Conaqua – Consulting




Español | English

Estudio de simulación de mejoras técnicas y operación de la EDAR La Cartuja – FASE I

UTEDEZA (filial de VEOLIA) – 2014

Modelización matemática y simulación de la EDAR La Cartuja, con el objeto de llevar a cabo un estudio exhaustivo de simulación que permita cuantificar una serie de mejoras propuestas por el cliente, así como establecer criterios de operación e identificar controladores automáticos que permitan optimizar la operación y la eficiencia energética de la EDAR.

 

estudio-simulacion-cartuja

 

 

A requerimiento de UTEDEZA, empresa filial de VEOLIA y concesionaria de la O&M de la EDAR de La Cartuja, CONAQUA CONSULTING, S.L. ha llevado a cabo el proyecto “Estudio de simulación de mejoras técnicas y operación de la EDAR La Cartuja – FASE I”. El proyecto se ha basado en la realización de un estudio de simulación de mejoras técnicas y operación de la EDAR La Cartuja propuestas por el cliente. El estudio aborda principalmente los balances de fósforo y energía, con el objetivo final de optimizar la operación de la planta para la nueva situación prevista. En la actualidad la EDAR La Cartuja dispone de una eliminación biológica de materia orgánica y una eliminación química de fósforo. Además, cuenta con un horno de incineración de fangos como tratamiento final de su línea de lodos. En esta FASE I se aborda únicamente el estudio de la línea de aguas.

 

La planta de tratamiento de aguas residuales (EDAR) “La Cartuja” constituye la mayor instalación de tratamiento de aguas residuales de Zaragoza. Situada en el barrio rural de La Cartuja, trata los vertidos procedentes del polígono industrial de Malpica, los colectores de los núcleos urbanos del tramo final del Huerva y del resto de la ciudad no abastecida por la depuradora de “La Almozara”. Diseñada para tratar 260.000 m3/d, tiene la capacidad de depurar vertidos de una población de 1,2 millones de habitantes equivalentes. Está compuesta por un sistema para el tratamiento del agua residual, un sistema para el tratamiento de los fangos producidos en la EDAR y un sistema para la desodorización. La línea de aguas consta de una primera etapa de pre-tratamiento físico (desbaste de grueso y fino y desarenado/desengrasado), seguida de una etapa de decantación primaria de tipo lamelar y una etapa de tratamiento secundario biológico de fangos activos diseñada para la eliminación de materia orgánica. La línea de tratamiento de fangos a su vez, incluye diferentes procesos de espesamiento de lodos, una etapa de deshidratación de estos mediante filtros prensa y finaliza con una incineración en hornos de lecho fluidificado. Finalmente, para la desodorización del entorno se dispone de torres de lavado químico.

 

utedeza1

Figura 1 Esquema del pretratamiento de la EDAR La Cartuja.

utedeza2Figura 2 Esquema del tratamiento primario de la EDAR La Cartuja.

utedeza3Figura 3 Esquema del tratamiento secundario de la EDAR La Cartuja.

utedeza4Figura 4 Esquema del tratamiento de fangos de la EDAR La Cartuja.

 

Para la realización del estudio se ha desarrollado un Simulador de Operación mediante la plataforma comercial de simulación WEST® y en base a la librería de modelos Plant-Wide Model (PWM) del CEIT. El Simulador, tras una modelización de los procesos biológicos y físico-químicos a estudiar, y una calibración exhaustiva y compleja de los modelo en base a los datos experimentales recibidos, ha permitido llevar a cabo los siguientes estudios de simulación:

 

1. Estudio de las posibilidades de eliminar fósforo biológicamente con objeto de reducir costes de explotación, respetando los volúmenes totales actuales de los reactores biológicos de la planta y determinando el reparto de volúmenes para las fases anaerobia y aerobia de dichos reactores.

 

2. Estudio de optimización de un nuevo sistema de aireación propuesto por el cliente: el cliente tiene previsto cambiar el actual sistema de aireación, compuesto por difusores de burbuja gruesa, por uno nuevo de difusores de burbuja fina. Por ello, se requiere llevar a cabo un estudio de dimensionamiento y de optimización de la operación del nuevo sistema de aireación, en el que se explora una gestión óptima de la presión y del caudal de aire en el circuito de aireación, es decir, de la presión de salida de las turbosoplantes y de la apertura de las válvulas del circuito de aireación.

 

3. Incorporación de un modelo de tratamientos físico-químico para el estudio de diversas opciones adicionales de depuración basado en la tecnología Actiflo™ de VEOLIA.

 

utedeza5

Figura 5 Configuración en la herramienta de simulación WEST® de la EDAR La Cartuja.

 

Así, entre otros, se ha podido comprobar por simulación que:

 

-La sustitución de los difusores actuales de burbuja gruesa por unos nuevos de burbuja fina y la optimización de la operación del sistema de aireación por medio de la gestión óptima de la presión de impulsión de las turbosoplantes y de la apertura de las válvulas del circuito de aire, proporcionan un ahorro energético asociado a la aireación ligeramente superior al 50%. Cabe destacar que para la gestión óptima del sistema de aireación se ha desarrollado un simulador matemático que permite modelizar el sistema de distribución de aire de la EDAR La Cartuja y optimizar mediante “Solver” sus principales parámetros de operación (presión de impulsión de las turbosoplantes, grado de apertura de las válvulas).

 

utedeza6Figura 6 Modelo resumido del circuito de aireación de la EDAR La Cartuja.

 

utedeza7Figura 7 Modelo de válvulas del simulador del sistema de distribución de aire de la EDAR la Cartuja.

 

-En un periodo de transición en el que la EDAR se ha de operar con una primera línea biológica con difusores de burbuja gruesa y una segunda línea con difusores de burbuja fina, y en el que se toma la determinación de gestionar la presión de impulsión de las turbosoplantes que dan servicio a ambas líneas en base a las prestaciones de los nuevos difusores de burbuja fina, el rendimiento de depuración es óptimo y el ahorro proporcionado por el conjunto (línea 1 con difusores de burbuja fina + gestión óptima de los principales parámetros de operación del sistema de distribución de aire) proporciona un ahorro energético de aproximadamente el 25%.

 

-Habilitando un 10% del volumen total del tratamiento biológico en modo anaerobio es posible eliminar el fósforo que llega a la EDAR de manera biológica para garantizar los requerimientos de calidad a lo largo del año, manteniendo el sistema de adición de cloruro férrico para afine del efluente y como medida de seguridad.

 

-La operación de la zona facultativa como zona anaerobia permite reducir aún más los costes de aireación. Asimismo, se comprueba que el límite superior de volumen anaerobio es de aproximadamente el 25% ya que por encima de dicho volumen no se cumple con los requerimientos de calidad en el efluente.

 

-Un control óptimo del nivel de sólidos en el tratamiento biológico en función de la temperatura permite optimizar el consumo de aire en el tratamiento biológico y ahorrar costes asociados de manera significativa.

 

-Al incorporar la tecnología Actiflo™ de VEOLIA en la línea de retornos de la planta se observa una ligera mejoría en la eliminación biológica de fósforo. Asimismo, puesto que los caudales de retorno aportan una carga adicional al proceso biológico, aunque en este caso no excesivamente significativa, también se observa una disminución en los requerimientos de oxígeno de aproximadamente el 6%.