Recarga de acuíferos con agua regenerada mediante … · Grupos de calidad según límites RD 1620 / 07 Aplicaciones Calidad E.Coli (ufc/100 ml) H Nemat. (uds/10 l) Legionella spp

Recarga de acuíferos con agua regenerada mediante tratamientos avanzados

Jornada Recarga Artificial de Acuíferos en España Madrid, 14 de Abril de 2011

1.  Un poco de historia

2.  Marco legislativo en España / Análisis económico

de alternativas

3.  Alternativas de tratamientos avanzados

4.  Referencias significativas en reutilización

5.  Conclusiones

Contenido

Un poco de historia

Un poco de historia

Un poco de historia

Un poco de historia

El nombre de las cosas

AGUA REGENERADA

•  Es aquel agua residual que después de ser sometida a un proceso de tratamiento, su calidad es satisfactoria para un uso en particular (Takeshi Asano, 1998)

•  Por lo tanto, el agua regenerada no deja de ser una “agua residual tratada” o un “efluente tratado” que cumple unos criterios de calidad para un nuevo uso concreto.

•  No obstante, la expresión “agua regenerada” es cada día mas utilizada en la literatura internacional y evita la asociación de ideas con el término “agua residual”.

El nombre de las cosas

AGUA REGENERADA

Natural Planificada

Marco legislativo en España

Análisis económico de alternativas

Real Decreto 1620 / 2007 USOS URBANOS USOS AGRÍCOLAS USOS INDUSTRIALES

1.1 Residencial: a)  Riego de jardines privados b)  Descarga de aparatos sanitarios

1.2 Servicios a)  Riego de zonas verdes urbanas

(parques, campos deportivos, etc)

b)  Baldeo de calles c)  Sistemas contra incendios d)  Lavado industrial de vehículos

2.1 a) Riego de cultivos con contacto directo entre agua regenerada y las partes comestibles para alimentación humana en fresco.

2.2 a) Riego de cultivos con contacto directo entre agua regenerada y las partes comestibles para alimentación humana tras proceso industrial. b) Riego de pastos para consumo de animales productores de leche o carne c) Acuicultura

2.3 a) Riego de cultivos leñosos sin contacto agua regenerada – frutos b) Riego flores ornamentales c) Riego cultivos industriales no alimentarios

3.1 a) Aguas de proceso y limpieza excepto en industria alimentaria

b) Otros usos industriales

c)) Aguas de proceso y limpieza para uso en la industria alimentaria

3.2 a) Torres de evaporación y condensadores evaporativos

Real Decreto 1620 / 2007 USOS RECREATIVOS USOS AMBIENTALES USOS PROHIBIDOS

4.1 a)  Riego de campos de golf

4.2 a)  Estanques, masas de agua y

caudales circulantes ornamentales en los que está impedido el acceso del público al agua

5.1 a) Recarga de acuíferos por percolación localizada a través del terreno.

5.2 a) Recarga de acuíferos por inyección directa

5.3 a) Riego de bosques, zonas verdes y de otro tipo no accesibles al público b) Silvicultura

5.4. a) Otros usos ambientales (mantenimiento de humedales, caudales mínimos y similares)

•  Agua para consumo humano, excepto catástrofe •  Hospitales •  Cría de moluscos en acuicultura •  Aguas de baño •  Estanques, masas de agua y caudales circulantes con acceso del público

Grupos de calidad según límites RD 1620 / 07 Aplicaciones Calidad E.Coli

(ufc/100 ml) H Nemat. (uds/10 l)

Legionella spp (ufc/l)

MES (ppm)

Turbidez (NTU)

Industrial 3.2 a)

Torres de refrigeración

A

Ausencia Ausencia Ausencia 5 1

Residencial 1.1 a) y b)

Riego jardines y descarga sanitarios

Ausencia 1 100 10 2

Ambiental 5.2 a)

Recarga directa de acuíferos

Ausencia 1 NL 10 2

Urbano 1.2 a), b), c) y d)

Agrícola 2.1 a) Recreativo. 4.1 a)

Baldeo calles, Riego zonas verdes, Sistemas Contra Incendios. Riego con contacto con alimentos consumo crudo Riego campos golf

B < 100 - 200 < 1 < 100 20 10

Agrícola 2.2 a), b) y c)

Industrial 3.1 c)

Riego alimentos con tratamiento industrial Riego pastos Acuicultura Agua uso industria alimentaria

C < 1000 < 1 NL 35 NL

Ambiental 5.1 a)

Recarga acuíferos por percolación

< 1000 NL NL 35 NL

Grupos de calidad según límites RD 1620 / 07 Aplicaciones Calidad E.Coli

(ufc/100 ml) H Nemat. (uds/10 l)

Legionella spp (ufc/l)

MES (ppm)

Turbidez (NTU)

Agrícola 2.3 a), b) y c)

Riego cultivos leñosos Riego flores ornamentales Riego cultivos industriales no alimentarios

D < 10.000 < 1 < 100

35 NL

Industrial 3.1 a) y b)

Aguas proceso y limpieza industrias no alimentarias Otros usos industriales

35 15

Recreativo 4.2 a)

Estanques, masas de agua, etc. sin contacto con público

35 NL

Ambiental 5.3 a) y b)

Riego de bosques, zonas verdes no accesibles al público, Silvicultura

E NL NL NL 35 NL

Ambiental 5.4 a)

Otros usos ambientales (mantenimiento de humedales, caudales mínimos y similares)

F La calidad mínima requerida se estudiará caso por caso

Como hemos visto, la recarga de acuíferos exige un tratamiento de la máxima calidad microbiológica del agua regenerada, salvo que se haga por percolación

Procesos de tratamiento según calidad (I)

Calidad Tipo Trenes de tratamiento SIN desalación

A 1 Precipitación química [1] , filtración con membranas [2] y desinfección (puede ser necesario mantener un residual de cloro en los sistemas de distribución) Tipo 2 puede alcanzar la calidad A respecto a E.Coli, Legionella spp y Huevos nematodo, pero es difícil que alcance los límites de turbidez de 1 -2 NTU La recarga de acuiferos por inyección directa esta utilizando trenes del tipo 5a [3]

B 2 Precipitación química, filtración en profundidad y desinfección(UV junto con cloración); puede ser necesario mantener un residual de cloro en los sistemas de distribución

C 3

Filtración y desinfección (tendencia a utilizar UV seguida de un mantenimiento de cloro residual) D

E 4 Filtración [4]

F - Se estudia caso a caso

[1] Tratamiento físico – químico con un decantador lamelar. Si la EDAR funciona adecuadamente, esta unidad puede ser omitida.

[2] En la mayoría de los casos, se utilizan membranas de ultrafiltración [3] Todos los trenes existentes en España incluyen OI para eliminar nutriente y elementos traza [4] No sería necesaria para aguas residuales convenientemente tratadas, pero se recomienda

alguna filtración superficial o en profundidad para la gestión del sistema de distribución.

Procesos de tratamiento según calidad (II)

Calidad Tipo Trenes de tratamiento CON desalación

A – F 5 a Precipitación química [1] , Filtración, Filtración con membranas [2] , desalación mediante OI y mantenimiento de un residual de cloro

B, C, D, E 5 b Precipitación química [1], Filtración [3] , desalación mediante EDR y Desinfección (tendencia a usar UV seguida del mantenimiento de un residual de cloro)

[1] Tratamiento físico – químico con un decantador lamelar. [2] En los diagramas de proceso típicos, se incorporan membranas de ultrafiltración como barrera

de protección a la Osmosis Inversa. [3] Se está utilizando una doble filtración en profundidad con lavado en continuo.

CAPEX y OPEX de los procesos de tratamiento

Tren de tratamiento Costes Instalación Operación

€ (m3diseño/día) € (m3 producido)

Tipo 1 164 – 351 0,14 – 0,20 Tipo 2 [1] 27 – 47 0,06 – 0,09 Tipo 3 9 – 22 0,04 – 0,07 [2]

Tipo 4 5 – 11 0,04 – 0,07 Tipo 5.a 259 – 458 0,35 – 0,45 [3]

Tipo 5.b 248 - 405 0,35 – 0,45 [3]

[1] Este tren de tratamiento se utiliza para aplicaciones industriales 3.1 a), b) y c) debido a los requisitos de E. Coli y turbidez

[2] La desinfección tiene un coste de 0,005 €/m3 producido, por lo que esta unidad de proceso no se ha tenido en cuenta en el cálculo del coste mostrado.

[3] En los casos en los que pueda prescindirse del tratamiento físico – químico, el coste varia entre los 0,3 y los 0,4 €/m3 producido.

Valores Facilitados por el Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX

Alternativas de tratamientos avanzados

Del residuo al recurso

Un Bioreactor de membranas (BRM) puede usarse para el tratamiento del agua residual cruda, tanto municipal como industrial.

Para el tratamiento terciario de un efluente industrial o municipal, puede usarse un sistema de afino del efluente.

Ambos sistemas utilizan membranas de ultrafiltración, aunque en configuraciones diferentes.

Convencional + membranas o BRM

•  Sistema de fangos activos convencional con afino del efluente

•  Bioreactor de membranas, con filtración directa del fango biológico

BR M

Membranas externas o sumergidas

BR TC

Bioreactor Tanque de clarificación

M

La tecnología de membranas de UF ofrece •  Eliminación total de sólidos en suspensión •  Eliminación parcial de materia orgánica soluble (potenciada mediante

coagulación química) •  Optima calidad de permeado tanto en afino como en BRM •  Eliminación de micro-organismos:

> 6 log bacterias, cryptosporidium y giardia > 4 log virus

•  Valores mínimos de Turbidez y SDI

Propiedades de afino de las membranas

Comparación (teoría)

Convencional más afino: •  Bajos MLSS (3-5 g/l) •  Edad del fango activado baja •  Presencia solo de bacterias

formadoras de flóculos •  Presencia solo de bacterias de

crecimiento rápido •  Poca probabilidad de bacterias

de componentes específicos •  Arrastre ocasional de fangos •  Se requiere afino del efluente

BRM: •  Medios MLSS (10-20 g/l) •  Edad del fango activado alta •  Sobreviven todo tipo de

bacterias •  Menor producción de fangos

•  Buena probabilidad de bacterias de componentes específicos

•  No hay arrastre de fangos •  Efluente con calidad de terciario

Comparación (práctica)

Convencional más afino:

•  Mayor área de implantación •  Alta(+) producción de fangos

•  Bajo consumo de energía •  Baja inversión

MBR:

•  Reducida área de implantación •  Baja producción de fangos

•  Fango biológico robusto

•  Alto (+) consumo de energía •  Alta (+) inversión

Factores de decisión •  Necesidad de ampliar una EDAR (por mal funcionamiento, para

eliminar nutrientes o por aumento de caudal a tratar) sin disponibilidad de terreno, el BRM es la mejor alternativa

•  En caso de que el efluente de la EDAR cumpla requisitos de vertido, el tratamiento de afino es más económico para regenerar

Las 10 mayores plantas de UF/MF del mundo

Nombre País Fabricante

membranas Capacidad

(MLD) Aplicación

1 Magtaa Algeria Hyflux 1000 Agua Mar 2 Doha North Qatar Norit X-Flow 430 Regeneración

3 Sulaibiya Kuwait Norit X-Flow 425 Regeneración

4 Twin Oaks USA GE Zenon 400 Agua Potable

5 Shuwaikh Kuwait Norit X-Flow 360 Agua Mar 6 Orange County USA Siemens Memcor 315 Regeneración

7 Lakeview Canada GE Zenon 302 Agua Potable

8 Minneapolis USA Norit X-Flow 296 Agua Potable

9 Perth Australia Siemens Memcor 280 Agua Mar 10 Moscow Russia Aquasource 275 Agua Potable

Referencias significativas en reutilización

Caso de estudio Goreangab



Hechos y cifras

  Localización Windhoek, Namibia

  Caudal de diseño de permeado UF 850 m3/hr Ampliado a 1000 m3/hr en 2008

  No de unidades de UF 5

  Superficie total de membrana 9,800 m2

  Flujo bruto 107 lmh Flujo neto 87 lmh

  Recuperación del sistema > 91%

En operación desde 2002

Alimentación Medio máximo •  SST 2.5 mg/l 10 mg/l •  TOC 1.6 mg/l 2.7 mg/l •  SDI? 31 •  Turbidez 5 NTU 14 NTU

Permeado Medio máximo •  Caudal 700 m3/hr 860 m3/hr •  TMP 0.30 bar 0.45 bar •  SDI15 0.9 •  Turbidez << 0.1NTU •  Permeabilidad 200 lmh/bar 250 lmh/bar


Eastern Irrigation Scheme

Caso de estudio Melbourne

Bastidores de Ultrafiltración del Eastern Irrigation Scheme



Hechos y cifras

  Localización Melbourne, Australia

  Caudal de diseño de permeado UF 1,250 m3/hr




  Recuperación del sistema n.a.

En operación desde Marzo del 2005

Alimentación Medio máximo •  SST 7.3 mg/l 46 mg/l •  DBO 30 mg/l 86 mg/l •  Turbidez 6.2 NTU 31 NTU

Permeado Medio máximo •  Caudal 1,042 m3/hr 1,250 m3/hr •  TMP 0.30 bar 0.45 bar •  Turbidez << 0.1NTU •  Permeabilidad 350 lmh/bar 400 lmh/bar


Caso de estudio Beijing Antecedentes

  Planta de energía del Sun Palace

  2 X 350 MW + calefacción del distrito

  Agua acondicionada para circuito de calefacción + alimentación de la caldera

  Origen, efluente de la EDAR de Jiuxianqiao

  Pretratamiento, filtro autolimpiante

  Post tratamiento: OI (agua acondicionada) OI 2 etapas + Resinas (caldera)

Hechos y cifras

  Localización Beijing, China

  Caudal de diseño permeado UF 135 m3/hr




  Recuperación del sistema 90%

Caso de estudio Beijing

En operación desde Octubre del 2007

Alimentación Medio máximo •  SST 8.8 mg/l •  DBO 1.8 mg/l •  TOC 7.5 mg/l •  DQO 15 mg/l

Permeado Medio máximo •  Caudal 135 m3/hr •  TMP 0.28bar 0.4 bar •  SDI15 1.2 1.4 •  Turbidez 0.055 NTU 0.1 NTU •  Permeabilidad 250 lmh/bar 350 lmh/bar

Caso de estudio Beijing

Caso de estudio Sulaibiya

Agua Bruta

RO

Salmuera

Balsa de Cloración

Agua Regenerada

DecantadoresSecundarios

ARDIYA

Tamices Desarenado y Desengrasado

Disposición Fango

Cámara Aerobica

Cámara Anaeróbica

Tamque Almacenamiento

Micro Tamices

UF

CO2 Stripping

HPP

Tamque Almacenamiento



Hechos y cifras

  Localización Sulaibiya, Kuwait

  Caudal de diseño permeado UF 15,600 m3/hr

  No de unidades de UF 68 (57 + 11)



  Recuperación del sistema 90 %

En operación desde Noviembre del 2004

Alimentación Medio Máximo •  SST 20mg/l 35 mg/l •  DBO 20 mg/l 40 mg/l •  Aceites y Grasas 2.5 mg/l 5 mg/l •  Turbidez 15 NTU 35 NTU

Permeado Medio Máximo •  Caudal 15,625 m3/hr 17,700 m3/hr •  TMP 0.30 bar 0.45 bar •  SDI15 1.8 •  Turbidez << 0.1NTU •  Permeabilidad 200 lmh/bar 250 lmh/bar


Caso de estudio Doha North

Caso de estudio Doha North

Hechos y cifras

  Localización Doha, Qatar


  No de unidades de UF 44(42 + 2)



  Flujo bruto 73 lmh

Caso de estudio Qinghe

Caso de estudio Qinghe

Hechos y cifras

  Localización Qinghe, China


  No de unidades de UF 24 bastidores operando como 12 unidades



  Flujo bruto 65 lmh (requisito del cliente)

Caso de estudio Terneuzen (BRM)


Hechos y cifras

  Localización Terneuzen, Países Bajos

  Caudal de diseño permeado UF Máximo 620 m3/hr

  No de unidades de UF 14, con 28 módulos por unidad





•  Plana municipal con necesidad de ampliación

•  Industria química cercana con elevadas necesidades de agua de proceso

•  Conversión de la EDAR en una planta híbrida

•  Permeado vendido a la industria química como agua de proceso

•  Post tratamiento con OI •  Puesta en marcha,

primavera 2010


CONFIGURACIÓN FINAL ADOPTADA

Conclusiones

5. Conclusiones

•  El uso de la tecnología de UF en los sistemas de reutilización de agua ha aumentado considerablemente en los últimos años.

•  En la actualidad existen sistemas de UF presurizados en esta aplicación con capacidad de tratamiento >400.000 m3/d.

•  Se prevé que el uso de esta tecnología siga aumentando en los próximos años.

•  Nuevos desarrollos han permitido un uso más eficiente de la tecnología, aumentando el ratio capacidad/inversión y su flexibilidad para tratar aguas de peor calidad, así como reduciendo los costes de explotación: →  Aumento de área de membrana por módulo →  Mejoras en el diseño de bastidores →  Optimización de proceso: Ej. Operación en linea UF/RO →  Mejoras en los sistemas de control. Ej. Smart

•  Muchos de los desarrollos expuestos para la UF se están aplicando a la tecnología BRM, mejorando sus prestaciones.

¿Preguntas? Manuel Rubio Visiers

Country Manager Spain & Portugal [email protected]

No doubts. Norit. Just Proof.

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