Sistema MBR trabajando en condiciones extremas. Caso de estudio: EDAR Condado de Alhama (Murcia) 14 de Junio de 2017 Rubén Romero Noguera

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1 Sistema MBR trabajando en condiciones extremas. Caso de estudio: EDAR Condado de Alhama (Murcia) 14 de Junio de 2017 Rubén Romero Noguera

2 ÍNDICE DE CONTENIDOS 1 ANTECEDENTES Y DESCRIPCIÓN DE LA EDAR 2 ANÁLISIS DE PROCESO. ESTUDIO Y REGISTRO DE PARÁMETROS DEL EFLUENTE Y NUTRIENTES 3 ESTUDIO BIOLÓGICO DEL PROCESO DE DEPURACIÓN 4 PARÁMETROS DE OPERACIÓN DE LA EDAR 5 ESTUDIO ENERGÉTICO DE LA INSTALACIÓN 6 CONCLUSIONES DE LA EXPERIENCIA Y PRÓXIMOS PASOS

4 1.ANTECEDENTES Y DESCRIPCIÓN DE LA EDAR Años Resorts de viviendas -Campos de golf -Zona deportiva de m 2 -Gran centro comercial de m 2 -Hoteles 5 estrellas -Hospital internacional -Colegios bilingües -EDAR acorde al tamaño de la urbaización

5 1.ANTECEDENTES Y DESCRIPCIÓN DE LA EDAR Año 2007 en adelante. QUÉ PASA CON LA EDAR?

6 1.ANTECEDENTES Y DESCRIPCIÓN DE LA EDAR CONDADO DE ALHAMA: Urbanización Resort turística dentro de municipio de Alhama de Murcia, que cuenta con viviendas. Capacidad de tratamiento de la EDAR: 9000 m 3 /día En 2015 FACSA entra a explotar la EDAR Condado de Alhama: - Membranas planas marca Kubota: ES200. Proceso de Ultrafiltración. - 5 líneas de tratamiento módulos de 200 membranas x módulo. - Línea de tratamiento formada por: cámara anóxica + reactor biológico + tanque de membranas. - Número de líneas en funcionamiento: 2 - Caudal de trabajo 70 m 3 /h.

7 1. ANTECEDENTES Y DESCRIPCIÓN DE LA EDAR Plano de la EDAR: 1 - Sala de pretratamiento. 2 - Canales de desarenado 3 - Caudalímetro 4 - Cámara de homogeneización 5 - Arqueta de reparto 6 - Tratamiento biológico 7 - Espesador de Fangos 8 - Vía perimetral 9 - Tolva de fangos 10 - Canales UV 11 - Canal de cloración 12 - Cámara de agua tratada 13 - Filtro verde 14 - Edificio de control 15 - Cámara de vaciados 16 - Arqueta de recirculación 17 - Centro de transformación Puntos de toma de muestra

8 1.ANTECEDENTES Y DESCRIPCIÓN DE LA EDAR Singularidades de la EDAR: No se dispone de electricidad en la EDAR: Funcionamiento mediante grupo electrógeno de 500 kvar. Tiempo de funcionamiento variable de la EDAR: En periodos no vacacionales la instalación funciona unas 3 horas al día y en periodos vacacionales funciona alrededor de 10 horas dependiendo del caudal influente. Concentración de S.S en la cámara MBR = 1 g/l Con estas singularidades se presupone la INEXISTENCIA de cualquier proceso biológico.

9 1.ANTECEDENTES Y DESCRIPCIÓN DE LA EDAR Parámetros de operación: -Caudal de diseño por línea de tratamiento de 75 m 3 /h. -Funcionamiento de 2 líneas de tratamiento de 5 existentes. -Presión Tras Membrana de trabajo (TPM) oscila entre mbar. -Rápido ensuciamiento de las membranas. Se realizan limpiezas químicas intensivas en periodos menores a 6 meses. -No ha sido necesario poner la línea de evacuación de lodos en funcionamiento desde la puesta en marcha de la instalación.

10 1.ANTECEDENTES Y DESCRIPCIÓN DE LA EDAR Singularidades de la EDAR: En cuanto a cargas influentes Dos periodos: a) Temporada Alta: meses vacacionales (julio, agosto, septiembre y diciembre) caudal de entrada en torno a 400 m 3 /día. b) Temporada Baja: resto del año, caudal de entrada en torno a m 3 /día. Nt en torno a 80 mg/l. DQO en torno a 600 mg/l.

12 2.ANÁLISIS DE PROCESO. Registro de caudales Caudal de diseño = m 3 /día Mayor caudal de entrada = 313 m 3 /día en agosto Estamos trabajando al 3,46 % de capacidad de la instalación en el mejor de los casos

13 2.ANÁLISIS DE PROCESO. En primer lugar se hizo necesaria una caracterización de los parámetros tanto del influente como del efluente Caracteriasticas agua residual en temporada alta Caracteriasticas agua residual en temporada baja DQO (mg/l) N total (mg/l) P total (mg/l) NH 4 (mg/l) DQO (mg/l) N total (mg/l) P total (mg/l) NH 4 (mg/l) Influente 949,3 89,3 12,0 59,2 Influente 483,5 72,8 10,0 56,0 Efluente 36,8 25,6 6,7 15,3 Efluente 42,7 33,5 6,4 18,1 Rendimiento 98,3 71,3 44,2 74,2 Rendimiento 87,6 53,9 36,0 67,7 Se obtienen rendimientos de eliminación similares a los obtenidos con un proceso biológico en los periodos de alta carga y rendimientos bastante elevados en los periodos de baja carga

14 Se observa una eliminación de DQO: 2.ANÁLISIS DE PROCESO.

15 También se observa una eliminación de Nt: 2.ANÁLISIS DE PROCESO.

16 2.ANÁLISIS DE PROCESO. Conclusión: Se produce una eliminación de materia carbonosa. Los rendimientos de eliminación son mayores en los periodos de alta carga. POR QUÉ?

17 2.ANÁLISIS DE PROCESO. Se plantean 2 hipótesis: Eliminación DQO? Eliminación física de la DQO Existencia de proceso biológico

18 2.ANÁLISIS DE PROCESO. ELIMINACIÓN FÍSICA DE DQO Eliminación física de la DQO: Se cogieron muestras en distintos puntos de la EDAR, y se procede al análisis de DQO y nutrientes. El resultado esperado es que la DQO filtrada en la cámara MBR fuera igual o próxima a la del efluente y no lo es.

19 DQO filtrada (ppm) 2.ANÁLISIS DE PROCESO. ELIMINACIÓN FISICA DE DQO Visto el salto de eliminación en la DQO al pasar por la membrana se decidió cambiar el tamaño de los filtros del laboratorio para reducir el tamaño de poro: Fibra de vidrio (0,80 µm) Línea 3 Línea Celulosa (0,45 µm) Línea 3 Línea 4 83,6 91,8 DQO efluente = 39.2 ppm Diferencia Mismo tamaño de poro que las membranas KUBOTA ES %

20 En cuanto a la evolución de los nutrientes: 2.ANÁLISIS DE PROCESO. ELIMINACIÓN FÍSICA DE DQO

21 2.ANÁLISIS DE PROCESO. DESPUÉS DE LIMPIEZA QUÍMICA INTENSIVA Concentración NaClO = 5% vol. Antes de limpieza Cámara MBR Efluente DQO filtrada (ppm) DQO PS (ppm) DQO PI (ppm) ,6 43,5 Después de limpieza (mismo día) Cámara MBR Efluente DQO filtrada (ppm) DQO PS (ppm) DQO PI (ppm) ,4 38,8 Después de limpieza (siguiente día) Cámara MBR Efluente DQO filtrada (ppm) DQO PS (ppm) DQO PI (ppm) ,8 40,4 Se cogen las muestras de un picaje previamente hecho en cada piso de la línea 3 de permeado Rendimiento de eliminación del 83.3%

23 3.ESTUDIO BIOLÓGICO DEL PROCESO DE DEPURACIÓN Para comprobar la existencia de un proceso biológico en la EDAR se llevaron a cabo los siguientes ensayos: 1. Observación microbiológica del licor mezcla del reactor biológico de ambas líneas en funcionamiento. 2. Ensayo de respirometría en ambas líneas para saber si hay consumo de O Medición de O 2 en distintos puntos de la EDAR con sonda de oxígeno portátil.

24 OBSERVACIÓN MICROBIOLÓGICA DEL REACTOR 3.ESTUDIO BIOLÓGICO DEL PROCESO DE DEPURACIÓN Cantidades masivas de bacterias en pequeños flóculos Microfauna, dominada por pequeñas bacterias bacilares, cocales o espiriláceas, flageladas de crecimiento disperso

25 OBSERVACIÓN MICROBIOLÓGICA DEL REACTOR 3.ESTUDIO BIOLÓGICO DEL PROCESO DE DEPURACIÓN Bacteria Beggiatoa, perteneciente al grupo de las cianobacterias. Indicador de septicidad y de procesos con biofilm Bacteria Cyanophyta, indicador de septicidad

26 3.ESTUDIO BIOLÓGICO DEL PROCESO DE DEPURACIÓN ENSAYO DE RESPIROMETRÍA Ensayos nulos porque no se detecta consumo de oxígeno Ensayo con acetato y de bacterias autótrofas también nulos, no se detecta consumo de O 2. En el ensayo con influente real no se puede establecer la línea de base de O 2.

27 Hora: 11:00 Hora: 14:00 Hora: 9:00 Hora: 7:30 Medición de O 2 con sonda portátil 3.ESTUDIO BIOLÓGICO DEL PROCESO DE DEPURACIÓN Viernes 28/04/2017 Martes 02/05/2017 O2 (ppm) O2 (ppm) Cámara Línea 3 0,43 Cámara Línea 3 3,36 anóxica Línea 4 0,32 anóxica Línea 4 1,92 Reactor Línea 3 1,74 Reactor Línea 3 3,57 biológico Línea 4 1,29 biológico Línea 4 1,7 Cámara Línea 3 4,82 Cámara Línea 3 1,95 anóxica Línea 4 4,82 anóxica Línea 4 1,45 Reactor Línea 3 6,04 Reactor Línea 3 6,00 biológico Línea 4 6,29 biológico Línea 4 6,44 No se produce consumo de O 2 en 4 días de parada de la EDAR

29 4.PARÁMETROS DE OPERACIÓN DE LA EDAR FLUX de trabajo Tipo de membranas Área efectiva por módulo (m 2 ) Área efectiva por línea (m 2 ) Kubota ES Flux L3 (L m -2 h -1 ) Flux L4 (L m -2 h -1 ) Flux TOTAL (L m -2 h -1 ) 6,25 6,25 6,25 Se compara con los valores teóricos y con los de un MBR que se explota: Flux EDAR Aledo = 25 L m-2 h-1 4 Veces menor

30 4.PARÁMETROS DE OPERACIÓN DE LA EDAR Análisis de EPSs Análisis EPSs EDAR Condado de Alhama Concentración SSLM = 1,35 g/l EPS SOLUBLES (mg/l) EPS ENLAZADOS (mg/g SSV) % EPS SOLUBLES % EPS ENLAZADOS L ,5 77,5 L EPS SOLUBLES (mg/l) Análisis EPSs EDAR Aledo Concentración SSLM = 11,2 g/l EPS ENLAZADOS (mg/g SSV) % EPS SOLUBLES % EPS ENLAZADOS RB ,8 94,2 MBR ,8 95,2 Filtrabilidad del licor mezcla MALA

31 Cambios en los tiempos de operación. 4.PARÁMETROS DE OPERACIÓN DE LA EDAR

32 Cambios en los tiempos de operación. 4.PARÁMETROS DE OPERACIÓN DE LA EDAR

33 4.PARÁMETROS DE OPERACIÓN DE LA EDAR FLUX de trabajo con los nuevos tiempos de operación Tiempo de operación 8/2 Tipo de membranas Área efectiva por módulo (m 2 ) Área efectiva por línea (m 2 ) Kubota ES Flux L3 (L m -2 h -1 ) Flux L4 (L m -2 h -1 ) Flux TOTAL (L m -2 h -1 ) 6,25 6,25 6,25 Tiempo de operación 7/3 Flux L3 (L m -2 h -1 ) Flux L4 (L m -2 h -1 ) Flux TOTAL (L m -2 h -1 ) 10,94 10,94 10,94 Con el cambio de tiempos de operación se aumentaron las consignas de permeado y por tanto se aumenta el flux de trabajo casi un 50 %

35 5.ESTUDIO ENERGÉTICO DE LA INSTALACIÓN Estudio energético de la instalación Grandes consumidores de energía: -Soplantes Membranas (73% del consumo total): ON durante todo el funcionamiento de la instalación, ya que se permea cuando la instalación esta en marcha. -Bombas de permeado (20 % del consumo total): En marcha durante el 70% del tiempo de permeado -Resto EDAR (7% del consumo total): Se incluye elevación de agua bruta, tamizado, bombeo a línea de tratamiento y agitadores de ambas líneas -No se airea en reactor biológico ni en canales de desarenado desengrasado. -No se tiene en marcha ni la purga ni la deshidratación de fangos Ratio eléctrico de la instalación 2,11 kwh/m 3 tratado

37 6. CONCLUSIONES DE LA EXPERIENCIA Y PRÓXIMOS PASOS CONCLUSIONES: 1) En lo que se respecta a conclusiones hasta el momento en el estudio se ha comprobado que en la EDAR de condado de Alhama se produce una eliminación tanto de DQO como de N t, se abren dos posibles explicaciones : - Eliminación tanto de DQO como de materia carbonosa mediante una barrera física, es altamente probable que la gran cantidad de biofilm adherido a la superficie de la membrana disminuya aún más el tamaño de poro y por este motivo se produzca diferencia entre la DQO del efluente y la DQO filtrada de la cámara MBR con un filtro con un tamaño de poro de 45 micras. - Eliminación biológica de DQO y materia carbonosa, se considera la hipótesis de que el biofilm adherido a la superficie de la membrana sea el encargado de la degradación biológica de la DQO y la materia carbonosa, transformando los módulos de membranas en carriers, como en un rector MBBR. 2) Ha quedado reflejado como el cambio en los tiempos de operación no ha sido perjudicial para el estado de las membranas, sino que además se ha conseguido mejorar el Flux, disminuir la TMP en el funcionamiento de la instalación y por tanto alargar la vida útil de los módulos de membranas. 3) En cuanto al ratio energético de la instalación, el valor es alto 2.11 kwh m -3, según bibliografía el consumo energético en un MBR oscila entre 0.6 y 1.5 kwh m -3. Esto es debido al sobredimensionamiento de la instalación, pues como ya se ha mencionado a lo largo de esta ponencia la EDAR de Condado de Alhama se diseñó para tratar un caudal de 9000 m 3 /día; y a los bajos FLUX de trabajo de la misma

38 PRÓXIMOS PASOS A SEGUIR: 6. CONCLUSIONES DE LA EXPERIENCIA Y PRÓXIMOS PASOS 1) Realizar un análisis de tamaño de partículas en el efluente de la EDAR, de esta forma se podrá saber si el tamaño de poro de la membrana ha sido reducido por la deposición de biofilm en ellas. 2) Realizar un análisis FISH de bacterias nitrificantes en el licor mezcla del MBR, de esta forma se podrá tener más información acerca de la población bacteriana que coloniza el reactor de la EDAR de Condado de Alhama. 3) Realizar un análisis de la superficie de las placas de membranas (autopsia), mediante la extracción de los módulos. Con la extracción de los módulos de membranas se pretende evaluar el estado en el que se encuentran (roturas) y analizar la torta filtrante adherida a los mismos, procediendo a una limpieza mecánica en el caso de que fuera necesario.

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