Cuando se contempla la posibilidad de modernizar una planta de tratamiento de aguas residuales, la reducción permanente de los valores límite de amonio, nitratos y fosfatos suele ser el factor que empuja a tomar la decisión de invertir. Y en lo que a presupuesto se refiere, merece la pena incluir en los planes la eficiencia energética para un mayor ahorro y protección ambiental. Teniendo en cuenta que con frecuencia solamente el suministro de aire para la ventilación supone más del 70 por ciento de los costes operativos en este campo, rápidamente se constata por qué merece realizar mejoras de eficiencia en este punto, y todo ello con una gran amortización de las inversiones. Así es como lo planificó la planta de tratamiento de aguas residuales de Rheda-Wiedenbrück (para una población equivalente a 326 000 habitantes). En la actualidad están probando un nuevo concepto de control para la tecnología de las soplantes de AERZEN, la combinación de control AERsmart.
Los trabajos de modernización de la planta de tratamiento de aguas residuales comenzaron en 2013. Se conectó a los habitantes de la región de Rheda-Wiedenbrück, en Alemania, y el matadero de ganado porcino más grande del país. Uno de los objetivos del proyecto era suministrar aire a la biología de forma más eficiente, no solo reemplazando las viejas rejillas de ventilación con otras nuevas, sino también instalándolas sobre la base de los tanques de ventilación a una profundidad 30 cm mayor. «Considerando la superficie de los seis depósitos, pudimos incrementar nuestro volumen de procesamiento en varios cientos de metros cúbicos», explica Hendrik Wulfhorst, director de la planta. A continuación, a pesar de haber ganado un espacio de 30 cm, ello supuso también un aumento de la presión del sistema en 30 mbar que tuvieron que tomarse en consideración con respecto al diseño de la tecnología de la soplante.
Antes de modernizar la planta, la biología se trataba con un gran exceso de oxígeno en los depósitos, en concreto para cubrir con seguridad las fluctuaciones relativas a los valores de entrada del matadero. Finalmente y con el objetivo de reducir los costes operativos y las emisiones de CO2, un objetivo del proyecto era poder acoplar en el futuro y con una precisión sensiblemente mayor la ventilación de los depósitos con la fluctuación en la carga de aguas residuales y el consumo de oxígeno resultante. Durante la primera fase, esto suponía controlar la velocidad orientándose a las necesidades de los cuatro equipos soplantes de AERZEN.
El controlador lógico programable (PLC) genera los valores nominales a partir de los datos medidos en las aguas residuales, principalmente en forma de concentraciones de amonio y nitratos. Además, existe un sistema inteligente que controla las válvulas de regulación del diafragma. Estas se cierran lentamente cuando en el agua del depósito correspondiente se ha alcanzado la saturación de oxígeno necesaria. Para evitar que el cierre produzca una presión mayor en la tubería, y en consecuencia una mayor resistencia, el PLC reduce paralelamente la presión nominal. «De lo contrario, estaríamos destruyendo energía con las válvulas de regulación del diafragma, ya que con una regulación de presión constante, las soplantes tienen que trabajar contra la pérdida de presión causada por las válvulas de regulación del diafragma. Ahora somos capaces de regular la presión de una manera sensiblemente más inteligente y eficiente mediante un control deslizante», aclara Markus Haverkamp, ingeniero de proyectos en aquaconsult, empresa que participa en la planificación. La empresa de ingeniería de Hannover encargada de la planificación y realización seleccionó una turbosoplante fabricada por AERZEN para el abastecimiento de carga básica de la biología formando opcionalmente un circuito de depósitos ventilados y no ventilados con depuración trifásica.
El tipo AT 150-0.8S-G5 alcanza un caudal volumétrico de 4800 metros cúbicos por hora con una potencia nominal del motor de 143 kW a una presión de aspiración de 1 bar y una presión final de hasta 1,8 bar. Para Cord Utermann, ingeniero de ventas de AERZEN, las turbosoplantes son las típicas representantes de máquinas de carga básica que optimizan el consumo energético y que deben funcionar las 24 horas dentro de los parámetros del valor nominal, ya que operan proporcionando la máxima rentabilidad. «Al igual que con casi cualquier tecnología turbo, la eficiencia energética se desploma en cuanto las máquinas entran en el rango de carga parcial», explica Utermann. Por consiguiente, se deben desarrollar conceptos que limpien desde el punto de vista de la eficiencia energética el volumen de suciedad, el cual va variando de alto a bajo a lo largo del día. Para lograr un rendimiento energético óptimo en una planta de tratamiento de aguas residuales, este enfoque supone que la necesidad de aire que exceda la carga básica debe cubrirse mediante máquinas de desplazamiento, por ejemplo soplantes de desplazamiento positivo y compresores de émbolos rotativos. Son robustos en rangos de control altos entre el 25 y el 100 % y consiguen una buena eficiencia, incluso funcionando a carga parcial. Por lo tanto, dos equipos compactos de AERZEN del tipo Delta Hybrid (D 62 S) y un Delta Blower (GM 80 L) también forman parte del sistema compuesto de la planta de tratamiento de aguas residuales de Rheda-Wiedenbrück.
AERZEN ha desarrollado el AERsmart para que estos cuatro equipos no solo cubran el oxígeno necesario en los tanques de aireación con un proceso seguro, sino también para generar el volumen de aire necesario de la manera más eficiente desde el punto de vista energético en el sistema compuesto. De acuerdo con Cord Utermann, «el arte de la ingeniería de control es crear las transiciones entre las áreas de operación contrapuestas de la forma más sencilla y más eficiente en términos de energía como sea posible para cada carga, es decir, operando siempre las diferentes máquinas del combinado de manera totalmente óptima». De acuerdo con Markus Haverkamp, lo anterior se consigue haciendo que «cada carga se oriente a la necesidad real». Esto siempre incluye picos «hacia arriba y hacia abajo». Como en la planta de tratamiento de aguas residuales de Rheda-Wiedenbrück se emplean tres máquinas diferentes con rangos de operación y grados de eficiencia divergentes, su funcionamiento se debe coordinar de tal manera que «el número de veces que se enciendan y apaguen las máquinas sea el mínimo posible, ya que encenderlas y apagarlas constantemente haría aumentar el desgaste», aclara el ingeniero de proyectos de aquaconsult. «Es necesario que la distribución de aire entre los tanques de aireación (regulando la presión mediante el control deslizante, evitando la entrada de perturbaciones, por ejemplo NH4-N, ajustando la cantidad de agua, etc.) y la selección de la máquina se realicen de manera eficiente para que el grado de eficiencia global sea óptimo. Esto se consigue mediante el nuevo sistema de control de AERZEN».
La demanda de oxígeno en las tres fases de depuración constituye la base para optimizar el sistema de control con el control de AERsmart. El PLC central de la planta procesa los índices y Profibus transfiere la presión nominal resultante al control de la soplante. A continuación, AERsmart se encarga de que los cuatro equipos compactos funcionen en combinación de manera óptima en términos de ahorro de energía. «Por ejemplo, la turbosoplante que se usa aquí es la que muestra la mayor eficiencia a una capacidad del 83 %», explica Cord Utermann. Si la necesidad de aire sobrepasa este valor puede resultar más eficiente desconectar por completo la máquina de la carga base y dar respuesta a la necesidad de aire, la cual es relativamente baja, mediante las dos máquinas Delta Hybrid. «A nuestras bacterias no les importa el origen del oxígeno», nos comenta Hendrik Wulfhorst con una sonrisa. Sin embargo, el director de la planta de aguas residuales señala que la tecnología de la soplante se proyectó en una fase previa a la modernización, de modo que el rendimiento de la turbosoplante debería ser suficiente para dar respuestas a unas necesidades diarias «normales».
Como resultado provisional, la planta de tratamiento de aguas residuales de Rheda-Wiedenbrück podría ahorrar alrededor de un 30 por ciento de energía en la biología con el empleo de las soplantes de bajo consumo y un control de proceso relativamente simple que se vincule más estrechamente a los valores actuales dominantes. AERsmart proporciona de un cinco a un ocho por ciento más gracias a la optimización que se logra al nivel de la soplante. La prueba de campo que se realice en la planta de aguas residuales nos dirá de cuánto estaremos hablando en una fase de operación más larga. La de Rheda-Wiedenbrück es la primera planta de aguas residuales de Alemania que prueba el control AERsmart en condiciones reales. «Necesitamos la aplicación in situ, pues únicamente estamos en condiciones de identificar las complejas conexiones de una planta de tratamiento de aguas residuales sobre el terreno y ello no se puede reproducir en un banco de ensayo. Por eso es tan importante colaborar con nuestros clientes, ya que es solamente este procedimiento el que nos proporciona una referencia de aplicación cercana para proyectar desarrollos orientados al futuro», sintetiza Cord Utermann.
