ASESORÍA ENERGÉTICA - ESAMUR

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Noviembre de 2011

Digestiones y cogeneraciones en Catalunya

ESAMUR 2011

Ibán CasadoAE, S.A.

ASESORÍA ENERGÉTICA

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Contenidos

INTRODUCCIÓN Y DATOS PRINCIPALES

La Agència Catalana de l’Aigua

Introducción a la digestión anaeróbia

Sistemas de digestión instalados

Valorización energética del biogás

CASOS PRÁCTICOS

Caso I: EDAR de Rubí

Caso II: EDAR de Tarragona

Caso III: EDAR de Reus

Caso IV: EDAR de Vilanova i la Geltrú

Caso V: EDAR de El Prat de Llobregat

Caso VI: EDAR de Granollers

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INTRODUCCIÓN Y DATOS

PRINCIPALES

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La Agència Catalana de l’Aigua (ACA)La Agencia Catalana del Agua (ACA) es la Administración hidráulica encargada de planificar y ejecutar la política del Gobierno de Catalunya en materia de aguas y que se fundamenta en los PRINCIPIOS de la Directiva Marco del Agua.

El Departamento de Explotación de Sistemas de Saneamiento tiene la función principal de gestionar la explotación de los Sistemas de Saneamiento e instalaciones de posttratamiento adscritas al Plan de Saneamiento. Actualmente el número de sistemas son:

La red actual permite tratar los caudales de agua residual del 90% de la población de Catalunya.

Considerando la ejecución en curso, está previsto que al final del próximo año 2012 estén en servicio 509 instalaciones.

396 Instalaciones de saneamiento (EDARS)

130 gestionadas directamente por el ACA

266 gestionadas Administraciones Actuantes (Ayuntamientos, Consorcios y Mancomunidades)

14 instalaciones de posttratamiento de lodos

5 gestionadas Administraciones Actuantes

9 gestionadas directamente por el ACA

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Introducción a la digestión anaeróbiaActualmente se han desarrollado tecnologías que permitan aprovechar la energía contenida en los subproductos generados tras depurar el agua residual. En concreto, se han desarrollado y perfeccionado tecnologías que obtienen energía a través del biogás generado después de que el barro se someta a procesos de digestión anaerobia.

La primera descripción de un tanque que permitiera separar y retener sólidos se remonta al año 1850. Desde esa fecha, y gracias a la incorporación de nuevas tecnologías, se ha ido perfeccionando hasta posibilitar, por una parte, el ahorro y la recuperación de energía y, por otra, la estabilización del lodo, lo que permite reutilizarlo para otros usos. Las principales ventajas e inconvenientes de la digestión anaeróbica se presentan a continuación.

VENTAJAS INCONVENIENTES

No necesidad de añadir oxígeno, proceso mas económico. Proceso mas lento que el aeróbico.

Los digestores pueden tratar gran cantidad de materia.En ocasiones, se necesita mayor cantidad de producto a degradar para

tener un buen funcionamiento.

Buena tasa de eliminación de SV y producción de biogás. Elevada sensibilidad a compuestos tóxicos.

Tiempo de retención hidráulico menor que otros sistemas. Adaptación lenta al medio de los lodos anaeróbicos.

Baja producción de lodos debido al lento crecimiento celular. La mayor

parte de la energía se deriva a producir el producto final, el metano. Sólo

un 5% del carbono orgánico se convierte en biomasa. En cambio, en

medios aerobios se utiliza un 50%.

Elevadas necesidades energéticas para calentar el lodo.

Menor volumen de los reactoresSobrenadante obtenido con elevado contenido en ácidos grasos

volátiles.Adaptable a cualquier tipo de residuo industrial.

Adecuado para eliminar organismos patógenos.

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Sistemas de digestión instalados Producción total aproximada de lodos de las instalaciones del ACA: 600.000 t MF/año.

Fango digerido en los sistemas de tratamiento disponibles: 288.800 t MF/año.

□ Esto supone el 48,1% de volumen tratado sobre volumen total.

La digestión de lodos se realiza en 32 instalaciones que disponen de digestores anaeróbios.

□ 31 de ellas con sistemas de tratamiento mesofílico (se realiza alrededor de los 37ºC).

□ Una de ellas (Reus) dispone de tratamiento termofílico (se realiza alrededor de los 55ºC)

UNITARIO

(m3) TOTAL (m3)

UNITARIO

(m3) TOTAL (m3)

Termofílico REUS II 1 1.600 1.600 VILAFRANCA PENEDES 1 2.850 2.850

REUS I 2 1.600 3.200 VILANOVA I GELTRU 1 3.509 3.509

NAVARCLES/ S.FRUITÓS 1 2.070 2.070 VENDRELL 1 3.600 3.600

TARRAGONA 1 5.129 5.129 BLANES 1 4.050 4.050

VIC 2 4.130 8.260 MONTORNES DEL VALLÈS 1 5.000 5.000

SABADELL- RIU SEC 2 3.446 6.892 GAVÀ/ VILADECANS 2 3.000 6.000

LLEIDA 2 2.500 5.000 ABRERA 1 2.108 2.108

MANRESA 2 2.500 5.000 SABADELL- RIU RIPOLL 2 4.171 8.342

SITGES /S.PERE DE RIBES 1 3.116 3.116 LLAGOSTA 2 4.597 9.193

PALAMÓS 1 4.000 4.000 TERRASSA 2 8.800 17.600

GRANOLLERS 2 5.000 10.000 MATARÓ 2 3.500 7.000

SANT FELIU LLOBREGAT 2 6.000 12.000 PRAT LLOBREGAT 8 7.180 57.440

RUBÍ 1 3.491 3.491 VALLBONA ANOIA 1 2.660 2.660

BANYOLES – EL TERRI 1 - - IGUALADA 1 - -

GINESTAR 1 - - LLORET DE MAR 1 - -

GIRONA 1 - - MOIÀ 1 - -

ROCA DEL VALLÈS, LA 1 - - 32 - 199.110

Mesofílico

Mesofílico

TOTAL INSTALACIONES

TIPO SISTEMA DE SANEAMIENTO

CARACTERÍSTICAS

NUMERO DIGESTORES

VOLUMEN TIPO SISTEMA DE SANEAMIENTO

CARACTERÍSTICAS

NUMERO DIGESTORES

VOLUMEN

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De las plantas citadas, 17 de ellas disponen de sistemas de valorización energética del biogás producido. De éstas, 16 están en funcionamiento y la restante lo estará en breve .

□ Se dispone de 3 plantas con microturbinas de biogás, y de 14 plantas con motores de biogás.

Estas plantas son capaces de valorizar energéticamente el equivalente el 74% del fango digerido (unas 215.000 t MF/año).

La potencia instalada es de alrededor de los 10 MW, de los cuales cinco corresponden a la planta de El Prat de Llobregat, que dispone de motores duales capaces de funcionar con biogás y con gas natural.

La producción total de energía eléctrica es del orden de 1.922.000 kWh/mes. La energía producida se aprovecha de formas distintas:

□ Autoabastecer la propia instalación de tratamiento de aguas.

□ Exportación íntegra a la red eléctrica (todo-todo). Actualmente hay cinco instalaciones trabajando en esta modalidad.

En total, el nivel de autoabastecimiento de las instalaciones es del 40%.

La energía producida, ya sea para autoconsumo o exportación, se traduce en un ahorro del orden de 2.256.000 €/año (188.000 €/mes).

A continuación se presenta una tabla con los datos de cada instalación que disponen de sistemas de valorización energética de biogás.

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SISTEMAS DE SANEAMIENTO CON VALORIZACIÓN

ENERGÉTICA

VOLUMEN ALIMENTACIÓN

PRODUCCIÓN DE BIOGAS PRODUCCIÓN ENERGIA

m3/mes m3/ mes Tecnología kW instalados kWh/ mes Traducción económica

BANYOLES – EL TERRI 2.760 16.901Microturbina

130 28.930 2.957BLANES 3.966 55.230 130 84.474 7.250RUBÍ 5.252 52.754 195 57.112 10.879GAVÀ 9.300 137.506

Motor

450 126.756 1.790GIRONA 1.235 56.726 240 20.852 15.274GRANOLLERS 11.400 72.127 500 108.218 16.052LA LLAGOSTA 6.638 136.014 311 187.030 3.127MANRESA 7.509 50.826 250 36.433 12.393MONTORNÈS VALLÈS 7.330 65.461 250 144.390 31.483PRAT LLOBREGAT 38.580 492.388 5.390 (*) 366.817 22.430REUS 6.349 103.832 240 158.917 5.252SABADELL - RIPOLL 3.316 75.000 640 41.905 3.597SANT FELIU LLOBREGAT 16.003 142.640 642 188.253 16.157VIC 9.600 147.180 500 107.359 15.153VILANOVA I GELTRÚ 2.250 65.729 230 132.852 13.580

LLEIDA 6.670 60.000 225 132.345 11.359

TOTAL FUNCIONAMIENTO 138.158 1.730.314 - 10.323 1.922.643 188.733

TARRAGONA 6.000 79.905 Motor 265 175.535 -

TOTAL 144.158 1.810.219 - 10.588 2.098.178 -

(*) La planta de El Prat Llobregat dispone de motores duales, por lo que la potencia instalada es mayor respecto las demás plantas.


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CASOS PRÁCTICOS

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Potencia eléctrica de la instalación 195 kWe

Tecnología empleada Microturbinas

Marca y modelo 3 x CAPSTONE CR65

Categoría régimen especial b.7.2

Tratamiento del biogásAdición de cloruro férrico (H2S)Carbón activo (siloxanos)Secado del biogás

Se trata de la primera EDAR de Catalunya en la que se instalaron microturbinas para la valorización energética del biogás.

Durante el año 2006 se instalaron dos unidades CAPSTONE CR65 de 65 kW cada una, para posteriormente ampliarla con una tercera unidad en febrero de 2007.

Cabe destacar la incidencia producida por un anormal incremento en la concentración de siloxanos, provocado por un agente externo.

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Durante los 3 primeros años de funcionamiento, la instalación ha trabajado con normalidad.

En marzo de 2010 se detectó una marcada caída de potencia en la turbina 2, más suave en las unidades 1 y 3.

Analizando las causas se detectó gran cantidad de polvo en las tres máquinas, que una vez analizado en laboratorio, se concluyó que se trataba de SiO2.

Una vez realizada la limpieza de las máquinas, para evitar situaciones extremas como la ocurrida y como medida de precaución se recomendó realizar análisis de los filtros de carbón cada 5 días (su vida útil en condiciones normales es de 4.000 h)

Se trata de un caso extremo, sin precedentes de cambios repentinos como el comentado.

Pese a la gravedad de la incidencia, las máquinas han podido seguir funcionando, previa limpieza de sus componentes internos.

Se pudo comprobar que la concentración de siloxanos se incrementó x12 respecto los valores históricos, saturando los filtros de carbón activo.

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Tecnología empleada Motogenerador

Marca y modelo 1 x GUASCOR SFGLD 180


Tratamiento del biogásAdición de cloruro férrico (H2S)Criogenización (siloxanos)

Actualmente la instalación de valorización energética de la EDAR de Tarragona se encuentra parada, ultimando diversos trámites administrativos para su posterior puesta en marcha.

Esta instalación ha tenido que hacer frente a un problema de incrustaciones de estruvita y elevadas concentraciones de siloxanos.

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La estruvita es un mineral formado por magnesio, fósforo y nitrógeno que precipita en las tuberías obstruyendo completamente la sección de las mismas.

Las incrustaciones de estruvita también están presentes en el digestor anaerobio, dificultando su agitación.

Hasta el momento, la única medida tomada ha sido la sustitución de tuberías de fundición por otras de polietileno, para evitar la cristalización de la estruvita.

Asimismo, la concentración de siloxanos presente en el biogás es muy elevada, del orden de 1.700 ppm.

Los siloxanos, en el proceso de combustión del motor, se convierten en silicatos que se depositan en la parte superior de los cilindros de los motores.

Estos compuestos hacen disminuir el volumen de la cámara de combustión, contribuyendo a la abrasión de las camisas del motor.

Con concentraciones tan elevadas, la única solución viable es su eliminación por medio de la criogenización, pendiente de puesta en marcha con el resto de la instalación.

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Caso III: EDAR de Reus



Marca y modelo 1 x GUASCOR FGLD 180


Tratamiento del biogás Secado del biogás

El biogás producido en la EDAR de Reus se caracteriza por ser muy limpio y no ser necesario un tratamiento de limpieza previo exhaustivo (únicamente se elimina la humedad del biogás).

El motivo radica en que el proceso de la EDAR incluye una etapa de tratamiento físico-químico del agua.

Cabe destacar que en la EDAR de Reus se dispone de tres digestores, dos de ellos mesófilos, mientras que el tercer digestor es termófilo, realizando las funciones de almacenamiento y mezcla del fango.

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Marca y modelo 1 x DEUTZ TGC 2015 V8


Tratamiento del biogás Adición de cloruro férrico (H2S)

Se trata de la primera EDAR de Catalunya que dispone de un sistema para la desintegración ultrasónica del fango.

La instalación de dicho sistema vino motivada por la ampliación de la línea de fangos de la planta. Con esta ampliación, el volumen de digestor era pequeño para la nueva cantidad de fangos a tratar, reduciéndose en exceso el tiempo de retención del digestor.

Debido al elevado coste de construcción de un nuevo digestor, se decidió instalar un sistema de desintegración ultrasónico del fango que permite disminuir el tiempo de retención de la digestión de fangos en aproximadamente 8 días.

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Los sistemas de desintegración ultrasónica de fangos facilitan la degradación de la materia orgánica gracias a la debilitación de las paredes celulares del fango a digerir, lo que se traduce en las siguientes ventajas:

□ Aumento de la producción de biogás al incrementar la eliminación de materia volátil.

□ Reducción del volumen final de fangos (estimado entre un 15% y un 20%).

□ Reducción del tiempo de retención en digestión al realizarse un proceso previo fuera del digestor, favoreciendo la degradación dela materia volátil.

La experiencia de la aplicación de este sistema en la EDAR de Vilanova se traduce en un aumento de la producción de biogás entorno al 56%.

Ello ha contribuido a que el grado de autoabastecimiento de la EDAR (energía producida/energía consumida por la EDAR) se haya incrementado hasta el 59%, cuando el promedio en instalaciones similares se sitúa en el 40%.

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Caso V: EDAR de El Prat de Llobregat

Potencia eléctrica de la instalación 10.780 kWe

Tecnología empleada Motogeneradores

Marca y modelo 4 x JENBACHER 620 GS NL

Categoría régimen especial a.1.1

Tratamiento del biogásAdición de cloruro férrico (H2S)Secado del biogás

Se trata de la instalación de Catalunya más grande en cuanto a potencia instalada.

En la EDAR de El Prat, el biogás disponible (unos 4.923.000 m3/año) es empleado en una instalación de cogeneración que aporta el calor necesario para el secado térmico de los fangos generados en la EDAR.

Dos de los cuatro motores instalados son motores duales, los cuales pueden trabajar indistintamente con biogás o con gas natural.

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Caso VI: EDAR de Granollers



Marca y modelo 1 x MWM TCG 2016 V12C


Tratamiento del biogásAdición de cloruro férrico (H2S)Carbón activo (siloxanos)Secado del biogás

Se trata de una de las primeras instalaciones de Catalunya que exporta la totalidad de la energía eléctrica generada (todo-todo).

Es la primera EDAR de Catalunya donde se realiza la codigestión del fango, desde el mes de noviembre de 2010.

La codigestión se realiza con alcoholes industriales, inoculándolo directamente mediante picaje en carga.

Los resultados obtenidos han sido muy positivos, aumentando la producción de biogás en aproximadamente un 40%.

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GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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