Hablamos de pasado, presente y futuro sobre tratamiento de aguas residuales con Aurora Seco


23/09/2019

Hablamos de pasado, presente y futuro sobre tratamiento de aguas residuales con Aurora Seco


 
Aurora Seco Torrecillas, es doctora en Ciencias Químicas y Catedrática del área de Tecnologías de Medio Ambiente por la Universitat de València. Su carrera investigadora se ha centrado principalmente en los procesos y tecnologías involucrados en los tratamientos de aguas residuales.
 
En los últimos años, se ha especializado en la recuperación de nutrientes y energía, presentes en las aguas residuales mediante la combinación de procesos de membrana, tratamientos anaerobios, cultivos de microalgas y la adecuada gestión de las distintas corrientes. Aurora, junto con el profesor José Ferrer Polo de la Universitat Politècnica de València, es co-fundadora y coordinadora del grupo de investigación CALAGUA
 
Ha participado en más de 12 proyectos de concurrencia competitiva, financiados por diferentes organismos españoles y europeos y en más de 70 contratos y convenios con empresas y administraciones. Además, lidera el Action Group “Anaerobic Membrane Bioreactor for Water Resource Recovery in Circular Economy: WATER CIRCLE” dentro de la EIP on Water, cuyo objetivo es la promoción de esta tecnología de tratamiento de aguas para su implantación a nivel industrial, así como el Innovation Deal for Circular Economy “Sustainable wastewater treatment combininganaerobic membrane technology and water reuse”, cuya finalidad es promover la valorización de las aguas residuales.
 
Durante su carrera ha dirigido 27 Tesis Doctorales y ha participado en la publicación de más de 150 artículos en revistas reconocidas a nivel internacional.
 

 
Aurora, ¿cómo ha evolucionado el tratamiento de las aguas residuales, desde el inicio de tu carrera en el campo del medio ambiente durante tu estancia en Stanford hasta nuestros días?
 
Los cambios que se han producido en las últimas décadas han sido significativos. En un primer momento, el único objetivo era eliminar la materia orgánica con el fin de minimizar los efectos de los vertidos sobre el medio ambiente y la salud. Posteriormente, el contenido en nutrientes y los problemasde eutrofización que generaban en el medio comenzaron a ganar importancia.
 
En este sentido y a nivel europeo, la adopción de la Directiva 91/271/CEE sobre el tratamiento de aguas residuales urbanas supuso un hito al establecer la necesidad de declarar zonas sensibles y de eliminar nitrógeno y fósforo en las depuradoras que vertían en estas zonas. Posteriormente, la aprobación en el año 2000 de la Directiva 2000/60/CE, conocida como Directiva Marco del Agua, cuyo objetivo consistía en alcanzar el buen estado de las aguas europeas en 2015, también implicó un impulso en el campo del tratamiento al realizar un planteamiento integral de la gestión de las aguas, en el que la depuración tenía un papel, pero no el único.
 
En la actualidad, considero que el objetivo inmediato consiste en mejorar la sostenibilidad ambiental de los procesos de depuración. A medio plazo, deberá buscarse la aplicación de los principios de Economía Circular para reutilizar los recursos presentes en el agua y aprovechar en lo posible los flujos de energía y materiales. Esto supone transformar las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR) en Estaciones Recuperadoras de Recursos de las Aguas Residuales (ERR): agua, energía, nutrientes…
 
 
Presentación ECOMONDO. Rimini 2018 (Italia)
 
 
En cuanto al grupo de investigación CALAGUA, del que eres co-fundadora y con un bagaje de más de tres décadas en el estudio integral de los procesos biológicos y físico/químicos que tienen lugar en la EDAR, ¿podrías darnos más detalles en cuanto a áreas de investigación, servicios, soluciones desarrolladas, patentes, formación, etc., ?
 
En CALAGUA hemos dividido nuestra actividad en nueve áreas de investigación: eliminación y recuperación de nutrientes, valorización anaerobia de la materia orgánica, procesos de membranas, tratamientos mediante microalgas, control y optimización de EDAR, contaminantes prioritarios y emergentes, modelación matemática, análisis microbiológico y calidad de aguas.
 
Parte de los resultados del trabajo realizado se han materializado en softwares registrados, en el dispositivo BioCalibra, para calibración automática de los parámetros principales de los modelos de fangos activados o en patentes relacionadas con tecnologías como los reactores anaerobios de membrana o sistemas de control.
 
En lo que a desarrollo de software de simulación y diseño de EDAR se refiere, el grupo CALAGUA cuenta con el programa DESASS que permite representar los principales procesos físicos, químicos y biológicos que tienen lugar en una estación depuradora de aguas residuales desde esquemas tan sencillos como los procesos de eliminación de materia orgánica hasta EDAR completas tanto en estado estacionario como transitorio. Esto es posible gracias a que el programa tiene implementado el modelo matemático Biological Nutrient Removal Model No.2 desarrollado también por el grupo de investigación CALAGUA.
 
 
Interfaz del software DESASS
 

Se trata de un modelo global que incluye todos los procesos físicos, químicos y biológicos de una EDAR, de forma que son las condiciones que se fijan para cada proceso (T, OD, concentración de reactivos, …) las que determinan el funcionamiento en cada caso. Este modelo permite representar procesos tan variados como fangos activados, reactores anaerobios de membrana, precipitación de estruvita... Este software comenzó a comercializarse en 2003 y desde entonces se han vendido 41 licencias programa a distintas universidades y a empresas del sector del tratamiento de aguas, tales como Intercontrol Levante, Aguas Latinas de Mexico, Canal de Isabel II Gestión, Idom, Proyectos y Servicios y la Asociación Española de Abastecimiento y Saneamiento.
 
En cuanto a control de procesos, CALAGUA ha dedicado un gran esfuerzo al desarrollo de sistemas de control avanzados que permitan no sólo optimizar el funcionamiento desde el punto de vista del cumplimiento de los límites de vertido, sino que también supongan una reducción significativa en los costes de operación. Los algoritmos de control desarrollados, así como la experiencia obtenida a través de su implantación en diferentes EDAR, han sido integrados en una aplicación general denominada LoDif BioControl.
 
Esta aplicación permite la implementación de sistemas de control en EDAR de forma sencilla y guiada, otorgando además un elevado grado de flexibilidad que permite la introducción de cambios en la configuración y la incorporación de nuevos controladores. Hasta la fecha dicho software integra controladores relacionados con la optimización del sistema de aireación y la eliminación biológica de nutrientes, minimización del ensuciamiento de membranas en tecnologías de tratamiento basados en biorreactores de membrana y optimización de la gestión de la línea de fangos para maximizar la recuperación de fósforo. LoDif BioControl ha sido implementado con éxito en más de 30 EDAR de España, obteniéndose adecuados resultados de funcionamiento y significativos ahorros energéticos de hasta el 60%.
 
 
Interfaz de la aplicación LoDif BioControl
 
 
Por último, CALAGUA también organiza cursos de formación especializada enfocada a los profesionales del sector del agua.
 
En resumen, en CALAGUA tenemos un largo historial de servicios prestados tanto de optimización de plantas de tratamiento de aguas residuales como también de consultoría o asistencia técnica tales como modelación, mejoras, aplicación de nuevas tecnologías, control, monitorización, diseño y optimización…
 
 
Aurora, ¿cuál dirías que es el impacto actual de las investigaciones que desarrolla vuestro grupo en el sector del tratamiento del agua?
 
El grupo de investigación desarrolla sus trabajos siempre con el objetivo de adelantarse a las necesidades futuras del sector, ampliando el conocimiento disponible sobre las técnicas y procesos actuales y desarrollando tecnologías y servicios transferibles a la industria. Este enfoque nos ha permitido, por ejemplo, alcanzar una gran experiencia en la implantación de sistemas de control en EDAR, proponer mejoras en la gestión y operación de las plantas o realizar diseños de nuevas instalaciones.
 
Otro ejemplo de esto es el estudio de la recuperación de fósforo en las EDAR. En este campo fuimos pioneros con la realización de un proyecto financiado por el Ministerio de Ciencia y Tecnología, concedido en 2002. El estudio se centró no solo en el proceso de cristalización de la estruvita sino también en el desarrollo una metodología de gestión de las distintas corrientes para hacer máximo el % de fósforo recuperado. Los resultados de esta investigación se vienen aplicando a depuradoras industriales como la de Calahorra en el proyecto LIFE PHORWater coordinado por DAM o a la de Murcia Este en el proyecto LIFE ENRICH coordinado por CETAQUA.
 
Una tecnología en cuyo desarrollo hemos participado activamente y que se está empezando a aplicar a escala industrial es la de los reactores anaerobios de membrana para el tratamiento de aguas residuales urbanas a temperatura ambiente. La separación por membranas permite incrementar el tiempo de retención celular (TRC) sin incrementar el volumen del reactor, permitiendo por tanto el desacople entre TRC y tiempo de retención hidráulico (TRH), evitando así la necesidad de calentar el agua y/o trabajar con volúmenes de reacción muy elevados para incrementar el tiempo de retención celular (TRC). En consecuencia, los reactores biológicos de membranas anaerobios (AnMBR, del inglés Anaerobic Membrane Bioreactor) son una tecnología en expansión y con un futuro muy prometedor. La viabilidad de esta tecnología ha quedado demostrada mediante el proyecto LIFE MEMORY, coordinado por Aqualia donde el estudio demostración se realizó en la EDAR de Alcázar de San Juan.
 
 
Planta AnMBR. Proyecto LIFE MEMORY
 
 
Por último y como ya te he comentado, también realizamos cursos de formación para profesionales, con el objetivo de que el personal involucrado en el día a día de la depuración cuente con los conocimientos más actualizados.
 
 
Continuando con la pregunta anterior, ¿qué tipo de acciones lleváis a cabo desde CALAGUA para fomentar la transferencia de la tecnología y soluciones que desarrolláis a las empresas?
 
La principal acción que realiza el grupo es estar en un contacto permanente con las empresas del sector, conociendo sus circunstancias y problemáticas concretas, pero también transmitiéndoles los retos y desafíos a los que, en nuestra opinión, se van a enfrentar en un futuro más o menos próximo, no sólo desde un punto de vista tecnológico, sino también económico, social y ambiental.
 
Fruto de este contacto han surgido proyectos de transferencia de tecnología, entre los que puedo citar la colaboración en el proyecto “InvestigacionIntegrada Sobre Islas Sostenibles” financiado por el CDTI y coordinado por FCC Aqualia; el proyecto “Sistema circular para la recuperación y valoración agronómica del fósforo“ del programa Retos –Colaboración coordinado por Depuración de Aguas del Mediterráneo-DAM o el proyecto “Caracterización de aguas y lodos residuales urbanos e industriales y evaluación de la tecnología adecuada para la recuperación de microplásticos presentes en los mismos” financiado por la Agencia Valenciana de la Innovación y coordinado por AIMPLAS.
 
 
Una de tus especialidades es la eliminación y recuperación de nutrientes de las aguas residuales y además lideras un Action Group de la EIP, ¿cómo vislumbras la economía circular dentro de un sector como el del tratamiento del agua?
 
Tal y como ya he comentado, para asegurar la sostenibilidad del sector del agua es necesaria la aplicación de los principios de la economía circular lo cual presenta muchos beneficios, aunque también plantea retos no sólo tecnológicos, sino también legislativos. Por ejemplo: ya es posible la generación de estruvita para recuperar fósforo en las EDAR, sin embargo, no es posible la comercialización de esta estruvita en España debido a una barrera legal y este fertilizante que se está generando en nuestro país se está exportando a otros, como Reino Unido.
 
 
Conferencia EIP Water. Oporto 2017 (Portugal)
 
 
Así mismo, estamos trabajando también en la recuperación del nitrógeno presente en la corriente sobrenadante de la digestión anaerobia mediante el uso de membranas permeables a gases. El amoniaco atraviesa estas membranas desde la corriente objeto de recuperación hasta la disolución de ácido sulfúrico que se dispone al otro lado de la membrana. El amoniaco que atraviesa la membrana se transforma inmediatamente en amonio debido al bajo pH de la disolución ácida. De esta forma se obtiene una disolución concentrada de sulfato amónico. Esta disolución puede utilizarse como materia prima para la fabricación de fertilizantes. Estamos obteniendo eficiencias de recuperación superiores al 95% siempre que se mantenga el pH en la corriente rica en nitrógeno en valores de 9 o superiores.
 
En cualquier caso, ya no es posible considerar al agua residual como un residuo. Debemos considerarla como una fuente de recursos, particularmente energía, nutrientes y agua, que debemos aprovechar.
 

Una de las soluciones que te gusta plantear en cuanto a la eliminación y recuperación de nutrientes es la fertirrigación en la agricultura, ¿puedes darnos más detalles de esta técnica y en qué punto se encuentra actualmente en España y en Europa?
 
La reutilización del agua depurada y sus nutrientes para riego agrícola o fertirrigación permite usar el agua depurada y los nutrientes que contiene. Esto es especialmente importante para España al poder contar con esta nueva fuente de recursos. De esta manera, al aprovechar el efluente de las depuradoras podríamos reducir la explotación de las fuentes de agua tradicionales y contribuiríamos a su conservación.
 
Hay que tener en cuenta que el riego supone en torno al 80% del consumo de agua en España, por lo que existe un gran potencial para el ahorro si cubrimos parte de esta demanda con agua regenerada. En cuanto al aprovechamiento de los nutrientes, en primer lugar hay que tener en cuenta que la fijación del nitrógeno atmosférico para obtener fertilizantes nitrogenados tiene un alto impacto ambiental debido a que es muy costoso desde el punto de vista energético.
 
En segundo lugar y en lo que al fósforo se refiere, la roca fosfática es un recurso no renovable que se obtiene de la minería con un impacto ambiental también muy elevado. A esto hay que sumarle que estos depósitos de fósforo están concentradas en muy pocos países, algunos de los cuales inestables políticamente y que en Europa no tenemos fuentes significativas. Todo ello ha hecho que tanto el fósforo como la roca fosfática estén dentro de la lista de materias primas críticas de la UE.
 
Estos aspectos hacen que consideremos que la fertirrigación es una buena opción, siendo conscientes de que plantea retos importantes que aún deben ser resueltos. Entre ellos se puede citar la necesidad de adaptarse a unos requerimientos de calidad y de caudal variable debido a las diferentes necesidades de los cultivos durante su crecimiento.
 
Sin embargo, la legislación actúa como barrera al establecer la obligación legal de eliminar nutrientes en aquellas EDAR que viertan en zonas declaradas sensibles, lo que nos lleva a aplicar tratamientos de eliminación de nutrientes en las EDAR, con el consiguiente consumo de energía y reactivos, para posteriormente añadirlos en el campo, disminuyendo el potencial de recuperación de los mismos. Así mismo, la actual legislación española establece unas responsabilidades que, en la práctica, introducen incertidumbre sobre los potenciales usuarios y frenan la reutilización del agua.
 
 
Como comentábamos, la economía circular ya es una realidad que cada día más empresas y organismos del agua intentan implantar en sus procesos productivos, ¿qué tipo de barreras legislativas tenemos todavía que superar para que esta economía se pueda implantar de forma definitiva?
 
En general, la legislación a la que debe acogerse el tratamiento de aguas tiene como objetivos preservar la salud y el medio ambiente. En el momento de desarrollar estas normas, la economía circular no era un elemento a considerar. Es por ello que la reutilización de materiales presentes en lo que se considera un residuo no está convenientemente recogido en esta regulación.
 
En mi opinión, el reto consiste en realizar una interpretación más flexible de algunas normativas con el objetivo de que pueda dar lugar a la innovación en el campo del tratamiento de aguas, permitiendo así la introducción de estos principios de economía circular y, a su vez, garantizando la salud humana y animal y la protección del medio. También puede darse el caso de que deba modificarse la legislación para hacerlo posible porque no admite reinterpretaciones.
 
Precisamente, el estudio de estas barreras legislativas y la propuesta de soluciones a las mismas ha sido el objetivo principal del Innovation Deal for Circular Economy “Sustainable wastewater treatment combining anaerobicmembrane technology and water reuse”. En este proyecto hemos involucrado autoridades europeas, nacionales y locales, pequeñas empresas del sector, centros de investigación, universidades y usuarios finales de cinco países: España, Francia, Portugal, Italia y Malta.
 
 
Visita de camplo de los socios del proyecto ID en Valencia
 
 
Para finalizar Aurora, según tu experiencia ¿cómo ves la evolución del tratamiento de las aguas residuales tanto urbanas como industriales en  cuanto a tecnologías, los próximos 10 o 15 años?
 
En los últimos años se ha venido trabajando muy intensamente en mejorar la sostenibilidad energética de los tratamientos convencionales. Creemos que es el momento de avanzar en la sostenibilidad ambiental, en un concepto más amplio, y también en los aspectos sociales relacionados con la depuración.
 
En el aspecto ambiental, tal y como ya he comentado, deben considerarse los múltiples impactos que la depuración tiene: emisiones de gases de efecto invernadero, consumo de reactivos, generación de residuos… La aplicación de un enfoque basado en análisis de ciclo de vida debería ayudar a la hora de establecer las mejores opciones para tratar el agua minimizando el efecto sobre el medio ambiente.
 
En cuanto a los aspectos sociales, entendemos que la sensibilización y educación de la población puede tener un gran impacto a la hora de mejorar la sostenibilidad de los procesos de depuración. Los antibióticos, la cosmética y productos de aseo o las famosas toallitas presentes en el agua residual suponen un tipo de contaminantes que es posible eliminar del agua en su mayoría con tecnologías o procesos disponibles, pero con un coste e impacto ambiental elevadísimo. En estos casos, la reducción en origen mediante una disminución en su uso o su sustitución por alternativas con menor impacto es una estrategia que podría minimizar los problemas que nos estamos encontrando.
 
Finalmente, desde el punto tecnológico, creo que los procesos de membranas y anaerobios aumentarán su importancia en detrimento de los procesos aerobios convencionales.
 
 
Muchas gracias Aurora, ha sido un placer charlar contigo.
 
 

 

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