Optimisation of wastewater treatment at ecoparc 2
- Autores: Maria Eloisa Albacete Garcia
- Directores de la Tesis: Allan Donald Mackie (dir. tes.), Inmaculada Sanz Velázquez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Rovira i Virgili ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: María Vicente (presid.), Josep Font Capafons (secret.), Jordi Comas Angelet (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Nanociencia, Materiales e Ingeniería Química por la Universidad Rovira i Virgili
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX hdl.handle.net
- Resumen
El Ecoparc 2 es una empresa que se dedica al tratamiento de Residuos Sólidos Urbanos (RSU) gestionada por la UTE Ebesa que pertenece al Àrea Metropolitana de Barcelona (AMB) y se encuentra en el municipio de Montcada i Reixac (Barcelona).
En sus instalaciones se tratan las fracciones de RSU de envases, fracción orgánica y resto, con el objetivo de transformar residuos en compost, biogas y recuperación de materiales que puedan ser reciclados.
Ocupa una superficie de 11.7 hectáreas y tiene una capacidad nominal de 27.500 toneladas anuales de envases, 120.000 toneladas anuales de fracción orgánica y 160.000 toneladas anuales de fracción resto.
El Ecoparc 2 está en funcionamiento desde el año 2004 y se encuentra constantemente en mejora, innovando y optimizando sus procesos.
Como resultado del tratamiento de residuos, se obtiene una gran cantidad de aguas residuales que requieren de un tratamiento previo a su vertido. Dispone de una planta de tratamiento de aguas residuales MBR, que fue diseñada para concentraciones más bajas que las que está tratando actualmente. Aunque se amplió, su rendimiento debe ser revisado y optimizado para asegurar una operación óptima.
La digestión anaerobia contribuye en más del 75 % del total de aguas residuales producidas y tiene una alta concentración de DQO y amonio (40.000 mgL de DQO y 4.500 mg/L de N-NH4).
Esta tesis nace de la necesidad de optimización de las aguas residuales del Ecoparc 2 en referencia a la cantidad y calidad del vertido. Para llevar a cabo estos objetivos se ha dividido el estudio en 5 fases:
Fase 1. Caracterización de las aguas residuales Es necesario conocer en detalle todos los efluentes posibles de consumo de agua de red y producción de aguas residuales.
En el Ecoparc 2 existen 4 tipos de aguas residuales: a) Aguas negras (o aguas sanitarias). Son aquellas que provienen de los sanitarios (baños, duchas, etc.).
b) Aguas limpias. Son las aguas pluviales que se han captado en los tejados de las naves y no han estado en contacto con los residuos. Estos efluentes son dirigidos al tanque de aguas limpias para poder ser utilizadas en el proceso, disminuyendo así el consumo de agua de red.
c) Aguas grises. Son las aguas pluviales que sí han estado en contacto con los residuos y deben ser analizadas antes de ser vertidas. Estos efluentes son dirigidos al tanque de retención para su análisis previo.
d) Aguas de proceso. Son las aguas producidas en los procesos de tratamiento de residuos tales como lixiviados de compostaje o lodos de la digestión anaerobia.
En esta fase se han determinado y codificado todos los efluentes posibles en el Ecoparc 2, así como las arquetas teniendo en cuenta el tipo de agua residual que pasa por ellas y su localización exacta. También se han instalado contadores de agua para poder calcular los caudales de aquellos efluentes que sea posible. A partir de esta información, se ha observado que las áreas que tienen un mayor consumo de agua de red son las de depuradora, tratamiento de aires y digestión anaerobia.
El 35% del agua de red consumida en depuradora es debido a las torres de refrigeración y la bomba de vacío. En la actualidad, se ha podido parar una de las torres de refrigeración y la bomba de vacío disminuyendo así el consumo de agua de red. El agua vertida por las torres contiene valores prácticamente inapreciables de COD y amonio, por lo que estos efluentes se recogen en un deposito y tras su análisis se envían al tanque de aguas limpias para poder reutilizar el agua, evitando así mayores consumos de agua de red.
La producción de aguas grises es de aproximadamente 100 m3/día, de los cuales el 26% proviene del área de tratamiento de aires y supone un 55% de la carga amoniacal del total de aguas grises, se trata de los efluentes con mayor concentración de DQO y amonio de las aguas grises. Con la finalidad de no mezclar este efluente con el resto, se ha instalado una tubería que canaliza este efluente al área de digestión anaerobia donde se reutiliza para la limpieza de centrifugas y preparación de floculante, disminuyendo así el consumo de agua de red, finalizando su recorrido en el tanque de lixiviados para ser tratado en la depuradora y mejorando la calidad del vertido puesto que no se mezcla con el resto de aguas grises.
También se ha implementado un tanque de homogenización que recoge las aguas grises del tanque de retención y el permeado de la depuradora, para evitar picos en el vertido manteniendo las propiedades más homogéneas y un caudal de vertido más estable y constante evitando horas punta.
Fase 2. Optimización de la depuradora Se han establecido diversos parámetros de control y análisis en reactores intermedios con la finalidad de conocer bien el estado de la depuradora, pudiendo observar variaciones en el proceso que pueden desestabilizarlo, pudiendo minimizar el tiempo de respuesta actuando antes para poder restablecer la normalidad.
Se han probado diversos floculantes para determinar aquel que obtiene mejores rendimientos en la centrifuga, obteniendo menores concentraciones de sólidos en la fase líquida.
Se han incorporado ecuaciones que calculan la dosificación necesaria de ácido fosfórico, hidróxido de sodio y metanol y las necesidades de purga. De manera que no se dosifiquen excesos o escaseces de reactivos manteniendo el buen estado de la depuradora y controlando el contenido de sólidos dentro de los reactores evitando una elevada viscosidad.
Finalmente, se han establecido periodos más elevados de dosificación de metanol, aireación y pausa en el reactor combinado, pudiendo favorecer las condiciones de oxia y anoxia para las reacciones de nitrificación y desnitrificación respectivamente.
Fase 3. Separación de sólidos del lixiviado Un elevado contenido en sólidos dentro del reactor produce un aumento en la viscosidad del lodo dificultando la solubilidad y difusibilidad de los nutrientes y oxigeno disuelto necesario para la degradación microbiana. Para poder reducir la cantidad de sólidos del lixiviado se ha estudiado su separación mediante equipos disponibles en la empresa (centrifugación) y otros equipos del mercado (membranas).
En las pruebas realizadas con la centrifugación se ha observado que someter el lixiviado a un doble ciclo favorece a la calidad del lixiviado, consiguiendo obtener en la actualidad concentraciones de < 3 % en relación a los históricos de < 5 %.
En las pruebas realizadas con membranas comerciales, se han obtenido muy buenos resultados donde el permeado se encuentra ausente de sólidos. Las membranas en rango de microfiltración son suficientes para la eliminación total de los sólidos, pero las membranas en rango de ultrafiltración obtiene mejores resultados en relación al ensuciamiento y recuperación de la permeabilidad de la membrana. Existe el inconveniente que el efluente debe ser pretratado mediante una tamización a 100 micras para eliminar los sólidos más gruesos y diluido al 50 % para disminuir la viscosidad. Se ha observado que el efluente de doble ciclo de centrifuga permite una separación de sólidos más fácil que la de un solo ciclo, y que el lixiviado total contiene sólidos que provocan un elevado ensuciamiento de la membrana y baja recuperación de la permeabilidad. Por ello, se ha incorporado un filtro rotativo que retiene los sólidos de los lixiviados que no provienen de la centrifuga.
Fase 4. Nuevas tecnologías: hidrólisis térmica y stripping Con la finalidad de aumentar la biodegradabilidad de la DQO y disminuir la carga de amonio se ha estudiado la posibilidad de incorporar un tratamiento previo a la depuradora consistente en hidrólisis térmica y stripping.
En la hidrólisis térmica se ha observado un aumento de la biodegradabilidad de la DQO a mayor temperatura y mayor tiempo de exposición a esa temperatura, obteniendo un aumento del 24% en la solubilidad de la DQO a una temperatura de 75 ºC durante un periodo de 120 minutos.
Dado que se ha aprobado un proyecto LIFE que se realizará en las instalaciones del Ecoparc 2 donde se estudiará más en profundidad esta tecnología, este estudio se ha centrado en la separación de sólidos del lixiviado.
Según la bibliografía y las primeras pruebas de stripping realizadas se puede alcanzar una separación del 50 % de amonio a una temperatura de 65-70 ºC alcanzando un pH de 9,5.
Fase 5. Nuevos procesos biológicos De nuevo, el proyecto LIFE se centrará en este tipo de procesos, pero se han estudiado las posibilidades de mejora mediante procesos biológicos Anamox.
Se puede calcular una aproximación de las mejoras en la eliminación de amonio mediante procesos Anamox, donde se obtendría un 62,5 % de ahorro energético debido a una menor necesidad de oxigeno disuelto y un menor coste ya que no necesita aporte de fuentes de carbono como metanol o ácido acético. Sin embargo, habría que encontrar una vía para eliminar la DQO, ya que este proceso no elimina este tipo de cargas.
Como resultado de este estudio, el consumo de agua de red se ha reducido en un 62,2 % en relación al año 2007 (primer año con registros) y en un 33,8 % en relación al año 2013 cuando se inició este estudio. La cantidad de vertido ha disminuido en un 41,2 % en relación al año 2014, lo que supone más de 40.000 m3 menos vertidos en la actualidad. Y, finalmente, el permeado obtenido en la depuradora contiene un 39,3 % menos de DQO y un 62,2 % menos de amonio en relación al año 2008 y un 38,0 % menos de DQO y un 10,9 % menos de amonio en relación al año 2013 cuando se inició este estudio.
