Nuevas tecnologías en el control de contaminantes emergentes: … · 2016. 11. 21. · 10 de...

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

2

Sumario

FCC Aqualia

1. Proyecto JPI MOTREM

2. Microalgas (Proyecto FP7 ALL-GAS)

3. Anammox (Proyecto ELAN®)

3

Proyecto MOTREM

PROCESOS INTEGRADOS PARA LA MONITORIZACIÓNY TRATAMIENTO DE CONTAMINANTES EMERGENTESPARA REUTILIZACIÓN DE AGUA

FCC Aqualia

FCC Aqualia 4

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

Servicios Ciudadanos

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


FCC Aqualia 6

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


FCC Aqualia 7

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


FCC Aqualia 8

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


FCC Aqualia 9

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)


FCC Aqualia 10

Influencia de la filtración de las muestras


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


FCC Aqualia 11

Fluctuaciones diarias: Correlación con parámetros convencionales?


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

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-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

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0

2

4

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3-5

9-1

1

13

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21

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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


FCC Aqualia 12

Fluctuaciones diarias: Importancia del tiempo de retenciónhidráulica (HRT)



FCC Aqualia 13

Evaluación de diferentes sistemas de tratamiento


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


FCC Aqualia 14


GAC-GAC


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


FCC Aqualia 15


Ozonización


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


Eliminación de compuestos farmacéuticos mediante microalgas

Nuevas tecnologías de tratamiento

FCC Aqualia 18

EntradaEDAR

TRATAMIENTOCONVENCIONAL

HRAP+DAF


Eliminación de compuestos farmacéuticos mediante microalgas

Nuevas tecnologías de tratamiento

FCC Aqualia 19

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

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Anammox

PROYECTO ELAN®


FCC Aqualia 21

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)



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



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



FCC Aqualia 26

Influencia de la nitrificación Influencia de la actividad anammox

Erythromycin

Influencia del tiempo de retención hidráulico Influencia del diámetro del gránulo


Conclusiones

FCC Aqualia 27

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

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