Utilización de Unidad Innovadora de Pre-tratamiento de Aguas Usadas Domesticas e Industriales

Transcripción

1 Utilización de Unidad Innovadora de Pre-tratamiento de Aguas Usadas Domesticas e Industriales Palabras Claves: Introducción: Ecualización Espesamiento Clarificación Biofiltros Desnitrificación Por: Ing. Carlos E. Pacheco Ing. Exel Colón El tratamiento de aguas requiere de procesos biológicos que demanda dinero, estructuras y consumos de energía. Las unidades de proceso primarias acondicionan los sustratos al remover materia no biodegradable y arenillas protegiendo de esta forma los equipos de tratamiento secundario. El lograr una unidad que combine varias funciones y además reduzca la carga orgánica entrando al tratamiento secundario es deseable al reducir los costos operacionales y de infraestructura. En este reporte se discute la experiencia hasta el presente en la utilización de una unidad que combina clarificación primaria, igualación de flujos y almacenamiento de lodos. Pre-Tratamiento y Tratamiento Primario: Por lo general el pre-tratamiento y el tratamiento primario para una planta de lodos activados consiste en los siguientes procesos y en el siguiente orden: 1. Remoción de escoria por parrilla fija o mecánica. 2. Filtración. 3. Remoción de Arenillas. 4. Clarificación Primaria El obviar algunos de los procesos de remoción primaria impactará a su vez los procesos aguas abajo. Tanque de Ecualización: Esta unidad utilizada comúnmente en plantas relativamente pequeñas tiene como objetivo igualar o ecualizar los flujos y evitar el impacto en los procesos principalmente por la alteración de la hidraúlica. Esta unidad a su vez se utiliza solamente en flujos marcadamente variables en plantas predominantemente domésticas. Para los tratamientos de aguas industriales es una unidad prácticamente imprescindible debido a que amortigua las descargas muchas veces inesperadas de lavados de tanques o tandas de procesos dañadas que requieren de disposición adecuada. La ubicación lógica de un tanque de ecualización es 1

2 seguido del pre-tratamiento aunque no siempre esto es posible. El tanque de igualación estará impactado por escoria, material inorgánico y arenillas en la medida en que no se ubique aguas abajo de los equipos de remoción señalados en el tratamiento primario. Clarificación Primaria Por lo general en plantas de lodos activados relativamente pequeñas (< 1.0 MGD) no es costo eficiente la construcción de un clarificador primario. Esta unidad la cual se ubicaría aguas abajo del pre-tratamiento primario es a su vez en los trópicos, la mayor fuente generadora de olores objetables y una instalación visualmente poco atractiva. La capacidad reportada de remoción de carga orgánica de un clarificador primario bien operado es de un 25-40% 1. Espesamiento de Lodos La producción de lodos en exceso y su manejo comprometen gran parte de los recursos operativos y económicos en una planta de lodos activados. El espesamiento de lodos es deseable al reducir el volumen de la unidad que le sigue; ya sea un tanque de estabilización anaeróbico u aeróbico o simplemente un tanque de almacenaje para ulterior disposición u aplicación al terreno. El tener una unidad espesadora de lodos en una planta pequeña aunque deseable no es costo eficiente, por lo que se recurre ante la falta de automatización a un manejo directo del personal para realizar esta tarea. Tanque PET: Una unidad que combina las tres actividades de igualación, clarificación primaria y espesamiento de lodos ha sido un elemento importante en aumentar el porcentaje de reducción de cargas orgánicas durante el tratamiento primario. Esta unidad la cual hemos llamado tanque PET por las siglas en inglés de los procesos antes señalados ha sido construida en tres instalaciones industriales y en dos instalaciones domésticas. La Figura 1, ilustra la ubicación de esta unidad dentro de la secuencia del tratamiento de lodos activa 1 Metcalf & Eddy (2003) Wastewater Engineering Treatment and Reuse pag

3 Proceso Modificado Lodos Activados Pre-tratamiento Reactores Biológicos Clarificación PET Desinfecci n Retorno de Lodos Desecho de lodos Figura 1- Ubicación de tanque PET en Proceso de Lodos Activados La unidad consiste en un tanque receptor donde mediante un flotador se remueve el sustrato pre-clarificado de la mezcla de los efluentes del pre-tratamiento con los lodos de desecho de un proceso de lodos activados. Se evita el mezclado mecánico y la aireación dentro de este tanque para promover la generación de tres zonas; espumas y grasas en la superficie, licor clarificado y manto de lodos y lodos concentrados en el fondo. El flotador permite colectar el licor clarificado y moverlo hacia el proceso secundario reduciendo las cargas orgánicas. Además de las funciones de igualación, clarificación y espesamiento la unidad logra desviar grasas, concentrar espumas y aunque no evaluado del todo al presente, desnitrificar y acondicionar el sustrato para tratamientos avanzados como los de remoción de nutrientes. La Figura 2, ilustra una sección típica de un tanque PET. 3

4 Tanque PET Clarificación Primaria Ecualización Retorno de Lodos Espesamiento Desecho de lodos Figura 2- Sección Típica de Tanque PET Resultados: Se presentan resultados de muestras de entrada de aguas crudas, salida del PET y salida del tratamiento secundario para dos plantas industriales donde esta unidad ha estado trabajando. La Figura 3 presenta un gráfico de los resultados de remoción en una planta procesadora de pan en la cual se modificó un digestor anaeróbico para convertirlo en un tanque PET. La data muestra un año de muestras compuestas de los tres parámetros evaluados. En este caso particular se modificó un digestor anaeróbico el cual estaba impactado por descargas irregulares con gran variedad de condiciones de ph, temperatura y flujos lo cual no permitía un funcionamiento estable. Las pocas veces que el digestor anaeróbico funcionaba durante un periodo estable produjo resultados inferiores a los que hoy se obtienen consecuentemente luego de la modificación. 4

5 1,000, ,000.0 Afluente, COD Efluente Secundario, COD Efluente PET, COD 10, , Jan-04 Jan-04 Jan-04 Jan-04 Jan-04 Jan-04 Jan-04 Jan-04 Tiempo (meses) Figura 3- Análisis COD Industria Panificadora La Figura 4 presenta un gráfico de los resultados de remoción en una planta de productos farmacéuticos Afluente COD PET Efluente COD Trat. Secundario COD Tiempo (meses) Figura 4- Resultados COD Industria Farmaceútica 5

6 En este caso se construyó una unidad PET para este propósito particular. Se tomaron tipo grap de COD diarias y se promediaron por espacio de 16 meses. Una hipótesis de estas excelentes reducciones es que los lodos de desecho proveen los organismos necesarios para el establecimiento de una comunidad heterotrófica activa que necesita de la carga orgánica de los afluentes para su re-generación y acumulación en su biomasa. La clarificación a su vez es mayor a la obtenida en un clarificador primario convencional y se logra una separación del sustrato en varias capas a saber; una primera capa de grasas y espumas flotantes, un sustrato relativamente clarificado el cual interceptamos como afluente del proceso secundario y una capa de lodos espesados y almacenados el cual removemos para evitar la contaminación del sobrenadante clarificado. Recomendaciones: Las siguientes recomendaciones generales se presentan en el diseño y operación de un tanque PET: Geometría y tamaño- Preferiblemente utilizar el mayor volumen de retención posible dentro de las limitaciones presupuestarias. En plantas existentes estudiar la posibilidad de re-usar unidades tales como digestores, clarificadores primarios o tanques de almacenamiento de lodos. La igualación deberá ser satisfecha al poder aceptar de un 25 al 30% del flujo promedio diario o asimilar un volumen de lavado inesperado en una planta industrial. A este volumen se le deberá añadir capacidad de almacenaje de lodos y espesamiento, recomendamos proveer un volumen similar al de igualación para estos propósitos. Preferible utilizar una unidad circular, con un diámetro menor que la altura operacional efectiva. Deberá en lo posible, proveerse de tolvas en su fondo que dirija los lodos a una zona de concentración y espesamiento que permita su fácil extracción. El retorno de lodos de desecho cuando disponible deberá mezclarse con los afluentes pre-tratados dentro de la tubería previo a la entrada del PET. La entrada de aguas pre-tratadas deberá ser sumergida, a mitad de tanque y que estimule la generación de un movimiento circular del afluente combinado de aguas pre-tratadas y lodos de desecho. La operación del tanque deberá garantizar que los lodos no son extraídos hacia el proceso secundario por lo que la ubicación del manto de lodos es información primordial para colocar los controles de arranque y parada de la bomba de extracción y la frecuencia de desecho de lodos para que este manto no invada la zona de igualación. Olores Objetables- La experiencia ha sido que la generación de olores objetables es aplacada por la introducción de organismos aeróbicos y la creación de la comunidad heterotrófica. Aún con esto la unidad pudiera estar sujeta a impactos hidráulicos que pudieran alterar esta comunidad. La construcción de un biofiltro pasivo que sirva como 6

7 cubierta ha sido ensayada en una instalación doméstica donde el impacto de olores objetables es mayor. Esta instalación se encuentra en su fase de arranque, se espera que el biofiltro además de retener cualquier generación de olor objetable también realice la doble función de control de espumas. Remoción de lodos- Es deseable proveer tolvas que concentren los lodos a remover. Un sensor de manto de lodos automatizado pudiera ser de gran ayuda en manejar un nivel de lodos deseable. Los lodos deberán ser removidos solamente cuando alcancen el nivel deseado y su remoción será de tal forma que garantice un tiempo de residencia prolongado y que su volumen sea suficiente para mantener un balance apropiado del ph. Evitar mezclado innecesario- La instalación de mezcladores mecánicos es contraproducente para la unidad PET. Por otro lado se recomienda introducir el sustrato combinado de lodos de desecho y efluentes del primario a mitad de altura del tanque y en forma que promueva un leve movimiento circular a la biomasa almacenada. Remoción del Sustrato Clarificado- Varias alternativas han sido ensayadas, desde colocar una bomba sumergible a flotar hasta una manga con flotador y bombas centrifugas sobre y bajo el nivel de agua. La instalación idónea pudiera ser sin la necesidad de bombeo de relevo o si este fuese necesario utilización de bombas centrifugas preferiblemente bajo el nivel de inundación con manga de rigidez y flexibilidad apropiada. Conclusiones: La data obtenida de lecturas de COD en dos plantas industriales donde se ha estudiado las descargas del PET arrojaron remociones de 55% y 91% de la carga de entrada para la farmaceutica y panificadora respectivamente. De los dos casos se desprende las siguientes conclusiones: 1. A mayor volumen del tanque PET mayor remoción. 2. A mayor carga entrando al PET mayor posibilidades de remoción se pueden obtener. 3. Existe una relación directa de a mayor carga de entrada al PET aumenta la carga en la salida y viceversa. La unidad PET permite reducir cargas sobre un 60% y con esto reducir las obras de infraestructura y consumos de energía del tratamiento secundario. En tratamientos secundarios esta unidad puede sustituir los clarificadores primarios obteniendo beneficios adicionales como lo son igualación de flujos y almacenamiento de lodos. 7