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SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE ALTA EFICIENCIA
CONFERENCIA INTERNACIONAL
“AGUA y SANEAMIENTO EN EL PERU”Situación actual y propuestas tecnológicas alemanas
Ing. Javier Grimaldo CastilloSiemens Water TechnologiesJunio, 2009
DIAGRAMA DE FLUJO PTAR LODOS ACTIVADOS
LoPro Odor Control
Ducted Foul Air
Ducted Foul Air
Influent
Headworks Screen/Grit
Ducted Foul Air
Buyout
SecondaryClarifier Reuse
Quality Effluent
Waste Activated Sludge
Dewatered BioSolids
Polymer Feed
Vertical Loop Reactor (VLR)Chlorination
Return Activated Sludge
Centrifuge
To Landfill
PrimaryClarifier
Digester
SISTEMAS DE LODOS ACTIVADOS
Zanja de oxidaciónORBAL
Vertical Loop Reactor (VLR)
Verticel
TECNOLOGIAS SIEMENS ¿Que tienen estos sistemas en común?
Todos han sidodiseñadoscon zonasanoxicas-aereadas
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
REACTOR ANOXICO CONVENCIONAL
Aerobic + Nitrifying Zone+
Oxygen
FromPrimary Treatment
SecondaryClarifier Effluent
200-400%
50-150%WasteSolids
AnoxicDenitrifying
Zonew/o Air
Lutzack-Ettinger Process
REACTORES ANÓXICOS AIREADOS
SIEMENS WATER TECHNOLOGIES
Reactor aerobio con menor suministro de oxigeno que la demanda (condiciones de déficit)
Reactores operan en serie
Elimina necesidades de mezcla y reciclaje interno en la zona anóxica
Mejora la denitrificación permitiendo el contacto directo de las bacterias nitrificantes con los nitratos producidos.
O2 Demand O2 Supplied
DeficitDeficit
Result = ‘0’ DO
O2 Supplied < 75% of O2 Demand
lb O
2/hr
REACTORES ANOXICOS AIREADOS
Purga deLodos (WAS)
Afluente
EfluenteQ
Clarificadorsecundario
Retorno de Lodos (RAS)Leyenda
T. Anoxico
T. Aerobio
Carga promedio: 50% del volumen es un tanque anóxico
5 - 20% of O2
40 - 60% of O2
25 - 35% Of O2
REACTORES ANÓXICOS AIREADOS
CRITERIOS DE DISEÑO REMOCION BIOLOGICA DE NUTRIENTES (BNR)
Carga orgánica de diseño ≥ 0.25 kgDBO/m3.d
Suministro de oxigeno con intensidad reducida
2 o mas reactores en serie
Edad de lodo: variable f (T°)
% Remoción de DBO, N y P: variable
BNR
REACTORES ANOXICOS AIREADOS
EFICIENCIAS TIPICAS
DBO: 95 % remoción
SST: 95 % remociónAmonio: 99 % remociónNitrógeno: 95 % remociónFósforo: 80 % remoción
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Internal Recycle (Qint/Q)
Rem
oval
Effi
cien
cy (%
)
Conventional
Aerated-anoxic
20 mg/l BOD20 mg/l TSS80% Total-N removal
REMOCION DE NITROGENO
REACTORES ANÓXICOS AIREADOS
VENTAJAS DEL PROCESO
Calidad del efluente según normasMenor cantidad de oxigeno que en procesos convencionales (condiciones anóxicas)Menor consumo de energía eléctricaMenores costos O & MRemoción biológica de nutrientes (Nitrógeno y fósforo)Menor área de terrenoConfiguración de reactores en serieFlexibilidad a sobrecargas hidráulicas
VENTAJAS REMOCION DE NITROGENO
Inmediata producción de NO2 en el primer reactor
Camino mas corto para la simultanea nitrificación / denitrificación
Convencional: Amonio Nitritos Nitratos Nitritos N gasR. anoxicos-aereados: Amonio Nitritos N gas
Menores costos de operación (Denitrificación mas rápida)
Incremento de la tasa total de remoción de nitrógeno
REACTORES ANÓXICOS AIREADOS
“Molecular analysis of ammonia-oxidizing bacterial populations in aerated-anoxic Orbal processes” - Dr. Nogera (University of Wisconsin, 2002)
SISTEMA ORBAL
SISTEMA ORBAL
DescripciónReactores 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
Marshall WWTP (WIsconsin)
Aerobic(1 mg/L)
Aerobic(2 mg/L)
Aerated-Anoxic(0.5 mg/L)
Nitrificación/Denitrificación simultanea
SISTEMA ORBAL – 3 CANALES
DISCOS DE AIREACIÓN:
Diámetro = 1.4 m
Espesor = 12 mm
Material: Polietileno
Diseñado para trabajar en contacto con las aguas residuales
SISTEMA ORBAL
Nódulos triangulares permiten una mejor mezcla y aireación.
Disco diseñado para fácil remoción e instalación
Baja formación de aerosoles
SISTEMA ORBAL
Eficiencia de aireaciónFactor alfa (Transferencia de O2) de 0.95 versus 0.55-0.65 para difusores de burbuja fina
Eficiencia de aireación: 2.0 kgO2/KWh (condiciones estándar)
0.62 kg O2 (St)/h x disco
1,18 kg O2 (St)/h x disco
Velocidad 43 r.p.m.Velocidad 56 r.p.m.
SUMERGENCIA = 55 cm
Aporte de oxígeno por variación de la velocidad de los discos de aireación
Condiciones de mezclaVolumen 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
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
Zanja vertical con profundidades de hasta 8.5m
Tanques en serie similar al sistema ORBAL (O. D. de 0.5, 1 y 2 mg/L)
Aireación superficial con discos garantizan la mezcla a la entrada.
Difusores de burbuja gruesa suministran oxigeno suplementario
Ahorro significativo de área de terreno
Caudales de diseño: hasta 520 l/s x modulo
Incremento de eficiencia de aireación para difusores de burbuja gruesa: 2.4 kg O2/kWh (condiciones estándar)
Se alcanza la eficiencia de un difusor de burbuja fina con la configuración de los difusores de burbuja gruesa
7m
30m Longitud
Lower Chamber Bubble DT: 50 SecondsUpper Chamber Bubble DT: 15 Seconds
Total DT: 65 Seconds
VERTICAL LOOP REACTOR
INFLUENTDIFUSORES BURBUJA GRUESA
VERTICAL LOOP REACTOR
VERTICEL
VERTICEL
Sistema VLR (discos de aireación) seguido por reactores de burbuja fina convencionales
Reactores en serie que operan bajo condiciones “anóxicas-aireadas”
Factor alfa optimizado y control de O.D. estratificado
Caudal de diseño: hasta 600 l/s por modulo
Surface Aeration(Aerated Anoxic Cells) Fine Bubble Aeration
EffluentInfluent
+RAS
VERTICEL
EFICIENCIA TRANSFERENCIA O2
Burbuja de aire quieta
Surfactantes actuancomo barrera
Gota de agua turbulenta
Surfactantes en suspension
Factor Alfa: Es uno de los mas importantes que afectan la eficiencia de
aireación del proceso
Los valores de Alfa varían entre 0.2 a 1.5.
El factor alfa es afectado por la concentración de surfactantes en las
aguas residuales.
VERTICEL vs. BURBUJA FINA
18 MGD WWTP 18 MGD WWTP -- Net AOR = 1,612 lb/hr (80% denitrification)Net AOR = 1,612 lb/hr (80% denitrification)
Burbuja finaVLR (discos de aireación)
00105Mezclador (HP)
205--595Blowers (HP)
7.23.157.2SAE (lb O2 / HPx h)
0.661.000.55Factor alfa1, 2 mg/L02D.O. (mg/L)
1,4768294,287SOR (lb/h)0.550.980.38F.C.F*
Total (HP)
Discos de aireación (HP)
Parámetros
468700
02630
Verticel: Anoxic – Aerated tankConvencional Fine bubble with
Anoxic tank
* SOR: Standar Oxygen Rate * SAE: Standar Aeration Efficiency
Ahorro aprox. 20% de energía eléctrica comparado con las plantas convencionales de aireación prolongada
VERTICEL vs. BURBUJA FINA
POWER TO TREAT 1.8 MGD
727 700
468
0100200300400500600700800900
1000
Conv. Fine bubble Fine bubble w/non-aerated anoxic zone
Verticel
Aeration system
Pow
er d
raw
, Kw
INVESTIGACIONES REALIZADAS
RESUMENProceso:
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
ING. JAVIER GRIMALDO CASTILLO
[email protected]. Domingo Orue 971 SurquilloTeléfono: 215- 5757
Muchas Gracias…
www.siemens.com/water
