Mejora de la eficiencia del tratamiento biológico de la EDAR Baiña mediante el estudio hidrodinámico del reactor utilizando técnicas de distribución del tiempo de residencia y técnicas de simulación real

CONSORCIO DE AGUAS DE ASTURIAS

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GESTIÓN DEL SERVICIO PÚBLICO PARA LA EXPLOTACIÓN, MANTENIMIENTO Y CONSERVACIÓN DEL SISTEMA PÚBLICO DE SANEAMIENTO DE LA CUENCA DEL RÍO CAUDAL (EDAR BAIÑA E INSTALACIONES ASOCIADAS). EXPEDIENTE CAA/2019/9

Objetivos

Con este proyecto se pretende:

  • Detectar problemas de carácter hidráulico que puedan influir en la reducción del rendimiento o eficacia del tratamiento biológico.
  • Obtener herramientas y datos que permitan la mejora de la eficiencia del tratamiento biológico reduciendo el consumo eléctrico y mejorando el tratamiento y calidad del efluente.
  • Mejora de las condiciones de operación

Para corroborar y cuantificar las mejoras que se derivan de las obras acometidas, se plantea la realización de 2 simulaciones del mismo reactor biológico:

  • Simulación 1: el reactor biológico funcionando con su configuración inicial
  • Simulación 2: el mismo reactor funcionando con las modificaciones en su cuarto pasillo.

Se espera que la comparación entre ambas simulaciones permita evaluar de forma cualitativa y cuantitativa la mejora en el comportamiento hidráulico del reactor biológico.

Adicionalmente al presente estudio, se realizó por otra entidad un estudio con trazadores químicos, para realizar una comparativa de los resultados con los datos obtenidos en las simulaciones CFD. Se efectúa un estudio comparativo de dos reactores en flujo pistón donde se ha eliminado parte de la zona aerobia para potenciar la respiración endógena en uno de los reactores. Se estudiará el comportamiento de los flujos para la eficacia en la eliminación de la concentración de nitratos, observando posibles zonas muertas, evitando depósitos y analizando el balance energético del proceso.

Presupuesto

Importe ofertado, a cargo de contrato (IVA no incluido): 27.200,00 €

Presupuesto finalmente ejecutado: 27.200,00 €

Sistema y EDAR

SISTEMA PÚBLICO DE SANEAMIENTO DE LA CUENCA DEL RÍO CAUDAL (EDAR BAIÑA E INSTALACIONES ASOCIADAS).

Reactor EDAR Baiña

Participantes

La empresa INNOVATIONS &SAFETY que realizará las simulaciones dinámicas de flujo, y con la colaboración del Grupo de Tecnología de Bioprocesos y reactores, TBR, de la Universidad de Oviedo encargado de realizar la parte del estudio referente a la distribución de los tiempos de residencia.

Innovation Y Safety
Tbr

Situación del proyecto

Finalizado

Resultados obtenidos

1.1. RESULTADOS OBTENIDOS simulación cfd

Se han contemplado 3 hipótesis de funcionamiento para profundizar en la comprensión del comportamiento del flujo en el reactor biológico bajo distintas condiciones de operación, dando lugar a 3 simulaciones CFD diferentes:

  • Simulación 1: el reactor biológico funcionando con su configuración inicial
  • Simulación 2: el mismo reactor funcionando con las modificaciones en su cuarta cuba (sin aireación y con un acelerador en el centro)
  • Simulación 3: el mismo reactor en una situación intermedia, todo igual en las 3 primeras cubas, y en la última cuba con aireación solo en la primera parilla y con el mencionado acelerador en el centro.

Las simulaciones permiten conocer el comportamiento del flujo que se establece en el interior del reactor biológico.

El análisis de los resultados de cada simulación ha permitido llegar a las siguientes conclusiones:

1
2
3

Conclusiones del análisis de las 3 simulaciones:

  • El modo de operación original no presenta inconvenientes desde un punto de vista del su comportamiento hidráulico.
  • La introducción de un acelerador de 2,2 metros de diámetro en la Cuba 4 parece sobredimensionado pues condiciona el flujo en dicha cuba y produce un cortocircuito haciendo que parte del flujo entrante en la cuba salga por el aliviadero en menos de 3 minutos.
  • La activación de una parrilla de difusores antes del acelerador mejora un poco la situación pero no consigue evitar el cortocircuito del flujo.
  • Ante la posibilidad de que el cortocircuito en la Cuba 4 comprometa el correcto funcionamiento del reactor biológico, se recomienda que se tomen medidas correctivas ajustando la potencia del acelerador y evitando que las líneas del flujo encuentran directamente la salida mediante la colocación de alguna barrera.

Se ha conseguido el objetivo previsto de optimización y se ha ajustado la potencia de los aceleradores de flujo incorporando a los mismos un variador de frecuencia.

6.2. RESULTADOS OBTENIDOS CON TRAZADORES QUÍMICOS

Las conclusiones que se extraen del presente estudio son las siguientes:

  • El estudio realizado de la distribución del tiempo de residencia utilizando LiCl como trazador ha sido una técnica bastante eficaz para el conocimiento del comportamiento del flujo en el interior del reactor biológico de la EDAR de Baiña, habiéndose contrastado la bondad del método y su interacción medioambiental.
  • El cambio de situación de la recirculación interna no influye significativamente en la hidrodinámica de los tanques anóxicos. Al estudiar, en el primer tanque, las corrientes en ambas líneas de forma independiente se obtienen curvas de concentración muy similares y al observar el efecto combinado de las tres corrientes se consigue el mismo modelo de flujo para ambas líneas (correspondiente a N=1,2 y = 0,18 m2/s). Los cambios mínimos que pudiera haber según el punto de inyección tendrían un efecto en el caso de reacciones muy rápidas como neutralización, o a la hora de detectar cambios en la variación de la concentración de oxígeno en este tanque.
  • En el tanque anóxico intermedio, aunque existe agitación externa para evitar la decantación del fango, se experimenta menor grado de mezcla. El modelo que caracteriza el flujo en este compartimento está definido por N=2,1 y =0,05 m2/s.
  • En el tanque aireado preliminar se obtiene N=1,2 y =0,11 m2/s lo que significa que vuelve a aumentar la mezcla perfecta en este tanque gracias a la turbulencia originada por las burbujas de aire.
  • En el caso de la cuba aireada sin modificar, es decir con todas las parrillas de difusores conectadas, el flujo queda definido por N=2 y =0,13 m2/s, mientras que en la cuba aireada modificada (con el acelerador de flujo) el flujo se caracteriza por N=1,2 y = 0,47 m2/s. El aumento del coeficiente de difusión y la disminución del número de reactores ideales en serie implica un aumento del grado de mezcla en la línea modificada debido a la componente de velocidad que éste aporta.
  • La modificación del tanque aerobio final con la inclusión del acelerador y la reducción del número de aireadores no produce modificación en el grado de mezcla de los primeros tanques anóxicos.
  • El flujo global en el reactor modificado puede ajustarse con un modelo de 10 reactores ideales perfectamente agitados en serie y en el caso del reactor sin modificar, el flujo se define por un sistema de 11 reactores perfectamente agitados en serie. El comportamiento y reacciones en cada uno son diferentes con distintas concentraciones de sustrato (C y N) y de oxígeno. El menor aporte de oxígeno en la línea modificada podría tener efecto en las concentraciones de salida sólo en el caso de tener concentraciones más altas de nutrientes a la entrada.
  • No se presentan caminos preferenciales ni zonas muertas o estancas apreciables que afecten significativamente la hidrodinámica de los reactores biológicos. En general, existe buena distribución del flujo en todo el volumen del reactor.

El modelo de flujo real establecido en el presente trabajo habrá de ser tenido en cuenta con el objetivo de, en un futuro, optimizar el funcionamiento del reactor, no sólo en cuanto a rendimiento de la degradación de la materia orgánica sino también en la puesta a punto de sistemas de depuración más sensibles como la eliminación de nitrógeno por nitrificación-desnitrificación.