"Ejemplos de economía circular en

tratamiento de aguas: recuperación de

AGV y nutrientes "

Octubre 2017

• Agua y Salud

• Tecnologías de la Información y

comunicación (TIC)

Especialización

• Materiales y fabricación

• Transporte y energía

Datos relevantes www.ceit.es

• 223

• 110

• 15,9 M€

Ubicación

2 centros en Donostia-San Sebastian,

Parque C.-Tecnológico e Ibaeta

Paquete de Economía Circular (UE, dic 2015)Acciones y propuestas legislativas:Cifras objetivo 2030

Plan de Acción de Economía CircularPropuestas legislativas para alcanzar Objetivosde Desarrollo de Naciones Unidas. Objetivo nº12: consumo y producción sostenibles

• Facilitar reutilización segura del agua tratada

• Sectores prioritarios: bio-productos

Contexto: Economía Circular

“An economic model based inter alia on sharing, leasing,reuse, repair, refurbishment & recycling, in an (almost)closed loop, which aims to retain the highest utility andvalue of products, components and materials at all times”

Contexto: Economía Circular

OPORTUNIDADES

Mejor abastecimiento

materias primas (MP)

Aumento de competitividad

Innovación

Empleo

Crecimiento

Reducción impacto ambiental

Modelos de negocio – SIMBIOSIS INDUSTRIAL

Digestión anaerobia - Biorefinería

DIGESTIÓN ANAEROBIA BIOREFINERÍA

Digestión anaerobia - Biorefinería

DIGESTIÓN ANAEROBIA

o Tecnología madura

o Explotación BIOGÁS

o Legislación energética

BIOREFINERÍA

o Producción AGV

o Fase experimental

o Aplicación

(AGV puros & mezcla)

Acético

PropiónicoButírico Valérico

Mercado y aplicaciones AGV

Química• “Building blocks” • Electricidad

(celdas electroquímicas)

EDAR• Fuente de C

eliminación biológica nutrientes

Biomateriales• Producción

bioplásticos (tipo PHA)

Alimentación animal

• Efecto antimicrobiano

Combustibles

AP

LIC

AC

ION

ES

Zacharof and Lovitt (2013)

Química

EDAR

Biomateriales

Alimentación animal

Combustibles

Riego Recarga acuíferosAcuiculturaRefrigeración

Vertido

Recuperación de recursos – contexto EDAR

Bio-productos

(biofertilizantes,

bioplásticos, AGV)

Nutrientes

(NH4MgPO4·6H2O)

Nutrientes

Bio-productos

Antecedentes Ceit

Piloto pre-industrial

Laboratorio

Prototipo

Control

PilotoModelado

Proyectos I+D: • Programas LIFE, FP7• Programa Hazitek• Convocatoria CDTI• Bilaterales

Investigación en digestión anaerobia:• Aguas residuales, lodos, residuos

• Ámbito: urbano + industrial

• Procesos de co-digestión

• Digestión anaerobia seca

• Tecnología BRM

• Modelado & control

EXPERIMENTACIÓN

MODELADO

CONTROL

Objetivos: • Desarrollar un prototipo industrial de medida de AGV

para su monitorización en tiempo real en plantas de digestión anaerobia

• Diseñar estrategias de control avanzado para optimizar el funcionamiento de plantas de digestión anaerobia con diferentes objetivos: maximizar la producción de biogás y de AGV

Tecnologías aplicadas: • Sensor óptico para medición de AGV• Reactor piloto anaerobio UASB• Implementación en escala real (dos etapas)

OPTIVFA: Novel monitoring and process control

system for efficient production of VFA and biogas

in anaerobic digesters

Antecedentes Ceit

Ceit: recuperación de AGV

Escala laboratorio Planta piloto (80 L)

Efluentes & Residuos

• Test potencial acidogénico

• pH: ácido & básico

• T: 35˚C y 55˚C

• Ensayos batch

• Mono fermentación

• Co-fermentación

Metodología

PapeleraCárnica

VitivinícolaBiodiesel

Agu

as

Ind

ust

rial

es Lodo lácteoHarinas cárnicas

Lodo urbanoFORSU

Lod

os

y re

sid

uo

s

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

pH

5.5

pH

10

pH

5.5

pH

10

pH

5.5

pH

10

pH

5.5

pH

10

pH

5.5

pH

10

pH

5.5

pH

10

HVal

Iso-Val

HBut

Iso-But

HPr

HAc

OFMSW MBM WASOFMSW MBM WASOFMSW MBM SS

AG

V (

mg

DQ

O L

-1)

35 ˚C 55 ˚C 35 ˚C 55 ˚C 35 ˚C 55 ˚C

Ceit: recuperación de AGV

Experimentación: escala laboratorio

FORSU Harinas Lodo EDAR

Lodos y residuosAguas residuales

Papelera Biodiesel VitivinícolaCárnicas

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

HVal

Iso-Val

HBut

Iso-But

HPr

HAc

Sww Pww CG Www

AG

V (

mg

DQ

O L

-1)

35 ˚C 55 ˚C 35 ˚C 55 ˚C 35 ˚C 55 ˚C 35 ˚C 55 ˚C

Papelera

Cárnica

Vitivinícola

Lodo EDAR

FORSU

Harinas

Biodiesel

Gra

do

de

acid

ific

ació

n (

%)

COC

Ceit: recuperación de AGV

Papelera

Cárnica

Biodiesel

Vitivinícola

Lodo EDAR

FORSU

Harinas

Rendimiento acidogénico

GA (%) = DQOAGV/DQOsFinal · 100

mg AGV/gDQOInicio

Ceit: recuperación de AGV

Experimentación: escala piloto

AGVInicio AGVFinal Solubilización DQOAGV/DQOsFinal

Test Residuo pH ˚C g DQOeq/L g DQOeq/L % %

1 Lodo EDAR 10 55 1,08 11,9 43 56

2 Lodo EDAR 9 55 2,22 11,1 47 57

3 Lodo EDAR 9 55 7,51 14,1 17 61

4 ARV (vitivinícola) 5,5 55 1,51 11,2 0 52

5 ARV + lodo EDAR 9 55 2,10 19,2 25 75

6 MBM 5,5 35 1,28 41,6 19 37

Ceit: recuperación de AGV

Pasos a futuro

Desarrollo prototipo propio

• Producción de AGV en modo continuo

• Sistema de control de pH on-line

Otras tecnologías de fermentación

Nuevos productos de fermentación

Ceit: recuperación de nutrientes

Experimentación Modelado CFD

Modelado PBM

• Pruebas laboratorio (pH, agitación)

• Planta piloto (100 L)

• Dos tamaños de partícula

• Simulación planta piloto

Precipitación de

estruvita

MgNH4PO3·6H2O

Pequeño Grande

Ceit: recuperación de nutrientes

Precipitación de estruvita

MgNH4PO3·6H2O

• Experimentos a pequeña escala demuestran que la precipitación depende de: pH, sobresaturación, temperatura, agitación, presencia de otros iones.

• Para influentes con mayor presencia de Calcio la cristalización varía:

• La presencia de Ca2+ y los pH altos inhiben la precipitación de estruvita

0

5000

10000

15000

20000

25000

pH=7 pH=8 pH=9 pH=10 pH=11 pH=12

Mas

a (g

/d)

0,25 Ca:Mg

Estruvita Mg3(PO4)2. ACP

0

5000

10000

15000

20000

25000

pH=7 pH=8 pH=9 pH=10 pH=11 pH=12

Mas

a (g

/d)

1 Ca:Mg

Estruvita Mg3(PO4)2 ACP

Máximo

(fosfato de Ca)

• Didier Bourguignon, “Closing the loop, New circular economy package”, EPRS (European Parliamentary

Research Service), 2016, retrieved from:

http://www.europarl.europa.eu/RegData/etudes/BRIE/2016/573899/EPRS_BRI(2016)573899_EN.pdf

• M.-P. Zacharof, R. W. Lovitt, “Complex Effluent Streams as a Potential Source of Volatile Fatty Acids” Waste

and Biomass Valorization, vol 4, pp. 557-581, February 2013.

• J. Garcia-Aguirre, E. Aymerich, J. González-Mtnez. de Goñi, M. Esteban-Gutiérrez. “Selective VFA production

potential from organic waste streams: Assessing temperature and pH influence” Bioresource Technology,

vol 244, pp. 1081-1088, November 2017.

• J. Garcia-Aguirre, E. Aymerich, J. González-Mtnez. de Goñi, M. Esteban-Gutiérrez, “From sewage sludge to VFA:

scaling-up the process and comparison with other organic waste streams” IWA Specialist Conference On

Sludge Management SludgeTech, London, 9th-13th July, 2017.

• Elduayen-Echave, B., Ochoa de Eribe, A., Lizarralde, I., Sánchez-Larraona, G., Ayesa, E. and Grau P. (2017).

“Sensitivity Analysis and Calibration with Bayesian Inference of a Mass-based Discretized Population Balance

Model for Struvite Precipitation” Frontiers International Conference on Wastewater Treatment, FICWTM2017.

Bibliografía