Jornadas técnicas: nuevas técnicas aplicadas al sector de la depuración de aguas residuales

Transcripción

1 Jornadas técnicas: nuevas técnicas aplicadas al sector de la depuración de aguas residuales 1

2 PHORWater LIFE+ project Integral Management Model for Phosphorus Recovery and Reuse from Urban Wastewater LIFE12 ENV/ES/ With the contribution of the LIFE financial instrument of the European Union

3 Introducción Seguridad alimentaria/impacto medioambiental Escasez de fósforo (P) + Limitaciones de vertido cada vez más exigentes /problemas en EDAR con eliminación biológica de fósforo + Limitaciones de aplicación de lodo en agricultura Gestión sostenible de este recurso en EDAR 3

4 Objetivo El principal objetivo de PHORWater es demostrar a escala semi-industrial la viabilidad y sostenibilidad de una correcta gestión del P en una EDAR obteniendo estruvita mediante un proceso de cristalización controlada 4

5 Qué nos hace diferentes PHORWater va de menos a más en tres niveles diferentes Precipitación de estruvita Configuración de la línea de lodos EBPR Reactor simple y de fácil control Bajo P en el efluente El P se recupera como estruvita Menos P en el lodo Menor precipitación incontrolada Más P disponible Eliminación de P Menos reactivos Menor producción de fangos 5

6 Fases del proyecto 1. Gestión integral del P en la EDAR para su recuperación. 2. Diseño e implementación de la planta de recuperación de P. 3. Validación de estruvita. 4. Ensayos de aplicación de estruvita. 5. Viabilidad económica 6

7 EDAR de Calahorra Capacidad de tratamiento: m 3 /d Configuracion: EBPR (A2O) Digestión anaerobia de lodos primarios y secundarios 7

8 Caracterización de la línea de aguas y lodos Eliminación de P en la línea de aguas = 76% Campañas analíticas Primary Settling PRE ANOX. Secondary Settling Para determinar la eficiencia en la eliminación de P en la línea de agua. SIDESTREAM RETURNS CRYSTALLIZATION Primary Sludge Thickening Mixing Chamber SIDSTREAM RETURNS Secondary Sludge Thickening Para estudiar los procesos de precipitación en la línea de lodos. SIDSTREAM RETURNS Secondary Anaerobic Digestion Anaerobic Digestion Sludge Dewatering Puntos de muestreo en la línea de agua Puntos de muestreo en la línea de lodos 8

9 Estudio viabilidad recuperación de P Primary Settling PRE ANOX. Secondary Settling SIDESTREAM RETURNS CRYSTALLIZATION PO 4 -P (mg/l) Mg 2+ (mg/l) Ca 2+ (mg/l) SIDSTREAM RETURNS Primary Sludge Thickening Sludge Dewatering La mayor disponibilidad de P tiene lugar en la cámara de mezcla Secondary Anaerobic Digestion 99.2 Mixing Chamber Anaerobic Digestion SIDSTREAM RETURNS Secondary Sludge Thickening El punto de mayor pérdida de P es el digestor anaerobio 13% P que entra en la línea de lodos está disponible para su recuperación 9

10 Configuración óptima de la EDAR para la recuperación de P La EDAR de Calahorra se ha simulado con el software DESASS usando los datos experimentales obtenidos. Se propusieron diferentes estrategias para: Reducir la alta precipitación de P observada en el digestor. Obtener una corriente con una elevada concentración de fosfato que pueda ser usada en una cristalización posterior. Configuración optima: ELUTRIACIÓN DEL FANGO MIXTO EN EL ESPESADOR DE GRAVEDAD 10

11 Validación de la nueva configuración Eliminación de P promedio en la línea de aguas= 78% Primary Settling PRE ANÓX. Secondary Settling SIDESTREAM RETURNS Elutriation flow SIDESTREAM RETURNS CRYSTALLIZATION PO 4 -P (mg/l) Mg 2+ (mg/l) Ca 2+ (mg/l) SIDESTREAM RETURNS CRYSTALLIZATION Primary Sludge Thickening 80.3 Digestion flow Sludge Dewatering Secondary Anaerobic Digestion 100 Mixing Chamber Anaerobic Digestion Disminuye el P que se perdía en la digestión anaerobia Secondary Sludge Thickening 25% del P que entra en la línea de lodos está disponible para su recuperación 11

12 Validación de la nueva configuración Sin elutriación Convencional Phosphorus lost (gp/kg sludge): Precipitation in the digester 9,5 Total P lost 13,8 Phosphorus available (gp/kg sludge): Primary sludge overflow 0,4 Total P available 2,1 %P available 13 La pérdida de P en el digestor anaerobio se reduce en un 43% Con elutriación Nueva Phosphorus lost (gp/kg sludge): Precipitation in the digester 5,0 Total P lost 10,8 Phosphorus available (gp/kg sludge): Primary sludge overflow 1,5 Total P available 3,6 %P available 25 La disponibilidad de P en el sobrenadante del espesador era casi 4 veces mayor 12

13 Fases del proyecto 1. Gestión integral del P en la EDAR para su recuperación. 2. Diseño e implementación de la planta de recuperación de P. 3. Validación de estruvita. 4. Ensayos de aplicación de estruvita. 5. Viabilidad económica 13

14 Diseño e implementación del proceso de cristalización Diseñado para tratar 20 m 3 /d (HRT=2,5h) El reactor se compone de: Una zona de reacción agitada donde la precipitación tiene lugar. Zona de sedimentación para mantener las partículas dentro del reactor. El reactor se opera de forma continua en la fase líquida y de forma discontinua en la fase sólida. 14

15 Implementación de la planta de recuperación de estruvita Análisis del proceso Start-up Operational parameter Set Value ph 8.7 Molar ratio (Mg/P) 1.6 Inlet flow (m 3 /d) 12.5 Reaction zone HRT (h) 4.0 Total HRT (h) 9.8 Agitator speed (rpm) 55 [Mg 2+ ] (mg Mg/L) ,1 <10 Eficiencia de precipitación = 88% Operational parameter Set Value ph 8.7 Molar ratio (Mg/P) 1.3 Inlet flow (m 3 /d) 20,0 Reaction zone HRT (h) 2.5 Total HRT (h) 6.1 Agitator speed (rpm) 69 [Mg 2+ ] (mg Mg/L) % del caudal del sobrenadante PO 4 -P (mg/l) Struvite Se recupera el 86% de la estruvita cristalizada En operación desde mayo de ,5 kg/d estruvita 1,2kgP/dia 15

16 Validación de la estruvita Características de los cristales obtenidos Requisitos establecidos desde la Plataforma (ESPP ): P: % MgO: % N: % TOC < 2% Microscopia electrónica SEM-EDAX muestra que la estruvita es el principal producto 12,1% P 5,7% N 9,0% Mg 6.8 % Ca Carbono orgánico total(toc) Pureza de la estruvita 91% 0,8 % Tamaño de partícula entre μm 16

17 Validación de la estruvita Características de los cristales obtenidos RD 1310/1990 (Sludge on land) RD 506/2013 Fertilizers Conventional fertilizer Struvite obtained Zn <2 Cd <3 Cr <2 Cu <2 Ni <3 Pb <6 All measurements in mg/kg of dry matter Requisitos propuestos (ESPP): Cd: 60 mgcd/kgp2o5 Cr(VI): 2 mg/kg dry matter Hg: 2 mg/kg dry matter Ni: 120 mg/kg dry matter Pb: 150 mg/kg dry matter As: 60 mg/kg dry matter Cumple con los requisitos Requisitos propuestos (ESPP): Organic contaminants (limits): PAHs: 6 mg/kg dry matter Salmonella spp: 0 in 25g E. coli: 1000 CFU/g Enterococos: 1000 CFU/g 17

18 Fases del proyecto 1. Gestión integral del P en la EDAR para su recuperación. 2. Diseño, construcción e implementación de la planta de recuperación de P. 3. Validación de estruvita. 4. Ensayos de aplicación de estruvita. 5. Viabilidad económica 18

19 Ensayos agronómicos de aplicación de la estruvita Objetivo Estudiar si la aplicación de la estruvita mejora la calidad y el rendimiento del cultivo de patata y trigo. 1. Comparación entre la estruvita y la fertilización convencional. 2. Analizar que estrategia de abonado es mejor: estruvita como abonado de fondo o estruvita sola (fondo y cobertera). 19

20 Ensayos de aplicación agrícola Programas de fertilización empleados: Patata Trigo Trt. Nº Descripción Concent.(NPK) % Tipo Dosif (kg/ha) Aplicación 1 STRUVITE 5,7-12,6-0 GR 1170 Fondo y cobertera STRUVITE 5,7-12,6-0 GR 1100 Fondo 2 SOLUCROS GR 140 Fondo UREA GR 150 Cobertera LIKI-K SL 10 Cobertera HEROGRA 3 ABOSOL L 1000 Fondo UREA GR 150 Cobertera LIKI-K SL 10 Cobertera Trt. Nº. Descripción Concent (NPK) % Tipo Dosif (kg/ha) Aplicación 1 STRUVITE 5,7-12,6-0 GR 921 Fondo y cobertera STRUVITE 5,7-12,6-0 GR 631,6 Fondo 2 UREA GR 150 Cobertera LIKI-K SL 2 cobertera HEROGRA 3 ABOSOL L 300 Fondo UREA GR 150 Cobertera LIKI-K SL 2 Cobertera 20

21 Resultados: Rendimiento del cultivo RDTO Kg/ha RDTO Increm. Struvite Struvite+ conventional PATATA: Resultados positivos en rendimiento y calidad Conventional RDTO Kg/ha RDTO Increm Struvite Struvite+ conventional TRIGO: Resultados positivos en rendimiento Conventional

22 Ensayos de aplicación agrícola En las condiciones de este estudio, la estruvita producida, sola o en combinación con otros fertilizantes, es capaz de obtener una calidad y un rendimiento similar a la fertilización convencional. Debe considerarse como un fertilizante fosforado y optimizar su uso en combinación con otros fertilizantes para completar las necesidades de NPK de la fertilización convencional. Es necesario seguir investigando: - Continuidad del estudio en estas mismas parcelas para ver el efecto de la disponibilidad del P para la planta a lo largo de diferentes campañas. - Analizar otros cultivos y otro tipo de suelos con diferente textura y ph. 22

23 Fases del proyecto 1. Gestión integral del P en la EDAR para su recuperación. 2. Diseño, construcción e implementación de la planta de recuperación de P. 3. Validación de estruvita. 4. Ensayos de aplicación de estruvita. 5. Viabilidad económica 23

24 Validación del proceso Análisis económico A nivel interno: Costes/ahorros /kgp Consumo de cloruro de magnesio 1,42 - Consumo de hidróxido de sodio 5,00 - Gastos mantenimiento equipos 3,89 - Producción de estruvita 2,39 + Reducción de la producción de lodos 3,41 + Polielectrolito no consumido 3,66 + Ahorro energético 77, ,28 + Costes de inversión: En un periodo de 4 años y medio se recupera la inversión 24

25 Validación del proceso Análisis económico Teniendo en cuenta también los aspectos medioambientales: 1. Emisiones de CO2 evitadas por el ahorro energético conseguido y por el transporte y fabricación de fertilizantes suman 81,11 Ton CO 2 /año 2. Tras 15 años de vida útil, el proyecto genera: - beneficio económico de beneficio ambiental de (por evitar el vertido adicional de P al cauce público) viabilidad tanto económica como medioambiental. 3. La duración de los contratos de explotación dificulta que haya un incentivo económico para realizar estas inversiones 25

26 Conclusiones Conlaelutriaciónenelespesadordegravedaddellodode la cámara de mezcla se consigue: Reducir el P que entra a la digestión anaerobia minimizando los problemas de precipitación. Incrementar la disponibilidad de P en el espesador de gravedad de 0.4 a 1.5 g P/kg lodo. La cristalización del sobrenadante del espesador de gravedad: Muestra una buena precipitación del P y buenas eficiencias de recuperación Buenas características del producto obtenido. Se incrementarían los beneficios del proceso: Usando dos corrientes: sobrenadante del espesador y el escurrido de la centrífuga. 26

27 Conclusiones Los ensayos agrícolas muestran una buena respuesta de la estruvita como fertilizante. El estudio de viabilidad económica muestra: una capacidad de recuperación de la inversión en 4,5 años. el valor ambiental de esta recuperación el beneficio a lo largo de la vida útil del proyecto es muy importante. Todavía es necesario abordar: aspectos de mercado (precio, tamaño, aceptación consumidores ) que la legislación avance para que pueda tener salida el producto en el mercado (Revision EU Fertilizer regulation EC 2003/2003). 27

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