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¡TAN CLARO COMO EL MUD!

Por definición, las plantas de tratamiento de aguas residuales son usuarios de energía extremadamente alta y su funcionamiento eficiente requiere un equilibrio fino de parámetros biológicos e hidráulicos durante todo el proceso. Sin embargo, mantener ese equilibrio puede ser una tarea desalentadora; especialmente si la gestión operativa no tiene acceso a datos continuos confiables y significativos sobre los niveles esenciales de la interfaz en las etapas críticas de los procesos de tratamiento, incluidos los clarificadores primarios, los clarificadores secundarios y los espesadores.

Nigel Allen de Hycontrol investiga los complejos problemas de control de procesos y automatización asociados con el nivel de la capa de lodos y el monitoreo de la interfaz dentro del tratamiento de aguas residuales y las industrias relacionadas. Allen describe más detalladamente cómo las últimas tecnologías de sonar superan las deficiencias tradicionales de monitoreo de la interfaz al monitorear simultáneamente los niveles de RAS y FLOC para optimizar el control de la planta y lograr un ahorro significativo de energía.

Introducción
La medición precisa de los niveles de interfaz es un problema complejo en el entorno de tanque de sedimentación turboso y turbio, y sin una extensa extracción de muestra y análisis de laboratorio posteriores puede ser extremadamente difícil obtener una imagen clara de los perfiles de densidad más importantes. El lodo dentro del tanque disminuye en densidad a medida que se mueve desde el fondo del tanque hacia el nivel superior del agua. El lodo más denso, sentado en el fondo del tanque, puede variar desde 3000 hasta más de 6000 mg / L y en un tanque estable, los lodos disminuirán gradualmente en densidad a alrededor de 200 mg / L en la parte superior de la columna. En general, los trabajos de tratamiento están interesados ​​en el lodo de "calidad" que tiene una densidad mayor que 2,500 mg / L. Este lodo en el fondo del tanque se conoce como RAS (Lodo Activado Devuelto). Los lodos a esta densidad son lo suficientemente pesados ​​como para no subir al tanque cuando ocurren problemas hidráulicos o biológicos y también son lo suficientemente densos para denominarse biomasa de "buena calidad", que pueden devolverse a las vías de aireación para ayudar con el proceso de pretratamiento o desviado a perder. Sin embargo, cuando ocurre un cambio en el proceso de carga del sitio pueden ocurrir problemas y los operadores necesitan conocer la dinámica de las diferentes interfaces para evaluar y controlar efectivamente el proceso en curso.

El problema
Muchos sistemas de sonar tienen dificultades para proporcionar información exhaustiva y confiable bajo estas condiciones difíciles porque no tienen la potencia y la frecuencia correcta para penetrar a través de los sólidos suspendidos. A falta de algo mejor, la única otra forma de obtener una imagen completa de "arriba a abajo" ha sido utilizar productos de inmersión manual como un "juez de lodo" o un sensor de espacio.

Sin embargo, estos dispositivos intensivos en mano de obra no proporcionan una salida continua para la tendencia y el control. Solo dan una instantánea visual de las capas de interfaz en los tanques, a la vez que tienen problemas de salud y seguridad asociados y no deseados.

Como se describió anteriormente, los sistemas de monitoreo de interfaz de sonar tradicionales no cumplen con los requisitos necesarios. Su rango de frecuencia y su falta de potencia significa que no pueden penetrar mucho más que las densidades de aproximadamente 1200-1500 mg / L, lo que les permite identificar la interfaz FLOC superior con cualquier nivel de certeza. Sobre la base de esta información, se hace una suposición enorme y potencialmente catastrófica de que la correspondiente interfaz RAS más densa rastrea la interfaz FLOC en todas las condiciones. En condiciones estables, esto es lo que sucede (ver Fig. 2 y Fig. 3). Sin embargo, cuando los desequilibrios se desarrollan debido a cambios en la carga del sitio, continuar con este supuesto hace que las cosas empeoren.

Si el sitio utiliza un instrumento que solo puede controlar la capa FLOC de densidad más ligera como base para controlar las bombas RAS, cuando la capa FLOC se eleva debido a un desequilibrio, los operadores automáticamente están asumiendo que la capa RAS más densa también está aumentando. Como resultado, el sitio inevitablemente aumentará la tasa de bombeo de RAS o soltará la boca de campana en un intento de traer la manta ascendente hacia abajo del tanque.

Sin embargo, lo que realmente está sucediendo es que la biomasa de "buena calidad" más densa se ha mantenido en el fondo del tanque y solo se ha levantado la capa FLOC más ligera.

El aumento de la velocidad de bombeo o la caída de la boca de la campana tendrán un efecto muy pequeño en la capa FLOC más ligera, que se ha elevado en el tanque y estas acciones eliminarán muy rápidamente toda la biomasa de "buena calidad" del tanque y luego comenzarán a bombear Una densidad más baja de biomasa de "mala calidad". Esto aumentará posteriormente el problema al tener un efecto negativo en la relación F: M (relación entre alimentos y microorganismos *).

* La relación F: M es uno de los parámetros de control fundamentales para el proceso de lodos activados. El 'alimento' en la proporción es el CBOD (Demanda Bioquímica de Oxígeno Carbonoso o Demanda Biológica de Oxígeno Carbónico) que ingresa al proceso, los 'microorganismos' son los sólidos del lodo activado en los tanques de aireación, que se miden como ppm o mg / L de MLSS (sólidos suspendidos de licor mixto). Para establecer y mantener un CBOD consistente y la eliminación de desechos secundarios de las aguas residuales sin procesar, un proceso de lodo activado debe mantener el peso de los alimentos al peso de los microorganismos bajo aireación.

En algunos sitios podría llevar semanas rectificar por completo la situación y durante este tiempo se podría haber requerido una mayor aireación aumentando el consumo de energía en la planta y, por lo tanto, los costos de energía. Para optimizar la eficiencia de la planta, es esencial controlar la biomasa de "buena calidad" en 3,000 a 6,000 mg / L y el nivel de FLOC simultáneamente. Esto permite la posibilidad de un control automático de las bombas RAS y de las válvulas de boca de campana para garantizar que SÓLO la biomasa de "buena calidad" se devuelva a la aireación o al espesador para su desperdicio.

La solución
Ahora hay un sistema de sonar altamente efectivo que asegura que tales situaciones no puedan ocurrir, al monitorear simultáneamente ambas interfaces. El transductor de alta potencia sumergido de Sonarflex envía pulsos ultrasónicos a través del líquido, que luego se reflejan desde las diferentes interfaces de densidad y son incluso lo suficientemente potentes para penetrar densidades superiores a 6000 mg / L y detectar el piso del tanque. Estas señales son procesadas por el software especializado para proporcionar salidas relacionadas con los niveles FLOC y RAS dentro del tanque. Esta información vital constituye la base de un proceso y control mejorados para permitir que el sitio optimice el consumo de energía y las operaciones del sitio. Se pueden establecer niveles de alarma para que, en caso de elevación del nivel FLOC, los operadores puedan realizar los cambios de proceso necesarios con tiempo suficiente para evitar que el problema continúe y evitar un incumplimiento del consentimiento.

La clave del éxito de esta innovación es la disponibilidad de una amplia gama de transductores, con frecuencias que van desde 30 kHz a 700 kHz. Al comparar la teoría de los ultrasonidos "a través del aire" (que es una tecnología bien establecida para la medición de niveles), es posible comprender la necesidad de múltiples frecuencias en las aplicaciones de sonar. Medir el nivel de un líquido simple en un recipiente de 10 metros de profundidad es muy sencillo y casi cualquier transductor de alta frecuencia (40-50 kHz) dará resultados confiables y repetibles. Sin embargo, si utilizamos esta misma frecuencia en un silo de tamaño similar que contiene un sólido como cemento, con altas concentraciones de polvo en el aire, los resultados están lejos de ser exitosos. Inevitablemente tendrá dificultades para penetrar más de unos pocos metros y sería muy inestable en las condiciones de llenado porque las partículas suspendidas atenuarán la señal de onda corta de alta frecuencia.

En comparación, si se usa una frecuencia más baja (5-10 kHz) con una longitud de onda más larga, entonces la onda de sonido puede pasar a través de las partículas suspendidas más fácilmente. Un ejemplo perfecto de esto es el uso de una sirena de niebla. En condiciones climáticas adversas, la visibilidad es mala porque el aire está saturado de humedad. Una frecuencia alta - la longitud de onda corta sería mucho menos efectiva en este escenario ya que las partículas de humedad atenuarían el sonido y solo viajarían una distancia corta. Los cuernos de la nave usan una frecuencia baja - longitud de onda larga para proyectar el sonido a través de las partículas de humedad a millas mar adentro para advertir a los barcos. Esto se conoce como el "Principio de Foghorn".

Esta misma analogía sigue siendo válida para el sonar. Mientras que los diseños tradicionales adoptan una filosofía de "talla única" para sistemas de mantas de lodos (adoptando un rango alrededor de 600-700khz), la frecuencia óptima del transductor debe seleccionarse para garantizar que la mejor solución de ingeniería en un tratamiento funcione. Sonarflex utiliza un transductor de frecuencia diferente para sedimentación primaria, clarificadores primarios y secundarios, espesadores de lodo, clarificadores de laminillas y reactores discontinuos secuenciales (SBR).

SBR "s
Los SBR generalmente se instalan donde el espacio o el costo son escasos. Combinan el tanque de sedimentación primario, el proceso de aireación y el asentamiento final / secundario, todo en un tanque. Por la naturaleza del principio de su operación, los niveles de líquido cambian dentro de los tanques y un transductor fijo tradicional no puede atender estos cambios. Para superar esto, se utiliza un único transductor flotante que le permite rastrear la interfaz de mantilla de asentamiento a medida que cambian los niveles de decantación. Como resultado, los tiempos de establecimiento se pueden monitorear con mucha más precisión y los tiempos mejorados de procesamiento por lotes pueden aumentar el rendimiento hasta en 20%.

Mecanismo de limpieza
El entorno de tratamiento de aguas residuales es duro y los diseños de instrumentación estándar tienen pocas posibilidades de sobrevivir más de unas pocas semanas. Los transductores ultrasónicos (ya sea sumergidos o flotantes) necesitan una limpieza regular para evitar un rendimiento poco confiable debido a la atenuación de la señal causada por la acumulación de espuma, escamas, burbujas de aire o grasas. Sin embargo, los sistemas mecánicos de limpieza, como los limpiaparabrisas, tienen una vida útil limitada y requieren un mantenimiento constante, y los componentes a menudo pueden necesitar cambios cada pocas semanas. Para superar esto, Sonarflex utiliza un sistema patentado de brazo de palanca de actuador. (Limpiar imagen en algún lugar aquí) El ciclo de limpieza automática se activa por tiempo o por una reducción predeterminada en el nivel de señal. Cuando esto ocurre, el actuador empuja el brazo de soporte del transductor a través del agua en un ángulo de 45 ° y luego lo regresa a la vertical. Esta acción cortante cortante a través del agua elimina cualquier residuo o suciedad de la cara frontal y garantiza un rendimiento óptimo, sin la necesidad de intervención del operador.

La atención al detalle en el diseño de Sonarflex cubre las características operacionales electrónicas y mecánicas. Existe una versión ATEX para áreas peligrosas, que se puede usar para el creciente número de tanques de sedimentación cerrados, construidos para minimizar la emisión de olores a la atmósfera o para capturar y reutilizar los gases de metano. Una amplia gama de protocolos de comunicación que incluyen Fieldbus, Profibus, HART y DeviceNet, aseguran una integración perfecta con la instrumentación moderna de planta y los DCS. El transductor se puede ubicar hasta 500m desde la unidad de control y una opción de enlace inalámbrico robusto puede proporcionar comunicación para unidades montadas en puentes giratorios, mientras que la conectividad GSM proporciona acceso instantáneo a todos los parámetros para servicio, soporte técnico y puesta en marcha. Se pueden usar múltiples salidas y relés para las funciones de alarma y control, así como para el accionamiento del brazo más limpio.

Versatilidad
Al proporcionar opciones de protocolo de comunicación BUS tanto analógicas como de gran alcance como salidas, Sonarflex puede ayudar a maximizar la eficiencia del proceso. Cuando se usa la versión analógica del instrumento, dos salidas de 4-20 mA están disponibles para monitorear las diferentes densidades dentro del tanque. En un tanque primario, la interfaz puede monitorearse usando una salida, mientras que los sólidos suspendidos entre la cara del transductor y la interfaz se pueden monitorear usando la salida CLARITY, proporcionando una indicación de qué tan bien se está asentando el tanque. Esta segunda salida se puede usar para optimizar el control de dosificación mediante la dosificación solo cuando sea necesario y no en una base de tiempo tradicional, la cantidad de floculante o coagulante utilizado se puede reducir y se pueden realizar importantes ahorros de costos.

En un tanque secundario (imagen de tanque secundario en algún lugar) las dos salidas pueden usarse para monitorear la capa RAS y la capa FLOC que proporciona control de las bombas RAS o boca de campana para optimizar la densidad que se devuelve a la aireación y asegurar una densidad constante desperdiciada el espesador La salida FLOC de densidad más ligera puede proporcionar una indicación de los problemas del proceso y también proporcionar una advertencia temprana de una posible violación del consentimiento. En un espesador, las dos salidas se pueden usar para monitorear el nivel BED y la CLARIDAD del agua. El monitoreo del nivel BED garantiza que las prensas de filtro o el digestor reciban lodo de densidad consistente con bajo contenido de agua, proveniente de las bombas de flujo descendente. Esto reduce la formación de espuma y el desgaste mecánico, por lo tanto, hace que el proceso sea más eficiente. El monitoreo de CLARITY (sólidos suspendidos entre la cara del transductor y el nivel BED) proporciona un control para la dosificación mediante el cual el instrumento proporcionará una salida que indica la concentración de sólidos en suspensión. A medida que aumentan los sólidos suspendidos, se puede aumentar la dosificación y, a medida que se reducen, la dosificación también se puede reducir, lo que maximiza el proceso de dosificación y reduce el desperdicio por sobredosificación.

Alternativamente, si el instrumento se utiliza utilizando las opciones de comunicación, el PLC de la planta puede recibir tres salidas con cualquier combinación de RAS, FLOC, BED (nivel) y CLARITY disponible. Tanto si utiliza el instrumento utilizando las dos salidas analógicas o las cuatro comunicaciones, la valiosa información provista puede mejorar el control a través de los trabajos, proporcionar una indicación rápida de los problemas del proceso, evitar incumplimientos del consentimiento de descarga, controlar la dosificación en tanques primarios y espesadores y reducir desgaste en filtros prensas. Todo lo anterior puede ayudar en general a reducir el consumo de energía, el mantenimiento y los costos de los productos químicos en los sitios.

Como Allen concluye: "Hasta ahora, los operadores han estado literalmente 'operando en la oscuridad' cuando se trata de tener datos confiables sobre niveles críticos de interfaz en una variedad de tanques en varias partes de su proceso. Nuestra solución ahora les brinda datos que pueden usar con absoluta confianza para mejorar su proceso. El ahorro de energía en las plantas donde Sonarflex se ha instalado en todo el mundo es muy impresionante y esperamos que las empresas del Reino Unido vean ventajas similares dentro de un período relativamente corto ".

Hycontrol Limited
Redditch
Worcs.

Puede ser contactado en

Tel: 01527 406800
Fax: 01527 406810
www.hycontrol.com
[Email protected]

Informador de la industria de procesos

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