LIFE Multi-AD 4 AgroSMEs: Reactor anaerob multifazic de înaltă performanță pentru tratarea apelor uzate agroindustriale
UPSCALING – SUPORT DE SIMULARE COMPUTAȚIONALĂ PENTRU PROIECTARE LA SCARA INDUSTRIALA
Proiectul Multi-AD 4 AgroSMEs a luat naștere din reactorul anaerob multifazic brevetat de AEMA. Această tehnologie a fost testată experimental pe un prototip la scară pilot de 0,1 m3 avand rezultate promițătoare în ceea ce privește eficiența, impactul asupra mediului și costurile. Unul dintre obiectivele proiectului este dezvoltarea unui nou design bazat pe prototipul AEMA și adecvat pentru funcționarea acestuia la scară industrială. Acest proces de upscaling a fost susținut de modelarea Dinamica fluidelor computaționale (CFD), o tehnică care oferă informații despre performanța unui nou design înainte de construirea acestuia.
Dinamica fluidelor computaționale (CFD) folosește metode numerice și algoritmi pentru a rezolva probleme legate de mecanica fluidelor, ramura fizicii care studiază mișcarea lichidelor și gazoase și a forțelor care le provoacă. ITAINNOVA are o vastă experiență în modelarea și simularea CFD și aplicarea acesteia în industrie pentru senzori virtuali, control bazat pe modele, optimizare a proceselor și proiectare de produse.
Reactoare anaerobe pentru hidroliza apelor uzate, acidogeneza, acetogeneza si metanogeneza. Materia organică conținută în apă (lichid) este pusă în contact cu biomasa (particule solide) pentru a o degrada și a genera biogaz (gaz). O amestecare adecvată a particulelor lichide și solide este esențială pentru a obține randamente mari de reacție. Reactorul Multi-AD profită de turbulența creată de geometrie pentru a asigura amestecarea evitând utilizarea agitației mecanice.
Creșterea procesului a făcut necesară modificarea designului instalației pilot pentru a-l adapta la cerințele caracteristice instalațiilor industriale. Limitările structurale, siguranța și obiectivul de eficiență economică au fost principalele provocări abordate în procesul de reproiectare a reactorului. Sa realizat în trei etape: i) dobândirea de cunoștințe despre performanța instalației pilot (în special nivelul de amestecare), ii) propunerea de modificări de proiectare care să corespundă cerințelor de dimensiune industrială și iii) evaluarea noului nivel de amestecare de proiectare. Modelele CFD și simulările au fost instrumente cheie în toți acești pași.
Un model complet al reactorului Multi-AD cuprinde un model multifazic (particule solide, lichid și gaz), un model de turbulență și rezolvarea reacțiilor biochimice împreună cu ecuații de transport de energie și specii. Această complexitate face ca modelul să fie solicitant din punct de vedere computațional și, astfel, simularea devine consumatoare de timp. În timpul upscalingului, au trebuit testate mai multe geometrii. Acest tip de model complex era prin urmare incompatibil cu o procedură de proiectare rapidă.
A fost elaborată o metodologie pentru a aborda această problemă. Au fost implementate diferite modele pentru a-și adapta caracteristicile, în principal acuratețea și cererea de calcul, la agilitatea necesară în fiecare parte a procesului. Modelul a fost modificat în trei niveluri de simplificare privind plasa, numărul de faze implicate și fenomenele studiate. Modelul complex al centralei pilot a fost utilizat pentru a determina acuratețea fiecărei simplificări și parametrii care indică o bună amestecare și o performanță adecvată.
Cel mai simplu model a permis modificarea rapidă a geometriei și simularea în timp real. A fost folosit într-o examinare inițială a mai multor modele diferite. Rezultatele nu au furnizat valori precise, ci tendințe care indică cele mai promițătoare geometrii. Această selecție a fost simulată și analizată folosind modelele de simplificare de nivel ulterior pentru a obține rezultate cantitative și a determina cel mai adecvat design.
Reactorul selectat reprezintă un echilibru între performanță, viabilitatea construcției și costuri. Este deja instalat în uzina demonstrativă și va fi testat în cadrul proiectului Multi-AD 4 AgroSME în următoarele luni.
A TREIA ADUNARE GENERALĂ: PARTENERII PROIECTULUI LIFE MULTI-AD ÎȘI PREZINTĂ PROGRESELE TEHNICE ECHIPEI DE MONITORIZARE NEEMO.
Partenerii proiectului european LIFE Multi-AD 4 AgroSMEs (LIFE17 ENV / ES / 000331), format din AEMA (Water, Energy and Environment Servicios Integrales SLU), I&S (Institutions & Strategies), ITAINNOVA (Instituto Tecnológico de Aragón) , SIS (Societatea de Inginerie Sisteme SA) și EGA (Energygreen Gas Almazán SL), au ținut o nouă întâlnire de lucru pentru a prezenta progresul și rezultatele acestei inițiative. La întâlnire a participat Agenția Executivă pentru IMM-uri (Comisia Europeană) prin intermediul unui reprezentant al NEEMO și monitor de proiect, Mariona Salvatella.
În cadrul întâlnirii, care a avut loc online, au fost prezentate rezultatele diferitelor acțiuni desfășurate în ultimele nouă luni. În plus, a fost folosit ocazia pentru a face o vizită virtuală la prototipul demonstrativ, aflat în faza de construcție. În cadrul vizitei a fost prezentat progresul în asamblarea diferitelor elemente care alcătuiesc unitatea demonstrativă, precum și statia de epurare, bazată pe un proces aerob, care va fi folosit ca scenariu de bază pentru evaluarea tehnică, economică și fezabilitatea de mediu a soluției tehnologice LIFE Multi-AD.
La intervale mari, proiectul LIFE Multi-AD 4 AgroSMEs își propune să proiecteze și să industrializeze un reactor anaerob multifazic de înaltă performanță, adaptat pentru tratarea apelor uzate generate în întreprinderile mici și mijlocii (IMM-uri) din industria agroalimentară (F&D).). Acest proiect, care are un buget de 2.177.143,00 euro, este cofinanțat în proporție de 60% de programul LIFE al Comisiei Europene. Programul LIFE este instrumentul de finanțare al UE pentru mediu și acțiunea climatică creat în 1992.
PROIECTUL LIFE MULTI-AD 4 AGROSMES A PARTICIPAT LA CONGRESUL WCCM-ECCOMAS 2020
Instituto Tecnológico din Aragón (ITAINNOVA) a prezentat o parte din activitatea desfășurată în cadrul proiectului LIFE Multi-AD în cadrul congresului WCCM-ECCOMAS 2020, care a avut loc în versiune digitală în perioada 11-15 ianuarie 2021
Cristina Bengoechea Cuadrado, cercetător la Instituto Tecnológico din Aragón (ITAINNOVA), a prezentat proiectul LIFE Multi-AD în cadrul celui de-al 14-lea Congres mondial de mecanică computațională și Congresul ECCOMAS 2020, desfășurat virtual în perioada 11-15 ianuarie 2021. Congresul a fost unul dintre cele mai mari evenimente internaționale de matematică aplicată și mecanică computațională, la care au participat peste 3000 de oameni din diferite sectoare, industrie, mediul academic și instituții guvernamentale.
În cadrul discursului a fost prezentată o metodologie de simulare de inalta fidelitate pentru a facilita și accelera etapa de proiectare a reactoarelor de tratare a apelor uzate, dezvoltată de ITAINNOVA în cadrul proiectului LIFE Multi-AD finanțat de UE. Discursul a fost inclus în minisimpozionul „Metode eficiente pentru optimizarea multidisciplinară, proiectarea probabilistică și optimizarea în condiții de incertitudine”.
LIFE MULTI-AD CONTRIBUTES TO THE UNITED NATIONS SUSTAINABLE DEVELOPMENT GOALS
LIFE MULTI-AD CONTRIBUIE LA OBIECTIVELE DE DEZVOLTARE DURABILĂ A NAȚIUNILOR UNITE
Pe 25 septembrie 2015, cele 193 de țări care alcătuiesc Organizația Națiunilor Unite s-au angajat să respecte OBIECTIVELE DE DEZVOLTARE DURABILĂ (ODD) și îndeplinirea acestora până în 2030.
Obiectivele urmăresc egalitatea între oameni, protejează planeta și asigură prosperitatea ca parte a unei noi agende de dezvoltare durabilă. Un nou contract social global care nu lasă pe nimeni în urmă.
Agenda 2030 pentru Dezvoltare Durabilă propune 17 Obiective de Dezvoltare Durabilă cu 169 de obiective de natură integrată și indivizibilă care acoperă sfera economică, socială și de mediu.
Dezvoltarea și industrializarea soluției tehnologice inovatoare LIFE Multi-AD, capabilă să trateze și să recupereze apele uzate ale IMM-urilor agroalimentare producand biogaz, va contribui direct la realizarea ODD:
06. Asigurarea disponibilității și gestionării durabile a apei și canalizării pentru toți. Soluția tehnologică LIFE Multi-AD va trata apele uzate prin aplicarea unui sistem anaerob, proces considerat una dintre cele mai durabile alternative în tratarea apelor uzate.
07. Asigurarea accesului la energie accesibilă, fiabilă, durabilă și modernă pentru toți. Procesul anaerob LIFE Multi-AD va spori încărcătura organică a apei uzate prin producerea de biogaz, care va fi folosit ca sursă de energie regenerabilă, reducând amprenta de carbon.
08. Promovarea creșterii economice susținute, incluzive și durabile, a ocupării depline și productive și a muncii decente pentru toți. Soluția inovatoare LIFE Multi-AD este dezvoltată de un consorțiu european format din 5 companii din Spania, România și Franța.
09. Dezvoltarea infrastructurii rezistente, promovarea industrializării incluzive și durabile și încurajarea inovației. LIFE Multi-AD va industrializa un reactor anaerob cu mai multe etape de înaltă performanță, bazat pe brevetul AEMA (ES-2541078), care va fi complet automatizat.
11. Faceți orașele și așezările umane incluzive, sigure, rezistente și durabile. Soluția LIFE Multi-AD, cu o capacitate de tratare de până la 120 m3/zi, va fi demonstrată viabilitatea sa tehnică, economică și de mediu într-o cramă DOCa din provincia Rioja (Spania).
12. Garantarea modelelor durabile de consum și producție. LIFE Multi-AD va contribui la dezvoltarea unor strategii privind eficienta in utilizarea resurselor bazate pe cadrul modelelor de productie in cadrul Economiei Circulare.
PROJET LIFE MULTI-AD: ACTIVITATE DE NETWORKING
În cadrul activităților de rețea ale proiectului LIFE Multi-AD AgroSMEs, domnul Jose B. Carbajo a participat în calitate de reprezentant al consortiului la sesiunea finală a iCirBus-4Industries, care a avut loc pe 4 decembrie în format virtual.
LIFE iCirBus-4Industries pune în practică conceptul de economie circulară prin acțiuni concentrate pe utilizarea în cascadă a deșeurilor din industriile regionale de energie biomasă și tratare a apei, pentru a deveni noi produse verzi validate pentru industria materialelor construcții și îngrășăminte.
Ziua, pe lângă faptul că a fost o oportunitate pentru a prezenta principalele rezultate obținute de iCirBus-4Industries, a servit și ca forum de întâlnire între diferite consorții europene. Deosebit de interesantă a fost crearea de rețele derulate cu proiecte bazate pe tehnologii anaerobe precum LIFE Anadry sau cele al căror obiectiv este valorificarea deșeurilor din industria agroalimentară (de exemplu, LIFE Brewery).
Nu există nicio îndoială că datorită sprijinului Comisiei Europene prin programul LIFE există o rețea largă de proiecte care se dezvoltă în favoarea mediului și a economiei circulare.
SISTEME ANAEROBE: UN PAS ÎNTAINTE SPRE PROGRES CĂTRE O TRATARE DURABILĂ A APELOR UZATE
Procesul anaerob este considerat una dintre cele mai durabile alternative pentru tratarea apelor uzate. Utilizarea redusă a energiei, producția redusă de nămol, suprafața redusă a reactorului, consumul redus de compuși nutritivi și cheltuielile de operare reduse sunt câteva dintre avantajele pe care le are procesul anaerob față de procesul aerob convențional bazat pe nămol activ.
Procesul cu nămol activ este un tip de proces de tratare a apelor uzate pentru tratarea apelor uzate folosind aerare și un floc biologic. Această comunitate de microorganisme este capabilă să oxideze poluanții organici în dioxid de carbon și apă. Procesul aerob implică o cerință mare de energie, 0,7 – 1 kWh/kg COD și rate scăzute de încărcare organică, 0,5-2,0 kg COD/m3·d.
Pe de altă parte, în procesul anaerob, microorganismele anaerobe (specifice condițiilor lipsite de oxigen) sunt selectate pentru capacitatea lor de a degrada materia organică prezentă în apele uzate. Mai exact, poluanții organici sunt transformați în biogaz (metan + dioxid de carbon) și o cantitate mică de biosolide. În aceste sisteme de apă uzată, energia utilizată ar putea fi redusă de până la 10 ori în comparație cu procesul aerob (0,07 – 1,0 kWh/k DQO), deoarece aerarea nu este necesară. În plus, biogazul, gaz bogat în metan, poate fi folosit ca sursă de energie regenerabilă, ceea ce reduce cererea de energie a procesului de ape uzate.
Echilibrul comparativ al proceselor de epurare aerobe și anaerobe a apelor uzate
Este important de subliniat faptul că ratele de încărcare organică utilizate în procesul anaerob pot ajunge până la 25 kg COD/m3·d, ceea ce permite tratarea apelor uzate biodegradabile cu o concentrație mare de COD, precum și reducerea suprafeței reactorului.
În sfârșit, procedeul anaerob are și avantajul de a putea valorifica biomasa granulară produsă pe piață, ca însămânțare în reactoare pentru punerea în funcțiune a altor instalații, reducând astfel semnificativ costul asociat tratării nămolului.
Binom sinergic al proceselor biologice: anaerob + aerob
Deși sistemele anaerobe pot fi capabile să trateze ape uzate cu încărcături organice mai mari decât cele aerobe, ele au o capacitate limitată atât pentru îndepărtarea nutrienților (de exemplu, azot și fosfor), cât și pentru rafinarea materiei organice din efluent (adică, eliminarea COD). randamente <90%).
Prin urmare, este evident că o tratare eficientă și eficientă a apelor uzate industriale cu o încărcătură organică biodegradabilă mare cu deversare în corpurile de apă ar trebui realizată prin combinarea sinergică a celor două procese biologice:
• Anaerob, ca tratament de degroșare și recuperare a materiei organice într-o sursă de energie precum biogazul.
• Aerobic, ca proces de lustruire a COD si de eliminare a nutrientilor pentru a indeplini limitele stabilite in autorizatia de evacuare a apelor uzate.
Bilanțul sistemului mixt de epurare a apelor uzate: anaerob + aerob.
Fotografie La Zaragozana (Ambar), poveste de succes a EDARi construită și operată de AEMA
O poveste de succes în sectorul berii pentru tratarea apelor uzate folosind tehnologie mixtă anaerobă + aerobă este fabrica de bere spaniolă situată în Zaragoza, La Zaragozana (Ambar). Stația de epurare a companiei de băuturi menționate mai sus, construită și operată de AEMA, este capabilă să epureze zilnic 3.270 m3 de apă uzată, producând aproximativ 5.000 m3 de biogaz. Biogazul este valorificat energetic chiar în instalație, profitând de puterea sa calorică, care contribuie pozitiv la reducerea amprentei de carbon a fabricii de bere.
Soluție tehnologică LIFE Multi-AD
Proiectul LIFE Multi-AD dezvoltă și industrializează o soluție tehnologică inovatoare bazată pe proiectarea unui reactor anaerob în mai multe etape de înaltă performanță brevetat de AEMA. Proiectul demonstrativ va ajuta ca o pârghie tehnologică la avansarea combinației sinergice de sisteme de purificare anaerobă și aerobă.
Proiectul LIFE Multi-AD va reduce impactul asupra mediului al IMM-urilor din sectorul alimentar, precum și cheltuielile de exploatare derivate din tratament. Soluția tehnologică va reduce încărcătura organică a apei uzate, producând biogaz, care va fi folosit ca sursă de energie regenerabilă, economisind astfel resursele naturale și reducând amprenta de carbon.
Proiectul LIFE Multi-AD este susținut în proporție de 60% de programul LIFE + MEDIU al Comisiei Europene și este coordonat de AEMA, în calitate de expert în tehnologii de tratare a apelor uzate industriale. De asemenea, implicați în consorțiul ITAINNOVA, centru tehnologic de referință în inovare tehnologică, SIS, companie care furnizează soluții în domeniul automatizărilor industriale, EGA, specialist în managementul și valorificarea deșeurilor organice prin digestie anaerobă și I&S, consultant și consilier în comunicare. a proiectelor europene si internationale…
