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10-11 Septiembre 2015Santa Marta, Colombia
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
Taller de Gestión de Energía 2015
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…
Bombeo y tratamiento preliminar
4%
Tratamientoprimario
4%
Aireaciónsecundaria
14%
Sedimentación secundaria + RAS
7%
Aireación de nitrificación
20%
Sedimentación y Nitrificación + RAS
7%Bombeo de filtrado5%
Filtrado10%
Clorinación<1%
Manejo de lodos14%
Misc10%
Edificios5%
Taller de Gestión de Energía 2015
New Filtrate TreatmentProcess
$84 million
Tunnel Dewatering Pump Station & Enhanced Clarification Facility
$300 million
Upgrade & expansion of theNit/ Denit system
Upgrade of the Secondary High Rate System
$26 million
New BiosolidsManagement Program
$407 million Dual Purpose Sed BasinsUpgrade
$18 million-
Enhanced Nutrient Removal
Facilities
$340 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
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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
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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
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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
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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
Anglian Water’s Cotton Valley Plant, UK
Taller de Gestión de Energía 2015
Programa de Biosólidos en Blue Plains
25
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
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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
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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
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Deshidratación Preliminar
Taller de Gestión de Energía 2015
Deshidratación Preliminar
• Lodos deshidratados caen directamente en las tolvas
• Se redujo la distancia de bombeo de los lodos deshidratados hasta CambiTM
• Los lodos deshidratados finalmente requieren una banda transportadora independiente únicamente
Lodos del
15 al 18%
Deshidratación Preliminar -
Centrífugas
Bombeo a
CambiTM
(distancia reducida)
Tolva
s
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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%
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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
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Despulpadora• entran lodos de 15 a 18.5 %TS• Se precalientan a 60-99 °C con vapor reciclado• Mezclado
Reactores• Proceso por lotes• Se calienta a 150-180 °C• 3.7-9.5 bar• 22-30 minute detention time
Tanque de Expansión
• Despresurización• Enfriamiento a 70-115 °C• 8-12 %TS hacia los digestores
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CambiTM THP
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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%
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Digestores Anaeróbicos
Taller de Gestión de Energía 2015
Digestores Anaeróbicos
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Digestores Anaeróbicos
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Digestores Anaeróbicos
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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
Estación de lavado
de la banda
Lodos deshidratados
Zona de gravedad
Zona de baja presión
Zona de alta presión
Estación de lavado
de la banda
Entrada de lodosLodos y polímero condicionado
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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
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Filtros Prensa de Banda
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Filtros Prensa de Banda
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Filtros Prensa de Banda
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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 recoverysteam 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
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Cogeneración (CHP)
• Baja emisión de gases contaminantes
• Alto desempeño comprobado con biogás
• Cumple con la demanda de vapor necesaria para CambiTM
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Cogeneración (CHP)
Taller de Gestión de Energía 2015
Diagrama de flujo del proceso de Biosólidos
Deshidratación
Lime
Almacenamiento
y carga
Clase B
DAFTs
Mezclado
R
R
Cribado y
DeshidrataciónDeshidratación
Final
Reciclaje
de líquidos
R
CargaCambi™ THP
Vapor Biogas
Tratamiento de Biogas y
Cogeneración
Emisiones
Digestión
Anaeróbica
Clase A
Energía
R
R
Espesadores
por
Gravedad
Tanques de Mezclado
Taller de Gestión de Energía 2015
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Tipo de Proyectos
Deshidratación
Lime
Almacenamiento
y carga
Clase B
DAFTs
Mezclado
R
R
Cribado y
DeshidrataciónDeshidratación
Final
Reciclaje
de líquidos
R
CargaCambi™ THP
Vapor Biogas
Tratamiento de Biogas y
Cogeneración
Emisiones
Digestión
Anaeróbica
Clase A
Energía
R
R
Espesadores
por
Gravedad
Tanques de Mezclado
DBO
DBB
DBDB
Taller de Gestión de Energía 2015
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
0
5
10
15
20
25
30
35
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
Co
nsu
mo
de
Ener
gía
(MW
)
Año
Taller de Gestión de Energía 2015
BeneficiosSummary of Benefits
10 MW
19 MW20.5 MW
25 MW
28 MW
31 MW
40 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 biosólidosClase 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 ?