Recarga de acuíferos con agua regenerada mediante tratamientos
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Recarga de acuíferos con agua regenerada mediante tratamientos avanzados Jornada Recarga Artificial de Acuíferos en España Madrid, 14 de Abril de 2011 Contenido 1. Un poco de historia 2. Marco legislativo en España / Análisis económico de alternativas 3. Alternativas de tratamientos avanzados 4. Referencias significativas en reutilización 5. Conclusiones Un poco de historia Un poco de historia Un poco de historia Un poco de historia El nombre de las cosas AGUA REGENERADA • Es aquel agua residual que después de ser sometida a un proceso de tratamiento, su calidad es satisfactoria para un uso en particular (Takeshi Asano, 1998) • Por lo tanto, el agua regenerada no deja de ser una “agua residual tratada” o un “efluente tratado” que cumple unos criterios de calidad para un nuevo uso concreto. • No obstante, la expresión “agua regenerada” es cada día mas utilizada en la literatura internacional y evita la asociación de ideas con el término “agua residual”. El nombre de las cosas AGUA REGENERADA Natural Planificada Marco legislativo en España Análisis económico de alternativas Real Decreto 1620 / 2007 USOS URBANOS 1.1 Residencial: a) Riego de jardines privados b) Descarga de aparatos sanitarios 1.2 Servicios a) Riego de zonas verdes urbanas (parques, campos deportivos, etc) b) Baldeo de calles c) Sistemas contra incendios d) Lavado industrial de vehículos USOS AGRÍCOLAS USOS INDUSTRIALES 2.1 a) Riego de cultivos con contacto directo entre agua regenerada y las partes comestibles para alimentación humana en fresco. 3.1 a) Aguas de proceso y limpieza excepto en industria alimentaria 2.2 a) Riego de cultivos con contacto directo entre agua regenerada y las partes comestibles para alimentación humana tras proceso industrial. b) Riego de pastos para consumo de animales productores de leche o carne c) Acuicultura c)) Aguas de proceso y limpieza para uso en la industria alimentaria 2.3 a) Riego de cultivos leñosos sin contacto agua regenerada – frutos b) Riego flores ornamentales c) Riego cultivos industriales no alimentarios b) Otros usos industriales 3.2 a) Torres de evaporación y condensadores evaporativos Real Decreto 1620 / 2007 USOS RECREATIVOS 4.1 a) Riego de campos de golf 4.2 a) Estanques, masas de agua y caudales circulantes ornamentales en los que está impedido el acceso del público al agua USOS AMBIENTALES 5.1 a) Recarga de acuíferos por percolación localizada a través del terreno. 5.2 a) Recarga de acuíferos por inyección directa 5.3 a) Riego de bosques, zonas verdes y de otro tipo no accesibles al público b) Silvicultura 5.4. a) Otros usos ambientales (mantenimiento de humedales, caudales mínimos y similares) USOS PROHIBIDOS • Agua para consumo humano, excepto catástrofe • Hospitales • Cría de moluscos en acuicultura • Aguas de baño • Estanques, masas de agua y caudales circulantes con acceso del público Grupos de calidad según límites RD 1620 / 07 Aplicaciones Industrial 3.2 a) Torres de refrigeración Residencial 1.1 a) y b) Riego jardines y descarga sanitarios Ambiental 5.2 a) Recarga directa de acuíferos Urbano 1.2 a), b), c) y d) Baldeo calles, Riego zonas verdes, Sistemas Contra Incendios. Riego con contacto con alimentos consumo crudo Riego campos golf Agrícola 2.1 a) Recreativo. 4.1 a) Agrícola 2.2 a), b) y c) Industrial 3.1 c) Riego alimentos con tratamiento industrial Riego pastos Acuicultura Agua uso industria alimentaria Ambiental 5.1 a) Recarga acuíferos por percolación Calidad A B E.Coli (ufc/100 ml) H Nemat. (uds/10 l) Legionella spp (ufc/l) MES (ppm) Turbidez (NTU) Ausencia Ausencia Ausencia 5 1 Ausencia 1 100 10 2 Ausencia 1 NL 10 2 < 100 - 200 <1 < 100 20 10 < 1000 <1 NL 35 NL < 1000 NL NL 35 NL C Grupos de calidad según límites RD 1620 / 07 Aplicaciones Agrícola 2.3 a), b) y c) Riego cultivos leñosos Riego flores ornamentales Riego cultivos industriales no alimentarios Industrial 3.1 a) y b) Aguas proceso y limpieza industrias no alimentarias Otros usos industriales Recreativo 4.2 a) Estanques, masas de agua, etc. sin contacto con público Ambiental 5.3 a) y b) Riego de bosques, zonas verdes no accesibles al público, Silvicultura Ambiental 5.4 a) Otros usos ambientales (mantenimiento de humedales, caudales mínimos y similares) Calidad D E F E.Coli (ufc/100 ml) < 10.000 NL H Nemat. (uds/10 l) <1 NL Legionella spp (ufc/l) MES (ppm) Turbidez (NTU) 35 NL 35 15 35 NL 35 NL < 100 NL La calidad mínima requerida se estudiará caso por caso Como hemos visto, la recarga de acuíferos exige un tratamiento de la máxima calidad microbiológica del agua regenerada, salvo que se haga por percolación Procesos de tratamiento según calidad (I) Calidad Tipo A 1 Precipitación química [1] , filtración con membranas [2] y desinfección (puede ser necesario mantener un residual de cloro en los sistemas de distribución) Tipo 2 puede alcanzar la calidad A respecto a E.Coli, Legionella spp y Huevos nematodo, pero es difícil que alcance los límites de turbidez de 1 -2 NTU La recarga de acuiferos por inyección directa esta utilizando trenes del tipo 5a [3] B 2 Precipitación química, filtración en profundidad y desinfección(UV junto con cloración); puede ser necesario mantener un residual de cloro en los sistemas de distribución C Trenes de tratamiento SIN desalación 3 Filtración y desinfección (tendencia a utilizar UV seguida de un mantenimiento de cloro residual) E 4 Filtración [4] F - Se estudia caso a caso D [1] Tratamiento físico – químico con un decantador lamelar. Si la EDAR funciona adecuadamente, esta unidad puede ser omitida. [2] En la mayoría de los casos, se utilizan membranas de ultrafiltración [3] Todos los trenes existentes en España incluyen OI para eliminar nutriente y elementos traza [4] No sería necesaria para aguas residuales convenientemente tratadas, pero se recomienda alguna filtración superficial o en profundidad para la gestión del sistema de distribución. Procesos de tratamiento según calidad (II) Calidad Tipo Trenes de tratamiento CON desalación A–F 5a Precipitación química [1] , Filtración, Filtración con membranas [2] , desalación mediante OI y mantenimiento de un residual de cloro B, C, D, E 5b Precipitación química [1], Filtración [3] , desalación mediante EDR y Desinfección (tendencia a usar UV seguida del mantenimiento de un residual de cloro) [1] Tratamiento físico – químico con un decantador lamelar. [2] En los diagramas de proceso típicos, se incorporan membranas de ultrafiltración como barrera de protección a la Osmosis Inversa. [3] Se está utilizando una doble filtración en profundidad con lavado en continuo. CAPEX y OPEX de los procesos de tratamiento Tren de tratamiento Costes Instalación Operación € (m3diseño/día) € (m3 producido) Tipo 1 164 – 351 0,14 – 0,20 Tipo 2 [1] 27 – 47 0,06 – 0,09 Tipo 3 9 – 22 Tipo 4 5 – 11 0,04 – 0,07 Tipo 5.a 259 – 458 0,35 – 0,45 [3] Tipo 5.b 248 - 405 0,35 – 0,45 [3] 0,04 – 0,07 [2] [1] Este tren de tratamiento se utiliza para aplicaciones industriales 3.1 a), b) y c) debido a los requisitos de E. Coli y turbidez [2] La desinfección tiene un coste de 0,005 €/m3 producido, por lo que esta unidad de proceso no se ha tenido en cuenta en el cálculo del coste mostrado. [3] En los casos en los que pueda prescindirse del tratamiento físico – químico, el coste varia entre los 0,3 y los 0,4 €/m3 producido. Valores Facilitados por el Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX Alternativas de tratamientos avanzados Del residuo al recurso Un Bioreactor de membranas (BRM) puede usarse para el tratamiento del agua residual cruda, tanto municipal como industrial. Para el tratamiento terciario de un efluente industrial o municipal, puede usarse un sistema de afino del efluente. Ambos sistemas utilizan membranas de ultrafiltración, aunque en configuraciones diferentes. Convencional + membranas o BRM • Sistema de fangos activos convencional con afino del efluente BR M TC Bioreactor Tanque de clarificación • Bioreactor de membranas, con filtración directa del fango biológico BR M Membranas externas o sumergidas Propiedades de afino de las membranas La tecnología de membranas de UF ofrece • Eliminación total de sólidos en suspensión • Eliminación parcial de materia orgánica soluble (potenciada mediante coagulación química) • Optima calidad de permeado tanto en afino como en BRM • Eliminación de micro-organismos: > 6 log bacterias, cryptosporidium y giardia > 4 log virus • Valores mínimos de Turbidez y SDI Comparación (teoría) Convencional más afino: BRM: • Bajos MLSS (3-5 g/l) • Medios MLSS (10-20 g/l) • Edad del fango activado baja • Edad del fango activado alta • Presencia solo de bacterias • Sobreviven todo tipo de formadoras de flóculos • Presencia solo de bacterias de bacterias • Menor producción de fangos crecimiento rápido • Poca probabilidad de bacterias • Buena probabilidad de bacterias de componentes específicos de componentes específicos • Arrastre ocasional de fangos • No hay arrastre de fangos • Se requiere afino del efluente • Efluente con calidad de terciario Comparación (práctica) Convencional más afino: MBR: • Mayor área de implantación • Reducida área de implantación • Alta(+) producción de fangos • Baja producción de fangos • Bajo consumo de energía • Fango biológico robusto • Baja inversión • Alto (+) consumo de energía • Alta (+) inversión Factores de decisión • Necesidad de ampliar una EDAR (por mal funcionamiento, para eliminar nutrientes o por aumento de caudal a tratar) sin disponibilidad de terreno, el BRM es la mejor alternativa • En caso de que el efluente de la EDAR cumpla requisitos de vertido, el tratamiento de afino es más económico para regenerar Las 10 mayores plantas de UF/MF del mundo Nombre País Fabricante membranas Capacidad (MLD) Aplicación 1 Magtaa Algeria Hyflux 1000 Agua Mar 2 Doha North Qatar Norit X-Flow 430 Regeneración 3 Sulaibiya Kuwait Norit X-Flow 425 Regeneración 4 Twin Oaks USA GE Zenon 400 Agua Potable 5 Shuwaikh Kuwait Norit X-Flow 360 Agua Mar 6 Orange County USA Siemens Memcor 315 Regeneración 7 Lakeview Canada GE Zenon 302 Agua Potable 8 Minneapolis USA Norit X-Flow 296 Agua Potable 9 Perth Australia Siemens Memcor 280 Agua Mar 10 Moscow Russia Aquasource 275 Agua Potable Referencias significativas en reutilización Caso de estudio Goreangab Caso de estudio Goreangab Caso de estudio Goreangab Hechos y cifras Localización Windhoek, Namibia Caudal de diseño de permeado UF Ampliado a 1000 m3/hr en 2008 850 m3/hr No de unidades de UF 5 Superficie total de membrana 9,800 m2 Flujo bruto Flujo neto 107 lmh 87 lmh Recuperación del sistema > 91% Caso de estudio Goreangab En operación desde 2002 • • • • Alimentación SST TOC SDI? Turbidez Medio 2.5 mg/l 1.6 mg/l 31 5 NTU máximo 10 mg/l 2.7 mg/l • • • • • Permeado Caudal TMP SDI15 Turbidez Permeabilidad Medio 700 m3/hr 0.30 bar 0.9 << 0.1NTU 200 lmh/bar máximo 860 m3/hr 0.45 bar 14 NTU 250 lmh/bar Caso de estudio Melbourne Eastern Irrigation Scheme Caso de estudio Melbourne Bastidores de Ultrafiltración del Eastern Irrigation Scheme Caso de estudio Melbourne Hechos y cifras Localización Melbourne, Australia Caudal de diseño de permeado UF 1,250 m3/hr No de unidades de UF 8 Superficie total de membrana 25,600 m2 Flujo bruto Flujo neto 65 lmh 58 lmh Recuperación del sistema n.a. Caso de estudio Melbourne En operación desde Marzo del 2005 Alimentación • SST • DBO • Turbidez • • • • Permeado Caudal TMP Turbidez Permeabilidad Medio 7.3 mg/l 30 mg/l 6.2 NTU máximo 46 mg/l 86 mg/l 31 NTU Medio 1,042 m3/hr 0.30 bar << 0.1NTU 350 lmh/bar máximo 1,250 m3/hr 0.45 bar 400 lmh/bar Caso de estudio Beijing Antecedentes Planta de energía del Sun Palace 2 X 350 MW + calefacción del distrito Agua acondicionada para circuito de calefacción + alimentación de la caldera Origen, efluente de la EDAR de Jiuxianqiao Pretratamiento, filtro autolimpiante Post tratamiento: OI (agua acondicionada) OI 2 etapas + Resinas (caldera) Caso de estudio Beijing Hechos y cifras Localización Beijing, China Caudal de diseño permeado UF 135 m3/hr No de unidades de UF 3 Superficie total de membrana 2,640 m2 Flujo bruto Flujo neto 70 lmh 63 lmh Recuperación del sistema 90% Caso de estudio Beijing En operación desde Octubre del 2007 Medio 8.8 mg/l 1.8 mg/l 7.5 mg/l 15 mg/l máximo • • • • Alimentación SST DBO TOC DQO Medio 135 m3/hr 0.28bar 1.2 0.055 NTU 250 lmh/bar máximo • • • • • Permeado Caudal TMP SDI15 Turbidez Permeabilidad 0.4 bar 1.4 0.1 NTU 350 lmh/bar Caso de estudio Sulaibiya Tamices Agua Bruta Cámara Anaeróbica Desarenado y Desengrasado Cámara Aerobica Decantadores Secundarios ARDIYA Disposición Fango CO2 Stripping Balsa de Cloración Agua Regenerada RO Salmuera HPP UF Tamque Almacenamiento Tamque Almacenamiento Micro Tamices Caso de estudio Sulaibiya Caso de estudio Sulaibiya Hechos y cifras Localización Sulaibiya, Kuwait Caudal de diseño permeado UF 15,600 m3/hr No de unidades de UF 68 (57 + 11) Superficie total de membrana 304,640 m2 Flujo bruto Flujo neto 72 lmh 61 lmh Recuperación del sistema 90 % Caso de estudio Sulaibiya En operación desde Noviembre del 2004 • • • • Alimentación SST DBO Aceites y Grasas Turbidez Medio 20mg/l 20 mg/l 2.5 mg/l 15 NTU Máximo 35 mg/l 40 mg/l 5 mg/l 35 NTU • • • • • Permeado Caudal TMP SDI15 Turbidez Permeabilidad Medio 15,625 m3/hr 0.30 bar 1.8 << 0.1NTU 200 lmh/bar Máximo 17,700 m3/hr 0.45 bar 250 lmh/bar Caso de estudio Doha North Caso de estudio Doha North Hechos y cifras Localización Doha, Qatar Caudal de diseño permeado UF 18,300 m3/hr No de unidades de UF 44(42 + 2) Superficie total de membrana 281,600 m2 Recuperación del sistema 90 % Flujo bruto 73 lmh Caso de estudio Qinghe Caso de estudio Qinghe Hechos y cifras Localización Qinghe, China Caudal de diseño permeado UF 7,500 m3/hr No de unidades de UF 24 bastidores operando como 12 unidades Superficie total de membrana 165,120 m2 Recuperación del sistema 93 % Flujo bruto 65 lmh (requisito del cliente) Caso de estudio Terneuzen (BRM) Caso de estudio Terneuzen (BRM) Hechos y cifras Localización Terneuzen, Países Bajos Caudal de diseño permeado UF Máximo 620 m3/hr No de unidades de UF 14, con 28 módulos por unidad Superficie total de membrana 12,936 m2 Flujo bruto Flujo neto 40 lmh 34 lmh Recuperación del sistema 85 % Caso de estudio Terneuzen (BRM) • Plana municipal con necesidad de ampliación • Industria química cercana con elevadas necesidades de agua de proceso • Conversión de la EDAR en una planta híbrida • Permeado vendido a la industria química como agua de proceso • Post tratamiento con OI • Puesta en marcha, primavera 2010 Caso de estudio Terneuzen (BRM) CONFIGURACIÓN FINAL ADOPTADA Conclusiones 5. Conclusiones • El uso de la tecnología de UF en los sistemas de reutilización de agua ha aumentado considerablemente en los últimos años. • En la actualidad existen sistemas de UF presurizados en esta aplicación con capacidad de tratamiento >400.000 m3/d. • Se prevé que el uso de esta tecnología siga aumentando en los próximos años. • Nuevos desarrollos han permitido un uso más eficiente de la tecnología, aumentando el ratio capacidad/inversión y su flexibilidad para tratar aguas de peor calidad, así como reduciendo los costes de explotación: → Aumento de área de membrana por módulo → Mejoras en el diseño de bastidores → Optimización de proceso: Ej. Operación en linea UF/RO → Mejoras en los sistemas de control. Ej. Smart • Muchos de los desarrollos expuestos para la UF se están aplicando a la tecnología BRM, mejorando sus prestaciones. ¿Preguntas? Manuel Rubio Visiers Country Manager Spain & Portugal [email protected] No doubts. Norit. Just Proof.
