Desarrollan técnicas más económicas para monitorizar contactores de membrana de fibra hueca en depuradoras

“Los contactores de membrana de fibra hueca (HFMC por sus siglas en inglés) son una tecnología prometedora para ser implementada en estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR), ya que permiten obtener altas eficiencias de recuperación de nitrógeno del sobrenadante del digestor anaerobio. Por ello, este estudio desarrolla un soft-sensor de bajo coste que hace posible la monitorización, la optimización y el control en tiempo real del HFMC de manera precisa y fiable”.

Este es la aportación principal del artículo “PLS-based soft-sensor to predict ammonium concentration evolution in hollow fibre membrane contactors for nitrogen recovery”, realizado por los investigadores del Grupo CALAGUA –formado por personal del IIAMA-UPV y del Departamento de Ingeniería Química de la Universitat de València (IQ-UV)-, Daniel Aguado García, Guillermo Noriega Hevia, José Ferrer Polo, Aurora Seco Torrecillas y Joaquín Serralta Sevilla.

El estudio, que ha sido publicado en la revista científica “Journal of Water Process Engineering” y se puede descargar gratuitamente, concibe las EDAR como instalaciones de recuperación de recursos, donde juega un papel fundamental la recuperación de nutrientes.

“Existen y se han implementado a escala industrial otras técnicas para la recuperación de nutrientes como la cristalización de estruvita y la extracción por aire (air stripping). La cristalización de estruvita ha sido ampliamente estudiada y aunque consigue recuperaciones del 90% del fósforo, solamente permite recuperar entre el 20% y 30% del nitrógeno total.  Otra tecnología con una amplia implementación es el air stripping, cuya operación genera altos requisitos energéticos y químicos”, señala el investigador del IIAMA, Daniel Aguado.

“Las tecnologías basadas en membranas, como los HMFC, permiten una recuperación selectiva de amoníaco libre, tienen un consumo de energía inferior al de otras tecnologías y son adecuadas para la recuperación de nitrógeno amoniacal”

En este contexto, se ha erigido como una fuerte alternativa la tecnología de contactores de membrana, que pueden ser utilizados para el tratamiento de corrientes ricas en nitrógeno como el sobrenadante de la digestión anaerobia de las EDAR.

“Las tecnologías basadas en membranas, como los HMFC, constituyen una tecnología con importantes ventajas al permitir una recuperación selectiva de amoníaco libre, tener un consumo de energía inferior al de otras tecnologías como la del air-stripping y ser adecuadas para la recuperación de nitrógeno amoniacal hasta concentraciones realmente bajas”, destaca el Dr. Aguado García.

“Para monitorizar y evaluar la eficiencia de los contactores de membrana de fibra hueca, se ha desarrollado un soft-sensor basado en PLS capaz de predecir con gran precisión la evolución de la concentración del nitrógeno amónico total”

Campo de estudio y resultados

Para monitorizar y evaluar la eficiencia de los contactores de membrana de fibra hueca, se ha desarrollado un soft-sensor basado en PLS capaz de predecir con gran precisión la evolución de la concentración del nitrógeno amónico total (TAN) a partir de los valores registrados del sensor de pH, utilizando el sobrenadante real de un digestor anaerobio.

“Utilizando una técnica de proyección multivariante (PLS) se extrae en tiempo real la información relevante contenida en los datos registrados de pH, que es una variable de proceso fácil de medir, ya que se puede adquirir de forma rutinaria y está disponible en casi todas las EDARs. Con esta información podemos predecir la evolución de la concentración de amonio en el contactor, que es la principal variable en el HFMC”, explica Daniel Aguado.

De hecho, en las distintas pruebas realizadas a escala piloto se ha comprobado como la membrana hidrófoba permite la transferencia de amoníaco libre a través de las fibras huecas, “por lo que mantener un pH alto es fundamental para que una mayor proporción del nitrógeno presente en la corriente a tratar esté en forma de amoníaco y la tasa de recuperación de nitrógeno sea mayor”, destaca el investigador Daniel Aguado.

“Se han obtenido altas eficiencias de recuperación de nitrógeno de entre el 80% y el 99% aplicando esta tecnología a diferentes corrientes ricas en nitrógeno como la orina, el estiércol de pollo, el sobrenadante de digestión anaeróbica o el estiércol de cerdo”

Durante la operación del proceso, la concentración de amonio disminuye y las mediciones en tiempo real resultan de gran valor para la monitorización, optimización y control del proceso.

“Se han obtenido altas eficiencias de recuperación de nitrógeno de entre el 80% y el 99% aplicando esta tecnología a diferentes corrientes ricas en nitrógeno como la orina, el estiércol de pollo, el sobrenadante de digestión anaeróbica o el estiércol de cerdo”, asevera el investigador del IIAMA.

Finalmente, el Dr. Aguado García pone en valor el potencial de los contactores de membranas, cuya implementación contribuye a la economía circular en el sector, y aunque estos estudios se llevaron a cabo a escala de laboratorio o piloto tratando agua real, “recientemente esta tecnología se ha implementado a gran escala en la EDAR de Münster en Estados Unidos con eficiencias de recuperación cercanas a las obtenidas a escala de laboratorio o piloto”, concluye el investigador del IIAMA.

El artículo se puede descargar gratuitamente gracias a la Universitat Politècnica de València en el siguiente enlace: https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2022.102735