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Hacia una planta de tratamiento de
aguas residuales urbanas
autosostenible energéticamente
Nombre: Dr. Julián Carrera MuyoInstitución: Universidad Autónoma de Barcelona (España)
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
LODOS ACTIVOS
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
¿CUÁL ES LA CONFIGURACIÓN MÁS HABITUAL EN LA ACTUALIDAD PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS?
Proceso biológico de lodos activos acompañado de otros procesos físico-químicos.
LODOS ACTIVOS
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
¿CUÁL ES LA CONFIGURACIÓN MÁS EFICIENTE EN LA ACTUALIDAD PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS?
Proceso de lodos activos incorporando la eliminación biológica de nutrientesmediante nitrificación/desnitrificación y eliminación de fósforo.
Añadiendo el tratamiento específico del agua de rechazo de la digestión anaeróbicade fangos mediante eliminación biológica de nitrógeno autótrofa (anammox).
ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DE NITRÓGENO vía NITRATO
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
NH4+
NO2-
NO3-
ELEVADO REQUERIMIENTO
DE OXÍGENO YALCALINIDAD
ELEVADO REQUERIMIENTO DE
MATERIA ORGÁNICA Y GRAN PRODUCCIÓN
DE LODOS
NO2-
N2
NITRIFICACIÓN
DESNITRIFICACIÓN
ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DE NITRÓGENO vía NITRITO
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
NH4+
NO2-
NO2-
N2
NITRITACIÓN
DESNITRIFICACIÓNVÍA NITRITO
HASTA UN 25% DE AHORRO EN LA
CANTIDADDE OXÍGENO REQUERIDO
ENTRE UN 30-40% DEAHORRO EN EL
REQUERIMIENTO DE MATERIA ORGÁNICA Y
EN LA PRODUCCIÓN DE LODOS
ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DE NITRÓGENO AUTÓTROFA
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
NH4+
NO2-
NO2-
N2
NITRITACIÓN PARCIAL
ANaerobicAMMoniumOXidation(ANAMMOX)
HASTA UN 40% DE AHORRO EN LA
CANTIDADDE OXÍGENO REQUERIDO
SIN REQUERIMIENTOS DE MATERIA ORGÁNICA
NH4+
NH4+
ANAMMOX
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
Proceso Anammox
NH4+ + 1.32NO2
- + 0.066HCO3- + 0.13H+
1.02N2 + 0.26NO3- + 0.066CH2O0.5N0.15 + 2.03H2O
Bacterias estrictamente anaerobias y autótrofas.
Oxidan amonio con nitrito como aceptor de electrones y forman nitrógeno gas(90%) y nitrato (10%).
Velocidad de crecimiento y rendimiento biomasa/substrato bajos.
LODOS ACTIVOS
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
¿CUÁL ES LA CONFIGURACIÓN MÁS EFICIENTE EN LA ACTUALIDAD PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS?
Proceso de lodos activos incorporando la eliminación biológica de nutrientesmediante nitrificación/desnitrificación y eliminación de fósforo.
Añadiendo el tratamiento específico del agua de rechazo de la digestión anaeróbicade fangos mediante eliminación autotrófica de nitrógeno (anammox).
LODOS ACTIVOS: BALANCE ENERGÉTICO
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
¿CUÁL ES LA CONFIGURACIÓN MÁS EFICIENTE EN LA ACTUALIDAD PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS?
Este sistema, en el mejor de los casos, aún consume 8 kWh/heq/año. Sistemasmenos avanzados pueden consumir de media hasta 16 kWh/heq/año.
La única recuperación energética se produce a través de la producción de biogáscon el exceso de lodos (primarios y secundarios). No obstante, en el mejor de loscasos, se podría recuperar el 50% del consumo.
La razón es que se debe emplear gran parte de la materia orgánica del agua en ladesnitrificación.
BALANCE ENERGÉTICO EN UNA DEPURADORA
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
Oxígeno y energía
requeridosEnergía (wh/heq/d)
Depuradora convencional
Depuradora convencional eliminación autótrofa de
N del agua de rechazo
Aeración eliminación DQO
-40 -30
Aeración eliminación N
-22 -22
Bombeo/Mezcla -20 -20
Producciónbiogás
+38 +51
Balance neto -44 -21
DEPURADORA AUTOSOSTENIBLE ENERGÉTICAMENTE
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
COSTES
AERACIÓN
PRODUCCIÓN
BIOGÁS
IMPLICACIONES:
No habrá materia orgánica para la desnitrificación. Se necesita un proceso con menos requerimientos de oxígeno.
Derivar la mayor parte de la materia
orgánica a la digestión anaeróbica
Debe reducirse significativamentela aeración
¿CÓMO SE PUEDE CONSEGUIR UNA DEPURADORA AUTOSOSTENIBLE ENERGÉTICAMENTE?
DEPURADORA AUTOSOSTENIBLE ENERGÉTICAMENTE
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
Implementando la eliminación biológica autótrofa de nitrógeno en la línea principal de aguas de la depuradora
Si se necesita:
COSTES
AERACIÓN
PRODUCCIÓN
BIOGÁS
Producción neta de energía: 1-9 kWh/heq/año
¿CÓMO SE PUEDE CONSEGUIR UNA DEPURADORA PRODUCTORA NETA DE ENERGÍA?
BALANCE ENERGÉTICO EN UNA DEPURADORA
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
Oxígeno y energía
requeridosEnergía (wh/heq/d)
Depuradora convencional
Depuradora convencional eliminación autótrofa de
N del agua de rechazo
Depuradora coneliminación autótrofa
de N en la línea de aguas
Aeración eliminación DQO
-40 -30 -15
Aeración eliminación N
-22 -22 -16
Bombeo/Mezcla -20 -20 -15
Producciónbiogás
+38 +51 +70
Balance neto -44 -21 +24
ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DE NITRÓGENO AUTÓTROFA
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
¿CÓMO SE PUEDE IMPLEMENTAR LA ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DE NITRÓGENO AUTÓTROFA EN LA LÍNEA PRINCIPAL DE AGUAS?
Obviamente, pasa por conseguir la oxidación parcial de la mitad de amonio hastanitrito y la posterior etapa anammox.
El problema es que debe conseguirse durante todo el año, es decir, también a bajastemperaturas en una parte importante de los países del mundo. En Europa, porejemplo, supone que el sistema sea robusto y funcione entre 10-15 ºC.
Lo más sencillo sería utilizar los sistemas industriales que ya se utilizan en eltratamiento del agua de rechazo. Estos sistemas son todos de una etapa (one-stage).
Otra opción es utilizar un sistema de dos etapas (two-stage).
SISTEMAS INDUSTRIALES PARA AGUA DE RECHAZO
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
AnoxKaldnes ANITA™ Mox
DEMON®
CANON®
ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DE NITRÓGENO AUTÓTROFA
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
SISTEMAS ONE-STAGE
Un único reactor aerobio operado con bajas concentraciones de DO
Tecnologías: CANON, ANITA, DEMON
Menores costes que los sistemas two-stage
Con frecuencia hay crecimiento NOB a bajas temperaturas
Bajas velocidades de conversión del amonio (<0.05 g N/L/d)
SISTEMAS TWO-STAGE
Dos reactores diferenciados: un reactor para la PN y otro para AMX
Nitritación parcial estable a baja temperatura con eliminación de NOB
Anammox siempre en condiciones anóxicas y protegido contra la llegada de DQO
Mayores velocidades de conversión que en los sistemas one-stage
Mayores costes que los sistemas one-stage
¿CÓMO SE PUEDE IMPLEMENTAR LA ELIMINACIÓN AUTÓTROFA DE NITRÓGENO EN LA LÍNEA PRINCIPAL DE AGUAS?
TECNOLOGÍA SAVING-E
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
PRIMER PASO: DESARROLLO A ESCALA DE LABORATORIO (CIENCIA)
TECNOLOGÍA SAVING-E
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
Nitritación parcial
NH4+ + 0.75O2 + HCO3
- 0.5NH4
+ + 0.5NO2- + CO2 + 1.5H2O
AOB
NOB
92 ± 4 % AOB
1 ± 1 % NOB
Maximiza la actividad AOB y
reprime de forma efectiva la
actividad NOB
ESTRATEGIA [DO]/[N-NH4+]
TECNOLOGÍA SAVING-E
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
Proceso Anammox
NH4+ + 1.32NO2
- + 0.066HCO3- + 0.13H+
1.02N2 + 0.26NO3- + 0.066CH2O0.5N0.15 + 2.03H2O
UTILIZAR un UASB: UAnSB
Reactores simples y baratos de operar
Desarrollo de sobrecapacidad
Permite mantener una gran capacidad
anammox a bajas temperaturas
PROYECTO LIFE+ SAVING-E
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
Implementación de la eliminación biológica
autótrofa de nitrógeno (nitritación + anammox)
en la línea principal de aguas
LIFE14 ENV/ES/000633 – LIFE SAVING-E
SEGUNDO PASO: DESARROLLO A ESCALA DE PILOTO (TRANSFERENCIA)
PROYECTO LIFE+ SAVING-E
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
SOCIOS:
DURACIÓN: 01/10/2015 - 31/03/2019
Co-financiado por:
PRESUPUESTO: 1,169,000 €
PROYECTO LIFE+ SAVING-E
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
IMPACTOS ESPERADOS
El impacto de la aplicación de la tecnología SAVING-E frente a las tecnologíasconvencionales para el tratamiento de las aguas residuales urbanas se esperaque sea:
Incremento del 50% en la producción de biogás
Reducción de un 10% del vertido de nitrógeno
Ahorro energético de un 30% en el proceso de eliminación de nitrógeno
Ahorro energético de un 40% en el proceso global de depuración
Reducción de un 20% de las emisiones de gases de efecto invernadero
PROYECTO LIFE+ SAVING-E
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
ANAEROBIC DIGESTION
Air
A-stage: organic matter removal B-stage: nitrogen removalNitritation Anammox
Treatedwastewater
Air
LA TECNOLOGÍA SAVING-E
Urbanwastewater
PROYECTO LIFE+ SAVING-E
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
LA PLANTA PILOTO SAVING-E
De 2 a 400 LDe 5 a 360 L
PROYECTO LIFE+ SAVING-E
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
0 100 200 300 400 500 600
Slu
dg
e R
ete
ntio
n
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e (
days)
0
1
2
3
4
5
Te
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re(º
C)
5
10
15
20
25
30
35
SRT
Temperature
3 ± 22.1 ± 0.6
Time (days)
0 100 200 300 400 500 600
Org
an
ic L
oa
din
g R
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(kg
CO
D/m
3/d
)
0
2
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% C
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l
0
20
40
60
80
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OLR
Average OLR
% COD removal
Average % COD removal
0 100 200 300 400 500 600Slu
dg
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Inde
x (
mL
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0
250
500
750
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(mg
/L)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0SVI
DO
PROYECTO LIFE+ SAVING-E
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
Resultados del reactor de alta eficiencia de eliminación de
materia orgánica (HRAS)
Eficacia media de eliminación de materia orgánica del 70% (80% a
temperaturas superiores a 15ºC y del 60% a temperaturas inferiores a
15ºC).
La sedimentabilidad es adecuada excepto en periodos de muy baja
temperatura (inferior a 15ºC). En esos casos se requiere de la adición de un
coagulante.
El rendimiento fango formado/DQO eliminada es un 50% superior al de la
EDAR de Rubí.
La biodegradabilidad anaerobia del fango formado es del 70% (la del fango
secundario de Rubí es del 47%).
PROYECTO LIFE+ SAVING-E
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
Bio
ma
ss c
on
ce
ntr
atio
n
(gV
SS
L-1
)
0
1
2
3
4
Time (d)
0 20 40 60 80 100 120 140
Pa
rtic
le s
ize
(µ
m)
0
100
200
300
400
Pa
rtic
le s
ize
(%
)
0
20
40
60
80
100
Particle size
Particle size > 200 µm (%)
PROYECTO LIFE+ SAVING-E
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
0 100 200 300 400 500Nitro
gen R
em
oval R
ate
(NR
R,
kg N
/m3/d
)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Upflow
velo
city
(Vup,
m/h
)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
NRR
Vup
Time (days)
0 100 200 300 400 500
Avera
ge s
ize
400
500
600
700
800
900
1000
Slu
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olu
metr
ic
Index (
SV
I, m
L/g
)
0
20
40
60
80
Average size
SVI30
SVI5
PROYECTO LIFE+ SAVING-E
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
SEGUIMIENTO DEL PROYECTO LIFE+ SAVING-E
Los avances y noticias del proyecto se pueden seguir en la web y la cuenta detwitter del proyecto.
@Life_SAVING_Ehttp://saving-e.eu/es
TRATAMIENTO Y RECICLAJE DE AGUAS INDUSTRIALESMEDIANTE SOLUCIONES SOSTENIBLES FUNDAMENTADASEN PROCESOS BIOLÓGICOS. RED TEMÁTICA 316RT0508
Financiado por:
2º workshop RED TRITÓN
Querétaro (México) 28-agosto-2018
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