OPTIMITZACIÓ ENERGÈTICA EN LA LÍNIA D’AIGÜES: ENTRE LES APLICACIONS INMEDIATES I LA RECERCA INNOVADORA
Maria Dolors Balaguer, Jesus Colprim, Joaquim Comas, Manel Poch Ignasi Rodriguez-Roda
Laboratori d’Enginyeria Química i Ambiental (LEQUIA). Universitat de Girona
Què se li demana a la línia d’aigües?
TRACTAMENT BIOLÒGIC
TRACTAMENT DE FANGS
RETORNS
PRIMARI REUTILIZACIÓ
?TRACTAMENT DE FANGS
Reducció dels problemes de funcionament
Augment de la capacitat de tractament
Reutilitzacióde l’efluent
Contaminantsemergents
Optimització ireducció de costs
Eliminació de nutrients
ENERGIA
I això no sempre és fàcil…
TRACTAMENT BIOLÔGIC
TRACTAMENT DE FANGS
RETORNS
PRIMARI REUTILIZACIÓ
TRACTAMENT DE FANGS
?EF
ICIÈ
NC
IA (E
F)ESTA
LVI ENER
GÈTIC
(EE)
Tres nivells d’actuació
• En aquesta comunicació es fa una revisió, d’algunes propostes que es fan en el camp de la recerca, en tres aspectes:
• Modificar “lleugerament” el procés existent
• Modificar alguns elements del procés
• Utilitzar un procés alternatiu
PRIMER NIVELL D’ACTUACIÓ
• Millora del funcionament de les instal·lacions existents
SIMULACIÓ del comportament de la planta amb models integrats
ANOX1 ANOX2 AER1 AER2 AER3
EXTERNAL RECIRCULATION
DONOINTERNAL RECYCLE
NO CONTROLLER
days
22 24 26 28
nitra
te A
SU
2(m
gNO
3/l)
0
2
4
6
8
Controladorde Nitratos
Controladorde Q rint EDAR
Medida Nitratos en Tanque Anóxico
Medida Q rint
Set-pointNitratos
Set-pointQ rint+
-+
-
NIVEL 1
NIVEL 0
CARACTERÍSTICAS NO
VariableMesurada
Sno[ASU2]
VariableControlada
Sno[ASU2]
Setpoint 1 ppm Sno
VariableManipulada
intrass
AlgoritmeDe control
PI
PRIMER NIVELL D’ACTUACIÓ
CONTROL ÒPTIM de les variables del procés
Sonda ODSondaRedOx
Bons rendiments d’eliminació de
Matèria Orgànica i Nitrogen
Rec. externa
ReactorAnòxic
Difusors
Difusors
DO2
ReactorAnòxic
Difusors
Difusors
DO1ORP1
ORP2
Rec.Interna
Rec.Interna
Rec. externa
ReactorAnòxic
Difusors
Difusors
DO2
ReactorAnòxic
Difusors
Difusors
DO1DO1ORP1ORP1
ORP2
Rec.Interna
Rec.Interna
EDAR TARADELL
UN CAS PRÀCTIC
Coneixement codificat mitjançant regles ‘IF-THEN’
IF “OD” és BAIX AND “RedOx” és BAIX THEN “Aeració” és NORMAL
MOLT BAIX (MB) BAIX (B) NORMAL (N)
ALT (A)
MOLT ALT (MA)
MOLT BAIX MA A N X X
BAIX A N N B X
NORMAL N B B B OFF
ALT B B OFF OFF OFF
MOLT ALT X X OFF OFF OFF
ODREDOX
CONTROL AMB LÒGICA BORROSAES CODIFICA EL CONEIXEMENT DE L’EXPERT
Temps (hores)
00:
00
01:
00
02:
00
03:
00
04:
00
05:
00
06:
00
07:
00
08:
00
09:
00
10:
00
11:
00
12:
00
13:
00
14:
00
15:
00
16:
00
17:
00
18:
00
19:
00
20:
00
21:
00
22:
00
23:
00
00:
00
mg/
l
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
mV
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
Oxigen Dissolt RedOx
EDAR TARADELL 8/11/04EDAR TARADELL
ON / OFF CLD
ELS RESULTATS
Els rendiments d’eliminació s’han mantingut durant l’operació en control basat en lògica difusa
Possibilitat d’aconseguir un 25% d’estalvi energètic en l’aeració
PERIODE CONTROL AERACIÓ CONSUM ENERGÈTIC
PRIMER PERIODEON / OFF 266 wh/m3
SEGON PERIODE Control basat en lògica difusa 197 wh/m3
ESTALVI ENERGÈTIC
EFICIENCIA PROCÉS
AVALUACIÓ DEL CONTROL
EL CAS DE VIC (OSONO
• Ja es disposava d’un sistema de control de l’OD, prou eficient
Però calia anar més enllà....
• Integrar dades de laboratori, altres sensors...i sobretot experiència dels responsables de la instal·lació
Utilització de sistemes supervisors experts,
PLC
DQO, DBO, SST…
SCADA
Laboratori Observacions
Escumes, ,...
Control Manual
Control automàtic
Sensors, analitzadors, Q, pH, T, O2,…
EL CAS DE VIC (OSONA)
Any
Nitrogen Kjeldahl a l’Entrada
Nitrogen Total a la Sortida
Rendiment d’Eliminació de
Nitrogen
Percentatge de mostres < 10
ppm N
2003 113 24 78.8 % 19.6 %2004 92 18 80.4 % 14.3 % 2005 87 16 81.6 % 11.8 %2006 82 12 85.8 % 54.2 %2007 91 11 87.3 % 56.0 %2008 89 11 87.0 % 51.9 %
Implementació d’un sistema supervisor a l’EDAR de Vic
PRIMER NIVELL D’ACTUACIÓ
0
10
20
30
40
50
60
1 2 3 4 5
percentage de mostres inferiors a 10 ppm
2004 2005 2006 2007 2008
ATL EDAR
ESTALVI ENERGÈTIC
EFICIÈNCIA PROCÉS
SEGON NIVELL D’ACTUACIÓ
Incorporació de noves tecnologies
SEGON NIVELL D’ACTUACIÓ
Es presenten algunes de les propostes que s’estan analitzant en el marc d’un projecte que té com a objectiu pensar l’EDAR del
segle XXI
NOVEDAR_Consolider
TRACTAMENT BIOLÔGIC
TRACTAMENT DE FANGS
RETORNS
PRIMARI REUTILIZACIÓ
REACTORS DE MEMBRANA
PROCESSOSGRANULARS
SEGON NIVELL D’ACTUACIÓ
NITRIFICACIÓ PARCIAL/ANNAMOX
ALTRES
HETEROTROPHSHETEROTROPHS(aerobic)(aerobic)
NITRIFIERSNITRIFIERS(aerobic)(aerobic)
PAOs PAOs (Anerobic)(Anerobic)
O2O2
O2
De Kreuk, 2006
DENITRIFIERSDENITRIFIERS(Anoxic)(Anoxic)
COD + O2 CO2 + H2O
stored COD + NOX + PO43‐ N2 + CO2 + H2O + poly‐P
NH4+O2 NOX
SISTEMES GRANULARS
NOVEDAR_Consolider
Activated Sludge Aerobic Granular Sludge
COMPARATIVA
NOVEDAR_Consolider
SISTEMES GRANULARS
Avantatges al treballar amb fang granular
Limitacions al treballar amb fang granular
•Millor sedimentació•Plantes mes compactes•Menor producció de fang•Els punts de consigna d’oxigen son menors(eliminació simultània de C,N i P)•No addició de font de carboni
•Start-up relativament complicat•Dificultats per assegurar l’estabilitat del grànul
ESTALVI ENERGÈTIC
EFICIÈNCIA PROCÉS
MEMBRANES
Aigua clarificada
Aigua permeada
Aigua entrada
Aigua entrada
Línia de fangs
Línia de fangs
Tractaments 3aris
Recerca en membranes a Catalunya
Recerca en membranes a Catalunya
MEMBRANES
Avantatges al treballar amb MBR
Limitacions al treballar amb MBR
• Qualitat de l’aigua tractada• Reutilització de l’efluent• Sistemes compactes• Menys producció de fangs• Càrregues aplicades elevades
• Costos d’aeració elevats• Colmatació de les membranes• Necessitat de cicles de rentat o relaxació• Necessitat de rentats químics
ESTALVI ENERGÈTIC
EFICIÈNCIA PROCÉS
NO-2
NH+4
NO-3
N 2
O2
O2
m.o.
m.o.
Anammox (ANaerobic AMMonia OXidation)
NH4+ + 1,32 NO2
- + 0,07 HCO3- + 0,13 H+ →
1,02 N2 + 0,26 NO3- + 0,07 CH2O0,5N0,15 + 2,03 H2O
NH4+ + 3/2 O2 → NO2
- + H2O + 2H+
Nitrificació parcial
NH4+
Nitrificacióparcial
NO2-/NH4
+
Anammox
N2
REDUCCIÓ DE NITROGEN
NOVEDAR_Consolider
1 mol NH4+
0,5 mol N2 + 20 g DQObiomasa
17 g DQObiomasa
57 g DQO
3,4 g DQObiomasa
CO2
1,9 mol O2(100%)
1 mol NH4+
0,55 mol NO2- 0,45 mol NH4+
0,4 mol O2(40%)
1,6 g DQObiomasa
CO2
1,5 g DQObiomasa
CO2
0,45 mol N2 + 0,1 mol NO3-+ 3 g DQObiomasa
Nitrificació/desnitrificació Nitrificació parcial/anammox
1 mol NO3-
MECANISME
NOVEDAR_Consolider
I properament del pilot a l’EDAR!
NOVEDAR_Consolider
ANAMMOX
Avantatges al treballar amb Nitrificació Parcial/Anammox
Limitacions al treballar amb Nitrificació Parcial/Anammox
• Tractar aigües amb relacions C/N desfavorables•Reducció dels costos d’aeració•Menor producció de fangs•No es necessària l’addicció d’una font de C
• Temperatures de treball elevades• Start-up llargs• Anammox es un microorganisme sensibles (elevat nivell d’instrumentalització )
ESTALVI ENERGÈTIC
EFICIÈNCIA PROCÉS
MÚLTIPLES ALTERNATIVES
OLORES
PRIMARIO
CONTROL Y OPTIMIZACIÓN
?TRATAMIENTO BIOLÓGICO
RETORNOS
NITRIFICACION PARCIAL
ANNAMOX
TRATAMIENTO DE FANGOS
OZONACION
RAYOS UV
FILTROPERCOLADORPARA GASES
BABE REACTOR
CONTROL AUTOMÁTICO DE LA
RECIRCULACIÓN
DIGESTIÓN ANAEROBIA EN
FASE SECUENCIALDE T
OXIDACIÓN HIDROTERMICA
REACTORES DE BIOPELICULASOPORTADOS POR MEMBRANA
ADSORCIÓN CONTROL DE LA EDAD DEL
FANGO
PROCESOS GRANULARESPARA ELIMINACIÓN DE C Y N
VITRIFICACIÓN
EVALUACIÓN DE LAS FUNCIONESDE COSTE DE LA EDAR
PROCESOCANON
CONFIGURACIÓN A20 FOTO
FENTON
PROCESOS HÍBRIDOSCON 3 REACTORES
P-HD-HN
TERCER NIVELL D’ACTUACIÓ
• Canvi de tecnologia(wetlands / SAC)
Explotació simple.
Consum energètic “BAIX”.Inexistència d’averies mecàniques.
Tolerància a variacions de cabal i càrrega.
Generació de fangs nul·la.
Possible aprofitament de la biomassa vegetal.
Mínima producció de males olors.
Excel·lent integració ambiental.
〤 Manca de dades de disseny i rendiments.
〤 Necessitats d’elevada superfície.
〤 Lleugerament sensible a la temperatura.
〤 Posada en marxa llarga (mínim 1 any).
〤 Requereixen d’un tractament previ eficaç.
〤 Pocs factors de control durant l’operació.
QUÈ DIU LA BIBLIOGRAFIA/ EXPERIÈNCIA?
2005: Primer inventari de SAC a Catalunya2005: Primer inventari de SAC a Catalunya
Comunitat / Configuració i disseny / Programa de monitoratge / Operació i manteniment / Medi receptor
2009: Segon inventari de SAC a Catalunya2009: Segon inventari de SAC a Catalunya
Canvis en: Comunitat / Configuració i disseny / Programa de monitoratge / Operació i manteniment / Medi receptor
Efectes dels canvis en: Qualitat efluent / Explotació / Costos
QUÈ DIUEN LES DADES DE CATALUNYA?
NO TOTS ELS SAC NO TOTS ELS SAC FUNCIONENFUNCIONEN//AVEN AVEN
SABEM PER QUÈ !!
El funcionament dEl funcionament d’’un SAC es veu un SAC es veu influenciat per...influenciat per...
... la configuraci... la configuracióó de lde l’’EDAR EDAR (ex. (ex. tractament previ, combinacitractament previ, combinacióó amb amb
llacunatge)llacunatge)
...el disseny del SAC ...el disseny del SAC (ex. sistema (ex. sistema distribucidistribucióó dd’’aigua, matriu emprada)aigua, matriu emprada)
...el protocol d...el protocol d’’operacioperacióó i manteniment i manteniment (ex. sega de la coberta vegetal, regulaci(ex. sega de la coberta vegetal, regulacióó
nivell aigua)nivell aigua)
AMB BON DISSENY I OPERACIÓ, PODEN MILLORAR FINS I TOT ELS QUE NO FUNCIONAVEN
Rendiment d’eliminació de matèria orgànica (DBO5)
0.50.60.70.80.9
1
gener
febrer
març
abril
maig
juny
juliol
agost
setembre
octubre
novembre
desembre
PODEN SER COMPETITIUS !!
1.Es poden fer coses amb les instal·lacions existents, amb relativa poca despesa, millorant el control i la supervisió
2.Hi ha nous processos que poden millorar el rendiment, però haurem de definir quin pes li donem a l’energia, quin a l’eficàcia, i quin a la complexitat de gestió
3.En plantes petites, els tractaments naturals/extensius tenen un espai i són competitius, ben dissenyats i ben gestionats
CONCLUSIONS (1)
Se’ns gira feina!- Als explotadors, amb més possibilitats, però també
amb més factors a tenir en compte...
- Als investigadors per ajudar a desenvolupar i implementar nous processos i procediments més eficients
- A l’administració per endreçar-ho tot !
CONCLUSIONS (2)
GRÀCIES
• A totes les empreses, institucions, que han aportat material, idees, propostes, resultats,
• I sobre tot a les persones que ho han fet possible
• Perquè en aquesta presentació (que només firmem alguns) hi ha molta feina de molta gent, obtinguda al llarg de molts anys!