Una nueva configuración de tratamiento podría reducir un 44% el consumo de energía de las depuradoras

Las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs) juegan un papel crucial en la protección de la salud pública, ya que tratan el agua residual para poder devolverla en buen estado al medio natural. Sin embargo, también consumen gran cantidad de energía. Según algunas estimaciones, el tratamiento de agua residual representa el 3% del consumo eléctrico global, con las emisiones de gases de efecto invernadero y los costos económicos que ello conlleva.

En este contexto, la empresa GS INIMA, referente mundial en el sector del agua, está trabajando en una nueva configuración de tratamiento de agua en las EDARs que reduzca el consumo de energía (gracias a una menor necesidad de aporte de oxígeno), y que optimice la producción y recuperación del biogás resultante de la digestión anaerobia de los lodos (a través de un menor consumo de materia orgánica en el proceso de desnitrificación).

Esta configuración, patentada y registrada con el nombre comercial de PROGRAMOX®, consta de un primer reactor de lodos activos de alta carga (en inglés, high-rate activated sludge o HRAS) en el cual la materia orgánica del agua se redirige a la línea de lodos para favorecer la producción de biogás. A continuación, tiene lugar una eliminación autótrofa del nitrógeno en dos etapas: la primera, un reactor de biomasa aerobia granular (en inglés, aerobic granular sludge o AGS) adaptado a un proceso de nitritación parcial (en inglés, partial nitritation o PN) y la segunda, un reactor anammox (anaerobic ammonium oxidation). El objetivo final, ahorrar energía y conseguir que el proceso de depuración sea más sostenible medioambiental y económicamente.

Para lograrlo, GS INIMA ha colaborado con el Laboratorio de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad de Girona (LEQUIA), uno de los grupos de investigación pioneros en España en el estudio de los tratamientos PN-AGS y anammox. La tesis de Oriol Carbó, focalizada en ambos procesos, tenía dos objetivos científicos: 1) optimizar estos procesos para garantizar su robustez y replicabilidad, y 2) cuantificar el consumo energético y el potencial de recuperación de energía de la EDAR. El investigador inició su trabajo en un reactor AGS en los laboratorios del LEQUIA. Después prosiguió con sus experimentos en una planta piloto especialmente construida para estudiar toda la configuración PROGRAMOX® (HRAS + PN-AGS + anammox) y capaz de tratar 1.5 m3 de agua por día. La planta se ubicó en la EDAR de La Garriga (Barcelona) y se operó con agua residual de esta instalación.

Los resultados obtenidos han permitido que el grupo de investigación y la empresa adquieran nuevos conocimientos y capacidades sobre los procesos investigados. De hecho, GS INIMA está trabajando actualmente en la construcción de una nueva planta de demostración para validar la configuración PROGRAMOX® a escala real. En el reactor AGS, una purga selectiva de la parte superior del lecho de fango decantado demostró ser una estrategia exitosa para sostener la formación de gránulos. Sin embargo, la granulación total de la biomasa no fue crucial para el correcto funcionamiento del reactor. Mantener una buena decantabilidad (SVI, < 100 mL/g) con una mezcla de gránulos y flóculos demostró ser suficiente para eliminar la materia orgánica y reprimir la formación de NO₃-. Se logró una PN estable tratando el efluente de un HRAS. Se reprimió la actividad de las bacterias nitrito-oxidantes (NOB) gracias a la producción de ácido nitroso libre (FNA) en el reactor. En cuanto al reactor anammox, se logró un efluente con una calidad adecuada (TN < 8 mg/L) controlando la conversión de la PN a ratios NO₂-/NH₄+ inferiores (0.8 g N/g N) al teórico 1.32 g N/g N, implicando un inferior requerimiento de oxígeno. Finalmente, el balance energético indicó que con la nueva configuración PROGRAMOX® se podría alcanzar un 44% de ahorro energético (kWh/m³) en las EDARs, lo cual podría tener un impacto significativo en la sostenibilidad de estas infraestructuras.

Esta tesis se desarrolló en el marco de un proyecto de doctorado industrial cofinanciado por el Ministerio de Ciencia, y ha tenido dos directores en el entorno académico (el Dr. Jesús Colprim y el Dr. Albert Magrí) y una directora en el entorno empresarial (la Dra. Belén Gutiérrez, del área de I+D de GS INIMA). La defensa tendrá lugar el 24 de octubre en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Girona.

Publicación:

Oriol Carbó, Jaume Teixidó, Joan Canals, Antonio Ordóñez, Albert Magrí, Mercè Baldi, Belén Gutiérrez, Jesús Colprim, Achieving mainstream partial nitritation with aerobic granular sludge treating high-rate activated sludge effluent, Journal of Water Process Engineering, Volume 60, 2024, 105165, ISSN 2214-7144, https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2024.105165.