life memory: recuperaciÓn de recursos las aguas residuales ... · energía de la planta hacia un...

Jornada Técnica EPSAR. NUEVAS TECNOLOGÍAS APLICADAS AL SECTOR DE LA DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES

LIFE MEMORY: RECUPERACIÓN DE RECURSOS DE LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS – EL

BIORREACTOR ANAEROBIO DE MEMBRANAS

Ángel Robles CALAGUA – Unidad Mixta UV-UPV Departamento de Ingeniería Química Universitat de València IIAMA Universitat Politècnica de València


Buscando la EDAR del Siglo XXI


Claves para un nuevo concepto

Concepto de las 3 R en el sector de las aguas residuales

urbanas: ECONOMÍA CIRCULAR Reducción

Reutilización

Recuperación

Objetivos generales Contaminación

Materias primas

Residuos



Concepto de las 3 R en el sector de las aguas residuales

urbanas: ECONOMÍA CIRCULAR Reducción

Reutilización

Recuperación

RECUPERACIÓN de recursos y REUTILIZACIÓN del agua • Nutrientes, energía, bioplásticos, etc.

REDUCCIÓN del consumo de reactivos • Procesos de pecipitación, limpieza, etc.

REDUCCIÓN del consumo energético • Autosuficiencia energética, estrategias de control eficientes, optimización

de las condiciones de operación.

REDUCCIÓN del impacto ambiental • Producción de lodos, emisiones de efecto invernadero y otras fuentes de

contaminación, olores, microcontaminantes.


Siglo XXI : “DEL AGUA RESIDUAL AL AGUA REUTILIZABLE”

Concepción actual: empleo de tecnologías capaces de minimizar el impacto sobre el

ecosistema.

Nuevo paradigma basado en la sostenibilidad, que considera al agua residual como

una fuente de energía y nutrientes, y un recurso reutilizable.

¡Reutilizables! ¿Residuales?

Agua residual

Agua reutilizable para riego

Compost orgánico y nutrientes para su aplicación en agricultura

Energía en forma de metano



Proceso convencional de fangos

activos: 0.25 – 0.6 kWh/m3

MBR: 0.5 – 2.5 kWh/m3

2.4 kg CO2 / kg DQOelim -42% oxidación bacteriana

-58% consumo energía

Hacia un balance positivo de energía


30 - 50% de las necesidades de

energía de la planta




Reducción

emisión de CO2

Producción neta

de energía


¿Por qué un tratamiento anaerobio?

No consumen energía en aireación

Producen una corriente de biogás con

elevado valor energético.

Menor emisión de CO2.

Reducida producción de fangos ( Y ).

Oportunidad de recuperación de nutrientes.

Sistemas

aerobios


¿Por qué MBR anaeróbios?

Agrupando las ventajas de ambos procesos:

• Retención completa de la

biomasa

• Permite la obtención de una

biomasa de mayor

biodiversidad

• Efluente con elevada calidad

La combinación Anaerobio-MBR (AnMBR) permite superar las desventajas del Anaerobio vs Aerobio: Control independiente del TRH y TRC:

Viabilidad para el tratamiento de aguas residuales a Tª moderadas (10-15 ºC). Aplicación para una gran diversidad de aguas residuales. Minimizar el volumen de reacción necesario.

• Baja producción de fangos

• Baja demanda energética

• Producción de biogás

• Posible recuperación nutrientes


Algunos puntos a mejorar

Optimización del proceso de filtración: Minimizar el fouling

Reducir el consumo energético

Reducir el consumo de reactivos

Mejorar rendimientos Reducir área filtración necesaria (coste de inversión)

Incrementar la vida útil

Metano disuelto en el efluente: Baja temperatura Alta proporción de metano disuelto

Legislación sobre los requerimientos de calidad de efluente para

su uso en irrigación explotar el contenido en nutrientes del

efluente del AnMBR.


Proyecto LIFE


CONCEPTO


Proyecto LIFE MEMORY. Membranes for ENERGY and WATER RECOVERY “DEL AGUA RESIDUAL AL AGUA REUTILIZABLE” Nuevo paradigma basado en la sostenibilidad, que considera al agua residual como una fuente de energía y nutrientes, y un recurso reutilizable. Demostración de la viabilidad de la tecnología AnMBR como una alternativa al tratamiento aerobio tradicional de las aguas residuales.

CONCEPTO

70% less

energy

consumption


RESULTADOS PREVIOS EN PLANTA PILOTO

Viabilidad técnica, económica y medioambiental de la tecnología AnMBR para el tratamiento del agua

residual urbana y la recuperación de recursos.

RBMANAEROBIO (2008): Utilización de

la tecnología AnMBR para la valorización

energética de la materia orgánica del agua

residual y la minimización de los fangos

producidos.

BIONENANGAS (2011): Recuperación

como biogás de la energía de la materia

orgánica y los nutrientes del agua residual,

acoplando un AnBRM y un cultivo de

microalgas.

IISIS (2011): Investigación Integrada

Sobre Islas Sostenibles.


RESULTADOS PREVIOS EN PLANTA PILOTO

Viabilidad técnica, económica y medioambiental de la tecnología AnMBR para el tratamiento del agua

residual urbana y la recuperación de recursos.

Dem

anda

energ

ética (

kW

h/m

3)

Productor neto de

energía tras el

aprovechamiento del

metano producido

IMPACTO AMBIENTAL REDUCIDO

POTENCIAL PARA REUTILIZACIÓN Y RECUPERACIÓN DE NUTRIENTES

Demanda energética (sin aprovechamiento CH4)

Demanda energética (con aprovechamiento CH4)


Prototipo MEMORY:

Volumen reactor: 36,5 m3

Caudal a tratar: 44-73 m3 d-1

PROTOTIPO INDUSTRIAL

Instalaciones de la

EDAR Alcázar de San

Juan



http://www.life-memory.eu/

Volumen reacción ≈ 36,5 m3

TRH ≈ 20 h

350 h-e aproximadamente

Footprint reducido

PURON®, KMS

3 módulos de membranas de fibra hueca

Área de filtración total: 123 m2 (3*41 m2)

Ultrafiltración (0,03 µm) Flujo transmembrana diseño: 20 LMH







AnRMT-n

DV-nCIP

P-1

P-2

C-2

C-1

P-n1

P-n2

Agua residual afluente

Fango

Permeado

Biogás

Agua calefacción

Reactivos químicos

RF

Purga de

fango

M

ET

DM-n

CHP

NaOCl

C6H8O7

RF: rotofiltro; ET: tanque de homogeneización; AnR: reactor anaerobio; MT: tanque de membranas; DV:

degasificador; DM: membrana de degasificación; CIP: tanque de almacenamiento de permeado.

Desbaste

Desengrasado

Desarenado


PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA

Puesta en marcha:

Sembrado con fango proveniente del digestor anaerobio de la EDAR de Toledo (Estiviel).

TRH = 50 h

Caudal tratamiento = 16 m3/d (operación con 1 tanque de membranas)

Condiciones de operación de las membranas:

Flujo transmembrana puntual (JP) = 19 LMH (JP20 ≈ 17 LMH)

Flujo transmembrana neto (J) = 17 LMH (J20 ≈ 15 LMH)

SGDm ≈ 0,20-0,25 m3 h-1 m-2 (SGDP ≈ 15)



AGVEfluente ≈ 0 mg DQO/L

Eliminación DQO > 90%

Rendimiento CH4: 115 LCH4/kg DQO

- Metano disuelto en el efluente

- DQO consumida por organismos

sulfatorreductores



SGDP ≈ 15

Bajo consumo energético

asociado al proceso de filtración.

Potencial capacidad de

autosuficiencia energética.


Conclusiones preliminares…


CONCLUSIONES

Tras la puesta en marcha, el prototipo MEMORY ha proporcionado resultados

prometedores en lo que respecta a:

Eliminación de materia orgánica.

Producción de metano, asumiendo la posterior recuperación del metano disuelto en el efluente.

Tasa de ensuciamiento de las membranas, mediante la aplicación de caudales de recirculación de gas para su control

competitivos.

Potencial de autosuficiencia energética,

gracias a una baja demanda energética del proceso de filtración, y

adecuadas producciones de metano.


http://www.life-memory.eu




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