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Respirometría online SN8: Caso de éxito en una EDAR Industrial

16/12/2021

Respirometría online SN8: Caso de éxito en una EDAR Industrial



El presente estudio tuvo por objeto comparar el consumo de oxígeno líquido de un reactor biológico mediante un sistema tradicional de control con sonda de oxígeno frente a un sistema de control avanzado basado en respirometría on-line.



Antecedentes


La aireación de los procesos biológicos es una de las etapas con mayor porcentaje de consumo energético del total de una estación depuradora de aguas residuales (EDAR). Por lo tanto, es de suma importancia optimizar la etapa de aireación. Para ello, la respirometría online se presenta como una muy buena alternativa para controlar la aireación de forma precisa y en continuo.
 
El consumo energético es una de las partidas más importantes en los costes de explotación de las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR), siendo el consumo correspondiente a la etapa de aireación del proceso biológico el que presenta mayor porcentaje dentro de la distribución de consumos de una planta.
 

 

Para que pueda ser realizado y completado el proceso de depuración por las bacterias, se necesitan sistemas de aireación capaces de suministrar todo el aire/oxígeno necesario para la eliminación de la DQO. De ahí la necesidad de encontrar sistemas de control de aireación precisos para aportar el oxígeno necesario en cada momento de forma que se garantice el menor coste operativo de energía a la vez que se elimine el riesgo de posibles episodios de toxicidad.
 


Sistema Inteligente de Control de la Aireación (SICAIR)

 
La respirometría es una técnica sencilla y práctica, que nos aporta información directa de la biomasa. Nos permite anticiparnos a la mayoría de problemas que pueden afectar al proceso, garantizando que desde el primer momento se están tomando las medidas correctas para paliar el problema. Asimismo, también constituye una herramienta necesaria para optimizar el proceso fundamentalmente energéticamente.
 
La respirometría se basa en la medida de la velocidad del consumo de oxígeno de las bacterias cuando degradan un sustrato orgánico, nitrógeno amoniacal o bien a ellas mismas (respiración endógena). La tasa de respiración (OUR) consiste en la cantidad de oxígeno consumido por las bacterias por unidad de tiempo y se expresa en mg O2/(L•h). Como este parámetro depende de la cantidad de microorganismos presentes en la muestra, habitualmente se trabaja con la tasa de respiración específica (SOUR), que es la tasa de respiración dividida por la cantidad de biomasa de la muestra. Se expresa en mg O2/(g•h) y su valor ya sólo depende del estado de la biomasa y de la cantidad y biodegradabilidad del sustrato que tenga disponible.
 
Comparando el valor de la tasa de respiración específica de la muestra con los valores de referencia, se puede conocer si el proceso biológico está sobrecargado (hay demasiado sustrato para tan poca biomasa), opera a buen rendimiento o, por el contrario, se evidencian síntomas de toxicidad. Para una misma agua residual, el aumento progresivo de la tasa de respiración específica es indicativo de un aumento de la actividad biológica, y a la inversa.
 
A parte de poder conocer la salud y la capacidad actual del proceso de fangos activos y el carácter tóxico del agua residual para los microorganismos mediante la respirometría, esta técnica también permite:
 
  • Optimizar la aeración y así fomentar el ahorro energético de la planta. A través de la respirometría se determina de manera precisa las necesidades reales de oxígeno, para un agua residual y con una biomasa determinada. Para ello SENSARA emplea el Sistema Inteligente de Control de la Aireación (SICAIR).
     
  • Detectar vertidos industriales con efectos inhibitorios o tóxicos sobre la biomasa. La respirometría permite detectar los efectos perjudiciales del agua residual sobre los microorganismos justo en el momento en que empieza a afectarles, permitiendo tomar medidas que palien los efectos ocasionados.



Características de la planta

 

    La planta consta de las siguientes etapas:
 

  • Tratamiento físico-químico (DAF).

  • Tratamiento biológico (Reactor biológico secuencial).

  • Decantación secundaria.

  • Biológico 1: reactor de alta carga con oxígeno puro. Volumen útil de 9.000 m3 y 6 g/l de SSLM biomasa.

  • Biológico 2: reactor de baja carga con 10 aireadores superficiales de 22 kw. Volumen útil de 9.000 m3 y 3 g/l de SSLM biomasa.


Las principales características de producción, diseño y vertido son:
 



Propuesta de Trabajo

 
Instalación Respirómetro Online SN8
 
Inicialmente se acordó la instalación de un respirómetro online SN8 con 2 bombas de muestreo, una en el primer Reactor Homogeneizador con aporte de Oxigeno y otra en el segundo Reactor S.B.R.
 
La primera parte del trabajo ha consistido en el ajuste del equipo a las condiciones particulares de la planta, aspecto habitual en la instalación inicial del equipo.
 
Este ajuste se centra principalmente en el ajuste preciso de los temporizadores de los tests para obtener resultados de forma repetitiva en las mismas condiciones.
 
Datos empleados
 
Para realizar el equipo se va a emplear la siguiente información:
 
  • Caudal de oxígeno aportado: se obtienen los Nm3/día que se están aportando a través de la aplicación del proveedor de oxígeno.
     
  • Requerimiento de oxígeno AOR: se obtienen los Nm3/día que necesitan las bacterias a través del respirómetro SN8. El equipo proporciona a través de un test respirométrico la velocidad de consumo de oxígeno (OUR mg/l/h) asociada a la degradación del sustrato orgánico. A partir de este valor y mediante la ecuación de la Ley de los gases ideales (P*V=n*R*T) se obtiene el valor normalizado de Nm3/día que permite comparar los datos respirométricos con los datos reales de aportación a través del sistema de del proveedor de oxígeno.
     
  • DQO: entrada a biológico 2.
     
  • DQO: de salida de biológico 3.
 


Resultados


RELACIÓN APORTE ACTUAL DE OXÍGENO (PROVEEDOR DE OXÍGENO) CON LA DQO EN EL BIOLÓGICO 2
 
Según los datos obtenidos puede observarse que la aportación de oxígeno no se realiza en función de la carga orgánica que va entrando en el reactor. De hecho, en la gráfica pueden observarse disminuciones en la carga orgánica mientras que la aportación de oxígeno es muy elevada (inversa a la que pudiera ser la más óptima).
 
 
Los datos de salida de DQO (eje Y derecho) también indican que la aportación de oxígeno no se realiza de forma coordinada con los valores de DQO de entrada y por eso se visualizan altibajos.
 
 

RELACIÓN APORTE ACTUAL DE OXÍGENO (PROVEEDOR DE OXÍGENO) VS DQO BIOLÓGICO 2 VS AOR
 
Añadiendo los datos de requerimiento de oxígeno en las mismas unidades que el aporte de oxígeno (proveedor de oxígeno) obtenidos por el Respirómetro on-line SN8 (línea amarilla) podemos observar como la información que nos aporta el equipo reproduce de forma precisa las necesidades de oxígeno debidas a la carga real que hay en el reactor en cada momento.
 
Esto hace que si controlamos la aportación de oxígeno (proveedor de oxígeno) a través del dato de Requerimiento de Oxígeno (AOR línea amarilla) obtendremos una optimización precisa de dicho proceso.
 
 

 

COMPARATIVA DE AHORROS
 
A partir de todos los datos obtenidos, se ha realizado una comparativa con las siguientes premisas:
 
  • Los Nm3/día aportados actualmente al proceso eliminan aproximadamente el 70% de la DQO de entrada al reactor 2.
  • Los Nm3/día calculados mediante respirometría son los necesarios para eliminar el 100 % de la DQO, por eso los valores están multiplados por un factor de conversión de 0.7 (70%).
  • Precio m3 O2 = 0.09 €.
 
Y se han obtenido las siguientes conclusiones durante el período de estudio:
 
  • Se está aportando de promedio al proceso 3.962,83 Nm3/día
  • Esto supondría una estimación de gasto al año de 133.071.76 €
  • Mediante respirometría el promedio necesario por las bacterias es de 1.843,09 Nm3/día
  • Esto supondría una estimación de gasto al año de 56.883.87 €
  • Esto supone una media de ahorro diario de 208.73 €
  • Y por tanto un ahorro anual de 76.187.89 €
 
El área en rojo indica el consumo ahorrado con el sistema de control avanzado basado en respirometría on-line (SICAIR).
 
 
 
 
 

 
 

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