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TRATAMIENTO DE EFLUENTES RESIDUALES Y REGENERACIÓN DE AGUAS EN EL SECTOR VITIVINÍCOLA
Laboratorio de Ingeniería Electroquímica y Ambiental E3L
Departamento de Ingeniería QuímicaUniversidad de Castilla La Mancha
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1. Objetivo
2. Presentación del Grupo TEQUIMA de la UCLM
3. Problemática de la contaminación de aguas en bodegas- Consumo de agua y Caudales de agua residual- Caracterización de las Aguas Residuales emitidas
4. Alternativas de gestión del Problema y Normativa
5. Minimización del consumo de agua y reutilización directa
6. Depuración. Tecnologías habituales y ejemplos.
7. Regeneración y reutilización del agua depurada.
8. El papel de la UCLM y del grupo TEQUIMA
CONTENIDOS
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1. OBJETIVO
Objetivo de la Presentación:
Mostrar:
La problemática de los vertidos de efluentes líquidos en el sector vitivinícola
Las posibles formas de gestionar el problema
Conocer las tecnologías de depuración y regeneración más habituales
Proponer:
Las diferentes formas en que la UCLM (grupo de Investigación TEQUIMA) puede colaborar con los profesionales del sector vitivinícola para mejorar su gestión del problema.
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2. Grupo TEQUIMA-UCLM
Grupo TEQUIMA(Departamento de Ingeniería Química de la UCLM)
Instituto de Tecnología Química y Ambiental (C. Real) Facultad de CC. y TT. Químicas (C. Real)
Ingeniería Electroquímica y Ambiental (E3L)
Tecnología de Catálisis y de los Materiales
Operaciones de Separación y Tecnología de Polímeros
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2. Grupo TEQUIMA-UCLM
OBJETIVOS E3L:
Agua Residual Urbana/IndustrialLodos, RSU
Residuos Industriales, Agro-ganaderos y Agro-alimentarios, Bio-ResiduosSuelos Contaminados
DepuraciónEliminación
Valorización (Materia y Energía)Reutilización
Procesos Fisico-químicosProcesos Electroquímicos
Procesos Biológicos
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2. Grupo TEQUIMA-UCLM
INTEGRANTES E3L:
Dr. Pablo Cañizares Cañizares (CU)Dr. Manuel Andrés Rodrigo Rodrigo (CU)Dr. José Villaseñor Camacho (CU)Dr. Luis Rodríguez Romero (TU)Dr. Justo Lobato Bajo (TU)Dra. Cristina Sáez Jiménez (TU) Dr. Francisco Jesús Fernández Morales (TU) Dr. Javier Llanos López (CD) Dra . Carmen M. Fernández Marchante (CD) Dra Engracia Lacasa Fernández (AD)
Dr. Salvador Cotillas Soriano (post-doc)Dr. Rubén Lopez Vizcaíno (post-doc)Dr .Hector Zamora Triguero (post-doc)
11 PhD en formación:Silvia Barba PiedrabuenaAlexandra RaschitorInmaculada Moraleda NuñezSara Mateo FernándezYeray Asensio RamírezMª Belén Carboneras ContrerasJosé Fernando Pérez SerranoVirtudes Sánchez SánchezMartín Muñoz MoralesMaría Millán EspinarDawany Dionisio
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3. PROBLEMÁTICA. Aguas Residuales en Bodegas
- Consumo de agua y Caudales de agua residual• Puntos de emisión• Factores unitarios de emisión• Variabilidad de caudales, factores punta, estacionalidad
- Caracterización de las Aguas Residuales emitidas• Parámetros contaminantes e impacto
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3. PROBLEMÁTICA. Aguas Residuales en Bodegas
(2-5 L / L de vino)
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3. PROBLEMÁTICA. Aguas Residuales en Bodegas
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Puntos de emisión de efluentes
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3. PROBLEMÁTICA. Aguas Residuales en Bodegas
Aguas de lavado (aprox 70%)
Aguas de proceso
Aguas de circuitos calefacción/refrigeración
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3. PROBLEMÁTICA. Aguas Residuales en Bodegas
CAUDAL: aprox 2 - 6 L / L vino
Vendimia / No vendimia: 7
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3. PROBLEMÁTICA. Aguas Residuales en Bodegas
Caudales unitarios y factores punta proporcionalmente mayores en bodegas pequeñas:
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3. PROBLEMÁTICA. Aguas Residuales en Bodegas
Caracterización:
Parámetros que necesitan conocerse:
DBO5: Demanda Biológica de oxígeno (mgO2/l)
DQO: Demanda Química de oxígeno (mgO2/l)
SST: Sólidos en Suspensión Totales (mg/l)
NT: Nitrógeno Total (mgN/l)
NTK: NT excepto nitratos
PT: Fósforo Total (mgP/l)
Metales pesados (Cr, Cu, Cd, Ni, Hg, Pb, Zn): mg/L
Conductividad (µS/cm)
pH
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3. PROBLEMÁTICA. Aguas Residuales en Bodegas
DBO5/DQO= 0,55
DBO5/DQO= 0,29
Unidades:CE: micros/cmSST: mg/LDQO: mgO2/LDBO: mgO2/LNTK: mgN/LPt: mg/P/L
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4. Alternativas de Gestión del Problema
Prioridades en la gestión de efluentes
1. Minimización.
2. Reutilización interna/directa
3. Tratamiento (valorización)
4. Tratamiento (eliminación)
5. Evacuación/vertido o gestión externa.
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4. Alternativas de Gestión del Problema
GESTIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES
1. Minimizar el consumo.
2. Segregar corrientes y Reutilizar en usos menos exigentes, antes de la depuración/vertido
3. Depuración/vertido
EDAR municipal
EDAR propia
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4. Alternativas de Gestión del Problema
GESTIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES
4. Regenerar al agua tras su depuración
EDAR propia
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4. Alternativas de Gestión del Problema
GESTIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES
5. Depuración conjunta
EDAR compartida
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4. Alternativas de Gestión del Problema
GESTIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES
5. Gestor autorizado
Unidades móviles
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4. Alternativas de Gestión del Problema
Exigencias en la depuración/vertido:
Caso 1: Vertido a cauce público
(Directiva 91/271/CEE)
Parámetro Concentración % Mínimo reducción
DBO5 25 mg/l 70-90DQO 125 mg/l 75SST 35 mg/l 90P 2 mg/l (poblaciones de 10000 a 100000 hab. eq.)
1 mg/l (poblaciones de más de 100000 hab. equ.)80
N 15 mg/l (poblaciones 10000 a 100000 hab. eq)10 mg/l (poblaciones de más de 100000 hab. eq.)
70-80
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4. Alternativas de Gestión del Problema
Exigencias en la depuración/vertido:
Caso 2: Vertido a colector municipal
(Normativa local)
Parámetro Concentración % Mínimo reducción
DBO5 500 mg/l 70-90DQO 900 mg/l 75SST 500 mg/l 90pH 6-9 --
Conductividad 2500 µS/cm --
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4. Alternativas de Gestión del Problema
Exigencias en la regeneración y reutilización:
Normativa: Real Decreto 1620/2007(BOE 8-12-2007):
Tabla 5: Anexo IA, del Real Decreto: CRITERIOS DE CALIDAD PARA LA REUTILIZACIÓN DE LAS AGUAS SEGÚN LOS USOS.
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4. Alternativas de Gestión del Problema
Exigencias en la regeneración y reutilización:
Normativa: Real Decreto 1620/2007(BOE 8-12-2007):
Parámetros que necesitan conocerse:
Huevos de Nemátodos Intestinales ( Nº/10 L)
E. Coli: (UFC/100 ml)
SST: Sólidos en Suspensión Totales (mg/l)
Turbidez (NTU)
NO3- (mgN/l)
Conductividad (µS/cm)
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4. Alternativas de Gestión del Problema
USOS:• Reutilización agrícola y forestal
• Reutilización industrialAgua de refrigeraciónAgua de limpieza (Industria alimentaria: solo para casos de NO Contacto con alimentos. RD 14/2003, apartado 2.1.b )
• Reutilización ornamental y recreativaFuentes urbanasEstanques
• Mejora y preservación del medio naturalRegeneración de acuíferos
• Reutilización urbana (Prohibido en hospitales)
Lucha contra incendiosRiego de jardines, campos de golfLimpieza de callesLimpieza de automóvilesUsos domésticos no potables(se prohibe el uso potable)
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4. Alternativas de Gestión del Problema
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5. MINIMIZACIÓN del consumo de agua y reutilización directa
Opciones generales de minimización de vertidos:
• Utilizar métodos de limpieza secos o minimizar el uso del agua en el lavado (mangueras
de alta P y bajo Q)
• Racionalizar el uso del agua para el lavado de suelos, máquinas, etc.
• Eliminar los residuos sólidos sin el uso del agua (destortado de filtros)
• Recircular el agua de algunas partes del proceso para posibles usos en otras zonas.
• Desarrollar campañas informativas y formativas, destinadas a fomentar el ahorro, el
aprovechamiento y la no-contaminación.
• Eliminar pérdidas por conducción y transporte. Correcto mantenimiento de depósitos y
tuberías
• Primar el bajo consumo y penalizar lo contrario.
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6. DEPURACIÓN. Tecnologías habituales y Ejemplos
Segregación de corrientes Esquema general de un proceso de depuración Tecnologías mas habituales. Ventajas e inconvenientes. Ejemplos Generación de lodos y vías de gestión
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6. DEPURACIÓN.
Consiste en agrupar corrientes residuales con características similares de forma que su depuraciónsea lo menos costosa posible.
Criterios de segregación de corrientes para depuración :
A colector municipalA colector municipal
Corrientes a depurar
Corrientes a depurar con
elevado valor de DQO
Corriente sin necesidad de
depurar
Corriente sin necesidad de
depurar
Corrientes a depurar con
elevada conductividad
a) Criterio 1 b) Criterio 2
tratamientotratamiento tratamiento
6.1. Primer paso: Segregación de corrientes.
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6.2. DEPURACIÓNEsquema habitual:
Tratamiento primarioFísicos (Homogeneización de Q y Eliminación de sólidos), óFísico-Químicos (Eliminación de sólidos, sales, neutralización, posibles tóxicos)
Tratamiento secundario Biológico (Eliminación materia orgánica biodegradable)
Tratamiento Terciario o de RegeneraciónFiltración, Oxidación avanzada, Trat. Electroquímicos, Membranas
Vertido
Reutilización
LODOS
6. DEPURACIÓN.
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TRATAMIENTO PRIMARIO: Tratamientos Físicos:
• Homogeneización de Caudales
• Eliminación de sólidos: Tamizado (REJAS, TAMICES)
Rasquetas
Canal de entrada
Cinta transporte de sólidos
Nivel de agua
Resguardo
Rejas con limpieza automática
6. DEPURACIÓN.
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TRATAMIENTO PRIMARIO: Tratamientos Físicos:
• Eliminación de sólidos: Tamizado (REJAS, TAMICES)
6. DEPURACIÓN.
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• Opcional: desarenado/desengrasado
TRATAMIENTO PRIMARIO: Tratamientos Físicos:
• Eliminación de sólidos: Decantación
6. DEPURACIÓN.
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TRATAMIENTO PRIMARIO: Tratamientos Físico-químicos
Coagulación/Floculación
6. DEPURACIÓN.
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TRATAMIENTO SECUNDARIO: Habitualmente biológico
Eliminación materia orgánica biodegradable Moderados costes de operación En ocasiones, elevadas necesidades de espacio Reto: estacionalidad de vertidos
Método Necesidades de Espacio
Costes de operación
Eficacia Dificultad en suControl
Lodos activos (incluye SBR)
Moderada Moderado-alto Alta Media
Lechos bacterianos
Baja Moderado Alta Media
BiomembranaMBR
Baja Moderado-alto Alta Media
Anaerobio UASB ó AnMBR
Baja Moderado Alta Algo elevada
Lagunaje Alta Muy bajo Moderada Muy baja
Humedales SSF Alta Bajo Moderada-alta Baja
6. DEPURACIÓN.
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TRATAMIENTO 2º BiológicoAerobios: Lodos Activos (en continuo)
6. DEPURACIÓN.
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TRATAMIENTO 2º BiológicoAerobios: Lodos Activos (en SBR)
6. DEPURACIÓN.
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TRATAMIENTO 2º BiológicoAerobios: Lechos Bacterianos
6. DEPURACIÓN.
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TRATAMIENTO 2º BiológicoAerobios: Bioreactor de membranas
6. DEPURACIÓN.
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1
6
2
5
4
3
1. Lecho de Lodos
2. Zona de ascenso L, G y flóculos
3. Zona de sedimentación 4. Deflectores
5. Extracción gas
6. Rebose
TRATAMIENTO 2º BiológicoAnaerobios: Tratamiento Anaerobio (reactor UASB) o AnMBR
6. DEPURACIÓN.
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Tecnologías naturales o de bajo coste: Lagunajes
6. DEPURACIÓN.
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Tecnologías naturales o de bajo coste: Humedales Artificiales
6. DEPURACIÓN.
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6.3. GESTIÓN DEL FANGO
LINEA DE FANGOS
6. DEPURACIÓN.
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6.4. EJEMPLOS
Lodos Activos: 3SBR: 2MBR: 6Humedal: 1
6. DEPURACIÓN.
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7. REGENERACIÓN y REUTILIZACIÓN del agua depurada
Tratamiento TERCIARIO/ REGENERACIÓN:
Filtración convencionalProcesos Electroquímicos
Procesos de MembranaDesinfección
Eliminación materia orgánica NO biodegradable, nutrientes, turbidez Eliminación de conductividad Desinfección
Mayores costes de operación
Pocas necesidades de espacio. Sistemas compactos Muy eficaces No les afecta la estacionalidad Garantizan la reutilización
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7. REGENERACIÓN y REUTILIZACIÓN
Calidad del agua
Leyenda:
1: Agua natural 2: Agua potable.
3: Agua residual bruta. 4: Agua residual tratada
5: Agua regenerada tras tratamientos terciarios.
Secuencia temporal
1
25
3
4
Escala comparativa de la calidad del agua según la transformación que sufre ésta en el tiempo con los tratamientos aplicados y en función del uso o destino.
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Filtración convencional
Entrada Agua Turbia
Salida Agua
Filtrada
Lecho
(Las partículas de contaminación se quedan atrapadas entre los huecos del lecho de arena )
7. REGENERACIÓN y REUTILIZACIÓN
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Filtros de piscina
Carbón activo
Filtros a presión
Filtración convencional
7. REGENERACIÓN y REUTILIZACIÓN
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Electro-oxidación: eliminación de materia orgánica no biodegradable
Electro-desinfección: Eliminación de microorganismos para regeneración de aguas
7. REGENERACIÓN y REUTILIZACIÓN
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Electro-coagulación: eliminación de turbidez, materia orgánica y nutrientes para regeneración de aguas
+ -
7. REGENERACIÓN y REUTILIZACIÓN
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Filtración con membranas
Retención de sustancias de diferentes tamaño al atravesar una membrana
AlimentaciónRechazo
Permeado
7. REGENERACIÓN y REUTILIZACIÓN
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Filtración con membranas
Retención de sustancias de diferentes tamaño al atravesar una membrana
7. REGENERACIÓN y REUTILIZACIÓN
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Filtración con membranas
7. REGENERACIÓN y REUTILIZACIÓN
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7. REGENERACIÓN y REUTILIZACIÓN
Electro-desinfección: Eliminación de microorganismos para regeneración de aguas
Anode Cathode
influent
effluent gases
Electrodesinfección: ataque a microorganismosmediante especies químicas generadas medianteelectrólisis o por contacto directo con electrodos
power supply
Gases
-
+
H2O
H+ + O2
e- e-
H2 + OH-
H2O
Red
OxDirect
oxidation
e-
Ox
Red
e-
Direct reduction
Med. Red
Med.Ox
Red
Ox Indirect oxidation
e-
Med. Ox
Med. Red
e-
Indirect reduction
Red
Ox
Anode (+)
e -
R
RO*
R*
RO
Masstransport
Electrochemicalreaction
Interface
Electrolytee-
Interface
R
RO
R
RO
H2O
OH·
Anode (+)
Masstransport
Electrochemicalreaction
Electrolyte
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OZONIZACIÓNAire + ozono
Agua bruta Agua desinfectada
Aire + ozono
Agua bruta Agua desinfectadaDosificación de ozono
RAYOS UV CLORACIÓN• Adición de cloro gaseoso, dióxido de cloro, ohipoclorito sódico (lejía)
hipocloritoAdición en canal
ADICIÓN DE CLORO AL AGUA
Otras opciones de desinfección
7. REGENERACIÓN y REUTILIZACIÓN
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8. El papel de la UCLM y el laboratorio E3L
Colaboración con Laboratorio E3L-UCLM:
1. Prestación de servicios
2. Desarrollo de Tecnología (I+D)
3. Colaboración en ámbito docente: movilidad de alumnos formados
Experiencias previas
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Colaboración con E3L:
1. Prestación de servicios: Convenio UCLM con Empresa o Asociación de Empresas
Asesoramiento ante ofertas de plantas de depuración/regeneración
Seguimiento analítico
Seguimiento del proceso en continuo, paradas y/o arranques y propuesta de soluciones
Cálculos de diseño de ingeniería básica
8. El papel de la UCLM y el laboratorio E3L
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Colaboración con E3L:
2. Desarrollo de Tecnología (I+D): Convenio UCLM con Empresa o Asociación de Empresas
Aparición de problemas en la frontera de lo conocido
Tests de tratabilidad ante cambios en la composición del agua
Propuesta de soluciones en base a estudios:a) Teóricos: barrido del background a nivel mundialb) Con evidencia experimental
8. El papel de la UCLM y el laboratorio E3L
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Programas de la U.E.
Planes Nacionales
Planes Autonómicos
Empresa Privada UNIVERSIDAD
Contratación
Búsqueda de financiación externa en I+D oficial: formación de consorcios UCLM-Empresa o subcontratación UCLM
8. El papel de la UCLM y el laboratorio E3L
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Colaboración con E3L:
3. Colaboración en ámbito docente: movilidad de alumnos
Alumnos de Máster en Ingeniería y Gestión Medioambiental- Titulados en Ciencias o Ingenierías- Realización de Trabajo Práctico final con objetivos concretos, con tutor UCLM- 16 ediciones consecutivas
Aguas Residuales Residuos Sólidos/Suelos Contaminados Emisiones atmosféricas
8. El papel de la UCLM y el laboratorio E3L
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8. El papel de la UCLM y el Grupo TEQUIMA
Colaboración con TEQUIMA-UCLM: Experiencia Previa
Diseño básico EDAR fábrica de Quesos (CR)
Estudio de toxicidad de detergentes en Industria Cervezera (Madrid)
Análisis de opciones de EDAR en Fábrica de Mostos (CR)
Seguimiento EDAR Urbanización Chalets (TO)
Diseño sistemas de depuración en Central Termosolar (CR)
Tratamiento de aguas ácidas Refinería (CR)
Sistema gestión Integral de Aguas en Industria Farmaceútica (TO)
Estudio de calidad de vertidos y análisis de mejora de EDARs Guadiana (CHG)