Presentación de PowerPoint...2015/11/20 · ETAPA DE DISEÑO La E.D.A.R. depura agua. Las...
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Jorge E. Chamorro Alonso
Ingeniero de Caminos, C. y P.
DESHIDRATACIÓN DE FANGOS
DE UNA ESTACIÓN DEPURADORA
DE AGUAS RESIDUALES E.D.A.R.
CONDICIONANTES DE LA
EXPOSICIÓN Creencias propias
Conocimientos técnicos
Experiencia personal
Datos técnicos
Consenso profesional
Cada E.D.A.R. es única
La deshidratación de fangos es la instalación más importante de una E.D.A.R.
RAZONES BÁSICAS Los equipos mecánicos encargados de la
deshidratación son de los más caros
El consumo de energía eléctrica y de los reactivos químicos de los sistemas de deshidratación son altos
El coste de disposición de los biosólidos (fangos deshidratados) es elevado
Los escurridos generados inducen sobrecargas en los procesos de la línea de agua.
CONCEPTO TRADICIONAL E.D.A.R.
ETAPA DE PLANIFICACIÓN Estudio de los datos de partida:
Cargas hidráulicas
Cargas contaminantes.
La normativa establece los límites de las características CUALITATIVAS (ppm) del agua depurada en cuanto a parámetros contaminantes (DBO5, SS, NTK, P, etc.)
Solo importa la línea de agua
El destino de los fangos se ignora en esta etapa
ETAPA DE DISEÑO
La E.D.A.R. depura agua.
Las exigencias de los Pliegos de Bases se centran en los tratamientos que conforman la línea de agua
El pretratamientos y los procesos de la línea de fangos son procesos resueltos con excesiva ligereza
Los volúmenes de fangos producidos se minimizan
Resultado:
Línea de agua bien diseñada
Línea de fango infradimensionada
ETAPA DE CONSTRUCCIÓN Tensiones económicas
Instalaciones afectadas: pretratamiento y los procesos de la línea de fangos
Sobredimensionamiento de las capacidades de los equipos de deshidratación
Las mas elementales normas de producción fabril establecen que los "cuellos de botella" se encuentren (aunque no necesariamente en forma física) al principio de la factoría, nunca al final de la misma.
ETAPA DE OPERACIÓN
El control de la E.D.A.R. : Análisis del agua de salida
Objetivo: sacar agua limpia cuando se controla
Abono de servicios por agua depurada
RESULTADOS
Diseño:
E.D.A.R. con líneas de agua muy potentes
E.D.A.R. con líneas de fango insuficientes para tratar los fangos generados en la línea de agua
Operación
Líneas de agua sobrecargadas de sólidos
Consumos excesivos de energía
Vertidos de fangos al cauce
Olores en las E.D.A.R.
NUEVO CONCEPTO E.D.A.R
E.D.A.R.:FABRICA DE BIOSÓLIDOS Planificación:
Produce biosólidos
Destino de la producción
Diseño:
Cuanto biosólidos se deben de producir para proteger el cauce.
La línea de agua produce el fango
La línea de fangos transforma el fango en biosólido
Construcción
La línea de fangos es la mas importante
Operación
El control de la E.D.A.R. es la producción de bisólidos y biogás
Objetivo: Sacar la mayor producción posible de biosólidos
Abono del servicio por Tn de biosólidos producidos
DESHIDRATACION DE FANGOS E.D.A.R. PEQUEÑAS (< 5.000 e-h)
Eras de secado
Lechos de carrizos
Sacos filtrantes
Sistemas mecánicos
E.D.A.R. MEDIANAS Y GRANDES: Filtros de vacío
Tornillo
Filtros banda
Filtros prensa
Centrifugadoras
E.D.A.R. PEQUEÑAS: ERAS DE SECADO I
E.D.A.R. PEQUEÑAS: ERAS DE SECADO II
E.D.A.R. PEQUEÑAS: ERAS DE SECADO III
Ventajas:
Bajo coste de implantación
Bajo coste de mantenimiento
Inconvenientes.
Necesita mucha superficie
Dependiente de las condiciones meteorológicas
Demanda mano de obra
Afecciones ambientales: Olores, vectores sanitarios
E.D.A.R. PEQUEÑAS: LECHOS DE CARRIZO I
E.D.A.R. PEQUEÑAS: LECHOS DE CARRIZO II Ventajas:
Bajo coste de implantación
Bajo coste de mantenimiento
Mano de obra sin cualificar
Sin reactivos
Inconvenientes.
Alta superficie ocupada
Necesidades puntuales de mano de obra
Afecciones ambientales: Olores, vectores sanitarios
E.D.A.R. PEQUEÑAS:SACOS DE SECADO I
E.D.A.R. PEQUEÑAS: SACOS DE SECADO II
Ventajas:
Bajo coste de implantación
Bajo coste de mantenimiento
Mano de obra sin cualificar
Inconvenientes.
Uso de reactivos
Proceso poco controlable
Sequedad baja
Afecciones ambientales: Olores, vectores sanitarios
FILTROS DE VACIO I
FILTROS DE VACIO II
FILTROS DE VACIO III Ventajas:
Proceso continuo
Poco espacio
Fácil de operar
Fácil de automatizar
Inconvenientes.
Alto coste de operación y mantenimiento
Necesita depósito tampón
Consumo elevado de cal y sal metálica
Incremento de biosólidos por reactivos
Consumo de agua para lavado de telas
Afecciones medioambientales: Aerosoles
TORNILLOS I
TORNILLOS II
TORNILLOS III Ventajas:
Proceso continuo
Poco espacio
Fácil de operar
Bajas afecciones ambientales
Inconvenientes.
Alto coste de Implantación
Altos costes de operación y mantenimiento
Alto consumo de reactivos
Sensible a las características del reactivo
Consumo de agua para lavado
Poco compatible con procesos Anamox o similares
FILTROS BANDA I
FILTROS BANDA II
FILTROS BANDA III Ventajas:
Proceso continuo
Consumo energético bajo
Facilidad en las labores de mantenimiento
Inconvenientes.
Alto coste de implantación
Alto coste de mantenimiento: cambio de telas
Demandan mano de obra de forma continuada
Consumo de agua para limpieza de tela
Afecciones medioambientales: Aerosoles
Necesidad de protocolos de seguridad
Incremento del caudal de escurridos
Poco compatible con procesos Anamox o similares
FILTROS PRENSA I
FILTROS PRENSA II
FILTRO PRENSA III Ventajas:
Alta sequedad
Ideal con procesos de estabilización química
Costes de operación medios
Fácil de operar
Fácil de mantener
Inconvenientes.
Altos costes de implantación
Proceso discontinuo
Requiere un depósito tampón
Presencia frecuente de personal
Alto coste de mantenimiento: cambio de telas
Consumo elevado de reactivos: cal y sales metálicas
Incremento de biosólidos por reactivos
Problemas (por mal diseño) en la descarga
CENTRIFUGADORA I
CENTRIFUGADORA I
CENTRIFUGADORA II Ventajas:
Proceso continuo
Proceso muy fiable
No demandan mano de obra de forma continua
Sin afecciones medioambientales directas
Fácil de automatizar
Inconvenientes.
Alto coste de implantación
Alto coste de mantenimiento
Sensible a la presencia de arenas
Mantenimiento por personal cualificado y talleres específicos
TIPOS DE FANGOS GENERADOS EN UNA E.D.A.R.
FANGOS PRIMARIOS
FANGOS SECUNDARIOS
FANGOS TERCIARIOS
FANGOS PRIMARIOS
Los fangos primarios son los obtenidos de un tratamiento primario
Suelen suponer entre el 55 y el 65 % de la totalidad de los fangos producidos
Características:
Concentración de materia volátil (MV) 60-80 %
Facilidad para atrapar residuos sólidos
Facilidad de espesamiento por gravedad
Alta biodegradabilidad en condiciones anaerobias
Alto potencial de producción de olores.
FANGOS SECUNDARIOS Los fangos secundarios son los obtenidos de un
tratamiento biológico
Suelen representar entre el 35-45 % de los fangos producidos
Se caracterizan por:
Concentración de MV dependiente de la edad del fangos: 60-80 %
Baja concentración
Pueden presentar problemas para su espesamiento por gravedad
FANGOS TERCIARIOS
Los fangos terciarios son los obtenidos de un tratamiento terciario por procedimientos físico-químicos
Suelen representar entre el 3 y el 6 % de los fangos producidos
Se caracterizan por: Concentración de MV menor que la de los fangos
biológicos alterada por la dosificación de reactivos Baja concentración No suelen presentar problemas para su
espesamiento por gravedad
OBJETIVO DEL TRATAMIENTO DE FANGOS La línea de fangos de una E.D.A.R. tiene por
objetivos:
Reducir los volúmenes de fangos
Reducir la carga contaminante
Minimizar los costes de su disposición final
PROCESOS DE TRATAMIENTO DE FANGOS Los procesos comúnmente utilizados para el
procesamiento de los fangos generados en una E.D.A.R. son:
Tamizado
Espesamiento
Estabilización
Deshidratación mecánica
Secado térmico
SELECCIÓN DEL SISTEMA DE DESHIDRATACIÓN MECÁNICA Factores a considerar:
Producción de fangos
Destino de los biosólidos
Características del fango a deshidratar
Tipo de reactivo a utilizar
Sequedad final
Espacio disponible
Condiciones climáticas
Calidad del escurrido
Necesidad de insumos
Automatización
Condiciones de trabajo
Afecciones ambientales
PRODUCCION DE FANGOS Producción diaria:
Percentiles
Condiciones medias con coeficientes
Difícil de programar
Presencia de personal
Días de funcionamiento a la semana
Horas de funcionamiento al día
Automatización
DESTINO FINAL DE LOS BIOSÓLIDOS Agricultura
Limitación de reactivos: cal y cloruro férrico
Aprovechamiento energético
Máxima sequedad
Máxima materia volátil
Compostaje
Sequedad no limitante
Mínima materia volátil
CARACTERISTICAS DE LOS FANGOS A DESHIDRATAR Procesos previos
Fangos fresco
Fangos estabilizado anaeróbicamente
Fango estabilizado aeróbicamente
Cantidad de materia volátil
A igualdad de proceso previo: a mayor materia volátil mayor consumo de reactivos
TIPO DE REACTIVOS Polielectrolitos
Sólidos
Líquidos
Otros
Cal
Sales de hierro
SEQUEDAD FINAL Aprovechamiento de los biosólidos
Agricultura
Energía
Compostaje
Costes de disposición
Transporte
Aprovechamiento
ESPACIO DISPONIBLE Grandes EDAR
Espacio limitado
Ultimas Tecnologías
Medianas EDAR
Espacio limitado
Tecnologías convencionales
Pequeñas EDAR
Espacio no limitado
Tecnologías de bajo coste
CONDICIONES CLIMÁTICAS Critico para pequeñas E.D.A.R.
CALIDAD DE LOS ESCURRIDOS Destino: cabecera de planta
Sobrecargas al proceso
DBO5 y SS: 1-3 %
Nutrientes: 15-25 %
Tratamientos posteriores
Procesos convencionales
Procesos Anamox (filtros banda, tornillos)
NECESIDAD DE INSUMOS Energía eléctrica: eras de secado o filtros
Reactivos: tecnologías específicas
Agua potable: preparación de reactivos
Agua industrial: lavado de telas
AUTOMATIZACIÓN Mejores sensores
Tendencia a la automatización
Procesos discontinuos
CONDICIONES DE TRABAJO Aerosoles
Riesgos biológicos
Olores
Ruidos
AFECCIONES AMBIENTALES Olores
Ruidos
Vectores sanitarios
ACONDICIONAMIENTO DEL FANGO Medios naturales sin acondicionamiento
Medios mecánicos
Acondicionamiento químico:
Características del fango
Contenido de materia volátil
Tiempo de contacto
Temperatura
Calidad del escurrido
Papel del Laboratorio: Proactivo
Acondicionamiento térmico
DOSIFICACION DE CAL La cal se suministra en polvo y se debe de
preparar la lechada con concentraciones entre 1 y el 5 % con tiempos de retención por encima de los 10 minutos
DOSIFICACION DE CLORURO FERRICO El cloruro férrico se suministra en forma líquida
y se puede dosificar directamente. La instalación debe de cumplir con la normativa APQ
DOSIFICACION DE POLIELECTROLITO Los polielectrolitos se pueden suministrar en
forma líquida o sólida, en cualquier caso se necesita una preparación previa con concentraciones por debajo del 1 %
DISEÑO DE LA DESHIDRATACIÓN Para el diseño de la deshidratación es necesario:
Definir los datos de diseño
Definir los parámetros de diseño
Realizar el diseño
Determinar las características de los equipos
Seleccionar los equipos
DATOS DE DISEÑO Los datos de diseño necesarios son:
Producción diaria de M.S.
Materia volátil (M.V.)
Horas semanales de trabajo
Concentración de entrada (%)
Concentración de salida (%)
Número de equipos a instalar
Caracterización del escurrido
Capacidad de almacenamiento de los biosólidos
PRODUCCION DE MATERIA SECA La producción de fangos adoptada para el
diseño de la línea de fangos debe de estar del lado de la seguridad para evitar problemas de funcionamiento en la E.D.A.R.:
Si se dispone de históricos, adoptar el percentil 85 %
Si no se dispone de históricos adoptar la producción media afectada de un coeficiente de seguridad (1,1-1,25)
MATERIA VOLATIL El porcentaje de MV es una variable importante
para que el fabricante de los equipos establezca su nivel de garantías.
Salvo que se tengan referencias al respecto, conviene adoptar valores entre el 60 y el 65 %, en función del tratamiento al que se haya sometido el fango.
HORAS SEMANALES DE TRABAJO Dado el bajo nivel de automatización de estas
instalaciones es necesaria la atención personal, por lo que las horas de funcionamiento semanales, están relacionadas con la jornada del personal.
El funcionamiento normal será de lunes a viernes : 5 días a la semana
Las horas diarias depende de si se puede disponer de un turno o dos turnos
Un turno : mayor inversión y menor coste de operación
Dos turnos: menor inversión y mayor coste de operación
Horas por turno:
Un turno: 7 horas
Dos turnos: 15 horas
CONCENTRACIÓN DE ENTRADA Depende de los procesos anteriores
En las centrifugadoras es fundamental ya que establece el caudal de alimentación.
Sin postespesador se recomienda adoptar concentraciones entre el 3-4 %
Con postespesador se recomienda no superar concentraciones del 5 % para evitar infradimensionamientos.
CONCENTRACIÓN DE SALIDA Depende del destino de los biosólidos
Valores máximos (sin filtros prensa):
Fangos primarios frescos > 25 %
Fangos mixtos frescos: 20-25 %
Fangos estabilizados por vía anaerobia: 20-25 %
Fangos estabilizados por vía aerobia: 18-22 %
Fangos de aireaciones prolongadas: 18-20 %
Fangos En las centrifugadoras es fundamental ya que establece el caudal de alimentación.
Con filtros prensa la sequedad se encuentra entre el 30 y el 40 % en función del tipo de fangos y de los reactivos utilizados.
NUMERO DE EQUIPOS A INSTALAR Con un solo turno (7h/d) se recomienda dos
unidades
Con dos turnos (15 h/d) se recomienda tres unidades
Reserva:
Si se ha mayorado la producción media de fangos: No se necesita unidad de reserva
Si no se ha mayorado: una unidad de reserva.
Equipos de preparación de reactivos: dos unidades
Equipos periféricos: una unidad de reserva
CARACTERIZACIÓN DEL ESCURRIDO La concentración de sólidos en suspensión del
escurrido es una variable importante para que el fabricante de los equipos establezca su nivel de garantías.
Se recomienda limitar la calidad del escurrido entre 1.000 y 2.000 ppm
Para tratamientos posteriores con tecnología Anamox se debe de mantener la temperatura por encima de los 30 º C.
Atención a los equipos que necesiten agua de lavado
CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO DE LOS BIOSÓLIDOS
Para facilitar la operación en fines de semana:
Con tráfico de camiones limitado
Cierre de plantas de reutilización
Evitar costes elevados
Mínimo: dos días de producción diaria no efectiva
PARAMETROS DE DISEÑO Procesos
Dosis de reactivos
PROCESO: ERAS DE SECADO Depende de las condiciones climáticas:
Duración del ciclo: 8-10 semanas
Clima Lluvia anual (mm) Carga kg SS/m2/año Carga h-e/m2
Mediterráneo 800-1.500 80 5
Continental 1.500-2.000 50 3
PROCESO: LECHOS DE CARRIZO
Carga por m2: 40-60 KgSS/m2/año
Velocidad de filtración: 0,25-0,4 m3/m2/h
PROCESO: SACOS DE SECADO
Depende de las condiciones climáticas y de las características del equipo de cada fabricante, por lo que no existen, de inicio parámetros de diseño propiamente dichos para esta tecnología.
PROCESO: FILTROS DE VACIO
Fangos mixtos digeridos por vía anaerobia: 20-30 kgSS/m2/h
Fangos digeridos por vía aerobia: 15-20 kgSS/m2/h
PROCESO: FILTROS PRENSA
Ciclo:
Fangos mixtos digeridos por vía anaerobia: 2,5 horas
Fangos digeridos por vía aerobia: 3,0 horas
Espesor de la torta: 32-35 mm
Ancho máximo de placa: 2 x 2 m
PROCESO: FILTROS BANDA
Capacidad por ancho de banda:
Fangos mixtos digeridos por vía anaerobia: 250 kgSS/ml/h
Fangos digeridos por vía aerobia: 125 kgSS/ml/h
Ancho máximo de banda: 2,5 m
Caudal de agua de lavado: 5-10 m3/ml/h
PROCESO: CENTRIFUGADORAS
Depende de las características del equipo de cada fabricante, por lo que no existen, de inicio parámetros de diseño propiamente dichos para esta tecnología, siendo necesario definir los siguientes valores para cada equipo:
Caudal de alimentación en m3/h
Carga de sólidos de alimentación en kg SS/h
DOSIS DE REACTIVOS
Depende de las características del fango y de los procesos a los que, previamente, ha sido sometido, especialmente de la M.V. y de la estabilización previa.
Para el polielectrolito, y con el mismo criterio conservador, se debería de adoptar valores entre 10-12 kg/TnMS para fangos biológicos provenientes de un estabilización aerobia y de 7-10 kg/TnMS para fangos mixtos estabilizados por vía anaerobia.
Dosificaciones de polielectrolito con valores inferiores a 5 kg/TnMS no deberían de contemplarse en el diseño por razones de seguridad.
Para el caso de la cal, las dosificaciones se sitúan entre el 20-30 % de materia seca y el cloruro férrico entre el 5 y el 10 % de materia seca.
SOLICITUD DE OFERTA Cuando se pidan las ofertas para el equipo de deshidratación mecánica de
fangos, se recomienda explicitar los datos de diseño que deben de formar parte de las garantías exigidas. Con especial atención a:
Capacidades de diseño
Caudal en m3/h
Capacidad en kg SS/h
Sequedades
Entrada en %
Salida en %
Materia volátil en el fango de entrada
Concentración de SS en el escurrido en ppm
Consumos de reactivo
Para la concentración máxima de SS en el escurrido
Para la máxima sequedad
Consumo de energía en kwh/kg SS
Consumo de agua l/kgSS
PROBLEMAS DE OPERACIÓN Cuando se presenten problemas de operación se
recomienda actuar analizando, por orden cronológico, los siguientes aspectos:
Variaciones en la concentración del fango de alimentación
Dosis insuficiente de reactivos
Mala preparación de los reactivos
Pérdida de eficacia de la emulsión
Punto de dosificación
Cambio de las condiciones del fango (concentración, estabilización, MV, etc.)
TRATAMIENTO DE ESCURRIDOS I
Escurridos en una E.D.A.R.:
Espesamiento
Deshidratación
Escurridos deshidratación tras estabilización anaerobia:
Temperatura > 30 º C
Altas cargas en nutrientes:
Nitrógeno: 15-25 % de las cargas del agua bruta
Fósforo: 10-15 % de las cargas del agua bruta
TRATAMIENTO DE ESCURRIDOS II
Caudal 0,5-1,5 % del caudal medio de las aguas residuales
DBO5 0,5-1,5 % de la carga media de las aguas residuales
250-750 ppm
SS 1,5-2,5 % de la carga media de las aguas residuales
1.200-2.000 Ppm
NTK 15-25 % de la carga media de las aguas residuales
800-1.500 Ppm
P 10-15 % de la carga media de las aguas residuales
200-800 Ppm
TRATAMIENTO DE ESCURRIDOS III
Opciones de tratamiento escurridos tratamiento anaerobio:
Físico-químico: Solo fósforo
Biológicos:
Nitrificación-desnitrificación convencional: bacterias AOB+NOB
Nitritación-desnitrificación: bacterias AOB
Procesos Anamox: Bacterias AOB+ Anammox
TRATAMIENTO DE ESCURRIDOS IV
TRATAMIENTO DE ESCURRIDOS V
Parámetro Oxígeno Materia orgánica Producción de fangos
Kg O2
Kg N-NH4+
Kg DQO
Kg N-NH4+
Kg SS
Kg N-NH4
NOB 4,57 2,80-2,90 1,0-1,2
AOB 3,43 1,65-1,75 0,8-0,9
Comparativa entre sistema convencional y nitritación:
TRATAMIENTO DE ESCURRIDOS VI
Sistemas AOB:
Edades del fango bajas: 1-2 días
Sistemas: SBR Reactores en serie
TRATAMIENTO DE ESCURRIDOS VII
Sistema Anammox: proceso biológico en el que ciertos microorganismos, en condiciones anaerobias, convierten el amonio en nitrógeno gaseoso, empleando el nitrito como aceptador de electrones.
NH4+ + 1,3 NO2 ------> 1,02 N2 + 0,26 NO3- + 2 H2O
Parámetro Oxígeno Materia orgánica Producción de fangos
Kg O2
Kg N-NH4+
Kg DQO
Kg N-NH4+
Kg SS
Kg N-NH4
AOB 3,43 1,65-1,75 0,8-0,9
Anammox - - 0,1-0,2
TRATAMIENTO DE ESCURRIDOS VIII
Sistema Anammox:
Temperatura: 30-40 º C
TRC: > 20 días
SECADO SOLAR I
SECADO SOLAR II
SECADO SOLAR III
SECADO SOLAR IV Ventajas:
Baja producción de biosólidos
Bajo consumo energético
Fácil de operar
Inconvenientes.
Dependiente de la zona, es sensible a las horas solares anuales
Necesidad de superficie
Necesita un sistema de desodorización del aire interior
SECADO El objeto del secado de fangos es:
Reducir su volumen
Reducir patógenos
Facilitar su transporte y disposición
Tipos:
Térmico
Solar
SECADO TERMICO
SECADO TERMICO Ventajas:
Baja producción de biosólidos
Compatible con sistemas de cogeneración
Inconvenientes.
Alto coste de Instalación
Alto coste energético
Alto coste de operación si no va asociado a sistemas de cogeneración.
Necesidad de personal cualificado
PRODUCCION DE BIOSÓLIDOS En contra de las tendencias vigentes, actualmente se
considera que la línea de agua debe de diseñarse paran producir la máxima cantidad de fangos de buena calidad, esto supone:
Obtener fangos con mayor MV
Reducir al mínimo los reactivos químicos
Reducir los consumos eléctricos
RESUMEN Una E.D.A.R. es una fábrica de biosólidos
Diseñar con una producción de fangos mayorada
Atención a la preparación de reactivos
Agua potable
Agua industrial
Equipos de preparación de polielectrolito: 2 mínimo
Reducir cuellos de botella:
Duplicar equipos: tornillos y bombas de biosólidos
Ubicación de equipos de deshidratación en zonas elevadas
Incompatibilidad de los escurridos con sistemas Anamox o similares
Temperatura de los fangos
Limitar las garantías de los fabricantes
Mantenimiento preventivo
EJEMPLO DISEÑO I
EJEMPLO DISEÑO II
EJEMPLO DISEÑO III
EJEMPLO DISEÑO IV
EJEMPLO DISEÑO V
EJEMPLO DISEÑO VI
EJEMPLO DISEÑO VII
EJEMPLO DISEÑO VIII