Descripción del proyecto

La tecnología que se estudiará en este proyecto implica una combinación de biorreactor anaerobio de membrana para la eliminación de la materia orgánica (con generación de biogás) combinada con un sistema de eliminación de nitrógeno compuesto por una primera etapa de nitrificación parcial seguida de un reactor de bacterias de tipo anammox, aplicados todos ellos sobre la línea principal de la depuradora.

En los tratamientos anaeróbicos, la degradación de la materia orgánica hasta convertirse en biogás se lleva a cabo gracias a la actividad de distintas familias de bacterias. La última etapa del proceso, la generación de metano a través del metabolismo de las bacterias metanogénicas, es la más crítica y difícil de estabilizar. El principal factor de inestabilidad en esta etapa es el lento desarrollo de las bacterias protagonistas, ya que las metanogénicas emplean la energía derivada de la degradación de la materia orgánica para la formación de una molécula muy energética, el metano, quedando muy poca disponible para su propio crecimiento. Como consecuencia, las edades del fango necesarias para la degradación de la materia orgánica son muy altas (sludge retention time, SRT). En los sistemas convencionales en los que no existe ningún método de retención de la biomasa, el tiempo de residencia hidráulico (hydraulic retention time,HRT) y la edad del fango coinciden, por lo que se requieren grandes volúmenes de reactor anaerobio para poder trabajar con el SRT adecuado.

Por otro lado, si bien la aplicación de tratamientos anaerobios puede ser asumible en la digestión de fangos residuales, debido a que el caudal de fangos a digerir es pequeño, si se compara con el del agua residual tratada para una misma EDAR, en el caso del tratamiento directamente de agua residual urbana implicaría la necesidad de reactores anaeróbicos tan grandes que los costes de construcción serían inasumibles. La solución a este problema sería desacoplar HRT y SRT. Así el proceso LIFE-CELSIUS propone la utilización de una membrana para retener la biomasa y así poder escoger HRT adecuados a la carga orgánica y SRT adecuados para el desarrollo de la biomasa metanogénica. Además, con la incorporación de las membranas se obtiene un efluente con mayor grado de depuración en términos de DQO (demanda química de oxígeno), SS (sólidos en suspensión) y patógenos. Finalmente, frente a procesos aeróbicos tradicionales ofrecen un menor consumo eléctrico debido a la ausencia de aireación, y de la obtención de un producto valorizable (biogás). Sin contar con la energía derivada de ese metano, se calcula que los costes operacionales podrían ser de solo un tercio de los sistemas anaerobios (4).

En lo referente a la eliminación de compuestos nitrogenados, el proyecto LIFE-CELSIUS propone la utilización de un sistema de nitrificación parcial acoplado a un reactor anammox (PN/A). Se trata de un sistema bien establecido para el tratamiento de retornos de depuradora altamente concentradas en nitrógeno y del cual ACCIONA Agua cuenta con su propio proceso patentado, que implanta bajo la marcaNIPARMOX®. Comparado con la vía convencional de eliminación de nitrógeno mediante nitrificación-denitrificación (N/DN) en reactores aeróbicos, PN/A puede suponer un ahorro del 60% de la energía necesaria para la aireación y no requieren la adición de una fuente de carbono externa, necesaria en algunos casos para la N/DN (5). Sin embargo la diferenciación de este proyecto consiste en integrarlo en la corriente principal, mucho más diluida en nutrientes, pero que supondría todavía un mayor ahorro energético (6). También en este caso ACCIONA Agua ha patentado su propia tecnología de proceso, que implanta bajo la marca BIOAVANT® (Cual? OptiAnMBR?).

Las bacterias amonioxidantes (AOB) son las responsables de la oxidación parcial del amonio a nitrito, oxidan parte del contenido en amonio que posteriormente aprovechan las bacterias anammox para llevar a cabo su metabolismo y finalmente eliminar el nitrógeno en forma de nitrógeno gas. Sin embargo, las bacteria AOB suelen convivir en un equilibrio inestable con las bacterias nitritoxidantes NOB. Estas bacterias compiten por el amonio con las AOB y lo oxidan a nitrato, especie nitrogenada que las bacterias anammox no pueden aprovechar. Por este motivo, un punto clave en el desarrollo del proyecto será optimizar el control de los parámetros de operación para mantener las bacterias AOB en su máxima actividad y evitar el desarrollo de las bacterias NOB.

La aplicación de las bacterias anammox en el tratamiento de aguas residuales supone un paso adelante en el uso de estas bacterias para eliminar el contenido en nitrógeno en efluentes de depuradoras. Este proceso anaerobio se caracteriza por un tipo de biomasa de crecimiento lento y muy sensible a diversos factores, como la presencia de materia orgánica o la descompensación entre el amonio y el nitrato provenientes del paso anterior de nitrificación parcial. Tanto en el caso de estas bacterias como en el de las bacterias AOB, además del perfecto control de los parámetros operacionales, el reto del proyecto consistirá en mantener una adecuada actividad de la biomasa pese a trabajar a temperatura ambiente y no con calefacción externa, ya que la temperatura se considera un parámetro clave para ambos procesos (6). Precisamente se espera que las temperaturas medias relativamente altas de los influentes de depuradora en las regiones de clima cálido hagan esto posible.

Objetivos

El principal objetivo del proyecto LIFE-CELSIUS es desarrollar un tratamiento para la depuración de agua en climas cálidos y demostrar que su funcionamiento tiene asociado un menor consumo de energía que un tratamiento convencional. Se propone la combinación de un sistema de eliminación de materia orgánica basado en un biorreactor anaerobio con membrana y un sistema desacoplado de nitrificación parcial y anammox para eliminar los compuestos nitrogenados.

Los objetivos específicos que persigue este proyecto están relacionados el proceso de depuración y con la posibilidad de ahorro energético que plantea. Las tecnologías a estudiar en el proyecto serán capaces de depurar eficazmente un influente de aguas residuales en términos de materia orgánica y compuestos nitrogenados, mediante la optimización del sistema en su conjunto. Esta tecnología reducirá además el consumo energético asociado al tratamiento del agua residual en un 60%, lo que se traduce en un ahorro de energía específico de unos 0,3kWh/m3. A su vez, este ahorro energético tiene asociado un descenso en las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas al tratamiento de aguas de 0.163kg CO2/m3.

Por otro lado, se persigue que los procesos estudiados puedan escalarse en plantas reales de climas cálidos como América Latina, India, Oriente Medio y países Europeos de la cuenca mediterránea, donde precisamente se registran problemas importantes de eutrofización (3) a la vez que sufren problemas de estrés hídrico.

El conocimiento generado podrá ser transferido a entidades y organizaciones que puedan estar interesadas por medio de acciones formativas, estrategias y plataformas de difusión y recomendaciones a legisladores.

Con objeto de ampliar la repercusión del proyecto y acercarla a la sociedad, LIFE CELSIUS cuenta con la participación de la Agencia EFE a través de su plataforma global de periodismo ambiental EFEVerde. Gracias a esta iniciativa será posible transmitir a la sociedad no sólo los avances del proyecto sino la importancia del ciclo del agua.