VI JORNADA SOBRE BIOREACTORES DE MEMBRANA

Transcripción

1 VI JORNADA SOBRE BIOREACTORES DE MEMBRANA Estudio del tratamiento anaerobio con reactor UASB de membrana (AnMBR) de agua residual urbana en la Comunidad de Murcia y de su potencial aprovechamiento para regadío Julián Escudero Cantero 14/06/2017

2 I.- INTRODUCCIÓN II.- PLANTA PILOTO III.- PROYECTO AnMBR IV.- CONCLUSIONES 2

3 I.- INTRODUCCIÓN 3

4 TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS: Aerobios. Muy eficaces y robustos. Alto coste energético en la etapa de aireación. Alto coste tratamiento y gestión de fangos en exceso (40-50% de la materia orgánica eliminada se transforma en fango) Anaerobios. Crecimiento lento. Menos eficaces. Necesidad de aporte de calor o altos volúmenes de reactor. Menor generación de fangos (3-10% de la materia orgánica. 90% de la materia orgánica se transforma en biogás, aprovechable. Bajo coste.

5 TRATAMIENTOS ANAEROBIOS MESOFÍLICOS: Al no existir oxidación, la DQO del influente se transforma: Metano: 90 a 97% de la DQO eliminada. Fango: 3 a 10% de la DQO eliminada. Nitrógeno y fósforo: No se eliminan.

6 MATERIA ORGÁNICA B. Hidrolíticas PROTEÍNAS POLISACÁRIDOS LÍPIDOS HIDRÓLISIS B. Fermentativas AMINOÁCIDOS AZÚCARES ÁCIDOS GRASOS ACIDOGÉNESIS PROPIONATO BUTIRATO ACETOGÉNESIS B. Homoacetogénicas B. Acetogénicas productoras de H 2 ACETATO H 2 + CO 2 METANOGÉNESIS (Madigan, 1997, van Haandel, 1994) B. Metanogénicas acetoclásticas CH 4 B. Metanogénicas hidrogenofílicas

7 PROCESO ANAEROBIO PARA BAJA CARGA Y BAJA TEMPERATURA: Necesitamos resolver las limitaciones de los procesos anaerobios en aguas de baja carga y rango psicrófilo de temperatura Combinación Reactor Anaerobio + Membrana (AnMBR) puede ser una tecnología técnica y económicamente viable

8 PROCESO ANAEROBIO PARA BAJA CARGA Y BAJA TEMPERATURA: Lavado del reactor y baja higienización del efluente: retención de biomasa y patógenos mediante utilización de membranas. Escape de sustancias de lenta biodegradabilidad por falta de TRH: recirculación desde zona de filtrado a reactor anaerobio Consumo energético inviable para operar en rango mesofílico: adaptación al rango psicrófilo (18 ± 2ºC) en vez de mesófilo. Primeras referencias en climas cálidos ó templados. Eliminación de nutrientes: cumplimiento del R.D. 1620/2007 para reutilización de aguas.

9 EXPERIENCIA EN LA UNIVERSIDAD DE VALLADOLID: Desde el año 2008 hasta la actualidad, CADAGUA, en colaboración con el Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Valladolid, ha desarrollado varios proyectos de investigación centrados en el estudio del empleo de reactores de membrana en procesos anaerobios, trabajando en condiciones de temperatura controlada Operación ininterrumpida de un AnMBR con agua residual urbana durante 3 años sin necesidad de limpiezas químicas ni mecánicas.

10 EMPLAZAMIENTO DEL PILOTAJE: Jumilla Mes DQO (mg(l) T (ºC) Enero ,9 Febrero ,0 Marzo ,9 Abril ,6 Mayo ,4 Junio ,3 Julio ,6 Agosto ,5 Septiembre ,4 Octubre ,8 Noviembre ,6 Diciembre ,3

11 II.- PLANTA PILOTO 11

12 OPERACIÓN DE UN REACTOR ANAEROBIO DE MEMBRANA SUMERGIDA (AnSMBR): Influente: agua residual urbana Tª operación: ºC Efectos escala piloto Inóculo: Fango mesofílico Carga Volumétrica: 0,6 10 kgdqo/m 3 UASBd. Valores diseño 3 5 kgdqo/m 3 UASBd. Tiempo de retención hidráulico: 5,6 74 h. Valores diseño 5 a 12h

13 Reactor UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket Volumen útil: 284 litros Volumen zona de filtrado: 175 litros Caudal nominal: 20 litros/hora Inóculo: 7,48 Kg fango granular mesófilo procedente de industria cervecera (100 litros). Equipamiento auxiliar: bombas de alimentación, recirculación y retrolavado, compresores, sondas Tª, presión, medidor de biogás 13

14 14

15 Módulo Zenon ZW-10 (2 uds) Material: PVDF Area nominal: 0,93 m 2 Tamaño de poro: 0,045 micras Máxima presión transmembrana: 62 KPa Producción de permeado: 0,5 0,75 litros/minuto Caudal máximo de aireación: 3,6 m 3 /h 15

16 Equipos de control del reactor: 2 Termopares (en UASB y membranas) Presión transmembrana Presión interna Rotámetros caudal gas recirculado 16

17 Contador de pulsos Registro de datos 17

18 FASES DEL ESTUDIO: Hito Descripción Traslado, pruebas hidráulicas y arranque 1.1 Traslado, montaje de la planta 1.2 Pruebas hidráulicas 1.3 Arranque del proceso biológico anaerobio 2 Estudio del reactor anaerobio de membrana 2.1 Estudio proceso biológico, CV, THR, OL y TRC Estudio ensuciamiento membranas, TMP filtrado-contralavado Estudio de la concentración de sólidos y velocidad superficial del gas. Purgas Estudio del efecto de la recirculación en la producción específica de metano Análisis mensual caracterización riego agrícola 3 Seguimiento y análisis de resultados 3.1 Seguimiento de resultados analíticos 3.2 Informe MES 18

19 III.- PROYECTO AnMBR

20 DQO TOTAL EN ENTRADA Y SALIDA 20

21 DQO SOLUBLE EN ENTRADA Y SALIDA 21

22 EFECTO DEL TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRAULICO EN UASB 22

23 RENDIMIENTO ELIMINACIÓN DQOt vs CV 23

24 RENDIMIENTO ELIMINACIÓN DQOs vs CV 24

25 PRODUCCIÓN ESPECÍFICA DE BIOGÁS 25

26 ACUMULACIÓN DE DQO EN ZONA DE FILTRADO 26

27 COMPOSICIÓN MEDIA DEL BIOGÁS % CH 4 66,58 % N 2 20,89 % O 2 2,68 % H 2 S 0,36 % CO 2 9,49 27

28 ANÁLISIS AGRONÓMICO RD 1620/2007 Análisis agronómico límites uso agricola Planta piloto AnSMBR muestra integrada muestra integrada muestra integrada calidad 1 calidad 2 calidad 3 entrada planta permeado permeado permeado Fecha 13/10/ /10/ /11/ /01/2016 ph 7,57 7,38 7,25 7,12 conductividad 25ºC (ms/cm) 1,5 2,6 2,2 2,28 3 Sales total disuel(suma iones) (g/l) 0,94 1,78 1,67 1,67 Aniones Cloruro (mg/l) Sulfato (mg/l) 53,2 7,29 32,3 7,35 Hidroxilo <1 <1 <1 <1 Carbonato (mg/l) <10 <10 <10 <10 Bicarbonato (mg/l) Nitrato (mg/l) 12,3 < 1 1,08 < 1 P disuelto(mg/l) 2,9 9,8 13,3 12,8 Cationes Calcio disuelto (mg/l) 38,8 72,1 76,6 60,1 Magnesio disuelto (mg/l) 12,4 44,5 44,2 38,1 Sodio disuelto (mg/l) Potasio disuelto (mg/l) 16,1 49,2 49,6 49 Amonio (mg/l) 14, ,8 Micronutrientes Boro disuelto (mg/l) 0,069 0,179 0,125 0,148 0,5 Hierro disuelto (mg/l) 0,122 0,14 0,165 0,307 Manganeso disuelto (mg/l) 0,017 0,0495 0,043 0,045 0,2 Cobre disuelto (mg/l) < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,01 0,2 Zinc disuelto (mg/l) 0,034 <0,01 < 0,01 < 0,01 Indices secundarios Relación de absorción de sodio R.A.S 7,8 6,8 6 6, Sólidos suspensión( mg/l) 276 2,5 5 2, Turbidez (UNF) no fija limite no fija limite Microbiología Recuento E. coli (NMP) 1,7e7nmp/100mL 65ufc/100mL < 1 ufc/100ml 100 ufc/100 ml 100 ufc/100 ml 1000 ufc/100 ml ufc/100 ml Huev helminto (incluy nemat. intest <1/10L < 1/10 L < 1/10 L < 1/10 L 1 huevo/10 L 1 huevo/10 L 1 huevo/10 L Detección y recuento Legionela spp no detectada 100mL no detectada 100mL no detectada 1 L no detectada 1 L 1000 ufc/l 100 ufc/l Detección Legionela p serogrupo 1 no detectada no detectada no detectada no detectada Detección Legionela p serogrupo 2-1 no detectada no detectada no detectada no detectada Investigación Salmonela spp presencia en 1 Litro ausencia en 1 L ausencia en 1 L ausencia en 1L ausencia ausencia 28

29 IV.- CONCLUSIONES 29

30 VENTAJAS Fiabilidad del proceso, estabilidad a largo plazo y resistencia del fango frente posibles tóxicos en el agua residual urbana. Efluente de gran calidad, con baja concentración de DQO y sólidos suspendidos. Altos rendimientos de eliminación de DQO total (75-95%) sin aporte de calor. Bajo TRH (5-8 horas). Posibilidad de aprovechamiento del biogás (66-69% Metano). Mejor resistencia frente a puntas de carga por efecto de la recirculación desde la zona de membranas. Baja producción de fango. 30

31 CONTINUACIÓN DEL ESTUDIO Posibilidad de reutilización del efluente para regadío. Variaciones en la producción de biogás. Efectos escala piloto. Mayor concentración de biogás disuelto en efluente por baja temperatura de trabajo. Minimización del TRH para una amortización más favorable. Cuantificación de purgas necesarias desde la zona de membranas. 31

32 APLICACIÓN PRÁCTICA: El reactor anaerobio como pretratamiento Gasómetro Antorcha Aprovechamiento Biogas Influente Tamiz N,P, NaOH Aire Azufre Lavado Biogás Filtración de arena Agua a reutilización Reactor Biológico Decantador secundario Decantador primario Reactor Tanque Anaerobio acondicionamiento Retorno de fangos Efluente Final Fangos 32

33 APLICACIÓN PRÁCTICA: El reactor anaerobio como pretratamiento Volumen total reactor: 60 litros TRH mínimo: 2 horas. Caudal máximo: 30 litros/hora Inóculo: 50 litros de fango granular mesófilo procedente de industria papelera 33

34 REACTOR BIOPAQ IC 1. Alimentación de agua residual que entra al IC y se mezcla con el fango granular 2. Los compuestos orgánicos son convertidos en metano (BIOGAS) 3. El biogás es recogido en la etapa de separación inferior, generando un gaslift 4. El agua se eleva por el riser 5. El BIOGAS deja el reactor en el separador líquido/gas (desgasificador) 6. El agua retorno al sistema de distribución mediante el downer 7. El proceso de depuración continua en la parte superior mediante el afino final 8. El Biogás del segundo compartimento se captura y envía al desgasificador 9. El efluente depuradora sale del IC 34

35 APLICACIÓN PRÁCTICA: El reactor anaerobio como pretratamiento Evitan el bulking y sobrecargas en los procesos aerobios posteriores Reducción de las balsas de aireación (60 80 %) Reducción de la producción de fango aerobio (40 60%) Ahorro energético por menor aporte de oxígeno (20 60%) Necesidad de by-pass de un pequeño % para desnitrificación y eliminación de fósforo. 35

36 AGRADECIMIENTOS: ESAMUR Carlos Lardín Mifsut UNIVERSIDAD DE VALLADOLID Mar Peña Miranda CADAGUA Alicia Gómez González ZENON 36

37 MUCHAS GRACIAS 37