No processo de tratamento de águas residuais urbanas o consumo de energia é elevado. Com o intuito de reduzir esse custo, um grupo do Departamento de Ciências Biológicas, Engenharia Química e Ambiental da Universidade Autônoma de Barcelona na Espanha está desenvolvendo o projeto “Life Saving-E”, coordenado pelo pesquisador Dr. Julian Carrera e financiado pelo programa LIFE da União Europeia. A finalidade é comprovar que é possível depurar águas residuais urbanas gerando energia. Ele estima que, pelo nível da União Europeia, esse sistema permitiria poupar entre 500 milhões e 1 bilhão de euros anuais para os países da União.
Esta nova estação de tratamento vai usar toda a matéria orgânica das águas residuais para produzir biogás, gás combustível que consiste principalmente de metano e pode ser usado para gerar calor e eletricidade. Por outro lado, o nitrogênio é removido de forma autótrofa, ou seja, sem a necessidade de matéria orgânica mediante uma nova tecnologia baseada em duas etapas biológicas : um reator aeróbio de desnitrificação parcial e um reator ANAMOXX. Os cientistas preveem que esta nova tecnologia irá reduzir significativamente os custos de aeração em comparação com as atuais instalações de esgotos urbanos.
O Dr. Julian Carrera foi entrevistado pelo blog “Condorchem Envitech” em Espanhol, respondendo as questões sobre o projeto Life Saving E.
Fonte : Universidade Autônoma de Barcelona
En el proceso de tratamiento de las aguas residuales urbanas se consume grandes cantidades de energía, siendo el coste de la energía uno de los costes más importantes de todo el proceso de depuración. Con la finalidad de disminuir el elevado coste de la energía, un grupo de investigación del Departamento de Ingeniería Química Biológica y Ambiental de la Universitat Autònoma de Barcelona está desarrollando el proyecto LIFE SAVING E, coordinado por el Dr. Julián Carrera y financiado por el programa LIFE de la Unión Europea, el cual se plantea como objetivo la modificación del proceso de depuración para que éste pase de consumir energía a producirla en términos de balance neto. De hecho, se estima que a nivel de la Unión Europea un sistema así supondría un ahorro de entre 500 y 1.000 millones de euros al año para los países de la Unión.
El Dr. Julián Carrera ha accedido amablemente a responder a las preguntas planteadas por Condorchem Envitech para que los lectores de este blog puedan conocer mejor el proyecto LIFE SAVING E.
Dr. Carrera, ¿cómo es posible que una depuradora urbana sea capaz de generar energía en vez de consumirla?
Actualmente, en una depuradora urbana se eliminan básicamente dos tipos de contaminación, la materia carbonosa y la que contiene nitrógeno. Para llevar a cabo el proceso es necesario aportar aire, hecho que provoca un elevado consumo de energía. Una parte de esta energía, hoy en día sí que se puede recuperar al producir biogás. El biogás es una mezcla de metano y CO2 que se produce en un proceso biológico llamado digestión anaerobia. El problema reside en que sólo se recupera aproximadamente el 40% de la energía total que se consume. Por lo tanto, en el balance global, actualmente las depuradoras consumen energía. Lo que en este proyecto se desea conseguir es poder destinar a la producción de biogás la totalidad del carbono orgánico que contiene el agua residual que entra en la depuradora. El biogás se genera a partir del carbono orgánico del agua residual y, en estos momentos, una parte del carbono orgánico no se puede utilizar para producir biogás porque se necesita para eliminar el nitrógeno. El proyecto LIFE SAVING-E, lo que introduce como novedad, es la eliminación del nitrógeno sin la necesidad de utilizar carbono orgánico. Así, se puede dedicar todo el carbono orgánico a la producción de biogás, produciendo mayor cantidad de biogás y, por tanto, mucha más energía.
Entonces, el factor clave que hace innovador el proyecto es el la posibilidad de eliminar el nitrógeno sin la necesidad de consumir carbono orgánico. ¿Cómo es esto posible?
Así es. Actualmente, para eliminar el nitrógeno se llevan a cabo dos procesos biológicos. El primero se denomina nitrificación y en él se necesita oxígeno; el segundo se llama desnitrificación y requiere el consumo de carbono orgánico. Para eliminar el nitrógeno sin consumir carbono orgánico, se utilizará el primer paso – la nitrificación, en el que se necesita oxígeno -, pero se llevará a cabo de una manera más corta de lo que se hace actualmente. Por tanto, se utilizará una menor cantidad de oxígeno del que se requiere actualmente. Aquí ya se produce un ahorro en el consumo de energía. Y, por otro lado, el segundo proceso – la desnitrificación, se realizará sin consumir carbono orgánico utilizando un tipo de bacterias novedoso que actualmente no se utilizan en las depuradoras. Son llamadas bacterias anammox, crecen de forma autótrofa – sin utilizar el carbono orgánico en su crecimiento – y fueron encontradas el año 1995, relativamente hace poco tiempo.
¿Qué hacen las bacterias anammox para eliminar el nitrógeno sin necesidad de carbono orgánico?
El nitrógeno llega a la depuradora en forma de nitrógeno amoniacal. Actualmente, el nitrógeno amoniacal primero se debe oxidar a nitrato y posteriormente el nitrato se reduce a nitrógeno gas, que se libera a la atmósfera al ser un gas inocuo. Lo que hacen las bacterias anammox es transformar amonio y nitrito en nitrógeno gas. Y esto lo hacen sin consumir carbono orgánico. Para conseguir que este proceso sea posible, previamente parte del amonio que entra a la depuradora se debe oxidar parcialmente a nitrito. Esta conversión consume mucha menos energía que lo que se hace actualmente, que es oxidar todo el amonio hasta nitrato. De hecho, se puede ahorrar hasta un 50% del oxígeno, por lo que ya se ahorra energía. Y después, las bacterias anammox, que son anaerobias, son capaces de utilizar nitrito y amonio para producir nitrógeno gas, sin consumir ni oxígeno ni carbono orgánico.
¿Qué cantidad de energía se puede llegar a producir introduciendo estos cambios en el proceso?
Actualmente, una depuradora urbana consume al año entre 8 y 16 kWh por habitante. Esto traducido al ámbito de la Unión Europea equivale a entre 500 y 1.000 millones de euros. Con el nuevo proceso se pretende no sólo producir energía suficiente como para compensar el consumo – que además se habrá reducido -, sino que si todo funciona correctamente, se podría llegar a producir un excedente. En este caso se podría llegar a generar, en término de balance neto, hasta 9 kWh por habitante y año. Además, el proceso conlleva una importante reducción de la emisión de gases de efecto invernadero, por el ahorro energético producido y por la generación de energía mediante una fuente limpia.
Este nuevo proceso se encuentra en fase de desarrollo, ¿cuáles crees que serán las principales dificultades técnicas que se deberán superar?
Bien, las bacterias anammox presentan buenas velocidades de crecimiento a temperaturas elevadas. No obstante, se ha observado que su crecimiento se ve ralentizado a temperaturas de entre 10 y 15 ºC, que es la que puede existir en las depuradoras en invierno. También se prevé otro reto relacionado con la estabilidad de la producción biológica de nitrito a temperaturas bajas, que si todo va bien, se superará con un novedoso sistema de control que hemos desarrollado nosotros mismos.
¿En qué fase se encuentra el proyecto actualmente?
El desarrollo de nuevas tecnologías es un proceso lento. Esta tecnología se lleva desarrollando en el laboratorio desde hace tres años. A partir de los resultados obtenidos, muy buenos, se ha solicitado un proyecto LIFE para seguir trabajando a una escala mayor. Hasta el momento se ha trabajado con reactores de 5 litros y ahora, con la financiación de la Unión Europea, se va a trabajar con una planta piloto que tendrá unos 1.000 litros. Es un proyecto con un horizonte temporal de tres años y medio, empezó en octubre de 2015 y ahora se está construyendo la planta piloto. Estará instalada en una EDAR real en junio de este año y estará operando aproximadamente unos tres años. Cuando el proyecto finalice, sobre marzo de 2019, se tendrán suficientes datos para poder acometer con éxito el escalado hasta escala real. En ese momento la tecnología necesaria para la operación del proceso a escala real también estará ya desarrollada.
Y ya para finalizar, ¿quién está detrás de este proyecto?
Se trata de un proyecto financiado por la Unión Europea y formado por cuatro socios. La investigación más básica la realizó nuestro grupo de investigación – GENOCOV – que pertenece al departamento de ingeniería química, biológica y ambiental de la Universitat Autònoma de Barcelona. Existe también un socio tecnológico y empresarial, la empresa Depuración de Aguas del Mediterráneo, que es la empresa explotadora de la EDAR donde se ubicará la planta piloto. Además, forma parte del proyecto la administración pública, la Agencia Catalana del Agua, que es la propietaria de la EDAR donde se ubicará la planta piloto y quien en definitiva decidirá si esta tecnología se puede implementar o no de forma práctica. Finalmente, el último socio es una asociación sin ánimo de lucro, llamada Plataforma Europea del Agua, que se encarga de la difusión del proyecto en el ámbito de la Unión Europea.
Para concluir, por parte de Condorchem Envitech, desearle suerte al coordinador del proyecto LIFE SAVING-E, el Dr. Julián Carrera, encargado de dirigir una iniciativa que construirá a escala piloto una planta de depuración de aguas residuales urbanas que, en lugar de consumir energía, la generará. Este proyecto, sin duda, cambiará la forma de percibir el agua residual, pasando de verla como un residuo a apreciarla como un recurso.
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O Processo Biológico ANAMMOX
O processo ANAMMOX ( ANaerobic AMMonium OXidation – oxidação anaeróbia da amônia ) é um processo biológico inovador que representa um grande avanço na remoção de nitrogênio. Esta é uma forma de remoção de amônia de águas e gases residuários de baixo custo operacional, robusta e sustentável. Comparada com a nitrificação/desnitrificação convencional, os custos operacionais e os níveis de emissão de CO2 são reduzidos em até 90%. Isso torna a pegada de carbono da fábrica mínima.
A conversão ANAMMOX é um atalho no ciclo natural do nitrogênio. Em combinação com a nitrificação ANAMMOX, bactérias transformam amônia (NH4+) em gás de nitrogênio. Trabalhando em conjunto com a Universidade de Tecnologia Delft na Holanda, a Paques (http://br.paques.nl), empresa especializada em sistemas para tratamento de efluentes desenvolveu o processo patenteado ANAMMOX® para uso comercial.
Vantagens do ANAMOXX comparado com nitrificação/desnitrificação convencional
• Alta remoção de nitrogênio
• Sem dosagem de metanol para a desnitrificação
• Redução no consumo de energia de até 60%
• Produção mínima de lodo excessivo
• Redução de emissão de CO2 em até 90%
• Necessidade de até 50% menos espaço
Aplicações
O processo ANAMMOX pode ser usado para a remoção de amônia de todos os tipos de efluentes com uma concentração de amônia relativamente alta:
(NH4+-N > 100 mg/l).
Alguns exemplos de processos e indústrias onde é possível encontrar esses efluentes:
• Tratamento municipal de águas residuárias (água de rejeitos de digestor de lodo)
• Tratamento de resíduos sólidos orgânicos (aterros, de compostagem, digestão)
• Indústria alimentícia
• Indústria de processamento de estrume
• Indústria de fertilizantes
• Indústria (petro) química
• Indústria de metais e mineração
Princípio de funcionamento
No reator ANAMMOX a amônia é transformada em gás nitrogênio. A reação é realizada por dois tipos diferentes de bactéria, que coexistem no reator. A bactéria de nitrificação oxida cerca de metade da amônia em nitreto. A bactéria Anammox transforma a amônia e o nitreto em gás nitrogênio.
O reator ANAMMOX é aerado e equipado com um sistema de retenção de biomassa. O reator contém biomassa granular. O reator recebe efluentes continuamente. A aeração é responsável pela rápida mistura do afluente com o conteúdo do reator, contato intenso com a biomassa e fornecimento de oxigênio para levar a transformação.
O efluente tratado deixa o reator através do sistema de retenção de biomassa no topo do reator. A biomassa granular é separada do efluente limpo, assegurando grande quantidade de biomassa no reator. Juntamente com as propriedades de transformação típicas para a biomassa granular, a grande quantidade de biomassa é responsável pela alta taxa de transformação e assim um volume baixo no reator.
Gheorge Patrick Iwaki
[email protected]
Responsável Técnico
