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Charlamos con Luis Larrea sobre procesos biológicos avanzados para la eliminación de nutrientes en EDAR

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21/05/2019

Charlamos con Luis Larrea sobre procesos biológicos avanzados para la eliminación de nutrientes en EDAR
 

Luis Larrea es investigador senior en el Grupo de Aguas y Residuos del CEIT-IK4 de San Sebastián. Obtuvo su licenciatura en Ingeniería Industrial en 1979, Máster en Ingeniería Ambiental en 1981 y su doctorado en 1986, todos ellos en la  Escuela de Ingeniería de la Universidad de Navarra en San Sebastián. 

 
Desde 1987, su principal línea de investigación ha sido el desarrollo de procesos biológicos avanzados para la eliminación de nitrógeno y fósforo de las aguas residuales urbanas e industriales, aplicando primero procesos de lodos activados y luego procesos de biopelículas con soporte fijo o móvil, donde atesora un reconocido prestigio dentro del sector del tratamiento del agua.
 
El objetivo principal de sus investigaciones ha sido optimizar el diseño de los procesos basándose en estudios experimentales en plantas piloto, calibrar modelos matemáticos y aplicar estudios de simulación sistemáticos. 
 
En AGUASRESIDUALES.INFO y desde esta nueva sección que arrancamos hoy, queremos hacerlo con Luis, para conocer su experiencia, reflexiones y conocimiento sobre los procesos biológicos avanzados para la eliminación de nutrientes.

Luis, tengo entendido que uno de los escenarios de mayor aplicación actual de procesos avanzados de eliminación de nutrientes, es la remodelación-ampliación de EDAR en zonas sensibles a eutrofización que disponen de espacio reducido, mediante las tecnologías biopelicula de lecho móvil (MBBR) y de lecho fijo sumergido granular (BAF). Son tecnologías que habéis trabajado en planta piloto con Anoxkaldnes-Veolia y Cadagua respectivamente, según tu opinión, ¿cuáles son las principales ventajas y limitaciones de cada una de ellas?
 
A este respecto, precisamente hemos realizado consultorías para las EDAR de Lagares en Oviedo y recientemente de Praceres en Pontevedra.  En La primera se decidió implantar la tecnología de lecho fijo sumergido granular y en la segunda la de lecho móvil. 
 
Primeramente, quiero resaltar que el éxito de estas tecnologías reside en que la nitrificacion es mucho más eficiente y robusta en biopelicula que en suspensión (fangos activados) debido a que se pueden alcanzar biopeliculas muy densas y concentraciones de nitrificantes muy altas con espesores de solo unas doscientas micras.
 
Así, en procesos de pre-desnitrificacion-nitrificacion, con lecho móvil se alcanzan a 12 grados tasas de 500 gN/m3·d y con lechos granulares de hasta 800 gN/m3·d por la muy alta superficie específica de los soportes granulares.
 
Ello permite reducir el volumen de los reactores aerobios hasta la mitad y un tercio respectivamente, respecto a fangos activados.
 
 
 

¿Y respecto a la pre-desnitrificacion en reactores previos a los aerobios?
 
Pues, por el contrario, son tecnologías menos eficientes y robustas que los fangos activados debido a que la DBO disponible para la biopelicula es relativamente baja y a que además la biopelícula heterótrofa es poco densa.
 
Como consecuencia, las tasas de desnitrificacion son menores que las que se pueden alcanzar con fangos activados y en muchos casos se requiere aplicar un reactor de post-desnitrificación con metanol.
 
Por ello, desde hace unos años está en auge con éxito la tecnología que integra lecho móvil en reactores aerobios para nitrificar y reactores anoxicos previos para desnitrificar con fango activado que proviene de la recirculación desde sedimentador secundario, lo cual se denomina concepto IFAS con MBBR.
 
 
 
 
 
¿Y en cuanto a la eliminación de fósforo?
 
En general la eliminación biológica de fósforo en biopelicula no es viable con la eficiencia necesaria. Por ello, para lechos granulares y lechos móviles puros se requiere aplicar coagulante para precipitar el fósforo.
 
Por el contrario, es perfectamente viable en el proceso MBBR_IFAS ya que se emplean reactores anaerobios en cabeza de igual modo que en fangos activados.
 
 
Entonces Luis, ¿cuáles han sido las razones para la diferente selección en las EDAR de Vigo y Pontevedra?
 
En el caso de Vigo se seleccionó el lecho granular porque se disponía de un espacio muy reducido y esta tecnología, aunque más compleja, es más compacta que el lecho móvil. Así, no requiere decantador final porque el lecho biodegrada y filtra al mismo tiempo lo cual conlleva realizar periodos de lavados con la asociada complejidad.
 
El proceso MBBR-IFAS, más sencillo, se descartó porque conlleva más espacio ya que utiliza decantadores secundarios como en fangos activados.
 
En el caso de Pontevedra, a medio plazo se dispone de más terreno que el actual y encaja perfectamente el sencillo proceso MBBR-IFAS con eliminación biológica de fósforo. A corto plazo se va a realizar una remodelación rápida en el poco espacio de los reactores existentes, aplicando el proceso MBBR puro con aplicación de coagulante y decantación lastrada.
 

En ambos casos, creo que también analizasteis el proceso de biorreactor de membrana (BRM). El CEIT ha investigado esta tecnología para Aqualia en planta piloto en Madrid ¿verdad?, ¿cómo ves su potencial de aplicación?
 
Este proceso fue la tercera opción a analizar en los dos casos de Vigo y Pontevedra; y en los dos casos ha sido rechazada debido a que, aunque tiene una elevada capacidad de eliminar nitrógeno y fósforo, la complejidad y los costes de implantación y y operación son, como se sabe, más altos que en los dos procesos biopelicula.
 
Desde mi punto de vista, el proceso BRM puede ser económicamente competitivo cuando se trata de reutilizar el agua efluente, que no es el caso de Vigo y Pontevedra.
 
Por el contrario, si era el caso de la remodelación de las EDAR de Tarrasa y Gavá, dónde finalmente se optó por aplicar un proceso de BRM a una fracción significativa del volumen de agua a tratar y con caudal constante, lo cual facilita conseguir una operación fiable y robusta.
 
Para el diseño de la configuración y volumen de los reactores biológicos, no me parece razonable aplicar los criterios que se disponen para el proceso de fangos activos, ya que los altos porcentajes de los caudales de recirculación que se requiere aplicar, conllevan muy altas transferencias de oxígeno y en su caso nitrato, lo cual condiciona notablemente el diseño. Por ello, soy partidario del empleo de simulaciones de modelos matemáticos como el ASM2d de la IWA.
 
En cuanto al tratamiento del resto de caudal de agua a tratar, en ambos casos se implantaron procesos biopelicula (en Tarrasa con telas y en Gavá con lecho móvil) aplicando el concepto iFAS. Estas tecnologías se diseñaron para absorber las variaciones de caudal y carga del agua a tratar y así posibilitar que el proceso BRM funcionase con caudal constante.
 
 
Últimamente parece estar en auge la aplicación de la deamonificacion (es decir nitritación parcial y anammox) en la corriente de retorno de agua desde la línea de fangos. De hecho, en España se ha implantado en las EDAR de Palencia, Salamanca, Badajoz, etc. También por lo que se, el CEIT ha trabajado esta tecnología en planta piloto con Acciona Agua, ¿cómo vislumbras su mercado?
 
En efecto, en aquellos casos que se requiere un nitrógeno total efluente bajo de 10 mgN/L o inferior y la relación de DQO/TKN del agua es relativamente baja, hay básicamente dos opciones, una es post-desnitrificar con metanol y otra es eliminar el nitrógeno mediante el proceso de deamonificación en la corriente de agua de retorno, que supone aproximadamente el 25% de la carga de nitrógeno entrante al tratamiento biológico de la línea de aguas principal. La primera opción apenas tiene aplicación en España pero está bastante extendida en muchos países del centro y norte de Europa y en Estados Unidos.
 
Sin embargo, tiene la desventaja de los costes asociados al consumo de metanol. Por otro lado, el proceso de deamonificacion cuenta con más de 80 plantas en el mundo actualmente y está siendo crecientemente implantado. No obstante, requiere de conocimiento y de un control automático eficiente de las reacciones de nitritación parcial y anammox para conseguir un funcionamiento robusto. Lo cual creo que se irá mejorando en los próximos años.
 

Por tanto Luis, su aplicación en la línea principal de aguas conllevaría una importante reducción del consumo de oxígeno y de energía, ¿cómo ves el mercado de esta aplicación?
 
En los últimos años y actualmente se están realizando muchas investigaciones al respecto ya que el aspecto más limitante es conseguir la nitritación parcial sin generación de nitrato, lo cual se ha analizado extensamente en el último congreso mundial de eliminación de nutrientes de la IWA celebrado en Brisbane, Australia, en octubre de 2018.
 
Se están proponiendo diferentes opciones tecnológicas, que aquí lógicamente no se pueden analizar, y en línea con ello CEIT va a colaborar próximamente con Cadagua y ESAMUR en el estudio experimental de una planta piloto con configuración de reactores novedosa.
 
Por tanto, pienso que la aplicación con garantías de esta tecnología en la línea principal de aguas será posible a medio plazo, aunque actualmente haya alguna EDAR real que lo está probando
 

Hay otras tecnologías emergentes como son los reactores granulares y procesos de biopelícula sobre membrana aireada (MABR), ¿qué nos puedes decir de sus ventajas y limitaciones?
 
Primeramente, quiero aclarar que los gránulos se consideran biopeliculas sin soporte y se requiere operar en proceso secuencial SBR.
 
Ambas tecnologías presentan ventajas importantes, como su compacidad y bajo consumo de oxígeno y por tanto de energía y se basan en generar una biopelicula que incluye biomasa nitrificante en las capas más externas y en capas posteriores biomasa heterótrofa desnitrificante que utiliza el nitrato generado y la DBO del agua.
 
 
 
 
Sin embargo, en mi opinión y la de otros investigadores muy reconocidos, la tasa de desnitrificacion que se puede alcanzar al tratar aguas urbanas, es relativamente baja debido a que la concentración de DBO fácilmente biodegradable disponible(SS) es normalmente baja. Es un problema similar al del reactor anoxico del proceso MBBR. Para conseguir tasas razonablemente altas se requiere una SS relativamente alta (por existir aportes industriales por ejemplo).
 
Si no lo hay, se requiere normalmente una post-desnitrificacion con metanol o aplicar el proceso IFAS-MBBR con desnitrificacion en suspensión. Por ello, si se desea una planta como el SBR o el MABR, propongo conforme a mis investigaciones publicadas, aplicar el concepto IFAS.
 
Es decir, que la biopelícula se utilize solamente para nitrificar y la desnitrificacion en suspensión. Ello hace que los procesos SBR o MABR sean más sencillos y que el funcionamiento de la desnitrificacion sea más eficiente, fiable y robusta.
 

Otro escenario importante Luis, en el futuro próximo, será el del tratamiento en pequeñas poblaciones, ¿cómo ves la aplicación de tecnologías de eliminación de nitrógeno y fósforo en estos casos?
 
Quiero resaltar primero que el requerimiento normativo depende de la exigencia de las autoridades del agua regionales tanto a nivel nacional como internacional y actualmente observo que es muy diferente según los casos. Pero la exigencia de desnitrificar y eliminar fósforo es creciente para poblaciones cada vez más pequeñas.
 
En cuanto a la desnitrificacion, la tecnología de fangos activos presenta una elevada capacidad, tiene el problema de la presencia del bullking filamentoso y como consecuencia la dificultad para mantener altas concentraciones de sólidos suspendidos.
 
 
Por ello, la aplicación de la tecnología IFAS MBBR es creciente como por ejemplo en Navarra. Sin embargo, tiene la limitación de que el consumo de oxígeno y energía es alto comparado con las tecnologías biopelicula convencionales de filtros percoladores y biodiscos. Sin embargo, estas tienen poca capacidad para desnitrificar, en concordancia con las limitaciones que he explicado anteriormente. Por ello, considero que para poder aplicar estas tecnologías se requiere desnitrificar en suspensión aplicando el concepto iFAS.
 
En cuanto a la eliminación de fósforo, si es exigida se hace normalmente aplicando coagulante y los costes asociados no son altos por economía de escala. De todos modos, también se puede eliminar fósforo biológicamente con biomasa en suspensión.
 
En esta línea CEIT está liderando actualmente un proyecto Europeo de I+D en el que uno de los objetivos es desarrollar técnicas y estrategias de control para promover y potenciar la eliminación biológica de fósforo en la tecnología de Diques de Oxidación-Carruseles que está muy extendida en muchos países.
 
 
 
 
CEIT ha sido pionero en aplicar simulaciones de modelos matemáticos para optimizar el dimensionamiento de tecnologías de eliminación de nitrógeno y fósforo, ¿cuál es tu recomendación para un empleo eficiente y fiable de los programas de simulación?
 
Primeramente, quiero hacer notar que por emplear un simulador no se obtiene un volumen menor y que el simulador no sabe diseñar por si mismo. Por tanto, se requiere tener muy claros los conceptos de funcionamiento de la tecnología objeto de diseño y los criterios que permiten obtener un dimensionamiento optimo por simulación iterativa. Si no es así, el diseñador puede obtener lo que él desee y esto es muy peligroso.
 
Si se tiene conocimiento, el grado de información que se obtiene es bastante mayor (por ejemplo con reactores en serie) que con las hojas de cálculo clásicas, y el empleo de simulaciones resulta muy beneficioso.
 
 
Luis, después de tantos años de investigación, ¿cuál es tu dedicación en este campo?
 
Actualmente tengo una dedicación parcial (25%) al CEIT y paralelamente tengo dos actividades: Una es la de impartir cursos específicos e intensivos para Autoridades e Ingenierías del Agua, promovidos por vosotros (AGUASRESIDUALES.INFO) como en este preciso momento, el que estamos llevando a cabo con el Instituto Aragonés del Agua.
 
Por otro lado, soy asesor tecnológico de la empresa ACAI Depuración en su nuevo plan de ampliación de la oferta tecnológica novedosa mediante proyectos de I+D.
 
 
Para finalizar Luis, ¿qué te aporta una plataforma como AGUASRESIDUALES.INFO a nivel profesional y qué recomendaciones como buen conocedor del sector nos das para ir mejorando en el día a día?
 
Para nosotros la gran aportación es la presentación continua de nuevas tecnologías que nos permite estar totalmente actualizados, lo que nos ayuda notablemente a generar nuevas ideas para futuros proyectos de I+D tanto a nivel regional, nacional como europeo .
 
Por otro lado, mi recomendación es que vayáis incorporando en el portal los mejores instrumentos que permitan potenciar el conocimiento de las tecnologías por parte de todas las entidades interesadas por diferentes motivos, tales como organismos públicos, ingenierías de aguas, industrias y centros de investigación tecnológica.
 

Muchas gracias Luis, ha sido un placer charlar contigo.
 
 

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Comentarios Publicar comentario
14/06/2019
Pedro María Polo Cañas escribió:
Don Luis: a mi edad,- tengo más que tú-, es un verdadero lujo poder seguir aprendiendo. personas como tú, lo hacen posible. Gracias.
07/06/2019
Luis Larrea escribió:
Muchas gracias por la bondad de los comentarios recibidos y también a todas las personas que se han animado a leer la entrevista, independientemente de la opinión sobre ella. Ello confirma mi observación en los últimos años de una creciente inquietud por el conocimiento tecnológico en el campo del tratamiento de aguas residuales y en particular en la eliminación de nitrógeno y fósforo. Como consecuencia, esto conduce a un País cada vez más comprometido con la mejora en la profesionalidad del trabajo tanto en las Empresas como en los Organismos Públicos, lo cual finalmente redunda en una mejora en el modelo productivo, tan citado.
En concordancia, quedo a vuestra disposición para realizarme las consultas que consideréis oportunas.
Un afectuoso saludo
28/05/2019
Alejandro de la Sota escribió:
Luis
Como doctorando tuyo aprendí mucho, pero eso fue hace mucho tiempo, en el año 1994. O sea que han pasado 25 años y sigues estando igual que entonces.
Cuentanos cual es tu secreto!!
23/05/2019
Jorge Alberto Gómez Sánchez escribió:
Muchas gracias Luis por compartirnos su conocimiento y experiencia.
23/05/2019
María Jesús Fernández escribió:
Enhorabuena por la entrevista. Tal y como manifiesta Luis, gran experto en aguas residuales, los procesos biológicos IFAS tienen importantes ventajas frente a soluciones convencionales. Estos procesos son tecnológicamente avanzados, su eficiencia está más que demostrada y, además, es una solución rentable y eficaz para la ampliación de EDAR que necesitan aumentar su capacidad de tratamiento con aprovechamiento de la infraestructura existente.
En Veolia Water Technologies seguiremos invirtiendo en el desarrollo de este tipo de soluciones avanzadas, como nuestro proceso híbrido HYBAS, que combina las ventajas del lecho móvil con los fangos activos para dar respuesta a los desafíos medioambientales de nuestras ciudades y nuestras industrias.
23/05/2019
Mónica de Gracia escribió:
Muchas gracias Luis y aguasresiduales.com por esta interesante entrevista
23/05/2019
Héctor Rey escribió:
Siempre resulta de gran interés escuchar a Luis Larrea. Sin excepciones.
22/05/2019
Ion Irizar escribió:
Entrevista muy interesante. Mis felicitaciones a Luis Larrea y a Aguasresiduales.info.
22/05/2019
Pilar Gómez escribió:
Muchas gracias Luis por compartir con nosotros tu experiencia!!!
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