Condicionament dels retorns de processos de tractament de fangs de depuració a partir de processos de Nitritació Parcial i Oxidació Anaeròbia de l‘Amoni (Anammox)

Jesús Colprim(1,2), Helio Lopez(1), Ramon Ganigué(1), Maël Ruscalleda(1), Maria Dolors Balaguer(1).

(1)Laboratori d'Enginyeria Química i Ambiental, LEQUIA-UdG, Institut de Medi Ambient, Universitat de Girona

http://lequia.udg.cat

(2)Institut Català de Recerca de l'Aigua, ICRAhttp://icra.udg.cat

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

Presentació

NH4+

NH3

Org N

NO2-

NH2OH

O2 Nitrificació

Nitritació

ANAMMOX

Processos de nitrificaciProcessos de nitrificacióó / / desnitrificacidesnitrificacióó

EliminaciEliminacióó del Nitrogendel Nitrogen

Avantatges:

- Menys O2 necessari

-Autotròfic, sense M.O.

- Baixa producció fang

NO3-

O2

NON2O

N2

M.O. M.O.

Desnitrificació

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

Presentació

Quant es pot fer?- Altes concentracions de N (amoni)- Alcalinitat insuficient- Matèria orgànica no disponible- Procés no finalista (producció de nitrats)- Nitritació parcial:

estalvi de O2- Anammox:

sense M.O. i alta càrrega (>0.5 Kg N·m3/dia)Exemples de retorns:

- Digestió anaeròbia - espessidors- Centrifugació - Secat tèrmic de fangs

Perquè fer-ho?- Disminuir la càrrega de nitrogen a la EDAR

1 NH4+ + 1.32 NO2

- + 0.066 HCO3- + 0.13 H+ ⇒

1.02 N2↑ + 0.26 NO3- + 0.066 CH2O0.5N0.15 + 2.03 H2O

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

PresentacióD’on surt el N dels retorns?

)(cons.substrat mg)(biomassa mg

2

2

DQOODQOOYH −

−= Ssmg O2/l

YH

1-YH

Biomassa

CO2+H2O

Ssmg O2/l

YH

1-YH

Biomassa

CO2+H2OContaminació

diluïdaContaminacióconcentrada

Fracció soluble

Fracció particulada

Fracció eliminada a CO2 i H2O

Fracció assimilada a nova biomassa

Fracció mineralitzada

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

PresentacióD’on surt el N dels retorns?

XND SND SNH

XBA

XBH

XS

SS

SO

SO

SNO

SNO

1

2

3

4

5

6

7

8 1 Creixement aerobi heterotròfic

2 Creixement anòxic heterotròfic

3 Creixement aerobi autotròfic

4 Mort heterotròfic (decay)

5 Mort autotròfic (decay)

6 Amonificació

7 Hidròlisis

8 Hidròlisis del N

WW

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

PresentacióD’on surt el N dels retorns?

XND SND SNH

XBA

XBH

XS

SS

WW

SNH

0.66

18.5% del N

N del % 17N/L mg 8.4DQO/L-X mg 120/lDQO mg 600

10 0.20 66.0

DQO mgDQOX mg 20.0

·1

elim

1elim

≈

===

−≈+

=

− ddKYKYY

cd

cdobs

θθ

N del % 1.4N/L mg 0.67DQO/L-X mg 9.6/lN mg 50

5 0.05 24.0

N mgDQOX mg 192.0

·1

aut

elim

1elim

aut

≈

===

−≈+

=

− ddKYKYY

cd

cdobs

θθ

Biomassa Heterotròfica

Biomassa Autotròfica

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

PresentacióD’on surt el N dels retorns?

18.5% del N

Normalment NH4+

EntradaQi, Si, Xi Efluent

Qe, Se, Xe

RecirculacióQr, Sr, Xr

PurgaQw, Sw, Xw

R. Biològic D. Secundari

Tractament de fangs

Tractament del N

100 % del N

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

Presentació

NO3-

NH4+

NO2-

1 NH4+ + 1.32 NO2

- + 0.066 HCO3- + 0.13 H+ ⇒

1.02 N2↑ + 0.26 NO3- + 0.066 CH2O0.5N0.15 + 2.03 H2O

N2

Xamx

Nitritació parcial

Tractament del N dels retorns:- Altes concentracions- poca matèria orgànica (difícil desnitrificar)

Procés Anammox:

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

Nitritació parcial

Amonificació

Organic N NO3-NH4

+ NO2-

Nitritació, AOB NItritació, NOB

Evitar oxidació nitrit

NH4+ : NO2

- = 1 : 1.32Influent ANAMMOX requereix:

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

Nitritació parcial

NH4+ + 2 HCO3

- + 1.5 O2 ⇒ NO2- + 2 CO2 + 3 H2O

Nitritació

Reactiu limitant: normalment bicarbonat, HCO3-

Nitritació Parcial (PANI)

2.32 NH4+ + 2.64 HCO3

- + 1.98 O2 ⇒ NH4+ + 1.32 NO2

- + 2.64 CO2 + 3.96 H2O

x1.32+1 NH4

+

Amonificació

Organic N NH4+ NO2

-

Nitritació, AOB

NH4+ : NO2

- = 1 : 1.32Influent ANAMMOX requereix:

HCO3- : NH4

+ =1.138

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

Nitritació parcial

Estratègies d’alimentació

Reactor de nitritació parcial:- Tipus SBR- Condicions aeròbies (2.0 mg O2/L)- Temperatura elevada (35ºC), inhibició NOB- TRC = 5 dies - TRH = 1.5-2 dies- Control de pH (7-7.5, inhibició FA, FNA)

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

Nitritació parcial

Procés PANI: Resultats, estat estable:HCO3

- : NH4+ =1.138

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

Procés anammox

NO3-

NH4+

NO2-

1 NH4+ + 1.32 NO2

- + 0.066 HCO3- + 0.13 H+ ⇒

1.02 N2↑ + 0.26 NO3- + 0.066 CH2O0.5N0.15 + 2.03 H2O

N2

Xamx

1. Condicions anaeròbies 6. bacteris autotròfics2. Nitrit acceptor final d’electrons 7. sense H2S (tòxic)3. Desenvolupament en biofilms/grànuls 8. Creixement lent (µmax=0.066 d-1)4. Inhibició per Nitrit 9. Inhibició per OD, reversible5. Temperatura alta (30º-38ºC) 10. No gaires inòculs disponibles

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

Procés anammox

Feed

Reaction

Mixed Feeding

Draw

SettlingTime (min)

0 60 120 180 240 300 360 420 480

N2 gas addition

Reactor Anammox:- Tipus SBR- Condicions anaeròbies- Temperatura elevada (35ºC)- TRC = inicialment sense purga.... 15 dies- TRH = inicialment variable............ 1.5- 2 dies- Control de pH (7-7.5, inhibició FA)- Influent:

- addicions inicials de N2 gas- operació en feed-batch

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

Procés anammox

Stage Days NO2- : NH4

+ NLR HRT ObjectiuKg·m-3·d-1 days

Start-up 78 0.76 0.01-0.02 3.6-2.4 Evitar inhibició per nitritLow load 146 1.00 0.02-0.25 2.3-1.9 creixement

Evolució de la càrrega aplicada: NLR

Time (d)0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

mg

NH

4+ -N

·L-1

0300600900

120015001800

NH4+-N eff

NH4+-N infA)

NO2--N effNO2--N infB)

Time (d)0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

mg

NO

2- -N·L

-10

300600900

120015001800

High load 139 1.32 0.25-1.60 1.9 Anàlisi de capacitat

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

Reactors i biomassa anammox

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

Referències

Publicacions:

R. Ganigué, H. López, M. Ruscalleda, M. D. Balaguer and J. Colprim (2007). “Operational strategy for a Partial Nitritation-SBR (PN-SBR) treating urban landfill leachate to achieve a stable influent for an anammox reactor”. J Chem Technol Biot., accepted, in press. ISSN: 0213-5930

R. Ganigué, H. López, M. D. Balaguer and J. Colprim.(2007). “Partial ammonium oxidation to nitrite of high ammonium content urban landfill leachates”. Water Res., 41(15), 3317-3326. ISSN: 0043-1354

Magrí A., Corominas Ll., López H. Campos E., Balaguer M.D., Colprim J., Flotats X.(2007). “A model for the simulation of the SHARON process: pH as a key factor” Environ Technol., 28, 255-265. ISSN: 0959-3330

H. López, S. Puig, R. Ganigué, M. Ruscalleda, M.D. Balaguer, J. Colprim (2007). “Start-up and enrichment of a granular anammox SBR to treat high nitrogen load wastewaters”. J Chem Technol Biot., accepted, in press. ISSN: 0213-5930

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

Referències

Finançament:

CESPA GR. Període 2002-2008

Unió Europea. Projecte CLONIC. LIFE03 ENV/E/000140

2003-2006

Ministerio de Educación y Ciencia. PROFIT. CIT-310200-2007-90

2007-2008

I I I Jornades tècniques de gestió de sistemes de sanejament d’aigües residuals.. Tractament i valorització de Fangs. Barcelona 17-18 Octubre 2007

Gràcies per la seva atenció

Condicionament dels retorns de processos de tractament de fangs de depuració a partir de processos de Nitritació Parcial i Oxidació Anaeròbia de l‘Amoni (Anammox)

Jesús Colprim(1,2), Helio Lopez(1), Ramon Ganigué(1), Maël Ruscalleda(1), Maria Dolors Balaguer(1).

(1)Laboratori d'Enginyeria Química i Ambiental, LEQUIA-UdG, Institut de Medi Ambient, Universitat de Girona

http://lequia.udg.cat

(2)Institut Català de Recerca de l'Aigua, ICRAhttp://icra.udg.cat