Proyecto INCOVER: Las aguas residuales producen bioproductos y bioenergía

El constante crecimiento de la población, así como la contaminación, el cambio climático y la sobreexplotación de los recursos de agua dulce son responsables de una progresiva presión sobre el recurso hídrico. Por ello es necesario su preservación y uso de forma eficiente. A día de hoy, la Directiva Marco del Agua (Directiva 2000/60/CE, 2000), que preveía que en 2015 todas las masas de agua tuvieran un buen estado ecológico, sólo se cumple en aproximadamente la mitad de los casos. Es necesario por tanto realizar un esfuerzo en el tratamiento de aguas residuales mediante soluciones técnica y económicamente viables. Por otro lado, la mayoría de las aguas tratadas se suelen verter al medio ambiente y no se aprovechan para otros usos. A pesar de que en los últimos años se esté promocionando cada vez más la reutilización agrícola o para el riego de parques y jardines, en realidad sólo un pequeño porcentaje de las aguas tratadas se reutilizan. En Cataluña, uno de los lugares de España y de Europa con más práctica de la reutilización, sólo unos 30 de los 700 hm3 de aguas tratadas cada año se reutilizan para riego, limpieza de calles, usos ambientales y, en menor medida, usos industriales (ACA, 2016). Ciertamente un número bajo para el siglo XXI y con el cambio climático pisándonos los talones.

En este contexto, la solución a la creciente escasez del recurso hídrico reside en parte en la búsqueda y aplicación de nuevas alternativas de tratamiento del agua con costes limitados y capaces de generar aguas que se puedan reutilizar y que puedan generar nuevos materiales o recursos en lugar de residuos. Así pues, el futuro de las plantas de tratamiento pasa necesariamente por su reconversión de elementos clave en el saneamiento actual a futuras unidades productivas capaces de generar bienes valorizables y eficientes energéticamente.

El proyecto INCOVER

La necesidad de cambio radical en el sector del agua ha impulsado el interés de la Unión Europea hacia la promoción de ideas innovadoras en el sector. Un ejemplo es el proyecto INCOVER, “Innovative Eco-Technologies for Resource Recovery from Wastewater” (http://incover-project.eu/), que pretende ofrecer una respuesta a la necesidad de nuevas soluciones técnicas para el tratamiento de agua residual que sean a su vez capaces de promover la reutilización y de generar nuevos recursos. El proyecto, coordinado por el centro tecnológico AIMEN, tiene un presupuesto de 8 millones de euros y cuenta con la participación de 18 socios entre empresas, universidades y centros de investigación distribuidos en 7 países europeos. Las actividades de investigación se desarrollarán a lo largo de los próximos 3 años en plantas experimentales situadas en Barcelona, Almería, Cádiz y Leipzig (Alemania), donde participarán expertos en tratamiento del agua y residuos orgánicos, automatización, generación de bioproductos, análisis del ciclo de vida y marketing.

En el proyecto, a partir de las aguas residuales se obtendrá energía en forma de biometano, bioplásticos, fertilizante biológico, ácidos orgánicos y agua tratada para riego inteligente. Se utilizarán aguas residuales de origen urbano, industrial y agrícola. El proyecto pretende favorecer la economía circular, produciendo cero residuos y generando a su vez productos de valor añadido. 

La planta experimental del campus AgrÒpolis-UPC

En el marco del proyecto INCOVER, el grupo de investigación en Ingeniería y Microbiología del Medio Ambiente (GEMMA) de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) está construyendo una planta piloto en el campus Agròpolis, en Viladecans (Barcelona) el cual forma parte de las instalaciones que tiene la universidad en Baix Llobregat.

En esta planta (Figura 1), una mezcla de agua residual doméstica y agrícola se tratará mediante cultivos mixtos de microalgas y bacterias. Se trata de reactores de paredes transparentes (fotobiorreactores tubulares horizontales) en los que las microalgas aprovechan la luz y los nutrientes presentes en las aguas residuales para desarrollarse y, a través de la fotosíntesis, generar oxígeno. Este oxigeno permite la degradación aeróbica por parte de bacterias de los contaminantes orgánicos presentes en el agua. Por tanto el sistema no requiere de aireación mecánica gracias a este oxígeno procedente de la fotosíntesis. La energía que permite funcionar al sistema es la radiación solar. 

Tratamiento del agua y generación de biomasa

En el campus Agròpolis, se están construyendo 3 fotobiorreactores con un volumen de 10 m3 cada uno (Figura 2). Cada fotobiorreactor está formado por 2 colectores abiertos conectados entre ellos por 12 tubos de PVC trasparentes por los cuales circula el líquido de mezcla (cultivo) con las microalgas y las bacterias. El movimiento del líquido en el fotobiorreactor es activado por unas ruedas de aspas situadas en los colectores, las cuales generan una diferencia de nivel piezométrico a cada lado del colector. Las aguas residuales domésticas y agrícolas se mezclan en un tanque de homogeneización, antes de alimentar a los 3 fotobiorreactores en paralelo y de forma semi-continua. El proceso se controla fundamentalmente a través del pH (inyección de CO2), la concentración de nutrientes y el tiempo de retención hidráulico.

El efluente de los 3 fotobiorreactores pasará a un decantador lamelar, en el cual, gracias a la ayuda de un polímero natural, se lleva a cabo el proceso de coagulación-floculación y sedimentación de la biomasa. Dicho proceso permite separar de forma eficaz la biomasa contenida en el líquido de mezcla de los fotobiorreactores. El agua efluente del decantador será sometida a ultrafiltración y desinfección con radiación ultravioleta en un sistema alimentado exclusivamente por energía solar antes de ser reutilizada como agua de riego en cultivos presentes en el propio campus Agròpolis, mediante un sistema de riego inteligente. Por otro lado, la biomasa separada en el decantador será aprovechará en parte para producir bioplásticos y en parte para la generación de biogás.

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