OPERACIÓN MBR EFICAZ EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.

Un método para reducir los requisitos de aire por unidad de permeado en un proceso de tratamiento de aguas negras que incluye bio-reactores de membrana para eliminar el permeado de agua de una solución mixta,

y en el que se emplea una purga de aire durante la filtración y durante los períodos de relajación cuando la filtración queda periódicamente suspendida, comprendiendo el método: aumentar y disminuir el caudal de purga de aire en una proporción aproximada para aumentar y disminuir, respectivamente, el caudal de permeado a través de los bio-reactores de membrana

Antecedentes de la invención

Esta invención implica la mejora de un proceso ya conocido y empleado en la industria de tratamiento de aguas negras. Más específicamente, la mejora se refiere a una operación eficaz de separadores de membrana que cada vez son más utilizados en las plantas de tratamiento de aguas negras para la deshidratación y concentración de lodos de depuración.

Los separadores de membrana, normalmente denominados bio-reactores o MBRs, se utilizan cada vez más en las instalaciones de tratamiento de aguas negras debido a su compacidad y eficacia a la hora de eliminar permeados casi puros de los lodos de depuración o de soluciones mixtas. Los separadores de membrana requieren mantenimiento. Se colapsan parcialmente debido a los sólidos acumulados que han sido separados de los filtros de micro-poros de las membranas; típicamente se emplea purga con aire, constante o intermitente, para agitar o eliminar los sólidos acumulados en las superficies de las membranas.

Se sabe que el procedimiento denominado relajación mejora el rendimiento hidráulico total de las membranas sumergidas en una solución mixta. En términos sencillos, típicamente la relajación se describe como un procedimiento en el que se suspende la filtración durante un tiempo pero se continúa con la purga de aire (limpieza). La relajación elimina los sólidos que se han acumulado en la superficie de la membrana durante la filtración (deshidratación).

En la bibliografía, las frecuencias y duración de la relajación son del orden de horas o minutos. La limitación principal es de la reducción de capacidad eficaz de la planta que tiene lugar a medida que las membranas quedan fuera de operación con mayor frecuencia o durante períodos de tiempos más largos con el fin de aumentar las ventajas de la relajación.

Las plantas de típicas de tratamiento de aguas residuales con bio-reactores de membrana (MBR) están diseñadas para asumir variaciones diarias (diurnas) y de temporada relativas tanto a la carga hidráulica como a la de residuos. No obstante, desde el punto de vista del diseño y de la operación, dichas variaciones pueden tener unos límites pre-definidos y un caudal medio diario (ADF) cada ciclo de operación de 24 horas limitado con el fin de minimizar los requisitos y ampliar la vida de la membranas.

La purga de aire con estanques de MBR, practicada típicamente en estanques MBR que emplean relajación, tiene lugar a velocidad constante a través del ciclo de filtración y relajación, aunque en algunos casos el ciclo de aire puede interrumpirse durante la filtración.

El documento EE.UU. 6325928-B y el documento WO-00/21890-A desvelan métodos que emplean una aireación mejorada durante los períodos de relajación. Es un objeto de la presente invención mejorar en gran medida la eficacia de operación de los separadores de membrana, mediante el control del caudal de aire de purga y, de manera opcional, mejorar la retirada de los sólidos acumulados en las membranas durante la relajación, reduciendo como consecuencia de todo ello los costes de operación y el coste de inversión.

Antecedentes de la invención

En otro aspecto de la invención, se reducen los requisitos de purga de aire por medio de la utilización de aireación proporcional. Se pueden variar los flujos de purga de aire de manera proporcional para ajustarlos al caudal del perneado (agua filtrada). La práctica actual demanda una aireación constante a cualquier caudal del perneado y/o lo que se denomina como ciclado de aire. El ciclado de aire es un método patentado en el que se emplean válvulas para alimentar de forma alternativa el mismo aire entre dos unidades o estuches de membrana que operan en paralelo. El ciclado de aire somete a las membranas a una intensa purga de aire seguida de períodos iguales de no aireación. Empleando aireación proporcional, es preciso acompañar la filtración de una determinada cantidad de aireación y el método de suministro de esa aireación no se encuentra limitada a un aparato dado.

Aunque los requisitos de aireación son función de numerosos factores incluyendo la geometría del equipamiento y las propiedades de la membrana, la práctica general requiere operación a un determinado valor mínimo, valor constante. A continuación, se aportan recomendaciones cuantificables para establecer los requisitos de aireación como función de ADF:

 A un valor de 150% de ADF o inferior, la aireación se puede reducir a 75% de lo que es considerado el requisito mínimo.

 A valores de flujo superiores a 150% de ADF y hasta 220% de ADF, es preciso aumentar la aireación hasta 100% del requisito mínimo normal.

 A flujos por encima de 220% de ADF, es preciso aumentar la aireación hasta 150% del requisito mínimo normal.

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La aireación proporcional simplemente sigue la necesidad particular de caudal de purga de aire basada en las condiciones de flujo y carga frente a las MBRs. El flujo de aire no se desperdicia cuando no es necesario. Por el contrario, la práctica habitual ha consistido simplemente en mantener constante el flujo de purga de aire, sin variación alguna durante la filtración (excepto, como se ha mencionado anteriormente, que en ocasiones al aire queda interrumpido durante la filtración).

De acuerdo con un aspecto de la invención, los ciclos de filtración/relajación son mucho más frecuentes, y pueden ser del orden de segundos en lugar de minutos. Esto puede suponer una mejora de las ventajas de la relajación sin que ello suponga una disminución de la capacidad normal de rendimiento de la planta siempre y cuando los tiempos de filtración y relajación se mantengan aproximadamente constantes. Por ejemplo, un ciclo típico de relajación (1 min. Relajación/9 min. de filtración) disminuye de forma eficaz la capacidad normal de la planta en 10%. La relajación cada 10 segundos en lugar de cada 100 segundos debería aumentar el caudal sostenible por medio de la eliminación de los sólidos acumulados de manera más frecuente, evitando su acumulación sobre la superficie de la membrana.

Las limitaciones más evidentes de la frecuencia de relajación son la capacidad de control y el desgaste de las válvulas. La capacidad de control se refiere al tiempo que tarda una válvula en abrirse o una bomba en encenderse y a lo que experimenta el caudal una vez que ha ocurrido dicha acción. Por ejemplo, de manera general las válvulas de control de flujo del permeado accionadas eléctricamente presentan un tiempo de descarga de 30 a 60 segundos. Esto significa que la válvula tarda hasta 60 segundos en abrirse o cerrarse por completo desde la condición contraria. Dicho tiempo de descarga limita la frecuencia con la que tiene lugar la relajación, ya que el tiempo que tarda la apertura después de cada ciclo reduce más el rendimiento de la planta. Además, si la FCV se abre demasiado rápido, puede tener lugar un fenómeno denominado rebose. Durante el rebose, la válvula se abre demasiado rápido permitiendo que el flujo de filtración aumente bruscamente de manera temporal. Dichos aumentos bruscos durante la filtración dan lugar a la acumulación de grandes cantidades de sólidos en la superficie de las membranas, que contravienen en gran medida las ventajas de la relajación. La apertura y cierre constantes de las válvulas durante la relajación frecuente también supone un mayor desgaste, lo que provoca fallos en las válvulas y mayores costes de operación.

Este aspecto de la invención abarca dos métodos para abordar las cuestiones de capacidad de control y desgaste. El primer método implica añadir una segunda válvula de accionamiento neumático aguas arriba del FCV. La válvula operada reumáticamente se abre y cierra durante la relajación al tiempo que FCV permanece en la misma posición. Los tiempos de descarga de las válvulas neumáticas son del orden de 6-15 segundos. En esta configuración, FCV no se cierra durante la relajación y se reduce el rebose después de cada ciclo de relajación.

Generalmente, el segundo método y la configuración resultan más eficaces en cuanto a coste y más fáciles de operar. De igual forma que en el método propuesto anteriormente, se procede a la instalación de válvulas de cuarto de giro de bajo coste (mariposa, bola, de obturación) aguas arriba de cada FCV y se operan empleando un árbol de levas conectado a un motor. A medida que el motor gira a una frecuencia susceptible... [Seguir leyendo]

1. Un método para reducir los requisitos de aire por unidad de permeado en un proceso de tratamiento de aguas negras que incluye bio-reactores de membrana para eliminar el permeado de agua de una solución mixta, y en el que se emplea una purga de aire durante la filtración y durante los períodos de relajación cuando la filtración queda

5 periódicamente suspendida, comprendiendo el método:

aumentar y disminuir el caudal de purga de aire en una proporción aproximada para aumentar y disminuir, respectivamente, el caudal de permeado a través de los bio-reactores de membrana.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la relajación tiene lugar al menos alrededor de un ciclo cada cinco minutos.

10 3. El método de la reivindicación 1, en el que cada ciclo de filtración/relajación es de alrededor de un minuto.

4. El método de la reivindicación 3, en el que el tiempo de relajación es de alrededor de seis segundos.

5. El método de la reivindicación 1, en el que cada ciclo de filtración/relajación es de alrededor de diez segundos, de los cuales la relajación comprende un segundo.

6. El método de la reivindicación 1, en el que el caudal de purga de aire durante la filtración es de al menos 15 alrededor de 25% menor que durante la relajación.

7. El método de la reivindicación 6, en el que el caudal de purga de aire durante la filtración es de al menos alrededor de 50% menor que durante la relajación.

8. El método de la reivindicación 1, en el que el ciclo de filtración/relajación es de alrededor de treinta segundos, de los cuales la relajación comprende alrededor de uno a cinco segundos.