RECREATE – Transformación de las EDAR en instalaciones de recuperación de recursos aplicando los principios de la economía circular y la seguridad sanitaria y ambiental
This project is aimed at developing and testing at pilot and laboratory scale a treatment scheme for urban wastewaters under the principles of Circular Economy and sanitary safety. The proposed treatment scheme tries to recover the main resources contained in urban wastewaters producing:
- A high quality effluent to be reused in agriculture or other purposes
- Energy, in the form of biogas
- Struvite (a commercial slow P release fertilizer)
- A solution of ammonium sulphate/nitrate (also a commercial fertilizer)
- Hydrochar, a sanitary safe biosolid that can replace fossil fuels, be applied to improve soil characteristics or even be used as an adsorbent after being transformed into activated carbon.
The proposed treatment scheme includes a primary settler, an AnMBR unit for organic matter removal, an anaerobic digester and an HTC reactor for sludge digestion and management and a post-treatment for nutrient recovery to be applied when direct reuse of AnMBR effluent for fertigation is not possible, which includes ion exchange resins and zeolites, as well as electrodialysis.
Avances en el proyecto (Abril 2023)
Diseño, construcción y puesta en marcha de la planta piloto de digestión anaeróbica (AD) para el tratamiento de lodos primarios y lodos residuales AnMBR.
La planta piloto de digestión anaerobia ha sido diseñada, construida y puesta en marcha, incluyendo todos los elementos de instrumentación, control y automatización necesarios, y trasladada a su ubicación definitiva. Está compuesta por un reactor anaerobio de 200 L útiles, un tanque de regulación agitado de 90 L, bombas de alimentación y recirculación de fangos, válvulas, sensores y un sistema recirculación del biogás generado mediante una soplante. El proceso se monitoriza y controla a tiempo real mediante un PLC y un SCADA
Diseño, adquisición y puesta en marcha del reactor HTC.
Se ha adquirido, puesto en marcha y optimizado el funcionamiento de un reactor de alta presión con una capacidad de 2 L (Parr Instrument Company, USA) para el tratamiento de fangos deshidratados mediante el proceso de carbonización hidrotermal en discontinuo a temperaturas entre 180 y 230 ºC y bajo presión autógena (8-35 bar).
En la actualidad, se implementa un diseño estadístico de experimentos de superficie de respuesta de compuesto central, que contempla el estudio de un amplio rango de temperaturas, diferentes tiempos de residencia y contenido de sólidos totales presentes en el fango de alimento al reactor HTC, con el objetivo de estudiar el rendimiento del proceso y determinar las condiciones óptimas de operación para maximizar la producción de hidrochar, la valorización de la materia orgánica y la recuperación de nutrientes presentes en la fracción líquida.
Entre los resultados preliminares obtenidos, cabe destacar que un incremento de la temperatura y del tiempo de residencia causa una mayor descomposición de la materia orgánica en la fase líquida, lo que conduce a una disminución del rendimiento másico de hidrochar y un aumento del rendimiento líquido. Ello favorece la deshidratación del fango de alimento y permite una reducción de más del 70 % en la generación de biosólidos. El incremento de la temperatura de reacción también aumenta el rendimiento energético y el poder calorífico superior del hidrochar. La elevación de la temperatura no influye significativamente sobre el rendimiento de gases, puesto que se mantuvo prácticamente constante en los experimentos realizados (4-5%).
a) fango anaerobio deshidratado, b) hidrochar y c) fracción líquida
Concentración de nutrientes mediante zeolitas
La zeolita natural (clinoptilolita) ha demostrado su capacidad para eliminar más del 99% del amonio presente en el efluente del AnMBR. La regeneración de la resina con NaOH permite obtener una corriente a elevado pH con concentraciones de nitrógeno amoniacal superiores a 300 mg N/l. Esta corriente es ideal para ser alimentada a un contactor de membranas para la recuperación del nitrógeno en forma de sulfato amónico.
Concentración de nutrientes mediante electrodiálisis
Trabajando con el equipo de ED adquirido (BED 1-2) y la celda ED 64002 (PCCell GmbH, Alemania) se han alcanzado concentraciones en la corriente de concentrado (800 de N-NH4 y 60 ppm de P-PO4) que pueden ser adecuadas para procesos de recuperación posteriores en el efluente de un AnMBR situado en la EDAR del Carraixet (Alboraya, Valencia). Sin embargo, debido a las elevadas concentraciones de calcio que existen en las aguas de Valencia (160-170 ppm) se produce la precipitación de este con otros iones en disolución, dando lugar a una limitación a la hora de alcanzar concentraciones superiores de amonio y, principalmente de fosfato (60 ppm). Se ha comprobado que para aguas blandas (50-60 ppm de calcio) los valores de amonio y fosfato alcanzados son significativamente mayores (1500 ppm de N-NH4 y 130 de P-PO4). Para aumentar la eficacia de concentración en aguas duras como es el caso de la ciudad de Valencia, se ha valorado y estudiado la opción de trabajar con un pretratamiento con resinas de intercambio catiónicas que reduzcan la concentración de calcio en el agua de entrada al proceso de ED. Con esto, se ha logrado aumentar la eficacia de la concentración de N-NH4 en un 87,5 % y del P-PO4 en un 116,7 %, valores óptimos para procesos posteriores de recuperación. Por otro lado, se ha adquirido la celda ED 64004 (PCCel GmBH, Alemania) que permitirá la separación de los iones divalentes como son el calcio y el magnesio en una sola corriente, evitando que estos puedan interaccionar con el resto de los iones y evitando así los problemas de operación anteriormente comentados, sin la necesidad de aplicar un tratamiento previo a la celda de ED.
