Closing the loop: phosphorus recovery from sewage sludge by electrodialysis for sustainable resource management

Abstract

[ES] En la búsqueda de la sostenibilidad y la eficiencia de los recursos, los enfoques innovadores de la gestión de residuos y el uso de los recursos se han vuelto esenciales. Este proyecto se centra en los lodos de depuradora, un subproducto del tratamiento de aguas residuales que a menudo se infrautiliza e incluso se elimina de formas que pueden plantear problemas medioambientales. A medida que la sociedad avanza hacia un modelo de economía circular, la necesidad de encontrar aplicaciones alternativas de valor añadido para estos flujos de residuos es cada vez más urgente. Este proyecto, en la intersección de la gestión medioambiental y la innovación tecnológica, pertenece a un proyecto más amplio que pretende explorar la viabilidad de utilizar los lodos de depuradora como recurso secundario tanto para la extracción del fósforo como para la sustitución parcial de la arcilla en la producción de ladrillos.

Los métodos tradicionales de eliminación de lodos de depuradora, como el esparcimiento en campos o la incineración, presentan muchos retos. Las restricciones normativas sobre la eliminación de lodos que contienen contaminantes y las barreras logísticas, en zonas donde la incineración no es viable, subrayan la necesidad de enfoques alternativos. Además, la extracción de fósforo, un nutriente crítico, a partir de lodos de depuradora tiene el potencial de reducir la dependencia de prácticas mineras perjudiciales para el medioambiente. Sin embargo, la viabilidad de estos enfoques depende de la superación de los retos técnicos y operativos y, por lo tanto, requiere una amplia investigación y experimentación.

La solución propuesta se centra en la realización de experimentos para la recuperación de fósforo variando determinados parámetros. La electrodiálisis será la tecnología principal para la extracción del fósforo, centrándose en la optimización de parámetros del proceso como la corriente y el tiempo para mejorar las tasas de recuperación de fósforo. Todos los experimentos se llevarán a cabo utilizando una configuración de tres compartimentos con membranas de intercambio iónico. Además, se utilizarán técnicas avanzadas de caracterización para determinar la composición química de los lodos antes y después de la extracción.

Mediante esta investigación experimental, el proyecto pretende dar los primeros pasos para comprender cómo la variación de ciertos parámetros afecta la extracción del fósforo, así como las diferencias entre los lodos de depuradora utilizados en los experimentos. En última instancia, esta investigación pretende contribuir a las prácticas sostenibles de gestión de residuos y al desarrollo de soluciones innovadoras para la recuperación de recursos, en línea con los objetivos más amplios de la economía circular.

[EN] This thesis investigates the feasibility of using electrodialysis (ED) for phosphorus re covery from sewage sludge, addressing the critical need for sustainable phosphorus management. Phosphorus, essential for agriculture, is becoming increasingly scarce, needing innovative recovery methods. The study evaluates the impact of ED parame ters on sewage sludge from two wastewater treatment plants in Copenhagen. ED treatments were conducted at 10mA for 1, 2, 3, 4 and 5 days for both Avedøre and Lynetten sludges. Additionally, four treatments were performed at 50mA for 2 and 4 days for both sludges. Experimental results indicate that longer ED treatments enhance phosphorus recovery, with significant differences observed between sludge types. For a 4­day treatment at 10mA, Avedøre sludge achieved a 40% extraction rate, while Lynetten sludge reached 23%. Increasing the current to 50mA for the same dura tion substantially improved extraction rates to around 70% for both sludges. However, higher current settings also introduced stability challenges, particularly with Avedøre sludge. The findings underscore the importance of optimizing ED process parameters to maxi mize phosphorus recovery efficiency while maintaining system stability. This research provides valuable insights into enhancing the sustainability of wastewater treatment plants through innovative phosphorus recovery techniques.