillo Excéntrica 4.0 Kw 5 HP - 440V / 60HZ / 3F
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B2
FUNCIONAMIENTO Y CONTROL DE LA PLANTA 2.1
GENERALIDADES
El funcionamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales según el sistema de lodos activados en el régimen de mezcla completa, es generalmente seguro y sin problemas. Los grandes volúmenes de los reactores y clarificadores, hacen que incluso las fuertes fluctuaciones de flujo, cargas de contaminantes y oscilaciones en los valores de pH, lleguen a ser amortiguados y compensados. El funcionamiento de la planta biológica no exige intervenciones permanentes, únicamente, observar y registrar regularmente los parámetros técnicos de los procesos, así como la función de las diferentes partes de la planta y todos los equipos que conforman la Planta de Tratamiento. En los siguientes párrafos se encuentran muchas indicaciones para el funcionamiento de una planta de tipo biológico. En algunos lugares se hace referencia a los detalles de las partes C y D de este manual. Ahí se encuentran las indicaciones para la frecuencia de inspección y mantenimiento y las particularidades técnicas, respectivamente. 2.2
PUESTA EN MARCHA
El primer arranque de la planta de tratamiento sólo puede realizarse bajo la dirección de un ingeniero especializado por parte de la empresa Tecnología Intercontinental, así como las empresas fabricantes de los equipos como son: sopladores Aerzen, desarenadores, cribas gruesas, cribas finas, sistema desaguado y filtrado de lodos, transporte de lodos, etc. Previo al arranque de todos los equipos, estos deberán cumplir con un check-list antes de cualquier prueba mecánica o eléctrica. Posteriormente se inicia un protocolo de pruebas eléctricas y mecánicas con los equipos sin carga y a plena carga, quedando registrados todos y cada uno de los resultados. Todos los equipos deben cumplir con los requerimientos especificados por los fabricantes. Si algún equipo se encuentra fuera de lo especificado en diseño, éste no debe ser puesto en marcha hasta que el técnico o empresa responsable verifique y avale los resultados y su operación respectiva o su reemplazo parcial o total. Los ajustes fundamentales correspondientes a cada equipo se consultan las recomendaciones de cada fabricante (ver también el manual que acompaña a los equipos y manual de datos para el funcionamiento de la planta. La puesta en marcha no autorizada de equipos, instalaciones de medición o de otras partes de la planta desliga a la firma de las obligaciones de garantía. Antes de la puesta en marcha deben ser cumplidos los siguientes requisitos:
63
•
Todos los depósitos, tanque y lagunas se llenan con agua limpia, aguas subterráneas, aguas superficiales o con otra clase de agua de baja contaminación.
•
Todas las partes de la planta, constructivas y técnicas, son concluidas de tal manera que los restos del trabajo por hacer no pongan en peligro el funcionamiento de la planta.
•
La alimentación de corriente eléctrica está instalada de manera segura.
•
El personal encargado de la vigilancia de la planta de tratamiento de aguas residuales está a disposición y al corriente de sus obligaciones.
2.2.1 AJ USTE Y VERIFICACIÓN EN CONEXIONES En los primeros días antes de realizar la puesta en marcha, los diferentes tanques o depósitos, deberá realizar la prueba respectiva de hermeticidad, neumática e hidrostática, según sea el caso, así como en tuberías de gases, líquidos y demás elementos que componen en conjunto la Planta de Tratamiento de Aguas del Municipio de Durango. La verificación en todos y cada uno de los puntos es importante antes del arranque, pues esto asegura de forma confiable no improvisar o poner en riesgo al personal de tratamiento o las instalaciones en plena fase de funcionamiento. Verificar y corregir totalmente todos aquellos puntos de falla o fugas, apretando o sustituyendo abrazaderas, tornillería y/o soldaduras. 2.2.2 INOCULACIÓN Para un arranque rápido en los sistemas de lodos activados, se recomienda realizar inoculación con biomasa adaptada o desarrollada en otras plantas de lodos activados., esto ayuda a acortar la fase de arranque y estabilización del proceso. Para una eventual inoculación hay que tener en cuenta que el nuevo lodo activado añadido sea de buena calidad. Su índice volumétrico de lodo deberá ser menor de 100 ml/g, pues esto asegura el nulo crecimiento de organismos filamentosos e impide que se tenga una mala calidad en el efluente por arrastre de sólidos. Si se diera el caso de utilizar lodo de otra instalación como inoculo, habría que evaluarse con el departamento de operación de la empresa Tecnología Intercontinental para seleccionar la manera y cantidad más adecuada. En ningún caso deberá añadirse más lodo del que corresponde a un contenido de sólidos suspendidos totales de 0.5 Kg.SST/m3, en la parte correspondiente al licor mezcla de los reactores de lodos activados.
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Ejemplo de cálculo: 65
Se desea conocer la cantidad de inoculo de lodo activado a utilizar para el reactor T-401 con capacidad de 6,350 m 3. ¿Cuál es la cantidad requerida de lodo? 6,350 m³ * 0.5 Kg SST/m³ = 3175 Kg SST Si se dispone lodo activado del RAS de una Planta de Tratamiento, entonces, se asume una concentración del 1.0 % o 10 Kg SST/m³, por lo que la cantidad máxima de lodo inoculado equivaldrá a: Vol. Lodos
= (3,175 Kg SST) / (10 Kg SST/m3) = 317.5 m3
2.2.3 FASE DE ARRANQUE Durante la fase de arranque se instalan todos los parámetros de control técnico con la máxima seguridad. Por lo general, el contenido de oxígeno en la fase de arranque llega a regularse o ajustarse automáticamente entre valores mínimos de: Mínimo
1.0 mg O2/lt
Máximo
2.5 mg O2/lt.
Durante la fase de arranque hay que vigilar y controlar todos los parámetros técnicos de operación y procesos. Todos los cambios y fallas de funcionamiento que se presenten hay que comunicarlos inmediatamente a la empresa Tecnología Intercontinental. En ésta fase se debe hacer una transmisión periódica de los datos de medición actualizados vía e-mail. El lodo activado se forma relativamente rápido, pero durante las dos primeras semanas se puede presentar formación de espuma ya que la cantidad de lodo o biomasa, aún es insignificante, continuamente está sobrecargados los reactores. Según el tipo de agua residual, la carga inicial, la temperatura del agua, así como de la cantidad de lodo inoculado pueden determinar el periodo de la fase de arranque que oscila entre 2 y 4 semanas.
2.2.4 FASE DE FUNCIONAMIENTO De la etapa de arranque se pasa de inmediato a la verdadera fase de funcionamiento. Esta primera etapa se da por concluida cuando se logran los valores establecidos en el diseño (contenido de sólidos en los reactores de lodos activados y la relación F:M) o cuando se trata el 100% de la carga de llegada a la planta, sin que exceda el valor para la cual fue diseñada. Al alcanzar la fase de funcionamiento, el contenido de oxígeno en el tanque de lodos activados, según el tipo de planta, se reduce respecto a los valores de oxígeno ajustados inicialmente a los valores definitivos. Durante el paso de la fase de arranque a la de funcionamiento todos los parámetros técnicos de operación y proceso deben ser seguidos y registrados detalladamente. También aquí recomendamos comunicar inmediatamente a Tecnología Intercontinental todos los cambios y fallas de funcionamiento presentados en la fase de arranque. Todos los valores de medición deberán corresponder análogamente a nuestros datos precedentes. Todos los datos y series de mediciones deben almacenarse. Se recomienda el envío regular de resultados diarios y de resultados de medición oficiales a nuestra empresa. Para problemas sobre la tecnología de operaciones y procesos podemos darles inmediatamente nuestras recomendaciones y también asistirles en el funcionamiento de la planta con nuestra experiencia. Aquí se recomienda el hacer un contrato de asistencia relativamente provechoso con nuestro departamento de operación. 2.2.5 PROGRAMA DE ARRANQUE Para el arranque de la Planta de tratamiento de Aguas del Municipio de Durango, se tiene contemplado iniciar operaciones con los reactores totalmente llenos de agua limpia, así como el clarificador. Una vez lleno de agua limpia, se pone en funcionamiento un soplador (BL-601) asegurándose previamente que todas las válvulas de los disparos de alimentación de aire a los difusores se encuentren totalmente abiertos. Posteriormente se verifica que la aireación del licor mezcla se observe homogénea sin borbotones o zonas de alta turbulencia que implique el mala transferencia de oxigenación. El siguiente paso consiste en operar la rastra y las bombas de recirculación. Una vez asegurándose del buen funcionamiento del clarificador, se procede a operar el bioselector. La instrumentación deberá estar totalmente calibrada para iniciar el periodo de alimentación de carga al reactor. Se considera que el arranque se realizará utilizando inoculo de alguna instalación de tratamiento existente, por lo que se llevará a cabo el arranque al reactor T-401/501, de la siguiente forma:
66
PROGRAMA DE ARRANQUE PARA REACTOR DE LODOS ACTIVADOS T-401/501 FLUJO ALIM.
FLUJO ALIM.
TIEMPO ALIM.
% 10%
m3/d 2,592
lps 30.0
d 2.0
CARGA ORGANICA Kg Kg DQOT/d DBO/d 1360.8 648.0
Remoción
SSLM
F/M
WAS
% 70%
Kg/m3 0.50
KgDQO/KgSS- KgDBO/KgSSd d 0.43 0.20
[kg SS/d] n/a
20%
5,184
60.0
2.0
2721.6
1296.0
70%
0.76
0.57
0.27
n/a
50%
12,960
150.0
3.0
6804.0
3240.0
80%
1.72
0.62
0.30
n/a
70%
18,144
210.0
2.0
9525.6
4536.0
80%
2.75
0.55
0.26
3266
100%
25,920
300.0
2.0
13608.0
6480.0
90%
3.19
0.67
0.32
4666
100%
25,920
300.0
3.0
13608.0
6480.0
90%
3.47
0.62
0.29
5249
100%
25,920
300.0
2.0
13608.0
6480.0
90%
3.47
0.62
0.29
5249
100%
25,920
300.0
2.0
13608.0
6480.0
90%
3.47
0.62
0.29
5249
100%
25,920
300.0
3.0
13608.0
6480.0
98%
3.47
0.62
0.29
5249
Semana Periodo CARGA
1a
2a
3a.
67
Tabla 4. Programa de arranque con inoc ulación
La tabla anterior, es solo una guía del balance de cargas que deberán alimentarse en cada reactor y sólo podrán variarse, de acuerdo a las condiciones de alimentación que se presenten y del comportamiento real del influente que ingresa a la Planta de Tratamiento. Para garantizar el éxito del arranque, éste deberá coordinarse con personal técnico de Tecnología Intercontinental, S.A. de C.V., así, como la realización de los análisis de control y llenado de la hoja de datos. El envío de ésta información a oficinas, puede ser por vía e-mail o mensajería y durante el arranque deberá enviarse semanalmente para su análisis.
2.3
GARANTIA
Para la garantía de la tecnología de operaciones y procesos de la empresa Tecnología Intercontinental hay que tener en cuenta y cumplir necesariamente algunos puntos: 1. El anteriormente descrito modo de proceder de la empresa Tecnología Intercontinental sólo se puede cambiar con un acuerdo y con una aprobación escrita. 2. Todos los valores de medición son para incluirlos y documentarlos regularmente de manera análoga a las instrucciones.
3. Todos los valores y series de medición se acumulan semanalmente y se envían a Tecnología Intercontinental (por correo electrónico). 4. La técnica de medición y equipos se espera que corresponda a las instrucciones. La falla de un aparato de medición o de un equipo así como particularidades en el funcionamiento de la planta hay que comunicarlos lo más pronto posible a la empresa Tecnología Intercontinental. 2.4
INSTALACION ELECTRICA / TABLERO DE CONTROL
Por lo general la totalidad de máquinas, grupos de bombas, sopladores e instalaciones técnicas de medición son controlados por un tablero central de control. Para una parte de las instalaciones técnicas de medición o también para sopladores de instalación no central existen tableros previstos para un servicio local. También estos tableros están conectados con el central mediante direcciones de control o señales de conducción de medición. El tablero de control está dividido lo más posible en diferentes sectores lógicos. Junto a la alimentación y junto a una eventual distribución interna existe en la mayoría de los casos una subdivisión en los siguientes sectores: • • • • •
Estación de bombeo de agua de entrada Depuración previa Registro y regulación Control de sopladores Contenido de lodo
INSTRUCCIÓN DE SEGURIDAD Para todos los trabajos en el tablero de control hay que tener en cuenta necesariamente las instrucciones para la prevención de accidentes. Adicionalmente indicamos que en caso de fallas de funcionamiento o cambios de las conexiones el abrir el tablero de control, así como los trabajos en el lugar o en el mismo tablero de control, sólo puede ser realizado por personal especializado o personal expresamente autorizado.
68
2.5
INSTALACIONES PARA MEDICIONES TÉCNICAS
En la planta de tratamiento biológico se presentan las siguientes instalaciones fijas de mediciones técnicas: •
Medición cuantitativa de entrada y salida de agua
•
Medición de oxígeno
•
Medición de niveles en tanques
•
Medición de presión del sistema de conducción de aire
A estas instalaciones fijas se pueden añadir diferentes aparatos de mediciones técnicas: •
Instrumento portátil de medición de oxígeno
•
Instrumento portátil de medición de pH
•
Instalaciones de laboratorio de mediciones técnicas, para la determinación del contenido de partículas en las aguas residuales DBO 5, DQO, valores de N, valores de P)
•
Instalaciones de laboratorio para determinar el contenido de sólidos suspendidos totales
•
Y pérdida por calcinación (sustancias volátiles)
2.6 CONTROL TRANSITORIO
DEL
CAUDAL
DE SALIDA / ALMACENAMIENTO
Una vez separado el lodo del agua tratada, ésta última fluye hacia la parte superior del clarificador en donde encuentra una tubería de descarga, para conducir el efluente tratado hasta un tanque y posteriormente se canaliza a un canal de concreto y derrame a gravedad el flujo. Las grandes cantidades de agua de lluvia u otros valores hidráulicos considerables pueden ser tomados por las grandes superficies de los depósitos y almacenados transitoriamente. La mayoría de las veces no son necesarios depósitos de retención de lluvia separados, esto lo amortigua muy bien el sistema en conjunto de la Planta.
69
2.7
CONTROL DEL CONTENIDO DE OXIGENO
La observación y control de la cantidad de oxígeno juega un papel central en las plantas de sistema Biológico. Esto es válido tanto desde el punto de vista técnico como igualmente para el modo de funcionamiento económico de la totalidad de la planta. Ya que, especialmente para las plantas grandes, los costos de energía para la aireación constituyen una parte esencial de los costos de operación; el objetivo es alcanzar resultados de degradación para una operación lo más económica posible. Para el control del contenido de oxígeno, la planta está equipada con medidores que trabajan automáticamente, monitoreando constantemente el contenido de oxígeno disuelto en los reactores de lodos activados y digestor de lodos biológico. Adicionalmente, para el funcionamiento de los sopladores de la planta se provee de un control de tiempo que los activa durante periodos seleccionados en un intervalo de 24 horas. De ésta manera se logra un control automático y económico que permite el ahorro de energía.
2.7.1 CONTENIDO DE OXÍGENO Y NITRIFICACIÓN En la literatura profesional se menciona a menudo que la nitrificación (esto es la degradación de amonio a nitrato a través de nitrito), sólo es posible manteniendo una determinada concentración de oxígeno que depende de la temperatura. Para valores de temperatura del agua de 5 a 15 grados se requieren valores de por lo menos 1,0 a 2,5 mg O2/l. +
-
NH4 ⎯→ NO2 ⎯→ NO3
-
Ya que las plantas biológicas funcionan con una muy baja F:M es posible, según nuestras experiencias, una nitrificación completa con valores de oxígeno muy pequeños y mediante el sistema puede ocurrir la desnitrificación dentro del mismo reactor de lodos activados. Para asegurar la reacción de nitrificación en la zona de aireación los valores de ajuste recomendables son un contenido de oxígeno son del orden de 1.0 a 1.5 mg O 2/l. En caso de duda el abastecimiento de oxígeno puede ajustarse según los valores de amonio (N-NH 4) medidos en el efluente final. Si estos valores de amonio en el efluente aún son altos hay que aumentar el oxígeno un poco, para lograr la completa conversión u oxidación. Es importante verificar que los medidores de oxígeno estén bien calibrados para asegurar un buen residual disponible.
70
2.7.2 NIVEL BIOLÓGICO 1 El primer nivel biológico de una planta biológica está siempre equipado de un medidor de oxígeno que permite ajustar y controlar el nivel de oxígeno en la zona de aireación, asegurando con ello el funcionamiento económico de la planta para asegurar una alta eficiencia en la nitrificación, para lograr un residual alto de nitratos en el licor mezcla Los valores límites del control de oxígeno en caso normal hay que conservarlos dentro de los siguientes parámetros: Valor-mínimo
1.0 mg O2/l
Valor-máximo
2.0 mg O2/l
2.7.3 SOPLADOR BASE Para el aprovechamiento de la distribución de oxígeno, deben estar conectados en operación continua (posición 1 "manual") preferentemente 1 ó 2 y complementar la operación vía oxígeno con los restantes sopladores, según la cantidad de O 2 existente. Estos "sopladores base" deben funcionar independientemente de la demanda de oxígeno y/o el contenido de oxígeno. En periodos de baja carga o paros en producción en las fábricas de Síntesis y Fermentación, es de suma importancia al menos mantener 1 soplador en funcionamiento para asegurar la mezcla mínima dentro del tanque y evitar zonas de acumulación de sólidos (zonas muertas). La operación de los sopladores no debe funcionar en forma intermitentemente, se recomienda mantener en forma permanente la operación de 1 a 2 sopladores vía MANUAL y un tercer soplador vía oxígeno. La modulación de la operación de sopladores, estará en función al contenido de oxígeno disuelto en el licor mezcla.
2.7.4 ASEGURAMIENTO DE LA MEZCLA MÍNIMA En períodos de poca carga o de carga parcial en la fase inicial, se exige frecuentemente menos demanda de aire para la degradación biológica que para la mezcla mínima en el reactor de lodos activados. Una mezcla mínima, insuficiente, se reconoce claramente porque el lodo activado no se mantiene completamente en suspensión, se observan zonas claras o sobrenadante del licor mezcla. Si las medidas de los sólidos suspendidos totales en el mismo punto pero a cortos intervalos de tiempo (casi un día) dan valores muy diferentes, esto es debido a que no se tiene un mezclado suficiente.
71
Para la toma de muestras, se recomienda que se realice cuando se tienen 2 sopladores en operación. La toma de muestra deberá ser cercana a la pared de la zona 1 y/o del punto de mayor mezcla. Para el funcionamiento seguro de la planta de tratamiento la cantidad de mezclado específico exigido es de:
[0.15
0.3]
a
⎡ m3 ⎤ ⎢ ⎥ Volumen Re actor ⋅ Hora ⎣ m 3 ⋅ h ⎦ m3
m3
Aire
La cantidad de aire de mezclado se calcula según:
Cantidad especifica aire para mezcla
=
Cantidad de aire del soplador ⎡ m3 ⎤
⎢ 3 ⎥ ⎣m ⋅ h ⎦
Volumen del Reactor
Ejemplo de cálculo : Volumen de tanque de Lodos Activados:
6350 m³
Cantidad a entregar por 1 soplador Aerzen:
3228.12 m³/h
Cantidad especifica circulacion
de
de
aire
=
3228.12
3
m h
6350 m 3
= 0.50
m
3
m ⋅h 3
Nota: El suministro de aire de 1 soplador, cumple con el requerimiento mínimo para mezcla.
El mezclado dentro del tanque de lodos activados, se asegura con la operación de 1 soplador. Si manteniendo él (los) soplador (es) base, los residuales de oxígeno, son menores a 1.0 ppm, entonces, será necesario complementar la operación ó alternar 1 ó más sopladores.
72
Un soplador base (manual) debe mantenerse las 24 hrs, y los 365 días del año. Un segundo soplador puede funcionar en la forma Auto (Timer) por periodos cortos de funcionamiento y periodos largos de paro, para evitar el continuo arranque y paro de los equipos. Se recomiendan los siguientes valores para los tiempos de reposo y funcionamiento de los sopladores adicionales: •
Tiempo de reposo (paro) 4 horas
•
Tiempo de funcionamiento mínimo 30 minutos
No se aconsejan cortos descansos o cortos tiempos de funcionamiento con miras a la carga del soplador y a la mezcla insignificante del tanque de lodos activados. 2.7.5 CONTROL DE TIEMPO Los sopladores nunca deben funcionar en un tiempo muy corto de arranque y paro, estos deben de ser operados en intervalos más prolongados, con una alternancia semanal o quincenal, según lo decida personal de operación. La secuencia de operación de los sopladores será ajustada inicialmente por el Ingeniero de Tecnología Intercontinental. Posteriormente ésta puede ser ajustada por el supervisor de la planta de común acuerdo con el Ingeniero de Tecnología Intercontinental, para permitir que la operación de los sopladores corresponda a las demandas de oxígeno reales. Por ejemplo, el controlador de tiempo puede ser usado para encender o apagar un soplador para proveer el mezclado necesario durante los fines de semana (sábado y domingo) que son días de poca carga en algunas plantas.
2.8
CONTROL DEL CONTENIDO DE LODO
La función básica del clarificador es la de separar líquidos de sólidos, concentrar y retornar sólidos. El clarificador no está diseñado para usarse como tanque de almacenamiento de sólidos. Es buena práctica operar el clarificador con la menor cantidad/inventario de sólidos posible. Una cama de lodos de 30-120 cm en el fondo del clarificador es normal. La acumulación mínima de lodos puede obtenerse al remover sólidos en el mismo volumen que entran al clarificador. El testigo de lodos (tubo transparente con marcas para medir profundidad) se usa con este propósito. Estas mediciones se deben hacer en varios lugares a lo largo del clarificador para determinar la profundidad promedio. Si los sólidos se están acumulando, el flujo de recirculación de lodos se deberá aumentar. Sin embargo, las fluctuaciones normales en la carga del afluente pueden originar que el nivel de sólidos varíe. La experiencia en la operación del proceso le ayudará a decidir cuándo hay que cambiar el flujo de recirculación de lodos.
73
Los sólidos se depositarán por gravedad si su gravedad específica es apenas mayor que la del agua. La sedimentación por gravedad depende de la concentración de sólidos suspendidos en el tanque de lodos activados y de las propiedades de sedimentación de los sólidos/microorganismos. El Indice de Lodos (IVL) es una medida que se usa para caracterizar la facilidad con la que los sólidos se depositan y es la relación entre volumen de lodo y el contenido de sólidos suspendidos totales (ml/g). El IVL debe estar generalmente entre 60 y 120. La remoción de sólidos en el clarificador secundario se logra a través de una bomba de recirculación. Los lodos son regresados a la etapa inicial del proceso (Bioselector) o también se utiliza esta vía para el desecho o purga de lodos en exceso (WAS). El efluente final sale a través de los vertedores que se encuentra en la superficie del clarificador. Antes de discutir los procedimientos usados en el control de proceso, es importante enfatizar que todas las variables que afectan el proceso están relacionadas. En otras palabras, un cambio en una variable produce cambios en otras. De manera similar, cambios hechos en la cantidad de lodos de retorno y de desecho producirán modificaciones o afectarán otros parámetros del proceso como: requerimientos/uso de aire; capacidad de sedimentación de los sólidos, tiempo de retención de sólidos (SRT); relación de comida a microorganismos (F/M), y la concentración de sólidos suspendidos (SSV).
2.8.1 RECIRCULACIÓN DEL LODO El sistema de retorno de lodos ha sido diseñado para proveer un flujo de hasta 100% del flujo promedio de la planta (Q). El sistema de retorno de lodos es operado en forma continua. Generalmente, no es deseable purgar lodos cuando la concentración de los lodos mezclados en el tanque de lodos activados es menor a la teórica. Es necesario vigilar la profundidad de los lodos en el clarificador y el IVL para ajustar/afinar el flujo de operación del sistema de recirculación de lodos. Como regla general para afinar el flujo de recirculación, se utiliza la siguiente base; 2 veces la concentración de SST del RAS con respecto a los SSLM, es decir, si el flujo del RAS nos permite mantener una concentración 1.5 ó 2.0 veces mayor a los SSLM, entonces, el flujo es idóneo para la operación. Note que no debe ser necesario ajustar a menudo el flujo de operación del sistema de retorno de lodos activados (RAS). Gracias a la estabilidad del proceso biológico, las fluctuaciones en la carga y flujo del influente, pueden ser tolerados sin hacer cambios del flujo de operación en el sistema de recirculación de lodos. Cuando se efectúan cambios, estos deben ser hechos gradualmente y con suficiente tiempo (4 a 5 días) entre ajustes para poder evaluar los efectos de cada uno en el proceso.
74
2.8.1.1 REGULACIÓN DE LA CANTIDAD DE LODO DE RECIRCULACIÓN. El volumen de lodo extraído es dependiente del contenido de sólidos suspendidos totales, de las propiedades de sedimentación del lodo y de la carga hidráulica de la unidad de depuración posterior o clarificación. La mejor instalación resulta si se cumplen los siguientes objetivos: A1
El lodo debe llegar a concentrarse lo más posible. Para esto se tiene que disponer de suficiente tiempo de concentración.
A2
El nivel de lodo, la capa entre la superficie del agua y el lodo, deberá estar lo más alto posible. Con ello se alcanza un efecto de filtración óptimo de los lodos, aprovechando el nivel de la cama de lodo.
B1
El tiempo de tratamiento del lodo en la unidad de depuración posterior tiene que limitarse. Si permanece demasiado tiempo en el clarificador se desencadenan procesos de degradación anaerobia que pueden llevar a la putrefacción y flotación del lodo.
B2
No se puede arrastrar ningún lodo a la salida de las aguas residuales.
Los objetivos A1 y A2 impiden los objetivos B1 y B2. El volumen de extracción no debe ser, consecuentemente, ni demasiado grande ni demasiado pequeño. En el funcionamiento inicial se deben efectuar sólo variaciones si en el tanque de lodos activados se ha colocado el contenido de lodo deseado y con ello existe un funcionamiento estable. Se observa hasta dónde se alcanzan los objetivos A1, A2, B1 y B2. Se espera hasta que el sistema se haya estabilizado. Hay que recordar que mientras más pequeño es el índice de lodo mejor será el posible grado de sedimentación y separación del lodo. Buenos valores para el índice de lodo son de 80 ml/g. Para valores del índice de lodo por encima de 150 ml/g el proceso de concentración llega a ser progresivamente insatisfactorio. Para encontrar el mejor flujo de extracción de lodos del clarificador se debería observar de manera esmerada la unidad de depuración posterior además en períodos de máximos hidráulicos o tiempo de lluvias. 2.8.2 DESALOJO DEL EXCEDENTE DE LODO En la fase de arranque de una planta de tratamiento de aguas residuales el lodo activado aumenta más o menos según la concentración y cantidad de aguas residuales. Si se alcanza el contenido deseado de sólidos suspendidos en el reactor de lodos activados, se le puede llegar a extraer al sistema biológico el excedente de lodo.
75
El contenido de sólidos suspendidos totales que se desea en el depósito, se ajusta a la F:M planeada. Por otra parte el desalojo de lodo, es dependiente de la temperatura del agua, del tipo de agua residual y de la capacidad de depuración que se pretende. 76
2.9
CARGA DEL SISTEMA, F/M Un valor típico aproximado para una planta de tratamiento es una F/M relacionada a la DBO5 de 0.1 a 0.15 Kg DBO/Kg SSV .d. El siguiente ejemplo de cálculo muestra como realizar el ajuste.
2.10 FUERTES OSCILACIONES DE CARGAS Con las fuertes oscilaciones estacionales de las cargas hay que adaptar el contenido de lodo a la correspondiente carga. En caso de duda se elige más bien una F/M pequeña que no resultará demasiado grande para producir reservas. Si se espera un pico máximo de carga por incremento en la producción se debería, ya algunas semanas antes, subir el contenido de lodo al valor necesario. Aquí se exige una cierta carga mínima y que se cuenten con los nutrientes para el crecimiento de las bacterias. Ejemplo de cálculo:
(1)
Cantidad de aguas residuales
25,920 m 3/d
(2)
Concentración-DBO5 en la entrada de agua
240
(3)
Volumen del depósito
6,350 m3
(4)
F:M de operación
0.31KgDBO/Kg SSV .d
(5)
Carga diaria = DBO entrada . Cantidad de aguas residuales
Carga diaria
= 0.240
(6) Contenido
de
Kg DBO m
3
S .S .V.
⋅ 25,920
teórico =
m
3
d
0.31
Kg DBO d
Carga diaria F : M ⋅ Volumen
6,220.8 Contenido de S .S .V . teórico=
= 6,220.80
mg/l
del
deposito
Kg DBO
Kg DBO Kg SST ⋅ d
d
⋅ 17,000 m3
= 2.00
Kg SSV m3
El retiro del lodo excedente debe empezarse, o bien, continuarse cuando el contenido de S.S.V. en el tanque de lodos activados sobrepase en 10% al contenido teórico. En el ejemplo de cálculo indicado sería: 2.00 * 1.1 = 2.20 Kg SST/m3 La determinación de los S.S.V. debe efectuarse diariamente para evitar un error en la medida o una medida casual no lleven a decisiones erróneas.
77
2.11
EXTRACCIÓN DEL EXCEDENTE DE LODO
El desecho de lodo excedente es la forma principal de controlar el proceso de aireación convencional. El tiempo medio de retención celular (TMRC). F/M, SST, SSV y la capacidad de proceso del sistema son todos controlados por el programa de desecho de lodos. Aumentar la cantidad de desecho de lodos disminuirá el TMRC, SSV y SST y aumentará la relación de comida a masa de sólidos (F/M). En forma similar, lo opuesto ocurre cuando se disminuye la cantidad de desecho de lodos. Comparándolo con la recirculación de lodos, el desecho de lodos es bastante esporádico. Generalmente se diseña para un periodo de 3 y 4 veces al día por periodos de 30 a 60 minutos cada vez, pero para el caso de la PTAR Durango Sur se ha calculado el equipo de filtración de lodos para mantener una purga constante de 20 hrs diarias. Después del inicio de operaciones, el desecho de lodos no será necesario hasta que la concentración de sólidos suspendidos (SSV) llegue al nivel de diseño.* Esto puede demorar de 2 a 8 semanas dependiendo en la carga del influente y si se agregaron lodos activados de alguna planta ya en operación. El propósito directo de desechar sólidos es el de mantener constante la concentración de sólidos suspendidos (SST) y de sólidos volátiles suspendidos (SSV) en el tanque de lodos activados. Si estas concentraciones aumentan gradualmente arriba de los niveles deseados, entonces la cantidad de sólidos desechados debe aumentarse. Esto se logra al aumentar el tiempo de desecho durante el ciclo de purga. Los efectos de este cambio deben ser evaluados por 2-3 días antes de hacer otro ajuste. Sin embargo, gracias a la naturaleza estable del proceso, los cambios radicales en el ciclo de desecho no serán necesarios. *NOTA: Dependiendo de la carga del influente durante el inicio de operaciones esto puede ser mucho menos que la cantidad estipulada en la Sección Anterior. Por favor consultar con el Departamento de Proceso de Tecnología Intercontinental si necesita asesoría. 2.11.1 REGLAS PARA EL DESECHO DE LODOS 1. Ajuste el tiempo de desecho para mantener la concentración de sólidos deseada en el sistema. 2. No deseche de más o no habrá suficiente masa biológica en el tanque lodos activados cuando cargas máximas entren a la planta. 3. Para aumentar la cantidad de sólidos en la zona de aireación disminuya la cantidad de lodos de desecho (disminuya la relación F/M).
78
-
Efectos a largo p lazo de desechar de más:
Desechar demasiado en una forma prolongada reducirá la edad de los lodos (TMRC) lo que producirá lodos jóvenes caracterizados por la sobreabundancia de colonias recién desarrolladas en el sistema y que provocan una característica lechosa al efluente.
-
Efectos a largo plazo de desechar muy poc o:
Desechar muy poco aumentará la edad de lodos (TMRC) lo que producirá lodos más viejos que son caracterizados por una tasa de respiración baja y un efluente turbio.
-
Control d e desecho en for ma efectiva:
Este es un ajuste al proceso a largo plazo (en otras palabras, los resultados no son inmediatos), el cual requiere por lo menos una edad de lodos para determinar los efectos. Cuando los requerimientos demandan que se hagan cambios en los tiempos de desecho el mejor procedimiento es hacer cambios con incrementos sucesivos de aproximadamente 20% o menos y registrar los resultados de cada cambio. Esto es necesario para prevenir choques al proceso. Cuando los cambios dan resultados positivos, mantenga este nuevo nivel por aproximadamente tres días hasta que la mejora sea confirmada. No importa cómo o cuándo el operador deseche sólidos, pero la regla más importante a seguir es la de hacer los cambios despacio. De esta manera, las variaciones radicales en las concentraciones de SST y SSV son evitadas. Si el contenido de lodo sobrepasa los valores de sólidos suspendidos hasta ahora descritos o si la F:M está claramente por debajo de los valores aproximados o de los valores recomendados por nosotros, se debe retirar lodo del sistema.
79
2.11.2 INSTALACION PARA EL RETIRO DEL EXCEDENTE DE LODO En caso normal la planta de tratamiento está equipada con un sistema automático para el retiro o extracción del excedente de lodo. Si no es así, el retiro del excedente de lodo se realiza manualmente. La orden descrita arriba para el retiro de lodo es para efectuarla con la más alta concentración posible. 2.11.3 OTRO TRATAMIENTO MÁS DEL EXCEDENTE DE LODO El excedente de lodo dirigido al sistema de espesamiento o al sistema de deshidratado no necesita en caso normal más tratamiento. Con cargas orgánicas bajas en una planta, el excedente de lodo transportado está de tal manera parcialmente mineralizado que por lo general no se presentarán malos olores. Aunque si se presentan problemas semejantes se puede añadir un poco de cal en forma de cal viva. 2.11.4 ENTREGA Y APROVECHAMIENTO DEL LODO EXCEDENTE Después de un largo periodo de tiempo el lodo retenido en el Digestor de lodos T-901 puede ser utilizado directamente en agricultura o aprovechado en los campos, si el caso fuese evitar la filtración en el filtro banda. En casos raros se prescribe otra utilización. 2.11.5 PRESCRIPCIONES LEGALES Las medidas legales prescritas respecto a los metales pesados y otras sustancias contenidas en el lodo hay que llevarlas a la práctica y observar las condiciones sobre los tipos y el momento de aprovechamiento. Muchas medidas han confirmado que el lodo de clarificación mineralizado y almacenado es un extraordinario suministro de nutrientes y que sirve para el mejoramiento del suelo. Para verificar estas condiciones deberá realizar un análisis CRETIB donde nos presentarán un análisis completo en cuanto a corrosividad, reactividad, explosividad toxicidad, inflamabilidad, bacteriológico.
80
B3
OBSERVACIÓN DE LA S MEDICIONES TÉCNICAS DE LA PLANTA B 3.1 INDICACIONES GENERALES PARA LOS EQUIPOS DE MEDICIÓN Para juzgar el funcionamiento de la planta son necesarios diferentes equipos de medición. Según el deseo del cliente o bien según los requisitos oficiales se pueden presentar los siguientes equipos de medición: •
Medida cuantitativa
Entrada / Salida
•
Medida de temperatura
Entrada / Salida
•
Medida de oxígeno
Tanque de Lodos Activados
•
Medida de oxígeno
Salida
•
Medida nivel de lodo
Clarificador secundario
Los aparatos de medición por separado se componen en general de un electrodo situado en el lugar de medida (p.e. sensores de pH en el conducto de entrada) y de un transmisor de medición que la mayoría de las veces está integrado en el tablero de control. Este transmisor convierte/transforma la señal de medida en una corriente continua o en una señal de tensión continua, de tal forma que los valores medidos se pueden registrar en la PC, donde habrá una pantallas para la tendencia de gráficas de pH, Flujos (alimentación y salida), Temperatura, Nivel de tanques y oxígeno disuelto. 3.2
FRECUENCIA DE MEDICIÓN Y TOMA DE MUESTRAS
Junto con las mediciones tratadas en el apartado 3.1 se pueden llevar a la práctica otras mediciones manuales o analíticas de laboratorio, según el tamaño de la planta y condiciones oficiales. Para la frecuencia de medición no se puede dar una regla general definitiva, más bien debe ser fijada conjuntamente dentro del margen de la puesta en marcha. Esta recomendación sirve como guía, así como las hojas de operación que deben adaptarse a las condiciones del lugar de su planta. Se recomienda realizar las mediciones y la toma de muestras para análisis con una frecuencia aproximada de cada 2 a 4 horas, para que todos los valores no se tomen en el mismo tiempo. A través de ese traslado diario de las mediciones se obtiene después de poco tiempo una visión rápida sobre las oscilaciones de la carga en el transcurso de un día. Se recomienda la siguiente frecuencia de medición en reactor de lodos activados.
81
Diaria: Parámetro a medir
Punto de medida
Sólidos sedimentables
Influente (muestra compuesta) Efluente final (muestra simple)
Valor pH
Influente (muestra compuesta) Lodos Activados Efluente final (muestra simple)
Temperatura
Influente (muestra compuesta) Lodos Activados Efluente final (muestra compuesta)
Profundidad de visión
Clarificador secundario
Contenido de oxígeno
Lodos Activados Efluente final (muestra simple)
Flujos de alimentación
Indicaciones del contador
Horas de funcionamiento del soplador
Indicaciones del contador
Presión del sistema de aire
Manómetro en tubería de aire
82
Diariamente alternado: 83
Parámetro a medir
Punto de medición
Volumen de lodo
Lodos Activados Recirculación de lodos
Contenido SST,SSV
Lodos Activados Recirculación de lodos
DBO(5)
Influente (muestra compuesta) Efluente final (muestra simple)
DQO
Influente (muestra compuesta) Efluente final (muestra simple)
N-NH3
Influente (muestra compuesta) Efluente final (muestra simple)
N-NO3
Efluente final (muestra simple)
Fósforo Total
Influente (muestra compuesta) Efluente final (muestra simple)
Grasas y Aceites
Influente (muestra compuesta) Efluente final (muestra simple)
Color
Influente (muestra compuesta) Efluente final (muestra simple)
Turbidez
Influente (muestra compuesta) Efluente final (muestra simple)
SAAM
Influente (muestra compuesta) Efluente final (muestra simple)
Los datos diarios y semanales se registran en la hoja de datos de operación. Adjunto podrá encontrar estas hojas que están especialmente diseñadas para las plantas del sistema de tratamiento. Estas se pueden enviar a la empresa Tecnología Intercontinental como hojas sueltas o como archivo anual.
3.3
MEDICIONES DE LA BORATORIO
En caso de que hayamos suministrado también la instalación del laboratorio para su planta, se llegan a montar las distintas técnicas de laboratorio durante el tiempo de la puesta en marcha. 3.4
MANEJO DE LAS HOJAS DE DATOS DE OPERACIÓN
Por lo general reciben de nosotros un formato de hojas de datos de operación estándar que contiene columnas reservadas y que se adapta durante la instalación a la planta en específico. Las medidas y análisis requeridos están ordenados y hay que anotarlos de forma que se puedan leer correctamente.
84
B 4 FALLAS 4.1
FALL AS EN EL CONTENIDO BIOLÓGICO
Los problemas en el contenido biológico se notan la mayoría de las veces por oscilaciones o cambios de parámetros importantes como son: concentración de oxígeno, valor del pH a la salida, presencia de espuma en los reactores, presencia de olores desagradable, cambio de coloración en el lodo, etc. El reconocimiento de estos desajustes biológicos requiere de alguna experiencia y un esmerado análisis de observaciones y medidas de datos. Para esto pida consejo a la empresa Tecnología Intercontinental si las causas de las fallas no se saben, o no se pueden reparar a corto plazo. 4.1.1 CAMBIOS DE COLOR DEL LODO Cada planta muestra un lodo activado típico para cada tipo de aguas residuales y para la forma de funcionamiento, también puede ser diferente. Un lodo fresco posee por lo general un color desde café intenso hasta café claro. Algunas plantas industriales con un lodo café oscuro hasta negro constituyen una excepción. Más importante que el color mismo son los cambios de color. Cambios hacia gris y negro muestran casi siempre alteraciones en el equilibrio biológico. Junto con el cambio de color se presenta a menudo un ligero olor putrefacto. Las causas posibles de estos cambios pueden ser: •
Abastecimiento insuficiente de oxígeno
•
Entrada de agua residual ácida
•
Entrada de agua residual sumamente alcalina
•
Introducción de sustancias tóxicas como, metales, PCB´s, detergentes o aceites.
•
Un exceso de carga orgánica a la planta, que el oxígeno disuelto sea insuficiente para mantener el nivel deseado.
•
Mal funcionamiento de la recirculación del lodo ó bien ésta es insuficiente.
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4.1.2 DESCENSO DEL VALOR DEL PH Aguas residuales con contenidos de baja alcalinidad, son muy susceptibles a una limitada capacidad de amortiguamiento de ácidos contenidos en el agua residual, lo que puede resultar en un descenso fuerte del pH en los reactores de lodos activados, principalmente en aquellos sistemas donde se opera bajo el régimen convencional. Los reactores de mezcla completa tienen mayor capacidad de amortiguar las variaciones de pH. Un valor bajo de pH de 6.8 en el efluente el tanque de lodos activados o clarificador, hay que tomarlo como un problema serio, porque afecta directamente la actividad de las bacterias principalmente si existen bacterias del tipo nitrificante, reduciendo así, la tasa de nitrificación y por otra parte, el floc de lodo activado pierde adhesión entre bacterias haciendo que éste se disgregue o fragmente. Es importante mantener un rango de pH del orden de 7.0 a 8.5. Si en operación normal el valor de pH se encuentra fuera del límite inferior ó superior, es indispensable utilizar algún ácido (ácido sulfúrico) ó cáustico (sosa cáustica) según sea el caso. En el diseño de la Planta, no se ha considerado la adición de algún tipo de ácido o álcali, dado la naturaleza del agua residual municipal que aportan una cierta cantidad de alcalinidad. Si fuese el caso necesario, entonces, la adición deberá realizarse al final de los desarenadores. 4.1.3 LODO ABULTADO O HINCHADO Un lodo activado que muestra un alto índice volumétrico (IVL) fuera de lo común y al mismo tiempo, la presencia de una gran cantidad de microorganismos filamentosos, se denomina como lodo abultado o hinchado. El lodo al ser voluminoso su velocidad de descenso vertical se reduce considerablemente. La mayoría de las veces, la sedimentación en la zona de clarificación y la concentración del lodo de recirculación están fuertemente limitadas. El lodo abultado se puede reconocer al microscopio. Las causas posibles de este lodo demasiado ligero pueden ser: •
Insuficiente abastecimiento de oxígeno
•
Proporciones descompensadas de nutrientes
•
Sobrecarga de la planta
•
Mal funcionamiento de la recirculación del lodo o bien ésta es insuficiente.
Para nuestro caso se ha propuesto como etapa primaria biológica, un Bio-selector en serie para el control del crecimiento de organismos filamentosos y eliminación de fósforo. En esta etapa deberá controlarse el tiempo de retención requerido de 1.5. Durante esta etapa se someten las bacterias a un “stress”, para lograr que la afinidad del sustrato no sea viable para los organismos filamentosos y por lo tanto, evite su reproducción.
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Si por alguna circunstancia diferente al diseño de la Planta, la presencia de organismos filamentosos está presente, entonces, deberá efectuarse alguna de las medidas siguientes: -
Desechar mayor contenido de sólidos. Esta práctica modifica el tiempo de retención celular en los lodos y es aconsejable cuando se opera con altos tiempos de retención celular. Además, de la generación de nueva biomasa libre de organismos filamentosos.
-
Dosificar hipoclorito de sodio al 13% o solución de cloro gas en la línea de recirculación de lodos y en varios puntos cercanos al clarificador de cada reactor. La dosis a emplear es del orden de 3 a 5 Kg. Cl 2/1000 Kg. SST-d
La solución inmediata deberá ser consultada con la empresa Tecnología Intercontinental, S.A. de C.V. Es importante tomar en consideración que una determinación al microscopio, deberá mostrar una apariencia la estructura del flóculo como la observada en la Fig 9 incisos (a) o (b). 4.1.4 FORMACIÓN DE ESPUMA La formación de espuma se puede presentar cuando el contenido de lodo activado (SSLM) en el los reactores de lodos activados es mínimo y por ello una sobrecarga o relación F/M alta, presencia de surfactantes no ionicos (no biodegradables), presencia de tóxicos, niveles bajos de oxígeno disuelto, presencia de organismos filamentosos. Esto último deberá evaluarse mediante el análisis al microscopio y medición del IVL. Si estas últimas mediciones se encuentran dentro de los valores recomendados en el manual, entonces deberá evaluarse medidas de la actividad biológica del lodo, mediante el parámetro de la velocidad de consumo de oxígeno o tasa de respiración. Si tiene alguna duda al respecto deberá consultarse con el técnico de Tecnología Intercontinental. Es común durante la fase de arranque o al reinicio de la operación de algún reactor de lodos activados, que se produzca espuma por la presencia de surfactantes (mayor tensión superficial) o algunos compuestos orgánicos de cadena más compleja no son biodegradados durante esta fase, quedando en forma de polímeros que al romperse la tensión superficial del agua, ésta genera espuma. Por ello es importante evaluar todos y cada uno de los parámetros referidos en este manual.
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Fig. 9. Diferentes concentraciones de organismo s filamentosos presentes en el lodo activado, a) Insignifi cante, b ) Poco, c) Mucho, d) Demasiado, e) Abundante, f) Excesivo
El problema puede eliminarse a menudo subiendo el contenido de sólidos suspendidos en el reactor de lodos. No se aconseja el empleo de productos para combatir la espuma. Otra causa puede ser proporcionada por una descompensa de nutrientes (nitrógeno y fósforo), esto es más común en descargas industriales. Para el caso de la PTAR Durango Sur, los nutrientes son abastecidos en los residuos orgánicos generados por la población de Durango.
4.2
FALL AS ELÉCTRICAS Y FALTA DE CORRIENTE
Cuando hay fallas en la parte eléctrica de la planta de tratamiento, se debe averiguar la causa exacta. Las fallas son generalmente un indicio de que el desarrollo funcional no marcha en la debida forma. No se deben apretar los botones de restablecimiento, hasta se examine a fondo el problema que lo originó. Para buscar y reparar las fallas y también para la puesta en marcha deben siempre pedir la ayuda de especialistas de mantenimiento. MEDIDA DE SEGURIDAD Para todos los trabajos con y en los tableros de control hay que tener en cuenta necesariamente las instrucciones para la prevención de accidentes. Adicionalmente indicamos que el abrir el tablero así como los trabajos en o alrededor del tablero de control en caso de fallas de funcionamiento o cambios en las conexiones, sólo puede realizarlo personal especializado y expresamente autorizado.
4.2.1
FALL AS ELÉCTRICAS EN GENERAL
Entre las fallas generales se encuentran:
4.2.2
•
Falla de corriente (voltaje) en la subestación
•
Avería del dispositivo de seguridad
•
Protección de sobrecarga de un motor se ha disparado FALL A DE CORRIENTE (VOLTAJE)
Una falla de corriente o voltaje en la Planta de Tratamiento a corto plazo, no tiene generalmente repercusiones en el funcionamiento de la planta. Por corto plazo se entiende un espacio máximo de 30 minutos. Se ha previsto que automáticamente en un tiempo de 5 a 10 segundos al momento de la falla, el sistema generador de energía de entre en operación. Un tablero de transferencia con sensores de detección de voltaje, manda señal para arrancar la planta de emergencia o generador. Cuando regresa la corriente o voltaje, el tablero nuevamente hace la transferencia, sincronizando el generador con el voltaje de CFE y en un lapso o tiempo programado (2 a 5 minutos) manda a apagar el generador.
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Al momento de transferir el voltaje, los equipos energizados empiezan a funcionar de nuevo, en caso normal, todos los equipos correspondientes a las instalaciones que se tengan. El generador proveerá la corriente nominal para la operación mínima de los equipos críticos de la Planta de Tratamiento, se estima que opere hasta un 50% del total de equipos. El tanque de abastecimiento de combustible (diesel) para el generador es para un tiempo de 8 hrs., pero este tiempo puede prolongarse más, si éste es abastecido de combustible. En caso de inactividad del generador de energía, este debe ponerse en operación al menos 1 vez por semana y por espacio de 10 minutos. Cuya finalidad es para mantener en carga la batería, así como para verificar el correcto funcionamiento de sus componentes. Favor de seguir al pie las indicaciones del fabricante del equipo, para un óptimo funcionamiento, así como las recomendaciones anexas en el apartado de mantenimiento. 4.2.3
AVERIA DEL DISPOSITIVO DE SEGURIDAD
Las causas posibles de una deficiencia en el dispositivo de seguridad son: •
Puesta insuficiente de cortocircuitos
•
Falla en el mismo sistema de seguridad (raramente)
•
Cortocircuito en un motor
•
Cortocircuito en una conducción eléctrica
Debe utilizarse para repuesto solamente sistemas de seguridad apropiados y adaptados. En caso normal se deben utilizar seguros de accionamiento "lento". Cambien el sistema de seguridad, sólo si se pueden excluir como causa, un corto circuito en el motor o en la conducción. 4.2.4
ACCIONAMIENTO DE PROTECCIÓN DE SOBRECARGA DEL MOTOR
Cada motor está asegurado por un relevador térmico correspondiente en el tablero de control. Se dispara cuando una intensidad determinada de corriente es sobrepasada. Por lo general, en semejante caso, el motor está tan sobrecargado que en cualquier incidente se deberá averiguar la causa de esa sobrecarga. Algunos sucesos típicos para la sobrecarga se mencionan posteriormente para el tratamiento detallado de algunos equipos importantes.
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Antes de poner en funcionamiento el equipo, el operario debe asegurarse físicamente en campo, que el equipo está libre de algún objeto extraño al servicio que demanda su funcionamiento. En caso de una falla mayor, favor de consultar el manual del equipo correspondiente. 4.2.5
BOTÓN DE PARO DE EMERGENCIA
Los equipos de la Planta de Tratamiento se han proveído con un sistema emergente a través de un botón de emergencia local o en tablero. Debe asegurarse que este no esté activo antes de cualquier reparación, puesto que esto pudo haber ocasionado la interrupción del funcionamiento del equipo. Asegúrese antes de dar cualquier paso si esa era la causa de la falla.
FRECUENCIA DE ARRANQUES Tenga en cuenta en todas las pruebas relacionadas con la búsqueda de fallas eléctricas en motores grandes, y en especial; los sopladores aerzen, bombas de cárcamo de bombeo (P-201/202/203/204/205/206/207/208/209), estos pueden llegar a sobrecargarse fuertemente por las frecuentes o repetidas marchas aceleradas. Motores que funcionan en estrella delta no se deben conectar más de 10 veces por hora. Deberá cambiarse el modo de funcionalidad para prolongar la frecuencia de arranques.
4.2.6
FALL A ELÉCTRICA DE SOPLADORES
En las plantas de tratamiento se instalan, por lo general, los siguientes tipos de sopladores: •
Soplador de lóbulos
•
Soplador centrífugo multietapas
•
Soplador turbina - Turblex
Para la Planta Durango Sur se utilizan sopladores lobulares Aerzen por ser equipos que ofrecen una eficiencia muy buena en el mercado. Este tipo de máquinas tienen una serie de dispositivos de alta seguridad. El soplador de lóbulos está asegurado, normalmente, por el ya descrito relevador térmico. Las siguientes causas pueden llevar al disparo del elemento de protección: •
Motor averiado
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•
Avería en el cojinete del soplador
•
Sobrecarga de arranque averiado
•
Taponamiento de los filtros de aspiración, canales, orificios
•
Subida de la presión en la línea de conducción de aire
•
Tensión de correas incorrecta
En cada caso hay que averiguar la causa de la falla antes de tratar de volver a operar el equipo. 4.2.7
FALL A ELÉCTRICA DE LA BOMBA SUMERGIBLE
También las bombas sumergibles tienen, por lo general, junto con el relevador térmico estándar, otros elementos de seguridad: •
Sensor de humedad
•
Sensor de temperatura
•
Interruptor automático
Si se acciona la falla "sensor de humedad” se debe, casi siempre, a que ha entrado agua a través del sello mecánico o el conector eléctrico, y ésta se ha mezclado en la cámara de aceite dieléctrico, cambiando la conductividad del fluido. Esto puede provocar una falla irreparable en el rotor y devanados del motor. Informe al personal de mantenimiento o a la empresa Tecnología Intercontinental, para seguir las indicaciones respectivas. Si se acciona la falla "sensor de temperatura” se debe, casi siempre, a que algún objeto está obstruyendo el impulsor o algún elemento a la descarga de los equipos (válvulas) están parcialmente cerradas. En algunos casos, variaciones de amperaje en las fases de alimentación (cables a tierra) puede ser la causa. Si ésta no se detecta a tiempo, puede llegar a averiar al equipo. En estos casos el interruptor termo magnético debe actuar y detener el funcionamiento del equipo. El interruptor termo-automático de la bomba se dispara en las siguientes fallas: •
Bomba sobrecargada
•
Bomba atascada
•
Compuerta en la tubería a presión está cerrada
•
Tubería a presión está atascada
•
Bomba trabajando en seco.
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El disparo del interruptor termo-automático se puede diferenciar del disparo del relevador térmico normal. La avería desencadenada por el relevador térmico se presenta, además, después de haber hecho desaparecer el aviso de la falla. 93
4.3
FALLAS EN LAS INSTALACIONES DE MEDICIONES TÉCNICAS
Deben prestar especial atención a las indicaciones para el cuidado y mantenimiento de los sensores de oxígeno en los reactores, así como de los transmisores de flujo, ya que es de gran importancia para el funcionamiento seguro de la totalidad de la planta. Si se presentan anomalías en el comportamiento usual de funcionamiento, deben reaccionar a tiempo. 4.4
FALL AS EN EL EQUIPO DE MÁQUINAS
Respecto a las fallas eléctricas se hace referencia en el punto 4.2. Otras fallas han sido tratadas en la descripción de las máquinas. 4.5
OTRAS FALLA S
Si se presentan fallas en su planta, que no pueden asignarse a los grupos de avisos de averías, les pedimos nos informen.
B 5 OTROS 5.1
VACIADO DEL REACTOR
Si por cualquier motivo se debe vaciar el reactor de lodos activados, se tienen que asegurar en cerrar parcialmente las válvulas de los disparos de aire, el suministro de aire, para operar los difusores hasta un nivel de 1.0 mt columna de agua. Menor a este nivel, se deberá suspender la operación de los equipos para evitar el daño o deterioro de las membranas. Utilizar una bomba de tipo sumergible para tal finalidad es lo más recomendable, asegurándose de instalar el equipo en un lugar donde no dañe los equipos de distribución y aireación 5.2
PUESTA FUERA DE SERVICIO (FUNCIONAMIENTO ESTACIONAL)
Si la planta se deja de operar de forma transitoria, o alguno de los trenes de tratamiento debe considerarse las previsiones necesarias para suspender el funcionamiento del reactor. Como medida primaria si algún reactor va a dejar de operar, entonces, la única forma de suspender el flujo o carga de alimentación es colocando un tapón en la boquilla del Bio-selector. Una vez suspendido el flujo de alimentación, se debe proseguir las indicaciones del punto 5.1. El licor mezcla o contenido de agua de este reactor deberá distribuirse en el otro tren de tratamiento, asegurándose de realizar los cálculos respectivos del incremento de biomasa, para programar una mayor tasa de desecho de cada reactor. El flujo de bombeo o vaciado del reactor, está en función de las condiciones de operación (proceso e hidráulico) de cada tren de tratamiento biológico. Respecto a la puesta fuera de servicio de los diferentes equipos y máquinas, hace referencia en los manuales detallados en la parte D. Observen también las posibles influencias de la temperatura (p.e. congelación). En caso de dejar temporalmente de servicio el reactor, entonces, deberá programarse reducir el contenido de sólidos entre valores de 0.5 a 1.0 gr/lt. El volumen de lodo desplazado o desechado deberá resustituirse del efluente tratado del otro reactor en operación. Realizar las adecuaciones pertinentes para esta actividad. El reactor deberá mantenerse aireando, regulando el flujo de aire a través de las cadenas de aireación, para mantener un contenido de oxígeno de 1.0 a 2.0 mg/lt. Tal decisión dependerá de evaluar los beneficios de las diferentes actividades que implica el vaciado de tanques o reactores.
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