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Optimización de proceso y cumplimiento normativo con monitoreo de carbono orgánico total en Helena, MT

Desafío

La ciudad de Helena, MT, que dirige la planta de tratamiento de agua de Ten Mile y Missouri River, enfrenta cambios estacionales en la calidad del agua. Sus dos fuentes tienen problemas para cumplir con las regulaciones en cuanto al tratamiento y mantener la calidad de los efluentes.

La baja alcalinidad y la calidad variable del agua fuente en la planta de Ten Mile dificultan alcanzar el nivel de eliminación en el porcentaje de carbono orgánico total (TOC) exigido para cumplir con las normas para desinfectantes/subproductos de desinfección (DBP) de la EPA, en el marco de los procesos e infraestructura actuales de la planta. Los compuestos orgánicos estacionales con sabor y olor y la clasificación de establecimiento con cero descarga (ZLD) hacen que los costos operativos de la planta de Missouri River sean una preocupación.

La demanda en verano puede alcanzar 15 MGD, mientras que en invierno cae a 3 MGD, normalmente respaldada en un 100% por la planta de Ten Mile. La planta de Missouri se utiliza para responder ante picos o como apoyo, como cuando se necesita hacer mejoras en la planta. Recientemente, la planta de Ten Mile ha renoivado las cubiertas de los pozos, los sistemas de PLC, los filtros y los medios. En la Tabla 1, se muestra la problemática única en cuanto a calidad del agua de estas dos plantas y dos fuentes.

Tabla 1: Sistema de agua de la ciudad de Helena

La planta de Missouri River bombea agua desde el río Missouri al embalse Helena Valley Regulating Reservoir y luego a la planta. Dado que el embalse proporciona agua para riego y hábitat de peces y vida silvestre, no se lo puede tratar. Como resultado, la planta trata cualquier compuesto orgánico con sabor y olor que esté presente. Clasificada como planta de cero descarga, la Planta de Missouri River usa su agua de lavado contracorriente para riego administrado y la recicla devolviéndola a la planta para ser tratada. Si bien con el reciclaje del agua de lavado contracorriente se puede conservar agua y ahorrar en permisos, debido a los cambios estacionales de calidad, se deben evaluar los costos operativos totales para determinar el impacto general.

La planta de Ten Mile funciona por acción de la gravedad desde un embalse en la parte superior de Rocky Mountain Divide a través de Ten Mile Creek. Fue construido en 1991, cuando la ciudad perdió su exención de filtración por cumplimiento de turbidez. Además, el uso de filtros de absorción por contacto reclasificó el establecimiento de filtración directa a tratamiento convencional, lo cual implica la obligación de cumplimir con el porcentaje de eliminación de carbono orgánico total. Con una alcalinidad baja (normalmente 1525 mg/L), la planta entra en la clasificación de porcentaje eliminación de carbono orgánico total elevado durante la escorrentía de primavera cuando la fuente de carbono orgánico total supera los 4 mg/L, como se indica en las Tablas 2 y 3.

Tabla 2: Valores normales de carbono orgánico total

 

Solución

El desafío de cumplir con el requisito de eliminación de porcentaje de carbono orgánico total en la planta de Ten Mile llevó a la ciudad de Helena a trabajar junto con los reguladores estatales. Se logró cumplir con los requisitos gracias a un plan de tratamiento combinado con el monitoreo de la calidad del agua en tiempo real.

Los datos de TOC los ayudó a comprender tanto la eliminación del porcentaje de carbono orgánico total en tiempo real, como los cambios estacionales en el carbono orgánico total del agua fuente. Gracias a esos valiosos datos, adquirieron un analizador de laboratorio de carbono orgánico total Sievers* M5310C para la planta de Ten Mile para poner a prueba e implementar cambios en el tratamiento, lo cual les permitió alcanzar una calidad de agua más constante y un mejor cumplimiento. Antes del análisis de carbono orgánico total en la planta, la ciudad debía recurrir a laboratorios externos y enviarles las muestras. Los resultados se revelaron en 1-2 semanas, durante las cuales la planta no tuvo acceso a la información de los cambios en la calidad del agua y la efectividad del proceso.

Se implementaron los siguientes cambios en la planta con la ayuda del análisis de carbono orgánico total in situ:

  • Se trasladó el punto de incorporación de químicos (PAC y coagulantes) al frente de la planta, en lugar de directamente antes de los filtros.
  • Se probaron diferentes productos químicos para probar la eliminación de porcentaje de carbono orgánico total, así como la eliminación de color y turbidez, incluido cloruro de polialuminio, sulfato de aluminio y la reducción en el uso de polímeros catiónicos.

Con una alcalinidad relativamente alta y un carbono orgánico total de fuente bajo, la planta de Missouri River cumple holgadamente con su requisito de eliminación de 25% de carbono orgánico total; no obstante, aprovecha los datos de carbono orgánico total para tratar de dosificar adecuadamente el PAC y superar así los problemas de sabor y olor. Sería conveniente que la evaluacion de una futura utilización del ozono para el control del sabor y olor tuviera en cuenta una relación optimizada de ozono-carbono orgánico total, para beneficiarse con ahorros de costos y eficiencia del proceso.

Resultado

El análisis del carbono orgánico total en el lugar ayuda a la ciudad de Helena a probar la eficiencia de los cambios en el proceso en tiempo real, y puede servir para impulsar decisiones sobre el tratamiento basadas en datos.

A medida que la ciudad continúa creciendo, los requisitos de renovación y expansión deben considerar los problemas de cada agua fuente y las oportunidades de financiamiento. En el futuro, con controles más inteligentes se garantizará que la calidad del efluente cumpla con las necesidades del cliente y los requisitos reglamentarios, incluso con fuentes de agua cambiantes y desafiantes.