Utilización de residuos vegetales para la eliminación de fósforo en aguas residuales mediante procesos de adsorción

Abstract

[ES] La presente tesis doctoral tiene como objetivo la utilidad de restos vegetales de origen agrícola y no agrícola para la eliminación de fósforo de las aguas residuales, y con ello reducir la eutroficación del lago de l'Albufera de Valencia, en el este de España. Bajo el concepto de Economía Circular, la cual se basa en reducir la entrada de materiales y la generación de desechos en sistemas productivos, los restos vegetales son utilizados para la producción de energía renovable en plantas de biomasa, una vez incinerados en estas plantas los restos vegetales pasan a ser un residuo, la ceniza.

Se han estudiado las cenizas de materiales vegetales agrícolas como es la paja de arroz y los restos de podas de vegetación invasora como es el carrizo, ambos procedentes del Parque Natural de l'Albulfera de Valencia. Además, se han utilizado cenizas de una planta de biomasa de la comarca del Rincón de Ademuz, en el interior de la provincia de Valencia, alimentada con restos vegetales agrícolas como son la paja de trigo, paja de cebada y madera de plantaciones de paulonia cultivadas para la producción de bioenergía.

Para poder reducir la concentración de fósforo del agua, se ha seleccionado el proceso que hoy en día más posibilidades tiene de ser un sistema de bajo coste y alta eficiencia como es la adsorción. Mediante las isotermas de adsorción de Langmuir, Freundlich y Tempkin se han determinado las capacidades de adsorción de fósforo, llegando a una reducción de fosforo de hasta casi del 99%, siendo la isoterma de Langmuir la que mejor ajuste posee al proceso de adsorción de fósforo.

Por último, el residuo producido en el proceso de depuración, que es la ceniza con alta concentración de fosforo, puede ser utilizada para la fertilización de campos agrícolas.

[CAT] La present tesi doctoral té com a objectiu la utilitat de restes vegetals d'origen agrícola i no agrícola per a l'eliminació de fòsfor de les aigües residuals, i amb això reduir l'eutrofització del llac de l'Albufera de València, en l'est d'Espanya. Sota el concepte d'Economia Circular, la qual es basa a reduir l'entrada de materials i la generació de deixalles en sistemes productius, les restes vegetals són utilitzats per a la producció d'energia renovable en plantes de biomassa, una vegada incinerats en aquestes plantes les restes vegetals passen a ser un residu, la cendra.

S'han estudiat les cendres de materials vegetals agrícoles com és la palla d'arròs i les restes de podes de vegetació invasora com és el canyís, tots dos procedents del Parc Natural de l'Albulfera de València. A més, s'han utilitzat cendres d'una planta de biomassa de la comarca del Racó d'Ademús, a l'interior de la província de València, alimentada amb restes vegetals agrícoles com són la palla de blat, palla d'ordi i fusta de plantacions de paulonia cultivades per a la producció de bioenergia.

Per a poder reduir la concentració de fòsfor de l'aigua, s'ha seleccionat el procés que hui dia més possibilitats té de ser un sistema de baix cost i alta eficiència com és l'adsorció. Mitjançant les isotermes d'adsorció de Langmuir, Freundlich i Tempkin s'han determinat les capacitats d'adsorció de fòsfor, arribant a una reducció de fòsfor de fins a quasi del 99%, sent la isoterma de Langmuir la que millor ajust posseeix al procés d'adsorció de fòsfor.

Finalment, el residu produït en el procés de depuració, que és la cendra amb alta concentració de fòsfor, pot ser utilitzada per a la fertilització de camps agrícoles.

[EN] The objective of this doctoral thesis is the use of vegetable remains of agricultural and non-agricultural origin for the elimination of phosphorus from wastewater, and thereby reduce the eutrophication of the lagoon of l'Albufera de Valencia, in eastern Spain. Under the concept of Circular Economy, which is based on reducing the entry of materials and the generation of waste in production systems, plant remains are used for the production of renewable energy in biomass plants, once the remains are incinerated in these plants. Vegetables become a residue, the ash.

The ashes of agricultural plant materials such as rice straw and the remnants of pruning of invasive vegetation such as reed have been studied, both from the Natural Park of l'Albulfera de Valencia. In addition, ashes from a biomass plant from the Rincón de Ademuz region, in the interior of the province of Valencia, have been used, fed with agricultural plant remains such as wheat straw, barley straw and wood from cultivated paulownia plantations for the bioenergy production.

In order to reduce the phosphorus concentration of the water, the process that today has the most possibilities of being a low-cost and high-efficiency system, such as adsorption, has been selected. By means of the adsorption isotherms of Langmuir, Freundlich and Tempkin, the phosphorus adsorption capacities have been determined, reaching a reduction of phosphorus of up to almost 99%, being the Langmuir isotherm the one that best fits the phosphorus adsorption process.

Finally, the residue produced in the purification process, which is ash with a high concentration of phosphorus, can be used for the fertilization of agricultural fields.