Acciones de implementación

Acción B.1: Construcción del sistema PNFR

Junto a la optimización del CPD, se llevará a cabo un estudio de Front End Engineering Design (FEED) para el mejor escenario operativo y la configuración óptima del proceso. El estudio FEED incluirá hojas de datos mecánicos y eléctricos y la preparación de paquetes de licitación para la adquisición del equipo principal, el desarrollo de diagramas de procesos e instrumentos y la elaboración de los diseños principales de tuberías, instrumentos y eléctricos. Además, el estudio FEED considerará la incorporación de medidores inteligentes al sistema de suministro de energía, para para controlar cuánta electricidad está utilizando la tecnología en su conjunto. Se diseñará también un sistema de control automático del reactor conectado con los instrumentos de medida para tener una visión de la relación de los parámetros del proceso con el consumo de energía. También se definirán los puntos de control apropiados para el muestreo. NCSRD procederá a la construcción del reactor y la integración de las membranas fotocatalíticas y los componentes ópticos. La preparación del sitio y la adquisición de consumibles y equipos para la integración del reactor montado sobre patines en las instalaciones existentes también se implementarán en esta acción.

Entregables

D-B1.1: Ingeniería detallada del prototipo PNFR para la integración en ZAGORIN

La Fase de Implementación del proyecto LIFE PureAgroH2O incluyó la Acción B1, centrada en la construcción del sistema PNFR ampliado.

En la Sub-Acción B1.1, se completó el diseño de ingeniería detallada, basándose en los resultados del diseño conceptual (Acción A2.1, D-A2.1). La ingeniería FEED y detallada cubrió hojas de datos mecánicos y eléctricos, especificaciones de equipos, paquetes de licitación, diagramas de tuberías de proceso y servicios públicos y diseños. Se identificaron mejoras para los componentes internos del módulo PNFR basándose en las pruebas que se estaban realizando con el PNFR pre-piloto en la Universidad de Almería. Se diseñó un sistema de control automático interconectado con mediciones (presión, flujo, temperatura, conductividad, turbidez, TOC) para garantizar la estabilidad operativa y analizar los parámetros del proceso frente al consumo de energía. Se probó la precisión del analizador de TOC en línea y se llevaron a cabo experimentos de lote fotocatalítico con pesticidas (Flonicamid, Tebuconazole), validando de forma cruzada las mediciones de TOC con LC-MS.

El estudio de ingeniería incluyó tuberías, instrumentación, cálculos de estrés y dibujos eléctricos, lo que dio como resultado planos 3D desarrollados en SOLIDWORKS.

En la Sub-Acción B1.2, se completó la adquisición de monolitos cerámicos de 7 canales, productos químicos y membranas fotocatalíticas, con 80 membranas adicionales desarrolladas. Se produjeron fibras porosas de PVDF TiO2 mediante una técnica de inversión seca-húmeda para mejorar los efectos fotocatalíticos, con aproximadamente 2.300 metros planificados para reactores grandes, alcanzables a 2,5 m/min. El sistema de irradiación se ensambló utilizando componentes ópticos, LED UV de alta potencia y fibras ópticas de brillo lateral, con cada canal integrado con una fibra alimentada por LED.

Se definió una especificación de sistema fotovoltaico para alimentar el equipo eléctrico del prototipo con energía renovable, con el objetivo de reducir la huella de carbono del proceso; se espera que las emisiones sean ligeramente más altas que las prácticas actuales, pero la energía renovable podría reducir 3,36 toneladas de CO2 anualmente. Las conclusiones finales se incluirán en D-C1.3.

Para la construcción a gran escala, los archivos .STL (dibujos) de todas las piezas se prepararon para la fabricación CNC, alejándose del taller de máquinas de NCSRD. A diferencia del pequeño piloto montado en patín, los grandes reactores se instalarán como unidades autónomas en plataformas diseñadas para facilitar el transporte, el montaje y el mantenimiento, con patines separados para bombas y equipos eléctricos. El desarrollo de software para el control de procesos y el registro de datos se completó en LabVIEW y se probó con el pequeño piloto, confirmando la operatividad.

La Sub-Acción B1.3 involucró la preparación del sitio de ZAGORIN y la integración del reactor. Las reuniones confirmaron que las obras civiles para una nueva instalación de lavado/clasificación (diseñada para 100 m³/día de aguas residuales) no interferirían con la instalación del PNFR. Aunque el tratamiento a plena capacidad no se planificó dentro del cronograma del proyecto, ZAGORIN operará el PNFR para tratar parte de las aguas residuales, recuperando 14,5 m³/día para su reutilización.

Fecha de entrega: 01/11/2019

D-B1.2: Prototipo piloto de PNFR encargado y listo para la campaña de pruebas en ZAGORIN

La filosofía experimental en ZAGORIN está diseñada para evaluar la eficiencia de rechazo/reducción de pesticidas (degradación oxidativa) del sistema PNFR y su capacidad para reducir la concentración de iones, TSS, DQO, COT y el contenido de microorganismos.

Además, la elaboración de los mecanismos de rendimiento más dominantes se implementó al usar membranas de TiO2/Zr2O3 fotocatalíticamente activas de doble cara con un tamaño de poro de 3 nm (corte de 1000 Da), asistidas por catalizador de TiO2 estabilizado en fibras porosas de PVDF. Todas las superficies fotocatalíticas (fibras fotocatalíticas y superficies fotocatalíticas de TiO2 de la carcasa y el lumen de las membranas) se irradian con radiación UVA (365 nm) durante la filtración de flujo cruzado.

El objetivo general es tratar y reciclar el agua de cola de un proceso de clasificación/lavado/preservación de frutas de pepita en la industria agroalimentaria.

La unidad PNFR, la primera de su tipo, fue evaluada durante casi dos años para validar su rendimiento en condiciones de agua de proceso de reciclaje real. Además, la frecuencia de limpieza química de las membranas se determinará y se realizará manualmente cuando el (Pe) alcance valores preestablecidos bajos, que dependen principalmente del contenido de TSS, TS, DBO y DQO del agua de alimentación. Pe (LMH/bar), es una medida del flujo (LMH) de un fluido a través de una membrana y se calcula como la relación entre el flujo y la presión transmembrana (TMP).

El diagrama de flujo general del proceso global se muestra en la Figura 1, mientras que la Figura 2 presenta el diagrama P&ID del proceso PNFR, incluidos los puntos de muestreo. Hay cuatro puntos de muestreo relacionados con el rendimiento del sistema PNFR (Figura 2). Dos de las muestras se obtienen de los dos tanques de permeado, cada uno correspondiente al agua filtrada de cada cuarteto de reactores PNFR. Otra muestra se obtiene en la boquilla de agua de la tubería desde el ST hasta el tanque de alimentación y corresponde al agua de alimentación y la cuarta muestra se obtiene del tanque de alimentación y es una mezcla del agua de alimentación y el efluente de retención de ambos cuartetos de los reactores. Volviendo al proceso general (Figura 1), la instalación de clasificación/lavado se drena primero y el agua descargada se transporta a los tanques CsT. Desde allí, el agua RPW sobrenadante, que está libre de sólidos gruesos y sólidos finos maduros, se transfiere continuamente a los tanques de agua de proceso (desbordamiento). A continuación, el agua de proceso de reciclaje (agua RPW) se somete a un proceso convencional de AC-UVC-H2O2, que integra en serie, filtración de arena/filtración de carbón activado/desinfección UVC y desinfección con H2O2, antes de ser recolectada en el tanque de agua tratada y desde allí reciclada de nuevo al proceso de clasificación/lavado. El sistema PNFR puede operar con dos materias primas diferentes. En el primer caso, el RPW se transfiere primero al tanque ST y se somete a un proceso CFS utilizando sulfato de aluminio (alumbre). Después del drenaje de los sólidos finos precipitados, el agua pretratada se transfiere para su posterior purificación al proceso PNFR. En el segundo caso, el agua tratada del AC-UV-H2O2 se transporta al tanque ST y desde allí al sistema PNFR, pero sin la necesidad de CFS (sin embargo, esto depende de la condición y el programa de mantenimiento/limpieza de estos filtros). En ambos casos, el permeado del PNFR se recoge en el tanque CWT y desde allí se recicla de nuevo a la instalación de clasificación/lavado.

Fecha de entrega: 13/01/2022

Acción B.2: Procedimientos operacionales del PNFR para su aplicación en ZAGORIN

El procedimiento operacional estándar y seguro en términos laborales y ambientales será corroborado para las condiciones in situ. NCSRD realizará las pruebas de puesta en marcha con la participación del personal técnico de ZAGORIN. Esto incluye las pruebas de funcionalidad preliminares de los componentes individuales del sistema y los subsistemas, incluida la electrónica, durante un período de 1 semana antes de la etapa final de operación. NCSRD preparará el manual de operación, seguridad y mantenimiento del proceso general y organizará cursos de capacitación en dos niveles, orientados al personal técnico y científico de ZAGORIN. Una vez finalizadas las actividades de capacitación, se realizarán pruebas y operaciones in-situ durante 2 años, lo cual es de gran importancia para la validación de los resultados. Estos resultados incluyen el desempeño del proceso en términos de eficiencia de eliminación de plaguicidas, recuperación de agua pura, productividad de los módulos de membrana y consumo de energía. Además, las pruebas planificadas a largo plazo (2 años) garantizan resultados y conclusiones fiables sobre el ciclo de vida del proceso, permitiendo la definición de intervalos de mantenimiento (tanto para el equipo electromecánico como para las membranas fotocatalíticas) y garantizando la sostenibilidad del proceso PNFR en la industria.

Entregables

D-B2.1: Estudio riesgos y operatividad del proceso piloto

La Acción incluyó dos sub-acciones: una que evaluaba el impacto de la tecnología LIFE PureAgroH2O en los agronegocios, y otra que examinaba las actitudes de los agricultores. Realizado en Grecia y España con herramientas desarrolladas por el equipo de Sympraxis, el estudio utilizó una mezcla de métodos cualitativos y cuantitativos.

Los hallazgos clave mostraron que la escasez de agua y el tamaño de los agronegocios influyen en las decisiones de invertir en la gestión de aguas residuales. El costo, la compatibilidad de la infraestructura y el acceso a la financiación convencional (por ejemplo, préstamos de bajo interés) son factores importantes. Los agronegocios también valoran las tecnologías de baja contaminación y las acciones alineadas con la economía circular.

El análisis de las partes interesadas identificó a las agroindustrias y las autoridades del agua como actores clave, con el apoyo de actores secundarios como organismos públicos y agricultores. Estos se agruparon por influencia e interés, con estrategias desarrolladas para cada uno, especialmente aquellos con el mayor potencial para impulsar la adopción de tecnología.

Un análisis DAFO destacó fortalezas como el potencial de ampliación, pero también debilidades como la necesidad de pretratamiento y los altos costos operativos. Si bien el cambio climático y la regulación plantean amenazas, las oportunidades se encuentran en el desarrollo de materiales de bajo costo y la combinación de tecnologías para una aplicación más amplia.

Fecha de entrega: 01/09/2019

D-B2.2: Manual de seguridad de operación y mantenimiento

Este manual constituye el Entregable de las actividades realizadas en el marco de la acción de implementación B2, que está relacionada con los procedimientos operativos del PNFR para su aplicación en ZAGORIN. El manual se divide en tres secciones. La primera se refiere a la descripción detallada de la operación adecuada del proceso PNFR a diario, desde el momento en que el efluente de aguas residuales se extrae de los baños de lavado de frutas y se recoge en los tanques de almacenamiento de aguas residuales, hasta el momento en que el agua purificada, almacenada en los tanques de agua limpia, se reutiliza en la instalación de lavado/clasificación de frutas de ZAGORIN (un ciclo diario completo). La segunda sección describe en detalle los procedimientos de mantenimiento que abarcan las acciones de mantenimiento de rutina, con el objetivo de extender la vida útil del proceso PNFR, pero también las necesidades de mantenimiento y las acciones de corrección debido a eventos inesperados. Para esto último, se obtiene información significativa del análisis HAZOP descrito en el Entregable B2.1. La tercera sección abarca únicamente los problemas operativos que están relacionados con la seguridad de los operadores del proceso. Por lo tanto, esta sección ya se ha implementado en el estudio HAZOP (entregable D-B2.1), que constituye un anexo a este manual.

Fecha de entrega: 01/10/2019

D-B2.3: Informe de capacitación del personal

Durante nuestras dos últimas misiones en ZAGORIN (octubre y abril), cuatro personas del personal de ZAGORIN, que son responsables de la operación de la instalación general de clasificación/lavado de frutas de pepita y del proceso de limpieza AC/UVC/H2O2, asistieron a todas las operaciones y participaron en todas las actividades relevantes para la corrección de problemas y el inicio y las primeras pruebas del sistema. Además, han participado en el procedimiento de muestreo y se han formado en el protocolo de muestreo

Fecha de entrega: 31/01/2022

D-B2.4: Informe de la campaña piloto en ZAGORIN

Dentro del alcance del proyecto LIFE PureAgroH2O, ZAGORIN emprendió amplias actividades de difusión y participación de las partes interesadas. Estas incluyeron la organización de eventos de alto nivel, como el 4º Congreso sobre el cultivo sostenible de manzanas, la participación en exposiciones internacionales como FOOD EXPO Greece & Cyprus, FRESKON, Agrothessaly y la Exposición Multifield de Panthessalic, y el mantenimiento de una comunicación activa con las autoridades locales, los agricultores y los representantes de la industria. A través de la divulgación dirigida, la cobertura mediática y la colaboración con los beneficiarios del proyecto, la Cooperativa promovió eficazmente los objetivos del proyecto en la reutilización de aguas residuales y la protección del medio ambiente. ZAGORIN adoptó un enfoque de múltiples partes interesadas para su campaña, que se centró en la visión de la Cooperativa y se dirigió a varias audiencias, incluidos consumidores, supermercados, representantes de la industria agrícola, responsables políticos y agricultores locales. La campaña se diseñó estratégicamente para mostrar el compromiso de ZAGORIN con la protección del medio ambiente a través de una serie de actividades interrelacionadas. Estas incluyeron la reutilización de aguas residuales, la minimización de la huella de carbono asociada con la producción y el procesamiento de manzanas, y la reducción del uso de pesticidas en el marco del esquema de Manejo Integrado de Plagas (IPM) implementado por todos los agricultores participantes.

Fecha de entrega: 31/12/2024

Acción B.3: Procedimientos analíticos

Los residuos de plaguicidas, sus metabolitos, metales pesados y parámetros fisicoquímicos (DQO, DBO, STS) se determinarán en las corrientes influente y efluente de la unidad PNFR que opera en Zagorin, para confirmar la reducción estimada de desechos del 95%. Residuos de plaguicidas y metales pesados también se determinarán en muestras de lodos de aguas residuales, recolectados de las instalaciones de la unidad de lavado. Para la cuantificación de los analitos, se aplicarán métodos analíticos validados mediante el uso de instrumentos analíticos de última generación (LC/MS-MS, ICP-MS).

Se determinará la carga microbiológica total (bacteriana y fúngica) en todas las muestras de agua residual para identificar posibles amenazas (es decir, patógenos humanos y de plantas) para el uso y destino posterior de esos efluentes en riego de campos y en limpieza de instalaciones de la unidad de envasado. Los análisis microbiológicos se realizarán mediante métodos de diagnóstico microbiológicos clásicos (dependientes del cultivo), observación microscópica y recuento de colonias siguiendo los protocolos estándar de caracterización y cuantificación.

Se realizarán ensayos de toxicidad aguda en muestras de aguas residuales utilizando como organismos indicadores el crustáceo Daphnia magna y la bacteria Vibrio fisheri. En paralelo, la determinación analítica de los niveles de plaguicidas u otros contaminantes en las mismas muestras permitirá establecer correlaciones entre exposición y efectos. Estos resultados se utilizarán para la evaluación del PNFR para el tratamiento de aguas residuales.

Entregables

D-B3.1: Informe sobre análisis químicos, toxicológicos y microbiológicos de muestras de aguas residuales tratadas de Grecia

Parte I: Definición de la línea de base (pre-instalación de la PNFR) Muestreo y monitoreo (2018–2019):

Cuatro campañas de muestreo en 9 puntos (SP1–SP9) dentro y fuera de las instalaciones de ZAGORIN.
Se analizó el agua para parámetros fisicoquímicos, microbiológicos, toxicológicos, de metales pesados y pesticidas.
Hallazgos:
El agua de manantial era generalmente limpia, pero los tanques de lavado (SP7–SP9) mostraron una alta carga orgánica (bajo DO, alto TOC, TSS, turbidez).
Se encontraron niveles elevados de metales y pesticidas, relacionados con fuentes naturales, manzanas o materiales de las instalaciones.
Los recuentos microbianos fueron altos, especialmente en las aguas residuales.
La cloración fue ineficaz. La toxicidad fue alta en las aguas residuales debido a los residuos de pesticidas.
Se monitoreó la presencia de pesticidas en los lodos.
Muestreo posterior a la renovación:
Un quinto muestreo después de las mejoras de las instalaciones mostró cargas microbianas y de pesticidas continuas.
Se identificaron tanques específicos (SP5–SP9) como críticos para el monitoreo y la intervención.
Parte II: Operación del sistema PNFR
Puntos de muestreo y monitoreo:
El sistema se monitorea en múltiples puntos internos (SP7–SP4) antes, durante y después del tratamiento con PNFR.
Resultados fisicoquímicos:
El rendimiento de la PNFR depende de la calidad del afluente.
Un pretratamiento deficiente (alto COD, BOD, TSS) dificulta la eficiencia de la membrana.
Ajustes recomendados: tiempo de sedimentación mejorado, monitoreo en línea y limpieza química periódica.
Metales pesados:
El sistema de tratamiento redujo significativamente las concentraciones de metales (hasta un 84.5% para los metales totales; 88.3% para el Al).
Resultados microbiológicos:
Los microorganismos clave aislados incluyeron bacterias y hongos.
Pesticidas

Fecha de entrega: 31/12/2024

D-B3.2: Informe sobre análisis químicos, toxicológicos y microbiológicos de muestras de aguas residuales tratadas de Espana

La empresa Cítricos del Andarax, ubicada en Almería, España, fue seleccionada como objetivo para la implementación de la PNFR. Entre las diferentes líneas de producción que se llevan a cabo en esta industria, la producción de gazpacho fue elegida como la más adecuada.

Para evaluar las características del agua utilizada para lavar las verduras para la producción de gazpacho, se llevaron a cabo varias campañas de muestreo, en las que se realizaron parámetros fisicoquímicos y análisis de metales pesados, pesticidas y microorganismos para establecer la situación de referencia. Los resultados mostraron que el contenido orgánico excedía el límite de rendimiento de la PNFR, para el cual se estableció una concentración máxima de COD de 50 mg/L. Para superar este problema, se probaron diferentes pretratamientos utilizando filtración, cambio de pH y coagulación/floculación. Ninguna de las estrategias produjo resultados de COD por debajo del límite propuesto.

Después de eso, Cítricos del Andarax instaló un nuevo sistema de lavado e instalaciones de descontaminación, que se implementaron por completo en septiembre de 2019. Se identificaron nuevos puntos de muestreo, considerando tanto la línea de lavado de verduras como el efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales. El agua de lavado finalmente no se consideró debido a sus altos niveles de COD, a pesar de la aplicación de varios pretratamientos basados en filtración y coagulación/floculación. Como punto alternativo para la implementación de la PNFR, se eligió el efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales de Cítricos como el agua de alimentación para el reactor, ya que mostraba valores de COD por debajo de 50 mg/L en las muestras tomadas durante la evaluación inicial de las nuevas instalaciones, y había interés en reutilizar esta agua recuperada para el riego agrícola. Sin embargo, la alta conductividad del efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales de Cítricos también se identificó como un problema para el correcto funcionamiento del reactor, particularmente en relación con la concentración de sulfatos y calcio. La mitigación de la incrustación de sulfato de calcio es un desafío importante en los procesos de NF y RO. El índice de saturación (IS) calculado es inferior a 1, lo que indica que la incrustación puede no estar ocurriendo, pero no debe olvidarse que el rechazo de los iones durante el proceso PNFR puede eventualmente conducir a valores de IS superiores a 1. En tal caso, puede ser necesario ajustar el pH de la solución, implementar un proceso de intercambio de iones o incluso usar inhibidores de incrustaciones.

Además de la caracterización fisicoquímica de los diferentes puntos de muestreo en las instalaciones antiguas y nuevas, se llevaron a cabo análisis de pesticidas para completar la caracterización del agua. Centrándose en las nuevas instalaciones, la carga total varió de 7,034 a 12,339 ng/L.

Fecha de entrega: 31/12/2024

Acción B.4: Evaluación y análisis económico de la implementación del sistema de tratamiento PNFR

El análisis técnico-económico de la tecnología PNFR se implementará a través de evaluaciones comparativas con tecnologías competitivas, aprovechando los resultados de los estudios de diseño de procesos conceptuales (CPD). El objetivo es obtener con precisión los gastos de capital (CAPEX) y el costo operacional (OPEX) del proceso PNFR, y compararlos con las tecnologías de tratamiento de aguas residuales (BAT) más modernas mediante el cálculo de los datos de rendimiento técnico-económico de las membranas convencionales de NF y RO, carbón activado, fotocatalizadores en polvo y biocatalizadores.

Una segunda actividad es comparar las membranas innovadoras frente a las convencionales. Así, además de la mejora en rendimiento obtenido con la tecnología PNFR que implementa las nuevas membranas, otro objetivo de suma importancia es definir el impacto ambiental de la producción de estas nuevas membranas. Con este propósito se utilizará la evaluación del ciclo de vida (LCA), a fin de caracterizar los impactos ambientales relacionados con la fase de producción de las nuevas membranas, desde su inicio hasta su finalización. NCSRD realizará el análisis de LCA basándose en la norma ISO14040 siguiendo la metodología de evaluación de impacto definida por el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente y se llevará a cabo utilizando el software SimaPro 7.0.

Entregables

D-B4.1: Informe de la evaluación de los resultados de las pruebas del prototipo con las membranas convencionales

Para proporcionar un breve resumen retrospectivo, al comienzo del proyecto enfrentamos largos retrasos en la adquisición de los monolitos cerámicos de nanofiltración debido a las repetidas licitaciones públicas internacionales que se habían concluido sin éxito. Luego tuvimos que abordar problemas y retrasos en la adquisición de algunas piezas importantes de equipo y en el montaje de los reactores, causados por la pandemia de COVID, y posteriormente, después de instalar el sistema prototipo, tuvimos que corregir graves problemas técnicos que habían surgido principalmente debido a la falta de tiempo suficiente para realizar una prueba completa de fábrica antes del envío de los reactores y las unidades auxiliares a las instalaciones de ZAGORIN. A pesar de que los problemas se habían superado gracias a nuestra persistencia para hacer que la tecnología fuera operable y validarla en el transcurso de este proyecto, y a veces en condiciones adversas (tormenta Daniel), hasta hace poco no habíamos logrado implementar un plan concreto de campañas experimentales que implicara el funcionamiento continuo y diario del prototipo basado en un protocolo establecido de procedimientos operativos.

Como tal, la mayoría de las campañas de operación/muestreo realizadas hasta mediados de 2024 fueron inadecuadas para proporcionar conclusiones válidas sobre el rendimiento del prototipo. A pesar de que estas campañas se habían organizado después de resolver los principales problemas técnicos, el sistema no se había probado hasta entonces en condiciones operativas estables durante más de un par de horas. Por lo tanto, terminamos recolectando muestras en un período corto de 4-5 horas, mientras el sistema presentaba nuevos problemas técnicos imprevistos que intentábamos resolver en el sitio, durante la campaña de muestreo. Aunque estos problemas no fueron graves, no nos permitieron hacer funcionar el sistema a plena capacidad de carga. Por lo tanto, los resultados del análisis de las muestras no fueron apropiados para proporcionar conclusiones fiables sobre el rendimiento del prototipo.

Por el contrario, las campañas de muestreo a finales de 2024 se llevaron a cabo bajo un plan experimental decidido conjuntamente, cuando el prototipo ya había sido probado durante muchas horas y la probabilidad de que ocurrieran nuevos fallos imprevistos había desaparecido.

Como tal, las campañas de operación/muestreo de 2024 nos dieron la oportunidad de:

Darnos cuenta de la alta variabilidad de la calidad de las aguas residuales alimentadas al reactor y establecer un plan detallado de procedimientos de limpieza y mantenimiento para los tanques de aguas residuales y de agua limpia, incluido el sistema de alcantarillado y el equipo auxiliar del reactor PNFR (conductos, bombas, tanque de mezcla).
Elaborar la capacidad del proceso de pretratamiento de coagulación/floculación/sedimentación (CFS) para llevar la calidad de las aguas residuales al nivel (DQO, turbidez, sólidos en suspensión) requerido para la inyección en el reactor PNFR.
Reconsiderar la necesidad de aplicar el proceso de pretratamiento CFS en caso de que el valor de DQO sea inferior a 30 mg/L, para evitar el aumento de la concentración de iones de aluminio en el efluente de agua limpia del reactor.
Estudiar el efecto de la materia orgánica natural (NOM) en el rendimiento del prototipo para reducir los microcontaminantes orgánicos (pesticidas).
Comparar el rendimiento logrado con los KPIs planificados inicialmente y definir el grado de cumplimiento de los KPIs por el rendimiento del prototipo.
Definir la frecuencia requerida para la limpieza de las membranas de nanofiltración fotocatalíticas y establecer la metodología óptima de limpieza para lograr una recuperación total del flujo de agua a través de las membranas y la eliminación de la carga biológica.
Definir de manera fiable el coste operativo del proceso PNFR basado en hechos operativos.
Definir mejoras técnicas y operativas que podrían conducir a un mayor rendimiento del prototipo.

Fecha de entrega: 19/11/2024

D-B4.2: Informe de la evaluación de los resultados de las pruebas del prototipo con las nuevas membranas

La Acción B4 es una de las más importantes de este proyecto, ya que se ocupa del funcionamiento de la unidad piloto PNFR y la validación de su rendimiento en relación con la capacidad de mejorar la calidad de las aguas residuales para su reutilización en las instalaciones de ZAGORIN. Además, esta acción se ocupa de la viabilidad económica del proceso PNFR tanto en términos de costes operativos como de capital. La acción se relaciona con cinco (5) entregables. D-B4.1 y B4.2 se ocupan de la evaluación de los resultados de las pruebas del prototipo y las membranas, mientras que los entregables D-B4.3 y B4.4 se ocupan de los análisis tecnoeconómicos y de ACV de la fabricación de las nuevas membranas. Finalmente, el Entregable D-B4.5 informa sobre el análisis económico y la evaluación del impacto tecnoeconómico de la tecnología LIFE PureAgroH2O en las industrias FVP y otras.

Este entregable (D4.2) constituye un informe actualizado relevante a los resultados presentados en el entregable D4.1. En D4.2 ofrecemos un análisis más detallado sobre la evaluación de los resultados de las pruebas del prototipo con las nuevas membranas. El análisis abarca la forma en que hemos calculado los indicadores de rendimiento de la PNFR y las nuevas membranas, basándonos en los puntos de muestreo seleccionados en todo el proceso, desde la fuente de aguas residuales (tanques de residuos) hasta el tanque de agua limpia donde se recoge el agua tratada para su reutilización. Los parámetros monitoreados incluyen la concentración de iones de hidrógeno (pH) – 25°C, la conductividad eléctrica 20°C, la turbidez, los sólidos suspendidos totales (103-105°C), el aluminio, los sulfatos, el oxígeno disuelto, la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), la demanda química de oxígeno (DQO), el carbono orgánico total (TOC), los metales pesados, los microorganismos, la ecotoxicidad y los pesticidas, junto con la evolución de la permeabilidad al agua de las nuevas membranas.

El objetivo aquí no es solo concluir en qué medida se reducen estos parámetros debido al rendimiento fotocatalítico y de rechazo de las nuevas membranas, sino también sacar conclusiones sobre en qué medida estos parámetros se afectan entre sí con respecto al rendimiento de las membranas. En el entregable D4.1, nuestro enfoque fue en los resultados obtenidos de la última campaña de muestreo (26-28/09/2024), donde también hemos evaluado el rendimiento de las membranas con respecto a los objetivos iniciales, por ejemplo, la productividad de agua limpia expresada como el factor de permeabilidad, el % de eficiencia de reducción de pesticidas y la capacidad de recuperar más del 95% de las aguas residuales alimentadas al reactor PNFR.

Como resultado general de las 7 campañas de muestreo descritas aquí (desde la instalación del reactor (10/2022) hasta el verano de 2024 (06/2024)), las nuevas membranas mostraron una eficiencia satisfactoria en la reducción de la carga de pesticidas. La eficiencia promedio de todas las campañas de muestreo se calculó en alrededor del 58%. Al calcular la misma eficiencia considerando también el efecto del filtro de carbono y el proceso CFS, el número es un poco más alto y llega al 60%. El CFS y el filtro de carbono juntos exhiben una capacidad del 54.5%. Esto lleva a la conclusión de que las nuevas membranas son mucho más eficientes que el filtro de carbono en la eliminación de los compuestos objetivo de las aguas residuales. Sin embargo, en condiciones de aguas residuales muy contaminadas, la aplicación de pretratamientos es obligatoria, ya que ayuda al reactor a operar de manera fluida y también mejora no solo la eficiencia de eliminación de pesticidas, sino también la calidad general de las aguas residuales en lo que respecta a los parámetros fisicoquímicos. En concreto, las nuevas membranas fueron muy efectivas en la mejora de la claridad del agua y la eliminación de sólidos suspendidos totales. Los rendimientos promedio en la reducción de los valores de turbidez y TSS fueron del 70% y 65% respectivamente. Además, el contenido de aluminio, que se introduce en el sistema debido al proceso CFS, se reduce en el permeado de las nuevas membranas en un 83%. En cuanto a los valores de DQO, DBO y COT, hubo casos en los que la eficiencia fue insignificante, pero como se explica en los siguientes párrafos, esto se atribuyó a factores externos (por ejemplo, la contaminación de tanques y tuberías) y no se relacionó con la eficiencia real del sistema PNFR. Como tal, al promediar los valores de rendimiento solo para los casos en los que se observó una clara eficiencia para el reactor PNFR, los números obtenidos son 43%, 31% y 30.1% para DQO, DBO y COT respectivamente. El sistema PNFR también tuvo la capacidad de reducir la carga de iones metálicos en un 75.8%.

Fecha de entrega: 31/12/2024

D-B4.3: Informe que incluye análisis tecnoeconómicos de la fabricación de las nuevas membranas

El objetivo principal fue, en primer lugar, elaborar y establecer el protocolo de síntesis óptimo para desarrollar las novedosas membranas de nanofiltración cerámicas fotocatalíticas del proyecto LIFE PureAgroH2O y, a continuación, realizar el análisis tecnoeconómico del proceso de fabricación de las membranas. La optimización se consideró tanto en términos de rendimiento como de coste. En cuanto al impacto ambiental, los estudios realizados y sus resultados correspondientes se describen en detalle en el Entregable (D-B4.4.).

El análisis tecnoeconómico descrito a continuación, relativo a la fabricación de las nuevas membranas, se basa en datos disponibles de dos fuentes. En primer lugar, de fuentes bibliográficas que describen los procedimientos y las materias primas necesarias para la fabricación de monolitos cerámicos de nanofiltración multicanal, y en segundo lugar, de los resultados derivados de la experimentación masiva que hemos llevado a cabo en relación con las metodologías para depositar capas fotocatalíticas estables y altamente activas.

Por lo tanto, en este proyecto, se compraron monolitos comerciales de nanofiltración cerámica y se utilizaron como sustratos para el desarrollo de las membranas de nanofiltración cerámicas fotocatalíticas. En este contexto, la optimización se considera únicamente para el último paso de fabricación, donde hemos aplicado los enfoques de recubrimiento por suspensión (slurry coating) y de inmersión por sol-gel (sol-gel dip coating) para depositar capas fotocatalíticas de TiO2 tanto en las superficies exteriores como interiores de los monolitos cerámicos de nanofiltración. Los dos enfoques pasaron por múltiples etapas de optimización para llegar al protocolo de deposición final y luego se compararon en cuanto a su coste. Los objetivos de la optimización fueron lograr simultáneamente:

El depósito de capas fotocatalíticas dotadas de un rendimiento fotocatalítico mejorado.
La adhesión firme y la estabilidad mejorada de las capas.
La minimización de los volúmenes de las alícuotas utilizadas en los enfoques de recubrimiento por suspensión y por sol-gel.
La minimización de los residuos producidos después de los enfoques de recubrimiento.

Especialmente, los dos últimos objetivos tienen un impacto significativo tanto en el coste de fabricación como en su carga ambiental.

Cabe señalar que en este informe, el coste se expresa por metro cuadrado (m2) de superficie de membrana. Esto facilita la comparación con otros tipos de membranas de nanofiltración (por ejemplo, las poliméricas). Sin embargo, se sabe que las membranas cerámicas son más caras que las membranas poliméricas de la misma funcionalidad (por ejemplo, microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración), pero en vista de su uso a largo plazo, tienen el potencial de aportar importantes beneficios económicos y compensar la diferencia de coste, ya que suelen exhibir una productividad de agua filtrada mucho mayor en comparación con sus análogas poliméricas, junto con una vida útil prolongada (más de 10 años en comparación con 5 años para las membranas poliméricas). También es digno de mención que en nuestro procedimiento, el coste de fabricar las membranas fotocatalíticas se añade al coste de fabricar los sustratos, que se extrajo de recursos bibliográficos o de las ofertas que recogimos de fabricantes de membranas cerámicas. Sin embargo, todas las ofertas que hemos reunido provenían de fabricantes europeos o estadounidenses (Inopor GmbH, Altech GmbH, TAMI Industries, Deltapore Systems BV, Pall Co.).

Por lo tanto, se espera que al cambiar a los mercados internacionales para la compra de los sustratos de nanofiltración cerámica, el coste total de las membranas de nanofiltración fotocatalíticas de LifePureAgroH2O se atenúe significativamente. Esto no es trivial en nuestro caso, ya que el número de productores de membranas cerámicas de nanofiltración y ultrafiltración densa es muy limitado debido a las siguientes razones:

El grosor de la capa de nanofiltración es inferior a 50 nm. La preparación de membranas sin defectos es muy sensible y requiere una instalación de sala limpia.
La preparación de membranas se basa en disolventes orgánicos (técnica sol-gel polimérica). El uso de disolventes orgánicos en una sala limpia requiere precauciones técnicas específicas.
Las membranas de nanofiltración sin defectos requieren soportes de alta calidad y capas intermedias.

Estos requisitos dan como resultado costes de membrana específicos bastante altos en comparación con las membranas poliméricas de nanofiltración. Sin embargo, como ya se ha mencionado, el mejor rendimiento en términos de flujo y vida útil de las membranas cerámicas de nanofiltración tiene el potencial de nivelar las diferencias.

Fecha de entrega: 12/11/2024

D-B4.4: Análisis del ciclo de vida (ACV) de la fabricación de las membranas de LIFE PureAgroH2O

El objetivo principal es cuantificar los activos ambientales de las nuevas membranas cerámicas fotocatalíticas desarrolladas en LIFE PureAgroH2O y verificar si estas nuevas membranas cerámicas fotocatalíticas tienen un rendimiento ambiental igual o mejor que los productos actuales que cumplen con la misma funcionalidad (es decir, nanofiltración). Cabe señalar que el proceso de nanofiltración constituye la mitad de la funcionalidad de las membranas cerámicas fotocatalíticas del proyecto LIFE PureAgroH2O, que son capaces de realizar simultáneamente nanofiltración y fotocatálisis. Sin embargo, dado que estas membranas son altamente innovadoras y no hay datos disponibles para desarrollos similares, comparamos nuestros productos con productos dotados únicamente de la funcionalidad de nanofiltración.

Con este fin, se ha llevado a cabo una evaluación del ciclo de vida (ACV) de las nuevas membranas fotocatalíticas. La evaluación general a lo largo del ciclo de vida, considerando todos los aspectos ambientales, ayuda a evitar posibles aspectos ambientales ocultos o el cambio de cargas entre las etapas del ciclo de vida, por ejemplo, la región geográfica o los impactos ambientales. A menudo ocurre que las mejoras dirigidas a una etapa específica del ciclo de vida pueden afectar negativamente a los impactos ambientales en otras etapas del producto (guía ISO 64:2008).

La Evaluación del Ciclo de Vida (ACV) es un método estándar ampliamente utilizado (Guinèe, JB. et al., 2002 y Klöpffer, W. et al., 2009). El ACV se define como la “compilación y evaluación de las entradas, salidas de material y energía y los posibles impactos ambientales de un sistema de producto a lo largo de su ciclo de vida” (ISO 14040:2006). La metodología utilizada en los estudios de ACV ha sido estandarizada por la Organización Internacional de Normalización en la ISO 14040-44:2006. Permite analizar productos complejos de forma sistemática. El método de ACV es una herramienta valiosa para apoyar la toma de decisiones en el tratamiento del agua en términos de comparación y selección de tecnologías adecuadas y para identificar oportunidades para mejorar el rendimiento ambiental del proceso global (Ribera, 2013).

Nuestro enfoque se divide en cuatro fases distintas:

Definición del objetivo y alcance
Análisis del inventario del ciclo de vida
Evaluación del impacto del ciclo de vida
Interpretación del ciclo de vida (ISO 14040:2006).

El alcance de un ACV (límites del sistema y grado de detalle) depende de los objetivos y la aplicación prevista del estudio. En esta etapa, la unidad funcional (UF), que es uno de los elementos esenciales para garantizar comparaciones objetivas, debe definirse claramente.

La fase de inventario del ciclo de vida es la recopilación de las entradas y salidas de material y energía del sistema en estudio. Implica la recopilación de los datos necesarios para lograr los objetivos definidos.

La fase de evaluación del impacto consiste en relacionar, cuantificar y evaluar los datos obtenidos en las etapas anteriores con las categorías de impacto ambiental seleccionadas para comprender mejor su importancia ambiental. Esta fase consta de dos fases fundamentales: clasificación y caracterización.

La clasificación es la asignación de los resultados del análisis de inventario a las categorías de impacto seleccionadas en estudio (por ejemplo, calentamiento global, agotamiento de la capa de ozono, etc.).

La caracterización implica la conversión de los resultados del inventario del ciclo de vida a unidades comunes y la agregación de los resultados convertidos dentro de la misma categoría de impacto de acuerdo con su potencial contaminante. Esta conversión utiliza factores de caracterización. El resultado del cálculo es un resultado de indicador numérico.

En ciertos casos, y por el bien de facilitar la interpretación a los no expertos en el campo, puede ser interesante reducir los resultados de los impactos ambientales en un solo valor con una escala no dimensional. Se propone realizar esta escala utilizando los elementos opcionales reconocidos por la ISO 14044:2006: normalización y ponderación.

La normalización es el cálculo de la magnitud de los resultados del indicador de categoría en relación con alguna información de referencia con el objetivo de comprender mejor la magnitud relativa de cada resultado del indicador. En este caso, la magnitud relativa que se aplicará en este estudio es el equivalente de la región EU25+3.

La ponderación es el proceso de convertir los resultados de los indicadores o los resultados normalizados mediante el uso de factores de ponderación seleccionados basados en elecciones de valor. En este estudio, los factores de ponderación utilizados se obtuvieron a través de una encuesta en Europa.

Debido a la enorme cantidad de datos a procesar y a la complejidad de los datos, el desarrollo de un ACV requiere el uso de datos específicos como SimaPro o GaBi y el uso de bases de datos asociadas como ELCD, Ecoinvent o GaBi, entre otras.

La interpretación del ciclo de vida es la fase final de un ACV, en la que se resumen y discuten los resultados del inventario y la evaluación del impacto, asumiendo las hipótesis y limitaciones asociadas con los resultados y relacionadas con la metodología aplicada, el modo de adquisición de datos, el análisis de la calidad de los datos, etc.

Fecha de entrega: 08/11/2024

D-B4.5: Análisis económico y evaluación del impacto tecnoeconómico de la tecnología LIFE PureAgroH2O en FVP y otras industrias

El tratamiento de aguas residuales es un proceso esencial en muchas industrias, particularmente en la fabricación, productos farmacéuticos, agroalimentación, producción química y alimentos y bebidas. La adopción de tecnologías avanzadas de tratamiento de aguas residuales puede tener un impacto significativo no solo en la sostenibilidad ambiental sino también en el rendimiento económico. Este análisis explorará los aspectos tecnoeconómicos de la implementación de la nueva tecnología PNFR en un entorno industrial. Por supuesto, la evaluación tecnoeconómica se basará en los datos disponibles de las fases de desarrollo, construcción, instalación y operación de la tecnología PNFR en ZAGORIN. En este sentido, dado que la PNFR piloto instalada y operada en ZAGORIN se clasifica como un sistema de capacidad media (20 m3/día), el resultado de un análisis tecnoeconómico a esta escala puede no ser representativo de los importantes impactos tecnoeconómicos y ambientales que pueden surgir de la aplicación de la tecnología PNFR. Sin embargo, debemos tener en cuenta que a pesar del pequeño tamaño, el análisis de la inversión y la viabilidad económica final del sistema actual, según se informa en el Entregable D-D3.3, ya han mostrado apreciables beneficios económicos para ZAGORIN y significativos impactos ambientales en términos de reducción de la huella de carbono y de pesticidas. En este análisis, sin embargo, nos esforzaremos por dar un paso más y extrapolar el caso de estudio de ZAGORIN a una capacidad industrial real de 200 m3/día. Por lo tanto, basándose en los datos disponibles, incluidos los del informe de huella de carbono (D-C1.3) y el ACV y el análisis económico de las membranas (D-B4.4, D-B4.3), este informe presenta el diseño de extrapolación a gran escala y el análisis tecnoeconómico a gran escala de la tecnología PNFR.

El estudio evalúa los costes ambientales y la sostenibilidad operativa del sistema al comparar su rendimiento (emisiones, consumo de energía, costes) con las prácticas de gestión de aguas residuales anteriores. Incluye el análisis de escenarios alternativos para la gestión de aguas residuales, formas alternativas para la irradiación de membranas fotocatalíticas (incluida la radiación de luz solar directa), la evaluación del impacto de los catalizadores de luz visible y los nuevos tipos de membranas y, al final, el cálculo de las emisiones directas e indirectas en los procesos iniciales (pretratamiento) y posteriores (gestión de residuos).

Basándose en los datos recopilados durante las actividades del proyecto LifePureAgroH2O y el funcionamiento de la instalación piloto, se evaluarán los siguientes aspectos: (i) Eficiencia en la reducción de pesticidas, (ii) Demanda de energía del tratamiento de aguas residuales (iii) Efecto de la calidad del agua residual y coste de purificación, (iv) Potencial para una extrapolación a mayor escala.

El CAPEX se evaluará considerando la restricción/indicación de la gestión de riesgos, el cumplimiento de la legislación y los estándares y los datos de la prueba de funcionamiento, mientras que el OPEX se basará en la evaluación de los datos de las indicaciones de las pruebas experimentales, teniendo también en cuenta el análisis de riesgos que puede afectar la cantidad de OPEX.

Fecha de entrega: 31/12/2024