Wastewater Alchemy Owner`s Manual V. 1.8

Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 0.-­‐ Glosario 1.-­‐ Aspectos generales. •
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Mecánica. Química. Microbiología. Resultados. 2.-­‐ Descripción y operación de la maquinaria. Descripción física. Operación. Equipo. Operación del equipo. HRT. 3.-­‐ Teoría. • Digestión Aeróbica vs Anaeróbica: • Microbiología. • Bioquímica. • Metabolismo Anaeróbico. • Metabolismo Aeróbico. • Formación de Metano. • Rol del hidrógeno. • Control del PH • Efectos de las algas en el PH y los Nutrientes. • Reducción en la concentración de nutrientes. • Eliminación de Nitrógeno. • Eliminación de Fósforo. 4.-­‐ Resumen. 5.-­‐ Programa de Mantenimiento. 6.-­‐ Unidades Entregadas. 7.-­‐ Garantía y Garantía del Sistema. • Garantía del Producto. • Garantía del Sistema. • Objetivos de Diseño. • Criterios de Diseño. • Diseño de la Laguna. • Solución de problemas. • Recibo del manual del propietario. •
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1 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 0. Glosario Acetogénesis DBO Desnitrificación Estequiometría Fermentación Hidrólisis HRT Metanogénesis Nitrificación Vía Bioquímica es el proceso a través del cual bacterias anaerobias producen acetato a partir de diversas fuentes de energía La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) es un parámetro que mide la cantidad de oxigeno consumido al degradar la materia susceptible de ser consumida u oxidada por medios biológicos que contiene una muestra líquida, disuelta o en suspensión La desnitrificación es un proceso metabólico que usa el nitrato como aceptor terminal de electrones en condiciones anóxicas (ausencia de oxígeno) principalmente Es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y productos en el transcurso de una reacción química. es un proceso catabólico de oxidación incompleta, que no requiere oxígeno, y el producto final es un compuesto orgánico es una reacción química entre una molécula de agua y otra molécula, en la cual la molécula de agua se divide y sus átomos pasan a formar parte de otra especie química. El tiempo de retención hidraulica es un tiempo promedio que se demoraría el fluido en cruzar un cierto volumen. es la formación de metano por microbios. La nitrificación es la oxidación biológica de amonio con oxígeno en nitrito, seguido por la oxidación de esos nitritos en nitratos. Es una sucesión de reacciones químicas que conducen de un sustrato inicial a uno o varios productos finales, a través de una serie de metabolitos intermediarios.1 2 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 1. Aspectos generales El “Sistema de Aguas Residuales Wastewater Alchemy” (WWA) crea un patrón de circulación a base de ingeniería en una laguna para economizar y eficientar el tratamiento de aguas residuales evitando la formación de lodos y mal olor. Mecánica: Esto se logra mediante el uso de un circulador de aire rodeado de cortinas plásticas suspendidas, para crear un ambiente hidrodinámico estable que compartimenta la laguna en distintas y persistentes zonas microbiológicas como se ve en la Figura 1. El modelo hidrodinámico es impulsado por las diferencias de flotabilidad y el flujo inducido del agua. Figura 1. A medida que el flujo de salida radial del circulador se encuentra con la cortina plástica, el sistema crea distintas zonas separadas por los flujos hidráulicos. Cada zona tiene una concentración diferente de oxígeno disuelto. Esta diferencia crea entonces tres ecosistemas microbianos distintos (aeróbico, anaeróbico y facultativo) que digieren los residuos de una manera escalonada, que van de proteínas, grasas y polisacáridos a finalmente convertirse en gas (metano, hidrógeno, dióxido de carbono y nitrógeno). Cada ecosistema tiene sus propios organismos dominantes y trata diferentes componentes de las aguas residuales. Además se introduce el amoníaco y nitratos a la nitrificación / des-­‐nitrificación, y el fósforo puede ser secuestrado como estruvita (MgNH4PO4 • 6H2O) en la presencia de iones de 3 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 magnesio. Los componentes de azufre que se encuentran en las aguas residuales son retenidos en lugar de expulsarlos como gases odoríferos que contienen azufre. Por lo tanto, todos los elementos contenidos en las aguas urbanas o de granja tradicional son digeridos en componentes gaseosos inofensivos o aislados en forma de cristales, como en el caso del fósforo. Química: Las aguas residuales tratadas a partir de un sistema de WWA son digeridas por las mismas vías bioquímicas que en una planta de tratamiento tradicional. Así como una planta de tratamiento a base de lodos activados tiene diferentes ecosistemas y dentro de los cuales promueven el crecimiento de diferentes organismos, el sistema de WWA tiene diferentes ecosistemas. La diferencia consiste en que el sistema WWA es capaz de crear diferentes ecosistemas dentro de la misma laguna de una manera estable. Cada ecosistema hace su parte a lo largo de la vía digestiva para romper por completo los residuos, convirtiéndolos en dióxido de carbono, metano y agua (CO2, CH4 y H2O), teniendo como resultado un sistema sin producción de lodos. El contacto íntimo que existe entre las diferentes zonas dentro del sistema permite la transferencia de nutrientes entre ellas. El material indigerible para un grupo de microorganismos se transfiere a través de los límites naturales de las distintas zonas y es alimento para el siguiente grupo. Esto significa que los residuos se digieren completamente hasta formas gaseosas, utilizando muy poca energía externa e infraestructura. Las operaciones de las unidades WWA están mucho más estrechamente vinculadas entre sí que en una planta tradicional. Los ecosistemas están en contacto directo entre sí de manera directa, permitiendo que los nutrientes pasen de una zona a la siguiente, al momento que cada conjunto de micro-­‐organismos realiza su parte del proceso digestivo. El resultado es una concentración gradual creada cuando los residuos en un ecosistema son la comida del próximo. Cada zona tendrá una concentración más baja de alimento en comparación con la zona anterior y una concentración más alta de residuos que en la siguiente zona permitidos por la transferencia pasiva. Microbiología: En el sistema WWA hay tres ecosistemas distintos en función de la concentración de oxígeno: las zonas aerobias, facultativas y anaerobias. La zona facultativa incuba metanógenos. Esta es la zona en la que 4 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 seleccionamos las archaea metanógenicas en lugar de las bacterias reductoras de sulfato (SRB). De ahí el término ‘selector’ a una de nuestras máquinas. Las personas familiarizadas con plantas tradicionales de tratamiento de aguas residuales (PTAR’s) reconocerán que el ‘selector’ tiene los mismos ecosistemas microbiológicos que se producen en las unidades de operación individuales dentro de las plantas de tratamiento a base de lodos activados. Estos ecosistemas pueden ser comparados con las unidades de operación individuales y secuenciales en una planta tradicional. Sin embargo, en el selector de WWA las diferentes unidades de operación están separadas por los límites hidráulicos de las distintas zonas, en lugar de hacerlo mediante tanques de concreto. En comparación, una laguna del sistema de WWA es más consistente, limpia mejor y no produce olores, mientras que en los procesos de lodos activados se utiliza más energía, elevando el costo de su funcionamiento. Resultados: Estos mecanismos generan una enorme mejora en la eficiencia en comparación con lagunas tradicionales o procesos de lodos activados. La capacidad del selector para transferir pasivamente los nutrientes en una cascada descendente de un ecosistema a los próximos se traduce en el cambio de paradigma obteniendo mejor eficiencia. Esto significa que los residuos se digieren completamente para formar gases con muy poco aporte de energía externa o infraestructura requerida. En la práctica el sistema de WWA baja el costo del tratamiento de aguas. Estos temas se analizan con más detalle en la sección de teoría. 2.-­‐ Descripción y operación de la maquinaria. Descripción física del “Sistema de Aguas Residuales Wastewater Alchemy” El sistema de ‘Wastewater Alchemy’ se compone esencialmente de tres patrones de flujos de corrientes tridimensionales creadas por, en los alrededores y dentro de cada máquina, que se replica a lo largo de la laguna. Cada máquina crea patrones de flujo idénticos y sólo varía en la cantidad y naturaleza del oxígeno introducido. 5 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 Como se detalla en el resumen, el sistema de WWA comienza con el tanque flotante de retención continua (CSRT) que consiste en un ‘selector’ rodeado de cortinas plásticas suspendidas hasta un metro de profundidad. Después es seguido por circuladores y aireadores, para finalmente dependiendo de los parámetros a alcanzar, terminar dentro de otro tanque flotante de retención continua (CSTR) en el que el ‘clarificador’ con aereadores de alto impacto incrustados crean una capa superficial de ultra baja densidad rica en oxígeno. El principio fundamental sobre el que se basa todo el sistema es una capa de agua dulce flotante y rica en oxígeno tapando la columna más densa de agua anóxica. Esta capa más ligera es, de hecho, un clarificador de la laguna por sí sola, por lo general intensificado por diminutas (1 micra) micro burbujas inyectadas en el agua en la superficie, utilizando un nuevo sistema patentado de aireación más eficiente. Esta capa aeróbica flota por encima de la columna de agua anóxica creando zonas distintas dentro de la laguna. Aquí es donde encontramos una clara interfase entre las zonas aeróbicas y anóxicas delineada por una picnolinea. Todo esto se produce en una laguna y el sistema busca inherentemente un estado de funcionamiento estable, eficaz y correcto, sin la necesidad de un sistema de control externo. Adicionalmente la nueva tecnología de aireación tiene un consumo de energía extremadamente bajo (aproximadamente 3 hp o 2,2 Kw para la circulación), dejando en claro las ventajas en costo, así como la complejidad operacional de un sistema de lodos activados comparado con la operación tan sencilla de WWA. Las zonas microbiológicas creadas dentro de los sistemas de lodos activos tradicionales y el sistema WasteWaterAlchemy son similares. Por lo tanto, las características de rendimiento de un sistema de aguas residuales de WWA aplicado correctamente son similares a los rendimientos de una planta municipal tradicional, y superan por mucho a las de las lagunas tradicionales. Operación: La operación óptima requiere un funcionamiento correcto de los siguientes componentes. •
Aguas residuales de la corriente de entrada. •
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Sistema de cortinas plásticas. Aireador / Circulador (es). Sistema de suministro eléctrico. Corriente de efluente. Circulación de Aguas Residuales. 6 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 La variable más importante para asegurar el funcionamiento adecuado del Sistema WWA, es mantener la circulación del agua de acuerdo con las especificaciones de diseño. Después de que el sistema ha estado funcionando durante varios días, naturalmente se estabiliza y alcance un estado de equilibrio. Como el agua residual es introducida al sistema WWA de una manera corriente-­‐ascendente desde el fondo de la laguna, ésta de manera natural se desplaza a la zona aeróbica. Las diferencias naturales de densidad causan que los sólidos se sedimenten en el fondo de la laguna (actuando como un clarificador). El remanente rico en nutrientes (alta concentración de DBO) de aguas residuales entra en la capa aeróbica, conforme va siendo aspirado en el ‘selector’. Conforme las bacterias crecen usando los nutrientes, ganan masa y se hunden a la capa anaeróbica, pasando por la zona facultativa donde son hidrolizados. Una vez en la capa anaeróbica, los metanógenos digieren y gasifican los nutrientes restantes, removiendo los lodos asociados con los sistemas de tratamiento de aguas residuales tradicionales o sistemas lagunares. Equipo: El diseño de la máquina del sistema de Wastewater Alchemy de aguas residuales es definido por un único componente disponible con diferentes modificaciones. Todas las modificaciones ayudan a crear un entorno específico para los microorganismos correspondientes a las etapas de tratamiento deseadas que se deben realizar. En términos generales, todas las máquinas están compuestas de un motor impulsor flotante y una propela que empujan el agua radialmente. Además, hay 12 paletas direccionales que se pueden ajustar para expulsar el agua hacia algún lado en específico o uniformemente de manera radial. La figura 2 muestra la carcasa externa compartida entre las diferentes máquinas. 7 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 Hay cuatro equipos diferentes, cada uno con sus propias características de aireación que se pueden combinar para lograr un tratamiento óptimo de aguas residuales. Tenga en cuenta que no todos los tipos de equipos pueden ser necesarios en todas las aplicaciones. El equipo disponible tiene la siguiente nomenclatura: 1. Selector. 2. Circulador. 3. Aireador. 4. Clarificador. 8 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 SELECTOR Patentes: Medidas de la unidad: 1) Circulador flotante que extrae agua horizontalmente en la base del dispositivo distribuyéndola gradualmente desde la línea central. 2) Un mezclador eficiente y aireador pasivo que circula hasta 3millones de galones por día. 3) Delimita las lagunas de aguas residuales. #7,329,351 – Aparatos y proceso para incrementar la actividad biológica en las lagunas de tratamiento de aguas residuales. Altura 1.6 metros Diámetro 2.4 metros Peso Eje de salida: Velocidad: Tipo de flujo: Velocidad de flujo: 236 kilos 144 Fibra (HD) o 208 Acero Inoxidable. 144 RPM, 1,720 motor RPM / 12:1 reductor de caja = 143.333 Laminar (mixto) Turbulento (aereación) Directo 3,350,000 galones por día Inducido 4,025,000 galones por día Profundidad de flote: 1 metro sin accesorio; 1.4 metros incluyendo accesorio. Anclaje: Atado a la orilla con una cuerda UV resistente. Debido al diseño de las máquinas, hay un esfuerzo de torsión mínimo sobre los soportes de la orilla. Estacas Las “estacas” están especialmente diseñadas para ser ancladas a la tierra, tienen una longitud de 24 " y un diámetro de 3/4". Hechas de acero templado con un bucle soldado en la parte superior para insertar cuerdas o cable de acero. Tiene una placa soldada para prevenir que se suelte, las estacas están pintadas con esmalte de alta visibilidad para su seguridad. Suministro de Energía: Cableado Cableado de uso industrial moldeado, resistente a la corrosión, al clima extremo y conectores contra agua. Protección de Sobrecarga Se requiere protección contra sobrecarga en todas las unidades., de acuerdo con la sección 430, 210, 19Z, NFPA 70. Las sobrecargas se deben establecer en un máximo de 4,5 amperes a 460 voltios o 9 amperes a 230 voltios. Se requiere una protección adecuada del circuito. Con cargas de 6 amp se deben usar fusibles de acción retardada a 460 voltios, o fusibles de acción retardada a 230 voltios, o bien, utilizar un medidor de circuito de disparo del interruptor de 15amperes en cualquier voltaje. Se recomiendan conexiones de lengua anillos aislados para hacer conexión con el bloque de terminales. Conexión a tierra de acuerdo con NFPA 70 Sección 250. Marcha atrás Requerida para todas las unidades de 3hp Cuerdas 12-­‐4 SOOW (iguales o mejores) Motor: Facbricante Nord Gear Corporation Aceite del equipo Shell Omala 220 HD o su equivalente – un aceite sintético de alto grado. Equipo del motor 3 HP, 1,720 RPM, 3 fases. Amperes SF Disminución del equipo: SF 4.5 Amperes/ 460 Voltios, 9.0 Amperes / 230 Voltios 1.15 12:01 (Salvo que se indique lo contrario, los reductores NORD se envían de fábrica con un pre-­‐determinado nivel de aceite, de acuerdo con el tamaño especificado del reductor y la posición de montaje. Para obtener información adicional, consulte el "Plug Petróleo y Vent Locations "documentación para su engranaje). 3.5 Lubricación Cambiar el aceite del engranaje una vez al año. Soporte y su lubricación No requiere. 9 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 CIRCULADOR 1) Circulador flotante que extrae agua horizontalmente en la base del dispositivo y la distribuye radialmente desde la línea central. 2) Un mezclador eficiente y aireador pasivo que circula hasta 7 millones de galones por día. 3) Delimita las lagunas de aguas residuales. Patentes: #7,329,351 – Aparatos y proceso para incrementar la actividad biológica en las lagunas con tratamiento de aguas. Altura 1.6 metros Diámetro 2.4 metros Peso Eje de salida: Velocidad: Tipos de flujo: 236 kilos 144 Fibra (HD) o 208 Acero inoxidable. 144 RPM, 1,720 motor RPM / 12:1 reductor de caja = 143.333 Laminar (mixto) Turbulento (aereación) Velocidad de flujo: 7,350,000 galones por día Directo y 11,025,000 Inducido Profundidad de flote: 1 metro sin accesorio; 1.4 metros incluyendo accesorio. Anclaje: Atado a la orilla con una cuerda UV resistente. Debido al diseño de las máquinas, hay un esfuerzo de torsión mínimo sobre los soportes de la orilla. Estacas Las “estacas” están especialmente diseñadas, pueden anclarse a la tierra, tienen una longitud de 24 " y un diámetro de 3/4 ", están hechas de acero templado con un bucle soldado en la parte superior para insertar cuerdas o cable de acero, tiene una placa soldada para prevenir que se suelte, las estacas están pintadas con esmalte de alta visibilidad para su seguridad. Suministro de Energía: Cableado Protección de sobrecarga Marcha atrás Cableado de uso industrial moldeado, resistente a la corrosión, al clima extremo y conectores contra agua. Se requiere protección contra sobrecarga en todas las unidades., de acuerdo con la sección 430, 210, 19Z, NFPA 70. Las sobrecargas se deben establecer en un máximo de 4,5 amperios a 460 voltios o 9 amperios a 230 voltios. Se requiere una protección adecuada del circuito. Con cargas de 6 amp se deben usar fusibles de acción retardada a 460 voltios, o fusibles de acción retardada a 230 voltios, o bien, utilizar un medidor de circuito de disparo del interruptor de 15amperes en cualquier voltaje. Se recomiendan conexiones de lengua anillos aislados para hacer conexión con el bloque de terminales. Conexión a tierra de acuerdo con NFPA 70 Sección 250. Requerida para todas las unidades de 3hp Cuerdas 12-­‐4 SOOW (iguales o mejores) Motor: Fabricante Nord Gear Corporation Aceite del equipo Shell Omala 220 HD o su equivalente – un aceite sintético de alto grado. Equipo del motor 3 HP, 1,720 RPM, 3 Phase Amperes SF Disminución del equipo. SF 4.5 Amperes / 460 Voltios, 9.0 Amperes / 230 Voltios 1.15 12:01 (Salvo que se indique lo contrario, los reductores NORD se envían de fábrica con un pre-­‐
determinado nivel de aceite, de acuerdo con el tamaño especificado del reductor y la posición de montaje. Para obtener información adicional, consulte el "Plug Petróleo y Vent Locations "documentación para su engranaje). 3.5 Lubricación Cambiar el aceite del engranaje una vez al año. Soporte y su lubricación No requiere. 10 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 AEREADOR: Patentes: Suministro de energía Opcionales: Colectores horizontales en la toma Aereador de alta eficiencia (eficiencia es 5.0 libras 02/hp * hr) que se utiliza en condiciones de suciedad donde el oxígeno se consume rápidamente por organismos aerobios. El aireador aumenta la tasa de transferencia de oxígeno (OTR) para permitir la nitrificación / desnitrificación en lagunas. El aireador tiene 124 'de manguera de aireación y añade 2.94 m3 / minuto de aire. Las burbujas son> 1 micra. #7,329,351 – Aparatos y proceso para incrementar la actividad biológica en las lagunas con tratamiento de aguas. Motor / Soplador 3 HP / 1,25 HP Moldes radiales flotantes (moldes con radio de 12’ a 20' utilizados para extraer el nitrógeno). Los moldes adjuntos están construidos de tubos de HDPE con las tapas soldadas en ambos extremos para flotación. El molde adjunto está hecho de plástico reciclado y se fabrica para proporcionar un área de superficie alta de 64 SF por pie cuadrado del molde. El molde se compone en la parte inferior de tubos de PVC IPS de 1.25" lleno de arena que hacen contrapeso. Los radios están unidos a la unidad: un cable de acero inoxidable se adhiere a dos casquillos roscados de 1/2 " (uno en el aireador y uno en el molde). Hechos de tubos standard ADS construidos de HDPE. El aereador está diseñado para aceptar tubos de 24 " de ADS en la parte inferior. Tamaño: Altura 1.6 metros Diámetro 2.4 metros Peso Suministro de Energía: 307 kilos Cableado Cableado de uso industrial moldeado, resistente a la corrosión, el clima extremo y conectores contra agua. Protección de sobrecarga Se requiere protección contra sobrecarga en todas las unidades., de acuerdo con la sección 430, 210, 19Z, NFPA 70. Las sobrecargas se deben establecer en un máximo de 4,5 amperes a 460 voltios o 9 amperes a 230 voltios. Se requiere una protección adecuada del circuito. Con cargas de 6 amp se deben usar fusibles de acción retardada a 460 voltios, o fusibles de acción retardada a 230 voltios, o bien, utilizar un medidor de circuito de disparo del interruptor de 15amperes en cualquier voltaje. Se recomiendan conexiones de lengua anillos aislados para hacer conexión con el bloque de terminales. Conexión a tierra de acuerdo con NFPA 70 Sección 250. Marcha atrás Requerida para todas las unidades de 3hp Cuerdas 7/12 SOOW (iguales o mejores) Motor: Fabricante Nord Gear Corporation Aceite del equipo Shell Omala 220 HD o su equivalente – un aceite sintético de alto grado. Equipo del motor 3 HP, 1,720 RPM, 3 Phase Amperes SF Lubricación Soporte y su lubricación Sistema de sopladores republica: HP 4.5 Amperes / 460 Voltios, 9.0 Amperes / 230 Voltios 3.5 Cambiar el aceite del engranaje una vez al año. No requiere. Republica: Parte de soplador # -­‐ KPHRB200 1.25 Construction: La carcasa del ventilador es de aluminio con 316 hojas de acero inoxidable. El sistema está fabricado con materiales de primera calidad que comienzan con el eje de acero de precisión-­‐tierra y continúan hasta el molde 356-­‐T6 de aluminio de la carcasa del ventilador. La polea del motor está hecha de acero niquelado y el ventilador está construido con acero inoxidable resistente al desgaste. Filtro de aire Republica: Filtro # -­‐ 340-­‐2206 Cambiar el filtro de aire del soplador cada 6 – 9 meses. Niveles de ruido: Se pueden agregar materiales a prueba sonido cumpliendo con determinados requisitos DBA 11 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 CLARIFICADOR: Patentes: Medias de la unidad: El clarificador es un circulador que tiene un sistema de aereación incrustado (patentado), donde el agua pasa de un tubo de 2” a uno de 1”. El clarificador se utiliza como un circulador en la laguna o dentro de un CSTR de salida para el cumplimiento de la NOM 001. Es un aereador eficiente (2.1 lb O2 / hp * hr). La eficiencia es adquirida mediante el fraccionamiento de burbujas que las hace tan pequeñas que son introducidas en la columna de agua. El sistema de aireación incrustado con 8 tubos venturi, (4 pares de tubos que van de 2” a 1”), oxida rápidamente la DBO soluble, reduce la gravedad específica de la superficie del agua, hunde la DBO insoluble 4 veces más rápido, permite que los sólidos sean digeridos in situ, y mueve las burbujas hasta 250’ horizontalmente. #5,772,886 – Acuicultura – Aeración incrustada. Altura 1.6 metros Diámetro 2.4 metros Peso Eje de salida: Velocidad: Tipos de flujo: Velocidad de flujo: 295 kilos 144 Fibra (HD) o 208 Acero Inoxidable 144 RPM, 1,720 motor RPM / 12:1 reductor de caja = 143.333 Laminar (mixto) Turbulento (aeración) Directo 7,350,000 gpd Indirecto 11,025,000 gpd Profundidad de flote: Anclaje: Estacas: Suministro de Energía: Cableado: 1 metro sin accesorio; 1.4 metros incluyendo accesorio. Atado a la orilla con una cuerda UV resistente. Debido al diseño de las máquinas, hay un esfuerzo de torsión mínimo sobre los soportes de la orilla. Las “estacas” están especialmente diseñadas, pueden anclarse a la tierra, tienen una longitud de 24 " y un diámetro de 3/4 ", están hechas de acero templado con un bucle soldado en la parte superior para insertar cuerdas o cable de acero, tiene una placa soldada para prevenir que se suelte, las estacas están pintadas con esmalte de alta visibilidad para su seguridad. Cableado de uso industrial moldeado, resistente a la corrosión, al clima extremo y conectores contra agua. Protección de sobrecarga Se requiere protección contra sobrecarga en todas las unidades., de acuerdo con la sección 430, 210, 19Z, NFPA 70. Las sobrecargas se deben establecer en un máximo de 4,5 amperes a 460 voltios o 9 amperes a 230 voltios. Se requiere una protección adecuada del circuito. Con cargas de 6 amp se deben usar fusibles de acción retardada a 460 voltios, o fusibles de acción retardada a 230 voltios, o bien, utilizar un medidor de circuito de disparo del interruptor de 15amperes en cualquier voltaje. Se recomiendan conexiones de lengua anillos aislados para hacer conexión con el bloque de terminales. Conexión a tierra de acuerdo con NFPA 70 Sección 250. Marcha atrás Requerida para todas las unidades de 3hp Cuerdas 12-­‐4 SOOW (iguales o mejores) Motor: Fabricante Nord Gear Corporation Aceite del equipo Shell Omala 220 HD o su equivalente – un aceite sintético de alto grado. Equipo del motor 3 HP, 1,720 RPM, 3 fases Amperes SF Desgaste del equipo: 4.5 Amperes / 460 Voltios, 9.0 Amperes / 230 Voltios 1.15 12:01 (Salvo que se indique lo contrario, los reductores NORD se envían de fábrica con un pre-­‐determinado nivel de aceite, de acuerdo con el tamaño especificado del reductor y la posición de montaje. Para obtener información adicional, consulte el "Plug Petróleo y Vent Locations "documentación para su engranaje). 12 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 SF Lubricación Bomba Soporte y su lubricación Aereator incrustado: HP Voltaje Flujo Presión 3.5 Cambiar el aceite del engranaje una vez al año. Cambiar la bomba del aceite una vez al año. No requiere. 8 Venturis (4 pares de tubos que van de 2” a 1”) 10HP / 4 impigement / 8 Mazzei / 2081 Inyectores A 230/460 3 Fases Hasta 125 galones por minuto / haciéndose más pequeño, total 500galones por minuto 25 PSI mínimo. Libras disponibles de O2 625 Lbs de O2 por día, impingement. Tamaño de las burbujas 0.5-­‐3.0 Micras. 3
Ft de aire Bomba: Abastecimiento de flujo 27.33 CFM / Haciéndose más pequeño. Turbo flotador Canfield, fabricante de lubricante de servicio continuo. Parte RK-­‐HPS-­‐240 POLY-­‐EP 2 12 ELL-­‐ 1 Stage Bowl Unit Capacidad nominal 520 galones por minuto a 60 pies TDH Cuerpo de descarga 6” x 6” x 8.5”-­‐ 1,750 RPM US Electric TEFC Lubricación 10HP, 1,750 RPM, 254 JMV, 3 Fases 1.5 SF. Reemplazar el cartucho de pilas lubricado 1 vez al año Operación del equipo: Tanque Selector de Circulación Continua (CSTR): Figura 3 13 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 El Tanque Selector de Circulación Continua (CSTR) selecciona la archaea facultativa y bacterias metanógenas. El CSTR tiene tres zonas diferentes. Véase la Figura 1. Entre las zonas aeróbicas y anaeróbicas está la zona incubadora facultativa. En esta zona se seleccionan las archaeas metanógenas sobre las bacterias reductoras de azufre (SRB), (discutido anteriormente en la sección de microbiología). De ahí que a este proceso y a la máquina utilizada se les llama, selector. Las paredes del CSTR son las corrientes continuas formadas por el flujo radial emanadas del selector, y que al chocar con la cortina plástica de las barreras flotantes (Ver figura 3), se dirigen hacia abajo rumbo al fondo de la laguna. Al llegar al fondo de la laguna, la corriente entonces retorna diagonalmente en forma ascendente directamente a la parte inferior del selector. Este proceso continuamente recoge alimento del fondo de la laguna, con lo que de este modo los alimentos y microbios (A/M) están en contacto íntimo para crear la relación (A/M) más alta posible para los microorganismos facultativos, asegurando su crecimiento continuo de acuerdo a la comida disponible. En la práctica, el mayor radio posible de alimentos y microbios (A/M) significa que se auto ajusta a las posibles fluctuaciones en el influente. Sin duda esta es una ventaja importante sobre otros sistemas. El selector debe ser diseñado para tener una capacidad de retención hidráulica (HRT) de 8 horas o más. Si el HRT es menor a 8 horas es necesario que existan varios sistemas, ya sea en paralelo o en grupos. Para flujos grandes se puede formar un selector hidráulico (es decir, sin cortinas plásticas). Se colocan varios selectores lo suficientemente cerca entre sí de tal manera que sus corrientes convergen entre sí. El flujo entonces se ve forzado a ir hacia abajo de una manera similar a cuando se encuentra con la cortina plástica, ya que ambas corrientes chocan entre sí en direcciones opuestas. De esta manera obtenemos el HRT necesario para flujos grandes mediante el uso de varios selectores. El principio hidráulico formado por los selectores se puede aplicar también en los estanques. El circulador tiene 12 paletas direccionales de flujo colocadas de forma radial, que pueden ser bloqueadas para crear un flujo direccional. Es por ello que al colocar cuidadosamente múltiples circuladores alrededor del estanque, es posible inducir el flujo a fin de crear un sistema en el que se mantenga una capa de agua dulce sobre la capa anaeróbica. Puesto que usted está induciendo un mayor flujo a lo largo de la superficie del estanque, usted no está realmente creando un selector alrededor de cada circulador. En su lugar está creando un selector con múltiples circuladores. La creación de un sistema como éste requiere expertos para evitar puntos muertos, y con frecuencia circuladores adicionales tendrán que ser instalados para compensar la geografía local. 14 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 Circulador: Mantiene una capa de agua dulce, además que propaga y distribuye los microorganismos seleccionados. El circulador extrae agua horizontalmente desde su base y la distribuye radialmente desde la línea central (cintura). El circulador tiene 12 paletas direccionales en la cintura que se pueden bloquear individualmente para crear un flujo direccional. Esto es útil cuando se quiere crear una capa dulce en una laguna grande. El circulador tiene un "empuje" efectivo de 30 metros de agua limpia. Por lo tanto, para circular la superficie completa, añada un circulador cada 30 metros. El circulador puede flotar en tan sólo 80 cm (32 pulgadas) de agua, e incluso menos con la modificación. El patrón tridimensional de flujo del circulador es el mismo que el selector CSTR aunque el circulador no utiliza cortinas plásticas. La razón es que los patrones de flujo radial van hacia abajo cuando choca con una corriente opuesta de la misma fuerza o con la orilla de la laguna. Aereador: El aereador es un circulador con aireación suplementaria. Por ende, los aereadores se deben colocar no más de 30 metros de la siguiente máquina o del lado de la laguna. Al igual que el circulador, cuando un aereador está demasiado lejos de la corriente opuesta, la fuerza con la que llegará a la cortina plástica o a la orilla de la laguna no será lo suficientemente potente para ser llevada al fondo de la laguna, teniendo como resultado un radio A/M no óptimo para los microorganismos seleccionados y/o podría crear un punto muerto en la capa dulce. Clarificador: Reduce la densidad del agua superficial a ρ = 0.97 causando que los insolubles se sedimenten más rápido. El clarificador, es un clarificador de salida cuando está rodeado por cortinas plásticas. Cuando se le coloca en el campo como un circulador, crea una capa de agua dulce muy delgada que tiene una gran picnolinea diferencial. El clarificador de salida debe estar en el extremo opuesto de la laguna que el selector y la salida de agua es por la parte superficial. 15 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 Figura 4 HRT: El tiempo de retención hidráulica (HRT) en el Selector CSTR tiene que ser al menos de ocho horas para seleccionar los microbios apropiados. Desde una perspectiva de diseño macro, el HRT del estanque, debe ser alrededor de cuarenta días para los municipios, y en algunos casos, 100 días para los residuos altamente concentrados, como en las granjas de cerdos. Este tiempo de retención extremadamente largo comparado con los sistemas tradicionales es en beneficio para cuando encontramos condiciones de sobrecargas abruptas o flujos anormales. Con un tiempo de residencia de cuarenta días, los flujos con picos anormales, típicamente asociados con lluvias torrenciales no causan el mismo daño al sistema debido a que representan una cantidad pequeña del total de volumen de agua en la laguna, en comparación con los sistemas en los que el influente representa una parte más grande del volumen total del sistema. Las variaciones en la carga y en el flujo que entorpecen las funciones de una planta de tratamiento tradicional y modifican sus resultados, en el sistema de WWA pueden ser absorbidos debido a su gran HRT. Esto es importante porque este sistema elimina los problemas a la salud pública derivados de las aguas crudas que salen de la planta de tratamiento durante fuertes precipitaciones. 16 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 Los datos contenidos en el Gráfico 1 ilustran claramente este punto. Los índices TSS y DBO permanecen siempre por debajo de 50 mg/l en el efluente a pesar de tener una variación de concentraciones del influente y varios eventos de precipitación. La calidad constante y estable del efluente, a pesar de las condiciones variables del influente, es una muestra de la capacidad de amortiguación del sistema gracias al HRT en la laguna. Este es un punto importante, ya que demuestra la estabilidad inherente del sistema “WasteWaterAlchemy” (WWA). El sistema es capaz de compensar las fluctuaciones del influente sin necesidad de utilizar algún sistema de control. Esto reduce en gran medida el gasto del sistema, además de que lo hace substancialmente más robusto. El HRT para los lodos requerido es de meses para lograr su volatilización completa en metano. Si se dimensiona correctamente el sistema de selección y el estanque para el influente, la retención de lodos será adecuada y caerá en el lugar de manera natural. El lodo y el selector pueden tener HRT tan diferentes, debido a que el volumen disponible para el lodo en el fondo de la laguna es muy grande comparado con el tamaño de la entrada, mientras que el volumen de el selector es muy pequeño comparado con el tamaño de la entrada. Puesto que las aguas residuales tiene una variedad de componentes, el influente de cada componente variará de acuerdo con su concentración en la corriente. La cantidad de lodo generado es una pequeña fracción de la cantidad de aguas residuales que alimenta el sistema. Por consiguiente, el pequeño torrente de lodo combinado con el relativamente gran piso de la laguna resulta en un HRT de meses para el lodo. 17 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 Gráfica 1 3. Teoría Digestión aerobia vs digestión anaerobia: El radio de rendimiento de la biomasa (lodos) entre condiciones aerobias y condiciones anaerobias es de más de diez veces. En condiciones aerobias es de 0,42 gramos de VSS por gramo DQO, mientras que el rendimiento de condiciones anaeróbicas es de 0.032 gramos de VSS por gramo DQO. Consecuentemente desde el lado operacional, la digestión anaerobia de los residuos, eficienta la eliminación de DQO en gran magnitud. Estos números hacen énfasis en contra de la concepción errónea de que la baja cantidad de energía termodinámica disponible para la digestión anaerobia, significa que el tratamiento anaeróbico de aguas residuales es ineficiente. Ese es un punto común de confusión al pensar que porque un proceso es energéticamente eficiente, su operación es eficiente. Aunque los aerobios son capaces de extraer más 18 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 de 14 veces la energía (Droste, P644) como anaerobios a partir de azúcares, la cantidad de energía extraída no afecta directamente la cinética de la reacción. En efecto, hay dos consecuencias importantes que resultan de las diferencias de eficiencia. -­‐
Como los aerobios son capaces de extraer más energía del sustrato, crecerán más. Ese crecimiento excesivo genera lodo. Por lo tanto, los aerobios generan significativamente más lodos para una cantidad dada de sustrato. -­‐
La energía química de los residuos del influente no capturada por los anaerobios genera gas metano como un subproducto durante su crecimiento. Este es un combustible y es donde va toda la energía extra que los anaerobios no son capaces de acceder, ya que no tienen acceso al oxígeno como un electrón receptor final. Es una forma de volatilización que transforma los lodos en un recurso valioso. Desde un punto de vista operativo, esto significa que los anaerobios generan menos lodos y secuestran la energía inaccesible en forma de metano. Microbiología El lodo es digerido en cuatro pasos: 1. La hidrólisis (licuefacción) -­‐ Donde el sustrato entrante es convertido en compuestos simples, solubles (aminoácidos, azúcares simples, ácidos grasos). 2. Fermentación (ácido génesis) -­‐ Cuando los compuestos solubles simples son convertidos en ácidos grasos volátiles, CO2 y H2. El pH cae. 3. Aceto génesis – Dónde los ácidos producidos se acortan en ácido acético, CO2 y H2. El pH cae. 4. Metano génesis -­‐ Cuando el ácido acético, el CO2 y H2 son convertidos en metano. El pH se eleva. Capa superior: La aireación tiene lugar en los 3’ superiores de la columna de agua. Esto permite que la digestión adicional de lodo continúe en la parte anaerobia. La etapa de aeración está diseñada para hacer que el 19 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 DBO soluble se vuelva insoluble y posteriormente se hunda. Una vez hundido, las bacterias hidrolizantes inician la digestión de los lodos en forma de cascada para transformar el DBO hundido en gas. Capa intermedia: La metano génesis de lodos es precedida por la hidrólisis y la fermentación. Estos pasos, realizados por organismos facultativos y anaerobios, descomponen los lodos en sustratos (aminoácidos, azúcares simples y ácidos grasos) que posteriormente se someten a la ácido génesis creando sustratos de ácido acético, CO2 y H2 que los metanógenos pueden digerir. Capa inferior: Los metanógenos conducen la mayor parte del tratamiento de lodos en nuestro proceso. Consumen ácido acético siguiendo una secuencia metabólica y para el CO2 y H2 mediante otra secuencia metabólica, para convertirlos en metano (≈ 70%) y CO2 (≈ 30%). Véase la Figura 5. Figura 5 Para el control de olores, una clave importante para el buen funcionamiento del sistema es la selección de las archaeas metanogénicas sobre las bacterias sulfato reductoras (SRB) para las mantas de lodo anaeróbico. Esto es importante porque ambos tipos de organismos compiten por el hidrógeno como 20 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 receptor de electrón. Los metanógenos son benéficos mientras que las SRB crean mal olor y acidez debido a la formación de H2S. El producto final de la metanogénesis CH4 es inodoro y se puede utilizar como fuente de energía. El hecho de que nuestro sistema selecciona eficazmente los microorganismos metanógenos sobre los SRB (que son causantes de olor) es un importante elemento diferenciador respecto a los sistemas lagunares que utilizan técnicas anticuadas. Nuestro sistema cambia significativamente la tasa de limitación de paso de la formación de metano a la licuefacción de lodos. Este cambio permite la digestión casi completa de los sólidos producidos. Bioquímica: Metabolismo anaeróbico: El metabolismo anaerobio procede en los siguientes pasos: hidrólisis, fermentación, aceto génesis y metano génesis o escisión, formación de ácido, y formación de metano. El cuadro azul en la figura 7 representa la secuencia metabólica de los anaerobios. Figura 6 Hydrólisis à C6H12O6 + 2 H2O à 2 CH3COOH + 2 CO2 + 4 H2 Glucosa (Escisión y Acetogénesis) 21 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 CH3COO– + H+ à CH4 + CO2 (Metanogénesis) 4 H2 + CO2 à CH4 + 2 H2O (Metanogénesis usando Hidrogeno libre) La reacción general es la siguiente: C6H12O6 à 3 CH4 + 3CO2 (↑gas) Las reacciones metabólicas de arriba se producen bajo condiciones anaeróbicas después que la hidrólisis ha tenido lugar. La glucosa (C6H12O6) es liberada de los carbohidratos complejos que se encuentran en los residuos. Posteriormente es digerido en ácido acético (CH3COO-­‐+ H +), dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno (H2) en forma de gas. El estado final de la reacción es metano (CH4). Este es el último receptor de electrones bajo condiciones anaerobias. Toda la energía que podría ser extraída a partir de la glucosa en ausencia de oxígeno ha sido extraída. Es posible extraer más energía en presencia de oxígeno. La vida requiere energía, y es posible extraer más energía utilizando oxígeno como receptor de electrones. Es importante destacar que el oxígeno no está disponible en la zona anaeróbica. Esto es bueno si quieres digerir lodos. Se necesita una enorme cantidad de materiales de partida (energía) para generar una pequeña cantidad de biomasa (lodos) bajo condiciones anaerobias. Metcalf y Eddy realizaron un cálculo determinando el rendimiento de masas celulares bajo condiciones aerobias y anaerobias (Metcalf and Eddy 4th Ed. pg. 576, ejemplo 7-­‐3.). Los resultados del ejemplo ilustran por qué la digestión anaerobia es tan eficaz. Fundamentalmente se necesita una gran cantidad de material para desarrollar una pequeña cantidad de biomasa en condiciones anaerobias. Esto es exactamente lo que ocurre en el sistema WWA. La parte A del problema calcula la cantidad de energía y material que puede crecer en condiciones aerobias. La parte B realiza el mismo cálculo en condiciones anaerobias. Para comparación, el rendimiento de biomasa para condiciones aerobias es de 0,42 gramos de VSS por gramo DQO, mientras que el rendimiento para condiciones anaerobias es 0.032 gramos de VSS por gramo DQO. El rendimiento para crecimiento anaeróbico es diez veces menor a la cantidad de rendimiento aerobio, y ocurre con menos de la vigésima parte de energía. 22 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 El metabolismo aeróbico: La comparación de las condiciones aerobias vs anaerobias continúa: Condiciones aerobias: Las bacterias aerobias convierten el DBO soluble en DBO insoluble (lodos) y CO2. Metcalf y Eddy establecen en la página 568 que "En general, la estequiometria exacta implicada en la oxidación biológica de una mezcla de aguas residuales no se sabe nunca. Sin embargo, para el propósito de la ilustración, se asume que la materia orgánica puede ser representada como C6H12O6 (glucosa) y las nuevas células se pueden representar como C5H7NO2 (Hoover y Porges, 1952)”. -­‐
C6H12O6 (glucosa) -­‐
C5H7NO2 (representación de las células) 3 C6H12O6 +8O2 +2NH3 à 2 C5H7NO2 +8CO2 +14H2O 3(180g/mole) +8(32) +2(17) à 2(113) (eq. 7.3 Metcalf & Eddy) (Pesos moleculares) Rendimiento estequiométrico, Y, entonces es: Y= [ΔC5H7NO2] /[ ΔC6H12O6] = [2(113 g/mole)] / [3(180 g/mole)] = (0.42g células) / (g glucosa utilizada) =0.42 "En la práctica, la DQO y VSS se utilizan para representar la materia orgánica y las nuevas células, respectivamente. Para expresar el rendimiento sobre una base DQO, debe determinarse la DQO de la glucosa. La DQO de la glucosa puede ser determinada mediante el establecimiento de la reacción estequiométrica balaceada para la oxidación de la glucosa en dióxido de carbono como continúa: " C6H12O6 + 6O2 à 6CO2 + 6H2O 180g/mole 6(32g/mole) (eq. 7.4 Metcalf & Eddy) DQOglucose = ΔO2/ΔC6H12O6 = 6(32g)/(180g) = 1.07 gramos O2 / gramos de glucosa Así, el rendimiento teórico en términos de DQO, que representan el sustrato convertido a nuevas células, es: Y = [ΔC5H7NO2] /[ ΔC6H12O6 (en DQO)] = [2(113 g/mole)] / [3(180 g/mole)(1.07g DQO/g glucose)] = 0.39 g cells/ g glucose Cabe señalar que el rendimiento real observado en un proceso de tratamiento biológico será menor que el valor dado anteriormente, dado que una porción del sustrato incorporado en la masa celular será 23 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 oxidado con el tiempo por las bacterias para obtener energía para el mantenimiento de la célula. M & E pag. 569. Condiciones anaeróbicas: Los productos descompuestos de glucosa bajo rendimiento digestiones anaeróbica nos da como resultado metano y dióxido de carbono, los cuales salen en forma de gas. C6H12O6 à 3CH4 +3CO2 (↑gas) Formación de metano: El metano se forma de dos maneras principalmente y requiere condiciones anaeróbicas: La ruta primaria es: La fermentación del producto principal de la fase de formación de ácido acético, a metano y dióxido de carbono. C6H12O6 + 2 H2O à 2 CH3COOH + 2 CO2 + 4 H2 (Escisión & Acetogénesis) La reacción general de la formación de metano es la siguiente: CH3COOH à CH4 +CO2 Con la siguiente reacción intermedia: CH3COOH +4H2 à 2CH4 + 2H2O La ruta secundaria de la formación de metano es: Algunos metanógenos son capaces de utilizar el hidrógeno para reducir el dióxido de carbono en metano con la siguiente reacción general: 4H2 + CO2 à CH4 + 2H2O Tanto la reacción intermedia como la ruta secundaria para la formación de metano consumen el hidrógeno libre que se selecciona en contra de los SRB y la formación correspondiente de H2S con olores asociados. Otro diferenciador importante entre el crecimiento aeróbico y anaeróbico se puede ver en los energéticos asociados con la digestión del ácido acético: extrayendo energía bajo condiciones 24 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 anaerobias está termodinámicamente limitado a una fracción de lo que es posible extraer bajo condiciones aerobias. Consecuentemente mucho más material necesita ser digerido para liberar la misma cantidad de vida manteniendo energía bajo condiciones anaerobias. Energéticos para el crecimiento aerobio y anaerobio: Crecimiento aerobio: C3HCOO-­‐ + 2O2 à CO2 + HCO-­‐3 + H2O Energía capturada por célula KΔGR= 63.42 kJ/mole e-­‐ C3HCOO-­‐ + 3HO2 à CH4 + 2HCO-­‐3 + H2O Energía capturada por célula KΔGR= 2.142 kJ/mole e-­‐ Crecimiento Anaerobio Metcalf and Eddy 4th Ed. pg. 576, ejemplo 7-­‐3. Dado que la energía disponible para la extracción es tan baja, los anaerobios se ven obligados a utilizar una gran cantidad de sustrato, por lo que se inclinan mientras se ganan su existencia, comparados contra los aerobios. Rendimiento del Metano: Es posible estimar el rendimiento de metano basado en el flujo y la remoción del sustrato del sistema, sin embargo, las condiciones ambientales y pérdidas en el proceso significaran que el rendimiento real es menor que el cálculo teórico. Los valores observados varían desde 0,10 a 0.35m3/kg DQO (demanda química de oxígeno -­‐ suspendida y soluble) removida. El papel del hidrógeno: El hidrógeno es una parte integral de la digestión de lodos; su papel es complejo. El hidrógeno está involucrado en algunos de los procesos de digestión. El hidrógeno es alternativamente oxidado y en un paso diferente el hidrógeno en forma de gas es reducido. Esta transferencia de hidrógeno afecta materialmente el resultado deseado de la digestión sin olor. Si es alto, se forma H2S, la metanogénesis es inhibida y el pH cae. La metanogénesis se detiene si el pH <6.2. Si el H2 es bajo, la producción de metano es alta, H2S no se produce y se eleva el pH. Una baja concentración de H2 reduce la presencia de olores causados por las bacterias reductoras de azufre (SRB). El sistema WWA crea condiciones en las que se limita el desarrollo de hidrólisis y las SRB son seleccionadas en contra. 25 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 El hidrógeno se produce y se consume en las profundidades de la columna de agua, donde se digieren los lodos. La concentración ideal H2 es pequeña, donde se inhibe el H2S y se fomenta la producción de metano. Afortunadamente el CO2 y CH4 son co-­‐producidos con el H2. Los gases mayores remueven a los gases menores del manto de lodos a medida que suben a la superficie. La confirmación de la remoción de H2 proviene de la ausencia de olor del H2S y un aumento en el pH a través del estanque. Los sistemas biológicos no empiezan por apretar un "switch". Puede haber olores provenientes del H2S durante varios días mientras el mecanismo de remoción de H2 madura. A partir de entonces, no hay olores relacionados con el azufre. Control de pH: El pH está generalmente permitido en los niveles de 6 al 9. El bicarbonato forma un pH de 7 a 9 y normalmente mantiene el agua residual en un rango ente 7.5 y 8. En el verano, las lagunas pueden exceder el pH máximo cuando hay un florecimiento de algas. Cuando las algas crecen demasiado rápido, consumen todo el bicarbonato. El carbonato se convierte en bicarbonato adicional e iones de hidróxido. Cuando esto sucede, hay focos de alto pH que pueden moverse a través del sistema de flujo y debe registrarse como una violación permitida. Cuando el lodo se digiere demasiado rápido, el exceso de CO2 se libera, disminuyendo el pH por debajo de 6. Al mediodía, el pH está en lo más alto. El pH se reducirá en la noche cuando se disminuye la actividad de las algas. El efecto de las algas en el PH y los nutrientes: Las algas pueden reducir (y almacenar) agua amoniacal. Las algas utilizan el bicarbonato (HCO3-­‐) como su fuente de carbono. El bicarbonato proviene de tres lugares: CO2 atmosférico disuelto, CO2 producido por la digestión de lodos en el sitio o de la alcalinidad de carbonato (CO3 =), todos afectados por el pH. 26 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 Las algas prefieren el CO2 en forma de gas, el carbonato en forma de bicarbonato se consume sólo cuando las algas requieren más que el suministro de CO2 en forma de gas. El bicarbonato se neutraliza en un pH entre 7 y 9. El carbonato se neutraliza en un pH más alto. El carbonato reacciona con agua para hacer bicarbonato e iones de hidrógeno (base fuerte); el pH se eleva. El amoníaco se disocia en el agua en una forma soluble en agua (NH4 +) y una forma gaseosa (NH3). A un pH de 9.25, la mitad del amoniaco es volátil; la mitad es soluble en agua (pKa = 9.25). Con un pH > 8, comienza la evaporación significativa de amoniaco. El proceso de evaporación transfiere el amoníaco contaminante de la fase acuosa a la fase atmosférica sin cambios. Entonces, cuando el alga crece rápidamente, el carbonato es consumido, el hidróxido es producido y la concentración de amoníaco cae; El pH local en estos casos puede llegar hasta 10. Las algas entierran nutrientes en su estructura celular. La eliminación de algas (y digiriéndolas) libera y recicla nutrientes. La reducción de la concentración de nutrientes: Eliminación de nitrógeno: Nitrificación y desnitrificación. Es necesario un ambiente aerobio para la nitrificación y un ambiente anaerobio para la desnitrificación. Esto se logra mediante el uso de un aereador para crear una zona donde los niveles de oxígeno disuelto (DO) están por encima de 4.4ppm. Posteriormente se circula el agua residual nitrificada dentro de la zona anaerobia para ser desnitrificada. Alternativamente el amoniaco se puede nitrificar mediante el uso de esteras unidas a los radios del aereador. Las esteras crean un ambiente ideal para el crecimiento de las bacterias de nitrificación ya que existe una alta concentración de oxígeno disuelto con un tiempo de residencia largo. La remoción de nitrógeno biológico está bien estudiada. Los principios son: 1. Oxidar el amoníaco a nitrito y después a nitrato. a. DO>3mg/l 2. Reducir el nitrato a gas nitrógeno y óxido nitroso. 27 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 a. Las condiciones anóxicas. b. Una reacción secuencial de múltiples etapas biológicas. c. pH 7-­‐8 d. Las temperaturas tibias son preferibles. 3. Se requiere una fuente de carbono. / ***************************** 1 ` a. El bicarbonato es la especie normal de carbono. En la práctica, los ingenieros crean un sistema rico en oxígeno y un sistema anóxico, en el que se circula el agua residual del primero al segundo. En estos sistemas cíclicos la remoción de N ocurre en el crecimiento suspendido. Estos procesos funcionan mejor cuando hay suficiente carbono residual para mantener la alcalinidad alta. Los sistemas de crecimiento adjuntos también son bien conocidos. En estos sistemas, las bacterias de nitrificación y desnitrificación viven en una bio-­‐película estructurada. La riqueza en oxígeno fuera de la biopelícula tienen bacterias que oxidan el amoníaco en nitrato (cinética acelerada); el interior anóxico permite un tiempo de detención largo para que bacterias de desnitrificación se desarrollen (cinética lenta). Una tercera estrategia de desnitrificación es crear una capa de algas bentónicas en la superficie de la laguna. El oxígeno se genera durante la luz del día y las condiciones anóxicas prevalecen en la noche. Estudios científicos publicados son predominantemente en situaciones de estuarios salobres. Las conclusiones son turbias como la salinidad, la temperatura y la profundidad del agua son factores de compuesto significativos. No hay estudios publicados sobre la superficie, o las algas bentónicas de agua fresca. Conforme se elimina el amoníaco, el alga compite con las bacterias removedoras de nitrógeno por el amoníaco. Las algas se precipitarán y se digerirán, reciclando los nutrientes. La capa de algas bentónicas parece ser una estrategia que mejora la estrategia de remoción de amoniaco. Las algas proveen oxígeno en el día; las condiciones anóxicas controlan la noche. Entonces un ciclo óxico/anóxico ocurre. El nitrógeno es removido. Este efecto reduce el nitrógeno. Es importante resaltar el impacto en la reducción del inventario de lodos. Cuando se digieren los lodos, los nutrientes son liberados. Sin embargo, el índice de remoción de nitrógeno se ajusta. Por lo tanto, la reducción del amoníaco es una respuesta retardada hasta que la digestión de lodos alcanza un nuevo equilibrio. 28 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 La cinética de la nitrificación es rápida, la cinética de desnitrificación es lenta. El ciclo óxico/anóxico es un requisito bien establecido para la remoción efectiva de nitrógeno. En consecuencia, la fase de desnitrificación requiere un largo tiempo de retención hidráulica (HRT). Una cuarta estrategia tradicional de reducción de amoniaco es almacenar el amoniaco en los lodos, pero puesto que todo el lodo es digerido en el sistema de WWA, este método no es aplicable. Eliminación de fósforo: El fósforo es un elemento que no puede ser removido en forma de gas. Tradicionalmente se elimina por precipitación con hierro o aluminio, o es atado biológicamente. De la misma manera en que el nitrógeno no se puede concentrar en el lodo (ya que en el sistema WWA éstos se digieren), la captura biológica de fósforo no es aplicable. Las sales de hierro y aluminio precipitarán el fosfato, pero la precipitación se disolverá en un pH bajo. Cuando el lodo se digiere ‘in situ’, los pasos intermedios pueden reducir el pH lo suficientemente bajo para disolver la sal. El secuestro de Fe y Al no es compatible con la digestión de lodos en el sitio. La estruvita (MgNH4PO4•6H2O) es una sal blanca cristalina muy insoluble (solubilidad pK ~13). Se vende comercialmente como un fertilizante de liberación lenta. La estruvita se forma cuando un estanque está sobre saturado de fósforo. En una laguna de tratamiento de residuos hay siempre un exceso de agua, amoníaco y fosfatos. Prácticamente, el magnesio es limitado. Cuando el magnesio está presente, los cristales de estruvita se encuentran en las cuerdas atadas que se hunden y salen constantemente de la superficie del agua. Los cristales crecen como "caramelos de roca" en la cuerda trenzada. Esto fue inicialmente observado en los estanques que se alimentan con altas concentraciones de estiércol, proveniente principalmente de animales. Lo que ocurre es que un gran campo de corte se forma en el interior del aereador durante la cavitación intencional. Los núcleos de la estruvita son formados y distribuidos a lo largo de toda la superficie del estanque. Con el tiempo, los cristales crecen, transfiriendo el N y P de la columna de agua al manto de lodo. Pero el proceso sólo fue efectivo con el exceso de magnesio presente. El hidróxido de magnesio (Mg(OH)2) es una fuente económica de iones de magnesio y puede ser agregado al sistema WWA para precipitar el fósforo. 29 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 4. Resumen Nuestro sistema cambia dramáticamente la microbiología y la cinética de las lagunas facultativas, y al igual que un sistema municipal de tratamiento tradicional, segrega diferentes ecosistemas en zonas físicamente distintas. Los insumos energéticos son una fracción de las lagunas aireadas tradicionales o de los procesos de lodos activados. Hay importantes y notables mejoras en el funcionamiento sobre los sistemas tradicionales: Las lagunas de WasteWater Alchemy (WWA) promueven la metano génesis de los lodos, eliminando de este modo los lodos en el sitio y de una manera inodora. Esto evita los significantes costos asociados con los sistemas tradicionales que generan lodos. Los requisitos de operación y mantenimiento son mínimos y el equipo es simple, confiable y extremadamente eficiente. Los requerimientos son tan mínimos que ni siquiera se necesita un operador de planta de tiempo completo. Nosotros creemos que la estabilidad natural, la facilidad de operación, el ahorro de costos y la simplicidad de nuestro sistema son tan significativos como para convertirlo en un sistema revolucionario. Beneficios: -­‐
Reducción de la DBO extremadamente favorable frente a la relación insumo de energía. -­‐
Operación inherentemente estable y auto regulable. -­‐
No hay controles activos o SCADA. -­‐
No se requieren operadores (empleados) de tiempo completo. -­‐
La digestión de lodos es en el sitio sin mal olor; elimina los lodos existentes y nunca se forman nuevos lodos. -­‐
Se requiere baja potencia. -­‐
No se requieren productos químicos o aditivos adicionales. -­‐
Tiene un costo bajo (construcción, mantenimiento y operacional). -­‐
Escalable. -­‐
Genera grandes cantidades de metano que puede ser recolectado para mejorar aún más el consumo de energía frente a la relación de reducción de DBO. -­‐
Capaz de modernizar lagunas existentes. -­‐
El tiempo de retención hidráulica largo amortigua eventos anormales 30 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 Requisitos: -­‐
Electricidad -­‐
Espacio para lagunas -­‐
Instalación inicial adecuada y correcta. 5. Programa de Mantenimiento Ejemplo: •
Fecha de Instalación: 01 de abril 2013 Cambio de aceite anual: 01 de Abril 2014 (PARA TODA LA MAQUINARIA). Aereador: 1. Los filtros de aireación se cambian cada 6-­‐9 meses. Los filtros de repuesto se pueden comprar en: Republic Sales and Manufacturing Company Tel: +1 (800) 847-­‐0380 Parte # (único elemento): 340-­‐2206 •
Clarificador: 1. Cambio anual de grasa y reemplazo de cartucho lubricante de bomba: 01 de abril 2014. El cartucho se puede comprar en: Canfield Custom Pumps Tel: +1 (877) 887-­‐2435 Flotador ‘Canfield’ turbo de labor continua. Parte #: RK-­‐HPS-­‐240-­‐POLYEP2. •
Retiro de la maquinaria en la laguna: Todas las fuentes de energía eléctrica tiene que estar desconectadas del panel de control para asegurar que no se está suministrando energía a la máquina. Desate la cuerda del ancla desde el lado de la laguna que no tiene el cable eléctrico conectado a la maquinaria. Tire del equipo (flotante) en la orilla cercana al cable por el cual se suministra la 31 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 energía eléctrica. Enganche la grúa o pluma al aro de acero inoxidable que se encuentra en la parte superior de la maquinaria y cuidadosamente levántelo. El tapón de madera usado para el envío se puede volver a instalar antes de colocar la unidad en el suelo para darle soporte a la maquinaria. El exceso de cuerda o cable deben ser cuidadosamente enrollados al lado de la unidad. Las unidades pueden quedar fuera de la laguna aunque se recomienda que se cubran para evitar que algún desecho o escombro entre a la maquinara durante su almacenamiento. 6. Unidades Entregadas. TIPO SELECTOR CIRCULADOR AEREADOR CLARIFICADOR UNIDADES NUMEROS DE SERIE 32 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 7. Garantía del producto y garantía del sistema. Garantía del producto: “WasteWater Alchemy” (WWA) garantiza que los productos fabricados están libres de defectos en materiales y mano de obra en condiciones normales de uso y servicio por un período de diez (10) años después de la fecha de entrega. Garantía del sistema: “WasteWaterAlchemy” garantiza la eficacia de este sistema con respecto a los siguientes diseños y criterios: Objetivo de diseño: Cumplir con los parámetros establecidos según la norma que corresponda y para descargar a cuerpos receptores según sean las necesidades del cliente. En este caso el parámetro a cumplir es la NOM 001 para descarga en cuerpos receptores tipo C en ríos. Criterios de diseño: El incumplimiento de cualquiera de las siguientes especificaciones y parámetros anula la garantía para la duración de la prueba: •
El flujo no debe exceder de 350 m3/día (opción 1) o 175 m3/día (opción 2). •
HRT no debe ser menor de 35 días. •
El diseño de la laguna dado por WWA se debe respetar. •
Debe haber un pre tratamiento que consiste en cribas y desarenador aguas arriba de la laguna para capturar toda la basura incluyendo el plástico. •
El influente debe entrar desde el fondo de la laguna directamente debajo del selector. •
Los efluentes deben salir por la parte interior del clarificador de salida. •
El efluente debe estar lo más superficialmente posible. 33 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 •
Todas las máquinas deben ser mantenidas adecuadamente, incluyendo cambio de aceite anual, según lo prescrito en el presente documento. •
Todas las máquinas deben estar libres de escombros en todo momento / el operador debe retirar de inmediato los residuos que se presenten en las máquinas o que se encuentren en la laguna. •
Todas las máquinas deben estar encendidas en todo momento. •
El influente de metales pesados debe ser inferior a los parámetros de efluentes. PARAMETEROS Influente Efluente 1,920 <600 50 <20 DBO (mg/L) Nitrógeno Total (mg/L) Solución de problemas Esta sección comparte las observaciones de campo y las contramedidas probadas eficazmente: 1. ¿Qué pasa si el flujo de superficie tiene puntos muertos? a. Verifique la rotación de los circuladores. Circuladores en modo de aeración mueven alrededor de la mitad del flujo de movimiento que cuando está en modo activo. b. Reposicione los circuladores ajustando los cables tensores. No tome decisiones finales hasta después de al menos 8 horas de funcionamiento. Los flujos suaves toman largo tiempo para llegar al equilibrio. c. Busque y retire los residuos dentro de las unidades. 2. ¿Qué pasa si el clarificador no clarifica? a. Revise la presión de la bomba. Debe ser> 20 psi. b. Escuche el sonido del snorkel. Debe haber un sonido de succión distintivo. Si no, el Venturi está atascado. Tome un cable de 3 pies (como un gancho de ropa) y raspe hacia abajo el tubo para desprender cualquier residuo extraño. 34 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 c. Determinar si la manguera de transferencia de 6 pulgadas de la bomba al clarificador está doblada. Si es así, ajuste los cables de tensión para enderezar la manguera. [La bomba empuja el clarificador (de maneras iguales y opuestas). Se debe de enderezar si no está rígida.] 3. ¿Qué pasa si las cortinas plásticas del CSTR flotan en ambos lados o colapsan? Revise si el contrapeso de los tubos en la parte inferior de la cortina no sufrió algún daño, o bien si en la parte superior de la cortina donde están los tubos vacíos no se llenaron de agua. Un CSTR derrumbado se expandirá por completo sin ayuda, si el ángulo del octágono está orientado correctamente. Métase en un bote y tire a una esquina invertida cabo. 4. ¿Y si la unidad comienza a disparar fuera? a. Por lo general, usted será capaz de revertir la unidad durante un corto período de tiempo para que la unidad pueda descansar y tener tiempo para desalojar la basura (es decir, bolsas, palos, trapos, etc.) atrapada en la unidad. Si es severo, puede que tenga que invertir la unidad varias veces. b. El selector dentro de la pluma corre hacia la derecha. Durante el arranque, la unidad tiende a elevarse fuera del agua aproximadamente 6", y luego se asienta mientras produce espuma o burbujas. El circulador fuera de la cortina plástica va en contra de las agujas del reloj y tienden a mover el agua en un flujo suave. c. En algunos casos, cuando una unidad no se ha revertido durante un período de tiempo largo, la basura puede estar incrustada. En este punto, la unidad debe ser removida y la basura separada manualmente. La cortina plástica y la unidad deben ser orilladas a la orilla al mismo tiempo. Revierta el procedimiento para colocarlo de nuevo en la ubicación correcta. 35 Wastewater Alchemy Owner’s Manual V. 1.8 Recibo del sistema manual del usuario Debe identificarse para confirmar la recepción del Manual del propietario “WasteWater Alchemy”. _______________________________________ _____________________ Wastewater Alchemy Gerente México Fecha _______________________________________ Nombre del Cliente (Empresa) _______________________________________ __________________________ Nombre del Contacto Correo Electrónico _______________________________________ ______________________ Firma del Contacto Fecha 36