Raúl Cano's talk at the FERTINNOWA conference: Sharing fertigation best practices across Europe

1. PRODUCING IRRIGATION WATER AND
BIOPRODUCTS FROM WASTEWATER
Dr. Raúl Cano Herranz
Project Manager
Phone: +34 696873687
raul.cano.herranz@fcc.es
Department of Innovation and Technology
FCC Aqualia S.A.

2. XXI CENTURY CHALLENGES
HYDRIC STRESS
Water scarcity
Global warming
Contamination of water sources
RESOURCES DEPLETION
Nitrogen fixation
Haber-Bosch Process
10 kWh/kg N
Phosphate rock
depletion
ENERGY CRISIS
Renewable energies vs. Fossil fuels
Alternative energy sources
International energy dependence

3. Aqualia treats annually 500 000 000 m3 of urban wastewater
Electric consumption associated: 0,5 kWhel /m3 = 250 M kWh = 25 M €
The energy content of urban WW is typically ~2 kWhth/m3
Situation in Spain:
 WWTPs >1 % national energy consumption
 High sludge management costs 8-20 €/Ton
 Difficulties to meet regulation 91/271/CEE: N & P
 Need of water reuse RD 1620/2007
(specially in stressed areas)
XXI CENTURY CHALLENGES
Wastewater treatment

4. From wastewater to resources
Wastewater is Bioenergy!
Wastewater is a nutrient source!
 Reclaimed water for irrigation or fertirrigation
 Biosolids for agriculture
 Methane as renewable energy
+ P
Wastewater is Water for reuse!
TURNING WASTES INTO OPPORTUNITIES

5. 2 successful examples implemented in WWTPs
Membrane for ENERGY and WATER RECOVERY
• LIFE memory project
ALCAZAR DE SAN JUAN DEMO PLANT (CIUDAD REAL)
Microalgae for BIOPRODUCTS and WATER RECOVERY
• LIFE BioSolWaRe project
• H2020 Incover project
• H2020 SABANA project
EL TOYO WWTP DEMONSTRATION PLANT (ALMERÍA)

6. Microalgae
COD
O2
Bacterias
CO2
N,P, C
Biofertilizers and
others
Biometane
Reuse
RD 1620/2007
WW rich in
C, N and P
Microalgae for BIOPRODUCTS and WATER RECOVERY

7. Hydric stress Average daily radiation
ALMERÍA?
Temperatura y horas de sol
Producción agrícola Origen de las aguas empleadas actualmente:
DESALACIÓN
AGUA SUBTERRÁNEA
> 3 kwh/m3
+

8. EL TOYO WWTP
Almería (Spain)
5,000 m3/day
30,000 HE

9. EL TOYO WWTP DEMONSTRATION PLANT
Smart irrigation
Tertiary treatment
Solar disinfection
5 x 50 m2 Wetlands
LEAR vs. Paddle
CFD Modelling

10. CULTIVATION AREA
(3000 m2 HRAP)
DOWNSTREAM:
SEPARATION & REUSE
EL TOYO WWTP DEMONSTRATION PLANT

11. Nombre del proyecto: Innovative Eco-Technologies for Resource Recovery from
Wastewater (INCOVER)
Objetivos del proyecto: El objetivo del proyecto es transformar el agua residual en una
fuente de productos de valor añadido, principalmente biometano, bioplásticos,
biofertilizantes y agua con calidad para reutilización, a partir de fotobiorreactores de
cultivo de algas.
Presupuesto
Total: 8,431,384.38 €
Aqualia: 903,625 € (70% financiación)
Duración: 36 meses
(63% ejecutado)
1 junio 2016- 1 de Junio 2019
LOCALIZACIÓN : 4 ubicaciones
Barcelona (UPC),
Almería/Chiclana (Aqualia)
y Alemania (UFZ)
18 empresas, 7 países

12. CONSORCIO
HELIO PUR TECHNOLOGIES FCC Aqualia
S.A.
(Francia) (España)
Fundación Centro de las Nuevas Tecnologías del Agua COLDEP
DÉVELOPPEMENT
(España) (Francia)
Bio-Solar Water Recycling:
Demonstration wastewater treatment system dedicated to freshwater reuse and Recycling.
LIFE13 ENV/FR/000711
3 ubicaciones:
• CENTA (Sevilla): Demo 1
• EDAR Grado (Asturias): Demo 1
• EDAR el Toyo (Almería): Demo 2
OBJETIVOS:
• Desarrollar un método de tratamiento de aguas
residuales novedoso, eficiente y competitivo orientado
a poblaciones pequeñas y aisladas (<10,000 HE)
• Construir un prototipo con capacidad de producir 50
m3/día de agua desinfectada para uso agrícola
• Conseguir eficiencias de depuración que cumplan las
regulaciones europeas 2000/60/EC y 91/271/EEC
• Demostrar la viabilidad económica y ecológica en
comunidades con algo estrés hídrico

13. RACEWAY
• 3 meses operación estable (desde 1 julio 2018)
Paddlewheel vs. LEAR
Mixing energy
1/3

14. HARVESTING
 Se cumplen los límites de vertido para
zonas sensibles (91/271/CEE)
DQOt
DATE
25/06/18 9/07/18 23/07/18 6/08/18 20/08/18 3/09/18
mg/L
10
100
1000
10000
WWin
AC upper limit
RCW
AC

15. HARVESTING
Cultivo: 1,4 g/L  Flotador: 39 g/L  Centrífuga: 136 g/L
FRESH BIOMASS THICKENED BIOMASS DEWATERED BIOMASS
Protein content = 40%

16. 99
39,6
20,78
0
20
40
60
80
100
120
140
Biomasa Proteina Aminoacido
Concentracion(g/L)
REG3
Excelente
100
17
10,62
0
20
40
60
80
100
120
140
Biomasa Proteina Aminoacido
Concentracion(g/L)
REG1
71
21,3
11
0
20
40
60
80
100
120
140
Biomasa Proteina Aminoacido
Concentracion(g/L)
REG2
No apto para
mercado
Cerca
de mercado
BIOESTIMULANTE agrícola a
base de hidrolizados de
aminoácidos de microalgas
cultivadas en aguas residuales.
Producto 100% natural , con un
elevado contenido en
aminoácidos libres,
polisacáridos, fitohormonas,
oligoelementos y antioxidantes.
BIOFERTILIZER PRODUCTION
El Toyo WWTP demo plant is able to produce
over 100 t/year of dried algae biomass

17. SOLAR
DISINFECTION
WETLANDS / PLANTED FILTER
SMART IRRIGATION
TERTIARY TREATMENTS FOR WATER REUSE
HARVESTING

18. WETLANDS
5 x 50 m2 wetlands:
Facility 1. Phragmites australis
Facility 2. Phragmites australis
Facility 3. Arundo donax
Facility 4. Phragmites australis
Facility 5. Arundo donax

19. Advanced Media
Filtration with
automated backwash
NaCl dosing
(optional)
20 kg NaCl
ORP based
water quality
monitoring
Safe water
storage tank
(1-3m³)
AO Reactor
DC Pump
(100 – 250
L/h)
Solar PV Power
(600 Wp)
control unit
Remote online monitoring
Flow measurement
IN from wetland
OUT To
irrigation
SOLAR DISINFECTION

20. SOLAR DISINFECTION
Wetland inlet/
Clarified water
(1/1000)
2 . 104
5 . 103
Wetland outlet
(1/100)
6 . 103
-
Filter outlet
(1/100)
2 . 103
-
After disinfection
(1/1)
<2
0
 Se cumplen los límites legales para agua de reuso (RD 1620/2007)
SAMPLE POINT:
DILUTION FACTOR:
TOTAL COLIFORMS:
E.COLI:
Raw
wastewater
-
-
7 . 107

21. SMART IRRIGATION

22. CAPEX - OPEX
1.781.447
53%1.233.486
36%
127.406
4%
188.739
6%
49.867
1%
CAPEX Convencional (€)
OBRA CIVIL
EQUIPAMIENTO
ELECTROMECÁNICO
VARIOS
PUESTA EN MARCHA Y
PERÍODO DE PRUEBAS
MEDIDAS DE SEGURIDAD
Y SALUD LABORAL
2.067.107
51%1.609.204
40%
127.406
3%
188.739
5%
49.867
1%
CAPEX REGENERA (€)
OBRA CIVIL
EQUIPAMIENTO
ELECTROMECÁNICO
VARIOS
PUESTA EN MARCHA Y
PERÍODO DE PRUEBAS
MEDIDAS DE SEGURIDAD
Y SALUD LABORAL
+ 20%
÷3
0,021
3%
0,489
83%
0,064
11%
0,003
1%
0,011
2%
Electricidad Convencional (kWh/m3)
Pretratamiento
Biológico
Línea fangos
Otros (desodorización,
auxiliares)
Generales
TOTAL 0,64 kWh/m3
0,021
14%
0,064
43%
0,051
34%
0,003
2%
0,011
7%
Electricidad REGENERA (kWh/m3)
Pretratamiento
Biológico
Línea fangos
Otros (desodorización,
auxiliares)
Generales
TOTAL 0,20 kWh/m3

23. CAPEX - OPEX
REGENERA 3
(1€/kg))
138.720
14%
44.285
4%
37.944
4%
30.180
3%
44.037
4%
43.831
4%
-679.902
-65%
3.624
0%
OPEX REGENERA (Ruta 3) Personal
Mantenimiento y
Conservación
T. Potencia
Varios
Energia eléctrica
Reactivos
Transporte y gestión
Fangos
Transporte y gestión
Residuos
679,902 €/año
165.045
34%
53.410
11%
53.297
11%
30.180
6%
137.725
28%
15.818
3%
29.310
6%
3.624
1%
OPEX Convencional Personal
Mantenimiento y
Conservación
T. Potencia
Varios
Energia eléctrica
Reactivos
Transporte y gestión
Fangos
Transporte y gestión
Residuos
EDAR
convencional
REGENERA 1
(12€/ton)
342,622 €/año
138.720
36%
44.285
12%
37.944
10%
30.180
8%
44.037
11%
43.831
11%
40.794
11%
3.624
1%
OPEX REGENERA (Ruta 1)
Personal
Mantenimiento y
Conservación
T. Potencia
Varios
Energia eléctrica
Reactivos
Transporte y gestión
Fangos
Transporte y gestión
Residuos
-104,994 €/año
383,416 €/año
REGENERA 2
(0€/ton)
138.720
40%
44.285
13%
37.944
11%
30.180
9%
44.037
13%
43.831
13%
0
0%
3.624
1%
OPEX REGENERA (Ruta 2)
Personal
Mantenimiento y
Conservación
T. Potencia
Varios
Energia eléctrica
Reactivos
Transporte y gestión
Fangos
Transporte y gestión
Residuos
342,622 €/año
-40,794 €/año
-679,902 €/año
-825,690 €/año
488,944 €/año

24. Sustainable integrated Algae Biorefinery for the production of bioactive compounds for
Agriculture aNd Aquaculture
Presupuesto
Total: 10,646,705.5 €  Max EU contribution: 8,848,523.75€
Aqualia: 2,552,812.50€  Max EU contribution: 1,786,968.75€
Duración: 48 meses
Diciembre 2016- Diciembre 2020
Financiación
70% Empresas.
100% Universidades y centros de investigación.
Detalles de la ayuda:
Ayuda: IA, Innovation Action, single stage
Topic: BG-01-2016 — Large-scale algae biomass integrated biorefineries
Organismo: Comisión Europea
Número Expediente: Grant Agreement (Octubre 2016)
Modalidad Ayuda: Subvencion 70%, costes indirectos tipo fijo al 25%

26. LIFE MEMORY (MEMBRANE FOR ENERGY
AND WATER RECOVERY) PROJECT
 LIFE Memory aims to validate at demonstrative scale the
AnMBR technology as an alternative to traditional urban
wastewater treatment
http://www.life-memory.eu

27. LIFE MEMORY (MEMBRANE FOR ENERGY
AND WATER RECOVERY) PROJECT

28. Anaerobic Reactor
40 m3
LIFE MEMORY (MEMBRANE FOR ENERGY
AND WATER RECOVERY) PROJECT

29. 3 Membrane tanks
PURON®, KMS
41 m2 filtration area/module
Ultrafiltration (0.03 µm)
LIFE MEMORY (MEMBRANE FOR ENERGY
AND WATER RECOVERY) PROJECT

30. Location: Alcázar de San Juan WWTP (Ciudad Real, Spain)
LIFE MEMORY (MEMBRANE FOR ENERGY
AND WATER RECOVERY) PROJECT

31. RESULTS
From an environmental, economic and social point of view,
AnMBR for urban wastewater treatment is a promising
technology:
 Suitable COD removal
 Methane production: recovering methane from effluent is a
crucial step for the favorable energy balance of the process
 High methane concentration: possibility for biomethane
production, to be used as automotive biofuel
 Low biosolids production can be achieved (up to 4 times lower
than aerobic processes )
 High quality treated water is obtained, which is rich-nutrient
water  Identify value of nutrient rich irrigation reuse
 Low footprint
Waste sludge
production of 76 g
VSS/kg COD
High COD removal
efficiency 92 ± 4 %
Methane yield of
105.7 LCH4/kg COD
70% CH4 in biogas
LIFE MEMORY (MEMBRANE FOR ENERGY
AND WATER RECOVERY) PROJECT

32. THANKS FOR YOUR ATTENTION!
Dr. Raúl Cano Herranz
Project Manager
Phone: +34 696873687
raul.cano.herranz@fcc.es
Department of Innovation and Technology
FCC Aqualia S.A.