14.30 Jaime Alba - DC WATER
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ACODAL 58° Congreso Internacional: Taller Gestión de la Energía para Empresas de Acueducto y Alcantarillado de Latinoamérica y el Caribe Líderes en Energía – DC Water, Washington, DC, USA Jaime A. Alba, P.E. Ingeniero de Control de Procesos en DC Water [email protected] 10-11 Septiembre 2015 Santa Marta, Colombia Información General – Blue Plains • Tiene una cobertura de aproximadamente 2.2 millones de personas • District of Columbia + porciones de los estados de Maryland y Virginia • El sistema de alcantarillado tiene una longitud aproximada de 1,800 millas (aprox. 2,900 Km) • Caudales Combinados (alcantarillado y aguas lluvias) Taller de Gestión de Energía 2015 Información General – Blue Plains • Es considerada la PTAR avanzada (nitrificación/desnitrificación y filtrado) más grande del mundo • Tiene una cobertura de un área aproximada de 725 millas cuadradas (188,000 Hectáreas o 1,900 Km2) • Ocupa aproximadamente 150 acres (61 Hectáreas o 0.61 Km2) • Caudal promedio de diseño de 370 mgd (16.2 m3/s) y un caudal máximo/pico de 1.076 billones de galones al día (47.14 m3/s) Taller de Gestión de Energía 2015 Taller de Gestión de Energía 2015 Taller de Gestión de Energía 2015 Taller de Gestión de Energía 2015 Taller de Gestión de Energía 2015 Taller de Gestión de Energía 2015 Información General – Blue Plains La PTAR Avanzada de Blue Plains consiste de los siguientes procesos: • • • • • • • Tratamiento preliminar Tratamiento primario químicamente mejorado (CEPT) Tratamiento secundario de lodos activados Nitrificación / desnitrificación Filtrado Cloración / decloración) Aireación posterior Taller de Gestión de Energía 2015 Taller de Gestión de Energía 2015 Información General – Blue Plains Permisos: • Sólidos Suspendidos Totales – 7.0 mg/L • Demanda Carbónica Bioquímica de Oxígeno – 5.0 mg/L • Fósforo Total – 0.18 mg/L promedio mensual • Nitrógeno Total – 3.8 mg/L Taller de Gestión de Energía 2015 Consumo de Energía en Blue Plains – Antes de… Edificios 5% Bombeo y tratamiento preliminar 4% Misc 10% Aireación secundaria 14% Manejo de lodos 14% Clorinación <1% Filtrado 10% Sedimentación y Nitrificación + RAS 7% Bombeo de filtrado 5% Tratamiento primario 4% Sedimentación secundaria + RAS 7% Aireación de nitrificación 20% Taller de Gestión de Energía 2015 Tunnel Dewatering Pump Station & Enhanced Clarification Facility $300 million New Biosolids Management Program $407 million Dual Purpose Sed Basins Upgrade $18 million- New Filtrate Treatment Process $84 million Enhanced Nutrient Removal Facilities $340 million Upgrade & expansion of the Nit/ Denit system Upgrade of the Secondary High Rate System $26 million Taller de Gestión de Energía 2015 Remoción Mejorada de Nitrógeno (ENR) • El programa ENR que se encuentra en la etapa final de ser implementado, consistió tanto de edificios nuevos como de mejoras a edificios existentes para cumplir con los nuevos límites de nitrógeno total que pueden ser descargados al río y que se incluyeron en el nuevo permiso que entró en vigencia este año (2015) • Difusores de burbujas finas • 72 mezcladores de 70 HP fueron reemplazados con mezcladores eficientes InventTM de 12 HP Taller de Gestión de Energía 2015 Remoción Mejorada de Nitrógeno (ENR) • Se removió un soplador de 5,000 HP • El consumo de energía de la planta se redujo de aproximadamente 32 MW a aproximadamente 28 MW Taller de Gestión de Energía 2015 Remoción Mejorada de Nitrógeno (ENR) Taller de Gestión de Energía 2015 Remoción Mejorada de Nitrógeno (ENR) Taller de Gestión de Energía 2015 Remoción Mejorada de Nitrógeno (ENR) Taller de Gestión de Energía 2015 Programa de Biosólidos en Blue Plains En 1938, la planta contaba con digestores y generaba la energía necesaria para operar • Únicamente tratamiento primario • Digestores enterrados • Motores generadores de electricidad • Quemadores Taller de Gestión de Energía 2015 Programa de Biosólidos en Blue Plains • Los digestores de la planta con tratamiento primario fueron puestos fuera de servicio en el año 2000 • Para el reemplazo de los digestores se realizaron varios estudios y evaluaciones de factibilidad • Diseños preliminares proponía instalar 8 digestores ovalados Taller de Gestión de Energía 2015 Programa de Biosólidos en Blue Plains Taller de Gestión de Energía 2015 Programa de Biosólidos en Blue Plains • Los diseños preliminares proyectaron la necesidad de una capacidad de almacenamiento de 45 millones de galones (170,000 m3) • El costo era gigante y se elevó más por falta de competencia • Se continuo con la investigación y evaluación de alternativas • 12 alternativas fueron consideradas y evaluadas Taller de Gestión de Energía 2015 Programa de Biosólidos en Blue Plains • Se compararon los costos de operación y mantenimiento • Se evaluó el consumo de energía y la generación de energía renovable • Había limitación en el espacio disponible • Se compararon las proyecciones de la reducción de emisiones de gases contaminantes Taller de Gestión de Energía 2015 Programa de Biosólidos en Blue Plains • Se visitaron 10 plantas que utilizaban hidrólisis térmica en Europa • La hidrólisis térmica ya se había desarrollado e implementado en gran escala entre 1995 y 2008 Taller de Gestión de Energía 2015 Anglian Water’s Cotton Valley Plant, UK Programa de Biosólidos en Blue Plains Digestión anaeróbica Menor cantidad de volumen requerido y mejor aprovechamiento del espacio disponible Tecnología de hidrólisis térmica y CambiTM ya comprobada e implementada a gran escala en Europa Producción de lodos bien deshidratados y de alta calidad Producción de lodos Clase A Mejor escenario para la reducción de emisión de gases contaminantes Taller de Gestión de Energía 2015 25 Programa de Biosólidos en Blue Plains • Estabilización de biosólidos para la reducción de patógenos antes de ser transportados en camiones a tierras de cultivos • Los biosólidos se aplican de nuevo a la tierra, reciclando el carbón y los nutrientes (nitrógeno y fósforo) • Los biosólidos generados eran clase B y soportan la agricultura, silvicultura, recuperación de minas y producción de compostaje Taller de Gestión de Energía 2015 Programa de Biosólidos en Blue Plains • Los sistemas de bandas transportadoras necesitaban ser reparados/cambiados • En el año 2009, DC Water lanzó el programa para convertir el proceso de estabilización de los sólidos de Clase B generados en un proceso confiable que generara lodos Clase A • Se seleccionó el proceso de hidrólisis térmica seguida de digestores anaeróbicos por su habilidad única de convertir los lodos en biosólidos estables Clase A y con un bajo nivel de olores Taller de Gestión de Energía 2015 Programa de Biosólidos en Blue Plains Taller de Gestión de Energía 2015 Programa de Biosólidos en Blue Plains Taller de Gestión de Energía 2015 Taller de Gestión de Energía 2015 Deshidratación Preliminar Taller de Gestión de Energía 2015 Deshidratación Preliminar Deshidratación Preliminar Centrífugas • Lodos deshidratados caen directamente en las tolvas • Se redujo la distancia de bombeo de los lodos deshidratados hasta CambiTM Tolva s Lodos del 15 al 18% • Los lodos deshidratados finalmente requieren una banda transportadora independiente únicamente Bombeo a CambiTM (distancia reducida) Taller de Gestión de Energía 2015 CambiTM THP • El programa se centró en la implementación del sistema de hidrólisis térmica de CambiTM, digestores anaeróbicos, y deshidratación final por medio de filtros prensa de banda • La tecnología de hidrólisis térmica de CambiTM ya utilizada en Europa no había sido adoptada en Estados Unidos • CambiTM permitió que el volumen requerido en los digestores se redujera considerablemente en aproximadamente un 50% Taller de Gestión de Energía 2015 CambiTM THP • Permite que se alimenten los digestores con lodos en concentraciones mayores de lo normal (10% comparado con el tradicional 5%) • Se generan biosólidos Clase A • DC Water es la primera planta en implementar este tipo de tecnología en Estados Unidos • Es la instalación mas grande a nivel mundial de esta tecnología Taller de Gestión de Energía 2015 Despulpadora Reactores • entran lodos de 15 a 18.5 %TS • Se precalientan a 60-99 °C con vapor reciclado • Mezclado • Proceso por lotes • Se calienta a 150-180 °C • 3.7-9.5 bar • 22-30 minute detention time Taller de Gestión de Energía 2015 Tanque de Expansión • Despresurización • Enfriamiento a 70-115 °C • 8-12 %TS hacia los digestores CambiTM THP Taller de Gestión de Energía 2015 Digestores Anaeróbicos • 4 digestores anaeróbicos de 3.8 millones de galones (15,000 m3) • Diámetro aproximado de 100 ft (30.48 m) • Altura aproximada de 67 ft (20.4 m) • Producción de gas metano alrededor del 65% Taller de Gestión de Energía 2015 Digestores Anaeróbicos Taller de Gestión de Energía 2015 Digestores Anaeróbicos Taller de Gestión de Energía 2015 Digestores Anaeróbicos Taller de Gestión de Energía 2015 Digestores Anaeróbicos Taller de Gestión de Energía 2015 Filtros Prensa de Banda • Concentraciones bajas de olores • Prensas de alta calidad y desempeño • Alta eficiencia en la captura de sólidos • Genera lodos de aproximadamente mas de 30% de concentración (tradicionalmente entre 16% y 18%) Taller de Gestión de Energía 2015 Filtros Prensa de Banda Lodos y polímero condicionado Entrada de lodos Estación de lavado de la banda Zona de gravedad Zona de alta presión Zona de baja presión Estación de lavado de la banda Taller de Gestión de Energía 2015 Lodos deshidratados Filtros Prensa de Banda Taller de Gestión de Energía 2015 Filtros Prensa de Banda Taller de Gestión de Energía 2015 Filtros Prensa de Banda Taller de Gestión de Energía 2015 Filtros Prensa de Banda Taller de Gestión de Energía 2015 Filtros Prensa de Banda Taller de Gestión de Energía 2015 Filtros Prensa de Banda Taller de Gestión de Energía 2015 Filtros Prensa de Banda Taller de Gestión de Energía 2015 Cogeneración (CHP) • Se seleccionó el sistema de cogeneración basada en turbinas por su habilidad de utilizar biogás para producir el vapor necesario para el proceso de hidrólisis térmica y energía eléctrica • La generación del vapor requerido para el funcionamiento de CambiTM es generado por el sistema de generadores de vapor por medio de la recuperación de calor (heat recovery steam generators – HRSGs) • Las turbinas tienen una capacidad máxima de 13 MW, de los cuales se están generando alrededor de 10 MW netos de energía renovable Taller de Gestión de Energía 2015 Cogeneración (CHP) • Baja emisión de gases contaminantes • Alto desempeño comprobado con biogás • Cumple con la demanda de vapor necesaria para CambiTM Taller de Gestión de Energía 2015 Cogeneración (CHP) Taller de Gestión de Energía 2015 Diagrama de flujo del proceso de Biosólidos Espesadores por Gravedad R Energía Emisiones DAFTs Tratamiento de Biogas y Cogeneración R Biogas Vapor Tanques de Mezclado Cribado y Deshidratación Cambi™ THP Digestión Anaeróbica Deshidratación Final Carga R Reciclaje de líquidos Lime Deshidratación Mezclado Almacenamiento y carga R Clase B Taller de Gestión de Energía 2015 R Clase A Taller de Gestión de Energía 2015 Tipo de Proyectos Espesadores por Gravedad R Energía Emisiones DAFTs Tratamiento de Biogas y Cogeneración R Vapor Cribado y Deshidratación Tanques de Mezclado DBO Cambi™ THP DBB Biogas Digestión Anaeróbica Deshidratación Final Carga R DB Deshidratación Reciclaje de líquidos Lime Mezclado Almacenamiento y carga R Clase B Taller de Gestión de Energía 2015 R Clase A Beneficios • Se eliminó la necesidad de estabilizar los sólidos (sólo para casos extremos) • Se redujo la cantidad de biosólidos generados en aproximadamente un 50% • Produce biosólidos Clase A que tiene más usos que los biosólidos clase B, como para la recuperación de suelos – Se puede vender en tiendas – Árboles – Secuestro de carbono Taller de Gestión de Energía 2015 Beneficios • Se redujo la emisión de gases contaminantes (huella de carbono) • Se redujo el transporte de lodos aproximadamente en 1.7 millones de millas (2.7 millones de Km) por año • Cogeneración de energía renovable de un promedio neto de 10 MW Taller de Gestión de Energía 2015 Beneficios • Se estima que DC Water va a reducir costos en el transporte de biosólidos en aproximadamente USD$10 miliones al año • Se estima que DC Water va a reducir los costos del consumo de energía eléctrica entre aproximadamente USD$6 a USD$8 millones al año disminuyendo su demanda de electricidad en un tercio (DC Water es la entidad que mas consume electricidad en el área) Taller de Gestión de Energía 2015 Consumo de Energía Proyectada en Blue Plains 35 Consumo de Energía (MW) 30 25 20 15 10 5 0 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Año Taller de Gestión de Energía 2015 2012 2013 2014 2015 Summary Beneficios of Benefits 40 MW 31 MW 28 MW 25 MW 20.5 MW 19 MW 10 MW Enero, 2015 Julio, 2015 Taller de Gestión de Energía 2015 Taller de Gestión de Energía 2015 Taller de Gestión de Energía 2015 Taller de Gestión de Energía 2015 Adicionalmente… • Se continúa con la aplicación de biosólidos Clase A en la agricultura • Se genera un producto mezclado para los suelos (similar al compostaje) • Se usa el producto alrededor de la zona urbana para la plantación de árboles, infraestructura verde, regeneración, etc. Taller de Gestión de Energía 2015 Jardín y Compostaje en Blue Plains Taller de Gestión de Energía 2015 Adicionalmente… • Energía solar • Co-digestión • Remoción de nitrógeno por atajo Taller de Gestión de Energía 2015 Conclusiones • Se están cumpliendo los objetivos principales: – La reducción del consumo de energía – El mejoramiento de la auto sostenibilidad de la planta (cogeneración) – La reducción de la huella de carbono – Le reutilización de recursos (energías renovables) • La investigación es muy importante en el desarrollo, evaluación, y estudios de factibilidad de tecnologías nuevas • Los acuerdos y convenios con entidades académicas son de vital importancia Taller de Gestión de Energía 2015 Preguntas ? Taller de Gestión de Energía 2015
