PROGRAMA TRAGUA "Tratamiento y reutilización de aguas residuales para una gestión sostenible" CONSOLIDER -INGENIO 2010. Ministerio de Educación y Ciencia GRUPO T8 Grupo de INGENIERÍA QUÍMICA de la Universidad de Cantabria 17-19 de Junio 2009, Alicante Presenta: Raquel Ibáñez Mendizabal
índice
MARCO REUTILIZACIÓN AGUA INDUSTRIA USO DOMÉSTICO CALIDAD REQUERIDA PARA REUTILIZACIÓN INDUSTRIA MÍNIMOS ESTABLECIDOS VERTIDO POR LEGISLACIÓN DEPURACIÓN (EDAR) Agua residual depurada TRATAMIENTO TERCIARIO Agua regenerada CAPTACIÓN Y POTABILIZACIÓN DEL AGUA AGRICULTURA REUTILIZACIÓN (según RD 1620/2007) USOS RECREATIVOS Y URBANOS
MARCO REUTILIZACIÓN AGUA RD 1620/2007, de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas. CRITERIOS DE CALIDAD para la reutilización de las aguas en USOS INDUSTRIALES Uso Previsto del Agua Nematodos Intestinales (huevos/10l) E. Coli (ufc/100 ml) SS (ppm) Turbidez (NTU) Otros Aguas de proceso y limpieza excepto en la industria alimentaria. Otros usos industriales No se fija límite 10.000 35 15 Legiónella spp.: 100 ufc/l Aguas de proceso y limpieza para la industria alimentaria 1 1.000 35 No se fija límite Legionella spp.: 100 ufc/l Detección de patógenos Presencia/Ausencia salmonella Torres de Refrigeración y condensadores evaporativos 1 Ausencia 5 1 Legionella spp.: Ausencia
MARCO REUTILIZACIÓN AGUA MÍNIMOS ESTABLECIDOS POR LEGISLACIÓN INDUSTRIA CALIDAD REQUERIDA PARA REUTILIZACIÓN NECESIDADES DEL USUARIO SEGÚN USO PREVISTO
MARCO REUTILIZACIÓN AGUA Calidad del agua regenerada según usos industriales Parámetro Calidad Desionizada Alta pureza Ultrapura USO Generación de vapor Refrigeración Agua de procesos CALIDAD DEL AGUA Blanda Desionizada Alta pureza Blanda Desionizada Potable Blanda Desionizada Alta pureza Ultrapura Conduct. (µs/cm) TDS (mg/l) Alcalinidad (mg/l CaCO 3 ) Silice (mg/l) TSS (mg/l) Turbidez (NTU) COT (mg/l) Microorg. (ufc/ml) 20 0.1 0.06 <10 0.5 0.005 0.001 0.5 <0.01 0.02 <0.1 <0.1 ND <0.5 <0.25
índice
CARACTERIZACIÓN TEMPORAL DEL EFLUENTE DE LA EDAR EDAR VUELTA OSTRERA PARÁMETRO RANGO PARÁMETRO RANGO Turbidez (NTU) 1.12 29.6 N-NH4+ (mg/l) 17-34 TSS (mg/l) 8-30 Polisacáridos (mg glucosa/l) 4.1-12.4 TDS (mg/l) 268-738 Proteínas (mg/l) 8.2-15.4 Conductividad (µs/cm) 495-1485 Cloruro (mg/l) 33.1-336 Bicarbonato (mg/l) 256-360 Nitrato (mg/l) 0.54-1.09 ph 6.62-7.67 Fosfato (mg/l) 0.67-8.6 E. Coli (ufc/100 ml) 4*10 3-7*10 5 Sulfato (mg/l) 45.2-140.4 ColiformesTotales (ufc/100 ml) 4*10 4-1.3*10 6 Calcio (mg/l) 65.3-112.2 SiO2 (mg/l) 6.8-10 Magnesio (mg/l) 12-45.5 COT (mg/l) 7.9-16.9 Potasio (mg/l) 4.4-20.7
CARACTERIZACIÓN TEMPORAL DEL EFLUENTE DE LA EDAR Conductividad Conductividad (us/cm) 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Febrero 09 Marzo 09 Mayo 09 Junio 09 Fecha Febrero 09 Marzo 09 Mayo 09 Junio 09 Febrero 09 Marzo 09 Mayo 09 Junio 09
índice
Efluente del secundario de la EDAR MF ELECTRO DESINFECCIÓN Electrodesinfección/Electrooxidación UF Permeado UF Concentrado OI ELECTROOXIDACIÓN Permeado OI Sistema de UF Osmosis Inversa
MICROFILTRACIÓN / ULTRAFILTRACIÓN CONDICIONES DE OPERACIÓN Caudal alimentación 2,5 m 3 /h Modo de operación Filtración total (dead-end) Productividad 80-90 % Área membrana 40 m 2 (por elemento) permeado Agua a tratar Fibras huecas
MF/ ULTRAFILTRACIÓN ETAPAS DE OPERACIÓN P: Producción Ciclo de Filtración Ciclo de lavado R: Retrolavado LQ: Lavado Químico Presión transmembrana 85 250 340 170 t (min) P P P P P P P P R R R R R R R LQ (12-340 h operación) Arrastre en sentido alimentación Arrastre en sentido alimentación + Aire Retrolavado Lavado químico Retrolavado Dosificación Contacto Desplazamiento Lavado de seguridad Lavado de los pre-filtros
MF/ ULTRAFILTRACIÓN
MF / ULTRAFILTRACIÓN % Reducción PARÁMETRO ENTRADA MF/UF PERMEADO UF Turbidez (NTU) 1.12-29,6 0 TSS (mg/l) 8-30 0 TDS (mg/l) 268-738 367-736 Conductividad (µs/cm) 495-1485 752-1104 Bicarbonato (mg/l) 256-360 250-354 ph 6.62-7.67 7.3-7.6 E. Coli (ufc/100ml) 4*10 3-7*10 5 <1 Coliformes totales (ufc/100ml) 4*10 4-1.3*10 6 <1 SiO 2 (mg/l) 6.8-10 6-8.4 COT (mg/l) 7.6_16.9 1.5-10.8 N-NH + 4 (mg/l) 17-34 16.9-35.6 Polisacáridos (mg/l) 4.1-12.4 0.7-6.1 Proteínas (mg/l) 8.2-15.4 3.2-8.7 100 100 40 60
MF/ ULTRAFILTRACIÓN
OSMOSIS INVERSA CONDICIONES DE OPERACIÓN Q PERMEADO PRESION AREA MEMBRANA 0.4 m3/h 10 bar 7,905m 2 (por elemento) % RECIRCULACION VARIABLE Planta OI formada por 2 módulos de enrollamiento en espiral Q PERM = 40% Q UF Q PERM = 50% Q UF Q PERM = 80% Q UF
OSMOSIS INVERSA Calidad del permeado de OI: agua desionizada
OSMOSIS INVERSA % Reducción PARÁMETRO PERMEADO UF PERMEADO OI TDS (mg/l) 367-736 4.1-12.6 Conductividad (µs/cm) 752-1104 9.8-27.2 Bicarbonato (mg/l) 250-354 12.2-24.4 ph 7.3-7.6 5.42-6.14 SiO 2 (mg/l) 6-8.4 0.01-0.19 COT (mg/l) 1.5-10.8 <0.5 N-NH + 4 (mg/l) 16.9-35.6 < 4 Polisacáridos (mg/l) 0.7-6.1 0-1.95 Proteínas (mg/l) 3.2-8.7 0-0.7 Aniones: Cloruro (mg/l) 35.5-340 1.4-17.3 Cationes: Calcio (mg/l) 76.1-89.1 0-1.1 99 94 99 99 >87 80 97 99 99
índice
Efluente del secundario de la EDAR MF ELECTRO DESINFECCIÓN Electrodesinfección/Electrooxidación UF Permeado UF Concentrado OI ELECTROOXIDACIÓN Permeado OI Sistema de UF Osmosis Inversa
CARACTERIZACIÓN MICROCONTAMINANTES ENTRADA/SALIDA EDAR VUELTA OSTRERA (Suances, Cantabria) INFLUENTE EDAR 13 Compuestos que aparecen en los 4 muestreos, con concentracion > 1ppb Compuesto Rango (ng/ L) Media (ng/ L) Nº muestreos = 4 Nº compuestos = 53 Caffeine 14300-31980 23815 Acetaminophen 8162-47680 23780 Nicotine 4300-26694 18428 Paraxanthine 5252-32627 15469 4-AAA 2342-20200 11220 Naproxen 1953-4845 2994 Ibuprofen 1128-4080 2551 4-FAA 1055-2374 1868 Hydrochlorothiazide 1493-1754 1554 4-MAA 591-2935 1556 Gemfibrozil 652-1946 1271 Atenolol 759-1872 1123 Furosemide 425-1669 1083
CARACTERIZACIÓN MICROCONTAMINANTES ENTRADA/SALIDA EDAR VUELTA OSTRERA (Suances, Cantabria) EFLUENTE EDAR 10 Compuestos que aparecen en los 4 muestreos Compuesto Rango (ng/l) Media (ng/l) Caffeine 128-1543 642 Nicotine 93-755 288 Paraxanthine 116-756 431 4-AAA 2189-4868 3615 Naproxen 206-1189 764 4-FAA 1091-1326 1189 Hydrochlorothiazide 1296-2066 1540 Gemfibrozil 447-10545 3166 Atenolol 693-1325 983 Furosemide 331-1118 771 Nº muestreos = 4 Nº compuestos = 53
CARACTERIZACIÓN MICROCONTAMINANTES ENTRADA/SALIDA EDAR VUELTA OSTRERA (Suances, Cantabria) 13 compuestos con concentración superior a 1 ppb en influente (1) Se presenta % reducción de concentración a la salida de EDAR. En rojo los compuestos que a la salida presentan concentraciones superiores a 1 ppb: Hydrochlorothiazide, Atenolol, 4FAA, 4AAA, Gemfribrozil (1) No se ha graficado el % reducción de Gemfibrozil
TRATAMIENTO DEL CONCENTRADO DE OSMOSIS INVERSA: ELECTROOXIDACIÓN DE MICROCONTAMINANTES OI Escala Lab Membr: BW 30 (Filmtec, Dow) Área = 155 cm 2 ELECTROOXIDACIÓN OI Escala Piloto Ánodo DDB, 70 cm2 Membrana LFC1-4040 2 módulos membrana en espiral Área = 8 m 2 (por módulo)
CONCENTRADO OI LABORATORIO. MUESTRAS DOPADAS Compuesto % Elim. OI % Elim. Elox. 1h % Elim. Elox. 5h Carbamazepine 97.37 38.9 100 Caffeine 98.44 62 100 Ketorolac 97.62 100 100 Antipyrine 95.00 100 100 Sulfamethoxazole 98.15 100 100 Isoproturon 95.12 93.9 100 Diclofenac 98.89 100 100 Ibuprofen 94.83 91.9 100
CONCENTRADO OI LABORATORIO. MUESTRAS DOPADAS Determinación analítica por cromatógrafo convencional (HPLC/DAD) ENTRADA O.I. PERMEADO O.I. CONC. O.I.
CONCENTRADO OI LABORATORIO. MUESTRAS DOPADAS ENTRADA ELOX. = CONC. OI EFLUENT ELOX. t = 5 h
TRATAMIENTO DEL CONCENTRADO DE OSMOSIS INVERSA: ELECTROOXIDACIÓN DE MICROCONTAMINANTES Resultados Escala PLANTA PILOTO
ELECTROOXIDACIÓN MICROCONTAMINATES CONCENTRADO OI PLANTA PILOTO
índice
Efluente del secundario de la EDAR MF ELECTRO DESINFECCIÓN Electrodesinfección/Electrooxidación UF Permeado UF Concentrado OI ELECTROOXIDACIÓN Permeado OI Sistema de UF Osmosis Inversa
ELECTRO-DESINFECCIÓN earth Ánodo/cátodo DDB Sampling Mini-DiaCell Area : 12.5 cm2 Water Tank 20L Power supply earth Minimum Flow detector Flow meter Pump 200 l/h -0.3 bar Sampling emptying Security filter 100µm Flow regulation Modo de operación Recirculación Volumen 20 L Densidad de corriente Influencia de Japlicada, J 40 80 120 ma/cm2 Concentración Influencia deinicial [Cl-] de cloruro 60, 100, 300, 600 and 1000 ppm 0
CINÉTICA DE DESACTIVACIÓN DE E. COLI. INFLUENCIA DE [Cl - ] 0 J (ma/cm 2 ) Cl - (ppm) E. Coli 0 (f.c.u./100ml) % Eliminación E. Coli, t= 1 h 80 60 482500 80 90 352500 80 280 145000 80 560 128333 80 1050 235000 99.99 [Cl - ] 0 E.Coli desactivación
VELOCIDAD DE DESACTIVACIÓN E.COLI INFLUENCIA DE LA DENSIDAD DE CORRIENTE J = 40 ma/cm 2 J = 80 ma/cm 2 CHICK S LAW J (ma/cm 2 ) K (min -1 ) 40 0.108 80 0.281 120 0.510 J = 120 ma/cm 2 J E.Coli velocidad de desactivación
PROCESO INTEGRADO DE REGENERACIÓN DE AGUAS DEPURADAS EFLUENTE DEL SECUNDARIO DE LA EDAR MF/ UF OI ELECTRO- OXIDACIÓN PERMEADO CONCENTRADO PERMEADO - Reducción/ Eliminación de: - Turbidez - Sólidos suspendidos - Bacterias: E.Coli Agua de óptima calidad. Se verifica que el agua regenerada cumple los estándares de calidad para la reutilización industrial según el RD 1620/2007 - Reducción/ Eliminación de: - TDS - Salinidad. - Conductividad. - Alcalinidad - Sílice - Materia orgánica Agua de alta calidad para aplicaciones especiales en la industria - Eliminación de compuestos no contemplados en la legislación. Eliminación de Microcontaminantes (fármacos )
Dra. Inmaculada Ortiz Dra. Ane Miren Urtiaga Dr. Oscar Primo Ing. Gema Pérez Ing. Asunción Plaza Grupo CT 10. Universidad de Almería 17-19 de Junio 2009, Alicante Medio Ambiente, Residuos y Energía. Consejería de Medio Ambiente del Gobierno de Cantabria
Grupo CT10. Universidad de Almería Grupo C2. Universidad de Jaén Dra. Inmaculada Ortiz Dra. Ane Miren Urtiaga Dr. Oscar Primo Ing. Gema Pérez Ing. Asunción Plaza Medio Ambiente, Residuos y Energía. Consejería de Medio Ambiente del Gobierno de Cantabria
RELACIÓN ENTRE TURBIDEZ Y ESCHERICHIA COLI
PROCESO INTEGRADO DE REGENERACIÓN DE AGUAS DEPURADAS EFLUENTE DEL SECUNDARIO DE LA EDAR MF/ UF OI ELECTRO- OXIDACIÓN PERMEADO CONCENTRADO PERMEADO - Reducción/ Eliminación de: - Turbidez - Sólidos suspendidos - Bacterias: E.Coli Agua de óptima calidad. Se verifica que el agua regenerada cumple los estándares de calidad para la reutilización industrial según el RD 1620/2007 - Reducción/ Eliminación de: - TDS - Salinidad. - Conductividad. - Alcalinidad - Sílice - Materia orgánica Agua de alta calidad para aplicaciones especiales en la industria - Eliminación de compuestos no contemplados en la legislación. Eliminación de Microcontaminantes (fármacos )
CARACTERIZACIÓN MICROCONTAMINANTES ENTRADA/SALIDA EDAR VUELTA OSTRERA (Suances, Cantabria) INFLUENTE EDAR Nº muestreos = 4 Nº compuestos = 53 Compuestos que aparecen en los 4 muestreos Compuestos Compuestos no que detectados aparecen que aparecen en en ningún los en 23 muestreos Compuestos que aparecen Rango en (ng/ 1 muestreo Media (ng/ L) L) Compuesto Compuesto Rango Rango Biphenylol (ng/l) (ng/l) Media Media (ng/l) (ng/l) Compuesto Caffeine 14300-31980 23815 Ofloxacin Ranitidine Ketorolac Rango 0-181 0-523 (ng/l) Media 89 217 (ng/l) Trimethoprim Acetaminophen 8162-47680 23780 Salbutamol Carbamazepine 0-16 0-118 143-343 10 47 206 Chlorophen Isoproturon Nicotine 4300-26694 18428 Indomethacine 0-39 0-502 17 126 Parosethine Fluoxethine Paraxanthine 5252-32627 15469 Sotalol 0-32 0-230 13 57 4-AAA Erythroycin Simazine 2342-20200 11220 Propanolol 0-20 0-81 720 Carbama. Epoxide Naproxen Antipyrine 1953-4845 2994 Mepivacaine 0-16 0-49 612 Clofibric Acid Ibuprofen Atrazine Fenofibric 1128-4080 0-13 0-23 acid 2551 46 Terbutaline 4-FAA Diazepan Mefenamic 1055-2374 0-11 0-22 acid 1868 5.4 4 Metoprolol Hydrochlorothiazide 1493-1754 0-21 1554 5.4 4-DAA Chlorfenvinphos 4-MAA 591-2935 0-20 1556 4.9 Cefotaxime Omeprazole Gemfibrozil 652-1946 0-15 1271 3.6 Atenolol Fenoprophen 759-1872 1123 Furosemide 425-1669 1083
CARACTERIZACIÓN MICROCONTAMINANTES ENTRADA/SALIDA EDAR VUELTA OSTRERA (Suances, Cantabria) EFLUENTE EDAR Nº muestreos = 4 Nº compuestos = 53 Compuestos Compuestos Compuestos que no que aparecen que aparecen aparecen en en ningún los en 34 muestreos Compuestos que aparecen en 2 muestreos Compuestos que aparecen en 1 muestreo Compuesto Rango Fluoxethine (ng/l) Media (ng/l) Compuesto Rango Antipyrine (ng/l) Media (ng/l) Caffeine 128-1543 642 Erythromycin Compuesto Fenofibric Rango 0-112 (ng/l) Acid Media (ng/l) 78 Nicotine Chlorfenvinphos 93-755 288 Terbutaline Compuesto Ranitidine Rango 0-315 0-12 (ng/l) Media 154 (ng/l) 8 Paraxanthine Mefenamic 116-756 Acid 431 Acetaminophen Ibuprofen 4-DAA 0-356 0-126 141 31 4-AAA 2189-4868 3615 Carbam. Epoxi Cefotaxime 0-27 12 Naproxen 206-1189 Simazine 764 Omeprazole 0-8 4 4-FAA Fenoprophen 1091-1326 1189 Clofibric Acid 0-6 3 Hydrochlorothiazide 1296-2066 Atrazine 1540 Biphenylol Gemfibrozil 447-10545 3166 Ketorolac Atenolol Chlorophene 693-1325 983 Furosemide Parosethine 331-1118 771 4-MAA
MICROCONTAMINANTES OSMOSIS INVERSA A EN ESCALA LAS DISTINTAS DE LABORATORIO ETAPAS DEL TRATAMIENTO AVANZADO Compuesto (ppt) Permeado UF Dopaje Permeado OI Concentrado OI Microcontaminantes analizados (acuerdo Tragua Junio 2008) Carbamazepine 100 3800 100 12600 Caffeine 300 19200 300 50200 Carbamazepine Caffeine Ketorolac n.d. 4200 100 10800 Antipyrine 40 2000 100 9100 Ketorolac Antipyrene Sulfamethoxazole 300 5400 100 20900 OSMOSIS Sulfamethoxazole INVERSA A ESCALA DE Isoproturon LABORATORIO Isoproturon 20 4100 200 13300 Diclofenac 200 4500 50 24100 Ibuprofen n.d. 5800 300 27100 Diclofenac Ibuprofen Compuesto % R OI Carbamazepine 97.37 Caffeine 98.44 Ketorolac 97.62 Antipyrine 95.00 Sulfamethoxazole 98.15 Isoproturon 95.12 Diclofenac 98.89 Ibuprofen 94.83
MICROCONTAMINANTES. ETAPA DE ELECTROOXIDACIÓN CONCENTRADO OI LABORATORIO. MUESTRAS DOPADAS Microcontaminantes analizados (acuerdo Tragua Junio 2008) Carbamazepine Caffeine Ketorolac Antipyrene Sulfamethoxazole Isoproturon Diclofenac Ibuprofen CONDICIONES DE OPERACIÓN V = 1.5 L J = 200 A/m2 Duración experimento = 5 h
MICROCONTAMINANTES. ETAPA DE ELECTROOXIDACIÓN CONCENTRADO OI PLANTA PILOTO. MUESTRAS NO DOPADAS MICROCONTAMINANTES ANALIZADOS Nicotine Caffeine 4-AAA Ofloxacin Erythromycin Atenolol Naproxen Fenofibric Acid CONDICIONES DE OPERACIÓN V = 2 L J = 20/50/100 A/m 2 Duración experimento = 1 h