Nitrogen recovery from wastewater treatment effluents by liquid-liquid membrane contactor for fertilizers production

Abstract

(English) Changing wastewater treatment plants into wastewater and resource recovery facilities represents a paradigm shift in wastewater management. Resources such as water, energy, and nutrients are becoming scarcer, which makes this shift necessary. Wastewater is often treated as a waste product in traditional wastewater treatment plants, wasting valuable resources. We can extract and reuse these resources when we shift to resource recovery facilities, making our approach more sustainable and efficient. Alternatively, by transitioning to wastewater and resource recovery facilities, serious disadvantages such as high energy consumption, limited resource recovery, high operating costs, and non-treatment of wastewater can be addressed by promoting resource efficiency, reducing environmental impact, promoting the circular economy, and sustainable today's wastewater management process. Domestic/Urban wastewater discharges contain various substances, including organic matter, nutrients like nitrogen and phosphorus, and trace elements. The next generation of wastewater treatment facilities will transform into ecologically friendly facilities, including resource recovery facilities. By strongly emphasizing the reclamation and reuse of these substances rather than treating them as contaminants, they will play a significant role in Smart Cities. This strategy closes the loop by promoting the circular economy and ensuring that the substances are fully utilized. By integrating membrane technologies with superior features, wastewater treatment plants can enhance nitrogen recovery efficiency and provide drinking water. This work examines and validates a hybrid technology that uses Ion Exchange-Natural Zeolite and Hollow Fiber Liquid-Liquid Membrane Contactors as an innovative and well-established treatment system for the removal/recovery of ammonium/ammonia from urban/domestic wastewater streams to reduce water scarcity and nutrient pollution, resulting in N-liquid fertilizers. Using this membrane hybrid system, liquid fertilizers could be produced and concentrated on reaching standard commercial levels in the N market per the European Commission, and also clean water was produced, which met the WHO and EU discharge targets for nitrogen.

(Español) Cambiar las plantas de tratamiento de aguas residuales por instalaciones de recuperación de aguas residuales y recursos representa un cambio de paradigma en la gestión de aguas residuales. Recursos como el agua, la energía y los nutrientes son cada vez más escasos, lo que hace necesario este cambio. Las aguas residuales a menudo se tratan como un producto de desecho en las plantas de tratamiento de aguas residuales tradicionales, desperdiciando recursos valiosos. Podemos extraer y reutilizar estos recursos cuando cambiamos a instalaciones de recuperación de recursos, lo que hace que nuestro enfoque sea más sostenible y eficiente. Alternativamente, mediante la transición a instalaciones de recuperación de recursos y aguas residuales, las desventajas graves como el alto consumo de energía, la recuperación limitada de recursos, los altos costos operativos y la falta de tratamiento de las aguas residuales pueden abordarse mediante la promoción de la eficiencia de los recursos, la reducción del impacto ambiental, la promoción de la economía circular, y sustentable el proceso actual de manejo de aguas residuales. Los vertidos de aguas residuales domésticas/urbanas contienen diversas sustancias, entre las que se incluyen materia orgánica, nutrientes como nitrógeno y fósforo, y oligoelementos. La próxima generación de instalaciones de tratamiento de aguas residuales se transformará en instalaciones ecológicas, incluidas las instalaciones de recuperación de recursos. Al enfatizar fuertemente la recuperación y reutilización de estas sustancias en lugar de tratarlas como contaminantes, desempeñarán un papel importante en las Ciudades Inteligentes. Esta estrategia cierra el círculo al promover la economía circular y garantizar que las sustancias se utilicen por completo. Al integrar tecnologías de membrana con características superiores, las plantas de tratamiento de aguas residuales pueden mejorar la eficiencia de recuperación de nitrógeno y proporcionar agua potable. Este trabajo examina y valida una tecnología híbrida que utiliza contactores de membrana líquido-líquido de fibra hueca y zeolita natural de intercambio iónico como un sistema de tratamiento innovador y bien establecido para la eliminación/recuperación de amonio/amoníaco de corrientes de aguas residuales urbanas/domésticas para reducir el consumo de agua. escasez y contaminación de nutrientes, lo que resulta en fertilizantes N-líquidos. Con este sistema híbrido de membrana, se pudieron producir y concentrar fertilizantes líquidos para alcanzar los niveles comerciales estándar en el mercado de N según la Comisión Europea, y también se produjo agua limpia, que cumplió con los objetivos de descarga de nitrógeno de la OMS y la UE.