Instalación para el control de la concentración de oxígeno disuelto en tanques de aireación de estaciones depuradoras de aguas residuales y minimización del consumo energético,

en instalaciones que disponen de unas soplantes que inyectan aire en reactores biológicos.

Comprende soplantes (1), detectores de presión (13) dispuesto en el conducto de salida de las soplantes, un reactor biológico aireado (5), con aireación por subzonas, válvula (3) para la aireación en cada subzona, medidores de concentración de oxígeno disuelto asociado a cada válvula de control, gestión de información del estado de la instalación.

El método de control de la concentración de oxígeno disuelto comprende la medición de la concentración de oxígeno disuelto (8) en cada subzona reactor biológico (5), y el gobierno de la correspondiente válvula (3), abriéndola si la concentración de oxígeno disuelto medida (8) es menor a la de referencia (9), y viceversa

Instalación y método para el control del oxígeno disuelto en tanques de aireación de estaciones depuradoras de aguas residuales y minimización del consumo energético.

Antecedentes

El agua es necesaria para la actividad diaria del ser humano, tanto para los usos domésticos como industriales generando las denominadas "aguas residuales" donde se concentran los contaminantes que deben ser eliminados para evitar el deterioro de las masas de agua sobre las que se vierten, labor que recae sobre las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR), estaciones que recogen las aguas residuales tratamiento previo al vertido al medio natural.

El contaminante más importante presente en el agua residual domestica es la materia orgánica, cuyo efecto sobre el medio natural es la disminución del oxígeno disuelto del agua que recibe los vertidos de aguas residuales.

Las aguas que son recogidas por una estación depuradora no tienen unas características constantes, sino que puede variar tanto en cantidad de afluencia (caudal variable) como en calidad (concentración de sustancias contaminantes).

En el proceso de depuración de aguas residuales tiene lugar inicialmente una separación de las partículas suspendidas mediante rejas y tamices de distinto paso y tanques de decantación u otros. Una vez se ha realizado la separación de las partículas suspendidas, cuyo tratamiento no es objeto de esta invención, el agua pasa a una segunda balsa o tanque en el que se lleva a cabo una etapa de tratamiento biológico en un biorreactor (tanque de aireación) mediante el desarrollo de microorganismos que interactúan con la materia orgánica presente en el agua residual a depurar, para pasar posteriormente a otras etapas o vertido al medio, una vez se ha eliminado la materia orgánica de dicha agua. En esta etapa biológica, los microorganismos consumen la materia orgánica que lleva el agua disuelta o en suspensión, hasta que la concentración de materia orgánica desciende hasta el nivel requerido por la instalación, normalmente el nivel máximo permitido por la legislación para el vertido de aguas residuales. Como resultado de este proceso biológico aparece una elevada concentración de microorganismos en forma de sólidos suspendidos.

Posteriormente se lleva a cabo un proceso de separación en el que en tanques de decantación la mayor parte de los sólidos suspendidos, que incluyen a los microorganismos, sedimentan en forma de fangos, de los que una parte se reincorpora al biorreactor, para mantener en éste la concentración adecuada de microorganismos y el resto se retira hasta un nuevo reactor biológico o digestor, en el que se lleva a cabo una estabilización de la materia orgánica no biológica por parte de los microorganismos hasta alcanzar también una determinada tasa, procediendo posteriormente a su desecado, y compactación.

Sin embargo, los microorganismos para metabolizar cuando eliminan la materia orgánica necesitan oxígeno consumiendo el que hay presente en el agua residual, por lo que los tanques de aireación están provistos de una instalación de aireación con una gran cantidad de difusores situados en el fondo de los tanques, de modo que a través de ellos se produce un burbujeo continuo y preferentemente atomizado de aire en la balsa de tratamiento biológico. De este modo, se produce una interacción entre las burbujas de aire y el agua residual, y debido a la gran relación superficie/volumen de las burbujas de aire se optimiza la oxigenación del medio, por lo que los microorganismos continúan su desarrollo y alimentación con la materia orgánica presente en el agua residual. Dado que el consumo de oxígeno por los microorganismos es distinto en cada uno de los puntos del tanque de aireación los difusores se agrupan en conjuntos con una única entrada de aire denominados parrillas, pudiéndose controlar el flujo de aire a cada parrilla por medio de una válvula de regulación.

La inyección de aire en los tanques o balsas de tratamiento biológico se realiza mediante un conjunto de soplantes o conjunto mecánico de bombeo de aire en las balsas, incluidos las conducciones necesarias para que la inyección tenga lugar. Habitualmente un único conjunto de soplantes funcionando coordinadamente suministra el aire a todas las parrillas de difusores.

El sistema de control de la concentración de oxígeno disuelto más habitual hoy día se describe a continuación. Cada parrilla de difusores dispone de un medidor de la concentración de oxígeno disuelto en la zona de influencia de la parrilla. La concentración de oxígeno disuelto en la zona de influencia de cada una de las parrillas de difusores es mantenida en el valor deseado por un sistema de control, que abre o cierra la válvula de regulación correspondiente a cada parrilla, según que la concentración de oxígeno disuelto sea inferior o superior al valor deseado. Este sistema permite un buen control de la concentración de oxígeno disuelto en las zonas de influencia de cada parrilla de difusores. Para que los movimientos de apertura y cierre de una válvula no afecten al resto de válvulas, garantizando la estabilidad del control de la concentración de oxígeno disuelto en todas las zonas, es necesario mantener constante la presión de soplado del conjunto de soplantes. La presión de soplado a mantener se selecciona de forma que garantice en todo momento el suministro de oxígeno al tanque de aireación, por lo que durante una gran parte de tiempo de operación es excesiva para las necesidades del sistema, forzando a las válvulas a cerrarse, incrementando la perdida de energía en las conducciones de aire y por tanto el consumo energético.

Es, por tanto, deseable, y objeto de esta invención, el que la presión de soplado de las soplantes sea la mínima necesaria en cada momento, lo que forzará a la máxima apertura de las válvulas, minimizando así las perdidas de energía y el consumo energético.

Estado de la técnica

El estado de la mejor técnica disponible viene dado por las instalaciones depuradoras de aguas residuales actualmente en uso, cuya descripción se ha realizado someramente en el punto anterior. En las búsquedas realizadas se han encontrado numerosas instalaciones de depuración de aguas residuales así como dispositivos diversos, pero que escapan al alcance de esta invención.

Breve descripción de los dibujos

Con objeto de ilustrar la explicación que va a seguir, se adjuntan a la presente memoria descriptiva, tres hojas de dibujos en las que en tres figuras se representa la esencia de la presente invención, y en las que:

La figura 1 muestra un diagrama de bloques en el que puede verse un esquema de un proceso de regulación de la inyección de aire conforme a un primer aspecto de la invención.

La figura 2 muestra un diagrama de bloques en el que se observa un esquema de un proceso de regulación, según un segundo aspecto más complejo de la invención.

La figura 3 representa un diagrama de bloques que muestra un esquema de un proceso de regulación según un tercer aspecto, aún más complejo, de la invención.

Descripción detallada de la invención

Descripción de la instalación

En la descripción siguiente, se indica únicamente la parte de la instalación depuradora correspondiente al control requerido, por lo que se omitirá en ella cualquier referencia a otras partes de la instalación que no tengan relación con el objeto de esta invención.

La instalación de control del oxígeno disuelto comprende: