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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

javier.grimaldo@siemens.comAv. Domingo Orue 971 SurquilloTeléfono: 215- 5757

Muchas Gracias…

www.siemens.com/water