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
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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
Claves para un nuevo concepto 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.
Claves para un nuevo concepto 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. Residuales? Reutilizables! Agua residual Agua reutilizable para riego Compost orgánico y nutrientes para su aplicación en agricultura Energía en forma de metano
Hacia un balance positivo de energía Proceso convencional de fangos activos: 0.25 0.6 kwh/m 3 MBR: 0.5 2.5 kwh/m 3 2.4 kg CO 2 / kg DQOelim -42% oxidación bacteriana -58% consumo energía
Hacia un balance positivo de energía 30-50% de las necesidades de energía de la planta
Hacia un balance positivo de energía Producción neta de energía Reducción emisión de CO 2
Por qué un tratamiento anaerobio? No consumen energía en aireación Producen una corriente de biogás con elevado valor energético. Menor emisión de CO 2. Reducida producción de fangos ( Y ). Oportunidad de recuperación de nutrientes. Sistemas aerobios
Por qué MBR anaeróbios? Agrupando las ventajas de ambos procesos: Baja producción de fangos Baja demanda energética Producción de biogás Posible recuperación nutrientes 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.
Hacia un balance positivo de energía
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
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. 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.
Demanda energética (kwh/m 3 ) 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. Demanda energética (sin aprovechamiento CH 4 ) Demanda energética (con aprovechamiento CH 4 ) Productor neto de energía tras el aprovechamiento del metano producido IMPACTO AMBIENTAL REDUCIDO POTENCIAL PARA REUTILIZACIÓN Y RECUPERACIÓN DE NUTRIENTES
PROTOTIPO INDUSTRIAL Prototipo MEMORY: Volumen reactor: 36,5 m 3 Caudal a tratar: 44-73 m 3 d -1 Instalaciones de la EDAR Alcázar de San Juan
PROTOTIPO INDUSTRIAL Volumen reacción 36,5 m 3 TRH 20 h 350 h-e aproximadamente Footprint reducido http://www.life-memory.eu/ PURON, KMS 3 módulos de membranas de fibra hueca Área de filtración total: 123 m 2 (3*41 m 2 ) Ultrafiltración (0,03 µm) Flujo transmembrana diseño: 20 LMH
PROTOTIPO INDUSTRIAL Desbaste Desengrasado Desarenado RF DV-n CIP M DM-n ET P-1 AnR P-2 P-n1 MT-n P-n2 C-1 Purga de fango CHP NaOCl C 6 H 8 O 7 Agua residual afluente Fango Permeado Biogás Agua calefacción Reactivos químicos C-2 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.
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 m 3 /d (operación con 1 tanque de membranas) Condiciones de operación de las membranas: Flujo transmembrana puntual (J P ) = 19 LMH (J P20 17 LMH) Flujo transmembrana neto (J) = 17 LMH (J 20 15 LMH) SGD m 0,20-0,25 m 3 h -1 m -2 (SGD P 15)
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA AGV Efluente 0 mg DQO/L Eliminación DQO > 90% Rendimiento CH 4 : 115 L CH4 /kg DQO - Metano disuelto en el efluente - DQO consumida por organismos sulfatorreductores
PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA SGD P 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.
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