Eliminación de nitrógeno en las EDAR: ventajas del uso de oxígeno puro
La eutrofización es un proceso que se caracteriza por un crecimiento no equilibrado de organismos fotosintéticos (algas) que impiden la vida acuática de la zona, al reducir las concentraciones de oxígeno disuelto (OD) de las aguas superficiales.
Las altas concentraciones de nitrógeno y fósforo que llevan las aguas residuales son claras causantes, convirtiéndose por ello en un claro riesgo para el desarrollo y evolución de dichos ecosistemas por lo que la legislación medioambiental es cada vez más restrictiva con el contenido de nitrógeno en las aguas vertidas.
¡¡Que no te llamen eutrófico!!
Si bien es cierto que las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR) están mejor diseñadas para eliminar este contaminante, existen muchas que no fueron diseñadas para ello o con ese fin (ya que la normativa de aquella época no lo requería) o en otros (la gran mayoría que presenta la problemática), se han quedado obsoletas frente a aumentos de cargas debido a que paralelamente se ha aumentado la producción de las fábricas por lo que sus valores de diseño poco o nada tienen que ver con las cargas de entrada de nitrógeno a eliminar.
Incluso para aquellas EDAR que sí son capaces de eliminar el nitrógeno, existe la posibilidad de hacerlo de una forma más eficiente, más controlada y con menor coste energético que pueda reducir el coste producido por el canon de vertido.
¿Cómo enfrentarse a una eliminación eficiente del nitrógeno?
Round 1: Realizar un estudio detallado de la EDAR mediante AQSIM
Los datos históricos de control de proceso incluyendo las caracterizaciones analíticas y los ensayos de biodegradabilidad (que determina la velocidad de degradación de la materia orgánica y su fracción inerte), así como el detalle del “día a día” de la depuradora, son una fuente de información muy necesaria para conocer los valores de carga orgánica y en este caso amoniacal del agua. Ya que éstas, son las que van a proporcionar la información y sobre todo el conocimiento de los requerimientos del tratamiento posterior.
Los datos deben ser tratados de forma correcta, es decir, interaccionando y relacionando entre sí las variables representativas del proceso mediante simuladores matemáticos con los que se obtengan nuevos indicadores que indiquen diferentes escenarios de proceso, condiciones de operación eficiente de tratamiento y limitaciones encontradas, optimizando con ello tanto la operativa como los costes asociados a ella.
Round 2: Incorporación de ciclos Óxicos/Anóxicos con oxígeno puro gracias a los equipos de dosificación de NGE
Históricamente se ha necesitado para la eliminación biológica del nitrógeno amoniacal y del nitrato formado en los procesos de nitrificación, dos volúmenes fijos de reactor anóxico y óxico, en donde cada uno de ellos realizaba una parte del proceso definida, determinada y poco flexible a cambios de operación o a variabilidades en el vertido a carga de entrada; ¿consecuencia? Gran OPEX de coste energético (equipos de aireación y bombas de recirculación interna) y proceso poco adaptativo a cambios en las condiciones de proceso.
Actualmente, la adaptabilidad (tailoring) o la capacidad de escoger los mejores métodos y herramientas para gestionar los procesos de depuración es, como ya mencionábamos anteriormente el “día a día” de la EDAR.
Por tanto, la pregunta es: ¿es posible incorporar en un mismo reactor ciclos óxicos/anóxicos automatizando dichos ciclos en tiempo y concentraciones de OD y ORP y adaptando la operación y el proceso de la EDAR a las cargas de entrada y no al revés? Sí, es posible y con Nippon Gases es una realidad contrastada y referenciada.
La ventaja de incorporar ciclos óxicos y anóxicos en un mismo reactor (denominado facultativo) en depuradoras con oxígeno líquido frente a la alternativa (que en realidad no lo es por su limitación operacional) con aire, radica en el aumento de velocidad de transferencia del oxígeno de la burbuja (OTR) por el hecho de disponer de unos equipos de dosificación de oxígeno con altos rendimientos de transferencia de la burbuja de oxígeno y un alto factor alpha y de tener una presión parcial cinco veces superior a la del aire (transfiere el oxígeno cinco veces más rápido en el medio) entre otros factores que afectan tanto al OD de saturación como a la KLa. Este hecho posibilita la inclusión de ciclos anóxicos en el volumen del biológico sin perder la capacidad de aportar todo el oxígeno que necesita el proceso, otorgando al reconvertido reactor facultativo una capacidad de flexibilidad de proceso hasta entonces inviable.
Otra ventaja: evita una inversión adicional en volumen o revamping a la depuradora, reduce el consumo energético hasta el mínimo que requiere la agitación del fango y elimina las bombas de recirculación interna (que necesitan mínimo el 300% del caudal de entrada).
La operación habitual de un equipo de oxígeno líquido implica el uso de una sonda de OD y una de ORP y un controlador, con el que se regula la inyección de oxígeno mediante una estrategia de control ON/OFF y los ciclos D/N ya que en estos equipos de Nippon Gases, el aporte de oxígeno está independizado de la agitación, por lo que la integración de ciclos anóxicos en el proceso para la eliminación de los nitratos se logra sin ninguna necesidad energética adicional y la comparativa frente a los equipos de aireación convencionales puede llegar hasta 5 veces menos kw por kgO2 transferido, solventando además los problemas que las altas y/o variables cargas (directamente relacionado con altas y bajas F/M), altas concentraciones de SSTLM y altas temperaturas provocan en la eficiencia de los sistemas de aireación tradicionales; lo que nos lleva conduce directamente al tercer y definitivo paso.
Round 3: Instalación del sistema de monitorización avanzado AQSCAN
Y con ello, obtener las condiciones óptimas del proceso recientemente instaurado que repercuta en una eficiente eliminación del nitrógeno y en un óptimo y ajustado control de los costes de operación (OPEX) asociados.
Como se suele decir, no sólo disponer de las mejores herramientas sino también hay que saber cómo trabajar con ellas.
Para ello, durante todo el proceso previo de verificación de la instalación e inmediatamente antes de que comience la puesta en marcha de la aplicación, se dispone de un sistema de monitorización que nos permite visualizar de forma remota (online) la correcta operación del proceso. AQSCAN está desarrollada para visualizar, además de las señales online incorporadas en la depuradora, importantes indicadores de operación y algoritmos avanzados como la velocidad de consumo de oxígeno (OUR) y eficiencia de oxigenación, ¿consecuencia?, con toda esta información es posible ir ajustando aún más el tiempo y modo de aplicación del oxígeno para optimizar en proceso y costes el tiempo de los ciclos D/N. Incluso se puede realizar el control, complementando dichas señales con una lectura calibrada y fiable de sonda de amonio y nitratos en el reactor, con la que una vez realizada un exhaustivo seguimiento de lectura fiable se puede incorporar dichos valores en la automatización de dichos ciclos.
En definitiva, en estos tiempos de I2oT, la adaptabilidad al proceso y la optimización de costes asociados a ella son el pilar básico que sustenta la estrategia pionera del avance tecnológico e industrial y desde Nippon Gases España, esta aplicación y los servicios asociados a ella (AQSERVICE) son una claro ejemplo de ello, porque no sólo nos proporciona la información de cómo realizarlo sino que, bien tratados y relacionados, esos datos, esa información, se transforma en conocimiento y éste es, el que nos facultativa (al reactor y a las personas), de conseguir ofrecer soluciones a medida y de garantía.