Proyecto Life Memory: El Biorreactor Anaerobio de Membranas, curvando la línea hacia la economía circular

El proceso de fangos activos cumplió en el año 2014 cien años. Las EDAR convencionales operan con esta tecnología que consume grandes cantidades de energía (del orden de 0,25 – 0,60 kWh/m3 en aporte de oxígeno, Meda & Cornel, 2010; Cornel et al. 2011; Lazarova et al. 2012), destruye nutrientes (en forma de nitrógeno gas que para la producción de fertilizantes debe volver a fijarse a un coste de 8,917 kWh/kg NH3 (Panchal, 2015)) y produce grandes cantidades de fango que ha de gestionarse adecuadamente ya que no se encuentra estabilizado. La Unión Europea fomenta la reorientación de la economía de un modelo lineal hacia un modelo circular.

En este contexto, la tecnología AnMBR (Biorreactor Anaerobio de Membranas) permite eliminar la materia orgánica del agua residual sin necesidad de aporte de oxígeno, al tiempo que permite la recuperación de energía intrínseca del agua residual en forma de biogás, y reduce la producción de fangos. Por tanto, los AnMBR son una tecnología prometedora para el tratamiento del agua residual urbana, donde la baja carga se compensa con el bajo tiempo de retención hidráulico (TRH) al cual es posible operar el reactor anaerobio, gracias a la acción del sistema de separación por membranas, pudiéndose alcanzar tiempos de retención celular (TRC) elevados que permiten la eliminación anaerobia de la materia orgánica incluso a bajas temperaturas (Giménez et al., 2014). 

La filtración mediante membranas de ultrafiltración garantizan una retención total de los sólidos suspendidos presentes en el licor mezcla, lo que permite alcanzar una elevada biodiversidad microbiológica que contribuye a una adecuada eliminación de los contaminantes presentes en el agua. Robles et al., (2012a; 2012b; 2013) han observado que con la tecnología AnMBR se pueden alcanzar flujos netos transmembrana del mismo orden que en los sistemas de membranas aerobias, con una menor necesidad de limpieza química.

Dada la elevada calidad del efluente obtenido con la tecnología AnMBR (libre de sólidos suspendidos y patógenos), sería viable su uso directo sobre el terreno para aportar nutrientes recuperados del agua (NH4+ y PO43-) a los cultivos, previa eliminación de los gases disueltos. También es factible su utilización para la recarga de acuíferos o su reutilización en actividades urbanas e industriales.

La recuperación de energía se consigue transformando parte de la materia orgánica contenida en el agua residual en biogás. Este biogás cuyo principal componente es el metano, tiene un alto valor energético, y puede ser utilizado en la propia planta para producir energía eléctrica y/o calorífica o puede ser tratado con el fin de aumentar la concentración de metano y eliminar impurezas y poder ser utilizarlo directamente como combustible para vehículos o para inyectarlo a redes de gas natural. Sin embargo, una parte del biogás sale del sistema disuelto en el efluente, este es uno de los grandes retos a solucionar antes de la implantación masiva a escala industrial de la tecnología AnMBR para el tratamiento de aguas residuales urbanas (Giménez et al., 2012).

Aplicación de la tecnología AnMBR a escala demostración

En las instalaciones de la Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) de la ciudad de Alcázar de San Juan (Ciudad Real), en la que FCC Aqualia S.A. es socia del Ayuntamiento en la Empresa Mixta Aguas de Alcázar, se está ejecutando el proyecto LIFE MEMORY (Membranas para la RECUPERACIÓN de AGUA y ENERGÍA). Este proyecto está coordinado por FCC Aqualia S.A. y participan activamente la Universitat de València, la Universitat Politècnica de València y Koch Membrane Systems.

El proyecto LIFE MEMORY cuenta con una inversión total de 2.102.329 euros, proyecto apoyado por el programa “LIFE+ 2013: Política y Gobernanza Medioambiental” que convoca la Unión Europea. La duración total del proyecto es de cuatro años.

El proyecto LIFE MEMORY pretende demostrar la viabilidad técnica, económica y ambiental de la tecnología AnMBR y su potencial para la reutilización eficiente y sostenible de las aguas residuales, tanto urbanas como industriales. Se asienta sobre un nuevo paradigma basado en la sostenibilidad, considerando el agua residual como una fuente de energía y nutrientes, y un recurso reutilizable, es decir, pensar en las EDAR como plantas de recuperación de recursos y no de eliminación. 

Los principales objetivos planteados en el proyecto son: reducir el consumo energético de las EDAR en hasta un 70%, reducir las emisiones netas de gases de efecto invernadero (por unidad de DQO eliminada) en un 80%, mejorar la calidad del efluente, reducir la producción de biosólidos en un 50% y reducir las necesidades de superficie de implantación de la EDAR en al menos 25%. Con este fin, se ha diseñado y construido un prototipo a escala demostración (Figura 1).

El prototipo consta de los siguientes elementos (Figura 2): un reactor anaerobio (AnR) con un volumen de 40 m3 (34,4 reacción + 5,6 biogás) conectado a tres tanques de membranas (MT-X) de 0,8 m3 (0,7 + 0,1) de volumen cada uno. Cada tanque incluye un módulo comercial de membranas de ultrafiltración de fibra hueca (PURON® PSH41, 0,03 μm) con una superficie de filtración de 41 m2. La planta también incluye un tamiz de tornillo (RT, chapa perforada de 1,5 mm de diámetro), un tanque de homogeneización (ET, 1,1 m3) y un tanque de almacenamiento de permeado (CIP, 0,37 m3). El prototipo está altamente instrumentalizado y automatizado, lo que permite el control y la optimización del proceso, y además, aporta valiosa información sobre la implementación de la tecnología, proporcionando datos para el estudio de viabilidad económica y el análisis de ciclo de vida.

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