Life+ Celsius Proyecto Life+ Celsius de la UE impulsado por Acciona y @EFEverde de la Agencia EFE
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 .
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 . 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. También en este caso ACCIONA Agua ha patentado su propia tecnología de proceso, que implanta bajo la marca BIOAVANT® .
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. 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 objetivo principal del proyecto CELSIUS es desarrollar y demostrar la viabilidad de un sistema para el tratamiento de aguas residuales en zonas de clima cálido, caracterizado por un bajo consumo de energía. El sistema propuesto es el resultado de la combinación de dos procesos de tratamiento innovadores: un Bioreactor Anaeróbico de Membrana (AnMBR) y un tratamiento de nitrificación parcial /anammox. El primero se centra en la eliminación de la materia orgánica y el segundo, en la eliminación del nitrógeno.
El enfoque propuesto implica la experimentación con una planta piloto AnMBR de nitrificación parcial / anammox. Esta planta tendrá condiciones similares a las desarrolladas en una de gran escala y adecuada para el tratamiento de aguas residuales originadas en zonas de clima cálido con baja disponibilidad de recursos energéticos o limitada accesibilidad energética.
Para cumplir este objetivo, se tienen en cuenta los siguientes objetivos específicos:
1.- Reducir el consumo de energía de la eliminación de materia orgánica mediante la optimización de un MBR anaeróbico convencional. En comparación con los procesos de tratamiento convencionales, se espera que este proceso reduzca el 60% del consumo de energía para la eliminación de la materia orgánica.
2.- Reducir el consumo de energía de la eliminación del nitrógeno mediante el desarrollo de esquemas de control avanzados y estrategias operativas apropiadas para el proceso de nitrificación parcial / anammox. En comparación con el tratamiento convencional, se espera una reducción del 60% de la energía consumida para la eliminación del nitrógeno. Dado que el consumo específico de energía del tratamiento convencional es de alrededor de 0,5 kWh / m3 (Rosso et al., 2008), el sistema de tratamiento desarrollado (incluida la extracción de materia orgánica y nitrógeno) supondría un ahorro específico de demanda de energía de 0,3 kWh / m3.
3.- Eliminar la contaminación en términos de materia orgánica y nitrógeno de las aguas residuales. Esto se logrará mediante la optimización no sólo de los procesos individuales sino del sistema en su conjunto.
4.- Evaluar la viabilidad de la aplicación a gran escala del sistema optimizado en zonas de clima cálido como Suramérica, India, África y países europeos de la cuenca mediterránea (España, Portual, Italia y Grecia).
5.- Transferir los conocimientos adquiridos a las partes interesadas por medio de estrategias y plataformas de difusión, así como recomendaciones a los responsables de la formulación de políticas.