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Asistencia técnica para la redacción de proyectos de mejora de la eficiencia energética del sistema de depuración de aguas residuales de Palma

EMAYA – 2014

Modelización matemática y simulación de las EDAR Palma 1 y Palma 2, con el objeto de llevar a cabo un estudio exhaustivo de simulación que permita identificar posibles acciones de mejora, tanto de diseño, como de operación, como de incorporación de nuevos equipos, que permitan finalmente maximizar la eficiencia energética de las EDAR.

 

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(Fuente: EMAYA)

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(Fuente: EMAYA)

 

 

A requerimiento de EMAYA, CONAQUA CONSULTING, S.L. ha llevado a cabo el proyecto “Asistencia técnica para la redacción de proyectos de mejora de la eficiencia energética del sistema de depuración de aguas residuales de Palma”. El proyecto se ha basado en la realización de un estudio de simulación de las EDAR Palma 1 y Palma 2, destinadas a depurar las aguas residuales de Palma de Mallorca. La EDAR Palma 1, situada en el Camí de Son Olivé S/N en el término municipal de Palma de Mallorca, recibe para su tratamiento el agua residual procedente de la Playa de Palma, Sant Jordi, S’Aranjassa, Es Pillarí, el aeropuerto de Son Sant Joan y parte de las aguas generadas en la ciudad de Palma, con un caudal diario a depurar de entre 45.000 y 50.000 m3/día. Esta depuradora dispone de línea de aguas y línea de tratamiento de fangos recibiendo diariamente de la EDAR Palma 2 un caudal de entre 25.000 y 30.000 m3/día de agua residual y de entre 1.000 y 1.500 m3/día de fango con una concentración de entre el 1% y el 2% para su tratamiento. La línea de aguas consta de una primera etapa de pre-tratamiento físico (desbaste de grueso y fino y desarenado/desengrasado), seguido de una etapa de decantación primaria y una etapa de tratamiento secundario biológico de fangos activos diseñada para la eliminación de materia orgánica y nitrógeno. La línea de tratamiento de fangos a su vez, incluye diferentes procesos de espesamiento de lodos, una etapa de digestión de lodos y finaliza con una deshidratación de estos mediante unidades centrífugas.

 

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Figura 1 Plano en planta de la EDAR Palma 1 (fuente: Manual de operador de explotación de las depuradoras EDAR Palma 1 y EDAR Palma 2).

 

La EDAR Palma 2, situada en el Camí Fondo, s/n, también llamado Camí de Son Fangos y Camino viejo de LLuchmajor, en el término municipal de Palma de Mallorca, recibe para su tratamiento las aguas residuales generadas también por la ciudad de Palma, comprendidas entre playa La Pineda y San Agustín, y los municipios de Marratxí, Bunyola y Esporles. La depuradora está proyectada para depurar entre 80.000 y 90.000 m3/día, si bien su caudal nominal de depuración varía entre 50.000 y 60.000 m3/día ya que se impulsan diariamente entre 25.000 y 30.000 m3/día de agua residual a la EDAR Palma 1. La línea de aguas consta de una primera etapa de pre-tratamiento físico (desbaste de grueso y fino y desarenado/desengrasado), seguido de una etapa de decantación primaria y una etapa de tratamiento secundario biológico de fangos activos diseñada para la eliminación de materia orgánica y nitrógeno. El proceso biológico está desacoplado, separando los procesos de eliminación de materia orgánica de los de eliminación u oxidación de nitrógeno.

 

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Figura 2 Plano en planta de la EDAR Palma 2 (fuente: Manual de operador de explotación de las depuradoras EDAR Palma 1 y EDAR Palma 2).

 

Para la realización del estudio se ha desarrollado un Simulador de Operación mediante la plataforma comercial de simulación WEST® en base al modelo ASM2d en la línea de aguas y a la librería Plant-Wide Model (PWM) del CEIT en parte de la línea de fangos (digestor anaerobio, unidad de deshidratación y recuperador de estruvita).  El Simulador de Operación desarrollado incorpora los modelos de ambas depuradoras, es decir, las EDAR Palma 1 y Palma 2, por el trasvase de agua y lodos que hay de una depuradora a la otra. El Simulador, tras una calibración previa exhaustiva y compleja del modelo en base a los datos experimentales recibidos, ha permitido simular la operación conjunta de las dos plantas, realizar un diagnóstico inicial del funcionamiento actual de las dos EDAR y explorar el funcionamiento de las plantas modificando condiciones operacionales, simulando modificaciones en el diseño de las plantas e incorporando nuevos equipos, tanto accionamientos como sistema de control.

 

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Figura 3 Configuración en la herramienta de simulación WEST® de las EDAR Palma 1 y Palma 2.

 

Así, entre otros, en lo que respecta a la EDAR Palma 1:

 

-Se comprueba que la EDAR Palma 1 es una planta con una excelente relación DQOT/NT en el afluente y una gran capacidad para la eliminación de nitrógeno y materia orgánica. Así, se ha podido comprobar que el volumen de la zona aireada es superior a la óptima y que se podría trabajar con una mayor zona anóxica, menor concentración de oxígeno, o menor TRS, lo que hace que aumente el caudal de biogás, obteniendo un amonio prácticamente nulo a la salida; se confirma pos simulación esta hipótesis incluso para bajas temperaturas (13ºC). Como resultado de la exploración de escenarios de optimización de la zona aerobia  se comprueba la validez de operar la EDAR con una configuración DN convencional y con los 5 primeros reactores dela EDAR en modo anóxico, obteniendo excelentes resultados y minimizando costes de aireación.

 

-De forma complementaria, se propone incorporar un control del nivel de oxígeno basado en la medida de nitrógeno amoniacal (N-NH4) en la zona de salida del tratamiento biológico, es decir gobernado por un lazo de control de N-NH4 superior, ya que permite una reducción adicional de los costes de aireación de hasta un 38%, así como automatizar la operación y garantizar la calidad del efluente deseada.

 

-También, se ha podido reconfirmar la gran capacidad de depuración de la EDAR Palma 1 al comprobar que la planta es capaz de depurar el agua residual afluente correctamente con 2 de las 3 líneas de depuración.

 

-Finalmente, también se ha podido confirmar la posibilidad de operar la planta bajo una configuración A2O para eliminar fósforo biológicamente, en cuyo caso se comprueba asimismo la conveniencia de incorporar un proceso de recuperación de estruvita para evitar el retorno a cabeza de planta de la alta concentración de N-NH4 y P-PO4 que se libera en la digestión anaerobia y como no, para obtener rendimiento económico al proceso de eliminación biológica de fósforo.

 

En lo que respecta a la EDAR Palma 2:

 

-Se comprueba que podría obtenerse un ahorro energético en el sistema de aireación aproximadamente del 50% sustituyendo el sistema actual de aireación de turbinas por un sistema de difusores de burbuja fina.

 

-Por otro lado, se comprueba que para cumplir con los requerimientos de vertido optimizando las necesidades de oxígeno, sería válido reconvertir el tratamiento secundario actual de la EDAR Palma 2 en una configuración DN convencional, con unas obras relativamente sencillas.

 

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Figura 4 Trayectoria del agua en la nueva configuración DN propuesta para la EDAR Palma 2.

 

 

-Para maximizar el ahorro energético de la aireación en la nueva configuración DN propuesta, se comprueba que es recomendable trabajar al máximo de zona anóxica; ante episodios de variaciones de carga, lo cual es habitual, se comprueba la bondad de contar con una zona facultativa para tener flexibilidad entre los volúmenes anóxico y óxico.

 

-Finalmente, se comprueba la bondad de incorporar, en la nueva configuración DN propuesta, un control de O2 basado en la medida de nitrógeno amoniacal (N-NH4) en la zona de salida del tratamiento biológico, es decir gobernado por un lazo de control de N-NH4 superior, con el fin de reducir los requerimientos de oxígeno de la zona aireada y, en definitiva, obtener un ahorro energético adicional; concretamente, por simulación se determina una reducción de los requerimientos de oxígeno del 12%, que a su vez se traduce en una reducción de consumo energético del 30% en el sistema de aireación, con respecto a un funcionamiento sin control de nitrógeno amoniacal.

 

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Figura 5 Esquema de la propuesta de control de oxígeno de la nueva configuración DN propuesta gobernado por un controlador de N-NH4 a la salida del biológico.