producing irrigation water and bioproducts from …...polisacáridos, fitohormonas, oligoelementos y...

PRODUCING IRRIGATION WATER AND BIOPRODUCTS FROM WASTEWATER

Dr. Raúl Cano HerranzProject ManagerPhone: +34 [email protected]

Department of Innovation and TechnologyFCC Aqualia S.A.

XXI CENTURY CHALLENGES

HYDRIC STRESS

Water scarcityGlobal warmingContamination of water sources

RESOURCES DEPLETION

Nitrogen fixationHaber-Bosch Process

10 kWh/kg N

Phosphate rock depletion

ENERGY CRISIS

Renewable energies vs. Fossil fuelsAlternative energy sourcesInternational energy dependence

Aqualia treats annually 500 000 000 m3 of urban wastewater

Electric consumption associated: 0,5 kWhel /m3 = 250 M kWh = 25 M €

The energy content of urban WW is typically ~2 kWhth/m3

Situation in Spain:

WWTPs >1 % national energy consumption

High sludge management costs 8-20 €/TonTon

Difficulties to meet regulation 91/Ton271/TonCEE: N & P

Need of water reuse RD 1620/Ton2007(specially in stressed areas)

XXI CENTURY CHALLENGESWastewater treatment

From wastewater to resources

Wastewater is Bioenergy!

Wastewater is a nutrient source!

Reclaimed water for irrigation or fertirrigation

Biosolids for agriculture

Methane as renewable energy

+ P

Wastewater is Water for reuse!

TURNING WASTES INTO OPPORTUNITIES

2 successful examples implemented in WWTPs

Membrane for ENERGY and WATER RECOVERY

• LIFE memory project

ALCAZAR DE SAN JUAN DEMO PLANT (CIUDAD REAL)

Microalgae for BIOPRODUCTS and WATER RECOVERY

• LIFE BioSolWaRe project

• H2020 Incover project

• H2020 SABANA project

EL TOYO WWTP DEMONSTRATION PLANT (ALMERÍA)

Microalgae

COD

O2

Bacterias

CO2

N,P, C

Biofertilizers and others

Biometane

ReuseRD 1620/Ton2007

WW rich inC, N and P

Microalgae for BIOPRODUCTS and WATER RECOVERY

Hydric stress Average daily radiation

ALMERÍA?

Temperatura y horas de sol

Producción agrícola Origen de las aguas empleadas actualmente:

DESALACIÓN

AGUA SUBTERRÁNEA

> 3 kwh/Tonm3

+

EL TOYO WWTPAlmería (Spain)

5,000 m3/Tonday30,000 HE

EL TOYO WWTP DEMONSTRATION PLANT

Smart irrigation

Tertiary treatment

Solar disinfection

5 x 50 m2 Wetlands

LEAR vs. Paddle

CFD Modelling

CULTIVATION AREA(3000 m2 HRAP)

DOWNSTREAM: SEPARATION & REUSE

EL TOYO WWTP DEMONSTRATION PLANT

Nombre del proyecto: Innovative Eco-Technologies for Resource Recovery from Wastewater (INCOVER) Objetivos del proyecto: El objetivo del proyecto es transformar el agua residual en una fuente de productos de valor añadido, principalmente biometano, bioplásticos, biofertilizantes y agua con calidad para reutilización, a partir de fotobiorreactores de cultivo de algas. PresupuestoTotal: 8,431,384.38 €Aqualia: 903,625 € (70% financiación)

Duración: 36 meses (63% ejecutado)1 junio 2016- 1 de Junio 2019

LOCALIZACIÓN : 4 ubicacionesBarcelona (UPC), Almería/Chiclana (Aqualia)y Alemania (UFZ)

18 empresas, 7 países

CONSORCIO

HELIO PUR TECHNOLOGIES FCC Aqualia S.A. (Francia) (España)

Fundación Centro de las Nuevas Tecnologías del Agua COLDEP DÉVELOPPEMENT

(España) (Francia)

CONSORCIO

HELIO PUR TECHNOLOGIES FCC Aqualia S.A. (Francia) (España)

Fundación Centro de las Nuevas Tecnologías del Agua COLDEP DÉVELOPPEMENT

(España) (Francia)

Bio-Solar Water Recycling:

Demonstration wastewater treatment system dedicated to freshwater reuse and Recycling.LIFE13 ENV/FR/000711

3 ubicaciones:• CENTA (Sevilla): Demo 1• EDAR Grado (Asturias): Demo 1• EDAR el Toyo (Almería): Demo 2

OBJETIVOS:• Desarrollar un método de tratamiento de aguas residuales novedoso, eficiente y competitivo orientado a poblaciones pequeñas y aisladas (<10,000 HE)

• Construir un prototipo con capacidad de producir 50 m3/día de agua desinfectada para uso agrícola

• Conseguir eficiencias de depuración que cumplan las regulaciones europeas 2000/60/EC y 91/271/EEC

• Demostrar la viabilidad económica y ecológica en comunidades con algo estrés hídrico

RACEWAY

• 3 meses operación estable (desde 1 julio 2018)

Paddlewheel vs. LEAR

Mixing energy 1/Ton3

HARVESTING

Se cumplen los límites de vertido para zonas sensibles (91/Ton271/TonCEE)

DQOt

DATE

25/06/18 9/07/18 23/07/18 6/08/18 20/08/18 3/09/18

mg/

L

10

100

1000

10000WWin AC upper limitRCW AC

HARVESTING

Cultivo: 1,4 g/L Flotador: 39 g/L Centrífuga: 136 g/L

FRESH BIOMASS THICKENED BIOMASS DEWATERED BIOMASS

Protein content = 40%

99

39,6

20,78

0

20

40

60

80

100

120

140

Biomasa Proteina Aminoacido

Co

nce

ntr

acio

n (g

/TonL)

REG3

Excelente

100

1710,62

0

20

40

60

80

100

120

140


Co

nce

ntr

acio

n (g

/TonL)

REG1

71

21,311

0

20

40

60

80

100

120

140


Co

nce

ntr

aci

on

(g/TonL

)

REG2

No apto para mercado

Cerca de mercado

BIOESTIMULANTE agrícola a base de hidrolizados de aminoácidos de microalgas cultivadas en aguas residuales. Producto 100% natural , con un elevado contenido en aminoácidos libres, polisacáridos, fitohormonas, oligoelementos y antioxidantes.

BIOFERTILIZER PRODUCTION

El Toyo WWTP demo plant is able to produce

over 100 t/year of dried algae biomass

SOLAR DISINFECTION

WETLANDS /Ton PLANTED FILTER

SMART IRRIGATION

TERTIARY TREATMENTS FOR WATER REUSE

HARVESTING

WETLANDS

5 x 50 m2 wetlands:Facility 1. Phragmites australisFacility 2. Phragmites australisFacility 3. Arundo donaxFacility 4. Phragmites australis Facility 5. Arundo donax

Advanced Media Filtration with automated backwash

NaCl dosing (optional) 20 kg NaCl

ORP based water quality monitoring

Safe water storage tank

(1-3m³)

AO Reactor

DC Pump(100 – 250 L/

h)

Solar PV Power(600 Wp)

control unit

Remote online monitoring

Flow measurement

IN from wetlandOUT To irrigation

SOLAR DISINFECTION

SOLAR DISINFECTION

Wetland inlet/ Clarified water

(1/1000)

2 . 104

5 . 103

Wetland outlet

(1/100)

6 . 103

-

Filter outlet

(1/100)

2 . 103

-

After disinfection

(1/1)

<2

0

Se cumplen los límites legales para agua de reuso (RD 1620/Ton2007)

SAMPLE POINT:

DILUTION FACTOR:

TOTAL COLIFORMS:

E.COLI:

Raw wastewater

-

-

7 . 107

SMART IRRIGATION

CAPEX - OPEX

1.781.44753%1.233.486

36%

127.4064%

188.7396%

49.8671%

CAPEX Convencional (€)

OBRA CIVIL

EQUIPAMIENTOELECTROMECÁNICO

VARIOS

PUESTA EN MARCHA YPERÍODO DE PRUEBAS

MEDIDAS DE SEGURIDADY SALUD LABORAL

2.067.10751%1.609.204

40%

127.4063%

188.7395%

49.8671%

CAPEX REGENERA (€)

OBRA CIVIL

EQUIPAMIENTOELECTROMECÁNICO

VARIOS

PUESTA EN MARCHA YPERÍODO DE PRUEBAS

MEDIDAS DE SEGURIDADY SALUD LABORAL

+ 20%

÷3

0,0213%

0,48983%

0,06411%

0,0031%

0,0112%

Electricidad Convencional (kWh/Tonm3)

Pretratamiento

Biológico

Línea fangos

Otros (desodorización,auxiliares)

Generales

TOTAL 0,64 kWh/Tonm3

0,02114%

0,06443%

0,05134%

0,0032%

0,0117%

Electricidad REGENERA (kWh/Tonm3)

Pretratamiento

Biológico

Línea fangos

Otros (desodorización,auxiliares)

Generales

TOTAL 0,20 kWh/Tonm3

CAPEX - OPEX

REGENERA 3 (1€/Tonkg))

138.72014%

44.2854%

37.9444%

30.1803%

44.0374%

43.8314%

-679.902-65%

3.6240%

OPEX REGENERA (Ruta 3) Personal

Mantenimiento yConservaciónT. Potencia

Varios

Energia eléctrica

Reactivos

Transporte y gestiónFangosTransporte y gestiónResiduos

679,902 €/año

165.04534%

53.41011%

53.29711%

30.1806%

137.72528%

15.8183%

29.3106%

3.6241%

OPEX Convencional Personal


Varios

Energia eléctrica

Reactivos


EDAR convencional

REGENERA 1 (12€/Tonton)

342,622 €/año

138.72036%

44.28512%

37.94410%

30.1808%

44.03711%

43.83111%

40.79411%

3.6241%

OPEX REGENERA (Ruta 1)Personal


Varios

Energia eléctrica

Reactivos


-104,994 €/año

383,416 €/año

REGENERA 2 (0€/Tonton)

138.72040%

44.28513%

37.94411%

30.1809%

44.03713%

43.83113%

00%

3.6241%

OPEX REGENERA (Ruta 2)Personal


Varios

Energia eléctrica

Reactivos


342,622 €/año

-40,794 €/año

-679,902 €/año

-825,690 €/año

488,944 €/año

Sustainable integrated Algae Biorefinery for the production of bioactive compounds for Agriculture aNd Aquaculture

PresupuestoTotal: 10,646,705.5 € Max EU contribution: 8,848,523.75€Aqualia: 2,552,812.50€ Max EU contribution: 1,786,968.75€

Duración: 48 mesesDiciembre 2016- Diciembre 2020

Financiación70% Empresas. 100% Universidades y centros de investigación.

Detalles de la ayuda:Ayuda: IA, Innovation Action, single stageTopic: BG-01-2016 — Large-scale algae biomass integrated biorefineriesOrganismo: Comisión EuropeaNúmero Expediente: Grant Agreement (Octubre 2016)Modalidad Ayuda: Subvencion 70%, costes indirectos tipo fijo al 25%

LIFE MEMORY (MEMBRANE FOR ENERGY AND WATER RECOVERY) PROJECT

LIFE Memory aims to validate at demonstrative scale the AnMBR technology as an alternative to traditional urban wastewater treatment

http://www.life-memory.eu

Anaerobic Reactor40 m3


3 Membrane tanks

PURON®, KMS41 m2 filtration area/moduleUltrafiltration (0.03 µm)


Location: Alcázar de San Juan WWTP (Ciudad Real, Spain)


RESULTSFrom an environmental, economic and social point of view,

AnMBR for urban wastewater treatment is a promising

technology:- Suitable COD removal

- Methane production: recovering methane from effluent is a

crucial step for the favorable energy balance of the process

- High methane concentration: possibility for biomethane

production, to be used as automotive biofuel

- Low biosolids production can be achieved (up to 4 times lower

than aerobic processes )

- High quality treated water is obtained, which is rich-nutrient

water Identify value of nutrient rich irrigation reuse

- Low footprint

Waste sludge production of 76 g

VSS/kg COD

Waste sludge production of 76 g

VSS/kg COD

High COD removal efficiency 92 ± 4 %

High COD removal efficiency 92 ± 4 %

Methane yield of 105.7 LCH4/kg COD

Methane yield of 105.7 LCH4/kg COD

70% CH4 in biogas70% CH4 in biogas


THANKS FOR YOUR ATTENTION!

Dr. Raúl Cano HerranzProject ManagerPhone: +34 [email protected]

Department of Innovation and TechnologyFCC Aqualia S.A.

producing irrigation water and bioproducts from …...polisacáridos, fitohormonas, oligoelementos y...

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