Evaluación del consumo energético en la Edar Camp de Túria I. Estudio de alternativas para la mejora del proceso

Abstract

Wastewater treatment has an important role in water reuse and in environmental protection. In Spain, it was not until the 20th century when it started to grow a certain raising awareness in urban and industrial wastewater treatment. Although, the big step forward came with the addition of Spain to the European Economic Community (EEC). The European Directive 91/271 marked the start of the first spillage limits adding the definition of sensible spillage zones. In this way, a limitation by nutrients concentration was included for this sensible zones. A lot of wastewater treatment plants, which are already built, have seen how their spillage zones have been modified to sensible zone, by this reason they have had to adapt their original design in order to comply with new requests. Along with the previous, if we take in account that in the next years the number of sensible zones has a rising tendency, we¿ll have the duty of modifying actual wastewater plants. Besides those modifications, reduction of wastewater plants energetic consumption is currently a challenge, that is the reason why it is required a better adjustment of this consumption aiming a greenhouse effect emissions reduction. Camp de Turia I Wastewater Treatment Plant is an example of a plant that needs renovation because in the present, this plant does not digest the sludge and it does not eliminate nutrients sufficiently. In this way, these goals will allow it to comply with legal requests. The main objective of this work is accomplishing with necessary modifications of the wastewater treatment plant aiming a complete digested sludge and an improvement in nutrients elimination, for doing this, it will be generated different alternatives and they will be valued in a technic-economical evaluation. When the optimal alternative had been selected, everything needed to build the plant modification will be designed. Moreover, the currently energetic consumption of the plant is going to be analysed, the analysis will take an hourly separated consumption study of the elements which consume the greatest in order to optimize its operation. Besides complying with the goals already discussed and independently of the chosen alternative, it is going to make necessary modifications in the plant, supplying it with some improvements that will simplify its operational management. This modifications expect: - Reducing or eliminating the foam generation that it is produced in the biological reactor. - Improving oxygen management available in the biological reactor and oxygen transference. This is accomplished by replacing superficial aeration, nowadays it is done with turbines, by a diffusor aeration system, minimising the energetic consumption needed - Solving sedimentation problems in the secondary decanter, which is produced by a high nitrates concentration in the outflow of the biological process. The methodology followed for designing the plant modifications to improve nutrients elimination in the treatment plant and to digest its sludge is: Observation and study of historical process data of year 2016; alternatives development and introduction in DESASS software; technic-economic comparison of designed alternatives in order to choose the optimal one; economic detailed characterisation of the optimal alternative. The methodology followed for making the energetic analysis of the wastewater treatment plant is: Consumption study of the different elements that take part in the plant process; detection of the elements with the greatest energetic consumption; installation of measurement material for obtaining the hourly consumption of those elements with the greatest energetic consumption in a representative period of time; statistic study of the obtained data; proposals for wastewater plant process improvement aiming an energetic efficiency improvement.

La depuración de aguas juega un papel muy importante dentro del proceso de reutilización de las aguas y en la protección del medio ambiente. En España, no fue hasta bien entrado el siglo XX cuando se empezó a fraguar cierta concienciación en la depuración de aguas residuales urbanas e industriales. Si bien, el gran salto vino de la mano de la incorporación de España en la Comunidad Económica Europea (CEE). La Directiva europea 91/271 fue la que marcó los primeros límites de vertido añadiendo, además, la definición de zonas sensibles de vertido. De este modo se incluía la limitación por concentración de nutrientes para estas zonas sensibles. Muchas de las EDARs ya construidas han visto como sus zonas de vertido han sido modificadas a zona sensible, por lo que se ha tenido que ir adaptando su diseño original para cumplir con las nuevas exigencias. Junto con lo anterior, si se tiene en cuenta que la tendencia en cuanto a número de zonas sensibles va ir en aumento en los próximos años, nos encontramos con la obligación de modificar las plantas existentes. Además de estas modificaciones, la reducción del consumo energético de las plantas en la actualidad supone un reto, por lo que cada vez más se requiere un mejor ajuste de estos consumos con el fin de reducir emisiones de efecto invernadero a la atmósfera. La EDAR Camp de Turia I es un ejemplo de planta de depuración que necesita ser renovada ya que en la actualidad, la EDAR no digiere el fango y no elimina nutrientes suficientemente, esta renovación permite cumplir con los requisitos legales. El objetivo principal de este trabajo es realizar las modificaciones necesarias en la EDAR Camp de Turia I con el fin de que el fango producido por la EDAR esté suficientemente estabilizado y permitir una mejora en la eliminación de nutrientes, para ello se generarán diversas alternativas y se someterán a una evaluación técnico-económica. Una vez se tenga la alternativa óptima se proyectará todo lo necesario para poder realizar la modificación de la planta. Además se va a analizar el consumo energético actual de la planta, realizando un estudio de los consumos horarios de forma desagregada de aquellos elementos que más consuman para optimizar su funcionamiento. Aparte de cumplir con los objetivos anteriormente mencionados, independientemente de la alternativa seleccionada, se van a proponer las modificaciones necesarias en la planta para dotarla de ciertas mejorías en el proceso que facilitarán su control de operación. Estas modificaciones pretenden: - Reducir o eliminar la generación de espumas que se producen en el reactor biológico. - Mejorar el control del oxígeno disponible en el reactor biológico y la transferencia de oxígeno. Esto se consigue sustituyendo la aireación superficial, que actualmente se realiza mediante turbinas, por un sistema de aireación por difusores permitiendo reducir su consumo energético. - Solucionar los problemas de sedimentación en el decantador secundario producido por la alta concentración de nitratos a la salida del proceso biológico. La metodología seguida para proyectar las modificaciones en la planta para mejorar el proceso de eliminación de nutrientes en la planta y digerir el fango es la siguiente: Observación y estudio de los datos históricos del año 2016 del proceso de la EDAR; desarrollo de las alternativas e implantación de las mismas en el software DESASS; comparación técnico-económica de las alternativas diseñas para elegir la óptima; caracterización económica detallada de la alternativa óptima. La metodología seguida para el análisis energético de la planta es el siguiente: Estudio de los consumos de los elementos que participan en el proceso de depuración de la planta; detección de los elementos de mayor consumo energético; implantación de material de medición para obtener el consumo horario de los elementos de mayor consumo energético durante un periodo sufi

[CA] La depuració d’aigües juga un paper molt important dins del procés de reutilització de les aigües i en la protecció del medi ambient. A Espanya, no va ser fins ben entrat el segle XX quan es va començar a forjar certa conscienciació en la depuració d’aigües residuals urbanes i industrials. Si bé, la gran diferència ve de la mà de la incorporació d’Espanya en la Comunitat Econòmica Europea (CEE). La Directiva europea 91/271 va ser la que marcà les primeres limitacions de d’abocament afegint, a més, la definició de zones sensibles d’abocament. D’aquesta manera s’incloïa la limitació per concentració de nutrients per a aquestes zones sensibles. Moltes de les EDARs ja construïdes han vist com les seues zones d’abocament han sigut modificades a zona sensible, pel que s’ha hagut d’anar adaptant el seu disseny original per a complir amb les noves exigències. Junt amb el comentari anterior, si es té en compte que la tendència en referencia a número de zones sensibles va a anar en augment en els pròxims anys, ens trobem amb l’obligació de modificar les plantes existents. A més d’aquestes modificacions, la reducció del consum energètic de les plantes en la actualitat suposen un repte, pel que cada vegada més es requereix un millor ajust d’aquests consums amb la finalitat de reduir emissions d’efecte hivernacle a l’atmosfera. L’EDAR Camp de Túria I es un exemple de planta de depuració que necessita ser renovada ja que en l’actualitat, l’EDAR no digereix el fang i no elimina nutrients suficientment, la renovació a realitzar deurà permetre el compliment dels límits d’abocament establerts per la normativa vigent. L’objectiu principal d’aquest treball es realitzar les modificacions necessàries a la EDAR Camp de Túria I amb la finalitat de que el fang produït per l’EDAR estiga completament digerit i permetre una millora en la eliminació de nutrients, amb aquest motiu es generaran diverses alternatives i es sotmetran a una avaluació tècnica - econòmica. Una vegada es tinga l’alternativa òptima es projectaran totes les modificacions necessàries per poder realitzar la modificació de la planta. A més es va a analitzar el consum energètic actual de la planta, realitzant un estudi dels consums horaris de forma desagregada d’aquells elements que més consumeixen per a optimitzar el seu funcionament. Apart de complir amb els objectius anteriorment mencionats, independentment de l’alternativa seleccionada, es van a realitzar les modificacions necessàries en la planta per a dotar-la de certes millories en el procés que facilitarà el seu control d’operació. Aquestes modificacions pretenen: - Reduir o eliminar la generació d’espumes que es produeixen al reactor biològic. - Millorar el control de l’oxigen disponible al reactor biològic i la transferència d’aquest. Açò s’aconsegueix substituint l’aeració superficial mitjançant turbines, per un sistema de d’aeració per difusors, permetent reduir el seu consum energètic. - Solucionar el problema de sedimentació al decantador secundari produït per l’alta concentració de nitrats a l’eixida del procés biològic. La metodologia seguida per a projectar les modificacions en la planta per a millorar el procés d’eliminació de nutrients i digerir el fang es la següent: Observació i estudi de les dades històriques de l’any 2016 del procés de l’EDAR; desenvolupament de les alternatives i implantació d’aquestes al software DESASS; comparació tècnica - econòmica de les alternatives simulades per a elegir l’òptima; caracterització econòmica detallada de l’alternativa òptima. La metodologia seguida per al anàlisis energètic de la planta es el següent: Estudi dels consums dels elements que participen en el procés de depuració de la planta; detecció dels elements de major consum energètic; implantació de material de mesurament per a obtenir el consum horari dels elements de major consum energètic durant un període suficient per a extraure valors representatius; estudio estadístic de les dades obtingudes; propostes de millora per a la planta actual amb la finalitat de millorar la seua eficiència energètica.