Implantació de la digestió anaeròbia a la EDAR de Castell-Platja d’Aro

Estudi de la viabilitat tècnica i econòmica de la implantació de la digestió anaeròbia a l’EDAR de Castell-Platja d’Aro per tal de portar a terme un sistema de cogeneració. S’ha estudiant el funcionament actual amb digestió aeròbia i s’ha valorat mitjançant balanços de matèria, energia i econòmics els avantatges i desavantatges de substituir la digestió aeròbia per anaeròbia

Implantació de la digestió anaeròbia a la EDAR de Castell-Platja d’Aro

Estudi de la viabilitat tècnica i econòmica de la implantació de la digestió anaeròbia a l’EDAR de Castell-Platja d’Aro per tal de portar a terme un sistema de cogeneració. S’ha estudiant el funcionament actual amb digestió aeròbia i s’ha valorat mitjançant balanços de matèria, energia i econòmics els avantatges i desavantatges de substituir la digestió aeròbia per anaeròbia

Obtenció d'estruvita a partir de la fracció líquida digerida de purins de vaca

Actualment a Catalunya existeixen zones amb importants limitacions per l’aplicació de purins al sòl, pel que és imprescindible trobar alternatives de gestió i tractament que permetin l’aprofitament adequat dels recursos continguts a les dejeccions ramaderes sense afectar el medi. La digestió anaeròbia és una de les tècniques utilitzades en el tractament de les dejeccions ramaderes. L’efluent líquid que s’obté d’aquest tractament no modifica el contingut de nitrogen i fòsfor i per tant ha de ser gestionat correctament. L’objectiu general d’aquest projecte és avaluar la precipitació d’estruvita (sal de magnesi, amoni i fosfat) com una alternativa de gestió de l’efluent líquid d’una planta de digestió anaeròbia i compostatge que tracta dejeccions ramaderes conjuntament amb altres residus orgànics. S’han avaluat els efectes dels diferents paràmetres operacionals en la formació d’estruvita (pH, temperatura, velocitat d’agitació, alcalinitat), mitjançant assaigs en discontinu amb solució sintètica. A continuació s’ha procedit a obtenir estruvita a partir de la fracció líquida digerida de purí (FLD), en assaigs en discontinu per estudiar l’efecte del contingut de matèria orgànica i sòlids Totals (ST), així com el contingut en fosfats i el pH de reacció. Finalment, s’han optimitzat els paràmetres de procés en continu, mitjançant la posada en marxa d’un reactor a escala de laboratori i estudi de l’efecte de la velocitat d’agitació i de la introducció del stripping de CO2, tant amb solució sintètica com amb la fracció líquida digerida del purí. Dels resultats obtinguts es pot concloure que els factors que tenen una major influència en el procés d’obtenció d’estruvita són el pH (el pH òptim es situa al voltant de 9), i la presència de matèria orgànica i sòlids ens suspensió, que interfereix de forma quantitativa i qualitativa en la formació de l’estruvita. En el procés en continu s’ha aconseguit reduccions d’un 84% i 98% d’amoni i fòsfor respectivament, obtenintse estruvita que pot ser utilitzada com a fertilitzant d’alliberació lenta. Es pot concloure que la precipitació d’estruvita és una bona alternativa per millorar la gestió de les dejeccions ramaderes alhora que permet recuperar nutrients i tancar cicles. La combinació amb un tractament previ que elimini la matèria orgànica, com podria ser la digestió anaeròbia, i una separació de fases, per eliminar els sòlids en suspensió, es presenta com una configuració amb molts avantatges.

Obtenció d'estruvita a partir de la fracció líquida digerida de purins de vaca

Actualment a Catalunya existeixen zones amb importants limitacions per l’aplicació de purins al sòl, pel que és imprescindible trobar alternatives de gestió i tractament que permetin l’aprofitament adequat dels recursos continguts a les dejeccions ramaderes sense afectar el medi. La digestió anaeròbia és una de les tècniques utilitzades en el tractament de les dejeccions ramaderes. L’efluent líquid que s’obté d’aquest tractament no modifica el contingut de nitrogen i fòsfor i per tant ha de ser gestionat correctament. L’objectiu general d’aquest projecte és avaluar la precipitació d’estruvita (sal de magnesi, amoni i fosfat) com una alternativa de gestió de l’efluent líquid d’una planta de digestió anaeròbia i compostatge que tracta dejeccions ramaderes conjuntament amb altres residus orgànics. S’han avaluat els efectes dels diferents paràmetres operacionals en la formació d’estruvita (pH, temperatura, velocitat d’agitació, alcalinitat), mitjançant assaigs en discontinu amb solució sintètica. A continuació s’ha procedit a obtenir estruvita a partir de la fracció líquida digerida de purí (FLD), en assaigs en discontinu per estudiar l’efecte del contingut de matèria orgànica i sòlids Totals (ST), així com el contingut en fosfats i el pH de reacció. Finalment, s’han optimitzat els paràmetres de procés en continu, mitjançant la posada en marxa d’un reactor a escala de laboratori i estudi de l’efecte de la velocitat d’agitació i de la introducció del stripping de CO2, tant amb solució sintètica com amb la fracció líquida digerida del purí. Dels resultats obtinguts es pot concloure que els factors que tenen una major influència en el procés d’obtenció d’estruvita són el pH (el pH òptim es situa al voltant de 9), i la presència de matèria orgànica i sòlids ens suspensió, que interfereix de forma quantitativa i qualitativa en la formació de l’estruvita. En el procés en continu s’ha aconseguit reduccions d’un 84% i 98% d’amoni i fòsfor respectivament, obtenintse estruvita que pot ser utilitzada com a fertilitzant d’alliberació lenta. Es pot concloure que la precipitació d’estruvita és una bona alternativa per millorar la gestió de les dejeccions ramaderes alhora que permet recuperar nutrients i tancar cicles. La combinació amb un tractament previ que elimini la matèria orgànica, com podria ser la digestió anaeròbia, i una separació de fases, per eliminar els sòlids en suspensió, es presenta com una configuració amb molts avantatges.

Impacte de l’aplicació de fangs de depuradora en un sòl agrícola

L'elevada quantitat d'aigües residuals generades per la societat actual i el posterior procés de depuració per tal d'eliminar els contaminants de l'aigua, provoca un gran volum de fangs que tradicionalment es duien en un abocador controlat o, pitjor encara, a les zones litorals on es dipositaven directament al mar. La reutilització dels fangs, obtinguts com a subproducte del tractament de les aigües residuals en les EDAR, com a adob biològic en camps agrícoles, és una de les opcions més utilitzades per a la seva gestió. Aquesta, pot ser una bona opció sempre i quan no suposi un risc per la salut, donat que el contingut al fang d'alguns contaminants pot ser elevat i l'acumulació excessiva per exemple d'elements potencialment tòxics (PTE) pot suposar un risc pels sòls i les plantes amb els problemes que això pot ocasionar. Encara que els fangs normalment presenten continguts en PTE inferiors als valors límit establerts per la normativa europea, la seva aplicació reiterada pot suposar un risc d'acumulació dels metalls en el sòl i, depenent de la seva mobilitat, també en les plantes. En aquest projecte, ens centrem en l'estudi de la mobilitat i biodisponibilitat dels metalls en els sòls on s'han cultivat cereals d'hivern, concretament ordi. Els fangs aportats en aquesta experiència són procedents de l'EDAR de Palamós, on reben un tractament de digestió anaeròbia. S'avalua tan el contingut pseudototal de PTE en el sòl, amb l'ajuda d'una digestió al microones, com el contingut de metall biodisponible. A continuació, es determinarà la concentració dels PTE en els extractes mitjançant l'ICP-AES o ICP-MS, depenent de la concentració d'aquests.El projecte es centra en l'avaluació del possible impacte de l'aplicació continuada de biosòlids en sòls agrícoles. Des d'un punt de vista operacional, l'estudi es portarà a terme en parcel•les experimentals situades a l'Estació Experimental Mas Badia, on es porten aplicant fangs de depuradora de manera reiterada durant 12 anys, amb l'objectiu de valorar l'interès agrícola i la incidència agronòmica de l’aplicació de fangs de depuradora en diferents cultius, a mig i a llarg termini

Eliminació autotròfica de nitrogen en una pila biològica (microbial fuel cells )

L’aigua i l’energia formen un binomi indissociable. En relació al cicle de l’aigua, des de fa varies dècades s’han desenvolupat diferents formes per recuperar part de l’energia relacionada amb l’aigua, per exemple a partir de centrals hidroelèctriques. No obstant, l’ús d’aquesta aigua també porta associat un gran consum energètic, relacionat sobretot amb el transport, la distribució, la depuració, etc... La depuració d’aigües residuals porta associada una elevada demanda energètica (Obis et al.,2009). En termes energètics, tot i que la despesa elèctrica d’una EDAR varia en funció de diferents paràmetres com la configuració i la capacitat de la planta, la càrrega a tractar, etc... es podria considerar que el rati mig seria d’ aproximadament 0.5 KWh•m-3.Els principals costos d’explotació estan relacionats tant amb la gestió de fangs (28%) com amb el consum elèctric (25%) (50% tractament biològic). Tot i que moltes investigacions relacionades amb el tractament d’aigua residual estan encaminades en disminuir els costos d’operació, des de fa poques dècades s’està investigant la viabilitat de que l’aigua residual fins i tot sigui una font d’energia, canviant la perspectiva, i començant a veure l’aigua residual no com a una problemàtica sinó com a un recurs. Concretament s’estima que l’aigua domèstica conté 9.3 vegades més energia que la necessària per el seu tractament mitjançant processos aerobis (Shizas et al., 2004). Un dels processos més desenvolupats relacionats amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica és la digestió anaeròbia. No obstant, aquesta tecnologia permet el tractament d’altes càrregues de matèria orgànica generant un efluent ric en nitrogen que s’haurà de tractar amb altres tecnologies. Per altre banda, recentment s’està investigant una nova tecnologia relacionada amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica: les piles biològiques (microbial fuel cells, MFC). Aquesta tecnologia permet obtenir directament energia elèctrica a partir de la degradació de substrats biodegradables (Rabaey et al., 2005). Les piles biològiques, més conegudes com a Microbial Fuel Cells (acrònim en anglès, MFC), són una emergent tecnologia que està centrant moltes mirades en el camp de l’ investigació, i que es basa en la producció d’energia elèctrica a partir de substrats biodegradables presents en l’aigua residual (Logan., 2008). Els fonaments de les piles biològiques és molt semblant al funcionament d’una pila Daniell, en la qual es separa en dos compartiments la reacció d’oxidació (compartiment anòdic) i la de reducció (compartiment catòdic) amb l’objectiu de generar un determinat corrent elèctric. En aquest estudi, bàsicament es mostra la posada en marxa d'una pila biològica per a l'eliminació de matèria orgànica i nitrogen de les aigües residuals.

Creació d'un consorci de microorganismes per l'eliminació de fòsfor a partir de fonts de carboni alternatives

L'existència d’una font de carboni adequada per l’eliminació biològica de fòsfor, és un factor decisiu per l'eliminació de fòsfor de les aigües residuals urbanes. Per a les aigües residuals amb baix contingut d'àcids grassos volàtils és necessària l’addició d’alguna font de carboni externa. El metanol és la font de carboni més utilitzada en processos a EDAR (p.ex. desnitrificació), degut al seu baix cost. Malgrat això, varis estudis proven que per l’eliminació biològica de fòsfor, aquest, no és una bona alternativa. En aquest estudi es desenvolupa un consorci amb la biomassa de digestió anaeròbia i biomassa acumuladora de polifosfat (PAO). El propòsit del consorci és la degradació de metanol en AGV, per obtenir l'activitat EBPR. A més, aquest estudi mostra la viabilitat de substituir en el consorci el metanol per altres fonts de carboni.

Selecting the most relevant variables for anaerobic digestion imbalances : Two case studies

In this study, a wrapper approach was applied to objectively select the most important variables related to two different anaerobic digestion imbalances, acidogenic states and foaming. This feature selection method, implemented in artificial neural networks (ANN), was performed using input and output data from a fully instrumented pilot plant (1 m 3 upflow fixed bed digester). Results for acidogenic states showed that pH, volatile fatty acids, and inflow rate were the most relevant variables. Results for foaming showed that inflow rate and total organic carbon were among the relevant variables, both of which were related to the feed loading of the digester. Because there is not a complete agreement on the causes of foaming, these results highlight the role of digester feeding patterns in the development of foaming

Knowledge-based modelling and simulation of operational problems of microbiological origin in wastewater treatment plants

The activated sludge and anaerobic digestion processes have been modelled in widely accepted models. Nevertheless, these models still have limitations when describing operational problems of microbiological origin. The aim of this thesis is to develop a knowledge-based model to simulate risk of plant-wide operational problems of microbiological origin.For the risk model heuristic knowledge from experts and literature was implemented in a rule-based system. Using fuzzy logic, the system can infer a risk index for the main operational problems of microbiological origin (i.e. filamentous bulking, biological foaming, rising sludge and deflocculation). To show the results of the risk model, it was implemented in the Benchmark Simulation Models. This allowed to study the risk model's response in different scenarios and control strategies. The risk model has shown to be really useful providing a third criterion to evaluate control strategies apart from the economical and environmental criteria.

Avaliação da biodegradabilidade anaeróbia de resíduos da bovinocultura e da suinocultura

The biodegradability of animal wastes production was evaluated through a simplified methodology that allowed the verification of the applicability of anaerobic processes. The experiments were performed in bath reactors, with granular sludge of three origins: UASB reactor treating dairy effluent, UASB reactor treating swine effluent and UASB reactor treating effluent of slaughterhouse of poultry. The experiments (1) - dairy effluent and poultry slaughterhouse non-adapted sludge; (2) -swine effluent and poultry slaughterhouse non-adapted sludge; (3) - dairy effluent and poultry slaughterhouse adapted sludge; (4) - swine effluent and poultry slaughterhouse adapted sludge; (5) - dairy effluent and dairy sludge, and (6) - swine effluent and swine sludge were performed in Incubator Shaker, at a temperature of 35 °C, under agitation at a 150 rpm, for 5 minutes, every 1 hour. A substrat:biomass relationship of 0.5 was used. Kinetic models of Monod, Zero Order, First and Second Order were tested and it was verified that the First Order model provided the best adjustment. The apparent First Order kinetic parameter (k1) was estimated for the experiments 1; 2; 3; 4; 5, and 6, as 2.51 x 10-2; 2.49 x 10-2; 1.90 x 10-2; 3.09 x 10-2; 2.54 x 10-2; 4.09 x 10-2 h-1, respectively.

Biodigestão anaeróbia de efluente de abatedouro avícola

Objetivou-se, com este trabalho, avaliar o processo de biodigestão anaeróbia no tratamento de efluentes de abatedouro avícola, considerando-se os TRH de 7, 14 e 21 dias, além da adição de enzima lipolítica aos substratos, nas concentrações de 0; 0,5; 1,0 e 1,5 g L-1 de carga adicionada aos biodigestores. A influência dos TRH e da adição de enzima lipolítica aos substratos foi avaliada por meio das produções de biogás e CH4, dos potenciais de produção por DQO, adicionada e removida, bem como pelas reduções dos teores de DQO, concentrações de N, P e K e dos valores de pH. Os resultados obtidos demonstraram que houve influência dos TRH (em que o TRH 7 expressou os melhores resultados, para produção semanal média de biogás, com 40,7 L, e CH4, com 32,2 L) e das concentrações de enzimas, com maiores valores de produção para os tratamentos 1,0 (24,6 L) e 1,5 g L-1 (26,2 L), que não diferiram entre si. As concentrações de enzimas de 1,0 e 1,5 g L-1 apresentaram maiores potenciais de produção de biogás (1,1 e 1,1 L g-1 de DQO adicionada, respectivamente) e metano (0,9 e 0,8 L g¹ de DQO adicionada, respectivamente), quando comparadas com as da 0,5 g L-1 (0,8 e 0,7 L g-1 biogás e CH4, respectivamente) e 0 (0,7 e 0,5 L g-1 biogás e CH4, respectivamente). As maiores remoções de DQO foram alcançadas nas concentrações de 0,5 g L-1 (83,3%) e TRH de 21 dias (74,4%). Contudo, para que haja maior eficiência na reciclagem energética, recomenda-se a utilização de concentrações de 1,0 g L-1 de efluente e tempo de retenção hidráulica de 7 dias.

Estudo de digestão anaeróbia de resíduos sólidos agro-alimentares em instalação piloto

Hoje em dia são várias as energias “verdes” que beneficiam de forma inequívoca o meio ambiente, de modo a aproveitar recursos naturais disponíveis na natureza. Entre todos os tipos de energias limpas, surge a produção de biogás. É de notar que apesar de ser uma forma de energia já utilizada há muitos anos, esta pode ser melhorada através de uma gestão adequada de todos os recursos envolvidos na sua produção. Consegue-se desta forma, optimizar a produção de biogás, contribuindo para uma rentabilização do funcionamento de uma instalação. Para esta optimização é necessária uma análise e caracterização detalhada dos resíduos utilizados na geração desta energia. O presente trabalho foca-se no estudo da produção de biogás através de digestão anaeróbica. Este trabalho baseia-se num estudo real de produção de biogás, num reactor à escala semi-industrial, e com uma temperatura de trabalho em regime mesofílico (37°C). O substrato utilizado para a alimentação deste reactor foi cedido por uma conhecida indústria do ramo alimentar e consistia numa mistura de “casca” de batatas e lamas, numa proporção de 30% e 30% respectivamente. Em termos de resultados Óbidos neste projecto, verificou-se uma redução de cerca de 40% dos sólidos totais, o que indicia, aparentemente, a existência de dificuldades na hidrólise dos compostos em suspensão. A remoção orgânica na sua globalidade oscilou numa ampla gama de valores, com um valor médio de cerca 50%. A larga variedade de resultados pode estar relacionada com a heterogeneidade da amostra da alimentação. Apesar da existência de algumas dificuldades inerentes à realização do trabalho prático, concluiu-se que o substrato utilizado neste estudo revela grande potencial de produção de biogás.

Contribuição para o estudo de avaliação do desempenho de um sistema de estabilização anaeróbia e utilização do gás produzido

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente,Perfil Engenharia Sanitária