[en] Presently, nitrogen and phosphorus are in high demand for fertilizer production. The recovery and valorisation of these elements have become increasingly attractive options in the wastewater treatment industry due to the substantial quantities of nutrients (nitrogen and phosphorus) present in wastewater. Furthermore, their removal is a critical step in environmentally sensitive discharge areas, given the significant impact they can have on aquatic ecosystems. In this context, electrodialysis (ED) emerges as a physicochemical electromembrane technology. While it has been utilized for over 50 years in water desalination, it is currently gaining scientific interest for its ability to treat wastewater streams and concentrate nutrients. The main objective of this doctoral thesis, aligned with the principles of sustainability and circular economy, is to apply an ED process to the effluent coming from an anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) pilot plant. This aims to meet the discharge limits set by Directive 91/271/EEC for the diluted stream while simultaneously concentrating nutrients to values above 500 mg N/L and 60 mg P/L in the concentrated stream. This concentration is intended to enhance the efficiency of subsequent recovery processes, such as membrane contactors or crystallization. The optimal operating parameters for treating the effluent from an AnMBR reactor in a conventional ED system with up to 10 cell pairs and a membrane area of 64 cm2, were determined through short-duration experiments. The effects of applied current, the type of anion exchange membrane (AEM) used, the number of cell pairs, and the operating mode of the power supply (galvanostatic or potentiostatic) were examined. Subsequently, longer-term tests were conducted to assess the stability of the process and with the aim of achieving discharge and concentration objectives in the diluted and concentrated streams, respectively. Common operational issues in electromembrane systems, such as scaling and fouling on ion exchange membranes, were also evaluated. Different alternatives to conventional ED processes were applied to address these phenomena and achieve target concentrations in the concentrated stream. These alternatives included reversible electrodialysis (EDR), pretreatment of the inlet stream with ion exchange resins and selective electrodialysis (SED). The application of ED cells connected in series was also evaluated to meet discharge limits in the diluted stream. This doctoral thesis demonstrates the effectiveness of the studied ED process in treating AnMBR effluent with nitrogen and phosphorus removal efficiencies up to 90%. The potential concentration of the ED technology is also confirmed, achieving concentrations in the concentrated stream of up to 1233 mg NH4-N /L and 136 mg PO4-P /L, which are promising values for subsequent nutrient recovery as value-added products such as fertilizers or struvite.

[es] En la actualidad, el nitrógeno y el fósforo son elementos altamente demandados para la producción de fertilizantes. La recuperación y valorización de estos elementos se presenta como una opción cada vez más interesante en el sector del tratamiento de las aguas residuales debido a las elevadas cantidades de nutrientes (nitrógeno y fósforo) presentes en estas. Además, su eliminación es un paso de vital importancia en áreas de vertido categorizadas como sensibles, debido al gran impacto que pueden causar en los ecosistemas acuáticos. En este sentido, la electrodiálisis (ED) se presenta como una tecnología fisicoquímica de electromembrana que, aunque se viene utilizando desde hace más de 50 años para la desalinización de aguas, está actualmente atrayendo el interés del sector científico debido a su capacidad de tratar las corrientes residuales, por una parte, y de concentrar, por la otra, los nutrientes contenidos en ellas. El objetivo principal de la presente tesis doctoral, enmarcado dentro de los principios de sostenibilidad y economía circular, es la aplicación de un proceso de ED al efluente de un reactor anaerobio de membranas (AnMBR) para alcanzar, de un lado, los límites de vertido que establece la Directiva 91/271/CEE en la corriente diluida y, del otro, concentrar los nutrientes contenidos en dicho efluente hasta valores por encima de 500 mg N/L y de 60 mg P/L, con el objetivo de aumentar las eficacias de procesos posteriores de recuperación como pueden ser los contactores de membranas o la de cristalización. En este trabajo se determinaron los parámetros óptimos de operación para el tratamiento del efluente de un reactor AnMBR en un sistema de ED convencional de hasta 10 pares de celda y con un área de membrana de 64 cm2, mediante la realización de experimentos de corta duración. Se determinó el efecto de la intensidad aplicada, del tipo de membrana de intercambio aniónico (AEM) utilizada, del número de pares de celda y del modo de operación de la fuente de alimentación (galvanostático o potenciostático). Posteriormente, se realizaron ensayos de mayor duración para evaluar la estabilidad del proceso en la consecución de los objetivos de vertido y de concentración en las corrientes diluida y concentrada, respectivamente. Se evaluaron también los problemas de operación más comunes en los sistemas de electromembrana como son el scaling y el fouling en las membranas de intercambio iónico, así como la aplicación de diferentes alternativas al proceso de ED convencional para hacer frente a estos fenómenos y alcanzar las concentraciones objetivo en la corriente concentrada, como son: la electrodiálisis reversible (EDR), el pretratamiento de la corriente de entrada con resinas de intercambio iónico y la electrodiálisis selectiva (SED). Se estudió también la aplicación de celdas en serie para el cumplimiento de los límites de vertido en la corriente diluida. Los resultados obtenidos en esta tesis doctoral demuestran la capacidad del sistema de ED para el tratamiento del efluente de un AnMBR con eficacias de eliminación de nitrógeno y fósforo superiores al 90%. Se confirma también el potencial de concentración de la tecnología, con la obtención de concentraciones en la corriente concentrada de hasta 1233 mg N-NH4/L y 136 mg P-PO4/L, valores prometedores para la posterior recuperación de los nutrientes en forma de productos de valor añadido como pueden ser fertilizantes o estruvita.