Evaluación y mejora del funcionamiento de la EDAR S13 De Ribarroja y estudio de alternativas para la eliminación de nutrientes

Abstract

[EN] This investigation is focused in the evaluation of the operation of the water treatment plant called S13, which is located in the municipality of Ribarroja de Túria in the province of Valencia. The treatment process of this treatment plant consists of a preliminary treatment (thin particle screen, grit chamber, homogenization tank), secondary treatment (aeration channel, secondary sedimentation tank), tertiary treatment (disinfection with chlorine) and sludge treatment (thickener, mechanical drier). The S13 water treatment plant gets water from the industrial squares Sector 13, Sector 12, Casanova, Bassa, Industrial Square Baló and from the urbanization La Reva. All the discharges that arrive to the treatment plant must comply the discharge limits established by the Entitat de Sanejament d'Aigües (EPSAR), when satisfying this limits the discharge can be considered similar with domestic. The discharge quality of the treatment plant is set by the Confederación Hidrográfica del Júcar (CHJ) in function of the quality of the water in the discharge point, the type of treatment plant and the input flow. The discharge point is the Barranco de Pozalet, which is located a few meters from the treatment plant. Currently the demanded quality of the discharge is been accomplished, but some changes in the process of the treatment plant were proposed in order to accomplish the demanded quality limit for sensitive discharge zones, these limits are stricter in respect of the nutrients concentration (nitrogen and phosphorous). These changes were proposed anticipating changes in the discharge authorization. In order to be certain of the similarity with domestic of the water to be treated and in order to have a most accurate characterization of the input water some analytics were realized to some samples of this water. These analytics were done in the UPV laboratory with photometry kits. With this results it was concluded that the water was within the common water parameters of a domestic wastewater and that it could be achieved with a traditional wastewater treatment process an effluent that accomplish the quality limits demanded. At present a more rational use of water is pursued, this is why any reutilization of regenerated water is welcomed. In this case there is the possibility of reusing the regenerated water in irrigation in caqui fields located very close from the treatment plant. In this paper it was made an evaluation of the effluent quality compared with the quality demanded by the legislation about use of regenerated water for irrigation. As well as it is pursue the reutilization of water it is also pursue the reutilization of sludge, at the moment the waste-sludge of the treatment plant are handled by an organization that give them use in the agricultural sector since they are font of organic matter and fertilization elements. A revision of the sludge quality was realized and it was contrasted with the legislation to make sure it has the needed quality for it reutilization. Furthermore, an evaluation of the design and the actual condition of the different treatment process was made. It was found that the installations are oversized for the actual influent flow. The treatment plant was designed when there was an expectation of development in the area, this is why it was designed for a 2.160 m3 flow per day, which is almost twice the actual flow of 1.130 m3/day. The principal problems found are the lack of a large particles screen which has caused breakdowns in the head pumping, and the lack of agitation in the aeration channel which can be causing a oxygen concentration profile with higher concentration in the surface and less concentration in the bottom; in addition the type of aerator is superficial and when not having good agitation the oxygen can´t reach the deeper parts of the channel, which impossibilities to have an adequate control of the contaminants elimination in the aeration channel. Also it was made a revision of some functioning parameters and it was found that the actual solids retention time (SRT) is too high with a value over 60 days, this is traduced in an excessive and unnecessary expense in aeration. As part of the plant operation evaluation a simulation in the software DESASS was made. This software doesn’t have a special element to simulate aeration channels, so many tanks were placed one after other with an inter recirculation from the last to the first one to simulate the flow in the channel. In addition the other elements of the plant were placed with their real dimensions in this way it was verified that they work in a correct way for the quality and flow income. When realizing this simulation it could be seen that the effluent quality has a great variation depending of the flow velocity inside the channel, if this velocity is too fast the program doesn’t have enough time to define the conditions in each of the tanks and all of them have the same conditions, because of this it was necessary to place a lot of tanks so the condition in each tanks could be differentiated. To achieve the nutrients elimination up to demanded values for sensitive zones two alternatives were proposed and simulated in the same program DESASS. On one hand the first alternative consist in biological elimination of nitrogen in the aeration channel and elimination of phosphorus by a chemical precipitation process with addition of ferric chloride; and on the other hand the second alternative consist in biological elimination of both nitrogen and phosphorus, and the elimination of the remaining phosphorus by chemical precipitation. In the fist alternative it was looked for the optimum SRT and for the best location of the aerators for the most efficient nitrogen elimination. The optimum SRT resulted 4 days for summer and 8 days for winter. The aeration was placed in two zones with a concentration of 0.75 mg/l in both zones for summer and 0.8mg/l y 0.85mg/l in each zone for winter, with this it was obtained a concentration of nitrogen in the effluent lower than 7 mg/l for both summer and winter. The phosphorus elimination was achieved by the addition of a 0.26 m3/day flow in winter and 0.324m3/day in summer of ferric chlorine. In the second alternative the biological elimination of phosphorus was attempted, for which was necessary to place a new tank where anaerobic conditions were given. It was looked for the optimum volume of this tank, which resulted in the 35% of the total volume of the biological reactors. It was also necessary the placement of a primary clarifier for sludge elutriation and this way could get a sufficient concentration of acetic acid which is needed for the biological phosphorus elimination. The optimum SRT also resulted in 12 days for summer and winter. The aeration was maintained in the same two zones with an oxygen concentration of 0.85 mg/l in both zones for summer and 0.80 mg/l and 0.85 mg/l in each one of the zones for winter. With these conditions it was possible to eliminate the 70% of the total phosphorus, but to achieve the limit of 2 mg/l it was necessary to add 0.06 m3/day and 0.07 m3/day of ferric chlorine for summer and winter respectively. The second alternative imply a high investment, but this investment can be paid off in some years with the savings that would have the cost of the chemical reagent for the chemical precipitation of phosphorus that would imply the first alternative. It was also calculated orientatively the cost of each one of the alternatives. The first alternative has a higher reactive cost for phosphorus precipitation, but when adding all the other costs it is a cheaper alternative. The investment costo of the second alternative in very high, which results in an annual amortized higher cost than the cost of the first alternative. The chosen solution then was the first one, which also has the advantage that it can be implemented only in the months that the effluent is not used in irrigation.

[ES] La presente investigación se centró en la evaluación del funcionamiento de la estación depuradora de agua (EDAR) S13, ubicada en el término municipal de Ribarroja de Túria en la provincia de Valencia. Esta depuradora tiene un proceso de tratamiento con pretratamiento (reja de finos, desarenador - desengrasador, tanque de homogenización), tratamiento secundario (canal de aireación, decantador secundario), tratamiento terciario (desinfección con cloro) y tratamiento de fangos (espesador, deshidratación mecánica). La depuradora S13 trata agua proveniente de los polígonos industriales Sector 13, Sector 12, Casanova, Bassa, Polígono Industrial de Baló y de la urbanización La Reva. Todos los vertidos que llegan a la depuradora deben cumplir con los límites de vertido a la red establecidos por la Entitat de Sanejament d'Aigües (EPSAR), al cumplir con estos límites el vertido puede considerarse como asimilable a doméstico. La calidad del vertido está marcada por la Confederación Hidrográfica del Júcar (CHJ), en función de la calidad del agua en la zona de vertido, del tipo de depuradora y del caudal tratado por ésta. El punto de vertido de la depuradora es el Barranco de Pozalet, localizado a unos metros de la depuradora. Actualmente se cumple con la calidad exigida en el vertido por la CHJ, pero se planteó la necesidad de proponer cambios en la depuradora con el fin de cumplir con el límite de calidad para zonas sensibles de vertido, estos límites son más exigentes en cuanto al contenido en nutrientes (nitrógeno y fósforo). Estos cambios se propusieron previendo algún cambio en la autorización de vertido. Con el fin de tener certeza de la naturaleza asimilable a doméstica del agua a tratar y poder tener una caracterización más acertada del agua de entrada se realizaron analíticas a muestras de esta agua. Dichas analíticas se realizaron en el laboratorio de la UPV mediante kits de fotometría. Con estos resultados se concluyó que el agua estaba dentro de los parámetros de calidad normales de un agua de carácter doméstico y se podría conseguir una calidad de efluente que cumpla con los objetivos de calidad exigidos mediante un proceso de depuración tradicional. Actualmente se busca un uso más racional del agua por esto se busca cualquier reutilización de agua regenerada en depuradoras. En este caso existe la posibilidad de reutilizar el agua regenerada para riego de campos de caquis localizados junto a la depuradora. En este trabajo se hizo una evaluación de la calidad del agua contra la calidad exigida por las normas para uso de agua tratada en riego. Así como se busca la reutilización del agua también se busca la reutilización de los fangos, actualmente los fangos de la depuradora son gestionados por una empresa que les da uso en el sector agrícola ya que son fuente de materia orgánica y de elementos fertilizantes. Se realizo una revisión de la calidad del fango en contraste con la normativa para asegurarse que cumple con la calidad exigida para su reutilización. Por otro lado se evaluó el diseño y el estado actual de los distintos procesos de depuración. Se encontró con unas instalaciones sobredimensionadas para el caudal actual que llega a la depuradora, la EDAR fue diseñada cuando se pensaba que habría un mayor crecimiento en la zona, por lo cual diseño para un caudal de 2.160 m3 diarios, que es casi el doble que el caudal actual que en de 1.130 m3 diarios. Los principales problemas encontrados en el funcionamiento son la falta de una reja de gruesos que ha ocasionado averías en las bombas de cabecera, y la falta de agitación en el canal de aireación que puede estar generando un perfil de concentración de oxígeno con mayor concentración en la superficie y menor concentración en el fondo, además que el tipo de aireación que se tiene en el canal es superficial al no tener buena agitación el oxígeno no llega a alcanzar las zonas más profundas con lo que no se tiene un control adecuado de la eliminación de contaminantes en el canal. También se hizo la revisión de algunos parámetros de funcionamiento y se encontró que el tiempo de retención celular (TRC) actual es demasiado alto con un valor que supera los 60 días, esto se traduce en un gasto excesivo e innecesario en aireación. Como parte de la evaluación del funcionamiento de la depuradora se hizo la simulación de su funcionamiento en el software DESASS. Este software no cuenta con un elemento especial para simular los canales de aireación, por lo tanto se colocaron varios tanques uno seguido de otro con una recirculación interna del último tanque al primero para simular el flujo del agua por el canal; además se colocaron los demás elementos de depuración con las medidas reales y de esta forma se comprobó que su funcionamiento es adecuado para el caudal y calidad de agua de entrada. Al realizar está simulación se pudo ver que la calidad del agua de salida tiene gran variación en función de la velocidad de flujo dentro del canal, ya que si ésta es muy rápida el programa no tiene el tiempo suficiente para definir las condiciones en cada uno de los tanques y se terminan teniendo prácticamente las mismas condiciones en todos los tanques, es por esto que fue necesario colocar una gran cantidad de tanques para que se pudiera diferenciar mejor la calidad del agua de un tanque a otro. Para lograr la eliminación de los nutrientes a valores exigidos para zonas sensibles se propusieron dos alternativas que fueron simuladas en el mismo DESASS. Por un lado la primera alternativa consiste en la eliminación biológica del nitrógeno en el canal de aireación y la eliminación del fósforo mediante un proceso de precipitación química con la adición de cloruro férrico; y por otro lado la segunda alternativa consiste en la eliminación biológica tanto del nitrógeno como del fósforo y la eliminación del fósforo remanente mediante precipitación química. Para la primera alternativa se buscó el TRC óptimo y la mejor ubicación de los aireadores para una eliminación de nitrógeno más eficiente. El TRC óptimo resultó de 4 días para verano y 8 días para invierno. Se colocó aireación en 2 zonas con una concentración de 0.75 mg/l en ambas para verano y 0.8mg/l y 0.85mg/l en cada una para invierno, con esto se obtuvo una concentración de nitrógeno total menor a 7 mg/l tanto para verano como para invierno. La eliminación del fósforo se consiguió mediante la adición de un caudal de 0.26m3/día en invierno y 0.24m3/día en verano. En la segunda alternativa se buscó la eliminación biológica del fósforo para lo cual fue necesario colocar un nuevo tanque donde se dieran condiciones anaerobias, se buscó el volumen óptimo de este tanque que resulto del 35% del volumen total del los reactores biológicos. También fue necesaria la colocación de un decantador primario en el que se diera la elutreación del fango para poder conseguir una concentración suficiente de ácido acético necesario para el desarrollo de las PAOs. El TRC óptimo resultó de 12 días tanto para invierno como para verano. Se mantuvo la aireación en dos zonas con una concentración de oxígeno de 0.85 mg/l en ambas zonas para el verano y de 0.80 mg/l y 0.85 mg/l en cada una para invierno. Con estas condiciones se logró la eliminación del 70 % del fósforo total pero fue necesario también la adición de cloruro férrico para lograr el límite de 2 mg/l de fósforo total. Fue necesario un caudal de 0.06 m3/día en verano y 0.07 m3/día en invierno de reactivo para eliminar el fósforo. Se realizó un cálculo orientativo del costo de cada una de las alternativas. La alternativa 1 a pesar de tener un coste de reactivo para precipitación de fósforo más alto, resulta ser más económica. El costo de inversión de la segunda alternativa es muy alto, lo cual resulta en un costo anual amortizado más alto comparado con la primera alternativa. La solución elegida además tiene la ventaja de poderse implementar sólo en los meses que el efleunte no sea destinado a riego.