Acción A.1: Análisis del estado del área objetivo
Esta acción preparatoria incluye la evaluación comparativa de rutinas comunes en el manejo de aguas residuales en la industria frutícola. La información se recopilará mediante la distribución de cuestionarios y visitas personales a unidades representativas de envasado y procesado de frutas en Grecia y España. El cuestionario deberá incluir información general (carga de agua utilizada, cantidad de frutas que se procesan anualmente, registro del uso anual de plaguicidas post-cosecha y otros productos químicos) y datos sobre el manejo de aguas residuales y vías de eliminación. La información relevante será la cantidad de residuos líquidos y sólidos que se producen por tonelada de fruta procesada, la duración del ciclo de procesado anual, los costes de eliminación por tonelada de fruta y año y las posibles diferencias en las prácticas de manejo, según el producto tratado. Además de los temas previamente mencionados, se solicitará a las partes interesadas que compartan su punto de vista sobre aspectos relevantes de la gestión del agua y la eliminación segura de las aguas residuales. La última secuencia de preguntas tendrá como objetivo estimular un posible interés futuro y, si es posible, el compromiso con actividades futuras.
Progresso de la acción: Esta acción preparatoria pretende realizar una evaluación comparativa de las prácticas comunes aplicadas en el manejo de aguas residuales en la industria de frutas y hortalizas. Para recopilar dicha información, se diseñó y envió un cuestionario a industrias seleccionadas de envasado y procesamiento de frutas en Grecia y España. La convocatoria inicial de participación se realizó en marzo-mayo a través de la aplicación web Google Forms. El número total de cuestionarios enviados fue de 169 y 292 en Grecia y España, respectivamente. Como segundo paso, debido a la baja respuesta inicial recibida, se contactó de forma directa con instituciones griegas, directamente relacionadas con la temática, y con la Asociación de Organizaciones de Productores de Frutas y Hortalizas de Almería (COEXPHAL) en España. El equipo de Sympraxis (socio externo que realiza el estudio socioeconómico del Proyecto) revisó el cuestionario, y preparó una versión más amigable y fácil de usar. Asimismo, se procedió a realizar contactos directos (entrevista telefónica o personal) con personal de las agroindustrias seleccionadas en ambos Estados. La conferencia del proyecto LIFE PureAgroH2O que se celebró en Atenas a mediados de enero de este año, supuso una excelente oportunidad para establecer contacto personal con representantes de la industria agroalimentaria griega y recopilar información relacionada con los objetivos de esta acción. Además, se recabó información acerca de la posición de la industria con respecto a la adopción de tecnologías innovadoras. Se distribuyó un cuestionario en papel a los participantes, que fue cumplimentado por los representantes de la industria. Un paso futuro es el establecimiento de vías de cooperación con la Federación de Industrias Helénicas de Alimentos (SEVT) y COEXPHAL en campos de interés para la industria, como la reutilización del agua, como punto de partida para una futura colaboración estrecha con el programa.
Entregables:
D-A1.1: Lista de industrias de envasado/procesado de alimentos
Tres listas de de industrias de envasado/procesado de alimentos de Grecia (2) y España (1) se adjuntan como archivos excel.
D-A1.2: Informe de la situación de referencia en relación con el uso del agua y la gestión de aguas residuales en la industria de envasado y procesado de frutas.
En el contexto de esta acción preparatoria, se lanzó una encuesta para obtener información sobre las prácticas de reciclaje y eliminación de aguas residuales en la industria de envasado/procesado de frutas en Grecia y España. Inicialmente se preparó una extensa lista de industrias de envasado/procesado en los dos Estados objetivo (Entregable D-A1.1). Un borrador del cuestionario se distribuyó internamente y fue revisado por todos los beneficiarios. Se acordó que el cuestionario sería conciso e incluiría información sobre la industria/productos procesados, el uso del agua en las instalaciones, la cantidad de aguas residuales producidas y las prácticas de eliminación/reutilización/recuperación de aguas residuales empleadas.
La convocatoria inicial de participación se realizó durante los meses de marzo y mayo a través de la aplicación web Formularios de Google. El cuestionario fue revisado por expertos socioeconómicos y se inició una comunicación personal con funcionarios ejecutivos de agroindustrias seleccionadas en ambos Estados. El taller LIFE PureAgroH2Ο, que se celebró en Atenas a mediados de enero de 2020, sirvió como oportunidad para establecer contacto personal con representantes de la industria alimentaria griega y recopilar información relacionada con los objetivos de esta Acción.
Todas las respuestas disponibles fueron analizadas. Las empresas en España se describieron como envasado o procesado o procesado/envasado mixto. Las respuestas de Grecia se referían principalmente a la industria del envasado (80% de las respuestas). El tamaño de las empresas era típicamente pequeño o mediano, con una gran variabilidad del tonelaje anual dentro de cada Estado. El tipo de rutina de operación común es variable y generalmente incluye una combinación de más de un proceso, siendo el lavado el más frecuente en los dos estados. Parece haber una diferencia significativa en el costo de la eliminación del agua entre las empresas. El treinta y tres por ciento de las industrias declararon su interés en la innovadora tecnología de purificación/recuperación, que puede considerarse como una indicación temprana del interés potencial de una fracción considerable de la agroindustria por la tecnología PNFR.
Para obtener más información, póngase en contacto con Dr E. Markellou (e.markellou@bpi.gr)
Acción A.2: Diseño conceptual de procesos (CPD) y optimización
Los estudios de CPD tienen como objetivo implementar la descripción matemática del proceso PNFR y otras tecnologías competitivas (casos de referencia), y establecer las ecuaciones de balance de masa y energía incorporando indicadores clave de rendimiento (Key Performance Indicators-KPI) del proceso (productividad del sistema por tiempo y volumen, caída de presión, velocidad del líquido, permeabilidad al agua, eficiencia de rechazo de solutos y cinéticas de fotodegradación de moléculas orgánicas). Las herramientas de CPD desarrolladas permitirán evaluar el PNFR para la eliminación de una multitud de contaminantes orgánicos e inorgánicos, bacterias y organismos patógenos en aplicaciones representativas. La industria de procesado de frutas y verduras será una prioridad, según las necesidades de las acciones preparatorias, para el diseño y optimización de procesos. NCSRD realizará pruebas de detección rápida en el reactor PNFR a escala de laboratorio disponible (patentado) utilizando aguas residuales que proporcionará ZAGORIN. Para respaldar la repetitividad y la transferibilidad de la nueva tecnología PNFR, NCSRD construirá una réplica a escala pre-piloto del PNFR ya existente a escala de laboratorio (1.5 m³/día) que se enviará a la Universidad de Almería (UAL) (España) y se colocará en la industria CITRICOS del Andarax S.A. para realizar pruebas experimentales utilizando aguas residuales de procesado de frutas y hortalizas para la producción de zumos, gazpacho, sopas y cremas vegetales.
Progresso de la acción:
La Fase Preparatoria del proyecto LIFE PureAgroH2O incluyó la Acción A2, relacionada con el CPD (Diseño Conceptual del Proceso) de la tecnología PNFR y su optimización, con los objetivos deahorro energético y reducción de costes de capital y de operación (Sub-Acción A2.1), junto con la evaluación comparativa de la nueva tecnología PNFR frente atecnologías de vanguardia, como la adsorción en carbón activo en polvo y granulado (PAC y GAC), ozonolisis, así como con la nanofiltración y la fotocatálisis cuando se aplican como procesos independientes (Sub-Acción A2.2). Estas actividades se desarrollaron desde julio de 2018 hasta finales de ese mismo año y han dado lugar a dos entregables:
D-A2.1: Configuraciones de la tecnología PNFRen una operación industrial.
D-A2.2: Diseño y rendimiento técnico del proceso integrado de la tecnología PNFR en la industria FVP.
Como se menciona en la descripción técnica detallada de las acciones del Proyecto, los estudios de CPD requieren del conocimiento de varios Indicadores Clave de Rendimiento (Key Performance Indicators, KPI) del proceso y de las propiedades de las membranas de nanofiltración fotocatalítica. Estos indicadores incluyen la productividad del sistema en función deltiempo y volumentratado, la caída de presión, la velocidad del líquido, la permeabilidad al agua, la eficiencia de rechazo de solutos, la carga superficial, la cinética de fotodegradación de las moléculas orgánicas y su dependencia de la composición de la corriente de alimentación, los productos intermedios generados, la presencia de cationes y aniones inorgánicos (nitricos, amonio, cationes de metales pesados), el pH, la temperatura y la intensidad de irradiación.
Por lo tanto, los estudios de CPD tuvieron que ser asistidos por datos experimentales en condiciones reales a nivel “pre-piloto”, utilizandolas instalaciones de prueba comprometidas con el proyecto por NCSRD.
Imágenes del proceso de desarrollo de fibras huecas de polímero con nanopartículas fotocatalíticas integradas. En el ensamblaje de la fibra a gran escala se utilizó la técnica de inversión de fase húmeda/seca.
Entregables:
D-A2.1: Configuraciones de la tecnología PNFR en operaciones industriales.
Demokritos llevó a cabo el Diseño Conceptual de Procesos (CPD en inglés) de la tecnología PNFR y su optimización con el objetivo de lograr una mitigación energética y una reducción de los costos de capital y operacionales. El estudio CPD se refiere a la preparación de un diagrama de flujo preliminar del proceso general, que incluye los límites del sistema de tratamiento de aguas residuales y la forma de adaptar el proceso de lavado de frutas en ZAGORIN con la tecnología PNFR. En consecuencia, se ha implementado una estimación de las dimensiones de cada componente del proceso en función de los objetivos para la producción y pureza diaria del agua. Esto abarcaba: (i) las dimensiones y el número de módulos de reactor PNFR; (ii) definición del proceso de pretratamiento más efectivo del efluente de aguas residuales, (iii) número y dimensiones de monolitos cerámicos multicanal en cada módulo PNFR y el método más efectivo para su modificación a monolitos fotocatalíticos, (iv) número y dimensiones de fibras huecas porosas que incorporan nanopartículas de TiO2, (v) diseño e ingeniería de componentes internos del reactor, (vi) diseño, ingeniería, construcción y operación de un pequeño prototipo, que incluye solo un conjunto de componentes internos de los reactores para probar todos los componentes, (vii ) diseño del sistema de irradiación, (viii) posición relativa de los monolitos fotocatalíticos, los manguitos de vidrio para las lámparas UV y las fibras huecas porosas con nanopartículas de TiO2 incrustadas para salvaguardar la irradiación efectiva.
Logros:
o Definición de un método de revestimiento optimizado para desarrollar los monolitos fotocatalíticos (membranas) y de un método de inversión de fase de hilado húmedo/seco optimizado en una configuración de hilera piloto para producir las fibras huecas poliméricas porosas con nanopartículas de TiO2 incorporadas.
o Caracterización de los materiales en laboratorio y extracción de los indicadores clave de rendimiento (KPI) requeridos en el estudio de CPD. Éstos incluyen la permeabilidad de las membranas y su eficiencia de eliminación de contaminantes, así como la velocidad de reacción constante y la dependencia de la velocidad de reacción de la concentración del contaminante en presencia de varios eliminadores.
o Descripción matemática del proceso PNFR y establecimiento de equilibrios de masa y energía. Validación del resultado de las herramientas del software desarrollado en la plataforma gPROMS.
o Utilización efectiva de los datos anteriores e implementación de la optimización e integración de procesos en un primer nivel de diseño conceptual. Realización de estudios de simulación de los procesos y estimación del rendimiento y características energéticas de los equipos y diseños de los procesos más prometedores.
o Informe descriptivo del diseño de la tecnología PNFR que incluye las dimensiones indicativas y la geometría del equipo principal involucrado y que aborda parámetros de diseño importantes.
o Informe que describe el concepto de proceso de la tecnología de tratamiento de aguas residuales PNFR embebido e integrado con la industria FVP y otros sectores industriales, que incluye un diagrama de flujo del proceso, balances de masa y energía, diseño de equipos preliminares, definición de control y cuestiones de seguridad, diagramas de instalación e instrumentos preliminares y datos de rendimiento general y características energéticas.
D-A2.2: Diseño y rendimiento técnico del diseño de proceso integrado de la tecnología PNFR en la industria FVP
Demokritos tuvo que describir el concepto de proceso de la tecnología de tratamiento de aguas residuales PNFR programando un diagrama de flujo del proceso, estableciendo los equilibrios de masa y energía, concluyendo con un diseño del equipo preliminar, definiendo problemas de control y seguridad, implementando diagramas preliminares de instalación e instrumentos y elaborando los datos de rendimiento general y las características energéticas. Este producto constituye un aporte significativo para el análisis ambiental y tecnoeconómico (B4) y respalda la actividad B1.1, ya que contiene todos los datos necesarios para llevar a cabo el diseño de ingeniería front-end (FEED) y la ingeniería detallada así como la entrega de los planos del proceso.
Logros:
o Se reporta el concepto del proceso PNFR destacando los aspectos innovadores, cómo se logra la sinergia entre la fotocatálisis y la nanofiltración, qué problemas principales de los procesos convencionales se resuelven con esta sinergia y qué ideas y conocimientos básicos nos motivaron a seleccionar las membranas y materiales fotocatalíticos activos encerrado en los módulos del reactor PNFR.
o Un primer diseño del equipo del reactor PNFR y sus componentes internos se ha implementado basado en el resultado del estudio de diseño conceptual. Explotando en paralelo la plataforma SOLIDWORKS, hemos logrado transformar nuestros diseños preliminares en un diseño detallado del reactor.
o El diagrama de flujo del proceso se ha finalizado con algunos cambios con respecto a los planes iniciales que fueron necesarios al considerar los resultados analíticos de las diversas campañas de muestreo que se realizaron en ZAGORIN durante esta primera fase del proyecto. Otros cambios fueron relevantes para las necesidades de la nueva instalación FVP de ZAGORIN (proceso de ordenación/clasificación) que se espera que seajusten y sean operacionales durante el proyecto LIFE. Estos cambios se introdujeron para mejorar la capacidad del proceso PNFR y su adaptabilidad para cumplir con los nuevos requisitos y especificaciones.
o Se han establecido balances de masa y energía (en la subsección A2.1-g) basados en simulaciones de procesos en gPROMS, que se han implementado para el recubrimiento de las membranas fotocatalíticas recientemente desarrolladas, teniendo en cuenta también los indicadores clave de rendimiento obtenidos de las campañas experimentales o de las Acciones A2.1-by A2.1d, así como los nuevos requisitos y especificaciones que surgieron durante el proyecto. Por lo tanto, hemos implementado cálculos de balance de energía y masa y hemos definido las entradas y salidas del sistema objetivo.
Para obtener más información, póngase en contacto con Dr E. Markellou (e.markellou@bpi.gr)