Reutilización de aguas residuales urbanas en la industria: Proyecto LIFE WIRE

Transcripción

1 Reutilización de aguas residuales urbanas en la industria: Proyecto LIFE WIRE O. Ferrer 1, M. Pastur 1, C. Echeverría 1, M. Aceves 2 1 CETaqua, Water Technology Centre, 2 Àrea Metropolitana de Barcelona

2 Contenido Introducción Objetivos Materiales y métodos Planta piloto demostrativa Plan de monitorización Resultados Operación del adsorbente Operación de la ultrafiltración Operación de la osmosis inversa Comparación de configuraciones Calidad del agua tratada Conclusiones (operación) 2

3 Introducción El consumo de agua ha crecido el doble de rápido que la población en el último siglo (FAO, 2007). En Europa, se considera que un 1/3 de los países sufren escasez de agua (EC, 2012) La reutilización de agua está considerada como una alternativa de bajo impacto ambiental y con un coste potencial menor que otras fuentes de agua alternativas (California Energy Commission, 2005). El uso de agua en industrias representa el 18% del consumo de agua potable en Europa (EEA, 2004). Solamente el 0.7% del total de agua residual tratada se reutilizaó en industrias (Iglesias, 2008). Las predicciones apuntan a un incremento de la reutilización industrial (respect otros usos): AGRICULTURA AMBIENTAL RECREACIONAL URBANO INDUSTRIAL % 17% 7% 4% 1% % 22% 5% 9% 12% Insitituto Nacional de Estadística, 2014 Son necesarios proyectos demostrativos que demuestren la vialidad y fiabilidad de esta práctica, para así promover la reutilización de agua en la industria 3

4 Introducción Título: Water Cycle Efficiency Improvement by Boosting Industrial Water Reuse Duración: 01/10/ /03/2017 Coordinador: Partners: Presupuesto: Total: Financiación EC (LIFE+): k 4

5 Objetivos Demostrar que las tecnologías de ultrafiltración (UF), adsorción (CNM) y osmosis inversa (RO) son técnicamente viables para reutilizar agua residual urbana en diferentes sectores industriales Optimizar la operación de la UF, CNM y RO en cada configuración en términos de consumo de químicos, consumo eléctrico, rendimiento hídrico y subproductos generados Proyectar la implementación de estos esquemas de reutilización en las diferentes industrias, para determinar el CAPEX y OPEX asociado y por lo tanto, su viabilidad económica 5

6 Caso de estudio ERA El Baix Llobregat (Barcelona, España) ( m 3 /h) (625 m 3 /h) Agua residual Primario Secundario-terciario UF RO Recarga de aquíferos Coagulación/floculación Decantación lamelar Filtración Desinfección (UV + cloración) LIFE WIRE Urbano Agricultura Mediombiental UF CNM RO Tratamientos satélites en las industrias Industrial (Química, tratamiento de residuos líquidos, electro-deposición) 6

7 Materiales y métodos Agua adaptada a los requerimientos de la industria Planta piloto demostrativa LIFE WIRE Columna de CNM Material: Saratech adsorbent Capacidad: 2.2 m 3 /h By-pass Unidad de RO 2 etapas (6 membranas) Capacidad: 2.1 m 3 /h Efluente del tratamiento terciario Prefiltración Material: antracita y silex Capacidad: 4.0 m 3 /h UF cerámica Material: Al2O3, TiO2, ZrO2 Capacidad: 2.0 m 3 /h Agua producto 7

8 Materiales y métodos Planta piloto demostrativa LIFE WIRE Octubre 2015 Mayo 2016 Junio 2016 Diciembre 2016 Enero 2017 Febrero 2017 Cáclulo teórico 8

9 Materiales y métodos Planta piloto demostrativa LIFE WIRE Pre-tratamiento UF CNM RO Tipo Filtro multicapa Membrana cerámica Likuid L91 Carbón de alta eficiencia SARATECH - Blücher Membranas de 4 pulgadas en espiral HYDRANAUTICS: LFC3-LD-4040 Configuración Grava 40 Kg Sílex 80 Kg Antracita75 Kg 1 módulo de 91 membranas: D canal: 3,5 mm # canales: 19 L: mm Tamaño de poro: 100 nm. Área de membrana: 22,3 m 2 1 filtro con116 kg de adsorbente. H: 1250 mm, D: 500 mm 6 membranas. 2 etapas: 1ª etapa 2 tubos con 2 membranas, 2ª etapa of 1 tubo con 2 membranas Caudal nominal 4 m 3 /h 2 m 3 /h 2 m 3 /h 1,5 m 3 /h Parámetros monitorizados online Parámetros químicos monitorizados online - Turbidez de entrada TMP, presiones de salida/entrada, caudal, tiempo de filtración Turbidez de entrada/salida, temperatura Caída de presión, caudal, presiones de entrada/salida Turbidez de salida Caudales, presiones Conductividades de entrada/salida, ph, redox, temperatura Objetivo del tratamiento Eliminación de sólidos en suspensión Eliminación de sólidos y contenido microbiológico Eliminación del contenido orgánico Eliminación de sales 9

10 Materiales y métodos Plan de monitorización Alimentación y agua producto de cada unidad Análisis semanal - Dureza - DQO - TOC - Cloruros - Fosfatos - Nitrógeno amoniacal - Nitrógeno Kjedhal - Sulfatos - Barrido de metales - Aceites y grasas Análisis mensual - Hidrocarburos - Microcontaminantes - E. coli - Coliformes totales - Aerobios totales - Legionella spp - Enterococcos - Huevos de helmito - Clostridum perfringens - Bacteriófagos Medida online - ph - Turbidez - Conductividad Autopsia de las membranas (UF, RO) 9

11 Resultados técnicos - CNM Operación del adsorbente CNM: Adsorbente en base a carbono de alta eficiencia. Evaluación de diferentes condiciones con el objetivo de: Optimizar la operación hidráulicamente Optimizar la eficiencia de eliminación de contaminantes Caracterizar el comportamiento tras su regeneración 02/11/15 04/03/16 04/03/16 30/08/16 15/11/16 30/03/17 Caudal (m 3 /h) 2,0 2,2 1,6 1,7 1,0 0,8 Velocidad de filtrado(m/h) 10,7 8,5 5,3 Frecuencia BW Cada 3 días Cada 7 días Cada 23 días Rend. hídrico(%) 99,8 99,9 >99,9 Consumo eléctrico (kw h/m 3 perm.) Consumo químicos (ml/m 3 perm.) 0,04 0,04 0,

12 Absorbancia a 254 nm Resultados técnicos - CNM Operación del adsorbente Parámetro Eficiencia de eliminación (%) DQO TOC Abs 254 nm Níquel 46 7 Hierro 67 7 Turbidez 40-5 Velocidad de filtración: Antes de regeneración: m/h Después de regeneración: 5.3 m/h 12

13 Resultados técnicos- UF Operación de la ultrafiltración Optimización de las limpiezas hidráulicas Optimización de la dosis de coagulante Optimización de las limpiezas químicas Pruebas de larga duración Condiciones óptimas 12

14 Resultados técnicos - UF Operación de la ultrafiltración Parámetro Flujo alto Flujo bajo Flujo medio Alimentación PRE PRE PRE Temperatura ( o C) Flujo (LMH) Rendimiento hídrico (%) 92,6 90,1 88,4 TMP (bar) 0,7-2,6 0,4 2,0 0,6 2,5 Consumo energético (kw h/m 3 perm) 0,05 0,08 0,10 Consumo de químicos (ml/m 3 perm)

15 Autopsia membrana UF Resultados técnicos- UF B6.Assessment of the prototype water quality Micro estructura de la membrana: no dañada Clogging: Se puede corregir con limpiezas ácidas Cloruro férrico Hidróxido sódico Capa activa cubierta por O, Fe, Ca, Mg and C: Precipitación inorgánica: Carbonato de calcio, carbonato de magnesio -> Ajuste de ph y limpieza ácida 15

16 Operación de la osmosis inversa Resultados técnicos - RO Alimentación CNM CNM UF CNM + UF Flujo (LMH) 1 ª etapa ª etapa Requerimientos de CIP Cada 12 días (sin flushing) Cada 17 días (sin flushing) Consumo de químicos (ml/m 3 perm) Cada 16 días Cada 33 días Cada 2 meses Cada 3 meses (1 (1 flushing/d) (1 flushing/d) (1 flushing/d) flushing/d) 18 / / CNM UF 15

17 Resultados técnicos - RO Autopsia membranas RO Referencia M1 M2 Modelo (Hydraunautics) LFC3-LV-4040 LFC3-LD-4040 Posición 1 6 Alimentación Permeado Inspección visual: No se observan daños. Bajo ensuciamiento. Presencia de hierro en ambas membranas Fe(III): Debido a la coagulación con FeCl 3 aguas arriba No se observa halogenación de poliamidas (Fujiwara test): Compuestos oxidantes no han dañado las membranas Test de integridad: Paso de tinta negativo No hay precipitación de carbonatos en la membrana 16

18 Comparación de las configuraciones Parámetros de diseño Resultados técnicos - comparación C I: CNM + RO C II: UF + RO C III: CNM + UF + RO C IV: (CNM+UF) + RO CNM: t contacto : 9 min Frec. Regener.: 9 meses UF: LMH CNM: t contacto : 9 min Frec. Regener.: 9 meses UF: LMH RO: LMH CNM: t contacto : 9 min Frec. Regener.: 9 meses UF: LMH RO: LMH RO: LMH RO: LMH Rendimiento hídrico(%) 99,9 / 75,0 91,0 / 75,0 99,9 / 89,7 / 75,0 99,9 / 91,0 / 75,0 Consumo eléctrico (kw h/m 3 perm) 1,04 1,10 1,14 1,07 Consumo de químicos (ml/m 3 RO permeado) Conf I: Rendimiento hídrico muy alto Bajo consumo de químicos Bajo consumo eléctrico Pocas unidades de tratamiento Es necesaria regeneración Conf II: Rendimiento hídrico alto Consumo químico muy alto Bajo fouling en la membranas de RO Pocas unidades Conf III: Consumo químico muy alto Alto consumo eléctrico Menor fouling en la membranas de RO Más unidades Conf IV: Consumo químico muy alto Más unidades 17

19 Concentration (mg/l) Concentration (mg/l) Hardness and alkalinity (mg/l) TOC (mg/l) Calidad del agua producto Resultados técnicos - calidad B6.Assessment of the prototype water quality INFLUENTE Configuración I Configuración II Configuración III Hardness (CaCO3) Alcalinity (CaCO3) /07/ /10/ /01/ /05/ /08/ /11/ /03/ /06/2017 TOC (secondary axis) Hardness (CaCO3) Alcalinity (CaCO3) TOC 19

20 Concentración (ug/l) Concentración (mg N/L) Calidad del agua producto Resultados técnicos - calidad B6.Assessment of the prototype water quality Nitrógeno total 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Raw water Pre-Treatment CNM UF CNM+UF CNM+RO UF+RO CNM+UF+RO N-Nitrits N-Nitrats Nitrògen Organic Nitrògen Amoniacal Metales Raw water Pre-Treatment CNM UF CNM+UF CNM+RO UF+RO CNM+UF+RO Si (SiO2) Zn Ni Mn Fe B Ba Al 20

21 Conetnido microbiológico (NMP/100 ml, NMP/100 Ml, NMP/100 ml, UFC/mL) Contenido microbiológico (UFC/mL, NMP/100mL, NMP/100mL) Calidad del agua producto Resultados técnicos - calidad Total Aerobic Pseudomona aeruginosa Total Coliform 0 Raw water Pre-Treatment CNM UF CNM+UF CNM+RO UF+RO CNM+UF+RO E. Coli Enterococci Bacteriophagues Clostridium perfringens 0 Raw water Pre-Treatment CNM UF CNM+UF CNM+RO UF+RO CNM+UF+RO 21

22 Conclusiones (operación) La planta piloto demostrativa ha sido capaz de operar de forma continua y estable, siendo alimentada por agua regenerada. La calidad del agua producida es estable tecnologías fiables El agua producida por la RO cumple con los requisitos de las tres industrias (tratamiento de residuos líquidos, química, electro-coating) a pesar de las variaciones en el agua de entrada (operación discontinua). El adsorbente (CNM) ha sido capaz de operar de forma continua y estable, comportándose de forma similar antes y después de la regeneración. No precisa de químicos durante su operación, pero es necesaria su regeneración periódicamente (25,000 lechos). Presenta un alto rendimiento hídrico. La UF cerámica ha presentado un consumo químicos alto. La realización de una microcoagulación previa ha permitido disminuir la velocidad de ensuciamiento. Se han hallado precipitados de carbonato de calcio y de magnesio durante la autopsia. La RO ha trabajado de forma estable y ha presentado una alta calidad de permeado. No se han observado daños físicos, y el nivel de fouling observado ha sido bajo (sin carbonatos). Presencia de hierro debido a la micro-coagulación previa de la UF. La configuración CNM + RO es la que tiene un menor consumo de químicos y menor consumo eléctrico con un mayor rendimiento hídrico (evaluar económicamente las regeneraciones) 22

23 Olga Ferrer Mateo Pastur Carlos Echevarría