Estrategias de explotación en base a Huella de carbono.

24/11/2014
hasthag #FacsaXIIJorTec
Índice
Emisiones de GEI en una EDAR
Software de simulación como herramienta para calculo de GEI
Estrategias de explotación en base a la huella del carbono
Conclusiones
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24/11/2014
Emisiones de GEI en una EDAR
Definición de huella del carbono
Huella de Carbono: Cantidad de gases de efecto invernadero (GEI), expresados en unidades de
CO2 equivalente, emitidos durante el ciclo de vida de un producto o servicio.
Gases de efecto invernadero (GEI): regulados por el Protocolo de Kyoto:
Potencial Calentamiento Global:
Dióxido de Carbono, CO2
Metano, CH4
Óxido nitroso, N2O
Hexafluoruro de Azufre, SF6
Hidrofluorocaburos, HFCs
Poliflurocarbonatos, PFCs
Cloroflurocarbonatos, CFCs
GWP100
1
21
310
22800
124-14800
7390-12200
4750-14400
2
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CO
2
Recirculación
Interna
CO
2
N2
O
CO
2
N2
O
CO
2
N2
O
Bombeo
CO
2
aireación
DECANTADOR
TRATAMIENTO
ANÓXICO
TRATAMIENTO
AERÓBICO
Efluente
Reactivos
Químicos
CH
4
CO
2
CO
2
Bombeo
CO
2
Tratamiento
fangos
CH
4
CO
2
Trasporte
aplicación
Recirculación
externa
No se considera para el cálculo emisiones de CO2 de origen
biogénico
Ciclo del nitrógeno
NITRIFICACIÓN
(Oxidación amónica)
Nitrógeno
Órganico
N2O
OXIDACIÓN
HIDROXILAMINA
Amonio
NH4-
Org-N
DESNITRIFICACIÓN
AEROBIA
NH2OH
AOB
DESNITRIFICACIÓN
(Reducción del nitrato)
N2
Reducción
del óxido
nitroso
Condiciones anóxicas
Nitrato
NO2NOB
NO
Condiciones aeróbicas
Nitrógeno
gas
Nitrito
Gas
óxido
nitroso
N2O
NO3-
N2O
DESNITRIFICACIÓN INCOMPLETA
Gas
óxido
nítrico
NO
Reducción
del óxido
nítrico
Nitrito
Reducción
del nitrito
NO2-
NO3Reducción
del nitrato
Nitrato
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Condiciones de generación N2O
NITRIFICACIÓN
DESNITRIFICACIÓN
- Alta concentración Amonio influente
- Trasiego OD de la recirculación interna
- Alta concentración de Nitrito
- Alta concentración de Nitrito
- Bajo Oxígeno disuelto
- Bajo C/N
- SRT Bajo
- Baja Temperatura
- Baja carga influente
- Elevados rendimientos decantación primaria
- Compuestos Tóxicos
Software de simulación como herramienta de
cálculo de GEI
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Software de simulación de procesos biológicos
Usos y utilidades:
-Rediseño de EDAR´s
-Herramienta de formación
-Mejorar rendimientos de depuración
-Optimizar costes de explotación
-Estrategias frente a situaciones de
emergencia
- Cálculo de la huella del Carbono
Módulo de emisiones de gases con efecto invernadero
Emisiones gases calculadas en BIOWIN 4.1:
- Emisiones en fangos activos (CH4, CO2, N2O)
-Emisiones en digestión anaerobia (CH4, CO2)
-Emisiones efluente y fango evacuado (CH4, N2O)
LOS SOFTWARE DE SIMULACIÓN PRESENTAN UNA VENTAJA FRENTE OTRAS HERRAMIENTAS DE CALCULO
EXISTENTES YA QUE PERMITEN REALIZAR CÁLCULOS EN CONDICIONES ESTACIONARIAS Y DINAMICOS
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Estrategias de explotación en base a la Huella
del Carbono
Caso práctico:
Características :
- Q afluente = 10.000 m3/d
-Configuración A2O
- Qr ext= 100% ; Qrint =400%
- Rdto Dec. 1ª = 60 %
- SRT = 15 d
-TRH digestión = 31 días
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Emisiones en base a la huella de carbono
1,22%
2,18% 2,45%
45,06%
0,17%
48,93%
EMISIONES PROCESO BIOLOGICO N2O (Tn CO2/año)
EMISIONES ENERGETICAS (Tn CO2/año)
EMISIONES REACTIVOS QUÍMICOS (Tn CO2/año)
EMISIONES TRANSPORTE FANGOS (Tn CO2/año)
EMISIONES EFLUENTE (Tn CO2/año)
EMISIONES DE FANGOS (Tn CO2/año)
*Emisiones energéticas = emisiones energía EDAR – emisiones energía autoconsumo
1. Efecto rendimiento decantación primaria en costes de explotación
40% RDTO PRIMARIO
40% RDTO PRIMARIO
60% RDTO PRIMARIO
60% RDTO PRIMARIO
80 % RDTO PRIMARIO
80 % RDTO PRIMARIO
160.000
80.000
140.000
70.000
120.000
60.000
100.000
50.000
80.000
40.000
60.000
30.000
40.000
20.000
20.000
10.000
00
Coste total energia
aireación
Credito
(€/año)biogas
Coste
evacuación
dosificación
Coste total
operación
agitación
agitaciónCoste
recirculación
recirculación
Varios
EDAR
fangos (€/año)anoxica reactivos
(€/año) externa (€/año)
anaerobia
interna
Mayor rendimiento decantación 1ª:
- Menor consumo aireación
- Mayor producción de biogás
Menores costes de explotación
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1. Efecto rendimiento decantación primaria en la huella del carbono
200
195
176
180
150
160
140
120
EMISIONES TOTALES (Tn CO2)
115
EMISIONES ENERGETICAS (Tn CO2/año)
EMISIONES PROCESO BIOLOGICO N2O (Tn CO2/año)
100
86
84
79
80
EMISIONES REACTIVOS QUÍMICOS (Tn CO2/año)
71
EMISIONES TRANSPORTE FANGOS (Tn CO2/año)
57
60
EMISIONES EFLUENTE (Tn CO2/año)
EMISIONES DE FANGOS (Tn CO2/año)
40
20
0
40% RDTO PRIMARIO
60% RDTO PRIMARIO
80 % RDTO PRIMARIO
Mayor rendimiento decantación :
-Menor generación de CO2 por menor consumo energético
-Mayor generación de N2O Baja relación Carbono/Nitrogeno
Menor generación global de GEI
2. Efecto variación edad del fango en costes de explotación
SRT 10 DÍAS
SRT 15 DÍAS
SRT 20 DÍAS
140.000
120.000
100.000
80.000
60.000
40.000
20.000
0
Coste total energia
(€/año)
Coste evacuación
fangos (€/año)
Coste dosificación
reactivos (€/año)
Coste total operación
(€/año)
Incremento edad del fango:
- Mayor consumo aireación tratamiento biológico
- Menor producción de biogás y menor crédito energético
- Menor producción de fangos
Mayores costes de explotación
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2. Efecto variación edad del fango en la huella de carbono
180
179
176
180
160
140
EMISIONES TOTALES (Tn CO2/año)
120
97
86
EMISIONES PROCESO BIOLOGICO N2O (Tn CO2/año)
79
80
EMISIONES ENERGETICAS (Tn CO2/año)
94
100
74
73
EMISIONES REACTIVOS QUÍMICOS (Tn CO2/año)
EMISIONES TRANSPORTE (Tn CO2/año)
60
EMISIONES EFLUENTE (Tn CO2/año)
EMISIONES DE FANGOS (Tn CO2/año)
40
20
0
SRT 10 DÍAS
SRT 15 DÍAS
SRT 20 DÍAS
Incremento edad del fango:
- Disminución generación N2O
- Incremento CO2 consumo aireación
- Disminución crédito de CO2 por menor biogás
3. Efecto variación oxígeno disuelto en costes de explotación
Oxígeno disuelto 2 ppm
Oxígeno disuelto 1 ppm
Oxígeno disuelto 0,5 ppm
140.000
120.000
100.000
80.000
60.000
40.000
20.000
0
Coste total energia
(€/año)
Coste evacuación
fangos (€/año)
Coste dosificación
reactivos (€/año)
Coste total operación
(€/año)
Disminución concentración oxígeno disuelto:
-Menor consumo energético debido al menor caudal de aire suministrado
Menores costes de explotación
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3. Efecto variación oxígeno disuelto sobre huella de carbono
450
402
400
334
350
EMISIONES TOTALES (Tn CO2/año)
EMISIONES ENERGETICAS (Tn CO2/año)
300
EMISIONES PROCESO BIOLOGICO N2O (Tn
CO2/año)
EMISIONES REACTIVOS QUÍMICOS (Tn CO2/año)
250
200
185
176
EMISIONES TRANSPORTE (Tn CO2/año)
150
100
106
86 79
68
EMISIONES EFLUENTE (Tn CO2/año)
57
50
0
Oxígeno disuelto 2 ppm
Oxígeno disuelto 1 ppm
Oxígeno disuelto 0,5 ppm
Disminución concentración oxígeno disuelto:
-Menor concentración de oxígeno incrementa N2O
- Concentraciones muy bajas de oxígeno aumenta exponencialmente la
generación de N2O desnitrificación aerobia
Mayor generación global de GEI
Otras estrategias o cuestiones a estudiar en profundidad:
Periodos de bajo oxígeno pueden dar lugar a elevadas emisiones
de N2O debido al tiempo requerido para la recuperación del estrés ?
Un incremento de la carga orgánica usando metanol puede
disminuir la huella del carbono??
Pueden estrategias de control avanzadas basadas en control de
NH4+ reducir las emisiones de GEI ??
Pueden sistemas de nitrificación parcial instalados en retornos de
fango disminuir la huella del carbono??
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CONCLUSIONES
Estudiar la importancia del CO2 de origen biogénico
Estudiar en profundidad los procesos biológicos implicados en la
generación de N2O
Los software de simulación se muestran como una buena herramienta
para el calculo de la huella del carbono
La estrategia más eficiente no siempre genera menos emisiones GEI
Para definir la estrategia de operación óptima se debe realizar un
estudio particularizado de cada EDAR
Compromiso entre la calidad del agua, costes y emisiones de GEI
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