"Ejemplos de economía circular en
tratamiento de aguas: recuperación de
AGV y nutrientes "
Octubre 2017
• Agua y Salud
• Tecnologías de la Información y
comunicación (TIC)
Especialización
• Materiales y fabricación
• Transporte y energía
Datos relevantes www.ceit.es
• 223
• 110
• 15,9 M€
Ubicación
2 centros en Donostia-San Sebastian,
Parque C.-Tecnológico e Ibaeta
Paquete de Economía Circular (UE, dic 2015)Acciones y propuestas legislativas:Cifras objetivo 2030
Plan de Acción de Economía CircularPropuestas legislativas para alcanzar Objetivosde Desarrollo de Naciones Unidas. Objetivo nº12: consumo y producción sostenibles
• Facilitar reutilización segura del agua tratada
• Sectores prioritarios: bio-productos
Contexto: Economía Circular
“An economic model based inter alia on sharing, leasing,reuse, repair, refurbishment & recycling, in an (almost)closed loop, which aims to retain the highest utility andvalue of products, components and materials at all times”
Contexto: Economía Circular
OPORTUNIDADES
Mejor abastecimiento
materias primas (MP)
Aumento de competitividad
Innovación
Empleo
Crecimiento
Reducción impacto ambiental
Modelos de negocio – SIMBIOSIS INDUSTRIAL
Digestión anaerobia - Biorefinería
DIGESTIÓN ANAEROBIA BIOREFINERÍA
Digestión anaerobia - Biorefinería
DIGESTIÓN ANAEROBIA
o Tecnología madura
o Explotación BIOGÁS
o Legislación energética
BIOREFINERÍA
o Producción AGV
o Fase experimental
o Aplicación
(AGV puros & mezcla)
Acético
PropiónicoButírico Valérico
Mercado y aplicaciones AGV
Química• “Building blocks” • Electricidad
(celdas electroquímicas)
EDAR• Fuente de C
eliminación biológica nutrientes
Biomateriales• Producción
bioplásticos (tipo PHA)
Alimentación animal
• Efecto antimicrobiano
Combustibles
AP
LIC
AC
ION
ES
Zacharof and Lovitt (2013)
Química
EDAR
Biomateriales
Alimentación animal
Combustibles
Riego Recarga acuíferosAcuiculturaRefrigeración
Vertido
Recuperación de recursos – contexto EDAR
Bio-productos
(biofertilizantes,
bioplásticos, AGV)
Nutrientes
(NH4MgPO4·6H2O)
Nutrientes
Bio-productos
Antecedentes Ceit
Piloto pre-industrial
Laboratorio
Prototipo
Control
PilotoModelado
Proyectos I+D: • Programas LIFE, FP7• Programa Hazitek• Convocatoria CDTI• Bilaterales
Investigación en digestión anaerobia:• Aguas residuales, lodos, residuos
• Ámbito: urbano + industrial
• Procesos de co-digestión
• Digestión anaerobia seca
• Tecnología BRM
• Modelado & control
EXPERIMENTACIÓN
MODELADO
CONTROL
Objetivos: • Desarrollar un prototipo industrial de medida de AGV
para su monitorización en tiempo real en plantas de digestión anaerobia
• Diseñar estrategias de control avanzado para optimizar el funcionamiento de plantas de digestión anaerobia con diferentes objetivos: maximizar la producción de biogás y de AGV
Tecnologías aplicadas: • Sensor óptico para medición de AGV• Reactor piloto anaerobio UASB• Implementación en escala real (dos etapas)
OPTIVFA: Novel monitoring and process control
system for efficient production of VFA and biogas
in anaerobic digesters
Antecedentes Ceit
Ceit: recuperación de AGV
Escala laboratorio Planta piloto (80 L)
Efluentes & Residuos
• Test potencial acidogénico
• pH: ácido & básico
• T: 35˚C y 55˚C
• Ensayos batch
• Mono fermentación
• Co-fermentación
Metodología
PapeleraCárnica
VitivinícolaBiodiesel
Agu
as
Ind
ust
rial
es Lodo lácteoHarinas cárnicas
Lodo urbanoFORSU
Lod
os
y re
sid
uo
s
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
pH
5.5
pH
10
pH
5.5
pH
10
pH
5.5
pH
10
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5.5
pH
10
pH
5.5
pH
10
pH
5.5
pH
10
HVal
Iso-Val
HBut
Iso-But
HPr
HAc
OFMSW MBM WASOFMSW MBM WASOFMSW MBM SS
AG
V (
mg
DQ
O L
-1)
35 ˚C 55 ˚C 35 ˚C 55 ˚C 35 ˚C 55 ˚C
Ceit: recuperación de AGV
Experimentación: escala laboratorio
FORSU Harinas Lodo EDAR
Lodos y residuosAguas residuales
Papelera Biodiesel VitivinícolaCárnicas
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
HVal
Iso-Val
HBut
Iso-But
HPr
HAc
Sww Pww CG Www
AG
V (
mg
DQ
O L
-1)
35 ˚C 55 ˚C 35 ˚C 55 ˚C 35 ˚C 55 ˚C 35 ˚C 55 ˚C
Papelera
Cárnica
Vitivinícola
Lodo EDAR
FORSU
Harinas
Biodiesel
Gra
do
de
acid
ific
ació
n (
%)
COC
Ceit: recuperación de AGV
Papelera
Cárnica
Biodiesel
Vitivinícola
Lodo EDAR
FORSU
Harinas
Rendimiento acidogénico
GA (%) = DQOAGV/DQOsFinal · 100
mg AGV/gDQOInicio
Ceit: recuperación de AGV
Experimentación: escala piloto
AGVInicio AGVFinal Solubilización DQOAGV/DQOsFinal
Test Residuo pH ˚C g DQOeq/L g DQOeq/L % %
1 Lodo EDAR 10 55 1,08 11,9 43 56
2 Lodo EDAR 9 55 2,22 11,1 47 57
3 Lodo EDAR 9 55 7,51 14,1 17 61
4 ARV (vitivinícola) 5,5 55 1,51 11,2 0 52
5 ARV + lodo EDAR 9 55 2,10 19,2 25 75
6 MBM 5,5 35 1,28 41,6 19 37
Ceit: recuperación de AGV
Pasos a futuro
Desarrollo prototipo propio
• Producción de AGV en modo continuo
• Sistema de control de pH on-line
Otras tecnologías de fermentación
Nuevos productos de fermentación
Ceit: recuperación de nutrientes
Experimentación Modelado CFD
Modelado PBM
• Pruebas laboratorio (pH, agitación)
• Planta piloto (100 L)
• Dos tamaños de partícula
• Simulación planta piloto
Precipitación de
estruvita
MgNH4PO3·6H2O
Pequeño Grande
Ceit: recuperación de nutrientes
Precipitación de estruvita
MgNH4PO3·6H2O
• Experimentos a pequeña escala demuestran que la precipitación depende de: pH, sobresaturación, temperatura, agitación, presencia de otros iones.
• Para influentes con mayor presencia de Calcio la cristalización varía:
• La presencia de Ca2+ y los pH altos inhiben la precipitación de estruvita
0
5000
10000
15000
20000
25000
pH=7 pH=8 pH=9 pH=10 pH=11 pH=12
Mas
a (g
/d)
0,25 Ca:Mg
Estruvita Mg3(PO4)2. ACP
0
5000
10000
15000
20000
25000
pH=7 pH=8 pH=9 pH=10 pH=11 pH=12
Mas
a (g
/d)
1 Ca:Mg
Estruvita Mg3(PO4)2 ACP
Máximo
(fosfato de Ca)
• Didier Bourguignon, “Closing the loop, New circular economy package”, EPRS (European Parliamentary
Research Service), 2016, retrieved from:
http://www.europarl.europa.eu/RegData/etudes/BRIE/2016/573899/EPRS_BRI(2016)573899_EN.pdf
• M.-P. Zacharof, R. W. Lovitt, “Complex Effluent Streams as a Potential Source of Volatile Fatty Acids” Waste
and Biomass Valorization, vol 4, pp. 557-581, February 2013.
• J. Garcia-Aguirre, E. Aymerich, J. González-Mtnez. de Goñi, M. Esteban-Gutiérrez. “Selective VFA production
potential from organic waste streams: Assessing temperature and pH influence” Bioresource Technology,
vol 244, pp. 1081-1088, November 2017.
• J. Garcia-Aguirre, E. Aymerich, J. González-Mtnez. de Goñi, M. Esteban-Gutiérrez, “From sewage sludge to VFA:
scaling-up the process and comparison with other organic waste streams” IWA Specialist Conference On
Sludge Management SludgeTech, London, 9th-13th July, 2017.
• Elduayen-Echave, B., Ochoa de Eribe, A., Lizarralde, I., Sánchez-Larraona, G., Ayesa, E. and Grau P. (2017).
“Sensitivity Analysis and Calibration with Bayesian Inference of a Mass-based Discretized Population Balance
Model for Struvite Precipitation” Frontiers International Conference on Wastewater Treatment, FICWTM2017.
Bibliografía