Líderes en Energía DC Water, Washington, DC, USA

ACODAL 58 Congreso Internacional: Taller Gestión de la Energía para Empresas de Acueducto y Alcantarillado de Latinoamérica y el Caribe Líderes en Energía DC Water, Washington, DC, USA Jaime A. Alba, P.E. Ingeniero de Control de Procesos en DC Water Jaime.Alba@dcwater.com 10-11 Septiembre 2015 Santa Marta, Colombia

Información General Blue Plains Tiene una cobertura de aproximadamente 2.2 millones de personas District of Columbia + porciones de los estados de Maryland y Virginia El sistema de alcantarillado tiene una longitud aproximada de 1,800 millas (aprox. 2,900 Km) Caudales Combinados (alcantarillado y aguas lluvias)

Información General Blue Plains Es considerada la PTAR avanzada (nitrificación/desnitrificación y filtrado) más grande del mundo Tiene una cobertura de un área aproximada de 725 millas cuadradas (188,000 Hectáreas o 1,900 Km 2 ) Ocupa aproximadamente 150 acres (61 Hectáreas o 0.61 Km 2 ) Caudal promedio de diseño de 370 mgd (16.2 m 3 /s) y un caudal máximo/pico de 1.076 billones de galones al día (47.14 m 3 /s)

Información General Blue Plains La PTAR Avanzada de Blue Plains consiste de los siguientes procesos: Tratamiento preliminar Tratamiento primario químicamente mejorado (CEPT) Tratamiento secundario de lodos activados Nitrificación / desnitrificación Filtrado Cloración / decloración) Aireación posterior

Información General Blue Plains Permisos: Sólidos Suspendidos Totales 7.0 mg/l Demanda Carbónica Bioquímica de Oxígeno 5.0 mg/l Fósforo Total 0.18 mg/l promedio mensual Nitrógeno Total 3.8 mg/l

Consumo de Energía en Blue Plains Antes de Clorinación <1% Manejo de lodos 14% Misc 10% Edificios 5% Filtrado 10% Sedimentación y Nitrificación + RAS Bombeo de filtrado 7% 5% Bombeo y tratamiento preliminar 4% Tratamiento primario 4% Aireación secundaria 14% Sedimentación secundaria + RAS 7% Aireación de nitrificación 20%

Tunnel Dewatering Pump Station & Enhanced Clarification Facility $300 million New Biosolids Management Program $407 million Dual Purpose Sed Basins Upgrade $18 million- New Filtrate Treatment Process $84 million Enhanced Nutrient Removal Facilities $340 million Upgrade & expansion of the Nit/ Denit system Upgrade of the Secondary High Rate System $26 million

Remoción Mejorada de Nitrógeno (ENR) El programa ENR que se encuentra en la etapa final de ser implementado, consistió tanto de edificios nuevos como de mejoras a edificios existentes para cumplir con los nuevos límites de nitrógeno total que pueden ser descargados al río y que se incluyeron en el nuevo permiso que entró en vigencia este año (2015) Difusores de burbujas finas 72 mezcladores de 70 HP fueron reemplazados con mezcladores eficientes Invent TM de 12 HP

Remoción Mejorada de Nitrógeno (ENR) Se removió un soplador de 5,000 HP El consumo de energía de la planta se redujo de aproximadamente 32 MW a aproximadamente 28 MW

Remoción Mejorada de Nitrógeno (ENR)

Programa de Biosólidos en Blue Plains En 1938, la planta contaba con digestores y generaba la energía necesaria para operar Únicamente tratamiento primario Digestores enterrados Motores generadores de electricidad Quemadores

Programa de Biosólidos en Blue Plains Los digestores de la planta con tratamiento primario fueron puestos fuera de servicio en el año 2000 Para el reemplazo de los digestores se realizaron varios estudios y evaluaciones de factibilidad Diseños preliminares proponía instalar 8 digestores ovalados

Programa de Biosólidos en Blue Plains

Programa de Biosólidos en Blue Plains Los diseños preliminares proyectaron la necesidad de una capacidad de almacenamiento de 45 millones de galones (170,000 m 3 ) El costo era gigante y se elevó más por falta de competencia Se continuo con la investigación y evaluación de alternativas 12 alternativas fueron consideradas y evaluadas

Programa de Biosólidos en Blue Plains Se compararon los costos de operación y mantenimiento Se evaluó el consumo de energía y la generación de energía renovable Había limitación en el espacio disponible Se compararon las proyecciones de la reducción de emisiones de gases contaminantes

Programa de Biosólidos en Blue Plains Se visitaron 10 plantas que utilizaban hidrólisis térmica en Europa La hidrólisis térmica ya se había desarrollado e implementado en gran escala entre 1995 y 2008 Anglian Water s Cotton Valley Plant, UK

Programa de Biosólidos en Blue Plains Digestión anaeróbica Menor cantidad de volumen requerido y mejor aprovechamiento del espacio disponible Tecnología de hidrólisis térmica y Cambi TM ya comprobada e implementada a gran escala en Europa Producción de lodos bien deshidratados y de alta calidad Producción de lodos Clase A Mejor escenario para la reducción de emisión de gases contaminantes 25

Programa de Biosólidos en Blue Plains Estabilización de biosólidos para la reducción de patógenos antes de ser transportados en camiones a tierras de cultivos Los biosólidos se aplican de nuevo a la tierra, reciclando el carbón y los nutrientes (nitrógeno y fósforo) Los biosólidos generados eran clase B y soportan la agricultura, silvicultura, recuperación de minas y producción de compostaje

Programa de Biosólidos en Blue Plains Los sistemas de bandas transportadoras necesitaban ser reparados/cambiados En el año 2009, DC Water lanzó el programa para convertir el proceso de estabilización de los sólidos de Clase B generados en un proceso confiable que generara lodos Clase A Se seleccionó el proceso de hidrólisis térmica seguida de digestores anaeróbicos por su habilidad única de convertir los lodos en biosólidos estables Clase A y con un bajo nivel de olores

Programa de Biosólidos en Blue Plains

Deshidratación Preliminar

Deshidratación Preliminar Deshidratación Preliminar - Centrífugas Lodos deshidratados caen directamente en las tolvas Tolva s Lodos del 15 al 18% Bombeo a Cambi TM (distancia reducida) Se redujo la distancia de bombeo de los lodos deshidratados hasta Cambi TM Los lodos deshidratados finalmente requieren una banda transportadora independiente únicamente

Cambi TM THP El programa se centró en la implementación del sistema de hidrólisis térmica de Cambi TM, digestores anaeróbicos, y deshidratación final por medio de filtros prensa de banda La tecnología de hidrólisis térmica de Cambi TM ya utilizada en Europa no había sido adoptada en Estados Unidos Cambi TM permitió que el volumen requerido en los digestores se redujera considerablemente en aproximadamente un 50%

Cambi TM THP Permite que se alimenten los digestores con lodos en concentraciones mayores de lo normal (10% comparado con el tradicional 5%) Se generan biosólidos Clase A DC Water es la primera planta en implementar este tipo de tecnología en Estados Unidos Es la instalación mas grande a nivel mundial de esta tecnología

Despulpadora entran lodos de 15 a 18.5 %TS Se precalientan a 60-99 C con vapor reciclado Mezclado Reactores Proceso por lotes Se calienta a 150-180 C 3.7-9.5 bar 22-30 minute detention time Tanque de Expansión Despresurización Enfriamiento a 70-115 C 8-12 %TS hacia los digestores

Cambi TM THP

Digestores Anaeróbicos 4 digestores anaeróbicos de 3.8 millones de galones (15,000 m 3 ) Diámetro aproximado de 100 ft (30.48 m) Altura aproximada de 67 ft (20.4 m) Producción de gas metano alrededor del 65%

Digestores Anaeróbicos

Filtros Prensa de Banda Concentraciones bajas de olores Prensas de alta calidad y desempeño Alta eficiencia en la captura de sólidos Genera lodos de aproximadamente mas de 30% de concentración (tradicionalmente entre 16% y 18%)

Filtros Prensa de Banda Lodos y polímero condicionado Entrada de lodos Estación de lavado de la banda Zona de gravedad Zona de alta presión Zona de baja presión Estación de lavado de la banda Lodos deshidratados

Filtros Prensa de Banda

Cogeneración (CHP) Se seleccionó el sistema de cogeneración basada en turbinas por su habilidad de utilizar biogás para producir el vapor necesario para el proceso de hidrólisis térmica y energía eléctrica La generación del vapor requerido para el funcionamiento de Cambi TM es generado por el sistema de generadores de vapor por medio de la recuperación de calor (heat recovery steam generators HRSGs) Las turbinas tienen una capacidad máxima de 13 MW, de los cuales se están generando alrededor de 10 MW netos de energía renovable

Cogeneración (CHP) Baja emisión de gases contaminantes Alto desempeño comprobado con biogás Cumple con la demanda de vapor necesaria para Cambi TM

Cogeneración (CHP)

Diagrama de flujo del proceso de Biosólidos Espesadores por Gravedad R R DAFTs Energía Vapor Emisiones Tratamiento de Biogas y Cogeneración Biogas Tanques de Mezclado Cribado y Deshidratación R Cambi THP Lime Digestión Anaeróbica Deshidratación Final Reciclaje de líquidos Carga Deshidratación Mezclado Almacenamiento y carga R Clase A R Clase B

Tipo de Proyectos Espesadores por Gravedad R Tanques de Mezclado R DAFTs Cribado y Deshidratación R Deshidratación R Energía DB Vapor Emisiones Cambi THP Lime Mezclado DBO Tratamiento de Biogas y Cogeneración Biogas Digestión Anaeróbica Almacenamiento y carga Clase B Deshidratación Final Reciclaje de líquidos R DBB Carga Clase A

Beneficios Se eliminó la necesidad de estabilizar los sólidos (sólo para casos extremos) Se redujo la cantidad de biosólidos generados en aproximadamente un 50% Produce biosólidos Clase A que tiene más usos que los biosólidos clase B, como para la recuperación de suelos Se puede vender en tiendas Árboles Secuestro de carbono

Beneficios Se redujo la emisión de gases contaminantes (huella de carbono) Se redujo el transporte de lodos aproximadamente en 1.7 millones de millas (2.7 millones de Km) por año Cogeneración de energía renovable de un promedio neto de 10 MW

Beneficios Se estima que DC Water va a reducir costos en el transporte de biosólidos en aproximadamente USD$10 miliones al año Se estima que DC Water va a reducir los costos del consumo de energía eléctrica entre aproximadamente USD$6 a USD$8 millones al año disminuyendo su demanda de electricidad en un tercio (DC Water es la entidad que mas consume electricidad en el área)

Consumo de Energía (MW) Consumo de Energía Proyectada en Blue Plains 35 30 25 20 15 10 5 0 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Año

Summary Beneficios of Benefits 40 MW 31 MW 28 MW 25 MW 20.5 MW 19 MW Enero, 2015 Julio, 2015 10 MW

Adicionalmente Se continúa con la aplicación de biosólidos Clase A en la agricultura Se genera un producto mezclado para los suelos (similar al compostaje) Se usa el producto alrededor de la zona urbana para la plantación de árboles, infraestructura verde, regeneración, etc.

Jardín y Compostaje en Blue Plains

Energía solar Adicionalmente Co-digestión Remoción de nitrógeno por atajo

Conclusiones Se están cumpliendo los objetivos principales: La reducción del consumo de energía El mejoramiento de la auto sostenibilidad de la planta (cogeneración) La reducción de la huella de carbono Le reutilización de recursos (energías renovables) La investigación es muy importante en el desarrollo, evaluación, y estudios de factibilidad de tecnologías nuevas Los acuerdos y convenios con entidades académicas son de vital importancia

Preguntas?