Economía circular e innovación en el tratamiento eficiente de aguas residuales de composición compleja

En el contexto actual de cambio climático, el ciclo del agua y la disponibilidad de recursos hídricos se ven afectados, previéndose en la región mediterránea episodios más frecuentes y prolongados de escasez hídrica. El tratamiento de aguas residuales no queda ajeno a los retos planteados por el calentamiento global. La calidad y cantidad de aguas a tratar se verán afectadas por el cambio climático, por lo que las actuales estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs) tendrán que mantener sus rendimientos en términos de tratamiento y costes operacionales. Estos retos ambientales han conllevado a transformar la concepción de las EDARs, gracias a los principios de la economía circular, de ser meramente estaciones de tratamiento a ser fuentes de recursos, con el fin de: (i) reutilizar el agua tratada, (ii) valorizar recursos obteniendo productos de valor añadido y (iii) ser autosuficientes energéticamente. 

Las aguas residuales son una mezcla de materia orgánica e inorgánica, que deben ser tratadas antes de ser vertidas a ríos, lagos o mares, con el fin de evitar el desequilibrio de los ecosistemas causado por la eutrofización, hipoxia y contaminación de aguas subterráneas. A lo largo de los años, las EDARs han incorporado una combinación de procesos físico-químicos y/o biológicos para eliminar eficientemente los contaminantes y alcanzar altos estándares de calidad del agua tratada. Actualmente, se está realizando una búsqueda intensiva de tecnologías basadas en los principios de la economía circular que permitan a las EDARs generar recursos de calidad a partir de las aguas residuales.

Efluentes complejos

Las aguas residuales se pueden clasificar según su origen en urbanas, agrícolas, ganaderas o industriales. Estos efluentes pueden tener una composición muy compleja, ya que pueden presentar un alto contenido de sales, metales, compuestos tóxicos o bien materia orgánica recalcitrante. En general, se considera que las aguas residuales generadas en actividades industriales son las que presentan un mayor desafío en cuanto a eficiencia de los tratamientos y su valorización. Estas aguas residuales provienen de sectores productivos como petroquímicas, desalinizadoras, vertederos y minas, entre otros. Actualmente, el tratamiento de estos efluentes complejos mediante procesos convencionales presenta una serie de limitaciones técnicas y económicas, por lo que no se logra una elevada eficiencia económica, energética y de tratamiento. Es por ello que requieren de un proceso específico para obtener agua de calidad adecuada para su gestión (vertido o reutilización). Por otro lado, las tecnologías emergentes propuestas para tratar efluentes complejos en general presentan elevados costes de inversión y operación, lo cual limita su aplicación. Por esta razón, es una prioridad el desarrollo de procesos sostenibles desde el punto de vista económico y ambiental y, al mismo tiempo, que permiten alcanzar elevadas eficiencias de tratamiento y/o valorización de recursos. 

Innovando con EFLUCOMP

Debido a la problemática que presentan los efluentes complejos, investigadores, ingenieros y técnicos del sector del agua se han unido en un consorcio para llevar a cabo un proyecto denominado EFLUCOMP: Investigación en tecnologías costo-eficientes basadas en procesos de separación, biológicos y otros procesos innovadores para el tratamiento de efluentes complejos. El consorcio está formado por tres centros de investigación (Eurecat, el Instituto Catalán de Investigación del Agua (ICRA) y Leitat), tres proveedores de tecnología (Aplicat, Protecmed y Deisa), tres gestores de agua (ACCIONA Agua, FCC Aqualia y Aitasa) y la Universidad Rovira i Virgili (URV). El proyecto se inició en julio del 2017, tiene un presupuesto cercano a los 2,7 millones de euros y una duración de 3 años y medio. 

Aguas residuales hospitalarias

Estos efluentes contienen una mezcla de diferentes compuestos recalcitrantes a muy baja concentración (como fármacos, metales pesados, detergentes, desinfectantes y medios de contraste) junto con microorganismos patógenos. La estrategia del proyecto es aplicar un tratamiento que combine procesos biológicos y de oxidación avanzada para eliminar dichos compuestos. Hasta el momento, éstos se han aplicado de manera separada, sin lograr su correcta gestión combinada. En general, los sistemas biológicos requieren un bajo consumo energético, pero no logran la eliminación de compuestos recalcitrantes, que incluso pueden inhibir o ser tóxicos para la biota responsable de la degradación de la materia orgánica, disminuyendo así su rendimiento. En cambio, los procesos de oxidación avanzada, como la electro-oxidación (EO) u ozono (O3), pueden lograr la completa mineralización de los compuestos recalcitrantes, pero a un alto coste energético y de reactivos, lo cual los hace poco rentables. En EFLUCOMP se combinan ambas tecnologías para lograr sinergia entre ambos procesos con el fin de maximizar la eliminación de los compuestos recalcitrantes, minimizando el consumo energético y de reactivos. Leitat junto con Deisa y ICRA están estudiando el proceso MBBR (reactor de biopelícula de lecho móvil) seguido de una combinación de tecnologías de oxidación (EO combinado con O3) para optimizar el tratamiento de las aguas residuales hospitalarias.

Salmueras

Los efluentes residuales provenientes de algunas industrias agroalimentarias y plantas desalinizadoras de agua de mar o agua salobre generan corrientes con un alto contenido en sales (salmueras). Hoy en día el tratamiento de las salmueras se realiza mediante procesos de membranas (principalmente osmosis inversa), electrodiálisis, evaporación, precipitación-cristalización y liofilización, pero solo logran reducir el volumen a tratar y concentrar las sales. Además, éstos son altamente costosos, debido a la gestión de la salmuera generada, el consumo energético (relacionado al bombeo/calefacción), y los costes operacionales. En EFLUCOMP, Eurecat y Protecmed, buscan nuevas estrategias de tratamiento que combinan procesos de precipitación, coagulación, floculación, electroxidación y filtración con membranas regeneradas para obtener compuestos de valor añadido tipo calcita, brucita y sulfato de sodio, entre otros. Algunos de estos procesos han sido simulados con software especializado. De esta manera, se reduce el volumen a gestionar y, al mismo tiempo, se recuperan recursos.

Aguas residuales del sector minero y metalúrgico

En el área de la minería y metalúrgica se generan efluentes muy heterogéneos en composición, pero habitualmente con elevado contenido de metales pesados. En general, el tratamiento de estos efluentes utiliza tecnologías que son poco eficientes y que generan un agua de baja calidad que no puede ser reutilizada. Debido a estos problemas, en EFLUCOMP se propone la adaptación e integración de tecnologías innovadoras que sean flexibles y robustas, permitiendo el tratamiento/reutilización de los efluentes. Para ello, ACCIONA conjuntamente con Aplicat y la URV, están investigando procesos de flotación por precipitación, flotación iónica y adsorción mediante materiales sintetizados tipo hidróxidos laminares dobles, determinando su viabilidad, así como sus condiciones óptimas para minimizar el consumo de reactivos químicos y energía asociado. Adicionalmente, se está desarrollando una herramienta de ayuda a la decisión para seleccionar el tren de tratamiento más adecuado según la calidad de agua de entrada y los requerimientos de salida.  

Aguas residuales de plantas petroquímicas

Los efluentes que se generan en la industria petroquímica son una mezcla compleja de altas concentraciones de materia orgánica poco biodegradable, metales y sales. La novedosa estrategia de EFLUCOMP es combinar procesos biológicos, de oxidación avanzada y de adsorción para tratar de manera integral estos contaminantes. Para ello se diseñó y construyó una planta piloto multi-modular, que estuvo operando aproximadamente un año tratando parte de las aguas residuales de las plantas petroquímicas de Tarragona. Aqualia y Aitasa consiguieron resultados prometedores, con altas eficiencias de eliminación de sólidos en suspensión (98%), carbono orgánico total (79%), demanda química de oxígeno (80%) y nitrógeno (69%).

Lixiviados de vertedero

Los lixiviados de vertedero se caracterizan por tener un alto contenido de sales, materia orgánica recalcitrante, metales y nitrógeno amoniacal. Eurecat y Protecmed han propuesto, en el marco del proyecto, un novedoso sistema de tratamiento por membranas, basado en una osmosis directa utilizando una electrodiálisis para la regeneración de la solución extractora. El sistema propuesto ha conseguido obtener, a nivel de banco de pruebas, por un lado, un lixiviado muy concentrado, y por otro, agua regenerada con potencial de reutilización con recuperaciones superiores al 70%. Actualmente se está construyendo una planta piloto para verificar a una escala mayor los resultados obtenidos hasta el momento. 

Comunidad RIS3CAT Aigua

El proyecto EFLUCOMP es uno de los seis proyectos de la comunidad RIS3CAT Aigua, acreditada por la Generalitat de Catalunya a través de la Agència per la Competivitat de l’Empresa (ACCIÓ) y cofinanciada por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) de la Unión Europea. La comunidad RIS3CAT Aigua está conformada por 56 entidades y tiene como objetivo impulsar la transformación económica de las empresas vinculadas a la gestión y consumo del agua a través de la adquisición de conocimiento y desarrollo de tecnologías para superar los retos tecnológicos existentes y dar respuesta a las necesidades ambientales, sociales y económicas. Además, desea posicionar el agua como un sector industrial clave en la economía catalana y convertir la región de Cataluña en un polo de innovación de referencia mundial.

Más información: www.comunitataigua.cat, @ComunitatAigua

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