Written by Larry Trojak
Version also Published in PTO Magazine, October 2012
Aunque ya pasó su época de auge como proveedor de mineral de hierro, el área de Iron Range en el noreste de Minnesota disfruta de una rica historia y una economía bastante estable.
Tres pequeñas comunidades de Iron Range dependen de la planta de tratamiento de aguas residuales de 0.5 mgd (diseño) que lleva los nombres de sus comunidades. La planta de tratamiento de aguas residuales de Coleraine-Bovey-Taconite se acerca a su 25 aniversario habiendo completado una expansión que incluye un cambio de Clase B a Biosólidos de clase A que utilizan un proceso de estabilización con cal.
El nuevo proceso resolvió un problema de larga data relacionado con el cumplimiento de los estándares de la EPA de EE. UU. Para la reducción de sólidos volátiles durante los inviernos largos, a menudo gélidos, de la región.
Historia de uso beneficioso
La planta CBT recibe aguas residuales en una estación de bombeo principal con tres bombas Hydromatic (Pentair) más una estación de bombeo de desbordamiento / desbordamiento con una bomba Flygt (Xylem). Desde allí, el flujo ingresa a una pantalla de barras automática (Parkson) y una cámara de arena aireada que elimina las pantallas y los escombros a través de una bomba de arena y un clasificador (bombas Weir Specialty / Bomba WEMCO).
Las aguas residuales pasan luego a través de un caudalímetro ultrasónico Milltronics OCM III (Siemens) al tratamiento secundario en dos tanques de lodos activados con difusores de burbuja fina Sanitaire (Xylem), y luego a dos clarificadores secundarios (Proceso Walker). El lodo residual activado de los clarificadores se bombea a un digestor aeróbico con difusores de burbuja fina (también Sanitaire).
El efluente secundario se envía a través de un tanque de contacto con cloro (Wallace & Tiernan), donde las dosis de cloro y dióxido de azufre se alimentan automáticamente según la proporción de flujo. Después de la decloración, el efluente viaja a una estación de bombeo de efluentes (Hydromatic / Pentair) que lo bombea 3.5 millas hasta el río Swan.
Después de un tiempo de retención de 40 días, los sólidos se bombean a un filtro prensa de banda (Parkson) para deshidratarlos y luego a un reactor (Schwing Bioset) para producir biosólidos de Clase A.
Antes de la reciente expansión, los biosólidos deshidratados simplemente se aplicaban a la tierra en las granjas de la zona. “Eso fue lo que hicimos desde que abrimos en 1987 hasta aproximadamente 1997, cuando la Agencia de Control de Contaminación de Minnesota (MPCA) adoptó las regulaciones de la EPA de EE. UU. Y cambió la forma en que manejamos nuestros biosólidos”, dice Vernard Hawkinson, supervisor de planta.
Tundra a tiempo parcial
Las temperaturas invernales de Iron Range pueden ser un desafío: dentro y alrededor de la ciudad de Coleraine, los mínimos promedio entre noviembre y febrero están cerca de cero grados F, y el termómetro una vez alcanzó un récord de 51 bajo cero. Para los operadores de plantas de tratamiento como Hawkinson, eso puede ser una pesadilla logística.
“Los cambios a las pautas federales de la EPA esencialmente hicieron que todo nuestro proceso de biosólidos no cumpliera con las normas durante los meses de invierno”, dice. “Ese proceso depende de que las bacterias hagan su trabajo para reducir el contenido de sólidos volátiles en los biosólidos al nivel necesario para producir un biosólido de Clase B.
“Lo hacen muy bien, excepto en temperaturas extremadamente frías. Cuando se adoptaron las reglas, tuvimos que cumplir con la reducción mínima de 38 por ciento de sólidos volátiles u otras opciones que fueran aceptables para cumplir con la regla de Reducción de Atracción de Vectores. Ya no cumplimos durante el invierno, por lo que tuvimos que empezar a tomar medidas para corregir eso ".
Un enfoque alternativo que adoptó la CBT fue almacenar el material deshidratado durante el invierno y luego, cuando se descongelaba en primavera, ponerlo a disposición de los agricultores de la zona, que tenían que aplicarlo en su tierra de inmediato e incorporarlo al suelo. Eso también tuvo sus problemas, dice Hawkinson.
“Por un lado, debido al clima aquí, a veces las pilas de biosólidos no se descongelan hasta finales de mayo, y la mayoría de los agricultores querían que la siembra estuviera terminada para entonces, no solo comenzando”, dice. “Hicimos eso durante unos años antes de decidir que sería mejor simplemente transportar el material líquido a la planta de aguas residuales de Grand Rapids o llevar el material deshidratado a su vertedero. Desafortunadamente, fueron menos receptivos a esos planes a largo plazo y nos encontramos de nuevo en el punto de partida ".
Hacia la Clase A
Hawkinson hizo otros esfuerzos para cumplir con las reglas de MPCA y EPA. Entre ellos se incluyeron lograr la reducción del 38 por ciento de sólidos volátiles utilizando la ecuación de balance de masa aproximada y realizar un análisis de escala de banco y un análisis de tasa de absorción de oxígeno específico, todo en vano.
Una solución que pasó a primer plano fue agregar un segundo digestor. “Ese parecía el único recurso que teníamos en ese momento”, dice Hawkinson. “Agregar un segundo tanque nos brindaría el tiempo de digestión adicional que necesitaríamos para reducir los sólidos volátiles. Entonces encontramos una empresa de ingeniería para abordar el proyecto.
“Su estimación inicial fue de aproximadamente $700,000 para el segundo digestor y se inició el proceso de diseño. Desafortunadamente, a medida que avanzaba el proyecto, se determinó que era necesario realizar trabajos adicionales en el sitio, lo que, sin culpa de ellos, aumentó el costo a aproximadamente el doble de la estimación original ".
During that same time, Hawkinson attended a seminar put on by the Minnesota Rural Water Association at which representatives from Schwing Bioset presented their biosolids treatment process. Intrigued, Hawkinson spoke to a company representative at the show. After back-and-forth talks, Schwing Bioset estimated an installation at CBT would cost about $700,000 — the same as the original estimate for the digester — and the end product would be Class A biosolids.
“Eso tenía sentido para nosotros en muchos niveles, así que cancelamos el proyecto de diseño del digestor y nos comprometimos con Bioset”, dice Hawkinson.
Solo agrega lima
The Bioset process mixes biosolids exiting the dewatering belt press (with a solids content of about 15 percent) with quicklime and sulfamic acid using a twin screw feeder. Then, using a Schwing KSP-5 pump, the mix is delivered under pressure through an insulated reactor. The enclosed process contains dust and odors while maintaining a constant temperature of 158 degrees F for at least 30 minutes to ensure that all pathogens are neutralized.
Trabajando con el Comité de Equivalencia de Patógenos (PEC) de la EPA de EE. UU. A través del proceso de tratamiento para reducir aún más los patógenos (PFRP) en las regulaciones 503, Schwing Bioset ha obtenido la aprobación para que el proceso Bioset opere a 131 grados F, siempre que la concentración de amonio dentro del reactor está por encima de 0,5 mg / g de peso seco. Esto ofrece una reducción significativa en el uso de productos químicos del régimen operativo estándar de 158 grados F y se traduce en una reducción aproximada del 30 por ciento en los costos operativos.
El sistema en CBT también incluye una función de recirculación en la que los biosólidos que no han alcanzado la temperatura necesaria al inicio se devuelven a la tolva para su reprocesamiento. Al salir del proceso Bioset, ahora con un contenido de sólidos en el rango del 35 al 38 por ciento, los biosólidos de Clase A se descargan en un edificio de almacenamiento de 48 por 75 pies, construido en el momento de la actualización de los biosólidos. La planta produce alrededor de 35 toneladas secas de biosólidos por año.
Popular entre los agricultores
“Ahora tenemos un producto excelente con un poder neutralizador de ácido efectivo de aproximadamente el 64 por ciento de cal pura”, dice Hawkinson. “Los agricultores de la zona, que ven el producto como una excelente manera de elevar los niveles de pH de su suelo, han acordado tomar todo lo que podamos producir.
“Eso está muy lejos de tener que buscar activamente un lugar donde podamos llevarlo. En este momento, solo necesitamos confiar en el proceso Bioset durante la mitad del año: obtenemos la reducción de sólidos volátiles que necesitamos en climas más cálidos. Pero es una excelente alternativa y nos ha permitido crear un biosólido Clase A con el mismo desembolso en el que habríamos incurrido para el producto Clase B. Realmente nos ha funcionado bien ".
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