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10 de noviembre 2016
Nuevas tecnologías en el control decontaminantes emergentes: algas,
anammox y otras experiencias
Dpto. Innovación y Tecnologíade FCC Aqualia
Eva Martínez Díaz ([email protected])Jefe de Área de Servicios Inteligentes
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Sumario
FCC Aqualia
1. Proyecto JPI MOTREM
2. Microalgas (Proyecto FP7 ALL-GAS)
3. Anammox (Proyecto ELAN®)
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Proyecto MOTREM
PROCESOS INTEGRADOS PARA LA MONITORIZACIÓNY TRATAMIENTO DE CONTAMINANTES EMERGENTESPARA REUTILIZACIÓN DE AGUA
FCC Aqualia
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MOTREM: Monitoring and Treatment of Emerging Contaminants
MOTREM Project
(www.motrem.eu)Integrated Processes for Monitoring andTreatment of Emerging Contaminants forWater Reuse
FCC Aqualia, S.A.
BrukerEspañola, S.A.
UniversidadRey Juan Carlos
UniversitätStuttgart
Universityof Helsinki
Universitádi Torino
Universities
Coord.
Madrid
Torino
Stuttgart
Helsinki
Jan 2015-Jan2018
Water utility
Analyticalinstrumentati
on
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FCC Aqualia 5
a) Desarrollo de nuevas estrategias de monitorización del proceso de las EDAR en cuanto a la eliminaciónde contaminantes emergentes, incluyendo procedimientos analíticos y evaluación de la ecotoxicología
b) Desarrollo de nuevos procesos de tratamiento o modificaciones de los actuales para la eliminación decontaminantes emergentes en EDAR mediante procesos avanzados de oxidación y biooxidación
Objetivos generales
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Procesos Avanzados de Biooxidación (PABO)- Cultivos biológicos alternativos capaces de degradar lignina y una gran variedad de xenobióticos
- Basado en la incubación de hongos de podredumbre blanca (HPB) con quinonas derivadas de lignina e ionesférricos quelados
Q QH2
WRFQ•-
laccase/
peroxidase
hidroquinone semiquinone radicals
Q•- + Fe3+ Q + Fe2+ Fe2+ + O2 Fe3+ + O2•-
O2•- + O2
•-+ 2H+ O2 + H2O2 Fe2+ + H2O2 Fe3+ + HO• + HO-Fenton’sreaction
Cepas:
- Trametes versicolor
- Ganoderma lucidum
Nuevos procesos de tratamiento estudiados
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Procesos Avanzados de Biooxidación (PABO)
Units 1 (5 discs each)
Total volume 24.5 L
Disc diameter 30 cm
Disc area 1.42 m2
Disc submerged 40% (10 L)
Rotation speed 20 rpm
HRT 1-2 days
Temperature 26±2oC
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
DCF SPD RNT CZP 4-AAA ATN PGT SMX CFN
Elim
inac
ión
(%)
Contaminantes
HRT, 2 days HRT, 1day
Límite detecciónLímite detección
Resultados destacables con sólo 1 día de tiempo de retención Reducción de C-TOC ≈ 80% Reducción de N-NH4
+ ≈ 90-95% Eliminación significativa de sustancias con poca eliminación en EDAR convencionales: CZP (35%), SMX (85%) and
DCF (30%)
Eficiencia de trametes versicolor para la eliminación de microcontaminantes mediante biodiscos (RBC) en continuo
Procesos de Bioxidación
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Nuevos fotocatalizadores
Analizando las cinéticas, esevidente la mayor eficienciafotocatalítica mostrada conluz visible para el caso deCe1Cl.
Agua MilliQ Agua real
Se evaluó la actividad fotocatalítica de los nuevos materiales basados en ZnO, así como del TiO2 P25 comercial. Seaplicó luz solar y luz visible en agua ultrapura y agua real. Compuesto objetivo: Acesulfamo k (edulcorante artificial)
Se sintetizaron ZnO y Ce-ZnO a partir de acetato de Zn y Ce(SO4)2 o CeCl3 al 0,5% (Ce05S) (Ce05Cl) yal 1% (Ce1S) (Ce1Cl) mediante procesos hidrotérmicos.
Preparación de ZnO y ZnO dopado con Ce
Síntesis
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Influencia de la filtración de las muestras
Estrategias de monitorización
La eficiencia de un proceso respecto a la eliminación de microcontaminantes, ¿hay que evaluarla con muestrasfiltradas o sin filtrar? ¿Puede la preparación de la muestra afectar al resultado?
Valores promedio de fase de distribución (PD%) de microcontaminantes en influente y efluentede muestras de una EDAR urbana en España
• Dependiendo de las propiedades fisicoquímicas, los microcontaminantes mostraron diferentedistribución de fases (PD)
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Influencia de la filtración de las muestras
Estrategias de monitorización
La eficiencia de un proceso respecto a la eliminación de microcontaminantes, ¿hay que evaluarla con muestrasfiltradas o sin filtrar? ¿Puede la preparación de la muestra afectar al resultado?
Correlación de diferencias en % fase acuosa (efluente-influente) y diferencia en eliminación promediode microcontaminantes con muestras no filtradas (NF) y filtradas (F) en un EDAR urbana en Alemania
• Las fases de distribución de los contaminantes más lipofílicos difieren significativamente entre las muestras deentrada y salida de la EDAR, lo cual puede atribuirse a las diferencias en el contenido en sólidos
• Para evaluar un amplio rango de microcontaminantes de forma precisa es esencial su determinación enmuestras no filtradas
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Fluctuaciones diarias: Correlación con parámetros convencionales?
Estrategias de monitorización
0
10
20
30
40
50
60
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
7-9
11
-13
15
-17
19
-21
23
-01
3-5
9-1
1
13
-15
17
-19
21
-23
1-3
5-7
INFLUENT EFFLUENT D1
SAC
(m-1
)
Ci
(μg/
L)
Time (h)
metoprolol, in metoprolol, eff SAC, in SAC, eff
Perfiles de concentración del influente y effluente para metoprolol y 1H-benzotriazole y el parámetro convencional SAC (EDAR en Alemania)
0
10
20
30
40
50
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0
2
4
6
8
10
12
7-9
11
-13
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23
-01
3-5
9-1
1
13
-15
17
-19
21
-23
1-3
5-7
INFLUENT EFFLUENT D1
SAC
(m-1
)
Ci
(μg/
L)
Time (h)
1H-BTZ, in 1H-BTZ, eff SAC, in SAC, eff
• Los microcontaminantes muestran fluctuaciones diarias en la concentración del influente
• Estas fluctuaciones se evaluaron correlacionándolas con parámetros convencionales
• Parámetros online como el SAC (Spectral adsorption coefficient at 254 nm) describen el comportamiento de losmicrocontaminantes solo parcialmente
• El metoprolol mostró una mayor correlación con el parámetro SAC que el 1H-benzotriazole
• El HRT debe tenerse en cuenta a la hora de tomar las muestras
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Fluctuaciones diarias: Importancia del tiempo de retenciónhidráulica (HRT)
Estrategias de monitorización
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Evaluación de diferentes sistemas de tratamiento
Estrategias de monitorización
Filtros de carbón activado granular (GAC) en serie (escala laboratorio)
EBCT: 14 min (7 min:GAC1 + 7 min:GAC2), flujo descendente
Efluente secundario
Duración: 170 d, Volumen: 34.430 BV
Localización: LFKW EDAR urbana (Stuttgart)
GAC-GAC
Ozonización
Pequeña escala, discontinuo
Efluente secundario
HRT: 25 min
Concentración O3: 1,7 mg/L / 3,1 mg/L
mg O3/mg DOC: 0,.22 / 0,41
Localización: LFKW EDAR urbana (Stuttgart)
OzonoLa eficiencia de eliminación de losmicrocontaminantes depende delproceso empleado.Cada proceso de tratamientodebería ser monitorizado en base acontaminantes con eliminación baja-moderada
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Evaluación de diferentes sistemas de tratamiento
GAC-GAC
Estrategias de monitorización
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
1H
-BTA
4H
-5H
BTA CB
Z
DEE
T
HH
CB
HH
CB
–O
H
LDC
MTL
OTN
E
TCP
P
TCS
NP
X
DC
F
SFX
GB
P
AH
TN
TCEP
MEC IBU
Thro
ugh
pu
tV
olu
me
(BV
)
GAC-GAC in series, Thr. Volume at 80% MP removal
1H-BTA4H-
5HBTACBZ DEET HHCB
HHCB–OH
LDC MTL OTNE TCPP TCS NPX DCF SFX GBP AHTN TCEP MEC IBU
CUR(g/L)
<0,03 <0,03 <0,03 <0,03 <0,03 <0,03 <0,03 <0,03 <0,03 0,04 0,05 0,05 0,07 0,08 0,14 0,15 0,33 4,8 27,3
• Eficiencia de adsorción en GAC depende de cada sustancia Propiedades fisicoquímicas de los contaminantesdeterminan su afinidad por el carbón activado
Alta eficiencia de eliminación no elegir como indicadores de monitorización del proceso GAC
Buenos indicadores paramonitorización del proceso GAC
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Evaluación de diferentes sistemas de tratamiento
Ozonización
Estrategias de monitorización
0102030405060708090
100
DC
F
MEC IBU
OTN
E
VFX
TRM
CB
Z
SFX
DEE
T
LDC
NP
X
AH
TN TCS
HH
CB
4H
-…
MTL
1H
-BTA
TCEP
GB
P
HH
CB
…
TCP
P
Elim
inat
ion
(%)
HRT: 25 min, O3: 3.1 mg/L
Indicadores para monitorizar el proceso
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 15 30 45 60 90 120 180 290
Ce
/Co
HRT (min)
SFX, 1.7 mg/L O3 SFX, 3.1 mg/L O3
0,41 mg O3: mg OC + HRT: 25 min
% Eliminación parámetros convencionalesDQO: 21,6 %TOC: 12,8 %DOC : 10,5%
• La eliminación de microcontaminantes aumentó condosis de O3 mayores, aunque este incremento dependede las propiedades del contaminante.
• La eliminación de microcontaminantes aumentó tiemposde contacto mayores (tras 60 min la eliminación adicionalno es tan significativa)
16FCC Aqualia
Microalgas
PROYECTO ALL-GAS
Water reuse
Biomethane
SIMBIOSIS ALGAE AND BACTERIA
Biofertilizers
Microalgae
DQO
O2
Bacteria
CO2
N,P, C
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Eliminación de compuestos farmacéuticos mediante microalgas
Nuevas tecnologías de tratamiento
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EntradaEDAR
TRATAMIENTOCONVENCIONAL
HRAP+DAF
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Eliminación de compuestos farmacéuticos mediante microalgas
Nuevas tecnologías de tratamiento
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Convencional
Concentración promedio de fármacos (Top 10) a la salida
ConventionalEffluentInfluentEliminación de fármacos
con baja eficiencia
Removal of emerging pollutants in conventional and non conventional urban wastewater treatment plants deElena Villar Navarro
20FCC Aqualia
Anammox
PROYECTO ELAN®
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ELAN® “ELiminación Autótrofa de Nitrógeno”
Se utiliza biomasa granular para permitir la coexistencia en una única unidad de los dos tipos depoblaciones microbianas implicadas en el proceso: bacterias oxidantes de amonio que llevan acabo la nitrificación parcial y bacterias anammox que combinan amonio y nitrito para eliminarloen forma de nitrógeno gas
En el proceso ELAN® la oxidación de amonio a nitrito y la oxidación anóxica de amonio ocurren a lavez en el mismo reactor (nitritación/anammox simultánea)
Eliminación de PPCPs del sobrenadante de lodos digeridosmediante el sistema ELAN®
Patente ELAN®
Objetivo de la línea de fangos:
- Estabilización y reducción de lodos
- Mejora del balance energético de la EDAR
Biogás70% CH4
30%CO2
Motor
35 % Electricidad
50 % Calor
15 % Pérdidas
EDAR Guillarei (Tui, Pontevedra)
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Eliminación de PPCPs del sobrenadante de lodos digeridosmediante el sistema ELAN®
FCC Aqualia 24
19 compuestos estudiados
Fragancias
galaxolide (HHCB)
tonalide (AHTN)
celestolide (ADBI)
Antibióticos
sulfamethoxazole (SMX)
trimethropim (TMP)
erythromycin (ERY)
roxithromycin (ROX)
Hormonas
estradiol (E2)
estrone (E1)
ethinylestradiol (EE2)
Antiinflamatorios
ibuprofen (IBP)
naproxen (NPX)
diclofenac (DCF)
Antidepresivosfluoxetine (FLX)
citalopram (CTL)
Antiepiléptico carbamazepine (CBZ)
Tranquilizante diazepam (DZP)
Antibacteriano Triclosan (TCS)
Fabricación de plásticos bisphenol A (BSF)
200 días de operaciónReactor: 200 L
Eficiencia de eliminación
T. Alvarino a, S. Suarez a, E. Katsou b, J. Vazquez-Padinc, J.M. Lema a, F. Omil, 2015
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Eliminación de PPCPs del sobrenadante de lodos digeridosmediante el sistema ELAN®
FCC Aqualia 25
Eliminación de PPCPs
Hormonas, NPX, IBP, BSF y ADBI: > 80% eliminación FLX, DCF, CBZ and DZP: < 40% eliminación
La biodegradación fue el mecanismo predominante en todos los casos
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Eliminación de PPCPs del sobrenadante de lodos digeridosmediante el sistema ELAN®
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Influencia de la nitrificación Influencia de la actividad anammox
Erythromycin
Influencia del tiempo de retención hidráulico Influencia del diámetro del gránulo
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Conclusiones
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Continuar con la investigación en escala real es necesario.
Algunos parámetros a tener en cuenta para seleccionar el tratamiento aseguir:• Optimización del coste beneficio ( energía, reactivos…)• Eliminación de subproductos de degradacion• Adaptabilidad/ Implantación en las plantas de tratamiento existentes• Escala del proceso• Espectro de acción• Identificar los sistemas de monitorización adecuados
Dpto. Innovación y Tecnologíade FCC Aqualia