Aplicación de energía solar térmica de concentración en la gestión de lodos de depuradora

El espacio transfronterizo Andalucía – Algarve – Alentejo presenta una serie de peculiaridades que condicionan el tratamiento y gestión de las aguas residuales y de los residuos domésticos.

Por un lado, su ubicación geográfica y su climatología hace que existan grandes concentraciones urbanas en las zonas costeras de la región del Algarve y de la provincia de Huelva. Igualmente existen importantes centros urbanos en el interior del Alentejo y Andalucía Occidental. Además, el carácter turístico de la Eurorregión, hace que la población en las zonas costeras se triplique en la época estival con la llegada de turistas y personas con segundas residencias.

Todo esto trae consigo, entre otras cosas, una gran generación de aguas residuales y residuos domésticos a los que, tanto la Administración como las empresas concesionarias de los servicios de gestión y tratamiento, deben dar una respuesta eficaz y eficiente a esta gran demanda fluctuante.

La consecuencia de todo esto es un consumo creciente de energía convencional, por parte de estas plantas de tratamiento, lo que supone un impacto ambiental significativo y un aumento ostensible en los costes de mantenimiento de estas plantas.

Detectada esta problemática, se observa que gran parte de este consumo energético procede del secado de los lodos procedentes del tratamiento de las aguas residuales y del lixiviado de los residuos domésticos.

Lodos de depuradora

El tratamiento de aguas residuales lleva asociada la generación de lodos de depuradora.

Estos lodos, que son considerados como residuo no peligroso en la normativa, concentran la mayor parte de los contaminantes orgánicos e inorgánicos presentes en las aguas residuales que no son biodegradables (metales pesados, medicamentos, etc.), contienen metabolitos secundarios generados en el proceso de depuración que pueden ser altamente contaminantes y/o tóxicos y poseen una gran cantidad de organismos patógenos (Salmonella, E. coli, coliformes fecales, virus, etc.), por lo que necesitan un tratamiento y una gestión adecuada.

En la actualidad, la producción de los lodos es uno de los principales problemas a los que se enfrenta la gestión de aguas residuales, ya que su producción va en aumento como consecuencia de un mayor número de EDARs en funcionamiento y un mayor grado de depuración exigido por la normativa comunitaria. Además, el tratamiento y gestión de los lodos conlleva un alto coste llegando a constituir entre el 25-65% de los costes de operación de una EDAR y su destino final cada vez es más limitado y no siempre socialmente aceptado (ejemplo, incineración de los lodos).

La importancia del secado de lodos

Su importancia radica en que reducen de forma considerable el volumen de este tipo de residuo, al disminuir su humedad de un 80% a un 20 %, lo que facilita claramente su manejo.

Como consecuencia de lo anterior, se reducen de forma significativa los costes de transporte.

¿Cómo se realiza en la actualidad el secado de los lodos?

De un modo simplificado, en la actualidad se realiza mediante dos sistemas:

• Secado térmico usando energía convencional (fundamentalmente energía eléctrica o combustibles fósiles). Esto supone un alto coste para la planta y un impacto ambiental significativo.

• Secado por evaporación o energía solar directa (invernadero). Presentan dos grandes inconvenientes: Requieren una gran superficie y presentan unos tiempos de secado muy grandes. Opción no viable en EDARs de grandes poblaciones.

Surgimiento de la idea

Surge así la idea del proyecto SECASOL, que tiene como objetivo investigar la aplicación de la energía solar térmica de concentración en el proceso de secado de los lodos a través de la construcción y puesta en funcionamiento de un prototipo de secado que utilice este tipo de energía solar.

Este proyecto contribuye al cumplimiento del llamado objetivo 20 20 20 en materia de clima y energía establecido por la Unión Europea para el 2020.

Asimismo, contribuye al cumplimiento de los siguientes Objetivos de Desarrollo Sostenible:

• Nº 6: Agua limpia y saneamiento.

• Nº 7. Energía asequible y no contaminante.

• Nº 13. Acción por el clima.

• Nº 14. Vida submarina. 

Selección de los socios

El éxito del proyecto radica en conseguir un paternariado multidisciplinar que abarque los ámbitos o sectores del proyecto (tratamiento de aguas residuales, tratamiento de residuos municipales y energía solar térmica de concentración) y tenga implantación y conocimiento en el ámbito territorial del mismo.

Los socios seleccionados fueron los siguientes:

• Socio coordinador: Diputación de Huelva (España).

• Socios tecnológicos

  • Centro de las Nuevas Tecnologías del Agua (CENTA). Fundación adscrita a Consejería de Agricultura, Ganadería, Pesca y Desarrollo Sostenible de la Junta de Andalucía (España).

  • Laboratorio Nacional de Energía y Geología (Portugal).

• Socio experto en gestión del agua. Aguas del Algarve (Portugal).

• Socios expertos en gestión de residuos:

  • CESPA (España).

  • GESAMB (Portugal).

• Socio experto en energía. Agencia Regional de Energía del Algarve (AREAL) (Portugal).

Objetivos de SECASOL

Aumentar los niveles de eficiencia en el uso de los recursos naturales para contribuir al desarrollo de la economía verde.

Fomentar tecnologías innovadoras en el proceso de secado de lodos de plantas de tratamiento de aguas residuales y lixiviados de los residuos municipales mediante el uso de tecnología solar térmica de concentración.

Actividades del proyecto

El primer paso ha sido la realización de una serie de estudios previos y análisis técnicos con el objetivo de conocer:

• El estado del arte de las soluciones técnicas de secado con energía solar.

• La cadena de valor en el territorio de los sectores de tratamiento de aguas residuales, residuos municipales y energía solar térmica. Se trata de conocer ¿Que? actores hay? ¿Que? experiencia poseen? Y ¿Que? sinergias tienen?

• Las posibles barreras, sinergias y beneficios del proyecto.

• Canales potenciales de financiación y la escalabilidad del proyecto.

Una vez realizados los estudios previos, los socios disponen de la información y conocimientos suficientes para afrontar la siguiente actividad: Diseño, construcción, puesta en producción y validación del prototipo de secado que permita valorar la aplicabilidad de esta tecnología a una escala industrial.

Resumen técnico del prototipo

El prototipo construido en el proyecto SECASOL es pionero en el mundo.

Se trata de un secadero de bandas móviles que utiliza la energía solar concentrada por los espejos de un campo solar Fresnel. Esta energía es acumulada en un fluido circulante que la cede al aire que circula por dicho secadero, evaporando así la humedad de los lodos y obteniendo un producto final en forma de pellets con baja humedad. Estos pellets podrán ser utilizados para regenerar suelos forestales degradados o similares, dado que, con motivo del tratamiento térmico recibido, se les habrá desprovisto de su carga bacteriana y se habrá degradado parte de su contenido tóxico.

Presenta dos partes distintas e interconectadas:

Generación de Energía:

• Concentrador lineal de espejos Fresnel con una superficie de apertura de 70 m2.

• Acumulador de energía, que va a permitir poder usarla durante gran parte del día en el prototipo mediante un intercambiador de calor agua/aire.

Secado de lodos:

• Zona de recepción del lodo a tratar.

• Secadero de lodos directo de banda con dos zonas con distintas temperaturas.

• Evaporador de lixiviados.

• Zona de recogida de lodos secos y lixiviados concentrados. El lodo seco se recoge en forma de pellets, fácilmente transportable como un granulado.

Características principales del proceso

• La temperatura máxima del aire a la entrada a secadero es de 95 ºC.

• En lodos de depuradora el porcentaje de materia seca aproximado es un 20% a la entrada (lodo húmedo) y más de 90 % a la salida.

• En lodos de lixiviados, el porcentaje a la entrada es del 1,5% de materia seca y de un 15% a la salida.

• La capacidad de tratamiento del prototipo es de 180 kg/ día en lodos de depuradora y 160 kg/día en lixiviados de residuos domésticos.

• Duración del proceso. 30 minutos a 70oC de temperatura del lodo o 10 minutos a 80ºC.

Localización del prototipo. Instalaciones de la Fundación CENTA sitas en Carrión de los Céspedes.

Resultados esperados

Se ha estimado que, para una ubicación en la zona de la Eurorregión Andalucía – Algarve – Alentejo y en días altamente soleados, el consumo de combustible fósil para el secado térmico de lodos se podría reducir hasta un 50% por el uso de la energía solar térmica de concentración.