Eliminación optimizada de materia orgánica en el tratamiento de agua potable a través de un sistema de ayuda a la decisión

El proceso de potabilización comprende una serie de tratamientos que tienen como objetivo eliminar contaminantes de las aguas superficiales y obtener un agua de calidad para el consumo humano. Entre los contaminantes a eliminar, destaca la materia orgánica natural o NOM (del inglés, natural organic matter). La NOM trata de un conjunto de compuestos orgánicos producto de la descomposición y de la actividad microbiológica. Reducir su concentración es todo un reto: la NOM es heterogénea, presenta fluctuaciones y tiene capacidad para reaccionar con los compuestos químicos utilizados en la desinfección generando subproductos o DBPs (del inglés, disinfection by-products), los cuáles son regulados debido a su toxicidad. Al inicio del tratamiento encontramos la coagulación, una operación unitaria que presenta un alto potencial para la eliminación de la NOM; se trata de un proceso fisicoquímico que consiste en añadir una serie de reactivos para favorecer la sedimentación y así eliminar contaminantes del agua. La coagulación es un tratamiento ampliamente instaurado y que presenta un rendimiento variable condicionado por el fraccionamiento de la NOM y las dosificaciones de reactivos aplicados.

La tesis de Jordi Suquet Masó “Development of an environmental decision support system to enhance coagulation in drinking water treatment plants” ha investigado la optimización del proceso de coagulación a través de sistemas de ayuda a la decisión en dominios ambientales o EDSS (del inglés, Environmental Decision Support Systems). Los EDSS son herramientas del campo de la inteligencia artificial las cuales permiten integrar datos, modelos y conocimiento experto con el fin de sistematizar las respuestas y disminuir el tiempo de actuación. Si actualmente los podemos aplicar al sector del agua es porque este no ha restado ajeno a la digitalización que se ha instaurado de manera transversal en toda la sociedad. Así, la investigación y el desarrollo de sensores y analizadores en línea eficientes y económicamente competitivos permite monitorizar parámetros relacionados con la NOM desde la captación y durante el tratamiento del agua, incluyendo la coagulación. Estos datos quedan continuamente registrados en las bases de datos de las estaciones de tratamiento de agua potable, y su estudio nos aporta información para poder detectar tendencias y comportamientos, útiles para la determinación de los óptimos operativos.

El investigador ha centrado su estudio en tres plantas potabilizadoras de Cataluña, las cuáles presentan retos de gestión típicos de la cuenca Mediterránea. La tesis doctoral ha implicado numerosas tareas de adquisición y análisis de datos. A partir de aquí, se ha procedido con la planificación y realización de un seguido de campañas de muestreo, análisis de laboratorio, experimentos por la coagulación mejorada, evaluación de los datos para la identificación de escenarios y, finalmente, el desarrollo y estudio de los modelos de coagulación mejorada que finalmente han sido integrados en una propuesta final de EDSS.

Los resultados obtenidos han sido publicados en revistas científicas internacionales, y permitirán avanzar para optimizar y automatizar la eliminación de la NOM en la potabilización de agua. Los más significativos son:

• Se ha demostrado que el agua de río presenta fluctuaciones de NOM impredecibles caracterizadas por la presencia de un alto contenido en turbidez, condicionando así el óptimo operacional de la coagulación. En los pantanos las altas concentraciones de NOM se producen en episodios climatológicos excepcionales.

• Se ha desarrollado una metodología específica y se ha procedido con el desarrollo de modelos empíricos de coagulación mejorada por los tres casos de estudio.

• Se han identificado diferentes escenarios de concentración de la NOM del agua de entrada y se ha procedido a evaluar los óptimos operacionales en cada caso.

• A partir del estudio de los modelos, se han determinado los parámetros significativos para lograr la eliminación de la NOM en cada escenario y fuente de captación de agua (río, pantanos).

• Se ha establecido que la NOM hidrofóbica domina los escenarios de alta carga orgánica. Por eso, es clave eliminar UV254 durante la coagulación para minimizar los DBPs.

• Se ha desarrollado y validado un EDSS jerárquico estructurado en tres niveles (adquisición de datos, control y supervisión) con el objetivo de eliminar la NOM y minimizar la formación de DBPs a través de la coagulación mejorada. Este sistema es capaz de eliminar el 62% de la turbidez, el 21% del carbono orgánico total y el 25% de UV254.

• Se ha desarrollado un sistema de control para minimizar la formación de trihalometanos (THM) a través de la coagulación mejorada.

La tesis, que ha sido dirigida por el Dr. Hèctor Monclús y el Dr. Lluís Godo, se defenderá el próximo viernes 29 de julio en el Aula Magna de la Facultad de Ciencias de la Universitat de Girona, en un acto abierto al público.