OXÍGENO LÍQUIDO EN BRMS Justificación teórica y casos prácticos. Praxair Water & Wastewater Treatment

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1 1 OXÍGENO LÍQUIDO EN BRMS Justificación teórica y casos prácticos Praxair Water & Wastewater Treatment

2 CONTENIDOS Teoría y casos prácticos 2 Introducción Fundamentos de la transferencia de oxígeno Casos prácticos de BRM con LOx I. Farmacéutica con alta carga y alta temperatura II. Alimentaria con alta carga temporal III. Química con carga de nitrógeno variable

3 PARALELISMOS Proceso intensivo de fangos activados 3 El proceso BRM es competitivo y flexible, responde eficientemente a restricciones crecientes El uso de oxígeno puro para el proceso biológico comparte y aumenta las ventajas del BRM Espacio disponible Variabilidad y complejidad agua Eliminación de nutrientes Calidad y garantía de vertido Posibilidad de reutilización Hándicap Mito de que la tecnología es más cara que otras alternativas

4 CONTEXTOS competitivos para el oxígeno puro Alta concentración de sólidos Alta carga Alta temperatura Ampliaciones 4 OTR = k L a (OD SAT OD) Número y tamaño de las burbujas Tiempo de Residencia en el medio Tipo de difusión y posición SAE 20ºC α go 2 /kwh (4000 gsst/m 3 ) CBD Difusores de burbuja gruesa FBD Difusores de burbuja fina ASM Aireadores superficiales mecánicos AST Aireadores sumergidos de turbina JET Aireadores Jet ISO ISO/LCO inyección LOx mecánica MXF Mixflo - Inyeccion LOx Valores típicos de velocidad de transferencia de oxígeno en agua limpia -SOTR y de Alpha para diferentes sistemas de oxigenación

5 CONTEXTOS competitivos para el oxígeno puro Alta concentración de sólidos Alta carga Alta temperatura Ampliaciones 5 OTR = k L a (OD SAT OD) Número y tamaño de las burbujas Tiempo de Residencia en el medio Presión Parcial del O 2 en la burbuja 21% 100% OD SAT = 9.1 OD SAT = 41 Transferencia de O 2 en 1 m 3 : Velocidad de Transferencia de Oxígeno 5 x OTR AIRE hasta 2 kgo 2 /d LOx hasta 10 kgo 2 /d

6 SSTLM SSTLM SSTLM CONTEXTOS competitivos para el oxígeno puro Alta concentración de sólidos Alta carga Alta temperatura Ampliaciones 6 MÍNIMOS REQUERIMIENTOS ENERGÉTICOS PARA TRANSFERIR 1000 kgo 2 /d Y MANTENER EL OXÍGENO DISUELTO EN 2 mgo 2 /L JET SAE 20 _cw 2 kgo2/kwh P 20 _cw 27 kw FBD SAE 20 _cw 4.5 kgo2/kwh P 20 _cw 12 kw ISO/MIXFLO SAE 20 _cw 5.1 kgo2/kwh P 20 _cw 9 kw OTR = k L a (OD SAT OD) 20ºC SISTEMA DE OXIGENACIÓN 30ºC SISTEMA DE OXIGENACIÓN 40ºC SISTEMA DE OXIGENACIÓN Factor de Potencia (respecto a 20ºC, 4 g/l) JET FBD ISO/MIXFLO Factor de Potencia (respecto a 20ºC, 4 g/l) JET FBD ISO/MIXFLO Factor de Potencia (respecto a 20ºC, 4 g/l) JET FBD ISO/MIXFLO kw 22 kw 9 kw kw 27 kw 11 kw kw 32 kw 12 kw kw 40 kw 10 kw kw 49 kw 12 kw kw 57 kw 13 kw kw 115 kw 12 kw kw 139 kw 15 kw kw 162 kw 16 kw

7 CRITERIOS 7 Herramientas de análisis de proceso Laboratorio Monitorización Simulación Experimentación

8 CASOS PRÁCTICOS I Farmacéutica con alta carga y alta temperatura Input Data 8 INFLOW CHARACTERISTICS PROBLEM Inflow 120 m3/d Fixed Volume for 1600 Volume (m3) Total COD gcod/m3 Fixed Temperature 39ºC BOD gbod/m3 Amonnia removal not considered T SS 200 gt SS/m3 Primary settler not considered Total Nitrogen 1000 gn/m3 Pure Oxygen - ISO T emperature 20 ºC Medium weather (Air 20 ºC, Ground 15 ºC) SPECIFICAT IONS Reinforced Concrete basin (Rectangular, Open, Outdoor) Membranes Liquid Level 5 m (80% underground) I.S.O. 24" (320 RPM)

9 CASOS PRÁCTICOS I Farmacéutica con alta carga y alta temperatura 9

10 CASOS PRÁCTICOS I Farmacéutica con alta carga y alta temperatura 10 Results Volume 1600 m3 HRT 13.3 d OLR 0.33 gcod/gvss d Liquid Level 5.0 m MLT SS 8000 gt SS/m3 SRT d SOUR 11.2 mgo2/gvss/h Number of Devices 3 Sludge Production 554 kg/d Oxygen Requirements 3084 kgo2/d Actual Oxygen Supplied 142 kgo2/h Oxygen Uptake Rate 1928 go2/m3 d T emperature 39 ºC Refrigeration Req. 312 kwh/d Extra Refrig. Required (kw) 0 kw SSTLM 8000 Consumo Energético (kwh/d) Oxígeno Líquido (kgo 2 /d) FBD (Aire) Jet (Aire) ISO (LOx) SSTLM Consumo Energético (kwh/d) Oxígeno Líquido (kgo 2 /d) FBD (Aire) Jet (Aire) ISO (LOx)

11 CASOS PRÁCTICOS I Farmacéutica con alta carga y alta temperatura 11

12 CASOS PRÁCTICOS II Alimentaria con alta carga temporal 12

13 CASOS PRÁCTICOS II Alimentaria con alta carga temporal m m m 3 Escenarios kgo 2 /d OUR para 8000 m 3 (go 2 /m 3 /d) Volumen adicional (OUR diseño 1000 kgo 2 /d) m

14 CASOS PRÁCTICOS II Alimentaria con alta carga temporal 14

15 CASOS PRÁCTICOS II Alimentaria con alta carga temporal 15

16 CASOS PRÁCTICOS III Química con ampliación para eliminar NT 16

17 CASOS PRÁCTICOS III Química con carga de nitrógeno variable 17

18 CASOS PRÁCTICOS III Química con ampliación para eliminar NT 18 11/21/2012 Inflow Bioreactor mixed liquor Permeate COD f 1860 mgcod/l COD f 622 mgcod/l COD t 289 mgcod/l TSS 26 mg/l TSS mg/l TSS 3 mg/l NH mg/l VSS 8495 mg/l ph 6.18 ph 7.32 ph 6.18 N-NH mgn/l N-NH 4 25 mg/l N-NO mgn/l Days Goal Strategy (min) (Oxic / Anoxic) Results Reduce NH Goal reached but NO3 increased Reduce NH4 and NO Both NH4 and NO3 removed efficiently Trials Variable Different observations prior to control strategy application Reduce Oxic periods Not clear conclusions about due to inflow variability. To be Increase DO level analyzed in pilot plant Improve Efficiency + Apply first Automatic Good performance of the plant in terms of effluent quality and Feeding Control Loop oxygen consumption Improve NH4 oxidation Increase oxic cycles for no feeding periods No improve of the NH4 is obtained

19 CASOS PRÁCTICOS III Química con carga de nitrógeno variable 19 Figure 1. In the upper graph, online measurements of the NH4 and NO3 within the biological reactor, compared to punctual measurements in the laboratory. Below, online measurement of the Redox potential, registration of the discontinuous feeding flow rate,

20 CONCLUSIONES Teoría y casos prácticos 20 El oxígeno es una alternativa al aire que puede compensar técnica y económicamente La gran diferencia es su OTR hasta 5 veces mayor Válida para actualizar depuradoras y para nuevos diseños Escenarios donde conviene valorar técnicamente y económicamente la alternativa del oxígeno puro I. Alta carga y alta temperatura II. Grandes diferencias de carga temporal III. Eliminación de amonio a alta velocidad IV. Actualización de procesos para eliminación de NT

21 CONCLUSIONES Teoría y casos prácticos 21 El oxígeno es una alternativa al aire que puede compensar técnica y económicamente La gran diferencia es su OTR hasta 5 veces mayor Válida para actualizar depuradoras y para nuevos diseños Escenarios donde conviene valorar técnicamente y económicamente la alternativa del oxígeno puro I. Alta carga y alta temperatura II. Grandes diferencias de carga temporal III. Eliminación de amonio a alta velocidad IV. Actualización de procesos para eliminación de NT

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