Tratamiento biológico de la EDAR de Ence Navia mediante el proceso combinado BASTM Ence seleccionó Veolia Water Solutions & Technologies para el proyecto de diseño y construcción de la ampliación de su depuradora de aguas residuales (EDAR) para su factoría de Navia. Garbiñe Manterola Agirrezabalaga; Gorka Zalakain Veolia Water Systems Ibérica, S.L. 1. INTRODUCCIÓN Ence es el líder europeo en producción de celulosa de eucalipto, primera empresa española en producción de energía renovable con biomasa forestal y líder en España en la gestión integral y responsable de superficies y cultivos forestales. Ence tiene una capacidad de producción de 930.000 toneladas/año de celulosa de eucalipto de alta calidad en sus plantas de Navia (Asturias) y Pontevedra, en las que aplica las tecnologías más respetuosas con el medio ambiente y procesos de mejora continua para reforzar su competitividad y su calidad. Además, Ence está a la cabeza en la producción de energía renovable con biomasa en España, con una potencia instalada de 220 MW de biomasa. El centro de operaciones de Navia (Asturias) es una de las dos fábricas con que cuenta la compañía y tiene una capacidad de producción de 520.000 toneladas de celulosa al año. En ella se emplea el proceso ECF (Elemental Chlorine Free), en el que se sustituye el cloro elemental por dióxido de cloro para impedir la contaminación con dioxinas. En su misión de ser una 44 AT Veolia.indd 44 empresa de referencia en la producción de celulosa y energía renovable con biomasa y a su vez comprometida con su entorno y desarrollo sostenible, Ence Navia tomó la decisión de mejorar sustancialmente su planta de tratamiento de aguas residuales y mejorar la calidad del vertido. Tras evaluar la oferta tecnológica existente en el mercado, Ence seleccionó Veolia Water Solutions & Technologies para el proyecto de diseño y construcción de la ampliación de su depuradora de aguas residuales (EDAR) para su factoría de Navia. La EDAR existente contaba con un tratamiento primario para la eliminación de sólidos y ajuste de ph previo a su vertido. La ampliación propuesta incluía tratar el efluente del tratamiento primario mediante un sistema de refrigeración de agua, seguido de un tratamiento biológico con tecnología avanzada, el proceso Biofilm Activated sludge (BASTM) de AnoxKaldnes, división tecnológica de Veolia Water Systems Ibérica. El proceso BASTM integra reactores de lecho móvil MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) de AnoxKaldnes con reactores con- abril/junio 2016 17/05/2016 15:55:26
TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE LA EDAR DE ENCE NAVIA vencionales de fangos activos. Como parte del sistema BAS TM, el proyecto también incluía la construcción de decantadores secundarios con el objetivo de separar el agua ya tratada y el fango generado en los reactores de fangos activos. Por último, el proyecto constructivo también albergaba la ampliación del tratamiento de fangos primarios ya existente para poder tratar los fangos producidos en el nuevo tratamiento biológico. Tras la firma del contrato en marzo del 2012, se emprendieron las labores de construcción para proceder a su puesta en marcha completa en septiembre del 2013. Desde el inicio de la puesta en marcha, la EDAR ha presentado una operación más que satisfactoria y la calidad de vertido de la factoría de Navia ha mejorado sustancialmente. 2. TECNOLOGÍA DE LECHO MÓVIL. PROCESO BAS TM AnoxKaldnes, división de Veolia Water Technologies y líder mundial en el desarrollo de la tecnología de lecho móvil para el tratamiento de aguas residuales, lleva décadas trabajando en la creación y optimización de sistemas idóneos para satisfacer las necesidades de la industria de la pasta y el papel. Prueba de ello son el centenar de referencias AnoxKaldnes TM MBBR y BAS TM existentes en el sector papelero, repartidas en más de una veintena de países (Tabla 2.1). Basándose en esta dilatada experiencia y considerando las características particulares de la planta de producción de celulosa de Ence Navia, Veolia propuso como mejor opción para el tratamiento secundario de sus aguas residuales un proceso BAS TM con limitación de nutrientes, una solución técnico-económica corroborada para este tipo de casos. Nº referencias Nº países Plantas en sector pasta y papel 104 23 Plantas industriales (incluidos P&P) 418 48 Plantas en sector pasta y papel 328 38 Plantas totales 746 55 Tabla 2.1. Número de referencias existentes clasificadas por tipología de aguas residuales tratados El proceso BAS TM consiste en instalar un sistema mixto en el cual la carga contaminante influente es tratada por una combinación de biomasa adherida a soporte móvil [1] y biomasa en suspensión (ver Figura 2.1). Se trata de implantar una primera etapa con reactores de lecho móvil seguido de una segunda etapa de reactores de fangos activos [2]. Un adecuado diseño del proceso da lugar a un dimensionamiento óptimo de la etapa de fangos activos junto con un robusto reactor de biopelícula MBBR capaz de soportar los picos de cargas contaminantes, frecuentes en aguas residuales del sector papelero. El resultado es el de un tratamiento eficaz y robusto para cualquier tipo de aguas industriales. Figura 2.1. Esquema básico del proceso BAS TM para la eliminación de materia orgánica de aguas residuales. El reactor de lecho móvil MBBR inicial está diseñado para eliminar los compuestos más fácilmente biodegradables, reduciendo el volumen global de la instalación y mejorando las propiedades de sedimentabilidad del fango. Este primer reactor proporciona a su vez gran estabilidad ante variaciones de carga en el influente, amortigua los picos de carga y los efectos de cualquier tóxico o inhibidor, eliminando entre el 50-70% de la DBO de llegada. Además, este pretratamiento aumenta entre 2 y 3 veces la capacidad de tratamiento en comparación a un proceso convencional de fangos activos, requiriendo un menor volumen de reactores. Para este sistema es preciso incluir una recirculación de fangos, mediante la que se generará un cultivo mixto en el reactor de fangos activos, donde se combinará la biomasa en suspensión con la biopelícula generada en el reactor de lecho móvil previo. Por otra parte, el proceso BAS mejora las características del fango activo haciéndolo más estable y con una calidad del fango más fácil de deshidratar. Particularmente, el denominado proceso BAS TM con limitación de nutrientes implica implantar una estrategia de ajuste que permite reducir la producción de fangos en los casos en que se requiera de una dosificación externa de nutrientes. En la etapa de biopelícula o MBBR la materia orgánica presente en el agua es transformada en polisacáridos que posteriormente se convierten en nueva biomasa en el reactor de fangos activos. La producción y consumo de polisacáridos suponen un consumo de energía para las bacterias, lo que limita su crecimiento y, por lo tanto, se traduce en una producción de fangos menor y una reducción de costes operacionales relacionados con www.industriambiente.com 45 AT Veolia.indd 45 17/05/2016 15:55:27
RENOVABLES El denominado proceso BAS TM con limitación de nutrientes implica implantar una estrategia de ajuste que permite reducir la producción de fangos en los casos en que se requiera de una dosificación externa de nutrientes su tratamiento. El sistema BAS TM con limitación de nutrientes permite disminuir la producción de fangos secundarios y la cantidad de nutrientes necesaria para alcanzar una adecuada eliminación de materia orgánica influente. 3. CONFIGURACIÓN Y DIMENSIONAMIENTO DE LA EDAR DE ENCE NAVIA El dimensionamiento del proceso BAS TM se basó en una metodología de diseño desarrollado por AnoxKaldnes, contrastado con numerosos estudios y resultados de plantas reales. Además, para su optimización se llevó a cabo un estudio experimental a escala piloto en las propias dependencias de Ence Navia y con agua residual real durante los meses de julio y septiembre del año 2011 (Figura 3.1.). Figura 3.1. Vista general de los reactores biológicos y sedimentador secundario de la planta piloto empleado en el estudio piloto en las instalaciones de Ence Navia En la tabla 3.1. se resumen las principales características del agua de entrada tras su paso por el pre-tratamiento y tratamiento primario, valores que fueron empleados por Veolia para el dimensionamiento final del tratamiento biológico de la EDAR. Parámetro Unidad Valor Qdiseño m3/d 50.000 Carga DQO total kg DQOt/d kg DBO5/d 48.000 24.000 Carga SST kg SST/d 10.000 Tª ºC 35-38 Tabla 3.1. Características principales del agua de entrada empleadas para el diseño del tratamiento biológico 3.1.Pretratamiento y tratamiento primario Las aguas residuales generadas en el sistema de producción de Papelera Ence Navia se recogen y mezclan antes de la etapa de pre-tratamiento ya existente previo al proyecto de ampliación. Dicho pre-tratamiento consta de una unidad de desbaste y una reja automática para eliminar los sólidos gruesos presentes en el agua. Antes de la entrada a la reja automática existe un ajuste de ph mediantes reactivos químicos. Posteriormente el agua pasa a un decantador primario en el que se eliminan gran parte de los sólidos y arenas del influente. El agua ya pre-tratada es bombeada al tratamiento biológico para proseguir con su depuración. 3.2. Sistema de refrigeración La temperatura de las aguas residuales producidas en Papelera Ence Navia es elevada y para asegurar un buen funcionamiento del proceso biológico es necesario enfriar la corriente antes de su entrada al proceso BAS TM. Para tal fin, se instaló un sistema de refrigeración, compuesto de intercambiadores de calor de placas planas, para evitar temperaturas de entrada al sistema biológico superiores a los 38ºC. 3.3. Sistema BAS TM A partir de los datos disponibles, Veolia propuso como mejor alternativa para el tratamiento secundario construir un sistema BAS TM para eliminar la materia orgánica biodegradable disuelta en el vertido. El sistema BAS TM consta de dos líneas paralelas de tratamiento independientes, cada una de ellas formada de dos reactores MBBR consecutivos seguidos de un reactor de fangos activos. Además, la salida de los reactores de fangos activos es conducida a dos decantadores secundarios idénticos en el que se separa el fango producido y el agua ya depurada. Los reactores MBBR y reactores de fangos activos son la parte principal del sistema de tratamiento biológico, y su control es llevado a cabo a través de la señal de oxígeno disuelto. Además, para una correcta eliminación 46 abril/junio 2016 AT Veolia.indd 46 17/05/2016 15:55:28
I+D PARA LA MEJORA DE LA OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO EN PLANTAS TERMOSOLARES de materia orgánica los microorganismos necesitan un aporte externo de nitrógeno y fósforo, al no contener el agua residual cantidad suficiente de estos nutrientes. Para tal fin, se instalaron sistemas de dosificación de urea líquida y ácido fosfórico en la entrada de los reactores MBBR. La cantidad de los dos reactivos a adicionar es ajustada en todo momento para alcanzar las condiciones de un proceso BAS TM con limitación de nutrientes y así reducir los costes operacionales asociados al tratamiento de fangos y el consumo de reactivos. Figura 3.2. Vista de los reactores MBBR y fangos activos del sistema BAS TM instalado en la EDAR de Ence Navia. Los reactores MBBR están provistos de un sistema de parrillas de aireación de burbuja gruesa. Cada una de ellas está formada por tubos perforados colocados en el fondo de cada uno de los reactores y que distribuyen el aire por todo el reactor res MBBR mediante colectores de salida circulares de chapa perforada en acero inoxidable. Así, el agua residual atraviesa los dos reactores MBBR en serie y a través de los colectores de salida del segundo MBBR de cada línea pasa al reactor de fangos activos. Los reactores MBBR están provistos de un sistema de parrillas de aireación de burbuja gruesa. Cada una de estas parrillas está formada por tubos perforados colocados en el fondo de cada uno de los reactores y que distribuyen el aire por todo el reactor. El aire se introduce en las parrillas mediante bajantes que poseen válvulas manuales para la correcta distribución de aire. El aire introducido tiene el doble objetivo de aportar oxígeno para la respiración aerobia y de mantener en suspensión el soporte plástico. Como ya se ha mencionado en el apartado anterior, en cada uno de los reactores se dispone de medidores on-line de la concentración de oxígeno disuelto que permiten controlar el proceso biológico. 3.3.1. Reactores AnoxKaldnes TM MBBR El agua residual pre-tratada es bombeada a cabeza de los reactores MBBR, cuatro reactores idénticos divididos en dos líneas separadas. Es decir, para cada una de las líneas se construyeron dos reactores o tanques MBBR que se operan en serie. Estos reactores MBBR contienen soporte plástico tipo K3 de AnoxKaldnes en el que se desarrolla una biopelícula rica en microorganismos aclimatados a los compuestos orgánicos presentes en el agua. Los soportes plásticos son retenidos en los reacto- Parámetro Unidad Valor HRTtotal h 9,3 VTOTAL m3 19.400 VMBBR m3 5.800 VFA m3 13.600 Tipo de carrier --- AnoxKaldnes K3 Superfície protegida K3 m2/m3 500 Tabla 3.2. Parámetros principales de proceso adoptados para la construcción del sistema BAS TM Figura 3.3. Soporte plástico tipo K3 de AnosKaldnes introducido en los reactores MBBR del sistema BAS TM instalado en la EDAR de Ence Navia 3.3.2. Reactores de fangos activos El agua de salida de los últimos reactores MBBR de cada línea pasa al reactor de fangos activos, que también disponen de un sistema de distribución de aire igual al de los reactores MBBR, parrillas de aireación, que aportan el oxígeno necesario para la oxidación de compuestos orgánicos y aseguran una mezcla completa de la biomasa en suspensión dentro de los tanques. El control de la aireación se realiza mediante medidores on-line de concentración de oxígeno disuelto situados a lo largo de los AT Veolia.indd 47 17/05/2016 15:55:29
RENOVABLES dos reactores de fangos activos. La salida del reactor de fangos activos de cada línea se recoge en la arqueta de salida y posteriormente es conducida a los dos decantadores secundarios con el fin de separar el agua tratada y los sólidos generados. 3.3.3. Decantación secundaria Se construyeron dos decantadores circulares secundarios para lograr una separación satisfactoria del fango biológico producido en los reactores de fangos activos y el agua efluente libre de sólidos. A su vez, se incorporó una recirculación externa desde el fondo de los decantadores hasta la parte inicial de los reactores de fangos activos para mantener la concentración de diseño de sólidos en los reactores de fangos activos y así tener una cantidad de biomasa adecuada. El efluente de salida de cada decantador secundario sale por rebose y se junta en un pozo de registro para pasar posteriormente al depósito de regulación existente. Desde la arqueta de recogida de fangos se extrae también un caudal de purga de fangos que representa el exceso de lodos del proceso biológico y permite ajustar la concentración de sólidos de los reactores de fangos activos. El caudal purgado es llevado a la línea de fangos para su tratamiento y disposición final. forma continua a la planta biológica. Durante las tres primeras semanas la planta se alimentó con un 40-50% de caudal respecto al caudal medio de diseño con el objetivo de evitar posibles riesgos asociados a la puesta en marcha y ajustar de una forma más adecuada las condiciones ambientales para los microorganismos (Oxígeno Disuelto (OD), dosificación de nutrientes, etc.). Paulatinamente se subió el caudal desviado a la planta para empezar a tratar todo el caudal de agua a comienzos del mes de septiembre. Durante las primeras semanas se realizó un seguimiento exhaustivo del sistema biológico y se realizaron los ajustes pertinentes de los parámetros operacionales (requerimientos de aireación, caudal de recirculación de fangos, caudal de purga de fangos, dosis de nutrientes, etc.) para alcanzar un proceso estable y un desarrollo adecuado de biomasa en forma de biopelícula en los reactores MBBR y biomasa en suspensión en los reactores de fangos activos. Tras cuatro semanas desde el arranque, se alcanzó un régimen estacionario del proceso BAS TM, tratando todo el caudal de aguas residuales generado en la planta de producción. Desde el arranque del proceso biológico se observó un desarrollo adecuado del proceso biológico y tras varias semanas de funcionamiento se alcanzó un régimen estacionario adecuado de la planta. La carga contaminante eliminada en la planta fue en constante aumento y la calidad del agua de salida mejoró paulatinamente durante estas primeras semanas. Tras esta puesta en marcha y arranque del sistema biológico la planta ha sido capaz de eliminar de manera estable la totalidad de la carga orgánica biodegradable sin episodios negativos significativos, lo que confirma la efectividad del diseño seleccionado (ver Figura 4.1.). Figura 3.4. Vista de uno de los decantadores secundarios del sistema BAS TM instalado en la EDAR de Ence Navia. 4. INSTALACIÓN, PUESTA EN MARCHA Y RESULTADOS DEL TRATAMIENTO Tras las labores constructivas de las principales unidades, la instalación de los equipos electromecánicos y el arranque y puesta en marcha de los mismos, durante el mes de agosto y septiembre del año 2013 se procedió al arranque completo de la EDAR de Ence Navia. Tras introducir el soporte plástico en los reactores MBBR y llevar a cabo las pruebas preliminares necesarias, a mediados de agosto se empezó a pasar agua influente de Figura 4.1. Evolución temporal del rendimiento de eliminación de la DQO filtrada en el tratamiento BAS TM de la EDAR de Ence Navia 48 abril/junio 2016 FIN ea AR FIC ab EF Cre CR DE Cr AT Veolia.indd 48 17/05/2016 15:55:31
I+D PARA LA MEJORA DE LA OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO EN PLANTAS TERMOSOLARES Durante los meses de operación de la EDAR ésta ha hecho frente a dos paradas anuales programadas de la planta de producción. En estas paradas anuales se ha comprobado que el proceso BAS TM permite re-arrancar el proceso biológico de manera efectiva y rápida sin detrimento considerable de los rendimientos de eliminación durante las primeras semanas después de la parada. El hecho de que parte de la biomasa activa encargada de la eliminación de materia orgánica esté en forma de biopelícula sobre la superficie del soporte plástico de los reactores MBBR permite obtener rendimientos de eliminación de materia orgánica casi instantáneos con la entrada del agua tras la parada anual. Además, también permite lograr estabilizar el funcionamiento de los reactores de fangos activos en un periodo de tiempo muy bajo. 5. CONCLUSIONES El presente artículo recoge la descripción del diseño del tratamiento biológico basado en la tecnología BAS TM de AnoxKaldnes de la EDAR de Ence Navia, situada en Asturias, y los principales datos de operación desde su puesta en marcha en septiembre del 2013. La puesta en marcha y la operación de la EDAR durante más de 2 años corrobora la idoneidad de la tecnología BAS TM para el tratamiento de aguas residuales producidas en la planta de producción de celulosa de Ence Navia. Durante los meses de operación se ha alcanzado un proceso estable y robusto, gracias a la robustez de la primera etapa MBBR. Además, se ha confirmado que el proceso BAS TM tiene un re-arranque rápido y alcanza una operación correcta de manera efectiva tras las paradas anuales de producción. Al seleccionarse un proceso BAS TM con limitación de nutrientes, la dosificación de urea y ácido fosfórico se ha Desde el arranque del proceso biológico se observó un desarrollo adecuado del proceso biológico y tras varias semanas de funcionamiento se alcanzó un régimen estacionario adecuado de la planta reducido al mínimo y ha conllevado a una reducción en la producción de fangos a tratar en la línea de fangos. Por lo tanto, la instalación de esta tecnología avanzada ha permitido no sólo lograr un proceso robusto y estable sino que también ha supuesto una reducción atractiva a los costes asociados a los consumos de reactivos químicos y al tratamiento de fangos. La estabilidad en la operación, los bajos costes operacionales comparados con un tratamiento convencional de fangos activos así como los resultados satisfactorios alcanzados en el efluente de la planta confirman que la tecnología de lecho móvil y, particularmente, el sistema BAS TM es una solución atractiva para el tratamiento de las aguas residuales del sector de la pasta y el papel. [1] Christensson, M.; Welander, T. (2004). Treatment of municipal wastewater in a hybrid process using a new suspended carrier with large Surface área. Water Science & Technology, núm. 49 (11-12), págs. 207-211. [2] Malmqvist, Å.; Welander, T.; Olsson, L.E. (2007). Long-term experience with the nutrient limited BAS process for treatment of forest industry wastewater. Water Science & Technology, núm. 55 (6), págs. 89-97. [3] Welander, T.; Olsson, L.E.; Fasth, C. (2001). Nutrient limited biofilm pretreatment an efficient way of upgrading activated sludge plants for lower sludge production and improved sludge separability. Tappi Journal, núm. 1, págs. 20-26. FINIR IDENTIFICAR CREAR ELABORAR ear Elaborar ar DEFINIR IDENTIFICAR CREAR ELABORAR DEFINIR IDENTIFICAR CREAR ELA r I AR Definir Identificar Crear Elaborar Defi nir Identifi car Crear Elaborar DEFINIR IDEN FICAR CREAR R ELABORAR DEFINIR IDENTIFICAR CREAR ELABORAR Defi nir Identifi car Crear aborar Defi nir Identifi car Crear Elaborar DEFINIR IDENTIFICAR CREAR ELABORAR www.emailmedia.es info@emailmedia.es EFINIR IDENTIFICAR CREAR ELABORAR Defi nir Identifi car Crear Elaborar Defi nir Identifi car rar DEFINIR IDENTIFIC ICA Crear Elaborar DEFINIR IDENTIFICAR CREAR ELABORAR DEFINIR IDENTIFICAR CREAR ELABORAR Defi nir Identifi car Crear r Elaborar Defi nir Identifi car Crear Elaborar DEFINIR emailmedia genera mayor y mejor volumen de contactos comerciales de alta calidad gracias a la posibilidad de incluir sus documentos, manuales, información técnica, catálogos etc en el comunicado a nuestros usuarios y lectores. DENTIFICAR CREAR ELABORAR DEFINIR IDENTIFICAR IF CREAR ELABORAR Defi nir Identifi car Crear Elaborar Defi nir Identifi car Crear Elaborar DEFINIR IDENTIFICAR CREAR ELA DEFINIR IDENTIFICAR CREAR ELABORAR Defi nir Identifi car Crear Elaborar Defi nir Ide AT Veolia.indd 49 17/05/2016 15:55:32