Estudio de alternativas para la eliminación de fósforo en la EDAR de Crispijana

Abstract

[EN] The big industrial and technological development occurred during the past years has caused an increase in eutrophication problems. Before nineties, the main objective of the Wastewater Treatment Plants was the organic matter reduction, and the pathogenic organisms in sewage and suspended solids reduction. Later the negative effects from the nutrients presence were discovered. Those consisted basically on nitrogen and phosphorus in the natural environment. Nowadays wastewater treatment plants are being designed to achieve effluent nitrogen and phosphorus concentrations that are not harmful to the environment. For that reason many WasteWater Treatment Plants (WWTP) have been modified in order to achieve higher yields in nitrogen and phosphorus removal. This job examines the current situation of the Crispijana WWTP , located on Vitoria-Gasteiz (west-Alava), analyzing the flows and the characteristics of the influent wastewater in order to modify and optimize the existing treatment system. To improve the wastewater plant performance, phosphorus removal by physical - chemical processes or biological processes has been considered. The biological phosphorus removal produces a sludge with high concentrations of phosphorus, magnesium and ammonium, which favors the subsequent recovery thereof by a crystallization process in the form of struvite. This recovery helps prevent foreseeable shortage as finite element in nature, giving a resulting product that can be used as fertiliser. The study of the required modifications of the treatment system has been carried out using the computer simulation tool DESASS (Design and Simulation of Activated Sludge Systems). With this tool the operating conditions for achieving adequate process performance and proper sizing of the elements are obtained. These operating conditions are, among others: sludge retention time, internal recirculation flow rate and dissolved oxygen concentrations. In the simulations performed, effluent phosphorus concentrations below 1mgP/l and effluent nitrogen concentrations below 10mgN / l have been achieved for each of the alternatives proposed, fulfilling the quality set by the European Directive 91/271 / CEE. For choosing the most appropriate solution , the investment (civil works , equipment, ... ) and exploitation costs (reagents, sludge disposal , energy, sale of struvite ) have been calculated for each of the proposed alternatives , selecting which is most technically and economically viable.

[ES] El gran desarrollo industrial y demográfico ocurrido en los últimos años, ha provocado un incremento de los problemas de eutrofización. Previo a los años noventa, el principal objetivo de las EDAR era la reducción de la materia orgánica, de los organismos patógenos contenidos en las aguas residuales y de la materia en suspensión. Posteriormente, se observaron los efectos negativos que producían la presencia de nutrientes, principalmente nitrógeno y fósforo en el medio natural. En la actualidad los tratamientos que se llevan a cabo, están dirigidos a implementar procesos que reduzcan la concentración de nutrientes en los efluentes, a niveles que no resulten perjudiciales para el ambiente. Es por esta razón, que muchas estaciones depuradoras han tenido que ser modificadas, para poder conseguir elevados rendimientos en la eliminación de nitrógeno y fósforo. En este proyecto, se examina la situación actual de la E.D.A.R de Crispijana, ubicada al Oeste de la ciudad de Vitoria-Gasteiz (Álava), analizándose los caudales y las características de las aguas influentes, para modificar y optimizar el sistema de tratamiento actual. La mejora del funcionamiento de la planta se consigue mediante el planteamiento de dos alternativas, considerando la eliminación de fósforo mediante procesos físico-químicos o procesos biológicos. La eliminación biológica de fósforo produce un fango con elevadas concentraciones de fósforo, amonio y magnesio, lo cual favorece la posterior recuperación del mismo mediante un proceso de cristalización en forma de estruvita. Esta recuperación contribuye a evitar su previsible escasez como elemento finito en la naturaleza, dando como resultando un producto que puede utilizarse como fertilizante. El estudio de las modificaciones del sistema de tratamiento se realiza mediante la herramienta

informática de simulación DESASS (Design and Simulation of Activated Sludge Systems). Con esta herramienta se obtienen los parámetros que permiten conseguir un adecuado rendimiento del proceso y un correcto dimensionamiento de los elementos. Para ello, se tienen en cuenta las condiciones óptimas de tiempo de retención celular, caudal de recirculación interna, concentración de oxígeno disuelto y las relaciones de caudal de extracción de fangos para cada uno de los elementos. En las simulaciones realizadas, se consiguen concentraciones inferiores a 1mgP/l y 10mgN/l en el efluente para cada una de las alternativas planteadas, cumpliendo la calidad fijada por la Directiva Europea 91/271/CEE. Para la elección de la solución más adecuada, se calculan los costes de inversión (obra civil, equipos,…) y explotación (reactivos, evacuación de fangos, energía, venta de estruvita), para cada una de las alternativas planteadas, seleccionando la que resulte más viable técnica y económicamente.

[CA] El gran desenrotllament industrial i demogàfic ocurregut en els últims anys, ha provocat un incremet dels problemes d’eutrofització. Previ als anys noranta, el principal objectiu de les EDAR era la reducció de la matèria orgànica dels organismes patògens continguts en les aigües residuals i de la matèria en suspensiò. Posteriorment, es van observar els efectes negatius que produïen la presència de nutrients, principalment nitrogen i fòsfor en el medi natural. En l’actualitat els tractaments que se duen a terme, estan dirigits a implementar processos que reduísquen la concentració de nutrients en els efluents, a nivells que no resulten prejudicials per a l’ambient. És per esta raó, que moltes estacions depuradores han hagut de ser modificades, per a poder aconseguir elevats rendiments en l’eliminació de nitrogen i fòsfor. En este projecte, s’examina la situación actual de l’E.D.A.R de Crispijana, ubicada a l’Oest de la ciutat de Vitoria-Gasteiz (Álava), analitzant-se els cabals i les carácterístiques de les aigües influents, per a modificar i optimitzar el sistema de tractament actual. La millora del funcionament de la planta s'aconseguix per mitjà del plantejament de dos alternatives, considerant l'eliminació de fòsfor per mitjà de processos fisicoquímics o processos biològics. L'eliminació biològica de fòsfor produïx un fang amb elevades concentracions de fòsfor, amoni i magnesi, la qual cosa afavorix la posterior recuperació del mateix per mitjà d'un procés de cristal·lització en forma d'estruvita. Esta recuperació contribuïx a evitar la seua previsible escassetat com a element finit en la naturalesa, donant com resultant un producte que pot utilitzar-se com a fertilitzant. L'estudi de les modificacions del sistema de tractament es realitza per mitjà de la ferramenta informàtica de simulació DESASS (Design and Simulation of Activated Sludge Systems) . Amb esta ferramenta s'obtenen els paràmetres que permeten aconseguir un adequat rendiment del procés i un correcte dimensionament dels elements. Per a això, es tenen en compte les condicions òptimes de temps de retenció cel·lular, cabal de recirculació interna, concentració d'oxigen dissolt i les relacions de cabal d'extracció de fangs per a cada un dels elements.

En les simulacions realitzades, s'aconseguixen concentracions inferiors a 1mgP/l i 10mgN/l en l'efluent per a cada una de les alternatives plantejades, complint la qualitat fixada per la Directiva Europea 91/271/CEE. Per a l'elecció de la solució més adequada, es calculen els costos d'inversió (obra civil, equips,...) i explotació (reactius, evacuació de fangs, energia, venda d'estruvita) , per a cada una de les alternatives plantejades, seleccionant la que resulte més viable tècnicament i econòmicament.