Tras más de un año de trabajo, Facsa ha concluido con éxito Rewacer, un proyecto puesto en marcha junto al Instituto Tecnológico de la Cerámica (ITC), el Instituto Tecnológico de la Energía (ITE) y las empresas cerámicas Samca y Estudio Cerámico con el principal objetivo de cubrir la demanda de agua del sector industrial cerámico con el efluente de las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR).
De esta manera, la iniciativa -financiada por la Agència Valenciana de la Innovació (AVI) dentro de la convocatoria de Proyectos Estratégicos en Cooperación 2019- representa una nueva y ambiciosa apuesta de economía circular en la gestión del ciclo integral del agua, ya que persigue reducir el consumo de agua de acuífero gracias al fomento de la reutilización de los recursos hídricos y el aprovechamiento de residuos.
Los resultados obtenidos han sido muy favorecedores para el sector, ya que el proyecto ofrece la posibilidad de abastecer a 47 empresas de la provincia y reducir el consumo de agua subterránea aproximadamente 9.703 m3/día, lo que supone al año más de 3,5 millones de m3. Así, la sustitución de parte del consumo de agua de pozo por aguas regeneradas del sector industrial cerámico supondría preservar el futuro de dicho sector en la provincia, así como la recuperación y preservación de las masas de agua subterráneas. Pero esto no es todo, ya que, además del positivo impacto económico y ambiental para la zona, el nuevo modelo desarrollado dentro del proyecto ha demostrado mejorar la calidad del agua respecto al actual.
Para llevar a cabo el proyecto, el equipo de trabajo ha desarrollado un sistema híbrido de tratamiento piloto basado en la combinación de carbón activo sostenible a partir de restos de poda y membranas, que permite tratar las aguas de salida de una depuradora para obtener la calidad óptima para su utilización en la industria azulejera. Tras esto, y una vez definido el sistema híbrido de regeneración de aguas, se han realizado las validaciones tanto a escala laboratorio como industrial.
Así, a fin de optimizar la calidad del agua y adaptar sus características a las necesidades de la industria cerámica, Facsa ha validado las tecnologías mediante dos plantas piloto instaladas en la EDAR de Alcora y en la EDAR de Castellón de la Plana y ha procedido a la creación de una posible red de abastecimiento desde distintas EDAR.
Por su parte, el ITE ha desarrollado un carbón activo sostenible a partir de restos de poda capaz de retener los compuestos orgánicos responsables del ensuciamiento de la tecnología de membranas y de alargar así la vida útil de este tratamiento.
Por otro lado, el ITC ha aportado su conocimiento sobre técnicas avanzadas de tratamiento de aguas de filtración con membranas y sobre la combinación de metodologías a aplicar para la regeneración de las aguas residuales, el análisis ambiental y el ciclo hidrológico, así como con pruebas a escala real de producción con agua a escala laboratorio y de planta piloto industrial para realizar pasta roja.
Por último, las empresas del sector cerámico Samca y Estudio Cerámico también han realizado las pruebas a escala real de producción con agua regenerada para la elaboración de la pasta blanca y engobes y esmaltes, respectivamente, de forma que se consiguen abarcar todos los procesos de la industria cerámica.
La Asociación Española de Desalación y Reutilización (AEDyR) y la Asociación Nacional de Empresas de Servicios Energéticos (ANESE) se han propuesto lograr la reducción de la huella de carbono e incrementar la eficiencia energética y ambiental del sector de la desalación. Para ello, han presentado al Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico (Miteco) un manifiesto de interés sobre este asunto.
La propuesta firmada por AEDyR y ANESE se enmarca en la Estrategia Española de Economía Circular (EEEC) y en el Plan de Acción de Economía Circular 2030 y tiene como objetivo reducir al mínimo la generación de residuos y aumentar la vida útil de los equipos y maquinarias, de forma que el sector de la desalación pueda contribuir a lograr los objetivos de una economía sostenible, competitiva, descarbonizada y eficiente en el uso de los recursos. En concreto, se pretende reducir el consumo energético, minimizar la huella de carbono y aumentar la eficiencia energética en este sector, a la vez que se consigue controlar igualmente los residuos de procesos.
De un uso adecuado de la desalación de agua de mar y aguas salobres, a las garantías de ahorro energético
Mediante este manifiesto, AEDyR asume el papel de promover un uso adecuado de la desalación de agua de mar y aguas salobres y de la reutilización de aguas residuales regeneradas, contribuyendo así a la gestión sostenible de los recursos hídricos. Por su parte, desde ANESE se favorecerá el despliegue de modelos de negocio mediante la garantía de ahorro energético, viables económicamente, integradores y liderados por las empresas enfocadas en acelerar la acción contra el cambio climático.
Ambas entidades consideran que el incremento en la eficiencia energética de las desaladoras permitiría reducir el precio del agua desalada favoreciendo su uso en sectores como la agricultura (que ya representa el 21% del consumo de agua desalada en España), garantizando así la seguridad alimentaria y el crecimiento de este sector estratégico. Igualmente, el proyecto tiene importantes implicaciones ambientales ya que el incremento de producción y uso de agua desalada reduce el uso de fuentes superficiales de agua, reduciendo la sobreexplotación de acuíferos y garantizando el mantenimiento de caudales ecológicos.
En este contexto, las empresas del sector asociadas a AEDyR (que incluyen administraciones, ingenierías, diseñadores, constructores, operadores, suministradores y centros de investigación relacionados con la desalación) irán de la mano de ANESE y sus empresas como principales conocedores de la tecnología e infraestructura energética y modelos de eficiencia energética.
Actuaciones para lograr menor consumo de energía en la desalación
Las medidas que pueden adoptarse para conseguir un menor consumo de energía en la desalación son las siguientes:
- Uso de modernos recuperadores de energía tanto en agua de mar como salobre con mayor eficiencia.
- Instalación de variadores de frecuencia en bombeos principales.
- Membranas de ósmosis inversa más eficientes y sistemas híbridos.
- Incremento de la eficiencia en operación. Implementación de algoritmos, inteligencia artificial y machine learning para optimizar consumos, predecir consumos de agua y periodos de producción, incrementar el porcentaje de producción, etc. En general incorporar la digitalización en los sistemas para incrementar su eficiencia.
- Inclusión de turbinas de producción de energía en grandes caudales de bombeos o salmueras cuando las diferencias de cota lo permitan.
- Instalación de motores más eficientes
- Incremento en la implementación de energías renovables.
- Explorar y fomentar la producción de energía con tecnologías emergentes (como la forward osmosis o la electrodiálisis reversa) para la producción de energía con la mezcla de corrientes de distintas salinidades (salmuera).
- Fomentar la investigación y desarrollo de nuevas tecnologías de desalación menos demandantes de energía.
Se trata de una práctica que no está puesta en uso en La Palma, ya que son vertidas sin ningún tipo de aprovechamiento.
La Asociación Palmera de Agricultores y Ganaderos (Aspa) apuesta por el uso del agua regenerada como opción para luchar contra la sequía que en los últimos tiempos plantea escasez de recursos hídricos para el riego en el campo de la Isla.
Desde la entidad que aglutina a un gran número de trabajadores del campo de La Palma destacan que el uso en la agricultura de agua regenerada es una opción para regiones como Canarias con escasez de agua, poblaciones urbanas crecientes y aumento de la demanda de agua para riego agrícola y contribuye a compensar la falta de lluvias por los efectos adversos del cambio climático
Además, defienden que este recurso hídrico alternativo puede complementar en La Palma la captación de aguas subterráneas, disminuyendo la presión sobre los acuíferos, incidiendo en que el uso de estas aguas contribuye a recuperar el coste económico derivado del tratamiento obligatorio de las aguas residuales y su vertido al mar.
Se trata de una práctica que no está puesta en uso en La Palma, ya que las aguas regeneradas son vertidas sin ningún tipo de aprovechamiento en el riego urbano o de las explotaciones agrarias.
Para intentar concienciar y poner las primeras piedras en esa labor, desde ASPA están impulsando la celebración de unas jornadas, que se realizarán el próximo 16 de marzo en el Museo Benahoarita, de Los Llanos de Aridane, que se enmarca dentro del proyecto Formación en la racionalización del consumo de agua agrícola en La Palma.
En esas jornadas de trabajo se abordará la reutilización de agua en un contexto de cambio climático y el proyecto de aprovechamiento del agua regenerada de la depuradora comarcal El Paso – Los Llanos, contando con la participación del jefe de sección del Departamento de Aguas del ITC, Gilberto Martel, y de la directora del servicio de sistemas comarcales de saneamiento y depuración dependiente del Consejo Insular de Aguas de La Palma, Raquel Martín.
Martes, 16 de marzo de 2021
10:00 – 12:00 (GMT)
Evento online. Retransmisión a través de Zoom (aforo limitado).
Organizan: Red Canaria de Vigilancia Tecnológica e Inteligencia Competitiva (VTCAN), Dirección General de Industria del Gobierno de Canarias.
Colaboran: Instituto Tecnológico de Canarias (ITC), ECOS, ACCIONA, EURECAT, INDICUM.
Descripción de la Jornada:
Desde la Plataforma de Vigilancia Tecnológica e Inteligencia Competitiva para la Industria Canaria (VTCAN), iniciativa de la Consejería de Turismo, Industria y Comercio del Gobierno de Canarias desarrollada con el apoyo del Instituto Tecnológico de Canarias, se está haciendo un seguimiento continuo de las oportunidades de innovación existentes para la industria canaria, en este caso en el sector Agua.
La desalación de agua de mar ha experimentado un enorme crecimiento en las últimas décadas, estimándose una producción diaria actual de agua desalada en torno a los 97,2 millones m3/d (GWI, 2020). En Canarias rondaría los 600.000 m3/día en capacidad instalada. Toda planta desaladora genera un vertido conocido como salmuera, con una concentración de sales superior al agua de alimentación y proporcional al grado de conversión de la planta. La generación potencial diaria de salmuera en todo el mundo proveniente de desaladoras de agua de mar se estima en torno a los 145 millones m3/d. Sólo en Canarias, podríamos estar hablando de más de 500.000 m3/día con las plantas existentes en plena operación.
Uno de los frentes abiertos con mayor relevancia a día de hoy en el mundo de la desalación es reducir/minimizar el impacto ambiental generado por el vertido de salmuera al mar, y qué mejor forma de conseguirlo que reducir el volumen de salmuera que es vertido, convirtiéndola en una fuente de subproductos de valor añadido. En este reto, alineado con la estrategia de Economía Circular en las políticas de la UE, queremos profundizar en el seminario web de hoy.
Varias iniciativas emergentes de valorización se encuentran en fase de desarrollo. Se persigue la extracción de productos químicos para el uso in-situ en plantas desaladoras o como suministro de agua o alimento para otras industrias. Se requieren soluciones, procesos o tecnologías que además de valorizar la salmuera de las desaladoras, consigan reducir el volumen vertido. Estas iniciativas deben ser tecnológicamente viables, robustas, escalables, que generen valor añadido, capaces de generar beneficios y a su vez respetuosas con el medio ambiente.
Este seminario web pretende ofrecer una perspectiva global de la situación actual con respecto a la valorización a escala industrial de la salmuera de plantas desaladoras de agua de mar, retos existentes, impactos que se evitan o nuevos generados, conocer proyectos finalizados con éxito y actualmente en desarrollo, así como avances tecnológicos prometedores que puedan ser de aplicación en Canarias.
Contenidos de la Jornada:
- Apertura y presentación de la jornada. Baltasar Peñate Suárez (ITC).
- Retos en la explotación industrial de salmueras procedentes de plantas desaladoras:
- Introducción y estado del arte valorización de salmueras (proyecto E5DES) – Ángel Rivero (ITC).
- Expectativas y barreras de la valorización de salmuera en la Macaronesia (proyecto DESAL+) – Jesús García (Grupowater – ECOS).
- Uso de salmueras en la actividad de biotecnología – Eduardo Portillo (ITC).
- LIFE DREAMER: aumentando la sostenibilidad de la desalación de agua de mar – Olga Ferrer (ACCIONA).
- SEA4VALUE: recuperando metales y minerales de las salmueras de desalación – Sandra Casas (EURECAT).
- Adiabatic Sonic Evaporation & Cristallization (ASE&C) Una solución integral al vertido cero de salmuera dentro del Pacto Verde Europeo – Sebastián Vera (INDICUM Life S.L.).
- Preguntas y debate. Cierre de la jornada.
Researchers from the National University of Singapore (www.nus.edu.sg), led by associate professor He Jianzhong, have found a new strain of bacterium called Thauera sp. strain SND5, which is capable of simultaneous nitrification and denitrification and phosphate removal from wastewater. The discovery has the potential to significantly reduce the operational costs and emission of greenhouse gases associated with traditional wastewater treatment methods.
Sewage contains nitrogen in ammonia and phosphorus in phosphates. Too much of either can pollute the environment and they must therefore be removed before the treated water can be released.
Most existing sewage treatment systems use separate reactors to remove nitrogen and phosphorus, which is a bulky and expensive process. Some existing systems use a single reactor, but they are inefficient because different bacteria in the same reactor will compete with one another, lowering the system’s overall efficiency.
NUS team’s use of the new bacterium can save about 62% of electricity due to its lower oxygen demand.
Introducción
La salmuera es un subproducto hipersalino generado durante el proceso de desalinización que, desde siempre, y más en las últimas décadas, preocupa por los posibles impactos ambientales que genera en el momento en que es vertida, en particular al mar. El incremento de agua desalinizada en el mundo, aumenta por tanto la descarga al medio marino de ésta.
La imperiosa necesidad de gestionar nuestros recursos de forma eficiente y sostenible, el interés generalizado por la transformación de las industrias hacia una economía circular y los últimos avances tecnológicos, propician que la salmuera pueda convertirse en un fluido del cual pueda obtenerse materias primas de valor añadido. La valorización de la salmuera, en la década que vamos a entrar, se considera un reto global estratégico.
Desde finales del s. XX, la salmuera ya estaba en el punto de mira de técnicos e investigadores. Especialmente en las Islas Canarias, donde se generan grandes volúmenes en muy poca longitud de costa, la salmuera ha sido usada como aporte en salinas tradicionales para producir sal de mesa o industrial, o como medio de cultivo para microalgas con intereses de mercado en las instalaciones experimentales del Instituto Tecnológico de Canarias.
Estos antecedentes y capacidades propician que las Islas Canarias puedan ser un centro demostrador de las potencialidades de uso de la salmuera. La Plataforma DESAL+ LIVING LAB tiene entre sus líneas de I+D+i, y gracias al apoyo de sus integrantes, el propósito de abanderar casos de éxito en la valorización de salmueras de planta desalinizadoras en Canarias.
Este estado del arte y análisis con prospectiva que aquí se presenta es el resultado parcial de un trabajo realizado en el marco del estudio “Retos y Oportunidades de la valorización de salmuera y su integración en la economía circular de Canarias y espacio de Cooperación” – trabajo elaborado por la empresa ECOS y promovido por la Agencia Canaria de Investigación, Innovación y Sociedad de la Información (ACIISI), miembro del DESAL+ LIVING LAB.
Procesos y tecnología para valorizar la salmuera
Las técnicas de aprovechamiento se pueden clasificar en tres categorías: producción de energía a través gradiente salino, extracción de compuestos y uso del gradiente salino en procesos de concentración.
Valorización energética
La energía del gradiente salino fue expuesta por primera vez por R.E. Pattle en un artículo de la revista Nature en 1954 [1]. Pero no es hasta 20 años después, coincidiendo con la crisis del petróleo de 1973, cuando se retoman las investigaciones para aprovechar esta fuente de energía limpia. Además, no se lleva a cabo la construcción de plantas piloto hasta la primera década del siglo XXI, coincidiendo de nuevo con la inflación del petróleo de 2008. Es ahora, con el cambio climático como escenario principal, cuando se pone la mirada en el desarrollo de esta fuente de fuente de energía, en la que destacan tres tecnologías frente al resto.
Electrodiálisis inversa/reversible – RED
Su funcionamiento se basa en el principio de una batería tradicional, cuando se juntan dos fluidos de diferente concentración, con una membrana permeable a los iones por medio, se produce un flujo iónico del flujo más concentrado al menos concentrado. Este flujo de electrones a través de la membrana de intercambio iónico genera una corriente eléctrica que puede ser aprovechada. Sin embargo, distintas investigaciones [2] [3] han determinado que la cantidad de energía que puede ser extraída por este método empleando agua de mar no alcanza los 3 W/m2, por lo que se precisa de una mayor investigación de las membranas de intercambio iónico para lograr que sea una tecnología competitiva.
Ósmosis por presión retardada – PRO
La Ósmosis por Presión Retardada es una tecnología que emplea energía mecánica (presión) para la generación de la energía eléctrica.
Esta tecnología une los conceptos de la ósmosis natural e inversa. En la ósmosis natural, dos fluidos con diferente salinidad se ponen en contacto a través de una membrana semipermeable, que permite el paso del agua, pero no de las sales. De modo que, el agua menos concentrada fluye hacia la cámara de mayor concentración salina. En el caso de la PRO, a la solución de mayor concentración se le aplica una presión, aunque inferior a la presión osmótica, para que el flujo siga siendo en la dirección natural. El aumento de caudal produce un aumento de presión que puede ser aprovechado, por ejemplo, por medio de una turbina. Estos sistemas son capaces de generar hasta 10 W/m2 [3]. A pesar de ello, aún falta en el mercado membranas específicas que sean capaces de soportar las presiones aplicadas en este proceso.
Mezcla capacitiva – CAPMIX
La Mezcla Capacitiva es una tecnología emergente que genera energía eléctrica de manera directa. En este caso se aprovechan electrodos de carbón activado con características específicas. Cuando el agua salina entra en un depósito con los electrodos, estos son capaces de almacenarla. En un segundo paso, el agua se evacúa y entra agua dulce, en este momento los electrodos ceden la energía almacenada. La corriente alcanzada con este sistema no supera – 1 W/m2 [4]. Se trata de una tecnología que aún requiere de mayor investigación y continuar avanzando en el desarrollo de nuevos electrodos más eficientes.
Valorización de compuestos
La salmuera generada en los procesos de membranas de desalación de agua de mar contiene básicamente los mismos compuestos que el agua de mar captada, aunque la concentración de prácticamente todos sus elementos se eleva a un valor cercano al doble (dependiendo del grado de conversión de la planta desalinizadora). Además contendrá trazas de productos químicos usados en la etapa de pretratamiento. Los componentes mayoritarios presentes son el cloro y sodio, seguidos por sulfatos, magnesio, calcio y potasio, en ese orden [5]. A bajas, o muy bajas, concentraciones se encuentran una multitud de elementos, desde litio hasta uranio, por citar dos ejemplos [6].
Los compuestos extraíbles de la salmuera se obtienen mediante diferentes combinaciones entre sus elementos y la cantidad dependerá de la concentración de estos elementos en la salmuera. Compuestos como el cloruro sódico puede obtenerse mediante evaporación, hidróxido de magnesio o carbonato de calcio mediante reacciones de precipitación [7]. También pueden conseguirse ácidos y bases como el ácido clorhídrico y el hidróxido sódico mediante el proceso electroquímico de electrodiálisis con membranas bipolares (BMED) – proyecto VALORSAL [8]. De similar manera, podría obtenerse también hipoclorito sódico empleando la tecnología de electrólisis en un proceso cloro-álcali [9]. Otros elementos como litio, uranio, cesio y rubidio, por ejemplo, han conseguido ser extraídos a través de diferentes procesos de adsorción e intercambio iónico [10].
Un claro ejemplo de la importancia que presenta esta utilidad de la salmuera es el compromiso de la Comisión Europea financiando grandes proyectos para valorizar las salmueras. Ejemplo de ello es el proyecto Sea4Value [11]. En cuatro años explorará la extracción de diferentes minerales de la salmuera, mediante procesos por desarrollar, como son la nanofiltración con nuevas membranas, la adsorción con módulos impresos en 3D o la cristalización por membrana, entre otros. Instituciones y empresas expertas de siete países europeos participarán en este proyecto englobado en el ámbito de la economía circular.
Otras posibilidades surgen de la interacción de la salmuera con otros compuestos. De especial interés resulta la captura de CO2, que además de reducir las emisiones de este gas de efecto invernadero, puede generar subproductos de valor como el bicarbonato sódico [12]. Una tecnología que trabaja con este concepto es la Spontaneous Membrane Ionic Transfer – SMIT [13].
Valorización del gradiente
Otra forma de aprovechar la salmuera es a través de la tecnología de Forward Osmosis (FO) u Ósmosis Directa, que se fundamenta en el proceso natural ya descrito del fenómeno de la ósmosis. De manera que esta técnica puede concentrar un efluente líquido, disminuyendo así el volumen de residuos a tratar, facilitar su transporte, o incluso, aprovechar estos residuos para una segunda vida. A su vez, la FO puede ser una manera energéticamente eficiente de concentrar un efluente líquido.
En la actualidad ya se emplean otros procesos de membranas, como la ósmosis inversa (RO) y la ultrafiltración (UF), para reducir el volumen de agua en un efluente, sin embargo, estos procesos requieren operar a presiones elevadas, lo que supone un mayor coste energético [15].
Esta tecnología ha sido ampliamente evaluada en los últimos años para su uso en sectores como la industria láctea y ganadera, zumos y bebidas de frutas, industria cervecera, industrias químicas, farmacéuticas, minería, textil e incluso para el secado de algas.
La aplicación de la FO en salmueras procedentes de desalinizadoras está siendo probada a nivel de proyectos piloto y de laboratorio; sin embargo, promete ser una opción para reducir los consumos específicos de procesos de concentración industriales.
Conclusiones
Considerar la salmuera de las plantas desalinizadoras como un recurso y no como un desecho es una oportunidad estratégica. A pesar de lo ya caminado, aún no se han conseguido implantar tecnologías a escala industrial. La falta de viabilidad económica de los distintos procesos, el desarrollo de nuevas membranas selectivas o la optimización de la hibridación de procesos emergentes son parte de los grandes retos por superar en este prometedor campo.
En el caso de la valorización de compuestos, optimizar al máximo la conversión y la calidad de los productos extraídos determinará en gran parte el éxito de cada proceso. Además, consideraciones como la demanda y precio de cada producto final en mercados locales y globales poseen gran influencia en cuanto al desarrollo particular de tecnologías asociadas a la extracción de determinados compuestos.
A pesar de las limitaciones que las tecnologías presentan actualmente, se debe seguir trabajando en la búsqueda de la viabilidad de aprovechar la salmuera como un medio para la optimización de los procesos de desalinización en sí mismos, ya sea con la reducción del consumo energético o la generación de compuestos químicos a ser usados en la propia planta.
Agradecimientos
Este trabajo ha sido cofinanciado por la Agencia Canaria de Investigación, Innovación y Sociedad de la Información – Gobierno de Canarias (ACIISI) a través del Proyecto DESAL+ – Plataforma macaronésica para el incremento de la excelencia en materia de I+D en desalación de agua y del conocimiento del nexo agua desalada-energía (MAC/1.1a/094), cofinanciado por fondos FEDER en el marco del programa INTERREG MAC (2014-2020).
Los autores quieren agradecer el apoyo prestado para este estudio por los socios del proyecto DESAL+, la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria y la Universidad de La Laguna.
La escasez de agua es el desafío más acuciante para el desarrollo socioeconómico y humano, situación que en muchos países se ve agravada a causa del cambio climático, sobre todo en zonas áridas y semiáridas con falta de recursos hídricos. La UNESCO estima que alrededor de 2.200 millones de personas viven sin acceso a agua potable limpia y segura, y las previsiones apuntan que para 2050 un cuarto de la población mundial podría vivir en áreas con escasez de agua durante al menos un mes al año.
Un modo de paliar la escasez hídrica es recurrir a las tecnologías de desalinización, ampliamente utilizadas para obtener agua dulce en muchas partes del mundo. Las innovaciones tecnológicas en las últimas décadas han dado como resultado una reducción significativa en los costes de energía asociados a las tecnologías de desalación. Sin embargo, las tecnologías actuales (basadas tanto en membranas como en procesos térmicos) siguen teniendo un alto coste energético. La energía teórica mínima requerida para separar las sales del agua de mar para producir agua dulce es de 0.706 kWh/m3. En la práctica, la demanda energética para la desalinización de agua es de alrededor de 3.5 kWh/m3 para los procesos de ósmosis inversa (OI) [1], y en el caso de los procesos térmicos, este consumo energético pueden ser aún mayor (del orden de 5.5–40 kWh/m3 para destilación flash multietapa y destilación multiefecto), lo que limita su uso solo en áreas o países con acceso a combustibles baratos.
Tecnologías de desalinización y emisiones de CO2
La capacidad instalada de los sistemas de desalinización de agua en el año 2019 era de alrededor de 100 millones de metros cúbicos al día de agua desalada [2] , y se espera que esta cifra crezca en las próximas décadas. Este dramático incremento en la producción de agua desalinizada creará una serie de problemas, entre ellos, el consumo de energía y la contaminación causada por el uso de combustibles fósiles para obtenerla. La actual preocupación por los problemas medioambientales, las emisiones y el nivel de CO2 en la atmósfera, y los problemas económicos a nivel global derivados de la escasez y de la localización de las reservas de petróleo mundiales, avivan el debate sobre la viabilidad real de la obtención de agua desalinizada mediante estas tecnologías.
Las tecnologías de desalinización de agua de mar encontraron su primera ubicación en Oriente Medio, en zonas áridas y con escasez de recursos hídricos, pero sin restricciones de energía (combustibles fósiles) y, por consiguiente, con altos ingresos obtenidos por la venta de petróleo. Paradójicamente, en un contexto donde la energía es barata, el agua posee un valor incalculable, por lo que no es de extrañar que las tecnologías de desalinización encontraran un buen lugar para implantarse y desarrollarse.
Sin embargo, existen otras áreas del planeta donde las poblaciones no cuentan ni con los recursos económicos, ni con los yacimientos de petróleo que les permitan un desarrollo como los anteriores, y no pueden permitirse la obtención de agua potable mediante estas tecnologías. Por este motivo, la investigación en tecnologías de desalinización se está concentrando en la última década en resolver los puntos clave que permitan extender su uso y lograr la obtención de agua potable en regiones con limitados recursos económicos, como por ejemplo, reducir el coste económico de los sistemas de desalinización.
Si bien es cierto que el agua de consumo humano representa uno de los principales problemas relacionados con la escasez de agua, es importante indicar que el uso del agua en agricultura y la industria representa aproximadamente el 70 % del uso de agua dulce en áreas o países industrializados, pudiendo llegar al 90 %. Por esta razón, la disponibilidad de recursos hídricos está estrechamente relacionada con el crecimiento económico y los procesos productivos.
.jpg)
Biotecnología para desalinización sostenible
En los últimos años se han propuesto nuevos conceptos de desalinización sostenible como, por ejemplo, la integración de sistemas de desalinización con energías renovable (fotovoltaica o térmica); nuevas tecnologías de membranas para su uso en procesos de ósmosis directa (FO); la mejora en los pre y post-tratamientos; la recuperación de energía por gradiente salino; el reciclaje de membranas [referencia], y los sistemas de desionización capacitiva para eliminación de contaminantes inorgánicos, entre otros.
A la búsqueda de un nuevo paradigma para la obtención de agua potable con bajo coste y con nulas emisiones de CO2, la biotecnología ha irrumpido en la última década en el ámbito de la desalinización para proporcionar soluciones al problema de la escasez de agua. Entre las propuestas se encuentra la biodesalinización, que emplea cianobacterias [3] o microrganismos halófilos [4]. No obstante, la biodesalinización sostenible se encuentran en sus etapas iniciales a escala laboratorio, y la producción de agua es escasa todavía para pensar en una aplicación real.
Sin embargo, hay que destacar el interés que ha suscitado en el ámbito científico el concepto de las celdas de desalinización microbiana (en inglés, Microbial Deslination Cells), inicialmente propuesto por Cao et al. en 2009 [5], y que supone la hibridación de celdas microbianas de combustibles con electromembranas. Esta tecnología permite la obtención de agua empleando la energía contenida en efluentes con contenido de materia orgánica (por ejemplo, aguas residuales), y es objeto de investigación y desarrollo en los últimos 10 años.
- Los resultados obtenidos en el marco del proyecto, liderado por ACCIONA, han demostrado un aumento en la conversión global del sistema, una reducción del volumen de los efluentes de lavado, así como la reducción del ensuciamiento biológico en las membranas de ósmosis gracias a los avances introducidos en el pretratamiento.
ACCIONA, junto a sus socios AQUASTILL y WE&B, ha celebrado el pasado de 2 de diciembre el evento final del proyecto europeo LIFE DREAMER, un encuentro celebrado de manera virtual en el que se han presentado los principales resultados del proyecto.
El principal objetivo del proyecto LIFE DREAMER, coordinado por ACCIONA, es el desarrollo y demostración de un concepto de desalinización altamente eficiente en el uso de recursos que permita un aumento en la conversión del proceso de desalinización por ósmosis inversa, un menor consumo de energía y de productos químicos, y la recuperación de recursos presentes en el agua de mar.
En el proyecto participan otras dos entidades de ámbito internacional: AQUASTILL, empresa líder en el campo de la destilación por membranas, y WE&B, empresa de consultoría centrada en los aspectos económicos y sociales de los sectores hídrico y medioambiental.
La solución tecnológica propuesta por el consorcio LIFE DREAMER consiste en la integración de diferentes tecnologías, entre las que se encuentra un pre-tratamiento basado en un sistema de filtración granular con capacidad de adsorción de fósforo; un sistema de filtración-decantación para el tratamiento de los efluentes de limpieza del pre-tratamiento con alta carga en sólidos; un sistema de oxidación avanzada que trata las corrientes de limpieza de la ósmosis inversa que presentan carga orgánica; y un sistema de tratamiento de salmuera, mediante nanofiltración y destilación por membranas.
La planta piloto demostrativa, diseñada y construida en la primera fase del proyecto y situada en las instalaciones de la planta desalinizadora de agua de mar (IDAM) de San Pedro del Pinatar-II (Murcia, España), trata un caudal de agua de mar de hasta 10m3/h con la misma agua de captación que la IDAM, lo que asegura la representatividad de los resultados, y facilita su posterior escalado y transferencia.
Resultados del proyecto LIFE DREAMER
Los principales resultados obtenidos tras más de tres años de desarrollo demuestran la viabilidad del concepto planteado, así como los beneficios ambientales asociados. En particular, se ha comprobado un aumento en la conversión global del sistema de hasta un 35% adicional respecto al sistema convencional, una reducción del volumen de los efluentes de lavado del pre-tratamiento del 99%, así como la reducción del ensuciamiento biológico en las membranas de ósmosis gracias a los avances introducidos en el pretratamiento.
El proyecto alinea así el proceso de desalinización con el concepto de Economía Circular, considerando el agua de mar como una fuente de recursos y contribuyendo al cumplimiento del Objetivo de Desarrollo Sostenible 6 “Garantizar la disponibilidad de agua y su gestión sostenible y el saneamiento para todos”, en línea con el compromiso de ACCIONA por la sostenibilidad y el cuidado del medio ambiente.
El proyecto LIFE DREAMER cuenta con un presupuesto superior a 1,5 millones de euros y está cofinanciado por la Comisión Europea a través del Programa LIFE (LIFE 16 ENV / ES / 000223). Se agradece el apoyo de la Mancomunidad de los Canales del Taibilla (MCT), organismo Autónomo dependiente de la Secretaría de Estado de Medio Ambiente del Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico, propietario de la IDAM de San Pedro del Pinatar-II.
Otras iniciativas en materia de economía circular
Durante el evento celebrado el pasado 2 de diciembre, se presentaron, asimismo, otros proyectos de temática similar al proyecto LIFE DREAMER, relacionados con la economía circular en el ámbito del tratamiento de agua con el fin de consolidar y establecer sinergias entre ellos: el proyecto LIFE NEWEST, el proyecto SALT-MINE y el proyecto Sea4Value.
Más información sobre el proyecto LIFE DREAMER aquí.
SUEZ en España propone un nuevo modelo, basado en los principios de la economía circular en las EDAR.
- En España, un caso de éxito y referente de economía circular a escala internacional es la biofactoría Sur de Granada.
Biofactorías
«Exploramos la viabilidad de esta tecnología en el tratamiento de aguas industriales, incidiendo en el ahorro de costes y emisiones».
Con ese ánimo trabajan en Petronor Innovación, que lleva desde 2017 inmerso en un proyecto para descontaminar las aguas residuales de su refinería utilizando una tecnología de biofiltros denominada Metland. De la mano de la empresa Metfilter, este sistema facilita la depuración de aguas residuales basadas en procesos electroquímicos microbianos. O dicho de otro modo: la electroquímica, la microbiología y la ingeniería se integran para degradar residuos con alta eficiencia. El proceso genera una mejora medioambiental y un ahorro en costes gracias a la supresión de soplantes (compresores) de oxígeno en el proceso de depuración y a la ausencia de un residuo de biomasa bacteriana denominado lodo. Son soluciones basadas en la naturaleza. La reducción del consumo energético, de la huella de carbono y de la generación de olores, así como el ahorro en mantenimiento de equipos y operatividad, han convertido esta tecnología en una contribución real a la sostenibilidad en las empresas de carácter industrial. Esta es la peripecia tecnológica, en el corazón de la planta de Muskiz, que permite al agua tener más vidas que un gato.
La tecnología Metland instalada en la refinería se despliega en dos etapas para la eliminación simultánea de contaminantes del petróleo y compuestos nitrogenados. En la primera parte del proceso, el agua residual sigue su camino a través de un biofiltro anegado y libre de oxígeno donde otros microorganismos siguen biodegradando los contaminantes. Mientras, el nitrato es convertido en nitrógeno, un gas inocuo que acaba en la atmósfera.
En la segunda fase, el agua alimenta la superficie biofiltro electroconductor, escurriendo el agua a través de la biopelícula (comunidad de microorganismos) de bacterias aerobias. Son estas las que eliminan los contaminantes orgánicos y transforman el amonio en nitrato. Un proceso que, habitualmente, se desarrolla mediante soplantes que introducen el oxígeno de forma artificial. Pero en la tecnología Metland la aireación es natural con un oxígeno solidario que proviene del exterior. Un sistema que, además, va de la mano del Pacto Verde europeo ya que no consume energía para este fin.
Gracias a estos dos procesos –anaerobio y aerobio–, se logra purificar el 100% de las aguas residuales, ofreciendo una nueva ‘vida’ para estas. La tecnología Metland permite un ahorro en el consumo de agua y en la energía necesaria para su depuración. ¿Pero cómo funciona la tecnología para tener este efecto?
Microorganismos que se ‘respiran’
Los microorganismos electroactivos –que donan o aceptan electrones– son capaces de biodegradar totalmente los contaminantes y transferir los electrones generados en su metabolismo a materiales conductores de la electricidad. En la tecnología Metland, esos microorganismos electroactivos colonizan el material, sobre el que forman una biopelícula. El proceso de transferir los electrones al material conductor es la clave de la tecnología; un mecanismo análogo al que nosotros utilizamos para inspirar el oxígeno. Así, cuando estas bacterias ‘respiran’ el material conductor con el que está construido el biofiltro, aceleran su actividad. Además, el sistema fomenta la circulación de electrones entre comunidades microbianas, de forma que los microorganismos se ‘respiran’ a su vez unos a otros, algo similar al boca a boca. Todo este proceso lleva a una mayor eficiencia biodegradadora que permite limpiar más contaminantes del agua.
Pasadas las pruebas pertinentes, Metland alcanza ya el nivel 8 de maduración tecnológica (en una escala de 9) para tratar aguas del sector de oil&gas. Es decir, la tecnología ha sido probada para trabajar bajo las condiciones reales. Que han sido diversas porque, tal y como señala Elías Unzueta, gerente de Petronor Innovación, «no hemos encontrado ninguna calidad de agua que no se pueda tratar». Es posible que en un futuro aparezca, pero a día de hoy todas las pruebas piloto han resultado satisfactorias. El buen trabajo realizado durante este tiempo ha tenido su recompensa: la tecnología Metland ha sido elegida como una de las tres mejores de Europa por Ketbio y finalista en el Global Innovation Award del Ministerio de Medio Ambiente y Cambio Climático de Emiratos Árabes (enero 2020).
El siguiente paso, a punto de arrancar, será el de la comercialización de esta tecnología, dirigida al sector industrial y con gran capacidad de adaptación gracias a un sistema ‘plug and play’ que permite trabajar en serie o en paralelo, con mayor o menor número de módulos para el tratamiento de corrientes puntuales o finales. Al mismo tiempo, Petronor seguirá «explorando la viabilidad de esta tecnología en el tratamiento de aguas industriales, incidiendo en la intensificación del proceso y el ahorro de costes y emisiones;es decir, promoviendo la sostenibilidad del tratamiento de aguas.
- El proyecto EFLUCOMP tiene como objetivo desarrollar sistemas innovadores para el tratamiento de efluentes de composición compleja.
- La participación de ACCIONA incluye la investigación y desarrollo de tecnologías para el tratamiento de corrientes con alto contenido en metales, así como el desarrollo de una herramienta de ayuda a la decisión para seleccionar el tren de tratamiento óptimo en función de los requerimientos de calidad de agua.
El proyecto, cofinanciado por los Fondos Europeos de Desarrollo Regional de la Unión Europea en el marco del Programa Operativo FEDER de Cataluña 2014-2020, se divide en cuatro áreas de estudio según la naturaleza compleja de las aguas a tratar.
En concreto, ACCIONA lidera la investigación y desarrollo de tecnologías para el tratamiento de corrientes con alto contenido en metales, tarea en la que participan también la Universitat Rovira i Virgili (URV) y la empresa Aplicacions de la Catàlisi, S.L. (APLICAT).
Para ello, se ha propuesto un sistema combinando procesos de flotación, precipitación y adsorción de metales, desarrollando ACCIONA las tecnologías de flotación y URV/APLICAT las de precipitación y adsorción. Asimismo, se ha diseñado una herramienta de ayuda a la decisión para la selección del tren de tratamiento más adecuado según los requerimientos de calidad del agua producto, lo que permite garantizar la robustez del sistema frente al tratamiento de aguas con alta variabilidad.
La experimentación, desarrollada inicialmente a escala laboratorio, ha culminado recientemente con la demostración del proceso a nivel de planta piloto semi-industrial, tratando aguas procedentes del sector metalúrgico.
Los resultados obtenidos han sido muy satisfactorios, y el sistema de flotación por aire disuelto (DAF) propuesto por ACCIONA ha demostrado ser eficiente en la separación selectiva del metal predominante presente en el agua a tratar. Esta aplicación presenta ventajas competitivas frente al tratamiento convencional, como la disminución de más de un 20% en los costes asociados a reactivos, lo que conlleva una reducción notable del OPEX incurrido. Los subproductos y corrientes generadas, además, tienen potencial de ser reutilizados en el proceso industrial asociado, lo que contribuye a la creación de procesos más sostenibles y comprometidos con los principios de economía circular.
- El objetivo final es maximizar la producción de biogás como energía renovable e incrementar la autosuficiencia energética de las estaciones depuradoras.
- LIFE-ECOdigestion 2.0: un proyecto clave para alcanzar la economía circular en EDAR.
- Global Omnium lidera el proyecto LIFE en el que participa un consorcio formado por la portuguesa Águas do Centro Litoral y la fundación Finnova.
La Comisión Europea ha concedido un proyecto LIFE -ECO 2.0 (LIFE19 ENV/ES/000098) para el desarrollo de una herramienta que promueve la economía circular en el sector de la depuración de las aguas residuales, mediante de la producción de energía eléctrica y calor a partir del biogás generado por la codigestión de residuos y lodos de EDAR.
El proyecto, con un presupuesto de 971.420 euros, de los cuales la Unión Europea financia el 55%, está coordinado por la empresa Global Omnium y participan como socios la portuguesa Águas do Centro Litoral y la fundación Finnova, con sede en Bruselas.
LIFE-ECOdigestion 2.0 pretende incrementar la autosuficiencia energética de EDAR con energía renovable, al tiempo que maximiza la recuperación energética contenida en los residuos, dentro del marco de la implementación de las políticas europeas de economía circular en el ciclo integral del agua.
Los resultados que se van a obtener a lo largo de este proyecto han despertado gran interés en el sector de la depuración de aguas residuales, como demuestra el apoyo de varias empresas del sector público y privado.
“Tras la experiencia con el anterior proyecto LIFE 13 ENV/ES/000377 a escala piloto, los conocimientos adquiridos se adaptarán a las necesidades reales de los digestores, así como se diseñará una nueva arquitectura de programación adaptada a la industria 4.0, además de realizar su migración a la nube, que permite su comercialización e instalación en plantas a escala real como sistema totalmente autónomo”, explican los participantes del proyecto.
LIFE-ECOdigestion 2.0 tiene una duración de 42 meses y será implementado en 2 EDAR, una ubicada en España y otra en Portugal. En ambas EDAR se demostrará a escala real la herramienta resultado del proyecto para la codigestión de residuo agroalimentario.
El pasado junio se aprobó la Estrategia Española de Economía Circular: España Circular 2030, que pretende implementar un nuevo modelo de producción y consumo que promueva la protección del medio ambiente y el bienestar social en el que el sector industrial tendrá un papel decisivo. Este modelo regenerativo garantiza la optimización del uso de los recursos, fomenta la eficiencia de los sistemas productivos, promueve que productos, materiales y recursos permanezcan activos el mayor tiempo posible y disminuye los residuos generados.
CNTA celebró los pasados 17 y 18 de noviembre el ciclo de webinars ‘Innovación hacia la sostenibilidad en la industria agroalimentaria’, una cita para conocer estrategias y soluciones innovadoras enfocadas a reducir una de las grandes lacras de nuestra sociedad actual: el desperdicio alimentario. Y es que, según datos de la FAO (Organización de las Naciones Unidas de la Alimentación y la Agricultura), en la actualidad un 30% de los alimentos producidos a nivel mundial se pierden o desperdician.
El proyecto europeo LIFE Renaturwat que acaba de aprobar la UE y que está previsto poner en marcha en la Comunitat Valenciana buscará mejorar la calidad ambiental de las aguas residuales urbanas mediante tratamientos sostenibles.
Esos tratamientos combinan la creación de humedales artificiales con el uso de fangos deshidratados del proceso de potabilización de agua.
El proyecto «Integración de economía circular y biodiversidad en tratamientos de agua sostenibles mediante humedales artificiales» (LIFE19 RENATURWAT) ha sido aprobado dentro del programa de financiación LIFE de la Comisión Europea y se enmarca en las políticas de la UE sobre economía circular en el ciclo integral del agua.
Los humedales artificiales estarán mejorados con el fango producido en los sedimentadores durante el proceso de potabilización de aguas, que funcionará como «material absorbente» para el tratamiento de aguas residuales urbanas, han explicado los impulsores del proyecto.
De esta manera, se reutiliza «un residuo que iba a ser desechado», se aprovechan sus capacidades en otra etapa del ciclo urbano del agua y se valoriza «un residuo como un producto”, han añadido.
La creación de estos humedales artificiales en estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) de pequeñas poblaciones es una medida que puede «mejorar mucho la calidad de aguas residuales tratadas» y ayudar a dar cumplimiento a «los objetivos de calidad» de este recurso recogidos en la Directiva Marco del Agua.
En este caso, LIFE Renaturwat, con una duración de 42 meses, será implementado en la EDAR Vall dels Alcalans, que da servicio a las poblaciones de Montserrat, Montroy y Real (Valencia).
Para ello, se instalará un humedal artificial de flujo vertical de cien metros cuadrados de superficie con el sustrato activo que operará como un tratamiento de afino de parte del efluente de la EDAR, y cuyo fin es «mejorar la eliminación de nutrientes y compuestos orgánicos.
Otro de los aspectos innovadores es que, además de este humedal, se van a construir dos pequeños humedales de flujo superficial que, a modo de pequeñas lagunas, mejorarán la biodiversidad de las aguas tratadas antes de su vertido final al río Magro.
Asimismo, el impacto económico de la reutilización de estos fangos, la transferibilidad nacional e internacional del proyecto (Portugal, como ejemplo), los intercambios de experiencias similares y la implicación de todos los sectores de la sociedad serán abordados en sus tres años y medio de duración.
El proyecto, que cuenta con un presupuesto 1.893.955 euros, de los cuales la Unión Europea (UE) financia el 55 %, será coordinado por el Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente de la Universidad Politécnica de Valencia (IIAMA-UPV).