Modificación de la configuración de la EDAR de Calahorra para la recuperación de fósforo en la línea de fangos

Abstract

[EN] Phosphor is a natural resource extracted from mines and deposits, for this reason it is a non-renewable and limited resource. Phosphor is used on agriculture since it is a vital nutrient for plants, taking this into account life on this planet can be assumed to be dependant of the existence of this resource. It is essential for avoiding the depletion of this resource, that humanity searches a solution for the problem, finding a renewable and still not utilised. On this master's final project it is expected to find a way to obtain phosphor from a source with the mentioned characteristics, in this case it will be the urban waste water. Urban waste water contains an average phosphor concentration of 8 mg/L, which can be eliminated chemically or biologically on a Waste Water Treatment Plant. On conventional waste water treatment with biological elimination of phosphorous, exists determinate species of bacteria which are able to gather phosphor inside their cells and under specific ambient conditions, these bacteria are able to release into the medium the gathered phosphor. Bearing in mind this fact, it is possible to control the elimination of phosphor on the incoming waste water and also the control of release levels on a different point of the installation. Taking into account the aforementioned information, this project pretends to modify a current existing Waste Water Treatment Plant, in particular the plant of Calahorra, with the objective of recovering phosphor from the sludge line. Obtaining a concentrated current of phosphor which will be able to be used for struvite precipitation and therefore, being used for different purposes. With this objective, not only a solution for the problem of phosphor's supply will be researched, it will also be possible to improve the current problem of uncontrolled precipitation of phosphorous chemical substances on the sludge line of WWTP. For achieving these objectives on an economic and efficient way, a process simulation will be done. A simulation of a real WWTP will be done on a program called DESASS, allowing to make modifications on an applicable real life based model. On a mixed sludge in the secondary clarifier, by elutriation the optimum solutions are a 30% of total phosphor recuperation (17 kg of P/d). It is also tried to introduce a centrifuge system after the mixing chamber, which after an optimised modification reached a 25% recovery of total phosphor (12 kg P/d). Due to economic reasons and volume of quantity recovered of phosphor, the option of sludge elutriation is the chosen one. The initial investment is lower in comparison with the other option, because only pumps are needed to be installed. On the other hand, a centrifugation system requires a fixed amount of monthly expense on polyelectrolyte which is not included on the elutriation system.

[ES] El fósforo es un recurso natural que se extrae de minas y yacimientos, por tanto se trata de un recurso limitado y no renovable. Este recurso se utiliza en agricultura, pues es un nutriente vital para las plantas, de modo que la vida en el planeta depende de su existencia.

Es esencial, por tanto, que para anteponerse al agotamiento de este recurso, la humanidad busque una solución a este problema, es decir, una fuente de fósforo renovable y aún por explotar. En el presente trabajo final de máster se pretende encontrar una forma de obtener fósforo de una fuente con esas características, en este caso, el agua residual urbana.

El agua residual urbana típica contiene 8 mg/L de fósforo que puede ser eliminado de forma química o biológica en una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR).

En un tratamiento de aguas residuales convencional con eliminación biológica de fósforo existen determinadas bacterias que son capaces de almacenar fósforo en su interior y soltarlo en función de las condiciones ambientales a las que se someta, de modo que se puede controlar la retirada de fósforo del agua residual de entrada y la suelta del fósforo en otro punto de la instalación.

Por todo lo comentado anteriormente, el con el presente trabajo se pretende modificar una EDAR ya existente, en este caso la de Calahorra, para poder recuperar fósforo en la línea de fangos, obteniendo una corriente muy concentrada en fósforo que pudiera ser luego utilizada para precipitarlo en forma de estruvita y darle otros usos.

Con esta proposición no sólo se buscaría una solución a los problemas del abastecimiento de fósforo si no que se mejoraría en gran parte un problema de explotación existentes en las EDARs, que es la precipitación incontrolada de sustancias químicas fosfatadas en la línea de fangos.

Para conseguir los objetivos deseados de manera económica y eficiente se va a hacer uso de la simulación del proceso, simulando el comportamiento de la instalación real con el programa DESASS, para poder hacer las modificaciones en base a un modelo aplicable en la vida real.

Se prueba a elutriar el fango mixto sobre el espesador secundario alcanzando, en las soluciones óptimas, de esta manera una recuperación del fósforo total de un 30% (17 kg de P/d). También se prueba a introducir una centrífuga tras la cámara de mezcla, lo que tras optimizar la modificación permite recuperar un 25% del fósforo total (12 kg P/d).

Por motivos económicos y porque se recupera mayor cantidad de fósforo se elige la opción de elutriar el fango mixto, ya que la inversión inicial es muy baja pues solo se ha de poner tuberías, en comparación con la compra de una centrifuga. Y porque una centrifuga requiere un gasto fijo mensual en polielectrolito que no posee el sistema de elutriación.

[CA] El fòsfor és un recurs natural que s'extrau de mines i jaciments, per aquest motiu es tracta d'un recurs limitat i no renovable. Aquest recurs s'utilitza en agricultura, tret que és un nutrient vital per a les plantes, de manera que la vida al planeta depèn de la seua existència. És essencial que per anteposar-se a l'esgotament d'aquest recurs la humanitat ha de buscar una solució al problema, es a dir, una font renovable i encara no explotada. Al present treball final de màster es pretén trobar una forma d'obtenir fòsfor d'una font amb les mencionades característiques, en aquest cas es tracta de l'aigua residual urbana. L'aigua residual urbana típica conté 8 mg/L de fòsfor que pot ser eliminat de forma química o biològica en una Estació Depuradora d'Aigües Residuals (EDAR). En un tractament d'aigües residuals convencional amb l'eliminació biològica de fòsfor existeixen determinades bactèries que son capaces d'emmagatzemar fòsfor al seu interior i alliberar-lo al medi en funció de les condicions ambientals a les que estiguin sotmeses. D'aquesta manera es pot controlar la retirada de fòsfor de l'aigua residual d'entrada i l'alliberació del fòsfor en altre punt de la instal'lació. Pels motius comentats anteriorment, en el present treball es pretén modificar una EDAR ja existent, en aquest cas la de de Calahorra, per poder recuperar fòsfor en la línia de fangs, obtenint una corrent molt concentrada en fòsfor que puga ser utilitzada després ser precipitat en forma d'estruvita i donar-li altres usos. Amb aquesta proposició no sols es buscaria una solució als problemes d'abastiment de fòsfor, sinó que es milloraria en gran mesura un problema d'explotació existent en les EDAR, que és la precipitació incontrolada de substàncies químiques fosfatades en la línia de fangs. Per aconseguir els objectius desitjats de manera econòmica i eficient es va a fer ús de la simulació del procés, realitzant-ne una del comportament de la instal'lació real mitjançant el programa DESASS, per poder realitzar les modificacions en base al model aplicable en la vida real. Es prova a elutriar el fang mixt sobre l'espessidor secundari assolint, en les solucions òptimes, d'aquesta manera una recuperació del fòsfor total d'un 30% (17 kg de P/d). També es prova a introduir una centrifuga després de la cambra de mescla, fet que desprès d'optimitzar la modificació permet recuperar un 25% del fòsfor total (12kg/d). Per motius econòmics i ja què es recupera major quantitat de fòsfor, s'elegeix l'opció d'elutriar el fang mitx, tret que la inversió inicial és molt baix tenint en compte que sols s'han d'instal'lar canonades. En comparació amb la compra d'una centrífuga el cost és molt menor i a més, la centrífuga requereix una despesa fixa mensual en polielectròlit que no té el sistema d'elutriació.