Contexto específico

Tecnología

Tecnología

LIFE ZERO WASTE WATER (LZWW) es un proyecto demostrativo que pondrá en práctica, probará y evaluará la aplicabilidad de una solución de EDAR innovadora, rentable y con balance energético positivo para la gestión integrada de flujos de residuos mixtos (FORSU + ARU) en el contexto específico de poblaciones pequeñas (<50.000 hab. eq.), basado en la combinación de tecnologías y metodologías validadas independientemente a diferentes escalas (laboratorio, demostrativa, escalas industriales) pero nunca combinadas y aplicadas en el contexto específico del proyecto, donde los digestores anaeróbicos de lodos actuales no son viables.

Las principales innovaciones serán; i) la combinación de un biorreactor de membrana anaeróbico (AnMBR) y nitrificación parcial-Anammox (PN/AMX) en una EDAR compacta (que no existe a nivel industrial y nunca se ha probado a escala de demostración) con resultados sinérgicos adecuados para ser explotados en poblaciones de menos de 50.000 hab. eq. y ii) el desarrollo de una estrategia de baja huella de carbono para la gestión y el tratamiento integrado de corrientes mixtas de residuos (FORSU + ARU) en EDAR Anaeróbicas.

Principales innovaciones

Combinación de tecnologías: AnMBR, PN/AMX, Módulo de recuperación de nutrientes y SWMCS en EDAR compacta

Estrategia de baja huella de carbono para la gestión de corrientes mixtas (FORSU + ARU) en EDAR Anaeróbicas

Tecnología

Combinación de tecnologías: AnMBR, PN/AMX, Módulo de recuperación de nutrientes y SWMCS en EDAR compacta

Biorreactor
a) Biorreactor de Membrana Anaeróbica (AnMBR)

El Biorreactor de Membrana Anaeróbica (AnMBR) integra el tratamiento anaeróbico y la ultrafiltración de membrana en un solo paso, proporcionando ventajas en comparación con las soluciones aeróbicas convencionales (alta remoción de DQO, producción de metano, bajo rendimiento de lodos). El biometano se produce con un balance energético positivo, recolectando la energía contenida en la materia orgánica.

tabla 3-03

La tecnología AnMBR ya ha sido probada a escala real, pero para aguas residuales industriales con altas concentraciones de DQO y sólidos, pero nunca se ha aplicado a escala industrial para tratamientos de aguas residuales municipales. UVEG y AQUALIA tienen una sólida formación en tecnología AnMBR e implementaron el proyecto LIFE MEMORY, que demostró a escala de prototipo industrial (TRL7) la viabilidad técnica y económica del AnMBR como una alternativa sostenible a los procesos de tratamiento de aguas residuales urbanas convencionales.

b) Proceso ANAMMOX (Oxidación Anaeróbica de Amonio)

El proceso ANAMMOX (Oxidación Anaeróbica de Amonio) es llevado a cabo por un grupo de bacterias autótrofas capaces de oxidar el amonio a nitrógeno gas sin necesidad de suministrar oxígeno (reduciendo el consumo energético) ni materia orgánica. Por lo tanto, la materia orgánica se puede valorizar en el AnMBR sin comprometer la calidad del efluente final en términos de concentración total de nitrógeno.

En la innovadora solución EDAR LZWW, el efluente obtenido en el AnMBR será tratado para eliminar nitrógeno en un reactor PN/AMX [Unidad aeróbica en un reactor SBR (Sequencing Batch Reactor) para realizar la Nitrficación Parcial (PN) + Unidad anóxica en SBR donde se llevará a cabo el proceso de ANAMMOX (AMX)]. En el sistema PN/AMX se elimina nitrógeno en ausencia de materia orgánica, por lo que esta tecnología es complementaria al AnMBR y reducirá el consumo de energía en un 60 % (disminuyendo 2,67 kWh/kg N eliminado en comparación con el proceso convencional de fangos activos) y la producción de lodos en casi el 100 %. PN/AMX permitirá la valorización de la materia orgánica, ya que no se requiere para la eliminación de nitrógeno (el proceso convencional de fangos activos requiere contenido orgánico para la desnitrificación heterotrófica) y hará que los procesos anaeróbicos sean aplicables en el contexto específico de <50.000 hab. eq., superando las barreras existentes del factor de escala.

PN/AMX fue desarrollado en el Proyecto JPI Waterworks PIONEER por AQUALIA y USC donde se operó un reactor PN/AMX de 0,6 m3 con resultados exitosos a escala demostrativa (TRL5). Se evaluó previamente una estrategia innovadora para operar el sistema PN/AMX de dos etapas, tanto a escala de laboratorio como demostrativa, tratando agua residual municipal a baja temperatura y el proceso de nitrificación se logró y mantuvo con éxito (Pedrouso et al., 2017).

c) Módulo de Recuperación de Nutrientes

Se implementará un Módulo de Extracción y Recuperación de Nutrientes que recibirá efluentes de AnMBR y PN/AMX y producirá P recuperado y efluentes para uso agrícola o ambiental.

d) Sistema Inteligente de Monitoreo y Control

Un Sistema Inteligente de Monitoreo y Control de Agua (SWMCS) administrará las operaciones y controlará la calidad de los efluentes en términos de contenido microbiológico y concentración de P y N dependiendo de las demandas existentes de los usuarios finales y las regulaciones de riego y descarga. Se espera que el efluente obtenido se ajuste a los estándares de la UE como agua de riego en áreas sensibles y no sensibles. Se integrará un sistema de medición totalmente automatizado que realizará mediciones microbiológicas en línea rápidas (15 min), producirá mediciones de contaminación microbiológica en tiempo real y garantizará la producción de agua “libre de patógenos”.

El sistema de gestión del agua desarrollado por AQUALIA en el proyecto H2020 RUN4LIFE se actualizará para desarrollar el SWMCS. VWMS integrará una herramienta de control de calidad del agua basada en dispositivos ColiMinder® (que se adaptará a las necesidades específicas de esta nueva aplicación) para mediciones microbiológicas rápidas en línea que nunca se ha introducido dentro de un sistema de control y monitoreo automatizado.

Tecnología

Estrategia de baja huella de carbono para la gestión de corrientes mixtas (FORSU + ARU) en EDAR Anaeróbicas

Huella de
carbono

Estrategia

Escenarios

Se desarrollará una estrategia para mejorar el suministro de flujos de residuos mixtos con alta carga orgánica en la EDAR Anaeróbica del LZWW, mientras se reduce el impacto de la gestión de FORSU.

Se basará en el uso de unidades de Trituradores de Residuos de Alimentos (TRA), que son pequeños trituradores que se instalan en la salida del fregadero de la cocina de hogares domésticos y restaurantes. La mayoría de los alimentos se reducen a pequeñas partículas y pasan por el desagüe de la cocina a la red pública de alcantarillado. TRA tiene el potencial de eliminar la fracción de los residuos alimentarios de cocina (Kitchen Food Waste - KFW) de los RSU evitando la mayoría de los problemas de recolección de FORSU por separado, al tiempo que proporciona una serie de beneficios adicionales:

  • La mayor carga orgánica de la mezcla KFW + Agua Residual contribuye a mayores rendimientos de biogás aumentando el rendimiento de la EDAR Anaeróbica.
  • Se puede evitar el transporte terrestre de KFW, reduciendo el balance de emisiones de CO2 relacionadas con el manejo de FORSU frente a la recolección y compostaje centralizados de FORSU.

La estrategia considerará varios escenarios, incluida la combinación y sinergias con sistemas preexistentes de recolección separada de FORSU a nivel municipal y/o establecimientos HoReCa con clasificación de KFW en la fuente donde el FORSU podría desecharse directamente en la EDAR anaeróbica, tratarse y mezclarse adecuadamente con agua residual, evitando así el transporte a plantas de RSU centralizadas generalmente ubicadas lejos de ciudades de tal tamaño. Esto aumentará la aplicación de la estrategia, ya que podría personalizarse según las características de cada ubicación particular de <50.000 hab. eq.

Las TRA se han utilizado durante más de 80 años en los EE. UU., donde su uso evolucionó hasta llegar a más del 94 % de todas las ciudades (Marashlian y El-Fadel, 2005). In-Sink-Erator ha estimado el número total de TRA en uso activo en 45 millones.

La preocupación por el aumento del consumo de energía y la generación de lodos en EDAR, como consecuencia del aumento de la carga orgánica, cuando las aguas residuales se tratan AERÓBICAMENTE, han limitado su uso en Europa y cuestionado su uso en EE. UU. De hecho, en el Reino Unido y Holanda, apenas el 5 por ciento de los hogares tienen TRA (Karlberg y Norin, 1999), mientras que en otras regiones de la UE no está permitido su uso.

El uso de TRA en localizaciones de <50.000 hab. eq. combinado con la solución EDAR ANAERÓBICA desarrollada por LZWW superará las restricciones establecidas para los sistemas aeróbicos y, con la debida conciencia, se actualizará la normativa y se adaptará a escenarios específicos, incrementando la adopción de esta estrategia de gestión sostenible de residuos.