Tratamientos terciarios y reutilizacion Santiago Esplugas y Joan Mata NOVEDAR_Consolider Tratamientos terciarios y reutilizacion Santiago Esplugas y Joan Mata Universitat de Barcelona MADRID 24 de Noviembre de 2008 www.novedar.com

Tratamientos terciarios y reutilización efluente EDAR Calafell DQO (mg/L) 70 - 100 COT (mg/L) 24 DBO5 (mg/L) 10-30 pH 7,6 Alcalinidad (mgCaHCO3/L) 640 SS (mg/L) < 0,6 Cl- (mg/L) 1750 N-total (mg/L) 81 N-NH3 (mg/L) 64 N-NO3 (mg/L) 19 P-total (mg/L) 8 P-PO4 (mg/L) 5,2 Fe total (mg/L) 0,110 SO4 (mg/L) 1400 REUSO DE AGUA RESIDUAL compuestos AGUA residuos

Métodos de eliminación de contaminantes METODOS QUIMICOS (destructivos ) Precipitación Intercambio iónico Oxidación Química (y reducción)): oxidación biológica cloro peroxido de hidrógeno ozono AOP - radical (OH •) ....... METODOS FISICOS (no destructivos) Separación mecánica Sedimentación Filtración Adsorción Desabsorción (stripping) Osmosis inversa ........

Tecnologías de membrana Se pueden clasificar atendiendo al tamaño del poro en cuatro grupos : microfiltración (MF) ultrafiltración (UF) nanofiltración (NF) ósmosis inversa (OI)

Esquemas posibles para la reutilización en una EDAR LODOS ACTIVOS + FILTRACION (varios métodos) + DESINFECCIÓN (varios métodos) LODOS ACTIVOS + UF + DESINFECCIÓN (varios métodos) LODOS ACTIVOS + UF + OI Pretratamiento + BRM Pretratamiento + BRM + OI

BRM (Bioreactor de membrana) Combinación de sistema convencional de FA y una separación por micro o ultrafiltración (membrana 0,1-0,4 mm) SISTEMA CONVENCIONAL FA SISTEMA BRM

BRM  Aplicaciones ARU y ARI Ventajas de los BRM Las plantas son más compactas. Garantiza un efluente exento de SS y materia coloidal (incluyendo la mayor parte de bacterias) Asegura una retención efectiva de biomasa en el reactor (12-15 g SS L-1) Evita problemas de bulking BRM  Aplicaciones ARU y ARI

Modulos de membranas MÓDULOS DE FIBRA HUECA Módulos formados por fibras tubulares de pequeño diámetro (< 3 mm) y gran longitud (hasta 2 m) BRM DE MEMBRANA SUMERGIDA MÓDULOS DE PLACAS PLANAS marcos planos rectangulares o cuadrados MÓDULOS TUBULARES Unión de tubos de filtración de más de 3 mm BRM DE MEMBRANA TUBULAR

Configuraciones de sistemas BRM 2 principales configuraciones en función del la estrategia de control mecánico del ensuciamiento BRM DE MEMBRANA SUMERGIDA AIREACIÓN EXTERNA DIRECTA SUMERGIDA EN EL TANQUE DE AIREACIÓN SUMERGIDA EN UN TANQUE EXTERNO DE FILTRACIÓN BRM DE MEMBRANA TUBULAR INCREMENTO DE LA VELOCIDAD DEL LÍQUIDO EN LA SUPERFÍCIE

Tratamiento terciario con BRM TABLA COMPARATIVA TRATAMIENTOS TERCIARIOS Parámetro F + UV BRM. Δ (%) Q (m³/d) 30.000 DBO5 (mg/L) 11 2 - 82 SS (mg/L) 15 0,1 - 99 Turbidez (UNT) 0,4 - 80 CF (ufc/100mL) 200 40 C. inversión (€/m³) 0,027 0,043 59 C. explotación (€/m³) 0,045 0,036 - 20

Coliformes totales (ufc/100 mL) Comparación de la calidad del efluente entre un proceso convencional de fangos activados y un BRM Parámetro Influente Sistema convencional BRM Efluente Eficiencia % DQO (mg/L) 520 75 85,6 10 98 SST (mg/L) 110 40 63,6 100 Turbidez (NTU) 38 15 60,5 NTK (mg/L) 48,3 30,2 37,5 3,4 93 Coliformes totales (ufc/100 mL) 104 100 - 102 (Zarzuela, 2007)

Calidad del efluente Reciclado como agua no potable Comparando el tratamiento con membranas con otras tecnologías para el reciclado, los BRM ofrecen una concentración final de contaminantes menor y además son sistemas más fiables Reciclado como agua no potable Reciclado como agua industrial Recarga de acuíferos

Mercado de BRM Referencias y previsiones Con un valor estimado de150 millones € en 2005, el Mercado global de BRM está aumentando con una velocidad de crecimiento anual media de 11% y se espera supere los 250 millones € en 2010. Este segmento esta creciendo más rápidamente que el mercado de otros tratamientos avanzados de aguas residuales y más que otro tipo de sistemas que emplean membranas. Las regulaciones ambientales cada vez más estrictas van a favorecer el mercado de membranas

PRETRATAMIENTOS RIGUROSOS Ensuciamiento Scaling Fouling (partículas y macromolèculas) Biofouling (EPS de tipus coloidal) NECESIDAD DE PRETRATAMIENTOS RIGUROSOS

Tratamientos Quimicos de Reducción * zero valent iron (hierro valencia cero) * fotocatálisis

Procesos Químicos de Oxidación Cloro: Es un oxidante fuerte y barato. Los mayores inconvenientes que presenta son su poca selectividad, el hecho de requerir grandes dosis y que suele formar subproductos organoclorados (cancerígenos). Permanganato de potasio: Es un oxidante fuerte pero caro, que funciona bien en un amplio rango de pH. Tiene el inconveniente de que es difícil de manejar y añade manganeso al agua que se trata.  Oxígeno:  Es un oxidante moderado que requiere grandes inversiones en instalaciones. Sus bajos costes de operación pueden hacer atractivo al proceso. Peróxido de Hidrógeno: Es un oxidante multipropósito para una gran variedad de sistemas. Se puede aplicar directamente o con un catalizador. Sin embargo, el peróxido sin catalizar no ataca a algunos compuestos orgánicos. Ozono: Es un oxidante fuerte que tiene la ventaja de que, al igual que el oxígeno y el peróxido de hidrógeno, no introduce nuevos iones en el medio y además no produce compuestos más tóxicos. Tiene el inconveniente de ser un gas difícil de manejar e inestable, debiéndose producir “in situ”.

Procesos de Oxidación Avanzada (OH) METODOS CLASICOS procesos oscuros (dark processes) ozono ozono/H2O2 reacción de Fenton procesos ultravioleta (UV radiation processes) fotolisis de agua ozono/UV H2O2/UV ozono/H2O2/UV foto-Fenton fotocatálisis MODERNOS generación electroquímica   cavitación haces de electrones (electron beam) oxidacion humeda WO oxidación supercrítica SWO Adecuados para tratamientos de efluentes no biodegradables con DQO < 2 g/L

Procesos de Oxidación Avanzada (OH) Potenciales de reducción estandar (Eo) y referidos al cloro (Eo/Eo(Cl2) Especie Eo (V) Eo/Eo(Cl2) Flúor 3.06 2.25 Radical Hidroxilo 2.80 2.05 Atomo de Oxígeno 2.42 1.78 Ozono 2.08 1.52 Peróxido de Hidrógeno 1.30 Permanganato de Potasio 1.70 1.25 Acido Hipocloroso 1.49 1.10 Cloro 1.36 1 Dióxido de Cloro 1.27 0.93 Oxígeno 1.23 0.90

UV Ventajas Inconvenientes * Poder desinfectante * Facil de implementar Inconvenientes * Necesidad de fuentes de radiacion UV * Necesidad de ausencia de color en el efluente. * Necesidad de materiales transparentes a UV

UV/H2O2 Ventajas Inconvenientes * Poder desinfectante * Facil de implementar * H2O2 soluble en agua Inconvenientes * Necesidad de fuentes de radiacion UV 254 nm * Necesidad de ausencia de color en el efluente. * Manejo del H2O2 * Necesidad de materiales transparentes a UV

Fotocatalisis Ventajas Inconvenientes * No consumo de oxidantes * Uso de Enegia Solar UV-Vis * Facil de implementar Flexibilidad. * Poca influencia del pH * Reduccion de contaminantes: Mn+, CCl4 Inconvenientes * Separation del fotocatalizador del efluente * Bajo rendimiento de la radiacion UV (3%) * Envenenamiento del catalizador * Necesidad de materiales transparentes a UV-Visible.

Fenton Fenton = Fe+2- H2O2 Ventajas Muy apropiado para ARI Economico? Sencillo y facil de implementar Soluble en agua. Inconvenientes Operacion a pH 2-4 (optimo =3). Generation de fangos para eliminar hierro.

OZONO Desinfección: Esterilización de bacterias y virus. La desinfección de Escherichia coli con ozono es más de 3 veces más rápida que con cloro. coeficiente de mortandad (lethality coefficient) = 4.6/CD-99% CD-99% concentración en mg/L que destruye el 99% de microorganismos en 10 minutos

OZONO Ventajas Inconvenientes La materia prima utilizada (aire) es muy asequible, y sólo requiere un tratamiento previo no muy complejo (filtración, secado). Reacciona rápidamente con contaminantes orgánicos e inorgánicos debido a su elevado potencial redox y reactividad. Generalmente, no produce compuestos más tóxicos de los que se desea eliminar, ni introduce sustancias extrañas al medio Conjuntamente con la disminución de DQO y la desinfección, disminuye el color y la turbidez. Los posibles excesos de ozono en el agua se descomponen rápidamente pasando a oxígeno, sin dejar agentes extraños en el medio. El rendimiento energético de la generación de ozono es muy bajo y la concentración de ozono en el gas ozonizado suele ser relativamente baja (2-5% en aire, 3-4 veces más con oxígeno). Se ha de generar “in situ” Por lo general, la etapa controlante es la transferencia de materia del ozono a la fase acuosa. El ozono es irritante y tóxico a altas concentraciones, por lo que el ozono residual debe eliminarse, aunque su eliminación es fácil Inestabilidad en disolución acuosa. Ventajas Inconvenientes

Ozono- experimentos preliminares Source pH SS mg/L COD BOD5 mg/L TOC UV254 1/cm SUVA L/mg.m TIC mg/L N-NH4+ mg/L CSE conventional treatment + sand filtration 7.8 5.3 44.2 5.6 11.5 0.28 2.4 45.8 26.1 GSE MBR permeate 7.3 24.9 1.4 6.2 0.11 1.8 18.1 O3 treatment O3 + H2O2 treatment 25/25

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