Recarga de acuíferos con agua regenerada mediante tratamientos avanzados
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- Sandra Silva Cano
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1 Recarga de acuíferos con agua regenerada mediante tratamientos avanzados Jornada Recarga Artificial de Acuíferos en España Madrid, 14 de Abril de 2011
2 Contenido 1. Un poco de historia 2. Marco legislativo en España / Análisis económico de alternativas 3. Alternativas de tratamientos avanzados 4. Referencias significativas en reutilización 5. Conclusiones
3 Un poco de historia
4 Un poco de historia
5 Un poco de historia
6 Un poco de historia
7 El nombre de las cosas AGUA REGENERADA Es aquel agua residual que después de ser sometida a un proceso de tratamiento, su calidad es satisfactoria para un uso en particular (Takeshi Asano, 1998) Por lo tanto, el agua regenerada no deja de ser una agua residual tratada o un efluente tratado que cumple unos criterios de calidad para un nuevo uso concreto. No obstante, la expresión agua regenerada es cada día mas utilizada en la literatura internacional y evita la asociación de ideas con el término agua residual.
8 El nombre de las cosas AGUA REGENERADA Natural Planificada
9 Marco legislativo en España Análisis económico de alternativas
10 Real Decreto 1620 / 2007 USOS URBANOS USOS AGRÍCOLAS USOS INDUSTRIALES 1.1 Residencial: a) Riego de jardines privados b) Descarga de aparatos sanitarios 1.2 Servicios a) Riego de zonas verdes urbanas (parques, campos deportivos, etc) b) Baldeo de calles c) Sistemas contra incendios d) Lavado industrial de vehículos 2.1 a) Riego de cultivos con contacto directo entre agua regenerada y las partes comestibles para alimentación humana en fresco. 2.2 a) Riego de cultivos con contacto directo entre agua regenerada y las partes comestibles para alimentación humana tras proceso industrial. b) Riego de pastos para consumo de animales productores de leche o carne c) Acuicultura 2.3 a) Riego de cultivos leñosos sin contacto agua regenerada frutos b) Riego flores ornamentales c) Riego cultivos industriales no alimentarios 3.1 a) Aguas de proceso y limpieza excepto en industria alimentaria b) Otros usos industriales c)) Aguas de proceso y limpieza para uso en la industria alimentaria 3.2 a) Torres de evaporación y condensadores evaporativos
11 Real Decreto 1620 / 2007 USOS RECREATIVOS USOS AMBIENTALES USOS PROHIBIDOS 4.1 a) Riego de campos de golf 4.2 a) Estanques, masas de agua y caudales circulantes ornamentales en los que está impedido el acceso del público al agua 5.1 a) Recarga de acuíferos por percolación localizada a través del terreno. 5.2 a) Recarga de acuíferos por inyección directa 5.3 a) Riego de bosques, zonas verdes y de otro tipo no accesibles al público b) Silvicultura 5.4. a) Otros usos ambientales (mantenimiento de humedales, caudales mínimos y similares) Agua para consumo humano, excepto catástrofe Hospitales Cría de moluscos en acuicultura Aguas de baño Estanques, masas de agua y caudales circulantes con acceso del público
12 Grupos de calidad según límites RD 1620 / 07 Aplicaciones Calidad E.Coli (ufc/100 ml) H Nemat. (uds/10 l) Legionella spp (ufc/l) MES (ppm) Turbidez (NTU) Industrial 3.2 a) Residencial 1.1 a) y b) Ambiental 5.2 a) Urbano 1.2 a), b), c) y d) Agrícola 2.1 a) Recreativo. 4.1 a) Agrícola 2.2 a), b) y c) Industrial 3.1 c) Ambiental 5.1 a) Torres de refrigeración Riego jardines y descarga sanitarios Recarga directa de acuíferos Baldeo calles, Riego zonas verdes, Sistemas Contra Incendios. Riego con contacto con alimentos consumo crudo Riego campos golf Riego alimentos con tratamiento industrial Riego pastos Acuicultura Agua uso industria alimentaria Recarga acuíferos por percolación Ausencia Ausencia Ausencia 5 1 A Ausencia Ausencia 1 NL 10 2 B < < 1 < < 1000 < 1 NL 35 NL C < 1000 NL NL 35 NL
13 Grupos de calidad según límites RD 1620 / 07 Aplicaciones Calidad E.Coli (ufc/100 ml) H Nemat. (uds/10 l) Legionella spp (ufc/l) MES (ppm) Turbidez (NTU) Agrícola 2.3 a), b) y c) Industrial 3.1 a) y b) Recreativo 4.2 a) Ambiental 5.3 a) y b) Riego cultivos leñosos Riego flores ornamentales Riego cultivos industriales no alimentarios Aguas proceso y limpieza industrias no alimentarias Otros usos industriales Estanques, masas de agua, etc. sin contacto con público Riego de bosques, zonas verdes no accesibles al público, Silvicultura 35 NL D < < 1 < NL E NL NL NL 35 NL Ambiental 5.4 a) Otros usos ambientales (mantenimiento de humedales, caudales mínimos y similares) F La calidad mínima requerida se estudiará caso por caso Como hemos visto, la recarga de acuíferos exige un tratamiento de la máxima calidad microbiológica del agua regenerada, salvo que se haga por percolación
14 Procesos de tratamiento según calidad (I) Calidad Tipo Trenes de tratamiento SIN desalación A 1 Precipitación química [1], filtración con membranas [2] y desinfección (puede ser necesario mantener un residual de cloro en los sistemas de distribución) Tipo 2 puede alcanzar la calidad A respecto a E.Coli, Legionella spp y Huevos nematodo, pero es difícil que alcance los límites de turbidez de 1-2 NTU La recarga de acuiferos por inyección directa esta utilizando trenes del tipo 5a [3] B 2 Precipitación química, filtración en profundidad y desinfección(uv junto con cloración); puede ser necesario mantener un residual de cloro en los sistemas de distribución C D 3 Filtración y desinfección (tendencia a utilizar UV seguida de un mantenimiento de cloro residual) E 4 Filtración [4] F - Se estudia caso a caso [1] Tratamiento físico químico con un decantador lamelar. Si la EDAR funciona adecuadamente, esta unidad puede ser omitida. [2] En la mayoría de los casos, se utilizan membranas de ultrafiltración [3] Todos los trenes existentes en España incluyen OI para eliminar nutriente y elementos traza [4] No sería necesaria para aguas residuales convenientemente tratadas, pero se recomienda alguna filtración superficial o en profundidad para la gestión del sistema de distribución.
15 Procesos de tratamiento según calidad (II) Calidad Tipo Trenes de tratamiento CON desalación A F 5 a Precipitación química [1], Filtración, Filtración con membranas [2], desalación mediante OI y mantenimiento de un residual de cloro B, C, D, E 5 b Precipitación química [1], Filtración [3], desalación mediante EDR y Desinfección (tendencia a usar UV seguida del mantenimiento de un residual de cloro) [1] Tratamiento físico químico con un decantador lamelar. [2] En los diagramas de proceso típicos, se incorporan membranas de ultrafiltración como barrera de protección a la Osmosis Inversa. [3] Se está utilizando una doble filtración en profundidad con lavado en continuo.
16 CAPEX y OPEX de los procesos de tratamiento Tren de tratamiento Costes Instalación Operación (m 3 diseño /día) (m3 producido) Tipo ,14 0,20 Tipo 2 [1] ,06 0,09 Tipo ,04 0,07 [2] Tipo ,04 0,07 Tipo 5.a ,35 0,45 [3] Tipo 5.b ,35 0,45 [3] [1] Este tren de tratamiento se utiliza para aplicaciones industriales 3.1 a), b) y c) debido a los requisitos de E. Coli y turbidez [2] La desinfección tiene un coste de 0,005 /m 3 producido, por lo que esta unidad de proceso no se ha tenido en cuenta en el cálculo del coste mostrado. [3] En los casos en los que pueda prescindirse del tratamiento físico químico, el coste varia entre los 0,3 y los 0,4 /m 3 producido. Valores Facilitados por el Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX
17 Alternativas de tratamientos avanzados
18 Del residuo al recurso Un Bioreactor de membranas (BRM) puede usarse para el tratamiento del agua residual cruda, tanto municipal como industrial. Para el tratamiento terciario de un efluente industrial o municipal, puede usarse un sistema de afino del efluente. Ambos sistemas utilizan membranas de ultrafiltración, aunque en configuraciones diferentes.
19 Convencional + membranas o BRM Sistema de fangos activos convencional con afino del efluente BR TC M Bioreactor Tanque de clarificación Bioreactor de membranas, con filtración directa del fango biológico BR M Membranas externas o sumergidas
20 Propiedades de afino de las membranas La tecnología de membranas de UF ofrece Eliminación total de sólidos en suspensión Eliminación parcial de materia orgánica soluble (potenciada mediante coagulación química) Optima calidad de permeado tanto en afino como en BRM Eliminación de micro-organismos: > 6 log bacterias, cryptosporidium y giardia > 4 log virus Valores mínimos de Turbidez y SDI
21 Comparación (teoría) Convencional más afino: Bajos MLSS (3-5 g/l) Edad del fango activado baja Presencia solo de bacterias formadoras de flóculos Presencia solo de bacterias de crecimiento rápido Poca probabilidad de bacterias de componentes específicos Arrastre ocasional de fangos Se requiere afino del efluente BRM: Medios MLSS (10-20 g/l) Edad del fango activado alta Sobreviven todo tipo de bacterias Menor producción de fangos Buena probabilidad de bacterias de componentes específicos No hay arrastre de fangos Efluente con calidad de terciario
22 Comparación (práctica) Convencional más afino: Mayor área de implantación Alta(+) producción de fangos Bajo consumo de energía Baja inversión MBR: Reducida área de implantación Baja producción de fangos Fango biológico robusto Alto (+) consumo de energía Factores de decisión Alta (+) inversión Necesidad de ampliar una EDAR (por mal funcionamiento, para eliminar nutrientes o por aumento de caudal a tratar) sin disponibilidad de terreno, el BRM es la mejor alternativa En caso de que el efluente de la EDAR cumpla requisitos de vertido, el tratamiento de afino es más económico para regenerar
23 Las 10 mayores plantas de UF/MF del mundo Nombre País Fabricante membranas Capacidad (MLD) Aplicación 1 Magtaa Algeria Hyflux 1000 Agua Mar 2 Doha North Qatar Norit X-Flow 430 Regeneración 3 Sulaibiya Kuwait Norit X-Flow 425 Regeneración 4 Twin Oaks USA GE Zenon 400 Agua Potable 5 Shuwaikh Kuwait Norit X-Flow 360 Agua Mar 6 Orange County USA Siemens Memcor 315 Regeneración 7 Lakeview Canada GE Zenon 302 Agua Potable 8 Minneapolis USA Norit X-Flow 296 Agua Potable 9 Perth Australia Siemens Memcor 280 Agua Mar 10 Moscow Russia Aquasource 275 Agua Potable
24 Referencias significativas en reutilización
25 Caso de estudio Goreangab
26 Caso de estudio Goreangab
27 Caso de estudio Goreangab Hechos y cifras Localización Windhoek, Namibia Caudal de diseño de permeado UF 850 m 3 /hr Ampliado a 1000 m 3 /hr en 2008 No de unidades de UF 5 Superficie total de membrana 9,800 m 2 Flujo bruto 107 lmh Flujo neto 87 lmh Recuperación del sistema > 91%
28 Caso de estudio Goreangab En operación desde 2002 Alimentación Medio máximo SST 2.5 mg/l 10 mg/l TOC 1.6 mg/l 2.7 mg/l SDI? 31 Turbidez 5 NTU 14 NTU Permeado Medio máximo Caudal 700 m 3 /hr 860 m 3 /hr TMP 0.30 bar 0.45 bar SDI Turbidez << 0.1NTU Permeabilidad 200 lmh/bar 250 lmh/bar
29 Caso de estudio Melbourne Eastern Irrigation Scheme
30 Caso de estudio Melbourne Bastidores de Ultrafiltración del Eastern Irrigation Scheme
31 Caso de estudio Melbourne Hechos y cifras Localización Melbourne, Australia Caudal de diseño de permeado UF 1,250 m 3 /hr No de unidades de UF 8 Superficie total de membrana 25,600 m 2 Flujo bruto 65 lmh Flujo neto 58 lmh Recuperación del sistema n.a.
32 Caso de estudio Melbourne En operación desde Marzo del 2005 Alimentación Medio máximo SST 7.3 mg/l 46 mg/l DBO 30 mg/l 86 mg/l Turbidez 6.2 NTU 31 NTU Permeado Medio máximo Caudal 1,042 m 3 /hr 1,250 m 3 /hr TMP 0.30 bar 0.45 bar Turbidez << 0.1NTU Permeabilidad 350 lmh/bar 400 lmh/bar
33 Caso de estudio Beijing Antecedentes Planta de energía del Sun Palace 2 X 350 MW + calefacción del distrito Agua acondicionada para circuito de calefacción + alimentación de la caldera Origen, efluente de la EDAR de Jiuxianqiao Pretratamiento, filtro autolimpiante Post tratamiento: OI (agua acondicionada) OI 2 etapas + Resinas (caldera)
34 Caso de estudio Beijing Hechos y cifras Localización Beijing, China Caudal de diseño permeado UF 135 m 3 /hr No de unidades de UF 3 Superficie total de membrana 2,640 m 2 Flujo bruto 70 lmh Flujo neto 63 lmh Recuperación del sistema 90%
35 Caso de estudio Beijing En operación desde Octubre del 2007 Alimentación Medio máximo SST 8.8 mg/l DBO 1.8 mg/l TOC 7.5 mg/l DQO 15 mg/l Permeado Medio máximo Caudal 135 m 3 /hr TMP 0.28bar 0.4 bar SDI Turbidez NTU 0.1 NTU Permeabilidad 250 lmh/bar 350 lmh/bar
36 Caso de estudio Sulaibiya Agua Bruta Tamices Desarenado y Desengrasado Cámara Anaeróbica Cámara Aerobica Decantadores Secundarios ARDIYA CO 2 Stripping Disposición Fango Balsa de Cloración RO HPP UF Tamque Almacenamiento Agua Regenerada Salmuera Tamque Almacenamiento Micro Tamices
37 Caso de estudio Sulaibiya
38 Caso de estudio Sulaibiya Hechos y cifras Localización Sulaibiya, Kuwait Caudal de diseño permeado UF 15,600 m 3 /hr No de unidades de UF 68 ( ) Superficie total de membrana 304,640 m 2 Flujo bruto 72 lmh Flujo neto 61 lmh Recuperación del sistema 90 %
39 Caso de estudio Sulaibiya En operación desde Noviembre del 2004 Alimentación Medio Máximo SST 20mg/l 35 mg/l DBO 20 mg/l 40 mg/l Aceites y Grasas 2.5 mg/l 5 mg/l Turbidez 15 NTU 35 NTU Permeado Medio Máximo Caudal 15,625 m 3 /hr 17,700 m 3 /hr TMP 0.30 bar 0.45 bar SDI Turbidez << 0.1NTU Permeabilidad 200 lmh/bar 250 lmh/bar
40 Caso de estudio Doha North
41 Caso de estudio Doha North Hechos y cifras Localización Doha, Qatar Caudal de diseño permeado UF 18,300 m 3 /hr No de unidades de UF 44(42 + 2) Superficie total de membrana 281,600 m 2 Recuperación del sistema 90 % Flujo bruto 73 lmh
42 Caso de estudio Qinghe
43 Caso de estudio Qinghe Hechos y cifras Localización Qinghe, China Caudal de diseño permeado UF 7,500 m 3 /hr No de unidades de UF 24 bastidores operando como 12 unidades Superficie total de membrana 165,120 m 2 Recuperación del sistema 93 % Flujo bruto 65 lmh (requisito del cliente)
44 Caso de estudio Terneuzen (BRM)
45 Caso de estudio Terneuzen (BRM) Hechos y cifras Localización Terneuzen, Países Bajos Caudal de diseño permeado UF Máximo 620 m 3 /hr No de unidades de UF 14, con 28 módulos por unidad Superficie total de membrana 12,936 m 2 Flujo bruto 40 lmh Flujo neto 34 lmh Recuperación del sistema 85 %
46 Caso de estudio Terneuzen (BRM) Plana municipal con necesidad de ampliación Industria química cercana con elevadas necesidades de agua de proceso Conversión de la EDAR en una planta híbrida Permeado vendido a la industria química como agua de proceso Post tratamiento con OI Puesta en marcha, primavera 2010
47 Caso de estudio Terneuzen (BRM) CONFIGURACIÓN FINAL ADOPTADA
48 Conclusiones
49 5. Conclusiones El uso de la tecnología de UF en los sistemas de reutilización de agua ha aumentado considerablemente en los últimos años. En la actualidad existen sistemas de UF presurizados en esta aplicación con capacidad de tratamiento > m 3 /d. Se prevé que el uso de esta tecnología siga aumentando en los próximos años. Nuevos desarrollos han permitido un uso más eficiente de la tecnología, aumentando el ratio capacidad/inversión y su flexibilidad para tratar aguas de peor calidad, así como reduciendo los costes de explotación: Aumento de área de membrana por módulo Mejoras en el diseño de bastidores Optimización de proceso: Ej. Operación en linea UF/RO Mejoras en los sistemas de control. Ej. Smart Muchos de los desarrollos expuestos para la UF se están aplicando a la tecnología BRM, mejorando sus prestaciones.
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