DESHIDRATACIÓN DE FANGOS DE UNA ESTACIÓN DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES E.D.A.R. Jorge E. Chamorro Alonso Ingeniero de Caminos, C. y P.

Transcripción

1 DESHIDRATACIÓN DE FANGOS DE UNA ESTACIÓN DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES E.D.A.R. Jorge E. Chamorro Alonso Ingeniero de Caminos, C. y P.

2 CONDICIONANTES DE LA EXPOSICIÓN Creencias propias Conocimientos técnicos Experiencia personal Datos técnicos Consenso profesional Cada E.D.A.R. es única

3 La deshidratación de fangos es la instalación más importante de una E.D.A.R.

4 RAZONES BÁSICAS Los equipos mecánicos encargados de la deshidratación son de los más caros El consumo de energía eléctrica y de los reactivos químicos de los sistemas de deshidratación son altos El coste de disposición de los biosólidos (fangos deshidratados) es elevado Los escurridos generados inducen sobrecargas en los procesos de la línea de agua.

5 CONCEPTO TRADICIONAL E.D.A.R.

6 ETAPA DE PLANIFICACIÓN Estudio de los datos de partida: Cargas hidráulicas Cargas contaminantes. La normativa establece los límites de las características CUALITATIVAS (ppm) del agua depurada en cuanto a parámetros contaminantes (DBO5, SS, NTK, P, etc.) Solo importa la línea de agua El destino de los fangos se ignora en esta etapa

7 ETAPA DE DISEÑO La E.D.A.R. depura agua. Las exigencias de los Pliegos de Bases se centran en los tratamientos que conforman la línea de agua El pretratamientos y los procesos de la línea de fangos son procesos resueltos con excesiva ligereza Los volúmenes de fangos producidos se minimizan Resultado: Línea de agua bien diseñada Línea de fango infradimensionada

8 ETAPA DE CONSTRUCCIÓN Tensiones económicas Instalaciones afectadas: pretratamiento y los procesos de la línea de fangos Sobredimensionamiento de las capacidades de los equipos de deshidratación Las mas elementales normas de producción fabril establecen que los "cuellos de botella" se encuentren (aunque no necesariamente en forma física) al principio de la factoría, nunca al final de la misma.

9 ETAPA DE OPERACIÓN El control de la E.D.A.R. : Análisis del agua de salida Objetivo: sacar agua limpia cuando se controla Abono de servicios por agua depurada

10 RESULTADOS Diseño: E.D.A.R. con líneas de agua muy potentes E.D.A.R. con líneas de fango insuficientes para tratar los fangos generados en la línea de agua Operación Líneas de agua sobrecargadas de sólidos Consumos excesivos de energía Vertidos de fangos al cauce Olores en las E.D.A.R.

11 NUEVO CONCEPTO E.D.A.R

12 E.D.A.R.:FABRICA DE BIOSÓLIDOS Planificación: Produce biosólidos Destino de la producción Diseño: Cuanto biosólidos se deben de producir para proteger el cauce. La línea de agua produce el fango La línea de fangos transforma el fango en biosólido Construcción La línea de fangos es la mas importante Operación El control de la E.D.A.R. es la producción de bisólidos y biogás Objetivo: Sacar la mayor producción posible de biosólidos Abono del servicio por Tn de biosólidos producidos

13 DESHIDRATACION DE FANGOS E.D.A.R. PEQUEÑAS (< e-h) Eras de secado Lechos de carrizos Sacos filtrantes Sistemas mecánicos E.D.A.R. MEDIANAS Y GRANDES: Filtros de vacío Tornillo Filtros banda Filtros prensa Centrifugadoras

14 E.D.A.R. PEQUEÑAS: ERAS DE SECADO I

15 E.D.A.R. PEQUEÑAS: ERAS DE SECADO II

16 E.D.A.R. PEQUEÑAS: ERAS DE SECADO III Ventajas: Bajo coste de implantación Bajo coste de mantenimiento Inconvenientes. Necesita mucha superficie Dependiente de las condiciones meteorológicas Demanda mano de obra Afecciones ambientales: Olores, vectores sanitarios

17 E.D.A.R. PEQUEÑAS: LECHOS DE CARRIZO I

18 E.D.A.R. PEQUEÑAS: LECHOS DE CARRIZO II Ventajas: Bajo coste de implantación Bajo coste de mantenimiento Mano de obra sin cualificar Sin reactivos Inconvenientes. Alta superficie ocupada Necesidades puntuales de mano de obra Afecciones ambientales: Olores, vectores sanitarios

19 E.D.A.R. PEQUEÑAS:SACOS DE SECADO I

20 E.D.A.R. PEQUEÑAS: SACOS DE SECADO II Ventajas: Bajo coste de implantación Bajo coste de mantenimiento Mano de obra sin cualificar Inconvenientes. Uso de reactivos Proceso poco controlable Sequedad baja Afecciones ambientales: Olores, vectores sanitarios

21 FILTROS DE VACIO I

22 FILTROS DE VACIO II

23 FILTROS DE VACIO III Ventajas: Proceso continuo Poco espacio Fácil de operar Fácil de automatizar Inconvenientes. Alto coste de operación y mantenimiento Necesita depósito tampón Consumo elevado de cal y sal metálica Incremento de biosólidos por reactivos Consumo de agua para lavado de telas Afecciones medioambientales: Aerosoles

24 TORNILLOS I

25 TORNILLOS II

26 TORNILLOS III Ventajas: Proceso continuo Poco espacio Fácil de operar Bajas afecciones ambientales Inconvenientes. Alto coste de Implantación Altos costes de operación y mantenimiento Alto consumo de reactivos Sensible a las características del reactivo Consumo de agua para lavado Poco compatible con procesos Anamox o similares

27 FILTROS BANDA I

28 FILTROS BANDA II

29 FILTROS BANDA III Ventajas: Proceso continuo Consumo energético bajo Facilidad en las labores de mantenimiento Inconvenientes. Alto coste de implantación Alto coste de mantenimiento: cambio de telas Demandan mano de obra de forma continuada Consumo de agua para limpieza de tela Afecciones medioambientales: Aerosoles Necesidad de protocolos de seguridad Incremento del caudal de escurridos Poco compatible con procesos Anamox o similares

30 FILTROS PRENSA I

31 FILTROS PRENSA II

32 FILTRO PRENSA III Ventajas: Alta sequedad Ideal con procesos de estabilización química Costes de operación medios Fácil de operar Fácil de mantener Inconvenientes. Altos costes de implantación Proceso discontinuo Requiere un depósito tampón Presencia frecuente de personal Alto coste de mantenimiento: cambio de telas Consumo elevado de reactivos: cal y sales metálicas Incremento de biosólidos por reactivos Problemas (por mal diseño) en la descarga

33 CENTRIFUGADORA I

34 CENTRIFUGADORA I

35 CENTRIFUGADORA II Ventajas: Proceso continuo Proceso muy fiable No demandan mano de obra de forma continua Sin afecciones medioambientales directas Fácil de automatizar Inconvenientes. Alto coste de implantación Alto coste de mantenimiento Sensible a la presencia de arenas Mantenimiento por personal cualificado y talleres específicos

36 TIPOS DE FANGOS GENERADOS EN UNA E.D.A.R. FANGOS PRIMARIOS FANGOS SECUNDARIOS FANGOS TERCIARIOS

37 FANGOS PRIMARIOS Los fangos primarios son los obtenidos de un tratamiento primario Suelen suponer entre el 55 y el 65 % de la totalidad de los fangos producidos Características: Concentración de materia volátil (MV) % Facilidad para atrapar residuos sólidos Facilidad de espesamiento por gravedad Alta biodegradabilidad en condiciones anaerobias Alto potencial de producción de olores.

38 FANGOS SECUNDARIOS Los fangos secundarios son los obtenidos de un tratamiento biológico Suelen representar entre el % de los fangos producidos Se caracterizan por: Concentración de MV dependiente de la edad del fangos: % Baja concentración Pueden presentar problemas para su espesamiento por gravedad

39 FANGOS TERCIARIOS Los fangos terciarios son los obtenidos de un tratamiento terciario por procedimientos físicoquímicos Suelen representar entre el 3 y el 6 % de los fangos producidos Se caracterizan por: Concentración de MV menor que la de los fangos biológicos alterada por la dosificación de reactivos Baja concentración No suelen presentar problemas para su espesamiento por gravedad

40 OBJETIVO DEL TRATAMIENTO DE FANGOS La línea de fangos de una E.D.A.R. tiene por objetivos: Reducir los volúmenes de fangos Reducir la carga contaminante Minimizar los costes de su disposición final

41 PROCESOS DE TRATAMIENTO DE FANGOS Los procesos comúnmente utilizados para el procesamiento de los fangos generados en una E.D.A.R. son: Tamizado Espesamiento Estabilización Deshidratación mecánica Secado térmico

42 SELECCIÓN DEL SISTEMA DE DESHIDRATACIÓN MECÁNICA Factores a considerar: Producción de fangos Destino de los biosólidos Características del fango a deshidratar Tipo de reactivo a utilizar Sequedad final Espacio disponible Condiciones climáticas Calidad del escurrido Necesidad de insumos Automatización Condiciones de trabajo Afecciones ambientales

43 PRODUCCION DE FANGOS Producción diaria: Percentiles Condiciones medias con coeficientes Difícil de programar Presencia de personal Días de funcionamiento a la semana Horas de funcionamiento al día Automatización

44 DESTINO FINAL DE LOS BIOSÓLIDOS Agricultura Limitación de reactivos: cal y cloruro férrico Aprovechamiento energético Máxima sequedad Máxima materia volátil Compostaje Sequedad no limitante Mínima materia volátil

45 CARACTERISTICAS DE LOS FANGOS A DESHIDRATAR Procesos previos Fangos fresco Fangos estabilizado anaeróbicamente Fango estabilizado aeróbicamente Cantidad de materia volátil A igualdad de proceso previo: a mayor materia volátil mayor consumo de reactivos

46 TIPO DE REACTIVOS Polielectrolitos Sólidos Líquidos Otros Cal Sales de hierro

47 SEQUEDAD FINAL Aprovechamiento de los biosólidos Agricultura Energía Compostaje Costes de disposición Transporte Aprovechamiento

48 ESPACIO DISPONIBLE Grandes EDAR Espacio limitado Ultimas Tecnologías Medianas EDAR Espacio limitado Tecnologías convencionales Pequeñas EDAR Espacio no limitado Tecnologías de bajo coste

49 CONDICIONES CLIMÁTICAS Critico para pequeñas E.D.A.R.

50 CALIDAD DE LOS ESCURRIDOS Destino: cabecera de planta Sobrecargas al proceso DBO5 y SS: 1-3 % Nutrientes: % Tratamientos posteriores Procesos convencionales Procesos Anamox (filtros banda, tornillos)

51 NECESIDAD DE INSUMOS Energía eléctrica: eras de secado o filtros Reactivos: tecnologías específicas Agua potable: preparación de reactivos Agua industrial: lavado de telas

52 AUTOMATIZACIÓN Mejores sensores Tendencia a la automatización Procesos discontinuos

53 CONDICIONES DE TRABAJO Aerosoles Riesgos biológicos Olores Ruidos

54 AFECCIONES AMBIENTALES Olores Ruidos Vectores sanitarios

55 ACONDICIONAMIENTO DEL FANGO Medios naturales sin acondicionamiento Medios mecánicos Acondicionamiento químico: Características del fango Contenido de materia volátil Tiempo de contacto Temperatura Calidad del escurrido Papel del Laboratorio: Proactivo Acondicionamiento térmico

56 DOSIFICACION DE CAL La cal se suministra en polvo y se debe de preparar la lechada con concentraciones entre 1 y el 5 % con tiempos de retención por encima de los 10 minutos

57 DOSIFICACION DE CLORURO FERRICO El cloruro férrico se suministra en forma líquida y se puede dosificar directamente. La instalación debe de cumplir con la normativa APQ

58 DOSIFICACION DE POLIELECTROLITO Los polielectrolitos se pueden suministrar en forma líquida o sólida, en cualquier caso se necesita una preparación previa con concentraciones por debajo del 1 %

59 DISEÑO DE LA DESHIDRATACIÓN Para el diseño de la deshidratación es necesario: Definir los datos de diseño Definir los parámetros de diseño Realizar el diseño Determinar las características de los equipos Seleccionar los equipos

60 DATOS DE DISEÑO Los datos de diseño necesarios son: Producción diaria de M.S. Materia volátil (M.V.) Horas semanales de trabajo Concentración de entrada (%) Concentración de salida (%) Número de equipos a instalar Caracterización del escurrido Capacidad de almacenamiento de los biosólidos

61 PRODUCCION DE MATERIA SECA La producción de fangos adoptada para el diseño de la línea de fangos debe de estar del lado de la seguridad para evitar problemas de funcionamiento en la E.D.A.R.: Si se dispone de históricos, adoptar el percentil 85 % Si no se dispone de históricos adoptar la producción media afectada de un coeficiente de seguridad (1,1-1,25)

62 MATERIA VOLATIL El porcentaje de MV es una variable importante para que el fabricante de los equipos establezca su nivel de garantías. Salvo que se tengan referencias al respecto, conviene adoptar valores entre el 60 y el 65 %, en función del tratamiento al que se haya sometido el fango.

63 HORAS SEMANALES DE TRABAJO Dado el bajo nivel de automatización de estas instalaciones es necesaria la atención personal, por lo que las horas de funcionamiento semanales, están relacionadas con la jornada del personal. El funcionamiento normal será de lunes a viernes : 5 días a la semana Las horas diarias depende de si se puede disponer de un turno o dos turnos Un turno : mayor inversión y menor coste de operación Dos turnos: menor inversión y mayor coste de operación Horas por turno: Un turno: 7 horas Dos turnos: 15 horas

64 CONCENTRACIÓN DE ENTRADA Depende de los procesos anteriores En las centrifugadoras es fundamental ya que establece el caudal de alimentación. Sin postespesador se recomienda adoptar concentraciones entre el 3-4 % Con postespesador se recomienda no superar concentraciones del 5 % para evitar infradimensionamientos.

65 CONCENTRACIÓN DE SALIDA Depende del destino de los biosólidos Valores máximos (sin filtros prensa): Fangos primarios frescos > 25 % Fangos mixtos frescos: % Fangos estabilizados por vía anaerobia: % Fangos estabilizados por vía aerobia: % Fangos de aireaciones prolongadas: % Fangos En las centrifugadoras es fundamental ya que establece el caudal de alimentación. Con filtros prensa la sequedad se encuentra entre el 30 y el 40 % en función del tipo de fangos y de los reactivos utilizados.

66 NUMERO DE EQUIPOS A INSTALAR Con un solo turno (7h/d) se recomienda dos unidades Con dos turnos (15 h/d) se recomienda tres unidades Reserva: Si se ha mayorado la producción media de fangos: No se necesita unidad de reserva Si no se ha mayorado: una unidad de reserva. Equipos de preparación de reactivos: dos unidades Equipos periféricos: una unidad de reserva

67 CARACTERIZACIÓN DEL ESCURRIDO La concentración de sólidos en suspensión del escurrido es una variable importante para que el fabricante de los equipos establezca su nivel de garantías. Se recomienda limitar la calidad del escurrido entre y ppm Para tratamientos posteriores con tecnología Anamox se debe de mantener la temperatura por encima de los 30 º C. Atención a los equipos que necesiten agua de lavado

68 CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO DE LOS BIOSÓLIDOS Para facilitar la operación en fines de semana: Con tráfico de camiones limitado Cierre de plantas de reutilización Evitar costes elevados Mínimo: dos días de producción diaria no efectiva

69 PARAMETROS DE DISEÑO Procesos Dosis de reactivos

70 PROCESO: ERAS DE SECADO Depende de las condiciones climáticas: Clima Lluvia anual (mm) Carga kg SS/m2/año Carga h-e/m2 Mediterráneo Continental Duración del ciclo: 8-10 semanas

71 PROCESO: LECHOS DE CARRIZO Carga por m2: Velocidad de filtración: KgSS/m2/año 0,25-0,4 m3/m2/h

72 PROCESO: SACOS DE SECADO Depende de las condiciones climáticas y de las características del equipo de cada fabricante, por lo que no existen, de inicio parámetros de diseño propiamente dichos para esta tecnología.

73 PROCESO: FILTROS DE VACIO Fangos mixtos digeridos por vía anaerobia: kgss/m2/h Fangos digeridos por vía aerobia: kgss/m2/h

74 PROCESO: FILTROS PRENSA Ciclo: Fangos mixtos digeridos por vía anaerobia: 2,5 horas Fangos digeridos por vía aerobia: 3,0 horas Espesor de la torta: mm Ancho máximo de placa: 2 x 2 m

75 PROCESO: FILTROS BANDA Capacidad por ancho de banda: Fangos mixtos digeridos por vía anaerobia: 250 kgss/ml/h Fangos digeridos por vía aerobia: 125 kgss/ml/h Ancho máximo de banda: 2,5 m Caudal de agua de lavado: 5-10 m3/ml/h

76 PROCESO: CENTRIFUGADORAS Depende de las características del equipo de cada fabricante, por lo que no existen, de inicio parámetros de diseño propiamente dichos para esta tecnología, siendo necesario definir los siguientes valores para cada equipo: Caudal de alimentación en m3/h Carga de sólidos de alimentación en kg SS/h

77 DOSIS DE REACTIVOS Depende de las características del fango y de los procesos a los que, previamente, ha sido sometido, especialmente de la M.V. y de la estabilización previa. Para el polielectrolito, y con el mismo criterio conservador, se debería de adoptar valores entre kg/tnms para fangos biológicos provenientes de un estabilización aerobia y de 7-10 kg/tnms para fangos mixtos estabilizados por vía anaerobia. Dosificaciones de polielectrolito con valores inferiores a 5 kg/tnms no deberían de contemplarse en el diseño por razones de seguridad. Para el caso de la cal, las dosificaciones se sitúan entre el % de materia seca y el cloruro férrico entre el 5 y el 10 % de materia seca.

78 SOLICITUD DE OFERTA Cuando se pidan las ofertas para el equipo de deshidratación mecánica de fangos, se recomienda explicitar los datos de diseño que deben de formar parte de las garantías exigidas. Con especial atención a: Capacidades de diseño Caudal en m3/h Capacidad en kg SS/h Sequedades Entrada en % Salida en % Materia volátil en el fango de entrada Concentración de SS en el escurrido en ppm Consumos de reactivo Para la concentración máxima de SS en el escurrido Para la máxima sequedad Consumo de energía en kwh/kg SS Consumo de agua l/kgss

79 PROBLEMAS DE OPERACIÓN Cuando se presenten problemas de operación se recomienda actuar analizando, por orden cronológico, los siguientes aspectos: Variaciones en la concentración del fango de alimentación Dosis insuficiente de reactivos Mala preparación de los reactivos Pérdida de eficacia de la emulsión Punto de dosificación Cambio de las condiciones del fango (concentración, estabilización, MV, etc.)

80 TRATAMIENTO DE ESCURRIDOS I Escurridos en una E.D.A.R.: Espesamiento Deshidratación Escurridos deshidratación tras estabilización anaerobia: Temperatura > 30 º C Altas cargas en nutrientes: Nitrógeno: % de las cargas del agua bruta Fósforo: % de las cargas del agua bruta

81 TRATAMIENTO DE ESCURRIDOS II Caudal 0,5-1,5 % del caudal medio de las aguas residuales DBO5 0,5-1,5 % de la carga media de las aguas residuales ppm SS 1,5-2,5 % de la carga media de las aguas residuales Ppm NTK % de la carga media de las aguas residuales Ppm P % de la carga media de las aguas residuales Ppm

82 TRATAMIENTO DE ESCURRIDOS III Opciones de tratamiento escurridos tratamiento anaerobio: Físico-químico: Solo fósforo Biológicos: Nitrificación-desnitrificación convencional: bacterias AOB+NOB Nitritación-desnitrificación: bacterias AOB Procesos Anamox: Bacterias AOB+ Anammox

83 TRATAMIENTO DE ESCURRIDOS IV

84 TRATAMIENTO DE ESCURRIDOS V Comparativa entre sistema convencional y nitritación: Parámetro Oxígeno Materia orgánica Producción de fangos Kg O 2 + Kg N-NH 4 Kg DQO + Kg N-NH 4 Kg SS Kg N-NH 4 NOB 4,57 2,80-2,90 1,0-1,2 AOB 3,43 1,65-1,75 0,8-0,9

85 TRATAMIENTO DE ESCURRIDOS VI Sistemas AOB: Edades del fango bajas: 1-2 días Sistemas: SBR Reactores en serie

86 TRATAMIENTO DE ESCURRIDOS VII Sistema Anammox: proceso biológico en el que ciertos microorganismos, en condiciones anaerobias, convierten el amonio en nitrógeno gaseoso, empleando el nitrito como aceptador de electrones. NH4+ + 1,3 NO > 1,02 N2 + 0,26 NO H2O Parámetro Oxígeno Materia orgánica Producción de fangos Kg O 2 + Kg N-NH 4 Kg DQO + Kg N-NH 4 Kg SS Kg N-NH 4 AOB 3,43 1,65-1,75 0,8-0,9 Anammox - - 0,1-0,2

87 TRATAMIENTO DE ESCURRIDOS VIII Sistema Anammox: Temperatura: º C TRC: > 20 días

88 SECADO SOLAR I

89 SECADO SOLAR II

90 SECADO SOLAR III

91 SECADO SOLAR IV Ventajas: Baja producción de biosólidos Bajo consumo energético Fácil de operar Inconvenientes. Dependiente de la zona, es sensible a las horas solares anuales Necesidad de superficie Necesita un sistema de desodorización del aire interior

92 SECADO El objeto del secado de fangos es: Reducir su volumen Reducir patógenos Facilitar su transporte y disposición Tipos: Térmico Solar

93 SECADO TERMICO

94 SECADO TERMICO Ventajas: Baja producción de biosólidos Compatible con sistemas de cogeneración Inconvenientes. Alto coste de Instalación Alto coste energético Alto coste de operación si no va asociado a sistemas de cogeneración. Necesidad de personal cualificado

95 PRODUCCION DE BIOSÓLIDOS En contra de las tendencias vigentes, actualmente se considera que la línea de agua debe de diseñarse paran producir la máxima cantidad de fangos de buena calidad, esto supone: Obtener fangos con mayor MV Reducir al mínimo los reactivos químicos Reducir los consumos eléctricos

96 RESUMEN Una E.D.A.R. es una fábrica de biosólidos Diseñar con una producción de fangos mayorada Atención a la preparación de reactivos Agua potable Agua industrial Equipos de preparación de polielectrolito: 2 mínimo Reducir cuellos de botella: Duplicar equipos: tornillos y bombas de biosólidos Ubicación de equipos de deshidratación en zonas elevadas Incompatibilidad de los escurridos con sistemas Anamox o similares Temperatura de los fangos Limitar las garantías de los fabricantes Mantenimiento preventivo

97 EJEMPLO DISEÑO I

98 EJEMPLO DISEÑO II

99 EJEMPLO DISEÑO III

100 EJEMPLO DISEÑO IV

101 EJEMPLO DISEÑO V

102 EJEMPLO DISEÑO VI

103 EJEMPLO DISEÑO VII

104 EJEMPLO DISEÑO VIII