SISTEMAS DE AERACIÓN TÉCNICAS APLICABLES AL DISEÑO Y … · 2015. 12. 10. · (ATV-DVWK-A131E)...

SISTEMAS DE AERACIÓNTÉCNICAS APLICABLES AL DISEÑO Y

GESTIÓN

XXXIII CURSO SOBRE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Y EXPLOTACIÓN DE ESTACIONES DEPURADORASY EXPLOTACIÓN DE ESTACIONES DEPURADORAS

Ian Trillo FoxIan Trillo Fox

ASESORíA TÉCNICA Y CONTROL SAASESORíA TÉCNICA Y CONTROL, SAPtge. Cooperativa 1 1º2º

Sant Cugat del Vallés, 08192 Barcelona@[email protected]

CEDEX, 18 de Noviembre 2015

CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN

1 Introducción1. Introducción2. Demanda de Oxígeno de los Procesos de Tratamiento

Biológico3 T f i d O í3. Transferencia de Oxígeno4. Tipos de Aeradores I5. Tipos de Aeradores II (Difusores Porosos Finos)6. Dimensionamiento de un Sistema de Aeración7. Central de Producción de Aire8 Control de Sistemas de Aeración8. Control de Sistemas de Aeración 9. Medida de la Transferencia de Oxígeno en

Condiciones Standard10 Medida de la Transferencia de Oxígeno en10. Medida de la Transferencia de Oxígeno en

Condiciones de Campo

ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.

2

Á

1. INTRODUCCIÓN1. INTRODUCCIÓN

PRINCIPIOS BÁSICOSAGENTESELIMINACIÓN CONTAMINANTES AGENTES• SUSTRATO• MICROORGANISMOS

ELIMINACIÓN CONTAMINANTES

– Orgánicos (C)

Inorgánicos (N y P) • ACEPTOR DE ELECTRONES– Inorgánicos (N y P)

PROCESOS

• CATABÓLICOS: El sustrato es transformado en productos estables y energía (Fuente de energía)

• ANABÓLICOS: El sustrato se utiliza para la síntesis celular (Fuente de carbono)


3

celular (Fuente de carbono)


Clasificación de los Microorganismos según sus Fuentes de Carbono y Energíasegún sus Fuentes de Carbono y Energía

PROCESO F CARBONO F ENERGIA ACEPTORPROCESO F. CARBONO F. ENERGIA ACEPTOR e-

ELIMINACIÓN C Heterótrofos DQO DQO O2Heterótrofos DQO DQO O2

NITRIFICACIÓN NH4 NOx- CO2

NH4 NO2-

O2 Autótrofos NO2

DESNITRIFICACIÓNNOx- N2 DQO DQO NO3- x 2Heterótrofos

DQO DQO NO3


4


Modelo de Utilización de Energía y Oxígeno por Microorganismos Heterótrofos

ACEPTOR ELECTRONES

O2RESPIRACIÓN

CO2, H2O, NH4, ...FUENTE DE

PRODUCTOS RESPIRACIÓN RESIDUO INERTE

CO2, H2O, NH4, ...

CPRODUCCIÓN

CARBONO Y ENERGIA

BIOMASA

Ags (ENERGIA)

SÍNTESISPRODUCCIÓN

NETA BIOMASA

NUTRIENTES

BIOMASA

METABOLISMO ENDOGENO Ags (ENERGIA)

N, P, S, etc

O2

ACEPTOR ELECTRONES MANTENIMIENTO


5

O2

2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS

Utilización de Sustrato para Crecimiento Celular

BiBiomasa

YHET1 DQO

YHET

1-YHET

CO2 + H2O + energíaAceptor e

ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.6

CO2 + H2O + energíaAceptor e-


PROCESO AEROBIO

BiBiomasa

YHET1 DQO

YHET

1-YHET

O CO2 + H2O + energía


O2 CO2 + H2O + energía


PROCESO ANÓXICO

Biomasa

1 DQOYHET

1-YHET

NNO


N2NO3 CO2 + H2O + energía


METODOS DE CALCULO DE LA DEMANDA DE OXIGENO DE LA MATERIA CARBONOSADE OXIGENO DE LA MATERIA CARBONOSA

• Métodos empíricos

• Utilización de modelosUtilización de modelos


9


MÉTODOS EMPÍRICOS

* Utilización de ratios (Kg O2/ Kg DBO5 elim.) derivados de la experiencia

Ejemplo: Curva MOP-8 (WPCF)


10


UTILIZACIÓN DE MODELOS

Clásicos

Sofisticados* UCT* ATV* WRC

Sofisticados

ACTIVATED SLUDGE WRC* Otros MODELS (ASM)


11


FORMULACIÓN GENERAL CLÁSICA

McCARTY: Concepto Estequiométrico

La fracción de sustrato(DQO) no convertiday) La fracción de sustrato(DQO) no convertida en biomasa es equivalente al oxígeno utilizado.

ECKENFELDER: Concepto EmpíricocCar

ty

ECKENFELDER: Concepto Empírico

Kg O2 /dia = a •( Kg DBOe) + b • (X • V)

der-

Mc

Síntesis Respiración Endógena

a :Coeficiente de Síntesis (estequiométrico)kenf

eld

( q )

b :Coeficiente de Respiración Endógena (cinético dependiente de la temperatura)(

Eck


12

p p )b(Tº) ≈ b(20º)·1.07^(T-20)


Coeficientes de la Demanda de Oxígeno

E k f ldCarga másica a b20ºC

Eckenfelder

(Kg/DBO5/d/KgSSLM) (KgO2/KgDBO5e) d-1

1,0 0,50 0,1360 7 0 50 0 1310,7 0,50 0,1310,5 0,50 0,1230 4 0 53 0 1170,4 0,53 0,1170,3 0,55 0,1080 2 0 59 0 0920,2 0,59 0,0920,1 0,65 0,066

0 05 0 66 0 040


0,05 0,66 0,040


Demanda Específica de Oxígeno

(ATV-DVWK-A131E)(kgO2/kgDBO5)(DQO/DBO5


DEMANDA DE OXIGENO DE LA MATERIA NITROGENADANITROGENADA

ÓA ) NITRIFICACIÓNDemanda estequiométrica de oxígeno4 60 K O / K N NO f d4,60 Kg O2 / Kg N – NO3 formado

B ) DESNITRIFICACIÓNB ) DESNITRIFICACIÓN“Aporte” estequiométrico de oxígeno2 86 Kg O2 / Kg N – NO3 eliminado2,86 Kg O2 / Kg N NO3 eliminado


15


DEMANDA TOTAL DE OXIGENOFORMULACIÓN CONVENCIONAL

DEMANDA CARBONOSADEMANDA CARBONOSA

++

DEMANDA NITRIFICACIÓNDEMANDA NITRIFICACIÓN

-

APORTE DESNITRIFICACIÓN


APORTE DESNITRIFICACIÓN


DEMANDA TOTAL DE OXIGENOFORMULACIÓN REAL

DEMANDA CARBONOSADEMANDA CARBONOSA

--

CONSUMO DESNITRIFICACIÓNCONSUMO DESNITRIFICACIÓN

++

DEMANDA NITRIFICACIÓN


DEMANDA NITRIFICACIÓN


DIFERENCIA CONCEPTUAL DEL CALCULO

FORMULACIÓN CONVENCIONAL

D Carbonosa: kgDQOelim x kgO2/kgDQOelimD. Carbonosa: kgDQOelim x kgO2/kgDQOelim

D. Nitrogenada: 4.60kgO2 x kgNO3formado-(2.86 x kg NO3elim.)

FORMULACIÓN REALO U C Ó

D. Carbonosa: kgDQOelim x kgO2/kgDQOelim –(2.86 xkg NO3elim.)

D. Nitrogenada:4.60kgO2 x kgNO3formado


18


CÁLCULO DE LA DEMANDA DE OXIGENO

CANTIDAD

– Utilización de los métodos indicados previamente. Todos proporcionan resultados similares.

VARIABILIDAD

– TEMPORAL• Estacional

Di i• Diaria

– ESPACIAL: Distribución en el reactor


19


V.TEMPORAL: DEMANDA PUNTA HORARIA

(Método Simplificado)Demanda Carbonosa Punta (DCP):

• Síntesis = (Demanda Diaria Síntesis) • FS/24F = Coef Punta Q • Coef Punta DBOFs = Coef.Punta Q • Coef.Punta DBO5

• Respiración Endógena = (Demanda diaria Respiración endógena)/24

(DCP) = (DD Síntesis •Fs + DD Resp.Endog)/24(Factor Punta Global F = DCP 24/DD)(Factor Punta Global FC = DCP • 24/DD)


20


V.TEMPORAL: DEMANDA PUNTA HORARIA

(Método Simplificado)

Demanda Nitrogenada Punta

• Nitrificación: (Demanda Diaria Nitrificación) • FN/24FN=Coef.punta Q•Coef.punta NTK5N p p 5

• Desnitrificación: (Demanda Diaria Desnitrificación) • FC/24( ) C


21


V. TEMPORAL:DEMANDA PUNTA HORARIA

(Método Simplificado ATV-DVWK-A131E)

FACTORES PUNTA


22


DEMANDA PUNTA HORARIA

(Modelo Avanzado de Simulación)

PERFIL HORARIO DE DQO y NTK

1600018000

kg DQO/h kg NTK/h

8000100001200014000

kg/h

0200040006000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORA


23Establecimiento de la variación horaria de carga contaminante




PERFIL HORARIO AOR (kgO2/h)

90 00

100.00

oxic 2 oxic 3 oxic 4 oxic 5

60 00

70.0080.0090.00

O2/

h

30.0040.00

50.00

60.00

kgO

20.001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORA


24


INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

Demanda Carbonosa

• SÍNTESIS• SÍNTESIS– Tiene base estequiométrica. No le afecta la temperatura.

• RESPIRACIÓN ENDÓGENA– Aumenta con TºC (1,070)( , )

– b(Tº) ≈ b(20º)x1.07^(T-20)

Normalmente el aumento suele ser compensado por– Normalmente el aumento suele ser compensado por

reducción de la concentración de SSLM del reactor


25


INFLUENCIA DE LA TEMPERATURADemanda NitrogenadaDemanda Nitrogenada

• NITRIFICACIÓN– Tiene base estequiométrica. No le afecta la temperatura.

• DESNITRIFICACIÓN

Igual que la nitrificación– Igual que la nitrificación

Una Gestión adecuada de la Planta permite que la Demanda de OxígenoUna Gestión adecuada de la Planta permite que la Demanda de Oxígeno sea prácticamente Estable a lo largo del Año, independientemente de la Temperatura


26

Excepción: Estacionalidad en cuanto a Caudales y Cargas Contaminantes.


VARIACION ESPACIAL DE LA DEMANDA

Influencia de la Configuración del Reactor

(kgO

2/h)

Reactor Mezcla CompletaO

xíge

no (

man

da d

e

Reactor Flujo Pistón

Distancia a la Cabeza del Reactor

Dem


27


FRACCIONAMIENTO DQO DEL AGUA RESIDUAL

TOTAL

BIODEGRADABLE NO BIODEGRADABLE

RAPIDAMENTE BIODEG

BIOMASA HETEROTROFA

SOLUBLE INERTE

PARTICULADA INERTE

LENTAMENTE BIODEG

METABOLIZACIÓN MUY RÁPIDA HIDRÓLISIS

EFLUENTE FANGO

(Ss) (Xbh) (Si) (Xi)(Xs)

METABOLIZACIÓN


28


CONFIGURACION CONVENCIONAL

Influente Oxic 1 Oxic 2 Oxic 3 Decantador EffluenteMixer10Influente Oxic 1 Oxic 2 Oxic 3 Decantador Effluente

Two way splitter9

Mixer10

o ay sp tte 9

Purga


29

Ó


VARIACIÓN ESPACIAL DE LA DEMANDASin Zona Anóxica

DEMANDA MEDIA DE OXIGENO OURTotal oxygen uptake rate Carbonaceous OUR Nitrogenous OUR

70656055

mgO

2/l/h

) 50454035

OU

R (m

3530252015

Oxic 1 Oxic 2 Oxic 3

151050


30HORA

Oxic 1 Oxic 2 Oxic 3


CONFIGURACIÓN LE-MOD

I fl t i 2 i 3 d t d Effl ti 1 i 4Influente oxic 2 oxic 3 decantador Effluenteanoxic1 oxic 4

purga


31


VARIACIÓN ESPACIAL DE LA DEMANDAConfiguración LE-MODg

DEMANDA MEDIA DE OXIGENO OURTotal oxygen uptake rate Carbonaceous OUR Nitrogenous OUR

70

65

60

55

O2/

l/h)

55

50

45

40

OU

R (m

g 3530

25

2020

15

10

5


32Oxic 2 Oxic 3 Oxic 4

0


COMPARACIÓN MÉTODOS DE CÁLCULO

Cálculo de la Distribución de la D. Oxígeno

DEMANDA Ud ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3 TOTALSISTEMA TRADICIONAL

CARBONOSA kgO2/h 106.00 46.00 42.00 194.00(C) % 54.64 23.71 21.65 100.00( )NITROGENADA kgO2/h 43.70 33.25 18.05 95.00(NIT) % 46.00 35.00 19.00 100.00DESNITRIFICACION kgO2/h 15.33 15.33 15.33 46.00(-DN) % 33.33 33.33 33.33 100.00

k O2/h 134 37 63 92 44 72 243 00TOTAL kgO2/h 134.37 63.92 44.72 243.00C+(NIT-DN) % 55.29 26.30 18.40 100.00

SISTEMA REALCARBONOSA kgO2/h 60.00 46.00 42.00 148.00(C-DN) % 40 54 31 08 28 38 100 00(C-DN) % 40.54 31.08 28.38 100.00NITROGENADA kgO2/h 43.70 33.25 18.05 95.00(NIT) % 46.00 35.00 19.00 100.00TOTAL kgO2/h 103.70 79.25 60.05 243.00(C-DN)+NIT % 42.67 32.61 24.71 100.00


33

( )

3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO

SISTEMAS AERACIÓN

Transferencia de Oxígeno

•Objetivo básico del Sistema de Aeración:Transferir oxígeno desde una fase gaseosa a la fase acuosa (licor mezcla).

•Fase Gaseosa:Aire ambiente o burbujasOxígeno puro (o gas con elevado porcentaje de oxígeno)


34


TIPOS DE SISTEMAS DE AERACION

• Superficiales:pTransferencia de oxígeno desde el aire ambiente a presión atmosférica

• Subsuperficiales o Sumergidos: p gTransferencia de oxígeno desde el aire de burbujas a presión superior a la atmosférica


35


TASA DE TRANSFERENCIA DE OXIGENO

ECUACIÓN GENERAL DE LA TRANSFERENCIAECUACIÓN GENERAL DE LA TRANSFERENCIA

CCKladC *(

OTR: Tasa de Transferencia de Oxígeno de un Sistema de

CCKladt

(

gAeración (Kg O2 /h)

OTR= Kla • (C * C) • VOTR= Kla • (C -C) • V

Kla Valores característicos del medio acuoso delKla Valores característicos del medio acuoso, delC* Sistema de Aeración y de las condiciones

ambientalesV V l d l t


36V Volumen del reactor


TASA DE TRANSFERENCIA DE OXIGENO

• VALOR NECESARIO PARA EL CÁLCULO :La OTR en Condiciones de ProcesoLa OTR en Condiciones de Proceso

• IMPOSIBILIDAD DEL FABRICANTE PARAS S S OSUMINISTRAR ESE VALORVariabilidad de Características del Licor Mezcla y de las Condiciones Ambientaleslas Condiciones Ambientales

• SOLUCIÓN DE COMPROMISO:Proporcionar el valor en condiciones normalizadas


37


MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXIGENO EN CONDICIONES NORMALIZADASOXIGENO EN CONDICIONES NORMALIZADAS

OBJETO:OBJETO:• Unificar condiciones Establecer base• Unificar procedimientos de comparación objetiva

NORMATIVA• Americana ASCE 2-91

• Alemana ATV Normativa • Austriaca ÖNORM Europea• Francesa CEMAGREF


38


CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS ENSAYOS

Norma ASCE (ASCE/EWRI 2-06)

Condiciones de Referencia:Condiciones de Referencia:• Agua de ensayo: Agua limpia (Potable)

• Condiciones ambientales:P t 1 t– Patm = 1 atm

– Temperatura = 20ºC (=1,024)

• Oxígeno disuelto: OD=0


39


VALORES MEDIDOS EN ENSAYO NORMALIZADO DE CUANTIFICACION DE LA TRANSFERENCIA DE O2DE CUANTIFICACION DE LA TRANSFERENCIA DE O2

• Los ensayos permiten medir:

C * (C * a 20º C) ( sistemas s mergidos)– C 20 (C a 20º C) ( sistemas sumergidos)– KLa20 (KLa a 20º C)

• SOTRCW =Tasa de Transferencia en Condiciones Normalizadas

SOTRcw= KLa20• C*20 • V (KgO2/h)


40


EXPRESIONES DE LA EFICIENCIA DE UN SISTEMA DE AERACION

AERACIÓN SUPERFICIALAERACIÓN SUPERFICIAL

SOTR T id d d t f iSOTRCW Tasa o capacidad de transferencia (Kg O2/h)

SAEcw Eficiencia de aeración (Kg O2/Kwhab)

PabsorbidaSOTRSAE CWCW


41


AERACIÓN SUMERGIDA

• SOTRCW (Kg O2/h) o (grO2/h/m)

• SOTECW Eficiencia de Transferencia (%)

100)/(2770)/(

)/(100. 3322

SmKgOhSmQ

hKgOSOTRinKgO

transfKgOSOTE CWCW )/(277,0)/(. 22 SmKgOhSmQinKgO

• SAECW (KgO2/Kwhab)


42


TRANSFERENCIA DE OXIGENO EN CONDICIONES DE CAMPO

Condiciones de Campo son las que se presentan en un reactor en las circunstancias especificas de trabajoun reactor en las circunstancias especificas de trabajo.

Son función de los siguientes parametros:Son función de los siguientes parametros:• Parámetros físicos ambientales • Parámetros físicos del licor mezclaParámetros físicos del licor mezcla• Parámetros del reactor

X =

CORRECCIONES

TRANSFERENCIA CONDICIONES

NORMALIZADAS

TRANSFERENCIA CONDICIONES DE

CAMPO


43


PARAMETROS QUE DEFINEN LAS CONDICIONES DE CAMPO

• Parámetros Físicos Ambientales– Temperatura

– Presión atmosférica• Parámetros Físicos del Licor Mezcla

– Temperatura– Temperatura– Oxígeno disuelto– Constituyentes específicos

• Parámetros del Reactor– Tipo de proceso– Carga de trabajoCarga de trabajo– Geometría – Configuración hidráulica

Ti d i t d ió


– Tipo de sistema de aeración


Factores que influyen sobre la Transferencia de Oxígeno en Condiciones de Campo

Factor de corrección Refleja la influencia de Sobre Expresión

Características del agua )(pwaKLaK de proceso

Características del agua de proceso (Salinidad)

)(cwaKL

)()(

)()(

*

*

*

*

cwCpwC

cwCpwC s

*

*

C

C

aK L

de p oceso (Sa dad)

Temperatura del agua de proceso

)()( cwCcwC s

)()(

20

)20(

pwaKpwaK

L

TLT aK L

SC

Temperatura del agua de proceso *

20

*

20*

* )()()(

S

STT

CpwC

pwCpwC

*

*

SC

C

Presión atmosférica (Tablas)** SCC


45F

Colmatación/ Deterioro del difusor )(FREAL aK L


MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXIGENO EN CONDICIONES DE CAMPOOXIGENO EN CONDICIONES DE CAMPO

• SOTRcw= KLa20• C*20 • V (KgO2/h)

• OTRcw= KLaT• C T* • V (KgO2/h)

SOTRC

CCβαFOTR **

)(TPW

2020 CPW

20


46


CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DEL ENSAYO Norma ASCE (ANSI/EWRI 2-06)( )

Condiciones de Referencia:• Agua de ensayo: Agua limpia (Potable)• Condiciones ambientales:

– Patm = 1 atm– Temperatura = 20ºC (=1,024)

O í di lt OD 0• Oxígeno disuelto: OD=0

*

1*20

*20)20(

CCCFFg T


47


VARIACION ESPACIAL DE F y OUR

OURF F

OUR OUR

L


48


Valores Característicos de los Coeficientes y F de la Transferencia de Oxígeno en y F de la Transferencia de Oxígeno en Condiciones de Campo

Configuración FactorSistema de aeración

reactor Factor Superficial Subsuperficial con difusores porosos finos

0 7Mezcla completa

0,7

F 0,55

Flujo Pistón 0,6-1,0

F 0 25-0 70


F 0,25-0,70


RESUMEN DE PROBLEMAS/ERRORES TIPICOS RELACIONADOS CON EL DISEÑOTIPICOS RELACIONADOS CON EL DISEÑO

DE SISTEMAS DE AERACION

1. Demanda de oxígenog

2 T f i d í2. Transferencia de oxígeno


50


1. Demanda de Oxígeno

• Cuantificación:No tener en cuenta el incremento de la demanda de• No tener en cuenta el incremento de la demanda de respiración endógena al aumentar la temperatura (puede compensarse bajando los SSLM (SRT) si el sistema lo

)permite)• Evaluación inadecuada de Factores de Punta

• Variación Espacial:• No tenerla en cuenta o en grado insuficiente


51


2. Transferencia de Oxígeno• Factor (F)

• Utilizar valores muy altos• No considerar variación espacial cuando no haya mezcla No considerar variación espacial cuando no haya mezcla

completa

• Temperatura• Temperatura• No influye en el intervalo normal de temperaturas. El cálculo

puede hacerse para las condiciones de demanda máxima

• Valor Saturación OD• Utilizar siempre valores a presión atmosféricaUtilizar siempre valores a presión atmosférica• Es inexacto en aeración sumergida (difusores)


52

4. AERADORES TIPO I4. AERADORES TIPO I

AERADORES TIPO I

• SUPERFICIALES– EJE VERTICAL Y FLUJO ASCENDENTE

T bi d b j l id d• Turbinas de baja velocidad• Turbinas de alta velocidad

– EJE HORIZONTAL• Superficiales (ROTORES• Sumergidos (DISCOS)• Sumergidos (DISCOS)

• DE ASPIRACIÓN CON ROTOR SUMERGIDO

• EYECTORES


53


AERADORES DE EJE VERTICAL Y FLUJO ASCENDENTEASCENDENTE


54


AERADORES DE EJE HORIZONTAL (Rotores)


55


AERADORES DE ASPIRACIÓN Y ROTOR SUMERGIDO


56


AERADORES DE INSUFLACIÓN Y ROTOR SUMERGIDOSUMERGIDO


57


EYECTORES


58


VALORES TÍPICOS DE LA EFICIENCIA DE AERACIÓN DE AERADORES SUPERFICIALES (M&E)

AGUA LIMPIA CAMPOSAEcw (Kg O2/ kWh) AEpw (Kg O2/kWh)

TIPO DE AERADOREFICIENCIA DE AERACIÓN

SAEcw (Kg O2/ kWh) AEpw (Kg O2/kWh)Eje vertical de flujo ascendente y baja velocidadEje vertical de flujo ascendente y alta

1,20 - 3,0 0,7 - 1,4

Eje vertical de flujo ascendente y alta velocidad

Eje vertical de flujo descendente

1,20 - 2,8

1,20 - 2,4

0,7 - 1,3

0,6 - 1,2

Aspirante de impulsor sumergido

Eyector

1,20 - 2,4

1 20 2 4 0 7 1 1

0,7 - 1,1

Eyector

Rotor de eje horizontal

1,20 - 2,4

0,9 - 2,2

0,7 - 1,1

0,5 - 1,1


59

5. AERADORES TIPO II (Difusores)5. AERADORES TIPO II (Difusores)

DIFUSORES POROSOS FINOS

• Utilización: Mayoritaria en plantas de tamaño medio y grande

• Materiales* Cerámico* Plástico Poroso * Membranas Perforadas (materiales diversos)

• Tipología* Domos (cerámicos) Domos (cerámicos)* Discos* Tubos


60* Placas de Aeración


DIFUSORES POROSOS FINOS• CerámicosCerámicos• Gran resistencia mecánica• Gran duración• Susceptible a colmatación • No admite uso intermitente (no apta en zonas facultativas)

• Membranas• Susceptibles a agresiones del medio.

Vid útil li it d (5 7 ñ )• Vida útil limitada (5-7 años)• Menor tendencia a la colmatación • Admite uso intermitente (apta en zonas facultativas)

TENDENCIA GENERALIZADA A LA UTILIZACION DE MEMBRANAS


61


DIFUSOR DE DISCO


62


DIFUSOR DE TUBO


63


PLACAS DE AERACIÓN


64


REPRESENTACION ESQUEMATICA DE UN SISTEMA DE DIFUSORES POROSOS FINOSSISTEMA DE DIFUSORES POROSOS FINOS


65


REALIZACION FISICA DE UN SISTEMA DE DIFUSORES POROSOS FINOS


66


CARACTERISTICAS TÍPICAS

Eficiencia de Transferencia en función del Caudal, Sumergencia y Densidad de Difusores


67


CARACTERISTICAS TÍPICAS

Pérdidas de Carga del Difusor en función del Caudal de aire


68


FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE LA TRANSFERENCIATRANSFERENCIA

Tipo de DifusorProceso Tipo de Difusor– Tamaño de

Burbuja

Proceso– SRT

(nitrificación)– Selectores

Configuración del ReactorAsociados al Agua

de Proceso– Densidad– Caudal aire/ difusor

Disposición– Tensoactivos– Temperatura

– Disposición– Sumergencia– Condiciones hidráulicas


69– ¿VHORIZONTAL?


EFECTO DE LA DENSIDAD DE DIFUSORES SOBRE LA SOTECW (Distr Uniforme)SOBRE LA SOTECW (Distr. Uniforme)


70


EFECTO DEL CAUDAL DE AIRE Y LA SUMERGENCIA SOBRE SOTEcwSUMERGENCIA SOBRE SOTEcw


71


EFECTO DE LA SUMERGENCIA SOBRE SAEcw


72

6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN

SISTEMAS DE AERACIÓN:METODOLOGÍA DE CÁLCULO

Cálculo Proceso

Volumen Reactor Demanda de O2

Dimensionamiento y e s o a e to yconfiguración del reactor

Variación espacialFactores de Transferencia

Selección DifusorEstablecimiento

Parámetros

Cálculo sistema de

Factores operativos

Configuración parrillas

aeración


73Dimensionamiento del

sistema




Influente Anoxic 1 Oxic 2 Oxic 3 Decantador EffluenteOxic 4 Oxic 5Influente Anoxic 1 Oxic 2 Oxic 3 Decantador EffluenteOxic 4 Oxic 5

Purga


74





75





76



PERFIL HORARIO AOR (kgO2/h)


( g )

100.00


70.0080.0090.00

2/h

30 0040.0050.00

60.00

kgO

2

20.00

30.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORA


77




PERFIL HORARIO Q TOTAL aire (Nm3/h)


2200

2700

3200

1200

1700

2200

Sm3/

h

700

1200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24


78

HORA




PERFIL HORARIO Q aire/difusor (Nm3/h)


4.50

5.00

5.50

h

3.00

3.50

4.00

Sm3/

h

2.00

2.50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORA


79

HORA




PERFIL HORARIO SOTE (%)PERFIL HORARIO SOTE (%)

34 00


32.5033.0033.5034.00

31.0031.5032.00%

30.0030.50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORA


80

HORA


SENSIBILIDAD DISEÑO SISTEMAS AERACIÓN

(Ejemplo: Configuración A2O)

Raw influent ANA AX 1 AX 2

AER2-3 AER2-2 AX 3

PST

PS

AER3-1 AER3-2 AER3-3 FST Effluent

Purga

Ri

Purga

WAS


81


SENSIBILIDAD DISEÑO SISTEMAS AERACIÓN

Factores que influyen sobre la Aeración– AlfaF (F)– Profundidad del tanque– Temperatura,presión,salinidad– Densidad de difusores– Qaire/difusor


82

6. 6. DIMENSIONAMIENTODIMENSIONAMIENTO SISTSIST. . AERACIÓNAERACIÓN

SENSIBILIDAD DISEÑO SISTEMAS AERACIÓN:

- Valores de α (Reactor AER2‐2)Valores de α (Reactor AER2 2)

Cambiar de 0.5 a 0.4….

y continuar la simulación


83



- Cambio Valores de α (de 0 5 a 0 4)Cambio Valores de α (de 0,5 a 0,4)

Incremento caudal de airecaudal de aire

Reducciónde α


84



- Aumento de la Profundidad Reactor (de 4 5 a 5 0 mts)Aumento de la Profundidad Reactor (de 4,5 a 5,0 mts)

Disminucióncaudal de aire

Incremento de profundidad del reactor


85



- Limitación del Qmáx en un Reactor:Limitación del Qmáx en un Reactor:

Limitar el caudal máximo al AER2-2 a

11.000 m3/hr


86




Disminución OD

Limitación del caudal de aire


87

caudal de aire




Disminución OTR

IncrementoIncremento OTR

Limitación del caudal de aire


88

7. CENTRAL DE AIRE7. CENTRAL DE AIRE

FUNCIÓN: SUMINISTRAR AIRE AL SISTEMA DE AERACIÓNSUMINISTRAR AIRE AL SISTEMA DE AERACIÓN

TIPOS DE COMPRESORES:

– Soplantes de Desplazamiento Positivo (PD)

– Compresores Centrífugos de Una Etapa

Compresores Centrífugos Multietapa– Compresores Centrífugos Multietapa

– Turbocompresores


89

p


SOPLANTES DESPLAZAMIENTO POSITIVO

C d l C t t V l id d C t t• Caudal Constante a Velocidad Constante• La presió varía en función de la Curva del Sistema• Uso de Variadores de Frecuencia para Regular Caudal• Caudal Mínimo Limitado por Temperatura Motor y Soplante


90


SOPLANTES DESPLAZAMIENTO POSITIVO•Tipología más Común: Lóbulo Rotativo tipo Roots

•Nuevos Compresores de Tornillo: + Eficiencia?Nuevos Compresores de Tornillo: + Eficiencia?

•La eficiencia de los Compresores de Tornillo cae notablemente a presiones fuera del rango óptimo.


91•Ambos tipos tienen menor eficiencia a caudales bajos


SOPLANTES DESPLAZAMIENTO POSITIVO

57e

323742475257

stat

nt P

ress

ure

PerformanceDesign

1217222732

1000 2000 3000 4000 5000BH

P @

Con

s Design

1212

1000 2000 3000 4000 5000

BLOWER SPEED (RPM)

612

812

1012

1212

CFM Performance

Design

12

212

412

1000 2000 3000 4000 5000

I Design


92BLOWER SPEED (RPM)


COMPRESORES CENTRÍFUGOS DE UNA ETAPA•Caudal y Presión Variables, Alta Eficiencia

•El control de los Álabes de Entrada y el Difusor de Salida permite regular el caudal y ampliar la parte inferior del rango de funcionamiento

•Permite la combinación con Variadores de Frecuencia


93


COMPRESORES CENTRÍFUGOS DE UNA ETAPAControl Álabes Entrada (IGV)

110

90

100

110

MAX IGV OPENING

% P

OW

ER60

70

80REDUCED IGV OPEN ING

120120

100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110% MASS FLOW RATE

50

40

100

110

120

SURE

100

110

120

SURE FR IC TION LOSSES

MAX IGV OPENING

REDUCED IGV OPENING

70

80

90

% G

AUG

E PR

ES

70

80

90

% G

AUG

E PR

ES

STATIC PRESSU RE


94100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

% MASS FLOW RATE

60

50100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

% MASS FLOW RATE

60

50


COMPRESORES CENTRÍFUGOS DE UNA ETAPA

Control Difusor Salida (VDV)

90

100

110

MAX DDV OPENING

% P

OW

ER

60

70

80

MIN DDV OPENING

120120

100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110% MASS FLOW RATE

50

40

100

110

120SU

RE

100

110

120SU

RE FR ICTION LOSSES

MAX DD V OPENINGMIN DDV OPENING

70

80

90

% G

AUG

E PR

ESS

70

80

90

% G

AUG

E PR

ESS

STATIC PRESSURE


95100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

% MASS FLOW RATE

60

50100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

% MASS FLOW RATE

60

50


COMPRESORES CENTRÍFUGOS MULTIETAPA•Caudal Variable a Presiones y Condiciones de Aspiración D t i dDeterminadas

•Control de Caudal más habitual por regulación válvula admisión

•La combinación con VF mejora la Eficiencia y permite ampliar j y p pel rango inferior defuncionamiento


96


COMPRESORES CENTRÍFUGOS MULTIETAPAControl Álabes de Entrada (IGV)

90

100

110

AVER AGE TEMP

NO CONTROLHIGH TEMP 100 F

NO CONTR OL

AVERAGE TEMP 61 FINLET THROTTLED

% P

OW

ER

60

70

80

AVERAGE TEMPREDU CED SPEED 57 3 H

120120

100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110% MASS FLOW RATE

50

40

AVERAGE TEMPINLET THROTTLED NO CONTROL

AVERAGE TEMP 61 F

REDU CED SPEED 57.3 Hz

90

100

110

GE

PRES

SURE

90

100

110

GE

PRES

SURE AVERAGE TEMP

REDUCED SPEED 57.3 Hz

60

70

80

% G

AUG

60

70

80

% G

AUG

SYSTEM CURVE

NO CONTROLHIGH TEMP 100 F


97

100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110% MASS FLOW RATE

50100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

% MASS FLOW RATE

50


TURBOCOMPRESORES

•Caudal Variable a Presiones Determinadas – Curva característica similar a los C.C. Multietapa

•Control de Caudal con VF InternosControl de Caudal con VF Internos

•Diseñados para proporcionar una Eficiencia Elevada


98


TURBOCOMPRESORES

•Tipos de Rodamientos•Magnéticos•Aire

•Control Combinado: Vel.Variable y Control Alabes y Difusor


99


CURVAS CARACTERÍSTICAS

120120

110

120

110

120

CENTRIFUGAL BLOWERCHARACTERISTIC CURVE

90

100

RES

SUR

E

90

100

RES

SUR

E

FRICTION LOSSESSYSTEM CURVE WITH

CHARACTERISTIC CURVE

80

% G

AU

GE

P

80

% G

AU

GE

P

STATIC PRESSURE

60

70

%

60

70

%

PD BLOWER

100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110% MASS FLOW RATE

50100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

% MASS FLOW RATE

50


100


CURVAS CARACTERÍSTICAS - TURBOCOMPRESORES


101


CRITERIOS DE DISEÑO Y CONTROL• Dimensionar Central de Aire en todo el Rango

Operativo NO SÓLO Caudal Máximo!Operativo, NO SÓLO Caudal Máximo!

• La mayoría de los compresores permiten un rango de C d l 2 1 El di ñ d l C t l d i d b íCaudales 2:1 El diseño de la Central de aire deberíacontemplar una relación 5:1 respecto al caudal máximode diseño.

• La Estrategia de Control Influye en la Eficiencia:

- Válvula Admisión - Eficiencia- Álabes Entrada

- Difusor SalidaDifusor Salida- Álabes+Difusor- Velocidad Variable + Eficiencia


102

8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN

CONTROL DE SISTEMAS DE AERACIÓN

El Si t d A ió d Bi ló i dEl Sistema de Aeración de un proceso Biológico de fangos activados se caracteriza por:– Ser el elemento básico para el funcionamiento del proceso y la p p y

obtencion de la calidad del efluente– Constituir una de las unidades de obra (equipos electromecánicos)

de mayor coste de inversión de la plantade mayor coste de inversión de la planta– Generar el mayor consumo energético de la planta y uno de los

mayores costes de explotación de la misma

• La Calidad del Efluente depende de la capacidad del sistema para cubrir la demanda de oxigeno del proceso.N id d d ti i i d l i t d t t l• Necesidad de optimizacion del sistema de aporte y control.

• El Consumo Energético del sistema de aeración > 50% del consumo energético total de la EDAR


103• Necesidad de Optimización Energética


OBJETIVOS DEL SISTEMA

1 Satisfacer la Demanda de Oxígeno del1- Satisfacer la Demanda de Oxígeno del Proceso de Tratamiento

2- Conseguir (1) del modo más económico


104


DEMANDA DE OXÍGENO Y PARÁMETROS TRANSFERENCIA OXIGENO

- Variable en el Tiempo

- Variable en el Espacio (excepto en mezcla completa)( p p )

- Variable según el ProcesoVariable según el Proceso


105


ADECUACION DE LA TRANSFERENCIA A LA DEMANDADEMANDA

- Satisfacción de la Demanda

- Introducción Elementos de Control- SensoresSensores- Actuadores- Software de control

¿Estrategia de Control?


106


PARAMETROS DE CONTROL

SITUACION IDEAL

1. Conocimiento de la Demanda de Oxígeno

2. Conocimiento de los Parámetros de Transferencia

3. Aporte del Aire Necesario

LIMITACIONES TECNOLÓGICASLIMITACIONES TECNOLÓGICAS

¿SOLUCIÓN?


107


PARÁMETROS DE CONTROLSITUACIÓN PRÁCTICA

VARIABLE DE CONTROL: Oxígeno DisueltoVARIABLE DE CONTROL: Oxígeno DisueltoFUNCIÓN

- Indicador cualitativo de la actividad biológica- Indicador cualitativo de la actividad biológica

INCONVENIENTESINCONVENIENTES- Sólo es un indicador. No aporta información

cuantitativa de la Demanda de Oxígeno- Inercia del Sistema y Tiempo de Respuesta- No tiene en cuenta las características del Sistema

d A t d O í


de Aporte de Oxígeno

CONTROL POR OXÍGENO DISUELTO8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN

CONTROL POR OXÍGENO DISUELTO

SISTEMAS UTILIZADOS

- CARACTERÍSTICA BÁSICA COMÚN: Control FEEDBACK (Ensayo y error)

TIPOS DE SISTEMAS- TIPOS DE SISTEMAS- Oxigeno Disuelto directamente (Control Directo)

- Oxigeno Disuelto+Presión (Control en Cascada)

Oxigeno Disuelto+Caudal Aire (Control en Cascada)- Oxigeno Disuelto+Caudal Aire (Control en Cascada)


109


OXÍGENO DISUELTO: VARIABLE DE CONTROL

PRINCIPIO DE APLICACIÓNEstablecimiento de Objetivos (Consignas)- Establecimiento de Objetivos (Consignas)

- Si OD > Consigna: Reducir el Aporte de Oxígeno

Si OD < Consigna: Aumentar el Aporte de Oxígeno- Si OD < Consigna: Aumentar el Aporte de Oxígeno

¿Cuánto?- Relaciones Tabuladas

- Relaciones Empíricas Ensayo y Error

- Análisis de las Variaciones de OD

(PI, PIDs,..)


110

CONTROL POR OXÍGENO DISUELTO8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN

CONTROL POR OXÍGENO DISUELTO

NUEVAS TENDENCIAS DE CONTROL:

- Sistemas de Lógica DifusaS s e as de óg ca usa- Sistemas de Control con Lazo de Amonio- Sistemas de Control de Presión Variable- Sistemas de Control ‘Expertos’- Sistemas de Control ‘Predictivos’

GESTIÓN DE CONSIGNAS!¡GESTIÓN DE CONSIGNAS!NO SIEMPRE CONTROL


111


CONTROL DIRECTO POR OXÍGENO DISUELTO

ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO

TANQUE DE AERACION


112



LIMITACIONES- Lento (Inercia del Proceso)

Ensayo y Error- Ensayo y Error- Reacción a Desviaciones- Grandes Desviaciones en Zonas de Menor G a des es ac o es e o as de e o

Demanda

L j d l it ió id l- Lejos de la situación ideal.- Puede ser suficiente para satisfacer las

demandas, pero de forma poco económica, p p- Problemas si el compresor no es de DP

SOLUCIÓN?


¿SOLUCIÓN?



VARIACIÓN ESPACIAL DE LA DEMANDA

ALTERNATIVAS:

- Configuración del Sistema - (Modulacion Parrillas de Aeracion)

- Instalar Elementos de RegulaciónVál l M l- Válvulas Manuales

- Válvulas Motorizadas


114



VARIACIÓN ESPACIAL DE LA DEMANDA

VENTAJA: Mejor ajuste al perfil de demanda

INCONVENIENTE:INCONVENIENTE: Cada zona tiene ahora su propia banda de fluctuación en función de cómo varíe el perfil de la demandap

¿ESTRATEGIA DE CONTROL?


115



VARIACIÓN ESPACIAL DE LA DEMANDAElementos de Regulación

- Parámetro Control Aporte de Oxígeno: - Oxígeno Disuelto en cada Zona (Sensores)

- Mecanismo de Control- Accionamiento de Válvulas (Actuadores)

- Criterios de Control

- Si OD > Consigna: Reducir el Aporte de Oxígeno

- Si OD < Consigna: Aumentar el Aporte de Oxígeno


116



PROBLEMAS

a) Cuantificación y Control de las Acciones ) yCorrectoras

b) Influencia de unas Acciones correctoras sobre Otras

c) Control de la Central de Aire


117


CONTROL POR O2 DISUELTO + PRESIÓN

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

• La variable de control es el Oxígeno Disuelto y la variable• La variable de control es el Oxígeno Disuelto y la variable manipulada la Presión de Aire en la red

• El control de la Central de Aire se aborda de manera que la Presión de Aire en la red se mantenga dentro de un intervalo de valores prefijado.

• Si la Presión en la Red de Distribución de Aire es suficientemente elevada, la modificación de un elemento de ,regulación no altera significativamente las condiciones de funcionamiento de los restantes elementos de regulación.


118



CONTROL DE LA CENTRAL DE AIRE• Establecimiento de Presiones Máxima y MínimaEstablecimiento de Presiones Máxima y Mínima

de Trabajo

• Si P línea= P máxima, se modifican las condiciones de funcionamiento de la central de aire para aportar menos caudalaire para aportar menos caudal

• Si P línea= P mínima se aumenta el aporte de• Si P línea= P mínima, se aumenta el aporte de aire al sistema


119





120


CONTROL POR O2 DISUELTO + PRESION

EVOLUCIÓN DE OD Y PRESION0 565 6

0.545

0.555

0.565

5

5.5

6

0.515

0.525

0.535

3.5

4

4.5

0 485

0.495

0.505

2

2.5

3

0.465

0.475

0.485

0 5 10 15 20 25 301

1.5

2


121

0 5 10 15 20 25 30



LIMITACIONEST b j P ió l d M C t E éti• Trabajo a Presión elevada: Mayor Coste Energético (Variación Automática de Consignas)

• Control Acciones Correctoras: Tipo de Válvulas

• Tiempo de Respuesta

• Reacción a Exceso de Caudal• Reacción a Exceso de Caudal

• Doble Aplicación Criterios Empíricos(OD y P)


122




123


CONTROL POR O2 DISUELTO + CAUDAL

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

• La variable de control es el oxigeno disuelto y la• La variable de control es el oxigeno disuelto y la variable manipulada el caudal de aire.

• La medida de los caudales aportados a cada zona permite cuantificar las acciones

tcorrectoras.

El control de la central de aire puede abordarse• El control de la central de aire puede abordarse directamente como la suma neta de las medidas correctoras en cada zona


124





125



EVOLUCIÓN DE OD Y PRESIÓN0.565 6

0.54

4 5

5

5.5

TANQUE AERACION

0.49

0.515

3.5

4

4.5

0 44

0.465

2

2.5

3

0.415

0.44

0 5 10 15 20 25 301

1.5


126

0 5 10 15 20 25 30



VENTAJAS• Trabajo a Presión más baja: Ahorro Energético

• Control Acciones Correctoras: • Independiente del Tipo de Válvulas• Instrumentación (Medida de Caudal)

• Una sola Aplicación Criterios Empíricos• Mayor Rapidez (Cuantificación Cambios)• Ahorro Energético


127



EDAR DE VIC (Barcelona)


128


CONTROL POR O2 DISUELTO + CAUDALEDAR DE VIC (Barcelona)


129


CONTROL POR O2 DISUELTO (Presión ó Caudal)

LIMITACIONES

1. No intervienen los Parámetros de Transferencia

2. No se conoce la Demanda de Oxígenog

El aporte de oxígeno no se puede abordar de forma determinista es necesario invertir tiempo en ladeterminista, es necesario invertir tiempo en la aplicación de métodos empíricos basados en

algoritmos de ensayo y error.


130


SISTEMA DE CONTROL ON-LINESITUACION IDEAL

Control FEEDFORWARD-FEEDBACK1. Conocimiento (medida en tiempo real) de la

Demanda de Oxígenog

2. Conocimiento (medida en tiempo real) de los

Parámetros de TransferenciaParámetros de Transferencia

3. Aporte del Aire Necesario

LIMITACIONES TECNOLÓGICAS

¿SOLUCIÓN?


131


METODO DE ANALISIS OFF-GAS

- Desarrollada en 1983 por Dave Redmon y William Boyle en Milwaukee (Estados Unidos)y ( )

- Principio aplicadoMedida de la variación relativa del contenido de oxígeno del aire suministrado y del saliente del tanque de aeración(OFF GAS) Permite medir eltanque de aeración(OFF-GAS). Permite medir el rendimiento de transferencia de oxígeno de un sistema de aeración en condiciones de proceso.

100(%)2

22

ENTRANTEmasaO

SALIENTEmasaOENTRANTEmasaOOTE pw


132

2


Que se obtiene?Información instantánea y localizada de los Parámetros de Transferencia de oxígeno que afectan al sistema de aeración estudiado

SOTEODCβFOTE*

)(T

2020 SOTE

CβαFOTE *

)(TPW

20

2020

Información necessaria- OTEOTE

- Analizador del Contenido de Oxígeno del aire saliente del reactor y del aire ambiente

- QaireQ- Caudalímetro

- OD - Sonda de Oxígeno

Comunes a Sistemas Anteriores


133

Sonda de Oxígeno


ESTRATEGIA DE CONTROLPara cada zona de control:

- Medida de OTEMedida de OTE- Medida Caudal Aire- Determinación Demanda de Oxígeno- Determinación de la Cantidad de Oxígeno a aportar- Determinación del Caudal de Aire necesario (Qi)- Regulación de Caudal

Para la Central de Aire:Para la Central de Aire:- Qtotal = Qi

Mayor estabilidad-En la satisfacción de las demandas de oxígeno

EFECTOS EN EL PROCESO

g-En el mantenimiento de los setpoints

Ahorro EnergéticoAjuste a la demanda de oxígeno


134

-Ajuste a la demanda de oxígeno-La mayor estabilidad permite utilizar setpoints más bajos


VENTAJAS DEL SISTEMA- Conocimiento instantáneo de la Demanda de Oxígeno g

y su Distribución - Conocimiento instantáneo de las Características de

Transferencia del Sistema y su DistribuciónTransferencia del Sistema y su Distribución - Permite la Cuantificación del aporte de aire necesario- Elimina los procedimientos iterativos (Ensayo y Error)p ( y y )- El off-gas es un producto final del proceso. La

información obtenida permite conocer qué ocurre con el proceso en tiempo real eliminando el efecto de lael proceso en tiempo real, eliminando el efecto de la inercia del proceso

INCONVENIENTES DEL SISTEMA- Mayor coste de inversion


135

Mayor coste de inversion


INSTRUMENTACIÓN DE ANÁLISIS


136



137


•


138



139



140

9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO

MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXIGENO EN CONDICIONES NORMALIZADASOXIGENO EN CONDICIONES NORMALIZADAS

OBJETO:OBJETO:• Unificar condiciones Establecer base de

comparación objetiva• Unificar procedimientos

NORMATIVANORMATIVA• Americana ASCE 2-91

Alemana ATV Normativa• Alemana ATV Normativa • Austriaca ÖNORM Europea• Francesa CEMAGREF


141

• Francesa CEMAGREF


CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS ENSAYOS

Norma ASCE (ASCE/EWRI 2-06)

Condiciones de Referencia:• Agua de ensayo: Agua limpia (Potable)

C di i bi t l• Condiciones ambientales:– Patm = 1 atm– Temperatura = 20ºC (=1,024)Temperatura 20 C ( 1,024)

• Oxígeno disuelto: OD=0


142


VALORES MEDIDOS EN EL ENSAYO NORMALIZADO DE CUANTIFICACION DE LA TRANSFERENCIA DE

OXIGENO

L it di• Los ensayos permiten medir:

– C*20 (C* a 20º C) ( sistemas sumergidos) 20 ( ) ( g )– KLa20 (KLa a 20º C)

SOTR T d T f i C di i• SOTRCW =Tasa de Transferencia en Condiciones Normalizadas

SOTRcw= KLa20• C*20 • V (KgO2/h)


143


PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

1. Obtener datos experimentales de la relación OD v/s tiempo

2. Ajuste datos experimentales a curva teórica Obtención: Kteórica Obtención: KLa

CsCCo

3 Cál l t f i d í3. Cálculo transferencia de oxígeno:

VCKSOTR


VCsKSOTR La 2020


EJEMPLO REAL CURVA DE AJUSTESONDA #2

14.0

Conc. Valor Ajuste

12.0

8.0

10.0

mg/

l)

4.0

6.0

OD

(m

2.0


145

0.00.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0

TIEMPO (min)


TIPOS DE ENSAYO

• ESCALA REAL (FULL SCALE)

• ESCALA INDUSTRIAL (SHOP TEST)


146


ENSAYOS A ESCALA REAL• Aplicable a todo tipo de Sistemas de Aeración• Aplicable a configuraciones especiales

– Mixtos (Canal oxidación).

VENTAJASI t l ió R l ( A i d f t d l )

( )

• Instalación Real ( Ausencia de factores de escala)

INCONVENIENTES• Control Ensayos (precisión)• Coste Elevado

Di ibilid d• Disponibilidad agua• Proporciona Resultados Globales, no distingue Zonas• Incumplimiento Garantías: Coste y Planificación


147

• Incumplimiento Garantías: Coste y Planificación



148



149



150



151



152


ENSAYOS A ESCALA INDUSTRIAL• Aplicable Buena representación Sistema Realp p

-Geometrica-Hidraulica

• No aplicable

VENTAJAS

• No aplicableSistemas Mixtos (Aeración+Vehiculadores)

VENTAJASPermite realizar ensayos individuales por zonas• Coste menor• Ensayos antes de la instalación de los equipos• Menor volumen : Fuente y calidad del aguaINCONVENIENTESINCONVENIENTES• Relación entre equipos ensayados y equipos instalados

¿Necesidad ensayos adicionales?¿Control de calidad?


153

¿Control de calidad?



154



155

10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO

MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXIGENO EN CONDICIONES DE CAMPO

OBJETO:Información sobre el funcionamiento de un sistema existente:• Información sobre el funcionamiento de un sistema existente:

-Explotación -Mantenimiento-Reposición (Capacidad)

• Relación con parámetros de transferencia• Relación con parámetros de transferencia -Incertidumbres de diseño

SOTR

CCCβαFOTR *

*)(T

PW

20

2020


156


MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXIGENO EN CONDICIONES DE CAMPO

METODOS DISPONIBLES

• Non Steady StatetCVVRVCCKQCCiQ xfLaf

)(

• Steady-State

t

0)( VRVCCKQCCiQxfLaf

• Trazadores

• Off-Gas


157



Principio AplicadoMedida de la variación relativa del contenido de oxígeno del aire suministrado gy del saliente del tanque (OFF-GAS)

100(%) 22 SALIENTEmasaOENTRANTEmasaOOTE 100(%)2

22 ENTRANTEmasaO

OTE pw


158



PARAMETROS MEDIDOS

Eficiencia(%) OTE SOTEEficiencia(%) OTEPW SOTEPW

(F) PWSOTE(F)

OUR Tasa de consumo de O2 (Respirometria). CW

PW

SOTESOTE

2 ( p )Medida del consumo real de O2en el tanquey su variación espacial

Caudal del aire Medida del caudal de aire alimentado a cada parrilla del sistema de difusores(verificacion)


159


ESQUEMA DE APLICACION DEL METODO OFF GAS CON CAMPANAMETODO OFF-GAS CON CAMPANA


160


METODO OFF-GAS CON CAMPANA


161


ESQUEMA DE APLICACION DEL METODO OFF-GAS EN COLUMNA


162


ENSAYOS METODO OFF-GAS CON COLUMNA


163

11. Optimización Energética11. Optimización Energética

Distribución del consumo energético por equipos o procesos *

% Consumo Kwh/d% Consumo Kwh/d

0,13

0,04

Bombeo Fangos Primarios

Decantación Primaria

% Consumo Kwh/d

0,52

0,25

0,19

0,17

0,16

Bombeo Fangos en Exceso

Desarenador‐Desgrasador

Espesador Fangos

Tamizado Pretratamiento

Varios

1 12

1,07

0,81

0,68

0,52

0,52

Bombeo Entrada

Tamizado Fangos

Bombeo Fangos a Digestión

Decantación Secundaria

Desodorización

Bombeo Fangos en Exceso

4,42

2,73

2,67

1,57

1,12

Agitadores Biológico

Recirculación Fangos

Agitación Digestión Fangos

Agua Servicios

Bombeo Entrada

68,12

8,26

6,55

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00

Aeración Biológico

Deshidratación de Fangos

Gas y Calefacción Digestión


164

11. 11. OptimizaciónOptimización EnergéticaEnergética -- ReducciónReducción ConsumosConsumos

Optimización Consumos Energéticos:p g

A i A i d l Di ñ•Acciones Asociadas al Diseño

•Acciones Asociadas a Explotación

•Acciones Asociadas a Mantenimiento


165

11.1 11.1 Acciones asociadas Diseño EDARAcciones asociadas Diseño EDAR

A. Selección adecuada Equipos Aporte Oxígeno

A.1 Selección adecuada Equipos Producción Aireq p

o N id d

seño

ec

uado • Necesidades máximas aire

Nº d id• Capacidad suficiente

Di

inad • Nº reducido equipos gran capacidad

• Más económico

Baja flexibilidad Sobredimensiónamientoj


166Baja eficiencia

energética

11.1 11.1 Acciones asociadas Diseño EDARAcciones asociadas Diseño EDAR

A. Selección adecuada Equipos Aporte Oxígeno

A.1 Selección adecuada Equipos Producción Aireq pcu

ado

• Ajustar la producción a la demanda del proceso

ño a

dec

• Ahorro energético asociado a la flexibilidad

• Instalación de máquinas más eficientes

Dis

eñ

Soplantes Velocidad Fija

Soplantes + Var. Frecuencia

Soplantes Doble Velocidad + RendimientoSoplantes Var. Frecuencia

TURBOCOMPRESORES


167

11.1 11.1 Acciones asociadas diseño EDARAcciones asociadas diseño EDAR

A.2 Diseño generoso Sistema de Aeración (Difusores)

C t í ti DifCaracterísticas Difusores:

• A Menor Caudal Mayor Eficiencica• A Menor Caudal, Mayor Eficiencica

• A Mayor Densidad, Mayor Eficiencia

• A Mayor Caudal, Mayor Pérdida Carga


168


A.2 Diseño generoso Sistema de Aeración (Difusores)Adoptar densidades de difusores altas implica mayor coste de inversión pero se

t d d i étitraduce en un menor consumo de aire y consumo energético

16 % DD 21 % DD

15.0

18.0

21.0

hab·

eq) 17% ahorro

6.0

9.0

12.0

ro (%

kW

h/h

0.0

3.0

1 5 10 15 20 25

Aho

rr

Anys

*(Comparativa respecto una situación de referencia con un 10,5% DD por una EDAR de 265.000 hab-eq con


169

( p p , p q

un diseño punta de 5 Nm3/difusor)


A.3 Selección adecuada del sistema de control de la instalación de suministro de aire

OBJETIVOS

• Control aporte aire a reactores biológicos No suele ser Problemático

No suele Conseguirse• Aporte eficiente


170


A.3 Selección adecuada del sistema de control de la instalación de suministro de aire

Mayoría EDARs operan con sistema controlcontrol

EVITAREVITAR Sobrecostes

• Adecuada determinación necesidades proceso

Cambiar Sist. Rígidos (C. Fija) por Sist. Evolucionados (C. variables)

• Adecuada gestión central y distribución aire

Control con C Presión menos eficiente que Control por Caudal


171

Control con C.Presión menos eficiente que Control por Caudal

11.2 11.2 Acciones asociadas explotación EDARAcciones asociadas explotación EDAR

A.2 Modificar las Consignas de OD en los Tanques de Aeración

Reactor OD OTR Qaire Consumo AE DiferenciaReactor OD OTR Qaire Consumo AE Diferenciamg/l kgO2/h Nm3/h kWh/d kgO2/kWh %

Oxic 1 2 216 7028Oxic 2 2 150 4349Oxic 3 1 83 1841

T t l 449 13218 6223 1 73 0 00Total 449 13218 6223 1,73 0,00Oxic 1 1 196 5353Oxic 2 2 164 4753Oxic 3 1 86 1926

Total 446 12032 5664 1,89 -8,98Oxic 1 1 196 5887Oxic 2 1,5 157 4706Oxic 3 1 92 2255

Total 445 12848 5520 1,93 -11,30


172

11.3 11.3 MantenimientoMantenimiento

Difusores como Elementos vivos La exposición al medio de trabajo (Licor Mezcla)

incide sobre propiedades de los materiales, dimensiones y tamaño de los poros de los difusores,dimensiones y tamaño de los poros de los difusores, afectando a su rendimiento.

La acumulación de materiales/depósitos en la superficie y poros de los difusores puede afectar susuperficie y poros de los difusores puede afectar surendimiento.

La colmatación, envejecimiento y deterioro de los difusores producen pérdidas en sus característicasfuncionales que pueden suponer un problema de capacidad, operatividad o económico para el proceso


173


Medición de parámetros físicos y operacionales de membranas individuales con objeto de determinar:

Pérdida de Rendimiento de los Difusores debido a la colmatación o deterioro de las mebranascolmatación o deterioro de las mebranas.

Evaluación de la eficacia de procedimientos de limpieza de difusores y grado de recuperación del

di i t d l irendimiento de los mismos Identificacíon de pérdidas de rendimientos

recuperables (Colmatación) y permanentes (Deterioro) p ( ) y p ( ) Evaluación de necesidades de

Mantenimiento/Sustitución de Difusores Evaluación de vida útil en Servicio Análisis de Costes de Limpieza/Reposición


174


El Estado de los Difusores influye en la Eficiencia del Sistema por dos MecanismosEficiencia del Sistema por dos Mecanismos

Fouling (Colmatación) Envejecimiento

∆P ∆ E ∆P ∆ E

S

∆P ∆ E- ∆OTE ∆ E

Se puede paliar con la aplicación sistemática de protocolos de limpieza y

mantenimiento

Se puede paliar con un analisis continuo de las características

físicas y funcionales.


175

mantenimiento

OLD MEMBRANE

NEW MEMBRANE


176


177


178

SISTEMAS DE AERACIÓN TÉCNICAS APLICABLES AL DISEÑO Y … · 2015. 12. 10. · (ATV-DVWK-A131E)...

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