Herramientas para la optimización en la eficiencia de explotación de una edar urbanaaplicación de técnicas quimiométricas a datos de depuración e hidrociclonado para la limpieza de digestores anaerobios

Résumé

El control de los procesos y el funcionamiento de las plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR) se llevan a cabo para asegurar su cumplimiento con las exigencias legislativas impuestas por la Unión Europea. Debido a que se mide diariamente una gran cantidad de variables, se requiere un enfoque coherente y estructurado de dicho sistema para comprender su comportamiento inherente y su eficiencia de rendimiento. En este sentido, tanto el análisis de componentes principales (ACP) como el análisis de agrupamientos jerárquicos (HCA) son técnicas multivariantes que se han aplicado ampliamente para extraer y estructurar información para diferentes propósitos. En esta Tesis Doctoral se aplican ambas herramientas estadísticas al conjunto de datos en un período de tres años de una EDAR urbana ubicada en Cartagena (sureste de España), una zona con características especiales relacionadas con la composición geoquímica del agua y un importante uso de fertilizantes. Se extrajeron cuatro factores principales en asociación con los nutrientes, el componente iónico, la carga orgánica de la EDAR y la eficiencia de todo el proceso. El análisis de agrupamientos jerárquicos (HCA) permitió distinguir entre afluente y los parámetros de efluente, aunque un examen más profundo dio lugar a un dendrograma con agrupaciones similares a los obtenidos para el análisis de componentes principales. Por otro lado, y también en EDARs del sureste de España, se ha realizado un trabajo de campo con planta piloto de cara a evaluar las posibilidades de aplicación en la línea de fangos de una EDAR, en concreto a la fase de digestión anaerobia, de las probadas tecnologías de ciclonado y tamizado por vibración utilizadas en la industria de los áridos en la separación y clasificación de los mismos, para la limpieza y cribado de los fangos en digestión anaerobia, eliminando la fase inerte, residuos y arenas, recuperando la capacidad útil del digestor tras años de funcionamiento en continuo. En esta tesis se describe el uso de la tecnología de hidrociclones como alternativa al vaciado del digestor anaerobio por medio de una bomba de lodos o el uso de algún tipo de máquina dentro del digestor anaeróbico para la ayuda a la extracción de los fangos. La fracción gruesa recuperada previo al uso de la planta de hidrociclonado contenía materia potencialmente biodegradable que podría ser utilizada como enmienda del suelo, con bajas concentraciones de metales pesados. Esta fracción se analizó para comprobar la pérdida de masa mediante termogravimetría (78%), mostrando la presencia de estearato cálcico como componente principal, demostrado además por el análisis FTIR. El sistema de hidrociclones mostró una capacidad de separación en función del tiempo para todos los tipos de sólidos, con factores de concentración más altos para los fijos (12 + 1 g/g) que para los totales (6 + 1 g/g) o los volátiles (2 + 1 g/g), siendo siempre más altos con calor que para la estación fría. El análisis XRD mostró que la presencia de cuarzo en fracciones finas y de subflujo, lo que podría indicar su posible uso como materiales de construcción o de cerámica. Además, la formación de estruvita se observó con el aumento de P y Mg especialmente en la fracción fina, con mayores niveles de cromo que los lodos afluentes, aunque nunca superó los valores máximos limitados admitidos por la mayoría de los países europeos. La evaluación económica de la planta de hidrociclones mostró un bajo coste adicional de < 6K € en 10 años, considerando que este sistema evita algunas desventajas operativas en comparación con los métodos de limpieza clásicos, al tratarse de una “limpieza” en continuo de los fangos en digestión, eliminando los residuos inertes, arenas y otros, que reducen el rendimiento del digestor, sin necesidad de hacer parada del proceso, posterior vaciado y limpieza del mismo, con el consiguiente ahorro económico, ganancia de tiempo y minimización de riesgos laborales. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/