SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE ALTA EFICIENCIA

Transcripción

1 CONFERENCIA INTERNACIONAL AGUA y SANEAMIENTO EN EL PERU Situación actual y propuestas tecnológicas alemanas SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE ALTA EFICIENCIA Ing. Javier Grimaldo Castillo Siemens Water Technologies Junio, 2009

2 DIAGRAMA DE FLUJO PTAR LODOS ACTIVADOS Influent Headworks Screen/Grit Primary Clarifier Vertical Loop Reactor (VLR) Secondary Clarifier Chlorination Reuse Quality Effluent Buyout Waste Activated Sludge Ducted Foul Air LoPro Odor Control Return Activated Sludge Digester Polymer Feed Ducted Foul Air Dewatered BioSolids Centrifuge Ducted Foul Air To Landfill

3 SISTEMAS DE LODOS ACTIVADOS TECNOLOGIAS SIEMENS Que tienen estos sistemas en común? Zanja de oxidación ORBAL Vertical Loop Reactor (VLR) Todos han sido diseñados con zonas anoxicasaereadas Verticel

4 REACTOR ANOXICO CONVENCIONAL Consideraciones de diseño El reactor no requiere oxigeno La mezcla es realizado por mezcladores mecánicos Los nitratos son bombeados de la zona aerobia hacia la zona anóxica para la denitrificación (reciclaje interno) Se requiere reciclaje interno (4Q) para alcanzar mas de 80% de denitrificación

5 REACTOR ANOXICO CONVENCIONAL From Primary Treatment Anoxic Denitrifying Zone w/o Air Aerobic + Nitrifying Zone + Oxygen Secondary Clarifier Effluent % % Lutzack-Ettinger Process Waste Solids

6 REACTORES ANÓXICOS AIREADOS SIEMENS WATER TECHNOLOGIES Reactor aerobio con menor suministro de oxigeno que la demanda (condiciones de déficit) Reactores operan en serie Elimina necesidades de mezcla y reciclaje interno en la zona anóxica Mejora la denitrificación permitiendo el contacto directo de las bacterias nitrificantes con los nitratos producidos. lb O 2 /hr O 2 Demand O 2 Supplied Deficit Result = 0 DO O 2 Supplied < 75% of O 2 Demand

7 REACTORES ANOXICOS AIREADOS Carga promedio: 50% del volumen es un tanque anóxico 5-20% 40-60% 25-35% of O 2 of O 2 Of O 2 Afluente Q Clarificador secundario Efluente Leyenda T. Anoxico T. Aerobio Retorno de Lodos (RAS) Purga de Lodos (WAS)

8 REACTORES ANÓXICOS AIREADOS CRITERIOS DE DISEÑO REMOCION BIOLOGICA DE NUTRIENTES (BNR) Carga orgánica de diseño 0.25 kg DBO/m3.d Suministro de oxigeno con intensidad reducida BNR 2 o mas reactores en serie Edad de lodo: variable f (T ) % Remoción de DBO, N y P: variable

9 REACTORES ANOXICOS AIREADOS EFICIENCIAS TIPICAS DBO: 95 % remoción SST: 95 % remoción Amonio: 99 % remoción Nitrógeno: 95 % remoción Fósforo: 80 % remoción Removal Efficiency (%) REMOCION DE NITROGENO 100 Aerated-anoxic Conventional Internal Recycle (Qint/Q) 20 mg/l BOD 20 mg/l TSS 80% Total-N removal

10 REACTORES ANÓXICOS AIREADOS VENTAJAS DEL PROCESO Calidad del efluente según normas Menor cantidad de oxigeno que en procesos convencionales (condiciones anóxicas) Menor consumo de energía eléctrica Menores costos O & M Remoción biológica de nutrientes (Nitrógeno y fósforo) Menor área de terreno Configuración de reactores en serie Flexibilidad a sobrecargas hidráulicas

11 REACTORES ANÓXICOS AIREADOS VENTAJAS REMOCION DE NITROGENO Inmediata producción de NO2 en el primer reactor Camino mas corto para la simultanea nitrificación / denitrificación Convencional: Amonio Nitritos Nitratos Nitritos N gas R. anoxicos-aereados: Amonio Nitritos N gas Menores costos de operación (Denitrificación mas rápida) Incremento de la tasa total de remoción de nitrógeno Molecular analysis of ammoniaoxidizing bacterial populations in aerated-anoxic Orbal processes -Dr. Nogera (University of Wisconsin, 2002)

12 SISTEMA ORBAL

13 SISTEMA ORBAL Descripción Reactores de mezcla completa en serie con niveles estratificados de oxigeno. El primer reactor es una zona aireada anóxica El ultimo reactor es una zona aerobia. Caudales diseño: hasta 400 l/s por modulo

14 SISTEMA ORBAL 3 CANALES Nitrificación/Denitrificación simultanea Aerated-Anoxic (0.5 mg/l) Aerobic (1 mg/l) Aerobic (2 mg/l) Marshall WWTP (WIsconsin)

15 SISTEMA ORBAL DISCOS DE AIREACIÓN: Diámetro = 1.4 m Espesor = 12 mm Material: Polietileno Diseñado para trabajar en contacto con las aguas residuales Nódulos triangulares permiten una mejor mezcla y aireación. Disco diseñado para fácil remoción e instalación Baja formación de aerosoles

16 SISTEMA ORBAL Eficiencia de aireación Factor alfa (Transferencia de O 2 ) de 0.95 versus para difusores de burbuja fina Eficiencia de aireación: 2.0 kg O 2 /KWh (condiciones estándar) Aporte de oxígeno por variación de la velocidad de los discos de aireación Velocidad 56 r.p.m. 1,18 kg O2 (St)/h x disco SUMERGENCIA = 55 cm Velocidad 43 r.p.m kg O2 (St)/h x disco Condiciones de mezcla Volumen mezclado por 1 HP para mantener una velocidad de 0.3 m/s - Discos Orbal ~ 1 HP:100,000 Gal - Cepillos ~ 1 HP: 20,000 Gal

17 SISTEMA ORBAL FLEXIBILIDAD DE OPERACIÓN: Dirección de rotación (sentido del flujo) Velocidad de rotación (45-55 RPM) Agregar o remover discos Nivel de sumergencia Mantenimiento superficial, no se requiere vaciar los tanques Permite el by pass del desagüe a cualquiera de los reactores

18 VERTICAL LOOP REACTOR (VLR)

19 VERTICAL LOOP REACTOR Zanja vertical con profundidades de hasta 8.5m Tanques en serie similar al sistema ORBAL (O. D. de 0.5, 1 y 2 mg/l) Aireación superficial con discos garantizan la mezcla a la entrada. Difusores de burbuja gruesa suministran oxigeno suplementario Ahorro significativo de área de terreno Caudales de diseño: hasta 520 l/s x modulo

20 VERTICAL LOOP REACTOR DIFUSORES BURBUJA GRUESA INFLUENT 7m Lower Chamber Bubble D T : 50 Seconds Upper Chamber Bubble D T : 15 Seconds Total D T : 65 Seconds 30m Longitud Incremento de eficiencia de aireación para difusores de burbuja gruesa: 2.4 kg O 2 /kwh (condiciones estándar) Se alcanza la eficiencia de un difusor de burbuja fina con la configuración de los difusores de burbuja gruesa

21 VERTICAL LOOP REACTOR

22 VERTICEL

23 VERTICEL Sistema VLR (discos de aireación) seguido por reactores de burbuja fina convencionales Reactores en serie que operan bajo condiciones anóxicasaireadas Factor alfa optimizado y control de O.D. estratificado Caudal de diseño: hasta 600 l/s por modulo

24 VERTICEL Surface Aeration (Aerated Anoxic Cells) Fine Bubble Aeration Influent + RAS Effluent

25 EFICIENCIA TRANSFERENCIA O 2 Factor Alfa: Es uno de los mas importantes que afectan la eficiencia de aireación del proceso Los valores de Alfa varían entre 0.2 a 1.5. El factor alfa es afectado por la concentración de surfactantes en las aguas residuales. Gota de agua turbulenta Burbuja de aire quieta Surfactantes en suspension Surfactantes actuan como barrera

26 VERTICEL vs. BURBUJA FINA 18 MGD WWTP - Net AOR = 1,612 lb/hr (80% denitrification) Parámetros D.O. (mg/l) Factor alfa F.C.F* SOR (lb/h) SAE (lb O2 / HPx h) Convencional Fine bubble with Anoxic tank , Verticel: Anoxic Aerated tank VLR (discos de aireación) Burbuja fina 1, 2 mg/l , Blowers (HP) Discos de aireación (HP) Mezclador (HP) Total (HP) * SOR: Standar Oxygen Rate * SAE: Standar Aeration Efficiency

27 VERTICEL vs. BURBUJA FINA POWER TO TREAT 1.8 MGD Power draw, Kw Conv. Fine bubble Fine bubble w/nonaerated anoxic zone Verticel Aeration system Ahorro aprox. 20% de energía eléctrica comparado con las plantas convencionales de aireación prolongada

28 INVESTIGACIONES REALIZADAS

29 Proceso: RESUMEN Reactores Anoxicos Aerobios: Orbal / VLR / VertiCel Suministro de Oxigeno estratificado permite ahorrar significativamente energía eléctrica Experiencia: Mas de 1000 instalaciones alrededor del mundo Mas de 80 años de experiencia en procesos Aplicación: Aguas residuales domesticas e industriales Performance: Alta remoción de DBO y nutrientes (N y P) Produce un efluente de calidad Buena sedimentación de lodos (Bajo IVL) Flexible a sobrecargas hidráulicas (aguas de lluvia) Menor área de terreno Aireador de disco es mas eficiente que otros equipos mecánicos

30 Muchas Gracias ING. JAVIER GRIMALDO CASTILLO Av. Domingo Orue 971 Surquillo Teléfono: