Estudio de alternativas para la mejora y la recuperación de fósforo en la EDAR del Prat.

Abstract

[ES] El gran crecimiento demográfico, el desarrollo industrial y el uso abusivo de fertilizantes, son los autores principales del detrimento de la calidad de las aguas. A través de la descarga de vertidos (puntuales o continuados) con altas concentraciones de materia orgánica y nutrientes, se produce un desequilibrio en las dinámicas de crecimiento poblacional de las diferentes formas de vida presentes en los ecosistemas acuáticos. Una alta presencia de nutrientes, principalmente nitrógeno y fósforo, provocan la proliferación y posterior acumulación de productores primarios (algas perifíticas, macrófitas y cianobacterias), cuyo desarrollo está unido y limitado por la abundancia de dichos nutrientes. A este fenómeno se le conoce como eutrofización y comienza por una fuerte proliferación de biomasa algal que dificulta la entrada de luz desde la superficie del agua. Al morir, esta aporta una gran cantidad de materia orgánica. Durante el proceso de degradación de la materia orgánica se consumen grandes cantidades de oxígeno, causando finalmente una fuerte desoxigenación del medio, lo que afecta gravemente al ecosistema acuático.

Por otra parte, el fósforo es un elemento finito, irremplazable e indispensable, principalmente para la producción de fertilizantes en la industria agroalimentaria. Sin embargo, con el desenfrenado ritmo actual de extracción de este elemento, los investigadores prevén su agotamiento entre los próximos 50-100 años.

La estación de tratamiento de aguas residuales (EDAR) del Prat trata actualmente un caudal cercano a los 260000 m3/día. Con una concentración promedio 7.2 mg P/l en el influente, aproximadamente 700 toneladas de fósforo pasan por la EDAR del Prat al año.

De esta manera y de acuerdo con la filosofía de economía circular, se ha examinado el funcionamiento de la EDAR del Prat con un doble objetivo, mejorar la calidad del vertido final y recuperar el fósforo presente en el agua de entrada.

El estudio de las modificaciones se ha realizado mediante la herramienta informática de simulación de estaciones depuradoras denominada DESASS.

En las dos alternativas planteadas, la primera para la mejora de la calidad del efluente y la segunda para la recuperación de fósforo, se cumple con los criterios de calidad exigidos por la Directiva Europea 91/271/CEE. La primera alternativa cumple adicionalmente con los criterios de calidad establecidos para zonas sensibles (NT<10mgN/l y PT<1mgP/l), que, aunque no son aplicables actualmente a esta planta, se traduciría en una reducción del impacto ambiental causado por el vertido. Los resultados de la segunda alternativa demuestran que aproximadamente un tercio del fósforo total que entra en la planta podría ser recuperado mediante el sistema de elutriación mixta de fangos y posterior cristalización del mismo en forma de estruvita. Por último, se calculan los costes de inversión y explotación que supone la implantación de cada alternativa y se estudia su viabilidad técnica y económica.

[EN] Unprecedented demographic expansion, industrial development and the greed behind the unregulated use of fertilizer to maximise harvest are undoubtedly the main culprits behind the poor quality of lay water. Through poor waste management and escape of discharges (punctual or continuous) which includes high concentrations of organic matter and nutrients, an imbalance occurs resulting in a shift in the dynamics of population growth of the different forms of life present in the aquatic ecosystems. A high presence of nutrients, mainly nitrogen and phosphorus, cause the proliferation and subsequent accumulation of primary producers. These are (periphytic algae, macrophytes and cyanobacteria), whose development is linked and limited by the excess and hence the abundance of these nutrients. This phenomenon is known as eutrophication and begins with a strong proliferation of algal biomass that makes it difficult for light to penetrate from the surface of the water. When it dies, it contributes to a large amount of organic matter. During the degradation process of organic matter, large amounts of oxygen are consumed, finally causing strong deoxygenation of the environment, which seriously affects the aquatic ecosystem.

An interesting point being phosphorus is a finite, irreplaceable and an indispensable element, mainly for the production of fertilizers in the agri-food industry. However, with the current rampant rate of extraction of this element, researchers predict its depletion within the next 50-100 years.

El Prat wastewater treatment station (WWTP) currently treats a flow close to 260,000 m3/day. With an average concentration of 7.2 mgP/l in the influent, approximately 700 tons of phosphorus pass through the WWTP of El Prat per year. This goes unharvested.

So in keeping with the philosophy of circular economy, the operation of the WWTP of El Prat has been examined with a double objective, to improve the quality of the final discharge and to recover the phosphorus present in the inlet water.

A study of the modifications has been carried out using a computer simulation tool for treatment plants called DESASS.

In the two alternatives proposed, the first for the improvement of the effluent quality and the second for the recovery of phosphorus, the quality criteria required by the European Directive 91/271/EEC is met. The first alternative also meets the quality criteria established for sensitive areas (NT<10mgN/l y PT<1mgP/l), which, although not currently applicable to this plant, would translate into a significant reduction in the environmental impact caused by any spill. The results of the second alternative show that approximately one-third of the total phosphorus that enters the plant could be extracted through the mixed elutriation system of sludge and subsequent crystallization of it in the form of struvite. Finally, the investment and operating costs involved in the implementation of each alternative are calculated and their technical and economic viability are studied.