Una planificación óptima en la construcción de plantas garantiza un tratamiento eficaz de las aguas residuales
El tratamiento biológico en el tanque de aireación no solo es la etapa clave en los procesos prevalentes de tratamiento de aguas residuales, sino que también es la que más energía consume. Si los operadores desean mejorar el equilibrio energético de su planta de tratamiento de aguas residuales, la optimización de la aireación en los tanques de aireación les ofrece un amplio margen de maniobra en el diseño. Por ello, el dimensionamiento correcto de los aireadores, la selección de las tecnologías adecuadas y el control inteligente guiado por datos del funcionamiento en el tanque de aireación son el centro de atención cuando se trata de la construcción de plantas. El consumo de energía y las emisiones pueden reducirse considerablemente mediante una planificación integrada de los nuevos proyectos y las reformas.
Factores para un tratamiento eficaz de las aguas residuales
Para que el trabajo integral del tratamiento de las aguas residuales tenga éxito, es crucial que se tengan suficientemente en cuenta todas las dimensiones objetivo de importancia:
- Rendimiento de limpieza
- Estabilidad operativa
- Costes
Como medida de la calidad del tratamiento de las aguas residuales, el rendimiento de la limpieza es la máxima prioridad en un planta de tratamiento de aguas residuales. Al fin y al cabo, es necesario cumplir los límites legales aplicables que, dependiendo del uso del agua tratada, pueden incluso superar los requisitos mínimos de la Ley alemana de aguas residuales. La estabilidad de la planta debe considerarse en un contexto similar. Una planta de tratamiento de aguas residuales debe alcanzar los datos de rendimiento requeridos incluso bajo cargas de choque. Sin embargo, la tecnología que ha superado su vida útil y los modos de funcionamiento con gran desgaste del material pueden ponerlo en peligro.
Los costes energéticos son casi el único factor de coste sobre el que se puede influir notablemente en el funcionamiento cotidiano de una planta de tratamiento de aguas residuales. Otros costes, como los de personal de explotación o mantenimiento, deben considerarse fijos en la medida de lo posible. Cuando se construye una nueva planta, las decisiones cruciales para la demanda energética posterior se toman en las primeras fases. Sin embargo, con unas 10 000 depuradoras municipales en todo el país, las nuevas construcciones son claramente una excepción.
Por tanto, la sustitución de componentes de la planta es mucho más frecuente. En la práctica, sin embargo, esto solo suele ocurrir cuando es necesario sustituir una tecnología defectuosa; en muy pocos casos se lleva a cabo «únicamente» para optimizar las estructuras de costes. No obstante, quien desee reducir eficazmente los costes de explotación de las aguas residuales debería empezar por las necesidades energéticas, donde pueden lograrse mejoras notables también sin sustituir los componentes más grandes de la planta.
El diseño de la configuración de la planta y la elección de los parámetros de funcionamiento también influyen en otros factores importantes, como la naturaleza y la cantidad de los lodos de las aguas residuales y las posibilidades de recuperación de nutrientes.
Tratamiento de aguas residuales: Aspectos energéticos
Las depuradoras de aguas residuales representan en torno al del consumo energético de las instalaciones municipales. Esto demuestra el impacto beneficioso que el ahorro energético puede tener en las finanzas de un municipio. Sin embargo, el hecho de que el tratamiento de las aguas residuales consuma mucha energía y, por tanto, represente un gran potencial de ahorro, también es cierto en el caso de las plantas comerciales. Además de la perspectiva financiera, está la ecológica: En un estudio realizado por la Agencia Federal de Medioambiente, los operadores pueden conseguir un ahorro medio del 30 % sin invertir en maquinaria nueva, evitando así emisiones de unas 900 000 toneladas de CO2 al año.
La aireación de las aguas residuales en el tanque de aireación, donde se lleva a cabo el tratamiento biológico, supone aproximadamente el 50 % del consumo energético de una depuradora. Además, las plantas de tratamiento de lodos de aguas residuales tienen agitadores en funcionamiento continuo. Cada una de las demás fases del proceso representa una proporción relativamente pequeña del consumo total de energía y, en consecuencia, tienen menor prioridad en los proyectos de optimización de la construcción de plantas.
Sin embargo, las depuradoras de aguas residuales no son solo consumidoras de energía; en muchos casos, también la producen. Las depuradoras de las clases de tamaño 4 y 5, que en Alemania representan la mayor parte de la población (PE), bombean los lodos de depuración (un subproducto del tratamiento de las aguas residuales) a lo que se conoce como digestores. Con la adición de energía térmica, la descomposición de los componentes orgánicos de los lodos produce gas de digestión térmicamente utilizable.
Las centrales térmicas en bloque transforman el gas en electricidad y calor. Por tanto, reducir las necesidades energéticas no es el único punto de partida para mejorar la eficiencia. Además, también existe un gran potencial para aumentar la producción propia de electricidad y calor y reducir así la energía obtenida externamente para el funcionamiento de soplantes, bombas y agitadores, así como para calentar el tanque del digestor. AERZEN también ofrece soluciones y conceptos para este enfoque global de la construcción de plantas e integra la generación de energía en la planificación.
La aireación como punto central en la construcción de plantas
La aireación de un tanque de aireación activada necesaria para el tratamiento biológico representa en torno al 50 % del consumo total de energía de las grandes plantas de tratamiento de aguas residuales, y la proporción tiende a ser aún mayor en el caso de las plantas más pequeñas. Por tanto, los esfuerzos para reducir los costes de funcionamiento deben empezar por aquí. Tanto si se trata de una nueva planificación como de una inversión de sustitución, el ajuste experto de la configuración del sistema a los requisitos individuales de la planta de tratamiento de aguas residuales puede lograr mejoras importantes. La tecnología de las soplantes, el número y tamaño de cada una de ellas y su control inteligente ofrecen un margen considerable para el diseño. AERZEN lleva décadas colaborando estrechamente con operadores de plantas de tratamiento de aguas residuales y ha incorporado estos requisitos en el desarrollo de productos y soluciones.
Para ayudar a los clientes en la optimización global de su aireación, AERZEN no solo ofrece una tecnología de soplantes altamente desarrollada como parte del concepto Performance3, sino también el software de control correspondiente y la experiencia para coordinar el sistema. AERZEN apoya a sus clientes ya en la fase de planificación y elabora con ellos los borradores correspondientes. La experiencia adquirida en una amplia gama de proyectos y las ayudas a la planificación especialmente desarrolladas ayudan a encontrar una solución rápida, prudente y preparada para el futuro.
La elección del sistema de aireación determina las necesidades energéticas de la etapa de tratamiento biológico durante un periodo de tiempo considerable. Esto se debe a que, a menudo, las estaciones de soplado solo pueden sustituirse como parte de una inversión de sustitución. En ambos casos de planificación, es decir, nueva construcción y renovación, es por tanto crucial seleccionar la tecnología óptima y el modelo adecuado. Por razones técnicas, las distintas tecnologías de soplantes tienen características de funcionamiento diferentes y el tamaño de las unidades individuales también desempeña un papel importante.
AERZEN ofrece a sus clientes la soplante de desplazamiento positivo Delta Blower, el compresor de émbolos rotativos Delta Hybrid y la soplante turbo Aerzen Turbo. Si bien las turbosoplantes son especialmente eficientes desde el punto de vista energético en el punto de diseño, su rango de carga es menos amplio que el de otras tecnologías. En cambio, una máquina de émbolos rotativos tiene un rango de control mayor. Por tanto, el sistema puede gestionar cargas cambiantes de forma muy eficiente, ya que la eficiencia sigue siendo prácticamente la misma en todos los puntos de funcionamiento.
Esto significa que existen diferentes tecnologías de soplantes con puntos fuertes individuales: la misión del planificador de sistemas es configurarlas en un sistema de aireación de forma que combinen sus puntos fuertes y atiendan de forma óptima a todos los perfiles de carga. La posibilidad de utilizar conjuntamente equipos de distintos tamaños y disponerlos de diferentes maneras ofrece una mayor libertad de planificación. Los especialistas en aplicaciones de AERZEN apoyan el análisis de los perfiles de consumo y carga con el fin de proporcionar una base de datos para la planificación posterior.
Sin embargo, la base para el uso óptimo de esta ganancia de lexibilidad es una base de datos suficiente. La falta de información sobre las condiciones de funcionamiento de los componentes pertinentes de la planta y las características de carga de la depuradora dificultan el aprovechamiento del potencial de la tecnología moderna de las plantas.
Si bien el funcionamiento de las depuradoras de aguas residuales ha estado, por lo general, muy influido por la experiencia de su personal, el aprovechamiento de los potenciales de eficiencia existentes requiere un replanteamiento. Esto es así sobre todo en la fase de aireación, en la que las cargas cambiantes y las estaciones de soplado, compuestas por equipos con características diferentes, hacen necesarios controles inteligentes basados en datos. Controlar el consumo de energía de los componentes de la planta que más energía consumen y medir las pérdidas de presión es un requisito previo para la optimización energética y la detección precoz de averías. Dicho esto, la recogida de datos aún no es estándar, sobre todo en las depuradoras más pequeñas. Sin embargo, la caída de los precios de la tecnología de medición pertinente facilita la adaptación.
A la hora de reconfigurar la estación de soplantes y definir la estrategia de control individual, la adquisición de datos forma parte integral del proceso de planificación. Durante una AERaudit los expertos de AERZEN registran la evolución del caudal volumétrico, la presión del sistema, las temperaturas y el consumo de energía a lo largo del tiempo. Estos datos permiten realizar análisis exhaustivos del perfil de carga del tanque de aireación. Sobre esta base, los especialistas en construcción de plantas desarrollan un concepto de planta que se adapta de forma óptima a las características individuales de la planta de aguas residuales. El objetivo a este respecto es ampliar de forma ventajosa las características de las distintas tecnologías de soplantes y tamaños de montaje.
El sistema de control de la planta determina cuál de las soplantes del compuesto debe trabajar en cada punto de funcionamiento con una carga total dada de la depuradora. El sistema de control integrado AERsmart distribuye el flujo de volumen a las máquinas individuales de forma que se garantice que sus niveles de eficiencia sean los más óptimos posibles. Esto permite que el sistema de control reaccione en una fase temprana a los cambios de carga con grandes volúmenes de aguas residuales y altos niveles de contaminación. El sistema de control global permite ahorrar hasta un 15 % de energía. Mediante el uso de la tecnología de soplado más avanzada, los operarios de la planta pueden reducir la energía de aireación hasta en un 50 %. Sin embargo, el desarrollo de un concepto global coherente por parte del fabricante de la planta es siempre el factor decisivo.
La optimización energética de la aireación permite reducir considerablemente los costes energéticos y las emisiones de una planta de tratamiento de aguas residuales. La aplicación suele ser difícil en la práctica y sobre todo en las instituciones municipales. Si bien las inversiones en tecnología de soplado se amortizan rápidamente gracias a los elevados aumentos de eficiencia, conseguir que se liberen los fondos supone un obstáculo para su aplicación.
A menudo, una estación soplante solo se puede sustituir por los constructores de la planta en el marco de un aprovisionamiento de sustitución ya necesario. Esto hace que Performance 3 de AERZEN sea especialmente flexible, lo que significa que todas las plantas de tratamiento de aguas residuales pueden mejorar su eficiencia energética. Además de las últimas tecnologías de soplantes de la cartera propia de la empresa, las unidades existentes de otros fabricantes también pueden integrarse en el sistema de control global inteligente. Por supuesto, la unidad de control también puede gestionar una sola máquina. De este modo, incluso los operadores de sistemas que no puedan sustituir completamente la unidad de aireación a medio plazo pueden lograr mejoras porcentuales de dos dígitos en la eficiencia energética
