Nuevo proceso energéticamente autosostenible para el tratamiento de aguas residuales y gestión de biosólidos

Escuela De Ingeniería Quimico y Ambiental
Universidad Técnica De Creta

Descripción del Proyecto

LIFE B2E4SustWWTP
(LIFE16 ENV/GR/000298)

LIFE B2E4sustainable-WWTP es un proyecto de demostración que tiene por objeto mejorar el rendimiento de las plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR) de aireación prolongada, sobrecargadas y, por ello, de bajo rendimiento. Por otro lado, también busca proteger el medio acuático de la contaminación causada por los efluentes de EDAR tratados ineficazmente. Esto se logrará a través de un proceso innovador para la eliminación de sólidos antes de tanque de aireación, que se caracteriza por la reducción de los requisitos de energía. Además, el proyecto demostrará la valorización de los biosólidos generados mediante la producción de energía (mediante gasificación), reduciendo aún más el consumo de energía de la planta de tratamiento de aguas residuales y, por lo tanto, las emisiones de gases de efecto invernadero. La electricidad generada será suficiente para operar toda la unidad.

Objetivos específicos

• Mejorar la calidad del medio acuático, como resultado de la mejora en el rendimiento de la EDAR existente.
• Lograr una autonomía energética total en la planta piloto.
• Mejora del rendimiento de los efluentes de la EDAR debido a la eliminación previa de una gran cantidad de sólidos en suspensión y DBO.
• Reducir los requerimientos de energía de la versión existente de la EDAR.
• Reducción del impacto ambiental en la gestión de los lodos mediante la aplicación de un innovador sistema de tratamiento que los convierte en energía y minimiza los residuos sólidos.
• Reducción de la huella de carbono y de las emisiones de gases de efecto invernadero gracias a la reducción significativa de los requerimientos energéticos del proceso junto con la recuperación de energía verde de los biosólidos a través de la gasificación.
• Eliminación de hasta el 60% de sólidos en suspensión en una etapa muy temprana antes del tanque de aireación.
• Producción de electricidad a través de la gasificación de carbono 100% orgánico (biosólidos), obteniéndose un bajo volumen de residuos sólidos inertes.
• Demostrar la viabilidad de evitar la eliminación de lodos en EDAR pequeñas y medianas.
• Integración de la evaluación del ciclo de vida y los riesgos ambientales y contribución a nuevos métodos de tratamiento de aguas residuales.
• Producción de nuevos métodos, respetuosos con el medio ambiente, para el tratamiento de las aguas residuales urbanas.
• Promoción del nuevo proceso a municipios, industrias, abastecimiento de agua e inversores en Europa.
• Aplicabilidad de la tecnología en otras regiones europeas, para su uso en aguas residuales urbanas e industriales.

Resultados esperados

  1. Mejorar la calidad del medio acuático, debido al mejor rendimiento de la EDAR.
  2. Mejor rendimiento del nuevo método en el tratamiento de aguas residuales urbanas en comparación con los procesos convencionales.
  3. Producción de una cantidad significativa y suficiente de energía verde haciendo autosuficiente el nuevo proceso y eliminando el biosólido de salida por medio de la gasificación.
  4. Reducción del 70% de los requerimientos energéticos, en comparación con el proceso convencional de aireación prolongada.
  5. Reducir la huella de carbono en aproximadamente en 44 toneladas de CO2 al año gracias a la reducción del consumo de energía y a la producción de energía verde.
  6. Producción de sólidos (aproximadamente 1 tonelada / día, base seca) con bajo contenido de agua y alta energía química, capaces de generar un gas de síntesis y energía.
  7. Producción de biosólidos primarios con un contenido en sólidos de hasta un 45%, frente al 5% del lodo primario.
  8. Esterilización completa de biosólidos generados (primarios y secundarios) y reducción de lodos al mínimo posible (contenido de cenizas de 5-10% en base seca).
  9. Reducción de la huella de carbono para la eliminación del sólido primario, hasta 20 veces en comparación con la sedimentación primaria.
  10. Mejora del tratamiento secundario de las aguas residuales debido a una menor concentración de sólidos en suspensión y DBO.
  11. Gran impacto en las Agencias de Agua Europeas a través de la implementación de un nuevo procedimiento para el aumento de la eficiencia de las EDAR existentes o la instalación de nuevas en Europa y otras regiones.

En qué consiste?

Microtamizado

La sedimentación primaria es el primer paso de procesamiento en una planta de tratamiento de aguas residuales clásica para la eliminación de alrededor del 50-60% de los SST (Sólidos totales en Suspensión) y 30-40% de la DBO (Demanda Biológica de Oxígeno). El tiempo de retención hidráulica para este proceso normalmente oscila entre 1,5-2,5 horas, por lo que ocupa una parte significativa de la huella total de las EDAR convencionales. Además, a menudo restringe la posibilidad de ampliación de la capacidad hidráulica de las instalaciones existentes si no hay espacio libre. El contenido de sólidos en el lodo primario está entre el 3 y el 5%. Tras la deshidratación, este porcentaje puede aumentar hasta el 20%.
Sin embargo, la sedimentación primaria no ocurre en sistemas con aireación prolongada. Así pues, las aguas residuales entran directamente en el tanque de aireación después de los procesos de pretratamiento. Esto tiene un impacto dramático en el consumo de energía en el tanque de aireación, ya que la cantidad de SST que podría haber sido eliminada con la sedimentación es degradada por microorganismos aerobios. Por lo tanto, la aireación prolongada es un proceso con elevadas necesidades energéticas y, probablemente, se abandonará gradualmente debido al coste.
Un proceso alternativo para la eliminación de sólidos primarios es el uso de un tamiz de malla fina (microtamiz), el cuál puede producir lodos con un contenido de sólidos de hasta un 45%. El elevado contenido de sólidos en un lodo procedente del microtamiz hace que sea más conveniente utilizarlo como materia prima en un gasificador, en comparación con el lodo primario (contenido máximo de sólidos tras la deshidratación de un 20%). El microtamiz requiere 1/20 del espacio que ocuparía una unidad de procesamiento primario, mientras que la operación puede seguir el flujo de entrada (por ejemplo, el microtamiz puede pararse si el flujo de entrada es bajo, cosa que no puede realizarse en el sedimentador).

Secado

El secador proyectado basa su funcionamiento en el secado de la materia húmeda mediante la agitación y el uso de aire caliente procedente del gasificador. La agitación mediante tornillos sin fin se realiza de manera continua para asegurar la estabilidad del material en el flujo de aire caliente a través de una trayectoria de 12 metros (2 líneas de secado de 6 m cada una). Antes del final de cada línea, se succiona el aire húmedo del circuito. En cada línea se inserta el aire caliente y seco del sistema de distribución del aire caliente. El aire húmedo succionado se descarga en un ciclón para separar partículas volátiles y ligeras. La salida de la segunda línea, que sería la salida final del material tratado, se mezcla con el material recogido por el ciclón, y luego se conduce al gasificador.

Gasificación

El producto de gas de gasificación (compuestos principales: CO, H2 y pequeñas cantidades de CH4), conocido como gas de síntesis, puede ser utilizado como combustible para la producción de calor y electricidad. La energía térmica podrá ser recuperada y usada para secar parcialmente los biosólidos antes de la gasificación. Los biosólidos producidos en el microtamiz tienen un gran potencial para ser gasificados y producir gas de síntesis. El secado completo del biosólido no es necesario, ya que el contenido óptimo de humedad para la gasificación está entre el 15-20%. Los sólidos que queden en la mezcla deberán estar estabilizados, de forma que la relación C/O se sitúe en torno a 1/1. Esta proporción está a favor del carbón, que requiere humedad para proporcionar oxígeno adicional.
La gasificación es un proceso mucho más eficiente para la producción de energía, ya que entrega alrededor del 190% de la energía que podría ser generada por el proceso de digestión anaerobia. En este caso, se utiliza casi el 100% del carbono contenido en el lodo, mientras que la digestión anaerobia consume el 50-60%. La gasificación es preferible cuando el contenido de bio-sólidos es alto (como en el caso del LIFE B2E4sustainable-WWTP después del pretratamiento con el microtamiz). La digestión anaerobia es más favorable para los biosólidos con un alto porcentaje de humedad (80%), pero los residuos contienen una fracción relativamente grande de material orgánico que requiere un procesamiento posterior.

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