ES2962548T3 - Tratamiento de corrientes líquidas que contienen altas concentraciones de sólidos mediante el uso de clarificación balastada - Google Patents
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Abstract
Se divulga un sistema de tratamiento de aguas residuales con alto contenido de sólidos. El sistema de tratamiento de aguas residuales incluye un reactor de lastre, un subsistema de separación sólido-líquido, un subsistema de pretratamiento, un subsistema de alimentación de lastre y un subsistema de recuperación de lastre. El sistema de tratamiento de aguas residuales con alto contenido de sólidos puede incluir un tanque de reacción, un espesador y un filtro prensa. También se divulga un método para tratar aguas residuales con alto contenido de sólidos. El método incluye poner en contacto una alimentación de aguas residuales con un coagulante o floculante, espesar las aguas residuales dosificadas, tratar el efluente con un lastre, sedimentar las aguas residuales tratadas y transportar el lodo lastrado a la alimentación de aguas residuales, a las aguas residuales dosificadas o a las aguas residuales tratadas. La alimentación de aguas residuales puede tener más de 500 mg/L de sólidos suspendidos totales. La alimentación de aguas residuales puede contener sólidos inorgánicos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Tratamiento de corrientes líquidas que contienen altas concentraciones de sólidos mediante el uso de clarificación balastada
Referencia cruzada a solicitud relacionada
La presente solicitud reivindica prioridad en virtud de35 U.S.C. §119(e)con respecto a la Solicitud Provisional de los Estados Unidos n.2 de Serie 62/547,193, titulada"TREATMENT OF LIQUID STREAMS CONTAINING HIGH CONCENTRATIONS OFSOLIDS USING BALLASTED FLOCCULATION', presentada el 18 de agosto de 2017.
Campo de la tecnología
El campo de la solicitud actual es el tratamiento de aguas residuales mediante la utilización de balasto para tratar sólidos y recuperar balasto de los sólidos tratados.
Compendio
Las características esenciales de la invención se establecen en la reivindicación independiente 1 del sistema y en la reivindicación 5 del método. Realizaciones preferidas adicionales se describen en las reivindicaciones dependientes 2-4, 6-9.
La invención está dirigida a un sistema de tratamiento de aguas residuales con alto contenido de sólidos que comprende: un reactor balastado que tiene una entrada y una salida; un subsistema de separación sólidos-líquido que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida del reactor balastado y configurado para separar aguas residuales tratadas en un efluente con bajo contenido de sólidos y un flóculo balastado rico en sólidos; un subsistema de pretratamiento posicionado corriente arriba del reactor balastado, que tiene una entrada en comunicación fluida con una fuente de aguas residuales con alto contenido de sólidos y configurado para recibir al menos uno de un coagulante y un floculante para producir aguas residuales dosificadas, el subsistema de pretratamiento configurado además para espesar las aguas residuales dosificadas y producir un lodo y un efluente, el subsistema de pretratamiento teniendo una salida de efluente en comunicación fluida con la entrada del reactor balastado; un subsistema de alimentación de balasto configurado para entregar magnetita al reactor balastado; y un subsistema de recuperación de balasto configurado para recibir el flóculo balastado de la salida del subsistema de separación sólidoslíquido y entregar el flóculo balastado a al menos uno del reactor balastado y el subsistema de pretratamiento, el subsistema de pretratamiento comprendiendo además un filtro prensa posicionado corriente abajo del subsistema de pretratamiento, el filtro prensa configurado para recibir el lodo del subsistema de pretratamiento y producir un prensado y una torta de filtración.
Algunos documentos relevantes de la técnica anterior son US 2013/313201 A1, US 2011/127220 A1, US 2016/145126 A1, WO 2013/187979 A1.
Según algunas realizaciones, el subsistema de pretratamiento puede comprender un tanque de reacción que tiene una entrada en comunicación fluida con una fuente de aguas residuales con alto contenido de sólidos y un espesador posicionado corriente abajo del tanque de reacción y que tiene una salida en comunicación fluida con la entrada del reactor balastado.
El sistema de tratamiento de aguas residuales comprende un filtro prensa posicionado corriente abajo del subsistema de pretratamiento. El filtro prensa se configura para recibir el lodo y producir un prensado y una torta de filtración. El subsistema de pretratamiento además comprende una entrada en comunicación fluida con una salida de prensado del filtro prensa.
Según ciertas realizaciones, la fuente de aguas residuales con alto contenido de sólidos puede configurarse y disponerse para entregar aguas residuales que comprenden al menos 500 mg/L de sólidos totales en suspensión (TSS, por sus siglas en inglés) al subsistema de pretratamiento. La fuente de aguas residuales con alto contenido de sólidos puede configurarse y disponerse para entregar aguas residuales que comprenden al menos 2000 mg/L de TSS al subsistema de pretratamiento. La fuente de aguas residuales con alto contenido de sólidos puede configurarse y disponerse para entregar aguas residuales que comprenden sólidos inorgánicos.
Según ciertas realizaciones, el subsistema de pretratamiento puede comprender un tanque de reacción y un espesador. El tanque de reacción puede ser conectable, de manera fluida, a la fuente de las aguas residuales y a la fuente del al menos uno del coagulante y el floculante. El espesador puede ser conectable de manera fluida al tanque de reacción y al reactor balastado.
El sistema también comprende un filtro prensa. El filtro prensa tiene una entrada conectable de manera fluida a la salida de lodo del subsistema de pretratamiento, una salida de prensado, y una salida de torta de filtración. La salida de prensado puede ser conectable de manera fluida al subsistema de pretratamiento.
Según la invención, se provee un método de tratamiento de aguas residuales con alto contenido de sólidos. El método comprende contactar una alimentación de aguas residuales de una fuente de aguas residuales con alto contenido de sólidos con al menos uno de un coagulante y un floculante para producir aguas residuales dosificadas, espesar las aguas residuales dosificadas para producir un lodo y un efluente, tratar el efluente con un balasto para producir aguas residuales tratadas, asentar las aguas residuales tratadas para producir un efluente con bajo contenido de sólidos y un flóculo balastado rico en sólidos, y transmitir el flóculo balastado a al menos uno del reactor balastado o subsistema de pretratamiento.
El método además comprende filtrar el lodo para producir un prensado y una torta de filtración. El método puede además comprender transmitir el prensado a la alimentación de aguas residuales.
Según ciertas realizaciones, el método puede comprender transmitir el flóculo balastado al reactor balastado o al subsistema de pretratamiento.
El método comprende pretratar la alimentación de aguas residuales contactando la alimentación de aguas residuales con el coagulante para producir las aguas residuales dosificadas. El método puede además comprender contactar las aguas residuales dosificadas con el floculante.
En algunas realizaciones, tratar las aguas residuales con alto contenido de sólidos puede comprender tratar aguas residuales que tienen al menos 500 mg/L de TSS. El tratar las aguas residuales con alto contenido de sólidos puede comprender tratar aguas residuales que tienen al menos 2000 mg/L de TSS.
El tratar las aguas residuales con alto contenido de sólidos puede comprender tratar aguas residuales que incluyen sólidos inorgánicos. En algunas realizaciones, tratar las aguas residuales con alto contenido de sólidos puede comprender contactar la alimentación de aguas residuales de una fuente industrial seleccionada del grupo que consiste en una central eléctrica, una operación de minería, una operación de producción de alimentos y bebidas, una planta de producción de petróleo o gas, una refinería de producción de petróleo o gas, y una planta industrial general.
Según ciertas realizaciones, contactar la alimentación de aguas residuales con al menos uno del coagulante y el floculante puede llevarse a cabo en un tanque de reacción posicionado en la unidad de pretratamiento. El espesamiento de las aguas residuales dosificadas se lleva a cabo en la unidad de pretratamiento. El espesamiento de las aguas residuales dosificadas puede llevarse a cabo en un espesador posicionado en la unidad de pretratamiento. Las aguas residuales dosificadas pueden transmitirse del tanque de reacción al espesador.
Según la invención, tratar el efluente con un balasto se lleva a cabo en un reactor balastado. El asentamiento de las aguas residuales tratadas puede llevarse a cabo en un separador sólidos-líquido. Las aguas residuales tratadas se transmiten del reactor balastado al separador sólidos-líquido.
La descripción contempla todas las combinaciones de cualquiera uno o más de los anteriores aspectos y/o realizaciones, así como combinaciones con una o más de las realizaciones establecidas en la descripción detallada y ejemplos.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos anexos no pretenden estar dibujados a escala. En los dibujos, cada componente idéntico o casi idéntico que se ilustre en varias figuras se representa por el mismo numeral. En aras de la claridad, no todo componente puede etiquetarse en cada dibujo. En los dibujos:
La Figura 1 es un diagrama de cajas de un sistema para tratar aguas residuales con alto contenido de sólidos, que no forma parte de la invención;
la Figura 2 es un diagrama de cajas de una porción de un sistema para tratar aguas residuales con alto contenido de sólidos, que no forma parte de la invención;
la Figura 3 es un diagrama de cajas de una porción de un sistema para tratar aguas residuales con alto contenido de sólidos, según una realización; y
la Figura 4 es un diagrama esquemático de un balance de masa alrededor de un sistema para tratar aguas residuales con alto contenido de sólidos, según una realización.
Descripción detallada
Procesos de asentamiento de floculación balastada como, por ejemplo, sistema de tratamiento de agua CoMag® (Evoqua Water Technologies, LLC, Pittsburgh, PA) y sistema de tratamiento de agua BioMag® (Evoqua Water Technologies, LLC, Pittsburgh, PA), se usan normalmente para tratar aguas residuales con contenido relativamente bajo de sólidos, por ejemplo, que contienen menos de 500 mg/L de sólidos totales en suspensión (TSS). En general, las aguas residuales que tienen más de 500 mg/L pueden pretratarse con un decantador para eliminar sólidos suspendidos en exceso antes del tratamiento con un sistema de floculación balastada para producir agua de producto. Sin embargo, dicho sistema puede sobrecargarse con aguas residuales que superan 2.000 mg/L TSS, lo cual resulta en agua de producto que no satisface los requisitos de descarga.
Según la invención, los sistemas y métodos descritos en la presente memoria incluyen el espesamiento de aguas residuales con alto contenido de sólidos para eliminar lodo antes del tratamiento con floculación balastada. Por consiguiente, las aguas residuales con alto contenido de sólidos, por ejemplo, que superan 2.000 mg/L TSS, pueden tratarse mediante floculación balastada. Además, sistemas de floculación balastada convencionales pueden incluir un espesador corriente abajo de una unidad de floculación balastada para eliminar sólidos en exceso de la corriente rica en sólidos y reciclar el balasto. Según ciertas realizaciones, los sistemas descritos en la presente memoria pueden incluir el espesador posicionado corriente arriba de la unidad de floculación balastada, para eliminar sólidos en exceso antes del tratamiento balastado. En algunas realizaciones, la corriente rica en sólidos puede transmitirse al espesador corriente arriba, lo cual reduce, de manera significativa, la huella del sistema. En algunas realizaciones, el sistema de tratamiento de aguas residuales puede funcionar con hasta un 15 % menos de aditivos, por ejemplo, coagulante, que los sistemas de tratamiento con alto contenido de sólidos convencionales.
Por consiguiente, según ciertos aspectos, las realizaciones descritas en la presente memoria pueden usarse para tratar aguas residuales con alto contenido de sólidos con niveles TSS superiores a 500 mg/L. Las aguas residuales con alto contenido de sólidos pueden comprender aguas residuales industriales. Por ejemplo, los métodos para tratar aguas residuales pueden incluir tratar aguas residuales con alto contenido de sólidos que comprenden desechos de uno o más de una central eléctrica, una operación de minería, producción de alimentos y bebidas, producción y/o refinerías de petróleo y gas, plantas industriales generales, reutilización o descarga de aguas residuales. Dichas fuentes de aguas residuales pueden generar aguas residuales que tienen más de 500 mg/L TSS, por ejemplo, más de 2,000 mg/L TSS, que convencionalmente tendrán demasiados sólidos como para tratarse, de manera efectiva, con un sistema de tratamiento de floculación balastada. En algunas realizaciones, los sistemas y métodos descritos en la presente memoria pueden utilizarse para tratar aguas residuales que incluyen sólidos inorgánicos.
En algunas realizaciones, los sistemas y métodos para el tratamiento de aguas residuales pueden implicar el tratamiento biológico de las aguas residuales en unidades de tratamiento biológico aeróbicas y/o anaeróbicas. Las unidades de tratamiento biológico pueden seleccionarse para reducir el contenido orgánico total y/o la demanda de oxígeno bioquímico de las aguas residuales. Los métodos de tratamiento pueden incluir el tratamiento químico de aguas residuales en unidades de coagulación que usan coagulantes. Los métodos de tratamiento pueden incluir el tratamiento físico de aguas residuales en unidades de floculación mediante el uso de floculantes, por ejemplo, polímero. Estos métodos pueden emplearse para eliminar contaminantes orgánicos y/o inorgánicos de las aguas residuales, según sea necesario.
Según su uso en la presente memoria, “coagulación” se refiere a un proceso químico en el cual las partículas no asentables se desestabilizan y atraen para formar grupos. La coagulación es un proceso químico logrado al neutralizar las partículas y reducir la fuerza repelente entre ellas. Los coagulantes, en general, alteran la química de la suspensión para inducir el asentamiento. Ejemplos de coagulantes incluyen, en general, sales inorgánicas de aluminio y hierro, por ejemplo, cloruro férrico y sulfatos ferrosos. Estas sales, en general, neutralizan la carga en las partículas y se hidrolizan para formar precipitados insolubles de las partículas. Otros ejemplos de coagulantes incluyen coagulantes orgánicos como, por ejemplo, cloruro de polidialildimetilamonio (DADMAC, por sus siglas en inglés). Pueden usarse otros coagulantes.
Según su uso en la presente memoria, “floculación” se refiere a un proceso físico en el cual grupos de partículas se unen físicamente para formar masas de partículas más grandes y luego un precipitado. La floculación es un proceso físico de aglutinación. La floculación puede lograrse por agitación física, por ejemplo, mediante mezcla. De manera opcional, un floculante puede añadirse para ayudar en el proceso de floculación. Los floculantes proveen, en general, una base para que las partículas que se están asentando se fijen físicamente a y crezcan en un flóculo o escama. Floculantes a modo de ejemplo incluyen, por ejemplo, polímeros, por ejemplo, polímeros de alto peso molecular, polímeros de medio peso molecular, polímeros de bajo peso molecular, y polímeros catiónicos o aniónicos.
En ciertos procesos de tratamiento, un floculante puede usarse en combinación con un coagulante para generar partículas más grandes para un asentamiento más rápido. Por ejemplo, un coagulante puede añadirse para aglutinar las partículas no asentables juntas y un floculante puede añadirse para reunir los pequeños grupos formados por la coagulación y formar grupos más grandes. Sin embargo, un floculante y un coagulante no necesitan usarse juntos. Los coagulantes y floculantes pueden funcionar en diferentes condiciones. Por consiguiente, las condiciones de la suspensión que se tratará, por ejemplo, pH, temperatura, y composición, pueden considerarse cuando se selecciona si dosificar el agua con un coagulante, un floculante, o ambos. En algunas realizaciones, el agua puede dosificarse con un coagulante durante una etapa del tratamiento y dosificarse con un floculante durante otra etapa del tratamiento.
Varios métodos de tratamiento de aguas residuales pueden también implicar la eliminación de sólidos floculados formados por un proceso de floculación de aguas residuales tratadas. Los métodos también pueden implicar la eliminación de sólidos coagulados formados por un proceso de coagulación de aguas residuales tratadas. Estas formas de tratamiento biológico, físico y/o químico normalmente resultan en la formación de lodo. Según su uso en la presente memoria, “lodo” se refiere a un material residual que contiene sólidos que se produce como un producto derivado durante el tratamiento de las aguas residuales. El lodo puede comprender bacterias muertas y productos derivados del tratamiento biológico. En algunos métodos, el lodo se elimina de las aguas residuales después de someterse al tratamiento biológico, físico y/o químico mediante el asentamiento en una unidad de asentamiento o decantador. El lodo puede eliminarse de las aguas residuales después de someterse al tratamiento biológico, físico y/o químico mediante el espesamiento en una unidad de espesamiento.
Por consiguiente, un proceso de asentamiento de floculación balastada puede usarse, de manera efectiva, en corrientes con alto contenido de sólidos. El proceso puede proveer reducción y espesamiento de sólidos en bruto en una etapa única de un proceso corriente arriba del tratamiento de floculación balastada. Por consiguiente, el área de huella del sistema puede reducirse significativamente. Normalmente, un espesador se usará para tratar la corriente de sólidos residuales del proceso de asentamiento de floculación balastada. Sin embargo, en los sistemas descritos en la presente memoria, el espesador puede posicionarse corriente arriba y usarse para el preasentamiento y el espesamiento.
La invención descrita en la presente memoria se dirige a sistemas y métodos para tratar aguas residuales. Según ciertos aspectos, se provee un sistema para tratar aguas residuales. En algunas realizaciones, los sistemas y métodos pueden tratar aguas residuales que contienen una alta concentración de sólidos en suspensión. Por ejemplo, las aguas residuales a tratarse pueden tener entre alrededor de 500 mg/L TSS y alrededor de 5.000 mg/L TSS, y, en alguna implementación, hasta alrededor de 20-30 g/L TSS. Según ciertas realizaciones, las aguas residuales a tratarse pueden tener más de 500 mg/L TSS, más de 1.000 mg/L TSS, más de 2.000 mg/L, más de 2.500 mg/L TSS, más de 3.000 mg/L, más de 3.500 mg/L, más de 4.000 mg/L TSS, más de 4.500 mg/L, hasta alrededor de 5.000 mg/L TSS, o hasta alrededor de 30 g/L TSS.
Las aguas residuales con alto contenido de sólidos pueden contactarse con al menos uno de un coagulante y un floculante para producir aguas residuales dosificadas. Por consiguiente, en una realización, como se muestra en la Figura 1, las aguas residuales con alto contenido de sólidos se dirigen inicialmente a un subsistema de pretratamiento. El subsistema de pretratamiento puede utilizarse para tratar la eliminación de niveles brutos de sólidos y contaminantes de las aguas residuales con alto contenido de sólidos. Por ejemplo, el subsistema de pretratamiento puede configurarse para recibir al menos uno de un coagulante y un floculante para producir aguas residuales dosificadas. En algunas realizaciones, el subsistema de pretratamiento puede configurarse para combinar la alimentación de aguas residuales con el coagulante para desestabilizar y químicamente combinar contaminantes. Las aguas residuales dosificadas por el coagulante pueden combinarse con otras corrientes de reciclaje, descritas en mayor detalle más abajo. De manera opcional, las aguas residuales dosificadas por el coagulante pueden entonces combinarse con un floculante para combinar físicamente los contaminantes coagulados.
En algunas realizaciones, el subsistema de pretratamiento puede configurarse para recibir un adsorbente. La adsorción puede describirse como un proceso físico y químico de acumulación de una sustancia en la interfaz entre fases líquidas y sólidas. Según algunas realizaciones, el adsorbente puede ser un carbón activado en polvo (PAC, por sus siglas en inglés). PAC es, en general, un material altamente poroso y provee una gran área superficial hacia la cual pueden adsorberse los contaminantes. PAC puede tener un diámetro de menos de 0,1 mm y una densidad aparente en el rango de 320 kg/m3 y alrededor de 801 kg/m3 (20 y 50 lbs/ft3).
PAC puede tener un número de yodo mínimo de 500 como se especifica por los estándares AWWA (Asociación Americana de Trabajos del Agua, AWWA, por sus siglas en inglés). Aunque en la presente memoria se describe con referencia a PAC, el adsorbente puede ser cualquier adsorbente adecuado para el tratamiento de las aguas residuales específicas.
Como parte de la eliminación de sólidos en bruto de las aguas residuales, las aguas residuales dosificadas se espesan para producir un loco y un efluente. En algunas realizaciones, el subsistema de pretratamiento puede configurarse para espesar las aguas residuales dosificadas. El espesamiento puede llevarse a cabo en un tanque de vertedero o espesador de lodo. En algunas realizaciones, el espesamiento puede llevarse a cabo por uno o más de espesamiento por gravedad, flotación de aire disuelto, espesamiento por tambor giratorio, y centrifugación. El espesamiento puede, en general, tratar aguas residuales que tienen más de 2.000 mg/L de TSS según se describe más arriba y producir un efluente que tiene menos de 2.000 mg/L de TSS, por ejemplo, menos de 500 mg/L de TSS, menos de 400 mg/L TSS, menos de 300 mg/L TSS, menos de 200 mg/L TSS, menos de 100 mg/L TSS, o menos de 50 mg/L TSS. En algunas realizaciones, el subsistema de pretratamiento puede utilizarse para producir un efluente que tiene entre 150 y 500 mg/L TSS y un lodo entre 20.000 a 50.000 mg/L TSS. El efluente o sobreflujo puede dirigirse a un sistema de floculación balastada para un mayor tratamiento. Por ejemplo, el subsistema de pretratamiento puede conectarse de manera fluida corriente arriba de un reactor balastado.
Según algunas realizaciones, el subsistema de pretratamiento puede contener un tanque de reacción que tiene una entrada en comunicación fluida con una fuente de aguas residuales con alto contenido de sólidos y un espesador posicionado corriente abajo del tanque de reacción y que tiene una salida en comunicación fluida con la entrada del reactor balastado. El tanque de reacción puede utilizarse para tener un tiempo de retención hidráulico (HRT, por sus siglas en inglés) según sea necesario para tratar las aguas residuales. En algunas realizaciones, el HRT puede ser de entre 1 minuto y 5 horas, por ejemplo, de entre 10 minutos y 2 horas, por ejemplo, de entre 20 minutos y 1 hora. El tanque de reacción puede utilizarse para tener un HRT de alrededor de 5 minutos, alrededor de 10 minutos, alrededor de 20 minutos, alrededor de 30 minutos, alrededor de 40 minutos, alrededor de 50 minutos, o alrededor de 1 hora.
El tanque de reacción y el espesador pueden alojarse en un recipiente con múltiples particiones. En otras realizaciones, el tanque de reacción y el espesador pueden alojarse en más de un recipiente. El coagulante, floculante, otro aditivo, o combinación de ellos pueden añadirse a las aguas residuales en el tanque de reacción para tratar la eliminación de niveles en bruto de sólidos y contaminantes. Según algunas realizaciones, el espesador puede configurarse para espesar las aguas residuales dosificadas y producir un efluente y un lodo. Los sólidos en bruto eliminados pueden espesarse en el espesador y dirigirse a un tratamiento de desagüe corriente abajo. Por consiguiente, el espesador puede posicionarse corriente arriba de un reactor balastado y tener una salida para proveer el efluente a la entrada del reactor balastado.
El tratamiento de desagüe corriente abajo comprende un filtro prensa para producir un prensado y una torta de filtración. El sistema de desagüe o filtro prensa se posiciona corriente abajo del subsistema de pretratamiento y se configura para recibir y tratar el lodo del subsistema de pretratamiento.
El método puede además comprender transmitir el prensado a la alimentación de aguas residuales para su recirculación. El prensado puede recircular al subsistema de pretratamiento para combinarse con la alimentación de aguas residuales. En algunas realizaciones, el subsistema de pretratamiento, por ejemplo, el tanque de reacción, puede tener una entrada en comunicación fluida con una salida de prensado del filtro prensa, por ejemplo, mediante una línea de recirculación posicionada para conectar, de manera fluida, el filtro prensa y el subsistema de pretratamiento. La torta de filtración puede almacenarse, recircular, o descartarse.
El método de tratamiento de aguas residuales comprende tratar el efluente con balasto, siendo la magnetita utilizada para producir aguas residuales tratadas. El sistema, por consiguiente, comprende un reactor balastado que tiene una entrada en comunicación fluida con una salida de efluente del subsistema de pretratamiento. El reactor balastado además tiene una salida en comunicación fluida con un sistema de tratamiento corriente abajo.
El reactor balastado puede configurarse para tratar el efluente de espesador del subsistema de pretratamiento y producir aguas residuales tratadas desde la salida. Normalmente, en un reactor balastado, contaminantes inorgánicos pueden agregarse para formar un “flóculo”, que se refiere a agregaciones de partículas o sólidos suspendidos, y puede incluir un flóculo biológico, físico y/o químico. Los agregados o flóculos pueden impregnarse con un agente de ponderación o balasto para formar un “flóculo balastado”. La impregnación del flóculo con un balasto hará, en general, que el flóculo se asiente más rápidamente que como se asentaría de otra manera y, por consiguiente, facilita la separación.
Uno o más aditivos pueden también introducirse en el reactor de balasto para ayudar a aumentar la gravedad específica del flóculo. Ejemplos no restrictivos de dichos aditivos incluyen coagulantes como, por ejemplo, sulfatos ferrosos, floculantes como, por ejemplo, polímeros aniónicos, y adsorbentes como, por ejemplo, carbón activado en polvo. La adición de balasto y, de manera opcional, de uno o más aditivos, normalmente mejora la eliminación de sólidos disueltos, coloidales, particulados y microbiológicos. La precipitación y asentabilidad mejoradas de sólidos balastados pueden proveer un sistema de separación sólidos-líquido corriente abajo más eficiente.
En algunas realizaciones, el reactor balastado puede comprender un reactor biológico. Las unidades o recipientes de tratamiento biológico normalmente incluyen bacterias que descomponen componentes de las aguas residuales, por ejemplo, componentes orgánicos. Los procesos de tratamiento biológico en las unidades o recipientes de tratamiento biológico pueden reducir el contenido orgánico total y/o contenido orgánico biológico de las aguas residuales. Los procesos de tratamiento biológico pueden resultar en la formación de un flóculo biológico.
El tratamiento biológico normalmente utiliza un tanque de aireación que contiene microorganismos que ingieren contaminantes en un efluente para formar flóculos biológicos. El oxígeno se alimenta normalmente al tanque de aireación para promover el crecimiento de estos flóculos biológicos. Los microorganismos del lodo biológico consumen e ingieren sólidos orgánicos suspendidos y coloidales al descomponer moléculas orgánicas complejas en simples productos residuales que pueden, a su vez, descomponerse por otros microorganismos. Los microorganismos en el tanque de aireación crecen y se multiplican según lo permitido por las cantidades de aire y sólidos consumibles disponibles. La combinación de efluente, o en algunos casos aguas negras, y flóculos biológicos se conoce comúnmente como “licor mixto”.
El método para tratar aguas residuales comprende separar el flóculo balastado de un efluente tratado. En algunas realizaciones, el método puede comprender asentar el agua tratada para producir un efluente con bajo contenido de sólidos y un flóculo balastado rico en sólidos. Las aguas residuales tratadas se separan en un separador sólidoslíquido que comprende un subsistema de separación sólidos-líquido conectado de manera fluida corriente abajo del reactor balastado. El subsistema de separación sólidos-líquido se configura para recibir las aguas residuales tratadas y separar las aguas residuales tratadas en un efluente con bajo contenido de sólidos y un flóculo balastado rico en sólidos. El efluente con bajo contenido de sólidos puede transmitirse a un punto de uso o a un sistema de postratamiento para el procesamiento adicional coherente con su uso previsto. Según ciertas realizaciones, los sistemas y métodos descritos en la presente memoria pueden producir el efluente con bajo contenido de sólidos que tiene menos de 30 mg/L TSS, menos de 10 mg/L TSS, o menos de 5 mg/L TSS de la alimentación de aguas residuales con alto contenido de sólidos. El flóculo balastado rico en sólidos puede transmitirse a un subsistema de recuperación de balasto para la recirculación en el sistema de tratamiento de aguas residuales. En algunas realizaciones, el flóculo balastado rico en sólidos puede tener entre 5.000 mg/L TSS y 20.000 mg/L TSS, por ejemplo, alrededor de 10.000 mg/L TSS.
En algunas realizaciones, el subsistema de separación sólidos-líquido puede comprender un decantador u otro tanque de sedimentación. Los recipientes de asentamiento o decantadores del sistema de separación sólidos-líquido se usan, en general, para eliminar sólidos suspendidos, incluidos los flóculos biológicos, físicos y/o químicos (a los que, en la presente memoria, se hace referencia como “flóculo”) y/o lodo de las aguas residuales después del tratamiento biológico, físico y/o químico. El flóculo puede tener una densidad cercana a la del agua (1,0 g/cm3).
En realizaciones de tratamiento biológico, el licor mixto del tanque de aireación puede dirigirse a un sistema de separación sólidos-líquido como, por ejemplo, un decantador o tanque de sedimentación. Durante el proceso de separación, los flóculos biológicos en el licor mixto se separan, en general, del licor mixto como lodo activado de purga (WAS, por sus siglas en inglés) y el efluente con bajo contenido de sólidos, o efluente “limpio”, puede descargarse otra vez al entorno o someterse a un tratamiento adicional mediante el uso de procesos de tratamiento corriente abajo adicionales. El WAS en el decantador puede reciclarse otra vez al tanque de aireación por un subsistema de lodo activado de retorno. El lodo restante excesivo se desecha normalmente del sistema para controlar la población de microorganismos en el licor mixto, de otra manera denominado sólidos suspendidos en licor mixto (MLSS, por sus siglas en inglés).
En algunas realizaciones, el método puede comprender entregar balasto a una corriente del proceso, por ejemplo, al efluente de pretratamiento, para tratar las aguas residuales. Por consiguiente, el sistema de tratamiento de aguas residuales puede comprender un subsistema de alimentación de balasto configurado para entregar balasto al reactor balastado. El subsistema de alimentación de balasto puede obtener balasto de una o más fuentes. Por ejemplo, balasto recuperado del subsistema de recuperación de balasto (descrito más abajo) puede entregarse al sistema de alimentación de balasto. Además, balasto fresco o en crudo puede entregarse y usarse por el subsistema de alimentación de balasto.
Según algunas realizaciones, el sistema puede además comprender un subsistema de impregnación de balasto en comunicación fluida con la entrada del reactor balastado. El subsistema de alimentación de balasto puede configurarse para alimentar balasto al subsistema de impregnación de balasto. Según algunas realizaciones, el subsistema de impregnación de balasto puede configurarse para incorporar balasto a la mezcla de aguas residuales, por ejemplo, al efluente de pretratamiento, para generar las aguas residuales balastadas y proveer las aguas residuales balastadas a una entrada del reactor balastado. Según algunas realizaciones, el subsistema de alimentación de balasto puede configurarse para alimentar balasto al subsistema de pretratamiento, por ejemplo, al espesador.
Según la invención, el balasto es magnetita. El balasto puede proveerse en la forma de pequeñas partículas o como un polvo. Los tamaños de partícula del polvo pueden estar en el rango de, por ejemplo, de alrededor de 5 pm a alrededor de 100 pm de diámetro, con un diámetro promedio de alrededor de 20 pm. El tamaño de partícula del balasto, por ejemplo, puede ser de menos de alrededor de 100 pm. En algunas realizaciones, el tamaño de partícula del balasto puede ser de menos de alrededor de 40 pm. En algunas realizaciones, el tamaño de partícula del balasto puede ser de menos de alrededor de 20 pm. En algunas realizaciones, el tamaño de partícula del balasto puede ser de entre alrededor de 80 pm a alrededor de 100 pm; de entre alrededor de 60 pm a alrededor de 80 pm; de entre alrededor de 40 pm a alrededor de 60 pm; de entre alrededor de 20 pm a alrededor de 40 pm; o de entre alrededor de 1 pm a alrededor de 20 pm. Diferentes tamaños de balasto pueden utilizarse en diferentes realizaciones dependiendo, por ejemplo, de la naturaleza y cantidad de flóculos y/u otros sólidos suspendidos que se eliminarán en un proceso de asentamiento. Por ejemplo, el balasto y tamaño del balasto pueden seleccionarse según la naturaleza y cantidad de flóculos. El beneficio del balasto es, en general, aumentar la eficiencia de la separación de líquidos de sólidos, lo cual aumenta la eficiencia de la clarificación llevada a cabo en el sistema de separación sólidos-líquido y/o un proceso de espesamiento llevado a cabo corriente abajo de la separación sólidos-líquido en una recirculación del fluido al subsistema de pretratamiento.
El balasto puede introducirse a una concentración de entre alrededor de 5.000 mg/L y 12.000 mg/L. Por ejemplo, el proceso de tratamiento puede comenzar con una baja concentración de balasto, que aumenta gradualmente. De manera alternativa, el proceso de tratamiento puede comenzar con una alta concentración de balasto, que se reduce gradualmente. Después de un tiempo de funcionamiento predeterminado, el balasto fresco introducido en el sistema puede reducirse y el tratamiento puede funcionar mediante balasto recirculado. En general, alrededor de 0,2 % de balasto en peso puede perderse durante el funcionamiento.
Según la invención, el balasto es magnetita (comercializado por, por ejemplo, Quality Magnetite, LLC, Kenova, WV). La magnetita tiene una densidad mucho más alta, de aproximadamente 5,1 g/cm3, que el flóculo típico formado en métodos de tratamiento de aguas residuales biológico, físico y/o químico. La magnetita es un mineral de hierro totalmente oxidado (Fe3Ü4). La magnetita es inerte, no se oxida y no reacciona o de otra manera interfiere con el flóculo químico o biológico. La magnetita tampoco se pega al metal, lo cual significa que aunque es atraída a imanes, no se fija a superficies metálicas como, por ejemplo, tubos de acero. El balasto magnético puede tener un tamaño de partícula que le permita unirse a flóculos biológicos y químicos para proveer asentamiento o clarificación mejorados, y le permita ser atraído a un imán de modo que pueda separarse de los flóculos.
En general, el balasto de magnetita, a diferencia de la arena, puede permitir que las partículas de magnetita impregnen flóculos existentes. Según algunas realizaciones, un tambor magnético provisto en el subsistema de recuperación de balasto puede usarse para separar los agregados del balasto magnético en una manera eficiente.
Aunque la magnetita se utiliza como material de balasto, otros materiales, incluida arena, pueden usarse como material de balasto. Otros materiales como, por ejemplo, partículas o polvos que comprenden níquel, cromo, hierro y/o varias formas de óxido de hierro, pueden usarse de manera adicional.
Según algunos aspectos, que no forman parte de la invención, el balasto puede ser arena. Los sistemas balastados de arena pueden implementar tamaños de balasto más grandes para recuperar de manera efectiva el balasto. Por ejemplo, las partículas de arena pueden estar en un rango de tamaño de 50 gm a alrededor de 2000 gm. El balasto de arena es no magnético. Los sistemas y métodos balastados de arena pueden implementar el uso de agentes de limpieza para separar los sólidos agregados del balasto de partículas de arena. El uso de un agente de limpieza puede referirse al área superficial grande del balasto de arena donde particulados sólidos se fijan al material de arena. Por lo tanto, la energía mecánica sola (a saber, fuerzas de cizallamiento de un patrón de flujo de vórtice) puede, en general, ser insuficiente para eliminar sólidos agregados de la superficie de la partícula de arena y métodos químicos pueden necesitarse para reaccionar con y disolver enlaces químicos presentes en la superficie de la partícula de arena que unen la arena a los sólidos agregados. En algunas realizaciones, los sólidos agregados pueden eliminarse de las superficies de las partículas de arena en un hidrociclón.
Según la invención, el método además comprende pasar el flóculo balastado a un subsistema de recuperación de balasto para producir balasto recuperado. El flóculo balastado recuperado puede recircular y transmitirse a al menos uno de la alimentación de aguas residuales, las aguas residuales dosificadas, el efluente y las aguas residuales tratadas. El sistema de tratamiento de aguas residuales además comprende un subsistema de recuperación de balasto configurado para recibir un flóculo balastado de la salida del subsistema de separación sólidos-líquido y recircular el balasto dentro de las varias operaciones del tratamiento de agua. El subsistema de recuperación de balasto se configura para recibir un flóculo balastado de la salida del subsistema de separación sólidos-líquido y entregar el flóculo balastado a una o más unidades o subsistemas del sistema de tratamiento de agua.
Por ejemplo, el subsistema de pretratamiento puede tener una entrada en comunicación fluida con una salida de flóculo balastado del subsistema de separación sólidos-líquido. La entrada de recuperación de balasto del subsistema de pretratamiento puede posicionarse o de otra manera estar en comunicación fluida con el tanque de reacción o el espesador. En algunas realizaciones, la salida de flóculo balastado del subsistema de separación sólidos-líquido se configura para transmitir balasto recuperado tanto al tanque de reacción como al espesador.
Además, el reactor balastado puede tener una entrada en comunicación fluida con una salida de flóculo balastado del subsistema de separación sólidos-líquido. El subsistema de recuperación de balasto puede configurarse para proveer balasto recuperado como una fuente de balasto que se entrega al reactor balastado. Por consiguiente, balasto recirculado puede entregarse al reactor balastado y el subsistema de alimentación de balasto puede estar en comunicación fluida con el subsistema de recuperación de balasto, de modo que el subsistema de alimentación de balasto se configura para impregnar el efluente de pretratamiento con balasto recirculado en el reactor balastado. Uno o más de las aguas residuales dosificadas, el efluente de pretratamiento, y las aguas residuales tratadas pueden impregnarse con balasto recuperado.
En algunas realizaciones, el flóculo balastado recuperado puede recircular y transmitirse a cada uno de la alimentación de aguas residuales, las aguas residuales dosificadas, el efluente y las aguas residuales tratadas. Por consiguiente, en algunas realizaciones, el subsistema de recuperación de balasto puede ser conectable, de manera fluida, o conectarse, de manera fluida, a cada uno del subsistema de pretratamiento (por ejemplo, el tanque de reacción y/o el espesador) y el reactor de balasto.
Según algunas realizaciones, el método puede además comprender el espesamiento del flóculo balastado antes de recircular el flóculo balastado. El subsistema de recuperación de balasto puede además configurarse para separar sólidos no balastados de balasto en el flóculo balastado. Por ejemplo, el subsistema de recuperación de balasto puede comprender un espesador, decantador, u otro separador configurado para separar flóculo balastado de sólidos no balastados y/o aguas residuales antes de pasar el flóculo balastado al subsistema de pretratamiento o reactor balastado.
En algunas realizaciones, por ejemplo, en realizaciones en las cuales el balasto es un material magnético, el subsistema de recuperación de balasto puede comprender un separador de tambor magnético. El separador de tambor magnético puede incluir un tambor en el cual se dispone un imán. En general, durante el funcionamiento, el tambor rota para separar balasto magnético. Una mezcla de balasto y flóculos de lodo puede introducirse en la superficie del tambor giratorio a través de un conducto o rampa de alimentación. El balasto, cuando consiste en un material magnético, por ejemplo, magnetita, se adhiere más fuertemente al tambor que los flóculos no magnéticos de lodo debido a la presencia del imán. Los flóculos de lodo pueden caer del tambor, en algunos ejemplos ayudados por la fuerza centrípeta generada por el tambor giratorio, antes del balasto. Una paleta de división puede separar el balasto recuperado y flóculos no magnéticos de lodo en corrientes de salida separadas.
En otra realización del separador magnético, la mezcla de balasto y flóculos de lodo puede introducirse por un conducto o rampa de alimentación a una posición cercana y al lado del tambor giratorio. El balasto, cuando se compone de un material magnético como, por ejemplo, magnetita, se adhiere, en general, al tambor giratorio debido a la presencia del imán y puede eliminarse del tambor giratorio en el lado opuesto del conducto o rampa de alimentación por, por ejemplo, un rascador o paleta de división. Los flóculos no magnéticos de lodo, en general, no se adhieren al tambor giratorio y, en su lugar, pueden caer del extremo del conducto o rampa de alimentación. El resultado es la producción de corrientes separadas de balasto recuperado y otros sólidos. Otros separadores o métodos de separación pueden emplearse para recuperar balasto del flóculo balastado.
Los sistemas y métodos descritos en la presente memoria pueden además comprender medir o monitorear uno o más de pH, velocidad de alimentación de aditivos (por ejemplo, coagulante, floculante, o velocidad de alimentación de adsorbente al sistema), velocidades de flujo de corriente del proceso, concentración de sólidos suspendidos y/u otros contaminantes en las aguas residuales u otras corrientes del proceso, y velocidad de reciclaje del lodo. El sistema puede comprender uno o más sensores para medir dichos parámetros. Los métodos de tratamiento pueden además comprender ajustar uno o más de pH, velocidades de alimentación, y velocidades de flujo de solución con capacidad de respuesta a la única o más mediciones allí tomadas. Por ejemplo, el sistema puede además comprender uno o más módulos de control conectados, de manera utilizable, al único o más sensores para controlar el funcionamiento del sistema.
Como se describe en la presente memoria, el proceso de tratamiento de aguas residuales con alto contenido de sólidos puede llevarse a cabo para generar más de una corriente. En algunas realizaciones, el proceso de tratamiento puede generar tres corrientes, incluida una corriente de agua tratada, una corriente de balasto y una corriente de sólidos residuales. Las tres corrientes pueden generarse por separado. En algunas realizaciones, la corriente de balasto puede reutilizarse en la impregnación balastada de las aguas residuales. La corriente de sólidos residuales puede enviarse a un espesador o tanque de vertedero. Los sólidos que se han acumulado en el espesador pueden enviarse a un filtro prensa para el desagüe. En algunas realizaciones, estos sólidos se envían directamente al filtro prensa.
Como se muestra en la Figura 1 (no forma parte de la invención actual), se provee un sistema 1000 de tratamiento de aguas residuales con alto contenido de sólidos que comprende un reactor 1100 balastado que tiene primera y segunda entradas (1120 y 1140, respectivamente) y una salida 1160, un subsistema 1200 de separación sólidos-líquido que tiene una entrada 1220 conectable, de manera fluida, a la salida 1160 del reactor 1100 balastado, una salida 1240 de efluente con bajo contenido de sólidos, y una salida 1260 de flóculo balastado rico en sólidos, un subsistema 1300 de pretratamiento que tiene una primera entrada 1320 conectable, de manera fluida, a una fuente de aguas 1020 residuales con alto contenido de sólidos, una segunda entrada 1322 conectable, de manera fluida, a una fuente de al menos uno de un coagulante y un floculante 1040, una salida 1340 de efluente conectable, de manera fluida, a la primera entrada 1120 del reactor 1100 balastado, y una salida 1342 de lodo, un subsistema 1500 de alimentación de balasto que tiene una salida 1520 conectable, de manera fluida, a la segunda entrada 1140 del reactor 1100 balastado, y un subsistema 1600 de recuperación de balasto que tiene una entrada 1620 conectable, de manera fluida, a la salida 1260 de flóculo balastado rico en sólidos del subsistema 1200 de separación sólidos-líquido y una salida 1640 conectable, de manera fluida, a al menos uno del reactor 1100 balastado y subsistema 1300 de pretratamiento.
El subsistema 1500 de alimentación de balasto puede comprender un sistema 1540 de impregnación de balasto. El subsistema 1600 de recuperación de balasto puede ser conectable, de manera fluida, al reactor 1100 balastado a través del subsistema 1500 de alimentación de balasto (mediante la segunda entrada 1140) o a través de una tercera entrada (no se ilustra). El subsistema 1600 de recuperación de balasto puede ser conectable, de manera fluida, al subsistema 1300 de pretratamiento a través de una tercera entrada 1324.
Como se muestra en la Figura 2 (no forma parte de la invención), el subsistema 1300 de pretratamiento puede comprender un tanque 1360 de reacción y un espesador 1380. El tanque 1360 de reacción puede ser conectable, de manera fluida, a la fuente de las aguas 1020 residuales y a la fuente del al menos uno del coagulante y el floculante 1040, por ejemplo, a través de primera y segunda entradas 1362 y 1364, respectivamente. El tanque 1360 de reacción puede además ser conectable, de manera fluida, al subsistema 1600 de recuperación de balasto a través de una tercera entrada 1366. El tanque 1360 de reacción y el espesador 1380 pueden ser conectables, de manera fluida, entre sí a través de una salida 1368 de aguas residuales dosificadas del tanque 1360 de reacción y una entrada 1382 de aguas residuales dosificadas del espesador 1380. El espesador 1380 puede incluir una salida 1384 de efluente y salida 1386 de lodo. Por ejemplo, el espesador 1380 puede ser conectable, de manera fluida, al reactor 1100 balastado a través de la salida 1384 de efluente.
En algunas realizaciones, por ejemplo, como se muestra en la Figura 3, el sistema 1000 además comprende un filtro 1400 prensa. El filtro 1400 prensa puede ser conectable, de manera fluida, al subsistema 1300 de pretratamiento a través de la salida 1342 de lodo. En algunas realizaciones (no se muestran), el filtro 1400 prensa puede ser conectable, de manera fluida, al subsistema 1300 de pretratamiento mediante el espesador 1380, a través de la salida 1386 de lodo. El filtro 1400 prensa puede tener una entrada 1420 (conectable al subsistema 1300 de pretratamiento, según se describe), una salida 1440 de prensado y una salida 1460 de torta de filtración. En algunas realizaciones, el filtro 1400 prensa puede ser conectable, de manera fluida, al subsistema 1300 de pretratamiento a través de la salida 1440 de prensado y una cuarta entrada 1326. En algunas realizaciones (no se muestran), el filtro 1400 prensa puede ser conectable, de manera fluida, al subsistema 1300 de pretratamiento mediante el tanque 1360 de reacción, a través de una cuarta salida.
Cualquiera de los sistemas descritos en la presente memoria puede además contener recipientes, unidades, tanques, líneas de fluido, o tuberías adicionales según sea necesario para procesar las aguas residuales deseadas. Además, cualquiera de los sistemas descritos en la presente memoria puede ser automatizado o semiautomatizado a través de sensores, módulos de control, válvulas y/o bombas.
El sistema de tratamiento de aguas residuales puede incluir uno o más dispositivos adicionales que no se muestran de forma explícita en las figuras. Por ejemplo, según algunas realizaciones, los sistemas pueden incluir mezcladores, tanques de retención, digestores para sistemas de tratamiento biológico, etc., adicionales. La mezcla dentro del subsistema de tratamiento, incluso, por ejemplo, dentro del subsistema de impregnación, y la mezcla dentro del subsistema de pretratamiento, incluso, por ejemplo, dentro del tanque de reacción, pueden llevarse a cabo y lograrse usando uno o más métodos, incluidos los mezcladores mecánicos, aire difuso, y mezcladores/aireadores de chorro. Los tratamientos anóxicos y anaeróbicos en una unidad de tratamiento biológico pueden llevarse a cabo con un digestor o mezclarse con mezcladores mecánicos sumergidos o flotantes. Los tratamientos aeróbicos en un digestor pueden además combinarse con burbuja gruesa, aireación por chorro, o una combinación de burbuja fina y mezcla mecánica.
Uno o más aspectos adicionales de la descripción se dirigen a un método para facilitar el tratamiento de aguas residuales en un sistema de tratamiento de aguas residuales. El método para facilitar puede comprender recibir aguas residuales de una fuente de aguas residuales en una unidad de pretratamiento, contactar las aguas residuales con al menos uno de un coagulante y un floculante para producir aguas residuales dosificadas, espesar las aguas residuales dosificadas para producir un lodo y un efluente, transmitir el efluente a una unidad de tratamiento balastado, tratar el efluente con balasto en la unidad de tratamiento balastado para producir aguas residuales tratadas, y asentar las aguas residuales tratadas para generar un efluente limpio y flóculo balastado. En algunas realizaciones, el método puede comprender proveer un sistema de alimentación de balasto configurado para entregar balasto a uno del efluente, por ejemplo, en la unidad de tratamiento balastado. El método puede comprender balastar el efluente con el balasto entregado para generar un flóculo balastado.
Uno o más aspectos adicionales de la descripción, que no forman parte de la invención actual, se dirigen a un método para retroadaptar un sistema de tratamiento de aguas residuales para tratar aguas residuales con alto contenido de sólidos. El método puede comprender retroadaptar el sistema de tratamiento de aguas residuales para tratar aguas residuales que comprenden sólidos inorgánicos, según se describe en la presente memoria. El método puede comprender conectar, de manera fluida, una fuente de aguas residuales con alto contenido de sólidos a una unidad de pretratamiento configurada para eliminar sólidos en bruto de las aguas residuales con alto contenido de sólidos y conectar, de manera fluida, la unidad de pretratamiento a un sistema de tratamiento balastado. El método puede comprender proveer un sistema de alimentación de balasto para entregar balasto al sistema de tratamiento balastado. El método puede comprender conectar, de manera fluida, el sistema de tratamiento balastado a un sistema de separación sólidos-líquido. El método puede además comprender conectar, de manera fluida, el sistema de separación sólidos-líquido al sistema de pretratamiento para recircular el flóculo balastado. En algunas realizaciones, el método puede comprender conectar, de manera fluida, el sistema de tratamiento balastado a un punto de uso. El punto de uso puede ser un punto de uso directo, un recipiente de almacenamiento, o un recipiente de transporte.
La fraseología y terminología usadas en la presente memoria son en aras de la descripción y no deben considerarse restrictivas. Según su uso en la presente memoria, el término “múltiples” se refiere a dos o más elementos o componentes. Los términos “que comprende(n)”, “que incluye(n)”, “que lleva(n)”, “que tiene(n)”, “que contiene(n)” y “que implica(n)”, ya sea en la descripción escrita o en las reivindicaciones y similar, son términos con final abierto, a saber, significan “que incluye(n) pero no se limita(n) a”. Por consiguiente, el uso de dichos términos pretende abarcar los elementos enumerados de allí en adelante, y sus equivalentes, así como elementos adicionales. Solamente las frases transicionales “que consiste(n) en” y “que consiste(n) esencialmente en” son frases transicionales cerradas o semicerradas, respectivamente, con respecto a las reivindicaciones. El uso de términos ordinales como, por ejemplo, “primer/o/a(s)”, “segundo/a(s)”, “tercer/o/a(s)” y similares en las reivindicaciones para modificar un elemento de la reivindicación no connota por sí mismo ninguna prioridad, prevalencia, u orden de un elemento de reivindicación con respecto a otro o el orden temporal en el cual etapas de un método se llevan a cabo, sino que se usan meramente como etiquetas para distinguir un elemento de reivindicación que tiene cierto nombre de otro elemento que tiene un mismo nombre (pero para el uso del término ordinal) para distinguir los elementos de las reivindicaciones.
Después de haber descrito, por consiguiente, varios aspectos de al menos una realización, las personas con experiencia en la técnica apreciarán que varias alteraciones, modificaciones y mejoras se les ocurrirán fácilmente. Cualquier aspecto descrito en cualquiera reivindicación puede incluirse en o reemplazarse por cualquier aspecto de cualquier otra realización. Dichas alteraciones, modificaciones y mejoras pretenden ser parte de esta descripción, y pretenden estar dentro del alcance de las reivindicaciones. Por consiguiente, la anterior descripción y los dibujos son a modo de ejemplo solamente.
Ejemplos
Ejemplo 1: balance de masa de sistema de tratamiento de aguas residuales con alto contenido de sólidos
El sistema para el tratamiento de aguas residuales puede funcionar según el balance de masa a modo de ejemplo que se muestra en la Figura 4. El balance de masa se ha calculado usando métodos de ingeniería química tradicionales. Como se muestra en la Figura 4, el sistema de tratamiento de agua descrito en la presente memoria puede llevarse a cabo para tratar aguas residuales con alto contenido de sólidos.
Las aguas residuales que tienen 5.000 mg/L TSS se combinan con un coagulante. En este ejemplo, las aguas residuales son un sumidero de instalación de entrega de lignito que fluyen a 1893 litro/min (500 galón/minuto GPM) que se combinan con cloruro férrico a una concentración de alrededor de 5 mg/L Fe (38 mg/L 38 % FeCh, 103 kg/día (228 lbs/día) a 2,88 litro por hora (0,76 galones por hora).
Las aguas residuales y el coagulante se dirigen a un tanque de reacción con otras corrientes de reciclaje. El tanque de reacción tiene un tiempo de retención hidráulico (HRT) de 30 minutos. Aguas residuales dosificadas que tienen 4.678 mg/L TSS que fluyen a una velocidad de 2074 l/min (548 GPM) abandonan el tanque de reacción y se dirigen a un espesador. Antes de entrar en el espesador, las aguas residuales dosificadas se combinan con un floculante de polímero a una concentración de 2 mg/L 6 kg/día a 0,21 l/h (13,2 lbs/día a 0,055 GPH), y agua de dilución a una velocidad de 0,83 l/min (0,22 GPM).
El espesador es un tanque de asentamiento que contiene un rastrillo interno para limpiar sólidos. Las aguas residuales dosificadas se combinan además en el espesador con el floculante de polímero adicional a una concentración de 2 mg/L 12,7 kg/día (28 lbs/día), y agua de dilución a una velocidad de 1,9 l/min (0,5 GPM).
Juntos, el tanque de reacción y el espesador conforman el subsistema de pretratamiento.
El espesador funciona para producir un lodo y un efluente. El lodo contiene sólidos en bruto a una concentración de 50.000 mg/L TSS (5 %) y fluye corriente abajo a una velocidad de 189 l/min (50 GPM).
El efluente de pretratamiento contiene 100 mg/L TSS y fluye corriente abajo a una velocidad de 2169 l/min (573 GPM).
El efluente se dirige a un reactor balastado (en este ejemplo, un tanque de reacción CoMag®, distribuido por Evoqua Water Technologies, LLC, Pittsburgh, PA). Antes de entrar en el reactor balastado, el efluente se combina con un coagulante. En este ejemplo, el coagulante es cloruro férrico a una concentración de alrededor de 5 mg/L Fe (38 mg/L 38 % FeCl3, 118,8 kg/día a 3,3 l/h (262 lbs/día a 0,87 GPH)) para producir una suspensión que tiene 110 mg/L TSS (suponiendo las formas Fe añadidas Fe(OH)3) y que fluye a una velocidad de 2169 l/min (573 GPM).
El efluente se trata en el reactor balastado con balasto adicional (aquí, magnetita). En este ejemplo, el balasto se obtiene del subsistema de recuperación de balasto. Sin embargo, balasto fresco puede introducirse en el reactor de balasto de un subsistema de alimentación de balasto y/o subsistema de impregnación de balasto.
Las aguas residuales tratadas abandonan el reactor balastado y se dirigen al subsistema de separación sólidos-líquido (aquí, un tanque sedimentador). El sedimentador funciona para producir un efluente con bajo contenido de sólidos que tiene menos de 10 mg/L de TSS a una velocidad de flujo de 1862 l/min (492 GPM). El efluente con bajo contenido de sólidos puede considerarse el agua de producto. Como tal, puede entregarse a un punto de uso, almacenamiento, transporte, u otro. El flóculo balastado rico en sólidos abandona el tanque sedimentador y se entrega a un subsistema de recuperación de balasto que recirculará dentro del sistema.
El subsistema de recuperación de balasto puede conectarse, de manera fluida, al subsistema de pretratamiento y al reactor balastado. Aquí, el subsistema de recuperación de balasto se configura para entregar flóculo (lodo) que tiene 10.000 mg/L TSS al tanque de reacción a una velocidad de flujo de 22,7 l/min (6 GPM) y flóculo (lodo) que tiene 10.000 mg/L TSS (1 %) al espesador a una velocidad de flujo de 284 l/min (75 GPM) (15 % reciclaje). El subsistema de recuperación de balasto contiene un tambor magnético configurado para separar balasto de otros sólidos. El tambor magnético se posiciona para entregar los sólidos (lodo) separados al tanque de reacción y/o espesador y el balasto separado a una cámara de balasto para su reutilización en el reactor balastado.
El sistema de tratamiento de aguas residuales a modo de ejemplo también contiene una función de desagüe posicionada corriente abajo del espesador. Aquí, la función de desagüe es un filtro prensa. El lodo del espesador que tiene 50.000 mg/L TSS (5 %) se entrega al filtro prensa a una velocidad de flujo de 189 l/min (50 GPM).
El filtro prensa desagua el lodo y produce un prensado y una torta de filtración. El prensado que tiene 200 mg/L TSS 13,6 kg/día (30.042 lbs/día, 25 % de sólidos) recircula al tanque de reacción a una velocidad de flujo de 162 l/min (42,8 GPM) donde se combina con la alimentación de aguas residuales y coagulante, y otras corrientes de reciclaje como se describe más arriba.
Por consiguiente, el sistema de tratamiento de aguas residuales descrito en la presente memoria puede utilizarse de manera eficiente para producir agua de producto que tenga menos de 10 mg/L TSS de una corriente de aguas residuales que tenga 5.000 mg/L TSS al eliminar sólidos en bruto en un espesador antes del tratamiento con un reactor balastado. Además, el sistema de tratamiento de aguas residuales a modo de ejemplo tiene una huella más pequeña que los sistemas convencionales al colocar el espesador corriente arriba del reactor balastado y recircular las varias corrientes con alto contenido de sólidos dentro del sistema.
Ejemplo 2: comparación de decantadores utilizados en sistemas convencionales vs. sistema que incluye eliminación de sólidos balastados
Un decantador balastado según se describe en la presente memoria es una herramienta efectiva para tratar aguas residuales industriales. Sin embargo, las aguas residuales con un alto contenido de sólidos (>2.000 mg/L de sólidos) pueden provocar dificultades de tratamiento para el proceso de clarificación balastada y otras tecnologías similares. Mediante la provisión de eliminación de sólidos a granel antes del decantador balastado con un espesador tradicional, el decantador balastado puede proveer agua de producto de alta calidad con un proceso de tratamiento muy robusto.
Algunos sólidos pueden llevar al efluente de espesador posiblemente 100 mg/L. Este flujo puede tratarse fácilmente por un decantador balastado según se describe en la presente memoria para sólidos suspendidos, metales pesados, fósforo y eliminación de otros particulados suspendidos.
Un decantador balastado según se describe en la presente memoria puede tener una huella más pequeña que un sistema de clarificación convencional debido al asentamiento más rápido de los sólidos floculados balastados. Aunque las realizaciones del decantador balastado descrito pueden usar más energía que un sistema de clarificación convencional, el uso químico es normalmente un 10-15 % más bajo que en la clarificación convencional y, por consiguiente, se provee un desplazamiento del uso de energía aumentado. Un decantador balastado según describe en la presente memoria puede también proveer un agua de producto de mejor calidad - mientras absorbe cambios razonables en calidad y flujo de agua.
Las características y parámetros operativos de un decantador balastado a modo de ejemplo (por ejemplo, el separador 1200 sólidos/líquido en la Figura 1) que puede utilizarse en realizaciones de los sistemas y métodos descritos en la presente memoria que incluyen un espesador corriente arriba del decantador balastado se comparan con características y parámetros operativos de un decantador que puede utilizarse en un sistema de tratamiento de aguas residuales convencional que no incluye un espesador corriente arriba del decantador en la Tabla 1 de más abajo. Las características y parámetros en la Tabla 1 se han generado suponiendo un ejemplo de tratamiento de aguas residuales industriales genérico. Las aguas residuales con alto contenido de sólidos fluyen a un espesador para la eliminación de sólidos a granel con la ayuda de la coagulación y floculación químicas. Con una carga de sólidos de entrada de 5.000 mg/L, el lodo de espesador debe alcanzar razonablemente 5 % de sólidos (50.000 mg/L) con un espesador adecuadamente diseñado. Las figuras comparativas en la Tabla 1 de más abajo son ejemplos proféticos obtenidos por simulación por ordenador.
Tabla 1: Comparación de decantador — Clarificación balastada versus convencional
*Según un flujo de decantador de entrada de 1.800 gpm — 5.000 mg/L de sólidos
Según el flujo de decantador de entrada de 6814 litro/min
Tamaño: 96,5 cm de diámetro x 61 cm ánodos y cátodos (40,6 x 30,5 cm pozo central);
Bajo flujo: 681,3 l/min;
Área, flujo: 86,4 m2, 69,6 l/min/m2;
Carga de sólidos: 566 kg/m2/día; Carga hidráulica: 113,2 m3/día/m2;
Efluente: 6132 l/min a 100 mg/l de sólidos;
Clarificación convencional (0,0407 litro/min/m2) 122 cm x 56 cm;
Tamaño del decantador: 125,4 m2 (1350 ft2) y 167,2 m2 (1800 ft2);
Requisito de potencia: 26,1 kW (35 hp) y 3,7 kW (5 hp).
Según se ilustra en la Tabla 1 de más arriba, la huella de un decantador utilizado en sistemas según se describe en la presente memoria puede reducirse en tamaño vs. un decantador utilizado en un sistema de tratamiento de aguas residuales convencional de 167,2 m2 a 125,4 m2 (1800 ft2 a 1350 ft2) con una reducción de [(1.800-1.350)/1.800] = 25 %.
El tiempo de retención hidráulico de un decantador utilizado en sistemas según se describe en la presente memoria puede reducirse por un factor de alrededor de 5 (138/28 = 4,9) en comparación con un decantador utilizado en un sistema de tratamiento de aguas residuales convencional. El decantador de los sistemas descritos en la presente memoria puede requerir 10-15 % menos de químicos, por ejemplo, floculantes o coagulantes, en comparación con un decantador de un sistema de tratamiento de aguas residuales convencional, puede producir un efluente de mayor calidad (3 NTU vs. 5 NTU) y puede ser capaz de responder más rápidamente a cambios en flujos de aguas residuales y cargas de sólidos que lo que puede ser posible con un decantador incluido en un sistema de tratamiento de aguas residuales convencional.
Las personas con experiencia en la técnica apreciarán que los parámetros y las configuraciones descritas en la presente memoria son a modo de ejemplo y que los parámetros y/o las configuraciones reales dependerán de la aplicación específica en la cual se usen los métodos y materiales descritos. Las personas con experiencia en la técnica también reconocen o pueden confirmar, mediante el uso de no más que la experimentación de rutina, los equivalentes a las realizaciones específicas descritas.
Claims (9)
1. Un sistema (1000) de tratamiento de aguas residuales con alto contenido de sólidos que comprende:
un reactor (1100) que tiene una entrada (1120) y una salida (1160);
un subsistema (1200) de separación sólidos-líquido que tiene una entrada (1220) en comunicación fluida con la salida del reactor balastado y configurado para separar aguas residuales tratadas en un efluente con bajo contenido de sólidos y un flóculo balastado rico en sólidos;
un subsistema (1300) de pretratamiento posicionado corriente arriba del reactor balastado, que tiene una entrada (1320) en comunicación fluida con una fuente de aguas residuales con alto contenido de sólidos y configurado para recibir al menos uno de un coagulante y un floculante para producir aguas residuales dosificadas, el subsistema (1300) de pretratamiento configurado además para espesar las aguas residuales dosificadas y producir un lodo y un efluente, el subsistema (1300) de pretratamiento teniendo una salida (1340) de efluente en comunicación fluida con la entrada del reactor (1100) balastado;
un subsistema (1540) de alimentación de balasto configurado para entregar magnetita al reactor (1100) balastado; y un subsistema (1600) de recuperación de balasto configurado para recibir el flóculo balastado de la salida del subsistema (1200) de separación sólidos-líquido y entregar el flóculo balastado a al menos uno del reactor (1100) balastado y el subsistema (1300) de pretratamiento, el sistema de pretratamiento de aguas residuales comprendiendo además un filtro (1400) prensa posicionado corriente abajo del subsistema (1300) de pretratamiento, el filtro (1400) prensa configurado para recibir el lodo del subsistema (1300) de pretratamiento y producir un prensado y una torta de filtración.
2. El sistema de la reivindicación 1, en donde el subsistema de pretratamiento comprende un tanque de reacción que tiene una entrada en comunicación fluida con una fuente de aguas residuales con alto contenido de sólidos y un espesador posicionado corriente abajo del tanque de reacción y que tiene una salida en comunicación fluida con la entrada del reactor (1100) balastado.
3. El sistema de la reivindicación 3, en donde el subsistema de pretratamiento además comprende una entrada (1326) en comunicación fluida con una salida (1440) de prensado del filtro (1400) prensa.
4. El sistema de la reivindicación 1, en donde la fuente de aguas residuales con alto contenido de sólidos se configura y dispone para entregar aguas residuales que comprenden sólidos inorgánicos.
5. Un método para tratar aguas residuales con alto contenido de sólidos mediante el uso del sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, el método comprendiendo:
contactar una alimentación de aguas residuales de una fuente de aguas residuales con alto contenido de sólidos con al menos uno de un coagulante y un floculante para producir aguas residuales dosificadas;
espesar las aguas residuales dosificadas para producir un lodo y un efluente;
tratar el efluente con magnetita para producir aguas residuales tratadas;
asentar las aguas residuales tratadas en un subsistema de separación sólidos-líquido para producir un efluente con bajo contenido de sólidos y un flóculo balastado rico en sólidos; y
transmitir el flóculo balastado a al menos uno del reactor balastado y el subsistema de pretratamiento y
que además comprende pasar el lodo a través de un filtro (1400) prensa corriente abajo del subsistema de pretratamiento para producir un prensado y una torta de filtración.
6. El método de la reivindicación 5, que además comprende transmitir el prensado a la alimentación de aguas residuales.
7. El método de la reivindicación 5, que comprende transmitir el flóculo balastado al reactor (1100) balastado y al subsistema (1300) de pretratamiento.
8. El método de la reivindicación 5, que comprende pretratar la alimentación de aguas residuales contactando la alimentación de aguas residuales con el coagulante para producir las aguas residuales dosificadas.
9. El método de la reivindicación 8, que además comprende contactar las aguas residuales dosificadas con el floculante.
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