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PROGRAMA TRAGUA "Tratamiento y reutilización de aguas
residuales para una gestión sostenible"
CONSOLIDER -INGENIO 2010. Ministerio de Educación y Ciencia
GRUPO T8 Grupo de INGENIERÍA QUÍMICA de la Universidad de Cantabria
17-19 de Junio 2009, Alicante
Presenta: Raquel Ibáñez Mendizabal
índice
MARCO REUTILIZACIÓN AGUA
CAPTACIÓN Y POTABILIZACIÓN DEL AGUA
REUTILIZACIÓN (según RD 1620/2007)
USO DOMÉSTICO
INDUSTRIA
AGRICULTURA
USOS RECREATIVOS Y URBANOS
DEPURACIÓN (EDAR)
La apuesta por la Reutilización
VERTIDO
Agua residual depurada
Agua regenerada
TRATAMIENTO TERCIARIO
CALIDAD REQUERIDA PARA REUTILIZACIÓN
INDUSTRIA
MÍNIMOS ESTABLECIDOS POR LEGISLACIÓN
La apuesta por la Reutilización
RD 1620/2007, de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de las aguas depuradas.
Uso Previsto del Agua
Nematodos Intestinales
(huevos/10L) E. Coli
(ufc/100 mL) SS
(ppm) Turbidez
(NTU) Otros
Aguas de proceso y limpieza excepto en la industria alimentaria.
Otros usos industriales
No se fija límite 10.000 35 15 Legiónella spp.: 100 ufc/L
Aguas de proceso y limpieza para la industria alimentaria
1 1.000 35 No se fija límite
Legionella spp.: 100 ufc/L
Detección de patógenos
Presencia/Ausencia salmonella
Torres de Refrigeración y condensadores evaporativos
1 Ausencia 5 1 Legionella spp.: Ausencia
CRITERIOS DE CALIDAD para la reutilización de las aguas en USOS INDUSTRIALES
MARCO REUTILIZACIÓN AGUA
MARCO REUTILIZACIÓN AGUA
La apuesta por la Reutilización
NECESIDADES DEL USUARIO SEGÚN USO PREVISTO
CALIDAD REQUERIDA PARA REUTILIZACIÓN
MÍNIMOS ESTABLECIDOS POR LEGISLACIÓN
INDUSTRIA
Calidad del agua regenerada según usos industriales
Calidad Parámetro Desionizada Alta
pureza Ultrapura
Conduct. (µS/cm) 20 0.1 0.06
TDS (mg/L) <10 0.5 0.005
Alcalinidad (mg/L CaCO3)
0.001
Silice (mg/L) 0.5 <0.01 0.02
TSS (mg/L) <0.1 <0.1 ND
Turbidez (NTU) <0.5
COT (mg/L)
Microorg. (ufc/mL) <0.25
MARCO REUTILIZACIÓN AGUA
USO CALIDAD DEL AGUA
Generación de vapor Blanda Desionizada Alta pureza
Refrigeración Blanda Desionizada
Agua de procesos Potable Blanda Desionizada Alta pureza Ultrapura
La apuesta por la Reutilización
índice
CARACTERIZACIÓN TEMPORAL DEL EFLUENTE DE LA EDAR
La apuesta por la Reutilización
EDAR VUELTA OSTRERA
PARÁMETRO RANGO PARÁMETRO RANGO Turbidez (NTU) 1.12 – 29.6 N-NH4+ (mg/L) 17-34 TSS (mg/L) 8-30 Polisacáridos (mg glucosa/L) 4.1-12.4 TDS (mg/L) 268-738 Proteínas (mg/L) 8.2-15.4 Conductividad (µS/cm) 495-1485 Cloruro (mg/L) 33.1-336 Bicarbonato (mg/L) 256-360 Nitrato (mg/L) 0.54-1.09 pH 6.62-7.67 Fosfato (mg/L) 0.67-8.6 E. Coli (ufc/100 mL) 4*103-7*105 Sulfato (mg/L) 45.2-140.4 ColiformesTotales (ufc/100 mL) 4*104-1.3*106 Calcio (mg/L) 65.3-112.2 SiO2 (mg/L) 6.8-10 Magnesio (mg/L) 12-45.5 COT (mg/L) 7.9-16.9 Potasio (mg/L) 4.4-20.7
La apuesta por la Reutilización
Conductividad
0 200 400 600 800
1000 1200 1400 1600
Fecha
Con
duct
ivid
ad (u
S/cm
)
Febrero 09 Marzo 09 Mayo 09 Junio 09 Febrero 09 Marzo 09 Mayo 09 Junio 09
Febrero 09 Marzo 09 Mayo 09 Junio 09
CARACTERIZACIÓN TEMPORAL DEL EFLUENTE DE LA EDAR
índice
La apuesta por la Reutilización
MF
UF
Permeado UF
Permeado OI
Efluente del secundario de la EDAR
Concentrado ELECTROOXIDACIÓN
OI
ELECTRO DESINFECCIÓN
Sistema de UF
Osmosis Inversa
Electrodesinfección/Electrooxidación
CONDICIONES DE OPERACIÓN
MICROFILTRACIÓN / ULTRAFILTRACIÓN
La apuesta por la Reutilización
Caudal alimentación 2,5 m3/h
Modo de operación Filtración total (dead-end)
Productividad 80-90 %
Área membrana 40 m2 (por elemento)
Fibras huecas
permeado
Agua a tratar
MF/ ULTRAFILTRACIÓN
La apuesta por la Reutilización
ETAPAS DE OPERACIÓN
Ciclo de Filtración
Ciclo de lavado
Arrastre en sentido alimentación
Arrastre en sentido alimentación + Aire
Retrolavado
Lavado químico
Retrolavado
Dosificación
Contacto
Desplazamiento
Lavado de seguridad
Lavado de los pre-filtros
P P P P P P P P
R R R R R R R
LQ (1
2-34
0 h
ope
raci
ón)
P: Producción
R: Retrolavado
LQ: Lavado Químico
Pres
ión
tran
smem
bran
a
85 250 340 170 t (min)
MF/ ULTRAFILTRACIÓN
La apuesta por la Reutilización
MF / ULTRAFILTRACIÓN
La apuesta por la Reutilización
PARÁMETRO ENTRADA MF/UF PERMEADO UF
Turbidez (NTU) 1.12-29,6 0 TSS (mg/l) 8-30 0 TDS (mg/l) 268-738 367-736 Conductividad (µS/cm) 495-1485 752-1104 Bicarbonato (mg/L) 256-360 250-354 pH 6.62-7.67 7.3-7.6 E. Coli (ufc/100ml) 4*103-7*105 <1 Coliformes totales (ufc/100ml) 4*104-1.3*106 <1 SiO2 (mg/L) 6.8-10 6-8.4 COT (mg/L) 7.6_16.9 1.5-10.8 N-NH4
+ (mg/L) 17-34 16.9-35.6 Polisacáridos (mg/l) 4.1-12.4 0.7-6.1 Proteínas (mg/l) 8.2-15.4 3.2-8.7
% Reducción
100
100
60
40
La apuesta por la Reutilización
MF/ ULTRAFILTRACIÓN
OSMOSIS INVERSA
La apuesta por la Reutilización
Q PERMEADO 0.4 m3/h
PRESION 10 bar
AREA MEMBRANA 7,905m2 (por elemento)
% RECIRCULACION VARIABLE
Planta OI formada por 2 módulos de enrollamiento en espiral
CONDICIONES DE OPERACIÓN
QPERM = 40% QUF
QPERM = 50% QUF
QPERM = 80% QUF
OSMOSIS INVERSA
La apuesta por la Reutilización
Calidad del permeado de OI: agua desionizada
OSMOSIS INVERSA
La apuesta por la Reutilización
PARÁMETRO PERMEADO UF PERMEADO OI
TDS (mg/l) 367-736 4.1-12.6 Conductividad (µS/cm) 752-1104 9.8-27.2 Bicarbonato (mg/L) 250-354 12.2-24.4 pH 7.3-7.6 5.42-6.14 SiO2 (mg/L) 6-8.4 0.01-0.19 COT (mg/L) 1.5-10.8 <0.5 N-NH4
+ (mg/L) 16.9-35.6 < 4 Polisacáridos (mg/l) 0.7-6.1 0-1.95 Proteínas (mg/l) 3.2-8.7 0-0.7 Aniones: Cloruro (mg/L) 35.5-340 1.4-17.3 Cationes: Calcio (mg/L) 76.1-89.1 0-1.1
% Reducción
99
94
99 99
>87 80 97
99
99
índice
La apuesta por la Reutilización
MF
UF
Permeado UF
Permeado OI
Efluente del secundario de la EDAR
Concentrado ELECTROOXIDACIÓN
OI
ELECTRO DESINFECCIÓN
Sistema de UF
Osmosis Inversa
Electrodesinfección/Electrooxidación
CARACTERIZACIÓN MICROCONTAMINANTES ENTRADA/SALIDA EDAR VUELTA OSTRERA (Suances, Cantabria)
La apuesta por la Reutilización
Nº muestreos = 4
Nº compuestos = 53
INFLUENTE EDAR
Compuesto Rango (ng/L)
Media (ng/L)
Caffeine 14300-31980 23815
Acetaminophen 8162-47680 23780
Nicotine 4300-26694 18428
Paraxanthine 5252-32627 15469
4-AAA 2342-20200 11220
Naproxen 1953-4845 2994
Ibuprofen 1128-4080 2551
4-FAA 1055-2374 1868
Hydrochlorothiazide 1493-1754 1554
4-MAA 591-2935 1556
Gemfibrozil 652-1946 1271
Atenolol 759-1872 1123
Furosemide 425-1669 1083
13 Compuestos que aparecen en los 4 muestreos, con concentracion > 1ppb
CARACTERIZACIÓN MICROCONTAMINANTES ENTRADA/SALIDA EDAR VUELTA OSTRERA (Suances, Cantabria)
La apuesta por la Reutilización
EFLUENTE EDAR
Nº muestreos = 4
Nº compuestos = 53
Compuesto Rango (ng/L) Media (ng/L) Caffeine 128-1543 642
Nicotine 93-755 288
Paraxanthine 116-756 431
4-AAA 2189-4868 3615
Naproxen 206-1189 764
4-FAA 1091-1326 1189
Hydrochlorothiazide 1296-2066 1540
Gemfibrozil 447-10545 3166
Atenolol 693-1325 983
Furosemide 331-1118 771
10 Compuestos que aparecen en los 4 muestreos
CARACTERIZACIÓN MICROCONTAMINANTES ENTRADA/SALIDA EDAR VUELTA OSTRERA (Suances, Cantabria)
La apuesta por la Reutilización
13 compuestos con concentración superior a 1 ppb en influente (1) Se presenta % reducción de concentración a la salida de EDAR. En rojo los compuestos que a la salida presentan concentraciones superiores a 1 ppb: Hydrochlorothiazide, Atenolol, 4FAA, 4AAA, Gemfribrozil (1) No se ha graficado el % reducción de Gemfibrozil
La apuesta por la Reutilización
OI Escala Lab
Membr: BW 30 (Filmtec, Dow)
Área = 155 cm2
OI Escala Piloto
Membrana LFC1-4040
2 módulos membrana en espiral
Área = 8 m2 (por módulo)
Ánodo DDB, 70 cm2
ELECTROOXIDACIÓN
TRATAMIENTO DEL CONCENTRADO DE OSMOSIS INVERSA: ELECTROOXIDACIÓN DE MICROCONTAMINANTES
La apuesta por la Reutilización
CONCENTRADO OI LABORATORIO. MUESTRAS DOPADAS
Compuesto % Elim. OI % Elim. Elox. 1h % Elim. Elox. 5h Carbamazepine 97.37 38.9 100
Caffeine 98.44 62 100
Ketorolac 97.62 100 100
Antipyrine 95.00 100 100
Sulfamethoxazole 98.15 100 100
Isoproturon 95.12 93.9 100
Diclofenac 98.89 100 100
Ibuprofen 94.83 91.9 100
La apuesta por la Reutilización
ENTRADA O.I.
PERMEADO O.I.
CONC. O.I.
CONCENTRADO OI LABORATORIO. MUESTRAS DOPADAS
Determinación analítica por cromatógrafo convencional (HPLC/DAD)
La apuesta por la Reutilización
CONCENTRADO OI LABORATORIO. MUESTRAS DOPADAS
ENTRADA ELOX. = CONC. OI
EFLUENT ELOX. t = 5 h
Resultados Escala PLANTA PILOTO
La apuesta por la Reutilización
TRATAMIENTO DEL CONCENTRADO DE OSMOSIS INVERSA: ELECTROOXIDACIÓN DE MICROCONTAMINANTES
La apuesta por la Reutilización
ELECTROOXIDACIÓN MICROCONTAMINATES
CONCENTRADO OI PLANTA PILOTO
índice
La apuesta por la Reutilización
MF
UF
Permeado UF
Permeado OI
Efluente del secundario de la EDAR
Concentrado ELECTROOXIDACIÓN
OI
ELECTRO DESINFECCIÓN
Sistema de UF
Osmosis Inversa
Electrodesinfección/Electrooxidación
Flow meter
earth Power supply
Mini-DiaCell®
Minimum Flow detector
Security filter 100µm
earth
Flow regulation
Pump 200 l/h -0.3 bar
Water Tank 20L
Sampling
Sampling - emptying
Ánodo/cátodo DDB
Area : 12.5 cm2
ELECTRO-DESINFECCIÓN
Modo de operación Recirculación
Volumen 20 L
Densidad de corriente aplicada, J 40 – 80 – 120 mA/cm2
Concentración inicial de cloruro 60, 100, 300, 600 and 1000 ppm Influencia de [Cl-]0
Influencia de J
La apuesta por la Reutilización
CINÉTICA DE DESACTIVACIÓN DE E. COLI. INFLUENCIA DE [Cl-]0
J (mA/cm2) Cl- (ppm) E. Coli0 (f.c.u./100mL) % Eliminación E. Coli, t= 1 h
80 60 482500
99.99 80 90 352500
80 280 145000
80 560 128333
80 1050 235000
↑[Cl-]0 ↑ E.Coli desactivación
La apuesta por la Reutilización
VELOCIDAD DE DESACTIVACIÓN E.COLI
INFLUENCIA DE LA DENSIDAD DE CORRIENTE
J (mA/cm2) K (min-1) 40 0.108
80 0.281
120 0.510
↑J ↑ E.Coli velocidad de desactivación
J = 40 mA/cm2 J = 80 mA/cm2
J = 120 mA/cm2
CHICK´S LAW
PROCESO INTEGRADO DE REGENERACIÓN DE AGUAS DEPURADAS
La apuesta por la Reutilización
MF/ UF OI ELECTRO- OXIDACIÓN
PERMEADO PERMEADO
CONCENTRADO
EFLUENTE DEL SECUNDARIO DE LA EDAR
- Reducción/ Eliminación de:
- Turbidez
- Sólidos suspendidos
- Bacterias: E.Coli
- Reducción/ Eliminación de:
- TDS
- Salinidad.
- Conductividad.
- Alcalinidad
- Sílice
- Materia orgánica
- Eliminación de compuestos
no contemplados en la legislación.
Eliminación de Microcontaminantes
(fármacos…)
Agua de alta calidad para aplicaciones especiales
en la industria
Agua de óptima calidad. Se verifica que el agua
regenerada cumple los estándares de calidad para la reutilización industrial
según el RD 1620/2007
17-19 de Junio 2009, Alicante
• Dra. Inmaculada Ortiz • Dra. Ane Miren Urtiaga • Dr. Oscar Primo • Ing. Gema Pérez • Ing. Asunción Plaza
Medio Ambiente, Residuos y Energía. Consejería de Medio Ambiente del Gobierno de Cantabria
Grupo CT 10. Universidad de Almería
• Dra. Inmaculada Ortiz • Dra. Ane Miren Urtiaga • Dr. Oscar Primo • Ing. Gema Pérez • Ing. Asunción Plaza
Medio Ambiente, Residuos y Energía. Consejería de Medio Ambiente del Gobierno de Cantabria
Grupo CT10. Universidad de Almería Grupo C2. Universidad de Jaén
La apuesta por la Reutilización
RELACIÓN ENTRE TURBIDEZ Y ESCHERICHIA COLI
PROCESO INTEGRADO DE REGENERACIÓN DE AGUAS DEPURADAS
La apuesta por la Reutilización
MF/ UF OI ELECTRO- OXIDACIÓN
PERMEADO PERMEADO
CONCENTRADO
EFLUENTE DEL SECUNDARIO DE LA EDAR
- Reducción/ Eliminación de:
- Turbidez
- Sólidos suspendidos
- Bacterias: E.Coli
- Reducción/ Eliminación de:
- TDS
- Salinidad.
- Conductividad.
- Alcalinidad
- Sílice
- Materia orgánica
- Eliminación de compuestos
no contemplados en la legislación.
Eliminación de Microcontaminantes
(fármacos…)
Agua de alta calidad para aplicaciones especiales
en la industria
Agua de óptima calidad. Se verifica que el agua
regenerada cumple los estándares de calidad para la reutilización industrial
según el RD 1620/2007
CARACTERIZACIÓN MICROCONTAMINANTES ENTRADA/SALIDA EDAR VUELTA OSTRERA (Suances, Cantabria)
La apuesta por la Reutilización
Nº muestreos = 4
Nº compuestos = 53
INFLUENTE EDAR Compuesto Rango (ng/
L) Media (ng/
L)
Caffeine 14300-31980 23815
Acetaminophen 8162-47680 23780
Nicotine 4300-26694 18428
Paraxanthine 5252-32627 15469
4-AAA 2342-20200 11220
Naproxen 1953-4845 2994
Ibuprofen 1128-4080 2551
4-FAA 1055-2374 1868
Hydrochlorothiazide 1493-1754 1554
4-MAA 591-2935 1556
Gemfibrozil 652-1946 1271
Atenolol 759-1872 1123
Furosemide 425-1669 1083
Compuestos que aparecen en los 4 muestreos Compuestos que aparecen en 3 muestreos
Compuesto Rango (ng/L) Media (ng/L) Ofloxacin 0-181 89
Salbutamol 0-16 10
Compuestos que aparecen en los 2 muestreos
Compuesto Rango (ng/L) Media (ng/L) Ranitidine 0-523 217
Carbamazepine 0-118 47
Indomethacine 0-39 17
Sotalol 0-32 13
Propanolol 0-20 7
Mepivacaine 0-16 6
Atrazine 0-13 4
Diazepan 0-11 4
Compuestos que aparecen en 1 muestreo
Compuesto Rango (ng/L) Media (ng/L) Trimethoprim 143-343 206
Isoproturon 0-502 126
Fluoxethine 0-230 57
Simazine 0-81 20
Carbama. Epoxide 0-49 12
Clofibric Acid 0-23 6
Terbutaline 0-22 5.4
Metoprolol 0-21 5.4
Chlorfenvinphos 0-20 4.9
Omeprazole 0-15 3.6
Compuestos no detectados en ningún muestreo
Biphenylol
Ketorolac
Chlorophen
Parosethine
Erythroycin
Antipyrine
Fenofibric acid
Mefenamic acid
4-DAA
Cefotaxime
Fenoprophen
CARACTERIZACIÓN MICROCONTAMINANTES ENTRADA/SALIDA EDAR VUELTA OSTRERA (Suances, Cantabria)
La apuesta por la Reutilización
EFLUENTE EDAR
Nº muestreos = 4
Nº compuestos = 53
Compuesto Rango (ng/L) Media (ng/L) Caffeine 128-1543 642
Nicotine 93-755 288
Paraxanthine 116-756 431
4-AAA 2189-4868 3615
Naproxen 206-1189 764
4-FAA 1091-1326 1189
Hydrochlorothiazide 1296-2066 1540
Gemfibrozil 447-10545 3166
Atenolol 693-1325 983
Furosemide 331-1118 771
Compuestos que aparecen en los 4 muestreos Compuestos que aparecen en 3 muestreos
Compuesto Rango (ng/L) Media (ng/L) Erythromycin 0-112 78
Terbutaline 0-12 8
Compuestos que aparecen en 2 muestreos
Compuesto Rango (ng/L) Media (ng/L) Ranitidine 0-315 154
Ibuprofen 0-356 141
Carbam. Epoxi 0-27 12
Omeprazole 0-8 4
Clofibric Acid 0-6 3
Compuestos que aparecen en 1 muestreo
Compuesto Rango (ng/L) Media (ng/L)
Acetaminophen 0-126 31
Compuestos que no aparecen en ningún muestreo
Fluoxethine Antipyrine
Fenofibric Acid Chlorfenvinphos Mefenamic Acid
4-DAA Cefotaxime Simazine
Fenoprophen Atrazine
Biphenylol Ketorolac
Chlorophene Parosethine
4-MAA
MICROCONTAMINANTES EN LAS DISTINTAS ETAPAS DEL TRATAMIENTO AVANZADO
La apuesta por la Reutilización
OSMOSIS INVERSA A ESCALA DE LABORATORIO
OSMOSIS INVERSA A ESCALA DE LABORATORIO
Microcontaminantes analizados (acuerdo Tragua Junio 2008)
Carbamazepine Caffeine
Ketorolac Antipyrene
Sulfamethoxazole Isoproturon
Diclofenac Ibuprofen
Compuesto (ppt) Permeado UF Dopaje Permeado OI Concentrado OI Carbamazepine 100 3800 100 12600
Caffeine 300 19200 300 50200
Ketorolac n.d. 4200 100 10800
Antipyrine 40 2000 100 9100
Sulfamethoxazole 300 5400 100 20900
Isoproturon 20 4100 200 13300
Diclofenac 200 4500 50 24100
Ibuprofen n.d. 5800 300 27100
Compuesto % R OI Carbamazepine 97.37
Caffeine 98.44
Ketorolac 97.62
Antipyrine 95.00
Sulfamethoxazole 98.15
Isoproturon 95.12
Diclofenac 98.89
Ibuprofen 94.83
La apuesta por la Reutilización
MICROCONTAMINANTES. ETAPA DE ELECTROOXIDACIÓN
CONCENTRADO OI LABORATORIO. MUESTRAS DOPADAS
Microcontaminantes analizados (acuerdo Tragua Junio 2008)
Carbamazepine Caffeine
Ketorolac Antipyrene
Sulfamethoxazole Isoproturon
Diclofenac Ibuprofen
CONDICIONES DE OPERACIÓN V = 1.5 L
J = 200 A/m2
Duración experimento = 5 h
La apuesta por la Reutilización
MICROCONTAMINANTES. ETAPA DE ELECTROOXIDACIÓN
CONCENTRADO OI PLANTA PILOTO. MUESTRAS NO DOPADAS
MICROCONTAMINANTES ANALIZADOS
Nicotine Caffeine 4-AAA Ofloxacin
Erythromycin Atenolol Naproxen Fenofibric Acid
CONDICIONES DE OPERACIÓN V = 2 L
J = 20/50/100 A/m2
Duración experimento = 1 h