Reactores Anoxicos

CONFERENCIA INTERNACIONAL
“AGUA y SANEAMIENTO EN EL PERU”
Situación actual y propuestas tecnológicas alemanas
SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES DE ALTA EFICIENCIA
Ing. Javier Grimaldo Castillo
Siemens Water Technologies
Junio, 2009
DIAGRAMA DE FLUJO PTAR LODOS
ACTIVADOS
Influent
Headworks
Screen/Grit
Primary
Clarifier
Vertical Loop Reactor (VLR)
Secondary
Clarifier
Chlorination
Reuse
Quality
Effluent
Buyout
Waste Activated
Sludge
Return Activated
Sludge
Ducted
Foul Air
Digester
LoPro Odor
Control
Polymer
Feed
Ducted
Foul Air
Ducted
Foul Air
Dewatered
BioSolids
Centrifuge
To
Landfill
SISTEMAS DE LODOS ACTIVADOS
TECNOLOGIAS SIEMENS
¿Que tienen estos
sistemas en común?
Zanja de oxidación
ORBAL
Vertical Loop
Reactor (VLR)
Verticel
Todos han sido
diseñados
con zonas
anoxicasaereadas
REACTOR ANOXICO
CONVENCIONAL
Consideraciones de diseño
•
El reactor no requiere oxigeno
•
La mezcla es realizado por mezcladores mecánicos
•
Los nitratos son bombeados de la zona aerobia hacia la
zona anóxica para la denitrificación (reciclaje interno)
•
Se requiere reciclaje interno (4Q) para alcanzar mas de
80% de denitrificación
REACTOR ANOXICO
CONVENCIONAL
From
Primary
Treatment
Anoxic
Denitrifying
Zone
w/o Air
Aerobic + Nitrifying Zone
+
Oxygen
Secondary
Clarifier Effluent
200-400%
50-150%
Lutzack-Ettinger Process
Waste
Solids
REACTORES ANÓXICOS AIREADOS
SIEMENS WATER
TECHNOLOGIES
Reactor aerobio con menor
suministro de oxigeno que la
demanda (condiciones de
déficit)
lb O2/hr
Reactores operan en serie
Deficit
Result = ‘0’ DO
Elimina
necesidades
de
mezcla y reciclaje interno en
la zona anóxica
O2 Demand O2 Supplied
Mejora
la
denitrificación
permitiendo
el
contacto
directo de las bacterias
nitrificantes con los nitratos
producidos.
O2 Supplied < 75% of O2 Demand
REACTORES ANOXICOS AIREADOS
Carga promedio: 50% del
volumen es un tanque anóxico
5 - 20%
of O2
40 - 60%
of O2
25 - 35%
Of O2
Clarificador
secundario
Afluente
Q
Efluente
Retorno de Lodos (RAS)
Leyenda
T. Anoxico
T. Aerobio
Purga de
Lodos (WAS)
REACTORES ANÓXICOS AIREADOS
CRITERIOS DE DISEÑO REMOCION
BIOLOGICA DE NUTRIENTES (BNR)
„ Carga orgánica de diseño ≥ 0.25 kg
DBO/m3.d
„ Suministro de oxigeno con intensidad
reducida
„ 2 o mas reactores en serie
„ Edad de lodo: variable Æ f (T°)
„ % Remoción de DBO, N y P: variable
BNR
REACTORES ANOXICOS AIREADOS
EFICIENCIAS TIPICAS
REMOCION DE NITROGENO
¾ SST: 95 % remoción
¾ Amonio: 99 % remoción
¾ Nitrógeno: 95 % remoción
¾ Fósforo: 80 % remoción
Removal Efficiency (%)
¾ DBO: 95 % remoción
100
Aerated-anoxic
90
80
Conventional
70
60
50
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Internal Recycle (Qint/Q)
20 mg/l BOD
20 mg/l TSS
80% Total-N removal
REACTORES ANÓXICOS AIREADOS
VENTAJAS DEL PROCESO
Calidad del efluente según normas
Menor cantidad de oxigeno que en
procesos convencionales
(condiciones anóxicas)
Menor consumo de energía eléctrica
Menores costos O & M
Remoción biológica de nutrientes
(Nitrógeno y fósforo)
Menor área de terreno
Configuración de reactores en serie
Flexibilidad a sobrecargas hidráulicas
REACTORES ANÓXICOS AIREADOS
VENTAJAS REMOCION DE NITROGENO
9 Inmediata producción de NO2 en el primer reactor
9 Camino mas corto para la simultanea nitrificación / denitrificación
ƒ
ƒ
Convencional: Amonio Æ Nitritos Æ Nitratos Æ Nitritos Æ N gas
R. anoxicos-aereados: Amonio Æ Nitritos Æ N gas
9 Menores costos de operación (Denitrificación mas rápida)
9 Incremento de la tasa total de remoción de nitrógeno
“Molecular analysis of ammoniaoxidizing bacterial populations in
aerated-anoxic Orbal processes” - Dr.
Nogera (University of Wisconsin, 2002)
SISTEMA ORBAL
SISTEMA ORBAL
Descripción
Reactores de mezcla completa
en serie con niveles
estratificados de oxigeno.
El primer reactor es una zona
“aireada – anóxica”
El ultimo reactor es una zona
aerobia.
Caudales diseño: hasta 400 l/s
por modulo
SISTEMA ORBAL – 3 CANALES
Nitrificación/Denitrificación simultanea
Aerobic
(1 mg/L)
Aerobic
(2 mg/L)
Aerated-Anoxic
(0.5 mg/L)
Marshall WWTP (WIsconsin)
SISTEMA ORBAL
DISCOS DE AIREACIÓN:
ƒ Diámetro = 1.4 m
ƒ Espesor = 12 mm
ƒ Material: Polietileno
ƒ Diseñado para trabajar en
contacto con las aguas
residuales
ƒ Nódulos triangulares permiten una
mejor mezcla y aireación.
ƒ Disco diseñado para fácil remoción e
instalación
ƒ Baja formación de aerosoles
SISTEMA ORBAL
Eficiencia de aireación
9 Factor alfa (Transferencia de O2) de
0.95 versus 0.55-0.65 para
difusores de burbuja fina
9 Eficiencia de aireación: 2.0 kg
O2/KWh (condiciones estándar)
Condiciones de mezcla
9 Volumen mezclado por 1 HP para
mantener una velocidad de 0.3 m/s
- Discos Orbal ~ 1 HP:100,000 Gal
- Cepillos ~ 1 HP: 20,000 Gal
Aporte de oxígeno por variación de la velocidad
de los discos de aireación
SUMERGENCIA = 55 cm
Velocidad 56 r.p.m.
Velocidad 43 r.p.m.
1,18 kg O2 (St)/h x
disco
0.62 kg O2 (St)/h x
disco
SISTEMA ORBAL
FLEXIBILIDAD DE OPERACIÓN:
‰ Dirección de rotación (sentido
del flujo)
‰ Velocidad de rotación (45-55
RPM)
‰ Agregar o remover discos
‰ Nivel de sumergencia
‰ Mantenimiento superficial, no
se requiere vaciar los tanques
‰ Permite el by pass del
desagüe a cualquiera de los
reactores
VERTICAL LOOP REACTOR (VLR)
VERTICAL LOOP REACTOR
¾ Zanja vertical con profundidades de hasta 8.5m
¾ Tanques en serie similar al sistema ORBAL (O. D. de 0.5, 1 y 2 mg/L)
¾ Aireación superficial con discos garantizan la mezcla a la entrada.
¾ Difusores de burbuja gruesa suministran oxigeno suplementario
¾ Ahorro significativo de área de terreno
¾ Caudales de diseño: hasta 520 l/s x modulo
VERTICAL LOOP REACTOR
DIFUSORES BURBUJA GRUESA
INFLUENT
7m
Lower Chamber Bubble DT: 50 Seconds
Upper Chamber Bubble DT: 15 Seconds
Total DT: 65 Seconds
30m Longitud
¾ Incremento de eficiencia de aireación para difusores de burbuja gruesa:
2.4 kg O2/kWh (condiciones estándar)
¾ Se alcanza la eficiencia de un difusor de burbuja fina con la
configuración de los difusores de burbuja gruesa
VERTICAL LOOP REACTOR
VERTICEL
VERTICEL
¾ Sistema VLR (discos de
aireación) seguido por
reactores de burbuja fina
convencionales
¾ Reactores en serie que operan
bajo condiciones “anóxicasaireadas”
¾ Factor alfa optimizado y
control de O.D. estratificado
¾ Caudal de diseño: hasta 600 l/s
por modulo
VERTICEL
Surface Aeration
(Aerated Anoxic Cells)
Influent
+
RAS
Fine Bubble Aeration
Effluent
EFICIENCIA TRANSFERENCIA O2
9 Factor Alfa: Es uno de los mas importantes que afectan la eficiencia de
aireación del proceso
9 Los valores de Alfa varían entre 0.2 a 1.5.
9 El factor alfa es afectado por la concentración de surfactantes en las
aguas residuales.
Gota de agua turbulenta
Burbuja de aire quieta
Surfactantes en suspension
Surfactantes actuan
como barrera
VERTICEL vs. BURBUJA FINA
18 MGD WWTP - Net AOR = 1,612 lb/hr (80% denitrification)
Parámetros
Convencional
Fine bubble with
Anoxic tank
Verticel: Anoxic – Aerated tank
VLR (discos de
aireación)
Burbuja fina
D.O. (mg/L)
2
0
1, 2 mg/L
Factor alfa
0.55
1.00
0.66
F.C.F*
0.38
0.98
0.55
SOR (lb/h)
4,287
829
1,476
SAE (lb O2 / HPx h)
7.2
3.15
7.2
Blowers (HP)
595
--
205
Discos de aireación
(HP)
0
263
0
Mezclador (HP)
105
0
0
Total (HP)
700
* SOR: Standar Oxygen Rate
468
* SAE: Standar Aeration Efficiency
VERTICEL vs. BURBUJA FINA
POWER TO TREAT 1.8 MGD
1000
900
Power draw, Kw
800
727
700
700
600
468
500
400
300
200
100
0
Conv. Fine bubble
Fine bubble w/nonaerated anoxic zone
Verticel
Aeration system
Ahorro aprox. 20% de energía eléctrica comparado con las
plantas convencionales de aireación prolongada
INVESTIGACIONES REALIZADAS
RESUMEN
Proceso:
ƒ
Reactores Anoxicos – Aerobios: Orbal / VLR / VertiCel
•
Suministro de Oxigeno estratificado permite ahorrar significativamente
energía eléctrica
Experiencia:
•
Mas de 1000 instalaciones alrededor del mundo
•
Mas de 80 años de experiencia en procesos
•
Aplicación: Aguas residuales domesticas e industriales
Performance:
•
Alta remoción de DBO y nutrientes (N y P)
•
Produce un efluente de calidad
•
Buena sedimentación de lodos (Bajo IVL)
•
Flexible a sobrecargas hidráulicas (aguas de lluvia)
•
Menor área de terreno
•
Aireador de disco es mas eficiente que otros equipos mecánicos
Muchas Gracias…
ING. JAVIER GRIMALDO CASTILLO
[email protected]
Av. Domingo Orue 971 Surquillo
Teléfono: 215- 5757
www.siemens.com/water