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EL BINOMIO AGUA Y ENERGÍA EN LA INDUSTRIA
REWAGEN: Electrochemical WAter treatmentsystem in the dairy industry with hydroGENREcovery and electricity production
Anna Serra Clusellas, LEITAT TECHNOLOGICAL CENTER26 noviembre 2014
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REWAGEN: Electrochemical WAter treatment system in the dairy industry with hydroGEN REcovery and electricity production
Proyecto REWAGEN
ProyectoREWAGEN
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01. Proyecto REWAGEN
CONSORCIO
OTROS 10%
RTD 20%
PYME 70%
ENV.2011.3.1.9‐1 Eco‐innovation!Presupuesto: 6,1 M€EC Contribution: 4,6 M€
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01. Proyecto REWAGEN
CONSORCIO
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01. Proyecto REWAGEN
5
ESTRATEGIA REWAGEN Tratamiento mediante tecnología
electroquímica
Ciclo del agua cerrado
Valorización de H2 residual
Nuevo diseño de celda electroquímica:
binomio agua-energía
Minimización de residuos
Demostración en planta piloto
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01. Proyecto REWAGEN
PROBLEMÁTICA
Sector alimentación –industria láctea
• Aguas residuales: DQO, SS, fosfatos, turbidez, ...
• Suero de la producción de queso: elevadaconductividad, O&G emulsionado, elevada DQO,etc.
• Variación en los ciclos productivos yprocesos: composición variable
Procesos de limpieza (equipos,instalaciones) Aconcidionamento aguas pozo/red Aguas sanitarias ...
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Proyecto REWAGEN
Proceso de electrocoagulación (EC)
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02. Proceso de electrocoagulación (EC)
CONCEPTO EC y OBJETIVOS‐ +
Pt/Ti CÁTODO Al o Fe ÁNODO
H2O(l) + e
½ H2(g) + OH‐(aq)
Al(s)
Al3+(aq) + 3e .
H2O(l)
½ O2(g) ++ 2H+
(aq)+ e
Fe(s)
Fe3+(aq) + 3e .
3OH‐(aq)
Al(OH)3(s)Fe(OH)3(s) 8
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02. Proceso de electrocoagulación (EC)
NUEVO DISEÑO DE CELDA
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Celda bi-compartimental (electrodosen compartimentos separados)
Membrana porosa de intercambioaniónico (sin intercambio de gases)
Recuperación del hidrógeno delcompartimento del cátodo compartimento cerrado
Liberación de O2 y CO2 delcompartimento anódico
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02. Proceso de electrocoagulación (EC)
NUEVO DISEÑO DE CELDA
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NaOHsolution
Electro‐coagulated
effluent
NaOH solution+H2(g)
H2(g)
Treatedeffluent
Non‐treated effluent
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02. Proceso de electrocoagulación (EC)
NUEVO DISEÑO DE CELDA
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02. Proceso de electrocoagulación (EC)
CARACTERIZACIÓN DEL EFLUENTE DE LA INDUSTRIA LÁCTICA
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Parámetro Efluente láctea (n = 7)
Turbidez (NTU) 3,0 · 103 ± 0.6 · 103
DQO (mg O2/L) 24,8 · 103 ± 2.2 · 103
COT (mg C/L) 7,4 · 103 ± 0.8 · 103
pH 6,2 ± 0.4CE (mS/cm) 10 ± 1Total P (mg/L) 132 ± 13
Suero Mató
Agua residual
Rechazos
Suero queso Curado
Suero queso tierno
Suero quesosemicurado
70%
30%
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02. Proceso de electrocoagulación (EC)
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CONDICIONES EXPERIMENTALES
Configuración celda electroquímica:
Ánodo: Al, Fe
Cátodo: Pt/Ti
Densidad de corriente (condiciones amperostáticas):
Temperatura: ~ 25 ºC (sin control de temperatura)
pH: original, ácido, básico
Caudal:
• j = 50mA/cm2
• j = 56mA/cm2
• j = 64mA/cm2
• j = 106mA/cm2
•6L/h•12L/h•19L/h•25L/h•31L/h•40L/h
• Celda no compartimentada• Celda compartimentada
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02. Proceso de electrocoagulación (EC)
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RESULTADOS: CELDA COMPARTIMENTADA 106mA/cm2, 40 L/h, pH original106mA/cm2, 40 L/h, pH original
2,65 Ah/L Aluminio Hierro
7,3Kg/m3 (17% Al) Fango seco 8,9Kg/m3 (21% Fe)
2,6 mg/L 0,35 mg/LAl/Fe en solución
1,5kWh/Kg DQO 0,8 kWh/Kg DQO
28,5KWh/m3 35KWh/m3Consumo
99% Turbidez26% COT33% DQO98% P
99% Turbidez14% COT24% DQO92% P
Rendimiento
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02. Proceso de electrocoagulación (EC)
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RESULTADOS: RECUPERACIÓN DE HIDRÓGENO106mA/cm2, 40 L/h, 2,65 Ah/L, pH original106mA/cm2, 40 L/h, 2,65 Ah/L, pH original
48 L/h H2 teórico
bolsas Tedlar® Micro GC
Aluminio
H2(% mol)
O2(% mol)
N2(%mol)
82,1 1,8 20,5
H2O (l)+ e- ½ H2(g) + OH-
> 22 L/h GASES> 22 L/h GASES
H2S < 0,1% CO2 < 0,1% CO < 0,1%
H2S < 0,1% CO2 < 0,1% CO < 0,1%
[Cl2] y [NH3] bajo investigación
[Cl2] y [NH3] bajo investigación
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02. Proceso de electrocoagulación (EC)
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ENERGÍA TEÓRICAMENTE RECUPERADA
106mA/cm2, 40 L/h, 2,65 Ah/L106mA/cm2, 40 L/h, 2,65 Ah/L
H2O (l)+ e- ½ H2(g) + OH-
Suponiendo 22 L/h GASES Ánodo: AlPureza: 82% H2 (mol/mol)
Suponiendo 22 L/h GASES Ánodo: AlPureza: 82% H2 (mol/mol)
En condiciones normales y gases ideales: 22,4L = 1mol de gas
Moles de gases (mol/h) 0,98Mol H2 (mol/h) 0,81
Energía H2 (MJ/h) 0,20Energía H2 (KWh) 0,05
Rendimiento pila de combustible (40%) 0,02Energía por m3 (KWh/m3) 10,93
Consumo por parte de la EC (KWh/m3) 28,50Cantidad teórica recuperada (%) 38%
0,244MJ/mol H2
1KWh = 3,6MJ
HORIZON FUEL CELLS (PEM). Modelo EDUSTACK PRO
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CONCLUSIONES
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03. CONCLUSIONES
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CONCLUSIONES
• Nuevo diseño de celda electroquímica: binomioagua-energía
• Potencial escalado a planta piloto DEMO en lasinstalaciones del end user, en combinaciónsecuencial con otras tecnologías.
• Potencial transferencia de tecnología a otrasPymes, y por extensión a otros sectores.
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