Análisis de la mejora de la eficiencia energética de los procesos de una EDAR

Abstract

[ES] El presente trabajo determina, el rendimiento energético de cada uno de los procesos que conforman la depuradora objeto del estudio y determina como optimizar energéticamente la instalación, nunca mermando la productividad de la misma, en todo caso mejorándola. El análisis se realiza relacionando los equipos y variables del proceso con la energía consumida por cada uno de ellos, lo que permite determinar el consumo óptimo de cada proceso y el efecto se obtiene incrementando o reduciendo el consumo energético del mismo. Para la realización del presente trabajo, se lleva a cabo el siguiente esquema de trabajo: -Se realiza el estudio de los consumos iniciales (estado 0) -Se estudian y se analizan los porcentajes de consumo en cada línea de tratamiento (pretratamiento, tratamiento biológico, tratamiento de fangos, desodorización, etc.) -La línea de tratamiento que supone un consumo energético más elevado, se analizara en mayor detalle, y se proponen los procesos en los cuales actuar de cara a obtener unas medidas que sean lo más efectivas posible y supongan un mayor ahorro -Se realiza un estudio de las potenciales medidas a emplear en cada uno de los procesos con un potencial de ahorro mayor El trabajo introduce, según estudios existentes, los consumos energético generalistas producidos según la tipología de depuración en las estaciones depuradoras de agua urbana existentes en España. Como caso concreto se analiza, partiendo de una EDAR cualquiera de tipo aireación prolongada, los consumos energéticos concretos existentes en la misma y se deduce en qué procesos existe un potencial ahorro mayor. Inicialmente se describe la estación depuradora de la cual es objeto el estudio, describiendo sus caudales de diseño, línea de tratamiento, equipos instalados, consumos energéticos estimados según potencias por metro cúbico de agua tratada, estudio porcentual de consumos, etc. Como consecuencia de esta deducción de potenciales ahorros en la estación depuradora estudiada, se plantean tres medidas a analizar de cara a la mejora de la eficiencia energética de las instalaciones: 1. Mejora de la eficiencia del bombeo de cabecera 2. Sustitución de los equipos de aireación biológica 3. Mejora de la transferencia de oxígeno. Difusores del reactor biológico De cada una de las mejoras se estudian varias alternativas, se comparan energéticamente y económicamente. Con lo que se extraen unas conclusiones y/o recomendaciones. Como conclusión, se calculan los porcentajes de ahorro frente al consumo total actual de la EDAR de cada una de las medidas estudiadas para cada mejora planteada; y se comparan dos grupos de opciones de mejoras y se propone el grupo recomendado en base al estudio realizado, en función de si el plazo de explotación de la planta es de cuatro o de ocho años de duración. El análisis finalmente alcanza, con los datos de la depuradora estudiada, unas conclusiones que podrán ser extrapolables para cualquier depuradora del mismo sistema o para el estudio de soluciones de cualquier equipo similar a sustituir en cualquier tipo de instalación depuradora. Las conclusiones son de utilidad para la toma de decisiones respecto a mejora en la eficiencia energética de una depuradora tanto: -A nivel global de la depuradora como una primera aproximación de la localización de consumos por procesos, al conocer los consumos energéticos de cada uno de los procesos porcentualmente respecto al global. -Dentro de cada proceso, se estudia el consumo de cada uno de los equipos, extrapolable a otras depuradoras, ya que los equipos suelen ser siempre similares. Con lo que se podrá servir para discernir que equipo presenta mayor consumo y por lo tanto, el que puede representar mayor ahorro actuando sobre él. -De los estudios pormenorizados que se realizan se puede realizar una extrapolación para casos con equipos similares, conociendo los ahorros porcentuales que se pueden llegar a obtener al acometer esas actuaciones y el tiempo de amortización. Se estudian diversas mejoras para cada equipo, pudiendo así tomar una decisión de la inversión a realizar.

[EN] This work determines the energy efficiency of each process involved in the wastewater treatment plant object of study. At the same time establishes how to optimize energetically the facilities increasing its productivity. The analysis starts with the existing relationship between equipment description and process variables and their energy consumption, which allows to determine the optimal consumption of each process and the effects that increasing or decreasing it have over the global efficiency. To carry out this work, the following scheme of work is followed: -- Establishment of the initial energy consumption (stage 0). -- Study and analysis of each treatment process consumption (pre-treatment, biological treatment, sludge treatment, deodorization, etc) -- The higher the energy consumption of a treatment process is, the more detailed analysis will be carried out. As a result of it, the processes in which to act will be identified in order to achieve the most effective and with higher savings measures to adopt. In every process identified a study of potential measures to adopt is carried out. The work introduces, according to previous studies, the common energy consumptions of the different wastewater treatment technologies existing in most of the urban wastewater treatment plants in Spain. As a case study, the energy consumption of a typical prolonged aeration WWTP is analyzed and the processes with potential higher savings are identified. Initially the wastewater treatment plant is described, stating its different design flow capacities, treatment processes, equipment, energy consumptions estimated according to power consumption per cubic meter of treated water, energy consumptions percentages, etc. As a consequence of this study of potential savings in the referred wastewater treatment plant, three energy efficiency measures are settled: 1. Improvement of the efficiency of the inlet pumping station. 2. Biological aeration equipment substitution. 3. Improvement of the oxygen transfer. Diffusion system of the biological reactor. Various alternatives are studied of every improvement proposed, comparing them energetically and economically. As a result of this, some conclusions and/or recommendations arise. As a conclusion, the saving percentages versus the actual global consumption of the WWTP of every measure studied are calculated for each improvement planned; two groups of improvement options are compared and the recommended group of measures is analyzed taking into account two different exploitation life periods of four and eight years. At the end, the analysis obtains some conclusions that could be extrapolated for similar treatment systems facilities or for the feasibility study of similar equipment to substitute in every wastewater treatment plant. The conclusions arisen are useful for decision making with respect to the energy efficiency of a wastewater treatment plant at: -- Global level, as a first approach of the identification of process consumptions, settling the energy consumption of every process as a percentage of the total energy consumption of the facility. -- Process level, the consumption of every equipment is studied, what can be extrapolated to other facilities, due to the fact that the equipment is similar in every facility. At this scale could be useful to identify the equipment that presents the highest rates of energy consumption and thus could suppose the highest savings acting on them. -- Detailed level, some of the studied carried out could result interesting to assess similar equipment, establishing the percentage savings that could be achieved with these actions and the amortization time. Diverse improvements of every equipment are studied, resulting interesting for the investment decision making.