Reutilización de agua. Reutilización y circulación de agua en la industria

Kaftanchikovo es un pueblo en el distrito de Tomsk de la región de Tomsk, el centro administrativo del asentamiento rural de Zarechny. La población es de 1323 personas. El pueblo está ubicado en la margen izquierda del Tom, a 15 km de Tomsk, la autopista M53 pasa cerca del pueblo. En el siglo XVI, varios grupos de tártaros encabezados por el príncipe Toyan vivían en el río Tom. El príncipe Toyan presentó una petición al zar Boris Godunov, en la que, en nombre de los "habitantes de Tomsk", pidió construir una fortaleza en los tramos inferiores del río Tom y aceptar a los tártaros de Tomsk como ciudadanos rusos. A lo que Boris Godunov dio su consentimiento y en 1604 se formó un destacamento para construir una fortaleza rusa. En el verano de 1604 se construyó la fortaleza. Posteriormente, la población de Tomsk creció. Los campesinos rusos se establecieron aquí. En 1626 ya había 531 familias. Los habitantes tenían que ser abastecidos de pan, en 1605 aparecieron los primeros cultivos de cereales, la gente se dedicó a la agricultura. Los pueblos del asentamiento rural Zarechny se encuentran entre los más antiguos en la desembocadura del río Tom, que surgió en el período de 1627 a 1630. El lugar para los pueblos fue bien elegido: cerca de...

2.3 Agua reciclada en la agricultura
El agua reciclada en la agricultura proporciona ahorros tangibles en el consumo de agua. En efecto, el consumo de agua en el ámbito agrozootécnico supera significativamente al consumo en el ámbito civil e industrial. Para Italia, estas cifras son respectivamente 60%, 15% y 25%. De acuerdo con la normativa europea (que reconoce como válidas las disposiciones de la Directiva Europea 91/271), en la actualidad se da preferencia al agua reciclada, y la conexión a la red principal de suministro de agua - si el agua no está destinada a la bebida o al ictiogénico - se limita a los casos en que no es posible utilizar aguas residuales tratadas o cuando estos costos económicos son obviamente prohibitivos. Las aguas residuales se vierten gratuitamente y los gastos de capital para la organización de los sistemas de tratamiento se deducen de la base imponible.
Hay que tener en cuenta que el uso de agua reciclada en la agricultura no siempre es posible, sino solo, por ejemplo, si el terreno agrícola donde se supone que se va a utilizar esta tecnología se encuentra en una zona muy remota o a un nivel de altitud inferior. .
No se deben utilizar aguas residuales cuando su composición química sea incompatible con la agricultura (exceso de sodio y calcio frente a potasio y magnesio). Es importante tener en cuenta que el precio actual ridículamente bajo del agua del grifo ordinaria liberada para el riego (medido por el costo de una conexión o licencia de perforación) no fomenta el cambio a aguas residuales recuperadas. La tecnología de tratamiento de aguas residuales para la agricultura difiere según los tipos de cultivos para los que están destinadas. Para regar cultivos destinados al consumo crudo, el agua debe ser clarificada por floculación, filtración y desinfección (a veces laguna). Para riego de huertas y pastos - solo clarificación por floculación (o sedimentación biológica) y desinfección, para riego de campos con cultivos no alimentarios - sedimentación biológica (y, si es necesario, baños de depósito).

2.4 Recuperación de agua de lluvia
En edificios residenciales individuales, condominios, hoteles, el agua de lluvia recolectada en tanques de almacenamiento puede usarse con éxito en los circuitos de trabajo de aparatos sanitarios, lavadoras, para limpieza, riego de plantas y lavado de automóviles. Se estima en el sector privado que hasta el 50% del requerimiento diario de agua se puede convertir al uso de agua de lluvia regenerada.
Por sus características, el agua de lluvia (muy blanda) da mejores resultados que el agua del grifo cuando se utiliza para regar las plantas y lavar la ropa. En particular, dicha agua no deja depósitos en las tuberías, manguitos y elementos calefactores de las lavadoras y le permite reducir la cantidad de detergente, sin mencionar el hecho de que nadie tiene que pagar por ello. En el sector municipal se puede recomendar para el riego de zonas ajardinadas y lavado de calles. En la industria, el agua de lluvia también se puede utilizar en una variedad de áreas de producción, lo que se traduce en un ahorro significativo en los costos de agua y un impacto significativo en el costo de los procesos.
Hay que tener en cuenta que el agua de lluvia no requiere ningún tratamiento especial: basta con una simple filtración mientras baja por los tejados de los edificios y entra en los depósitos de almacenamiento.
En un sistema de recuperación de agua de lluvia, dependiendo de dónde se encuentre exactamente el tanque de almacenamiento (por ejemplo, enterrado en el suelo), se puede requerir una bomba de presión de agua. En la fig. 5 muestra un diagrama de dicho sistema.
El agua de lluvia se considera no apta para beber, por lo que la tubería de suministro y los puntos de agua (grifos de agua, puntos de conexión a los electrodomésticos) deben estar marcados con una señal de advertencia claramente visible: "agua no apta para beber".

Conclusión
Para uso secundario se pueden enviar tanto aguas residuales domésticas, como urbanas e industriales. Se permite la reutilización siempre que se garantice la total seguridad ambiental (es decir, dicho uso no debe dañar el ecosistema, el suelo y las plantas cultivadas existentes), y se excluye cualquier riesgo para la población local en términos de higiene y salud. Por lo tanto, es esencial que cualquier proyecto de este tipo se adhiera cuidadosamente a las normas vigentes de salud y seguridad, así como a los códigos y regulaciones actuales de la industria y la agricultura.
En la mayoría de los casos, para que el agua sea reciclada, primero debe ser tratada. La elección del grado de dicha purificación está determinada por los requisitos establecidos para los parámetros de seguridad y costo sanitarios e higiénicos. Para organizar el suministro de agua regenerada secundaria después del tratamiento, se requiere una tubería de distribución dedicada.
Según el reglamento 185/2003, existen tres categorías principales para el uso de agua regenerada:
- Sistemas de riego: riego de plantas cultivadas destinadas a la producción de productos alimenticios para el consumo humano y doméstico, así como productos no alimenticios, riego de zonas verdes, zonas ajardinadas y parques e instalaciones deportivas;
- finalidad civil: lavado de puentes y aceras de asentamientos, abastecimiento de agua de redes de calefacción y redes de aire acondicionado, abastecimiento de agua de redes secundarias de distribución de agua (separadas del suministro de agua potable) sin derecho a utilizar directamente dicha agua en edificios civiles, con la excepción de los sistemas de drenaje para inodoros y baños;
– Finalidad industrial: suministro de sistemas de extinción de incendios, circuitos productivos, sistemas de lavado, ciclos térmicos de procesos productivos, con excepción de las aplicaciones que impliquen el contacto de aguas recicladas con productos alimentarios, farmacéuticos y cosméticos.
Antes de la reutilización del agua regenerada, se debe asegurar un cierto nivel de calidad, especialmente en lo que respecta a los requisitos sanitarios e higiénicos. Los métodos tradicionales de tratamiento de las aguas enviadas a vertido no son suficientes para garantizar esta calidad. Hoy en día, están surgiendo nuevas tecnologías alternativas para la limpieza y desinfección, con la ayuda de las cuales es posible reducir el nivel de microbios, nutrientes, sustancias tóxicas en el agua y alcanzar el nivel requerido de calidad del agua a un costo relativamente bajo. La documentación reglamentaria contiene los parámetros mínimos aceptables de calidad que debe tener el agua después de la regeneración si se supone que se va a reciclar. Los requisitos indicados (químico-físicos y microbiológicos) para las aguas regeneradas destinadas a reutilización para riego o con fines civiles se recogen en la tabla del anexo del reglamento 185/2003. Para el agua destinada a uso industrial, se establecen valores límite en función de los ciclos de producción específicos. La construcción de los sistemas de recuperación de aguas residuales y su posterior uso deben realizarse con la autorización de las autoridades competentes y están sujetos a control de inspección periódico. Las redes de distribución de agua regenerada deben estar específicamente señalizadas y diferenciadas de las redes de agua potable para eliminar por completo cualquier riesgo de contaminación de la red de distribución de agua potable. Los puntos de grifo de tales redes deben estar debidamente marcados y claramente diferenciados de los puntos de bebida.
Al mismo tiempo, con todas las ventajas que brinda la tecnología moderna, además de los beneficios directos, la implementación de medidas para ahorrar recursos hídricos puede conllevar ciertos riesgos.

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Se consume una gran cantidad de agua para necesidades industriales y económicas. La situación se ve agravada por la descarga de líquido contaminado a los cuerpos de agua. Prestando atención a la protección de la naturaleza y los aspectos económicos del negocio, muchas empresas están cambiando al suministro de agua reciclada. Este método implica el uso repetido de los recursos hídricos. Reducir el consumo de agua dulce y la descarga de aguas residuales conduce a una reducción en el costo del suministro de agua.

¿Cómo funciona un sistema cerrado de suministro de agua?

La opción más prometedora para reducir el consumo de agua es la creación de sistemas cerrados. Las aguas residuales se tratan con equipos especiales y se reutilizan. Los componentes del sistema de suministro de agua circulante dependen del volumen de aguas residuales y de los requisitos que se aplican a la calidad del líquido purificado. Se puede encontrar una instalación progresiva en talleres de producción, centrales nucleares y térmicas, lavados de autos, casas de campo con fuentes autónomas.

P - producción; OS - tratamiento de aguas residuales, HC - estación de bombeo, refrigeración OH

Dependiendo de los procesos tecnológicos de producción, el agua puede estar contaminada desde la primera vez o no requerir purificación durante mucho tiempo. Se necesita un sistema cerrado en varios casos:

1. La fuente utilizada no tiene suficiente agua para satisfacer las necesidades de la empresa.
2. La fuente está ubicada a una gran distancia de los talleres de producción (hasta 4 km), ubicada a una altura considerable (25 my más).

Es insustituible en regiones con alto costo de agua, dureza excesiva o contaminación de la fuente, en caso de peligro real de envenenamiento de la naturaleza con aguas residuales. Los complejos de purificación, según el propósito, incluyen de una a seis etapas. Entre ellos: pretratamiento en decantadores, electroflotación, filtración, adsorción, ósmosis inversa.

Un electroflotador es una unidad cuyo funcionamiento se basa en los principios de la electrólisis. Asegura la eliminación de compuestos químicos y partículas en suspensión del agua. Sus indicadores de purificación de la contaminación con productos derivados del petróleo son del 75 al 90%, residuos de PVA, del 50 al 70%.

Las instalaciones de enfriamiento incluyen estanques de sedimentación, torres de enfriamiento y estanques de aspersión. En pozos impermeables, el agua se corta en chorros mediante boquillas especiales y se enfría con corrientes de aire.

Las partes estructurales de una red cerrada son tuberías de suministro y retorno, bombas de circulación, instalaciones de tratamiento y filtros, unidades de refrigeración. Para los embalses que sufren descargas de aguas residuales o agua caliente mal tratadas, dicho sistema se convierte en una verdadera salvación.

Dispositivo de reciclaje de agua en producción.

Información. Además de los sistemas de refrigeración abiertos, existen estructuras cerradas en las que el agua no entra en contacto con el aire. La reducción de temperatura se produce debido a los intercambiadores de calor.

Beneficios de la reutilización

Los altos costos para la compra e instalación de equipos para reciclar el suministro de agua no se convierten en un obstáculo para la introducción de tecnología moderna en las empresas.

• Las necesidades de agua se reducen 10 veces.
• Ahorros financieros sustanciales.
• Actitud responsable con la ecología y el uso racional de los recursos.
• Sin multas por desagües sucios.

Principio de sistema cerrado

Complejos de cambio en la industria.

Los propietarios de empresas que se preocupan por el medio ambiente y saben cómo calcular las ganancias están cambiando a un método progresivo: reciclar el suministro de agua. El ámbito de su aplicación es bastante amplio:

Energía

Las empresas de la industria energética: las centrales térmicas y nucleares necesitan agua para enfriar las turbinas o como fluido de trabajo: vapor. El suministro técnico de agua de los objetos se produce en dos sistemas:

• directo;
• negociable.

El proceso es el siguiente: el vapor se introduce en las torres de refrigeración, se enfría y se condensa. Uso de una bomba de agua para enfriar las turbinas y maquinaria auxiliar. El agua se toma de su fuente natural para compensar las pérdidas que son inevitables en los procesos tecnológicos.

Diagrama de la torre de enfriamiento

Metalurgia

En muchos procesos tecnológicos, el agua se utiliza exclusivamente para refrigeración. No se ensucia, solo se calienta, por lo que después de enfriarse se puede volver a usar. En las empresas metalúrgicas, el esquema de suministro de agua circulante es más complicado. El líquido se calienta y se contamina con varias impurezas. El uso posterior en la limpieza de gases requerirá estanques de enfriamiento o torres de enfriamiento y filtros de limpieza mecánica.

Refinación de petróleo

En las refinerías modernas, el 95-98 % de toda el agua utilizada se encuentra en un ciclo cerrado, incluida la filtración y el tratamiento local. Para la industria química se están desarrollando sistemas cerrados que no requieren la descarga de efluentes a cuerpos de agua.

industria de alimentos

El suministro de agua reciclada es popular en la industria. Según este principio funcionan los sistemas de lavado de envases, embalajes y materias primas. Se utiliza en aplicaciones de refrigeración.

Ingeniería Mecánica

Las plantas para la producción de máquinas utilizan agua en el proceso de galvanizado de piezas. Un sistema cerrado reduce su consumo en un 90%. El uso de una planta evaporadora en el esquema de un sistema cerrado permite dirigir el concentrado de sal para su procesamiento. El líquido purificado se usa para lavar piezas y los productos del concentrado se usan para preparar soluciones electrolíticas.

El método progresivo se está implementando en la producción de papel y celulosa, en la industria minera, en el lavado de vehículos y en lavanderías.

Es imposible evitar las pérdidas de agua en condiciones industriales. Se produce una disminución parcial de su volumen debido a la evaporación. En el líquido restante, aumenta el nivel de mineralización. Esto conduce a consecuencias negativas: corrosión activa y deposición de sal. La adición de agua dulce es importante para restaurar la cantidad y composición del fluido circulante.

Esquemas de sistemas de suministro de agua circulante.

Atención. Las pérdidas de fluido en una red cerrada son del 3-5%. Se reponen con agua fresca del manantial.

El dispositivo del sistema inverso para un lavado de autos.

Los procesos tecnológicos asociados al lavado de coches van acompañados del consumo de grandes volúmenes de agua y la contaminación de las aguas residuales por productos petrolíferos y PVA. Para reducir el riesgo de que los compuestos peligrosos ingresen al entorno natural, se está introduciendo un sistema de reutilización de aguas residuales. La instalación de un sistema cerrado de suministro de agua en los fregaderos ahorra hasta un 90 % de agua y un 50 % de detergentes.

Sistema cerrado en un lavado de autos

Atención. Para lavar 10 autos se requiere 1 m3 de agua, al utilizar un sistema de recirculación se pueden lavar hasta 50 autos con este volumen de líquido.

Los desagües técnicos en un lavado de autos pasan por varias etapas de limpieza:

1. El efluente ingresa al sumidero, tanque de almacenamiento. Con la ayuda de la filtración mecánica, se eliminan del agua grandes partículas de contaminación.
2. El líquido es suministrado por una bomba de presión a la máquina de flotación de membrana. Aquí, el aire presurizado pasa a través de membranas cerámicas para saturar los efluentes con burbujas. Como resultado, se forma una espuma que absorbe los restos de productos derivados del petróleo y detergentes. La flotación a presión elimina los lodos finos y los sólidos en suspensión. Estas partículas ingresan al acumulador, desde donde se eliminan periódicamente para su posterior procesamiento.
3. Después del flotador, el agua ingresa a los tanques con filtros para extraer las partículas restantes. La unidad está diseñada para uso repetido, los filtros se lavan regularmente con un flujo inverso de agua, que ingresa al tanque de almacenamiento de aguas residuales.

Esquema de suministro de agua de lavado.

Para el tratamiento final del líquido se utilizan tratamientos químicos (reactivos de adición) y biológicos. La eliminación completa de contaminantes ocurre por medio de microorganismos.

La sala de lavado de coches está equipada con dos circuitos de agua. Alimentan potentes dispositivos para la limpieza de vehículos. Un circuito se llena con agua dulce y el segundo se recicla. El líquido usado después del procesamiento se usa en el lavado primario. Se utiliza al aplicar detergentes y preenjuagar la espuma. Se utiliza agua dulce para el enjuague final de las máquinas.

Atención. El aclarado con agua del grifo directo evita la aparición de rayas blancas en la superficie de los coches.

El suministro de agua reciclada de los lavados de autos es del 90% y el agua dulce para enjuague representa el 10%. Las plantas de tratamiento de aguas residuales tienen diferentes capacidades, de 3 a 40 m 3 /hora. Los sistemas de bajo consumo son los más populares y se utilizan en la mayoría de los lavados de coches manuales y automáticos. Las unidades de alto rendimiento están diseñadas para grandes complejos de lavado con sistemas de pórtico y túnel. Su equipamiento básico:

• tanques de sedimentación;
• filtros;
• sistema de floculación;
• sensores y manómetros;
• zapatillas.

Si es necesario, los complejos se complementan con dispositivos de ablandamiento de agua, aireadores, dispensadores de reactivos y otros dispositivos. El número de ciclos de reutilización depende de las capacidades del equipo. Es de 50 a 70 revoluciones con limpieza. El ciclo finaliza con la recogida y eliminación del líquido.

Sistema de rotación para una casa de campo.

En casas particulares, donde es posible separar las redes de alcantarillado y suministro de agua, se practica la instalación de un sistema cerrado, que reduce varias veces el volumen de agua dulce consumida. Su implementación es una forma efectiva de ahorrar recursos. El sistema funciona según el principio de ósmosis inversa. Una de sus características es la necesidad de reposición periódica del agua vieja.

Equipos para el sistema de reciclaje de agua.

Atención. Una de las ventajas de reciclar el suministro de agua de una casa de campo es un aumento en la vida útil de un pozo autónomo.

La instalación de equipos especiales permite el funcionamiento del suministro de agua circulante. Incluye filtros de etapas múltiples, varios reactivos y coagulantes que llevan la composición química del líquido a los estándares sanitarios. Una potente planta de tratamiento combina tres tipos de procesos:

• mecánico;
• químico;
• biológico.

El control de la red se lleva a cabo automáticamente, los indicadores se verifican para verificar el cumplimiento de los parámetros especificados. Para mantener el funcionamiento eficiente del complejo, se requieren ciertas condiciones climáticas:

• instalación de un sistema de ventilación para la circulación del aire;
• la temperatura no es inferior a +5 0 .

Una estructura cerrada puede tener calefacción y plomería. En este último caso, el desarrollo de biocenosis, una combinación de microorganismos. El lavado periódico de tanques y tuberías ayudará a evitar que los componentes se ensucien biológicamente. Sustancias especiales polialquileno guanidinas brindan protección contra varios factores destructivos: corrosión, sales y bioincrustaciones.

Para la instalación del suministro de agua, se utilizan tuberías de metal. Este material es fuerte y duradero, pero bajo la influencia de los cambios en la composición del agua, se producen procesos de corrosión. El uso de plástico es la mejor manera de crear un reciclaje eficiente. Los polímeros son neutros a la humedad, sustancias químicas y biológicas, por lo que se recomiendan para crear redes cerradas.

Debido al creciente consumo de agua de alta calidad por parte de la industria, el ahorro de agua, así como la reducción del consumo y vertido, se consiguen mediante la reutilización y circulación.

Uso repetitivo o consistente significa el uso de agua en un sistema abierto para dos procesos sucesivos pero diferentes, en algunos casos con bombeo de agua intermedio o tratamiento de agua. El segundo proceso normalmente requiere menos agua que el primero y, por lo tanto, puede utilizar agua de peor calidad. El ejemplo más común es usar agua primero para intercambiadores de calor o condensadores y luego para lavar. Otro ejemplo: las aguas residuales de inodoros y laboratorios se recolectan, se tratan biológicamente, se neutralizan y luego, después de un tratamiento adicional, se usan como agua de reposición en sistemas abiertos de refrigeración. Al mismo tiempo, se toman medidas especiales para controlar las características físicas del agua, como la temperatura y los sólidos en suspensión, así como cualquier factor que pueda promover el crecimiento de bacterias.

Circulación significa la reutilización ilimitada de la misma agua para el mismo proceso con la adición de agua solo para compensar las pérdidas que no se pueden evitar: purga del sistema o pérdidas por evaporación.

La relación de circulación puede ser muy alta, dando como resultado la concentración de sales inorgánicas u orgánicas o la acumulación gradual de sólidos en suspensión y la necesidad de un tratamiento continuo del agua. Por lo tanto, se deben monitorear los siguientes indicadores de la calidad del agua en circulación:

• el contenido de sulfatos y carbonatos de metales alcalinotérreos - para evitar su precipitación;
• la cantidad de todas las sales inorgánicas disueltas, para evitar un aumento en la conductividad eléctrica del agua y una mayor corrosión;
• la cantidad de materia orgánica en descomposición, sales de amonio y fosfatos que promueven el crecimiento de bacterias aeróbicas y anaeróbicas;
• el contenido de detergentes - para evitar la formación de espuma y otros fenómenos indeseables;
• la cantidad de sedimentos y materia suspendida - para evitar el ensuciamiento del equipo;
• temperatura para evitar enfriamientos intermedios o vertidos de agua excesivamente calientes al río.

relación de circulación

Dependiendo de si el agua se evapora durante la circulación, la relación de circulación se puede expresar de dos formas. Proporción de concentración:

donde C es la relación entre la cantidad de agua de reposición a y la suma de la pérdida de agua por arrastre de gotas y el caudal para purgar el sistema p.

En los sistemas de refrigeración con torres de refrigeración abiertas, siempre que el aire ambiente esté limpio, C es aproximadamente igual a la relación entre la salinidad del agua que circula en el sistema S y la salinidad del agua de reposición s:

C \u003d S / s \u003d a / p.

En sistemas de refrigeración para condensadores e intercambiadores de calor, el C suele variar de 1,5 a 6, pero en casos extremos alcanza valores de 20 a 40.

Dado que los carbonatos se pueden eliminar fácilmente durante el tratamiento del agua de reposición, los sulfatos suelen ser el principal factor limitante.

Al limpiar los gases de escape, la concentración debida a la evaporación se complementa con la disolución de ciertos gases y sales. En este caso, la relación de concentración ya no refleja el aumento del contenido de sal, que puede ser mucho mayor en presencia de algunos de estos compuestos o, por el contrario, menor en presencia de compuestos precipitados o adsorbidos.

Relación de circulación R. Si no hay evaporación o es prácticamente despreciable, entonces R es la relación entre el caudal de agua circulante Q y el caudal de agua de reposición:

Al diseñar un sistema de circulación en la industria, se debe prestar especial atención a las condiciones no controladas que limitan la relación de circulación, principalmente al aumento de temperatura. También se debe tener en cuenta la presencia de sulfatos en el agua, debido al uso de coagulantes inorgánicos en la preparación del agua.

El objetivo de tratar todo o parte del flujo de circulación es limitar la acumulación de los compuestos nocivos mencionados anteriormente.

Dependiendo de las propiedades de las conexiones a eliminar, se puede aplicar uno de los siguientes procesos:

• desalinización general por intercambio iónico u ósmosis inversa; el último proceso se usa comúnmente para el tratamiento de agua en aplicaciones de galvanoplastia;
• clarificación del agua mediante sedimentación para eliminar el polvo que entró en el agua durante la limpieza del gas, o las partículas que entraron en el agua durante la destrucción de diversos materiales;
• filtración a través de un lecho granular para eliminar partículas de óxido y diversas partículas cristalinas.

Si los contaminantes están contenidos en el agua circulante en pequeñas cantidades y se requiere una disminución parcial de su concentración, solo se trata una parte del agua en el sistema (del 5 al 50%); la parte de derivación del flujo de circulación se trata para reducir la alcalinidad y la dureza del agua, y el polvo atmosférico capturado por el agua de refrigeración se elimina por filtración.

No se deben utilizar coagulantes minerales en los procesos de limpieza anteriores; en cambio, es mejor usar varios polielectrolitos. El tratamiento del agua en circulación suele ir acompañado de su tratamiento anticorrosión o de un tratamiento para evitar la formación de depósitos y bioincrustaciones.

AHORRO DE AGUA Y ENERGÍA EN LOS SERVICIOS URBANOS
APLICACIÓN DE TECNOLOGÍAS MODERNAS DE MEMBRANAS

El problema del ahorro de energía y recursos en la vivienda y los servicios comunales es uno de los más discutidos en la actualidad. La infraestructura de ingeniería y, en particular, la gestión del agua de la ciudad tiene un gran potencial para el ahorro de energía, que ya está bastante bien cubierto en la literatura. En nuestro artículo, nos gustaría considerar una serie de áreas directamente relacionadas con el uso de aguas residuales y su potencial energético, su depuración y reutilización.

Las aguas residuales son la verdadera fuente de energía. Según George Chobanoglus, profesor de la Universidad de California, George Chobanoglus, se pueden obtener casi 42 MJ de energía térmica a partir de 1 m 3 de aguas residuales con una disminución de su temperatura de 10 °C, y el procesamiento de las sustancias orgánicas contenidas en aguas residuales puede ser de 3 a 6 MJ por 1 m 3. Además, en los edificios de gran altura es posible utilizar la energía potencial del agua que fluye hacia abajo en las tuberías ascendentes del alcantarillado para compensar parcialmente el costo de la electricidad para su elevación, sin embargo, esto está asociado con una serie de dificultades objetivas y actualmente no se está implementando. considerado seriamente.

Energía térmica de aguas residuales

La idea de extraer energía térmica de las aguas residuales surgió hace mucho tiempo, pero las tecnologías aún están en proceso de desarrollo y prueba. El agua residual, dependiendo de las condiciones climáticas y la estación del año, tiene una temperatura de 6-12 a 20-30 °C, es decir, es una fuente de calor de bajo grado, y se requiere equipo adicional para generar electricidad o alta temperatura. calor de grado para CHP, sistemas de calefacción o suministro de agua caliente; por regla general, estas son bombas de calor. El calor resultante se utiliza más racionalmente para el calentamiento primario de agua en las centrales térmicas o en los sistemas de calefacción y suministro de agua caliente de los edificios.

Es interesante que las unidades de intercambio de calor instaladas en las alcantarillas domésticas sirvan no solo para calentar edificios en invierno, sino también para eliminar de manera eficiente el exceso de calor de los sistemas de aire acondicionado en las estaciones cálidas del año (Fig. 1).

En Rusia, esta tecnología se probó como un experimento industrial en la Estación Térmica del Distrito (RTS) No. 3 en Zelenograd. El calor recuperado de las aguas residuales domésticas de la estación principal de bombeo de aguas residuales de PU Zelenogradvodokanal se utilizó para calentar el agua del grifo frente a las calderas de vapor. Para la transferencia de calor, se usaron dos refrigerantes en sucesión: intermedio - agua y principal (en bombas de calor) - freón. La necesidad de un refrigerante intermedio surgió debido al hecho de que el SPS estaba ubicado a medio kilómetro del territorio de RTS-3. La potencia térmica de aprovechamiento fue de 1100-1400 kW a un caudal de aguas residuales de 400 m 3 /h con una potencia teóricamente posible de unos 2000 kW. La potencia consumida por la unidad de transferencia de calor y las bombas de circulación fue de 550-680 kW.

La forma obvia de aumentar la eficiencia de los equipos de recuperación de calor acercando lo más posible la fuente y el consumidor de calor ha dado lugar a la aparición de soluciones originales para casas y apartamentos privados que utilizan calentadores de agua locales (Fig. 2). De hecho, el dispositivo es un intercambiador de calor de diseño simple: un tubo de cobre liso insertado en la tubería de alcantarillado y un tubo de cobre delgado enrollado a su alrededor, a través del cual pasa agua fría al calentador de agua. Evidentemente, la contribución al calentamiento del agua y al ahorro energético no superará el 30%, pero la sencillez del diseño y el bajo coste pueden ser de interés para los consumidores.

El mayor éxito se ha obtenido en el campo de la obtención de biogás a partir de lodos de depuradora. Como se indicó anteriormente, dependiendo de los valores de DBO y DQO, 1 m 3 de líquido residual contiene de 3 a 6 MJ de energía térmica potencial. Para el tratamiento de la misma cantidad de aguas residuales se requieren de 1,2 a 2,4 MJ (aireación, bombeo y deshidratación de lodos, calentamiento de digestores, etc.), por lo tanto, la energía contenida en las aguas residuales es 2-4 veces más de la necesaria para su limpieza. Cabe señalar que la cantidad de energía indicada se puede extraer de la descomposición anaeróbica completa de todas las sustancias orgánicas contenidas en las aguas residuales domésticas. En realidad, en las instalaciones de alcantarillado, una proporción significativa de materia orgánica se mineraliza en las instalaciones de tratamiento biológico, y los sedimentos de los tanques de sedimentación primarios y secundarios se utilizan para “producir” biogás en los digestores. En los digestores, el sedimento también se descompone solo parcialmente: no se mineraliza más del 40-50% de la masa de materia orgánica, y un aumento significativo en el grado de descomposición de la sustancia libre de cenizas requiere costos significativos. Por lo tanto, no será posible trasladar completamente las estaciones de aireación a la autosuficiencia.

Como ejemplo sorprendente de la introducción de esta tecnología en Rusia, se puede citar una planta de energía térmica con una capacidad de 10 MW, que funciona con biogás de las instalaciones de tratamiento de Kuryanovsk (Fig. 3). Como resultado de la implementación de este proyecto, KOS recibió 70 millones de kWh, o el 50% de la electricidad y el calor, a través de su propia producción.

En los últimos años se han desarrollado pilas de combustible microbianas para generar electricidad directamente a partir de aguas residuales, en las que se utilizan microorganismos para convertir la energía de los enlaces químicos de sustancias orgánicas en electricidad. Dichos elementos cumplen una doble función, ya que simultáneamente se someten a un tratamiento parcial de aguas residuales de contaminantes orgánicos.

Reutilización de aguas residuales

A nivel mundial, el próximo paso en la conservación del agua es la reutilización de las aguas residuales domésticas. Las aguas residuales tratadas se utilizan para la reposición artificial de aguas subterráneas y superficiales, la reposición de fuentes de agua potable, para el riego y la agricultura, para el suministro técnico de agua de empresas industriales, para el suministro de agua doméstica (no potable) y para extinción de incendios, e incluso para el suministro de agua potable. !

La reutilización de aguas residuales se puede dividir en varias categorías (según el grado de tratamiento del agua y el propósito).

1. Técnicas de abastecimiento de agua y riego.
Utiliza aguas residuales urbanas (domésticas) que han sido sometidas a un tratamiento biológico completo y un postratamiento simplificado. El esquema de postratamiento suele incluir rejillas mecánicas con pequeños huecos, filtros rápidos y desinfección. Sin embargo, cuando se utilizan biorreactores de membrana en las principales instalaciones de tratamiento, no se requiere ningún tratamiento adicional.
El agua industrial resultante puede ser utilizada en la empresa para obtener agua desmineralizada. En este caso, sigue el esquema estándar, incluida la limpieza preliminar (clarificación profunda y desinfección), una o dos etapas de ósmosis inversa.

2. Abastecimiento doméstico de agua (limpieza, riego, lavado de autos, descarga de inodoros, etc.).
Para estos fines, es conveniente utilizar los llamados "desagües grises", de bañeras y lavabos. En este caso, su procesamiento se lleva a cabo de acuerdo con un esquema simplificado, que incluye limpieza mecánica (retirada de basura y clarificación) y desinfección.
Para los efluentes domésticos generales, se requiere un tratamiento biológico completo, complementado con un tratamiento terciario descrito en el punto 1.

3. Abastecimiento de agua potable.
Se divide a su vez en indirecta (reposición de reservas naturales de agua en fuentes de abastecimiento de agua potable) y directa. Esto requiere un tratamiento biológico completo y un tratamiento terciario profundo, que suele incluir ósmosis inversa en las últimas etapas.

Podemos observar parcialmente la reutilización de las aguas residuales para el suministro indirecto de agua potable en cualquier río grande, donde los asentamientos aguas arriba descargan aguas residuales tratadas, que se mezclan con el agua del río y, después de un tratamiento adicional en condiciones naturales, se suministran a las tomas de agua ubicadas aguas abajo. En nuestro artículo, con esto nos referimos a la reposición específica de reservas de agua en fuentes de suministro de agua estancada: embalses, lagos y horizontes subterráneos.

Con respecto al suministro directo de agua potable, el factor psicológico juega un papel importante aquí, y solo razones serias pueden inducir a las personas a aceptar el hecho de que beberán agua que fluyó recientemente a través de la alcantarilla.

Hay pocos ejemplos de este tipo en la historia del suministro de agua, la mayoría de ellos permanecieron en el marco de experimentos realizados en diferentes años en el extranjero. Éstos son algunos de los más típicos.

Ejemplo "clásico": Windhoek, Namibia. La primera estación de postratamiento de aguas residuales urbanas para abastecimiento de agua potable con una capacidad de 4.800 m 3 /día. fue construido en 1968, y en 1997-2002 fue reconstruido aumentando el suministro de agua a 21.000 m 3 /día. El factor decisivo fue la falta de fuentes disponibles de suministro de agua: todos los recursos posibles ya estaban explotados o su desarrollo no era económicamente viable, incluida la recolección de agua de lluvia en esta región árida y cálida.

El esquema de depuración era muy complejo e incluía dosificación de carbón activado en polvo (PAH), ozonización primaria, dosificación de coagulante y floculante, flotación, dosificación de permanganato de potasio (KMnO4) y sosa cáustica (NaOH), filtración en lecho granular de dos capas , ozonización secundaria, tratamiento con peróxido de hidrógeno (H2O2), biosorción sobre carbón activado granular (GAC), sorción sobre GAC, ultrafiltración y desinfección con cloro líquido. El costo del tratamiento del agua fue de 0,76 $/m 3 . El agua resultante se mezcló con agua potable obtenida de fuentes tradicionales de abastecimiento de agua directamente en la red de distribución de la ciudad.

Ejemplo 2 En 1976-1982, la empresa estadounidense Pure Cycle Co. instaló sistemas completos de tratamiento de alcantarillado en casas particulares en Colorado para crear un ciclo cerrado y obtener agua potable. El montaje incluía una malla para limpieza mecánica, un biorreactor con biopelícula inmovilizada, un filtro de tela (bolsa), membranas de ultrafiltración, un filtro de intercambio iónico, un filtro GAC y una lámpara bactericida. Debido a dificultades financieras, la empresa pronto cesó el mantenimiento de sus instalaciones y se suspendió su uso, sin embargo, los residentes continuaron operándolas durante algún tiempo y exigieron permiso a las autoridades estatales para su uso posterior.

Ejemplo 3. Estación Espacial Internacional. En 2009 se entregó a la ISS un nuevo sistema para la obtención de agua potable a partir de la orina y la humedad condensada de la atmósfera de la estación (vapor y sudor emitidos por los humanos). El esquema de tratamiento de la orina incluye filtración en varias etapas, destilación, oxidación catalítica e intercambio iónico.

El alcance de la reutilización de aguas residuales se ilustra bien con los siguientes ejemplos:

• Vulpin, Bélgica. 6850 m 3 /día, post-tratamiento de aguas residuales urbanas para reposición de aguas subterráneas utilizadas para abastecimiento de agua potable, el esquema incluye microfiltración, ósmosis inversa y tratamiento ultravioleta;
• Ipswich, Australia. 230.000 m 3 /día, postratamiento de aguas residuales urbanas para enfriamiento de equipos TPP, el esquema incluye microfiltración y ósmosis inversa;
• Naranja, Estados Unidos. 265.000 m 3 /día, postratamiento de aguas residuales urbanas para reposición de aguas subterráneas, el esquema incluye microfiltración, ósmosis inversa y tratamiento con ultravioleta y peróxido de hidrógeno;
• Singapur, proyecto «NEWater». 5 estaciones con una capacidad total de unos 450.000 m 3 /día, postratamiento de aguas residuales urbanas para reposición de fuentes de agua utilizadas para abastecimiento de agua potable, uso industrial y como agua no potable, el esquema incluye microfiltración y ósmosis inversa;
• Sulaibiya, Kuwait. La planta de tratamiento de aguas residuales más grande del mundo 311.250 m 3 /día. (para agua purificada), el esquema incluye filtros de malla, ultrafiltración (8704 X-Flow, dispositivos Norit), ósmosis inversa (21000 dispositivos Toray), extracción de CO 2 , cloración. El agua purificada se utiliza para necesidades industriales y el concentrado de ósmosis inversa se descarga en el Golfo Pérsico. Calidad del agua purificada: sólidos en suspensión, DBO, nitrógeno amónico, nitratos (según N) - menos de 1 mg/l, fosfatos (según PO4) - 2 mg/l, derivados del petróleo - menos de 0,5 mg/l, sal total contenido - 100 mg / l.

Se puede concluir que, en la actualidad, la tecnología clave para la reutilización de aguas residuales es la tecnología de membranas; en la gran mayoría de los casos, los esquemas de postratamiento incluyen una o más etapas de separación por membranas: micro o ultrafiltración y ósmosis inversa. Se puede decir de otra manera: sin la ósmosis inversa y la ultrafiltración, sería imposible un uso a gran escala de las aguas residuales en la industria del agua.

Durante más de 10 años, la tecnología de biorreactores de membrana para el tratamiento de aguas residuales se ha desarrollado con éxito en todo el mundo. Inicialmente, el uso de la ultrafiltración en lugar de la decantación secundaria permitió reducir el tamaño de las instalaciones, aumentar la eficiencia y la estabilidad del tratamiento. Ahora podemos considerar los biorreactores de membrana como una solución tecnológica que permite obtener de forma inmediata, en la cadena tecnológica principal, agua de calidad técnica para las necesidades de riego, industria y hogar.

Es interesante notar que las tres plantas de tratamiento de aguas residuales más grandes con biorreactores de membrana se encuentran en China.

Un buen ejemplo de gestión sistémica de aguas residuales es Australia, un país con recursos limitados de agua dulce. Uno de los principales proyectos se implementó en el área de Sydney, donde se instaló un segundo sistema de suministro de agua no potable para las necesidades domésticas en paralelo al suministro de agua potable y doméstica. El sistema abastece de agua a más de 60 mil personas y su suministro es de 13.000 m 3 /día.

La cadena tecnológica consta de las siguientes instalaciones:

• instalaciones principales: parrilla, desarenador, decantador primario, biorreactor (aerotanque), decantador secundario;
• instalaciones de postratamiento: coagulación con sulfato de aluminio, decantador (terciario), filtro rápido. Tras filtros rápidos, una parte del agua es desinfectada y vertida a zonas pantanosas, mientras que la otra parte entra en la microfiltración de membrana (0,2 micras) y, tras la desinfección, se envía a la red de distribución.

La tarifa por el uso de aguas residuales tratadas adicionalmente en Sydney es de aproximadamente $2,068/m 3 , mientras que el costo del agua del grifo es solo un poco más alto: $2,168/m 3 . También hay una tarifa plana anual de $125 por una conexión de agua de la ciudad y $34 por una conexión de agua no potable.

La tubería de agua a través de la cual fluyen las aguas residuales tratadas, las tuberías y los accesorios están marcados con pintura lila; los puntos de agua están equipados con carteles de advertencia: “agua reciclada, no beber”, “agua de calidad no potable”, etc. (Fig. 4). Se utiliza un etiquetado similar en los Estados Unidos, donde se utilizan ampliamente los sistemas de suministro de agua doméstica no potable basados ​​en efluentes postratados.

Los sistemas de reutilización de agua pueden ser de una escala absolutamente diferente: desde toda la ciudad hasta un edificio y su propio apartamento. En viviendas se pueden utilizar sistemas como el Sistema de Reciclaje de Aguas Grises AQUS (Fig. 5) o el Sistema de Aguas Grises Aqua2use (Fig. 6), que son un pequeño depósito de recogida con una bomba de baja potencia y un sencillo sistema mecánico de limpieza. El posible ahorro de agua al utilizar este tipo de instalaciones es de hasta un 30%.

También hay diseños casi curiosos (Fig. 7).