Servicios De Agua y Drenaje De Monterrey, I.P.D.

Transcripción

1 Servicios De Agua y Drenaje De Monterrey, I.P.D. Primer Seminario Nacional Uso Eficiente de Energía y Agua en Organismos Operadores de Agua y Saneamiento Ahorro de Energía en: Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Dr. Febronio E. Chavarría Boca del Río, Ver., Diciembre de 2003

2 Antecedentes El noreste de la República Mexicana se caracteriza entre otras cosas, por su condición semidesértica, su clima extremoso y la consiguiente escasez de agua. El promedio de precipitación anual no rebasa de los 600 mm 2

3 Antecedentes Monterrey se caracteriza por ser una ciudad industrial, donde está asentada todo tipo de industria como: papelera, cementera, vidriera, acerera, eléctrica, automotriz, alimenticia, cervecera, de la construcción, etc. 3

4 Antecedentes A pesar de las condiciones adversas, principalmente la escasez de agua; los regiomontanos han tenido la habilidad de implementar proyectos de reuso del agua para fines industriales, lo que ha permitido destinar esos volúmenes recuperados de agua potable hacia la población del área metropolitana. 4

5 Antecedentes De esta forma, Monterrey se ha perfilado como pionero en el campo del tratamiento de aguas residuales, tanto para fines de reuso, como también para la preservación del entorno ambiental. La primera planta de tratamiento de aguas residuales (Tanque Imhoff), se construyó a principios del Siglo XX (1905) y su efluente se utilizaba para riego agrícola. Las primeras plantas de tratamiento privadas para reuso industrial, se construyeron en la década de los 50 s. 5

6 Antecedentes Actualmente, entre la iniciativa privada y el sector público (SADM, Pemex); se operan varias plantas tratadoras de aguas residuales con un flujo total conjunto mayor a 10,000 LPS; de los cuales, alrededor de 4,000 LPS se destinan a reuso industrial; colocando a Monterrey en un primer plano internacional en el rubro de reutilización del agua. 6

7 Tratamiento de Aguas Residuales AMM, SADM Planta Dulces Nombres 5,000 LPS Planta Norte 2,500 LPS Planta Noreste 1,250 LPS 7

8 Tratamiento De Aguas Residuales Capacidades Iniciales de Diseño PTAR S S SADM AMM Planta Noreste con capacidad de 500 LPS Planta Norte con capacidad de 2,500 LPS Planta Dulces Nombres con capacidad de 5,000 LPS 8

9 Planta Noreste 9

10 Planta Noreste La Planta Noreste, al igual que las otras dos plantas de SADM; fue concursada en la modalidad Responsabilidad Total Única (llave en mano) el año de 1996 y puesta en servicio el año de Las bases de la licitación, pedían para el efluente un valor máximo de 30 ppm, medidos en demanda bioquímica de oxígeno y sólidos suspendidos totales; y el control del nitrógeno amoniacal, debía proporcionar valores menores de 2 ppm. 10

11 Planta Noreste La capacidad original (500 LPS); fue proyectada considerando dos trenes, bajo el concepto de aereación extendida; con zonas de anoxia, recirculación del licor mezclado y tanques para la reactivación del lodo de retorno a los reactores. El proceso propuesto, consideraba la remoción del nitrógeno oxidado; es decir, la desnitrificación, para cumplir con los valores exigidos de nitrógeno amoniacal del efluente (< 2ppm). 11

12 Configuración Para 500 lps Recirculación interna 310% (1,550 lps) Influente 500 lps zona anóxica zona anóxica Equipo: Retorno de lodo 150% (750 lps) 20 turbinas de 100 HP para reactores 10 turbinas de 75 HP para reactivación de lodos 4 bombas de 50 HP de recirculación 8 agitadores sumergibles de 15 HP para mezcla en zona anó Total 3,070 HP en operación 12

13 SERVICIOS DE AGUA Y DRENAJE DE MONTERREY, I.P.D. DIRECCION DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO GERENCIA DE TRATAMIENTO PLANTA DE TRATAMIENTO NORESTE DIAGRAMA DEL PROCESO DE TRATAMIENTO AGUA CRUDA PRETRATAMIENTO TRATAMIENTO SECUNDARIO DESINFECCION AGUA TRATADA COLECTOR GENERAL REJILLAS DESARENADOR ZONA DE REACTIVACION ZONA DE ANOXIA REACTOR BIOLOGICO CAJA DE RECEPCION BASURAS ARENAS CLARIFICADOR SECUNDRIO ADICION DE CLORO AGUA TRATADA A DISPOSICION FINAL RELLENO D. NOMBRES LODO DE RETORNO PURGA LODO SECUNDARIO TANQUE DE CONTACTO arroyo topo chico TANQUE DE PRESURIZACION ADICION DE POLIMERO TANQUE DE FLOTACION CAMARA DE ESPESADO FILTROS DE BANDA LODO DESHIDRATADO CARCAMO DE AGUA SUBNADANTE DESAGUADO A DISPOSICION FINAL RELLENO D. NOMBRES PRESURIZADO FLOTACION ESPESADO DESHIDRATACION

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18 Planta Noreste Esta planta, a pesar de ser la más pequeña de las tres; fue la única que logró llevar a cabo efectivamente la desnitrificación exigida en las bases de licitación, ya que su diseño fue especialmente concebido para este fin. 18

19 Planta Noreste Al llevar a cabo la desnitrificación, se obtiene un crédito de oxígeno; es decir, hay una disminución en la cantidad de oxígeno requerido, lo que teóricamente se traduce en un ahorro en el consumo de energía; por lo que teóricamente, además de lograr ahorros en los costos de energía, se tiene una mejor calidad del efluente. 19

20 Planta Noreste Cabe señalar, que el ahorro de energía no fue muy palpable; ya que para lograr la desnitrificación, se requiere recircular un flujo considerable de licor mezclado; además, se requiere un tanque con ambiente anóxico para llevar a cabo el proceso; por lo que debe agregarse el costo de la recirculación y el costo del mezclado de la zona de anoxia. 20

21 Ampliación 1 ( ) La capacidad inicial de 500 LPS, fue rebasada a los pocos años de operación; por lo que en los años 2000 y 2001 fue planeada y ejecutada una ampliación a 750 LPS. El proyecto consistió en convertir los tanques de reactivación de lodo, en reactores VLR (Verticell US Filter), con capacidad para 250 LPS (125 LPS c/u). 21

22 Ampliación n 1 ( ) Cabe resaltar que esta ampliación fue llevada a cabo sin requerir nueva obra civil, solo fueron necesarias ligeras modificaciones en los reactores laterales, con interconexiones y separación de la zona del VLR y la de burbuja fina. Esta ampliación permitió ingresar los 750 LPS de agua residual a la planta durante el año

23 Configuración Para 750 lps 125 lps VLR B F Recirculación Interna 1,550 lps 250 lps Zona Anóxica Influente 750 lps 250 lps Zona Anóxica 125 lps VLR B F Equipo: Retorno de Lodo 750 LPS 20 turbinas de 100 HP para reactores 6 sopladores de 40 HP para burbuja fina y gruesa 8 rotores VLR de 20 HP 4 bombas de 50 HP de recirculación 8 agitadores sumergibles de 15 HP para mezcla Total 2,720 HP en operación 23

24 Configuración Para 750 lps ( ) VLR: AIRE ENTRA Y TRANSPORTA AGUA AGUA I II SALIDA LODO BURBUJA GRUESA BURBUJA FINA 24

25 SERVICIOS DE AGUA Y DRENAJE DE MONTERREY, I.P.D. DIRECCION DE SANEAMIENTO GERENCIA DE TRATAMIENTO PLANTA DE TRATAMIENTO NORESTE DIAGRAMA DEL PROCESO DE TRATAMIENTO AGUA CRUDA PRETRATAMIENTO TRATAMIENTO SECUNDARIO DESINFECCION AGUA TRATADA REJILLAS DESARENADOR COLECTOR GENERAL ZONA DE ANOXIA REACTOR BIOLOGICO CAJA DE RECEPCION BASURAS ARENAS CLARIFICADOR SECUNDRIO ADICION DE CLORO AGUA TRATADA A DISPOSICION FINAL RELLENO D. NOMBRES PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES NORESTE 750 LPS. APODACA, N.L. LODO DE RETORNO VLR y BURBUJA FINA TANQUE DE PRESURIZACION PURGA LODO SECUNDARIO ADICION DE POLIMERO TANQUE DE CONTACTO Arroyo Topo Chico TANQUE DE FLOTACION ALMACEN DE LODO FILTROS DE BANDA LODO DESHIDRATADO CARCAMO DE AGUA SUBNADANTE DESAGUADO A DISPOSICION FINAL RELLENO D. NOMBRES PRESURIZADO FLOTACION ESPESADO DESHIDRATACION 25

26 Ampliación n 1 ( ) 26

32 Ampliación n 2 ( ) La planta ampliada a 750 LPS no duró mucho tiempo operando con ese flujo, pues el influente continuó aumentando, debido a la autorización de nuevos desarrollos industriales y habitacionales que se han instalado en la cuenca de aportación de aguas residuales. 32

33 Ampliación n 2 ( ) Al haber sido nuevamente rebasada la capacidad de la planta, con un flujo promedio de 1000 LPS; se presentan deficiencias en la capacidad de aereación, lo cual reduce la calidad del efluente. Además, se presenta un incremento de sólidos en el efluente en horas pico, debido a la limitación hidráulica de los clarificadores. 33

34 Ampliación n 2 ( ) Por lo anterior, se planeó un nuevo incremento de capacidad a 1,250 LPS, continuando con los reactores Verticell y duplicando la capacidad de los reactores centrales a 1,000 LPS (500 LPS c/u). 34

35 Ampliación n 2 ( ) 2004) Debido a que los clarificadores existentes no estaban diseñados para las nuevas condiciones; se previó la implementación de un tercer clarificador con brazo de succión para 500 lps. También se contempló la ampliación de los sistemas de procesamiento de lodos, de pretratamiento y de la cámara de contacto de cloro. 35

36 Clarificación Ampliación n 2 ( ) 2004) El diseño de este nuevo clarificador considera la condición del tipo de lodo (muy ligero y abultado) y será de alimentación periférica y cabezales de succión para un rápido desalojo del lodo. 36

37 Ampliación n 2 ( ) 2004) Al incrementar la capacidad hidráulica de los reactores al doble del diseño original; es decir, de 250 a 500 LPS cada uno; el tiempo de residencia hidráulica se reduce a menos de la mitad, por lo que también se disminuye la edad del lodo y por consiguiente, se espera una mayor tasa de producción de lodo. 37

38 Configuración Para 1250 lps Ampliación n 2 ( ) 2004) 125 lps VLR B F sopladores de 400 HP 500 lps 9,696 difusores de burbuja fina de 9" en 6 celdas con densidad decreciente en cada reactor. Influente 1,250 lps 500 lps VLR B F Retorno 125 lps de lodo Equipo: sopladores centrífugos de 400 HP 6 sopladores de 40 HP para burbuja fina y gruesa 8 rotores VLR de 20 HP 4 agitadores sumergibles de 15 HP para mezcla Total 1,660 HP en operación

39 Sistema De Aereación Ampliación n 2 ( ) 2004) El aspecto más importante fue diseñar un sistema más eficiente de aereación para satisfacer la nueva demanda de oxígeno. Para ésto, se consideró la difusión de aire con difusores de burbuja fina, variando la densidad a lo largo del reactor (de más a menos). La primera celda, ahora funcionará como selector anóxico para el control de filamentosos 39

40 Sistema De Aereación Ampliación n 2 ( ) 2004) Con el nuevo arreglo a base de difusores de burbuja fina y con sopladores de tipo centrífugo, que son más eficientes; se logran tratar 1,000 LPS con solo 1,200 HP, en lugar de los 2,000 HP de las 20 turbinas que se retirarán. 40

41 Reuso del Agua Ampliación n 2 ( ) 2004) Con estas acciones, se espera producir un efluente que tenga calidad para reuso; ya que esta planta está ubicada cerca de los parques industriales de Apodaca, NL, y de esta forma, poder liberar más agua de primer uso para la población, así como fomentar la industria, el riego de áreas verdes y preservar el entorno ambiental. 41

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45 Comparativo Del Sistema De Aereación Original Ampliación 1 Ampliación 2 Flujo total, LPS , DBO, mg/l (Influente) NTK, mg/l (Influente) TRH. Reactor, h TRH. VLR, h Edad lodo reactor, d Edad lodo VLR, d

46 Comparativo Del Sistema De Aereación Original Ampliación 1 Ampliación 2 Req. de oxígeno, Kg/d 29, , , KW-h operando 1, , , KW-h / m Costo mensual energía 583, , , Costo por m Costo por Kg DBO Costo por Kg O Rendimiento (base AOR)

47 Gráficas REQUERIMIENTO DE OXÍGENO Caudal 1,500 1, ,000 40,000 30,000 20,000 10,000 Kg O2/d 0 Original Ampliación 1 Ampliación 2 0 Caudal, LPS Req O2, Kg/d

48 Gráficas POTENCIA PARA AEREACIÓN 1,500 2,000 Caudal, LPS 1, ,500 1, KW 0 Original Ampliación 1 Ampliación 2 0 Caudal, LPS KW operando

49 Gráficas COSTO DE ENERGÍA PARA AEREACIÓN 1, Caudal 1, Miles de $/mes 0 Original Ampliación 1 Ampliación Caudal, LPS Costo energía, $(x1000)/mes

50 Gráficas COSTO POR M3 1, , Original Ampliación 1 Ampliación Caudal, LPS Costo por m3

51 Gráficas COSTO POR KG DBO Caudal, lps Original Ampliación 1 Ampliación $/Kg DBO Caudal, LPS Costo energía por Kg DBO

52 Gráficas EFICIENCIA DE AEREACIÓN 1, Caudal, LPS 1, Kg O2/KW/h 0 Original Ampliación 1 Ampliación 2 - Caudal, LPS Eficiencia base AOR

53 Conclusiones El caso de la PTAR Noreste resulta muy interesante, ya que el incremento de flujo ha llevado a optimizar las instalaciones echando mano de tecnologías más eficientes, lo que se ha traducido en grandes ahorros de energía. Se van a tratar 2.5 veces más agua con el mismo reactor, además de reducir el costo de energía; es decir, una combinación ideal. 53