Categorias de proyectos: Regeneración de aguas

Los efectos del desarrollo urbano y el cambio climático han conducido a un escenario de aumento general de la escasez hídrica. La situación extrema en la que se encuentra Andalucía ha dado lugar a la puesta en marcha de medidas extraordinarias para buscar soluciones innovadoras que permitan hacer frente a las consecuencias provocadas por la sequía. Una solución eficaz y sostenible es la reutilización de los efluentes de las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) municipales. Para fomentar la reutilización segura de las aguas residuales regeneradas, el nuevo Reglamento europeo sobre requisitos mínimos para la reutilización de aguas establece una clasificación de las distintas calidades de agua regenerada en función del uso y método de riego en cuanto a límites de desinfección. Además, incluye un plan de gestión de riesgos para promover la identificación y evaluación de agentes potencialmente peligrosos, como los contaminantes de preocupación emergente, que aún no han sido regulados. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar nuevas alternativas sostenibles a los tratamientos convencionales, evitando la formación de subproductos derivados de la desinfección (DBP, por sus siglas en inglés) y eliminando microcontaminantes, lo cual no es posible con la cloración. Para abordar este reto, se propone una nueva estrategia basada en la operación del proceso foto-Fenton solar a pH neutro con la adición simultánea de peróxido de hidrógeno (H2O2) e hipoclorito de sodio (NaClO). La combinación del poder bactericida del NaClO con la capacidad del proceso foto-Fenton para eliminar microcontaminantes permite alcanzar ambos objetivos, reduciendo así el tiempo de tratamiento frente a otros procesos solares. Sin embargo, con vistas a su aplicación comercial, es necesario investigar la viabilidad operativa del proceso en flujo continuo, junto con el seguimiento de los subproductos de desinfección. Además, el modelado empírico del proceso es una alternativa factible y robusta para el control y la optimización de la operación de los fotorreactores demostrativos. En este contexto, el proyecto INACUA se enfoca en la aplicación del proceso cloro-foto-Fenton en reactores solares continuos equipados con novedosas herramientas de operación y control para regenerar aguas residuales para su reutilización en riego agrícola según el Reglamento (UE) 2020/741, sin DBP nocivos. Con este fin, se abordarán los siguientes objetivos específicos:

• Estudio fenomenológico del proceso cloro-foto-Fenton solar a escala piloto.
• Evaluación de la viabilidad operacional del proceso a escala demostrativa.
• Modelización empírica del proceso.
• Diseño de una estrategia de control que permita optimizar la operación en flujo continuo.
• Implementación de la estrategia de control a escala demostrativa.
• Evaluación de la viabilidad económica del proceso desde la perspectiva de la sostenibilidad ambiental.

El creciente desarrollo urbano y el cambio climático han generado una creciente preocupación entre la comunidad científica por la búsqueda de soluciones factibles y eficaces para afrontar la escasez de agua a nivel mundial. La reutilización de los efluentes de las estaciones depuradoras de aguas residuales municipales es una de las opciones más eficaces y sostenibles. Para facilitar la reutilización segura de las aguas residuales regeneradas, el nuevo Reglamento europeo sobre requisitos mínimos para la reutilización de aguas, aplicable desde junio de 2023, establece una clasificación de las distintas calidades de agua regenerada en función del uso y método de riego en cuanto a límites de desinfección. Además, incluye un plan de gestión de riesgos para promover la identificación y evaluación de agentes potencialmente peligrosos, como los contaminantes de preocupación emergente, potencialmente peligrosos. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar nuevas alternativas sostenibles a los tratamientos convencionales, ya que se requiere evitar la formación de subproductos de la desinfección peligrosos y eliminar microcontaminantes, lo cual no es posible con el habitual tratamiento de cloración. Para abordar este reto, se propone una nueva estrategia basada en el nuevo proceso cloro-foto-Fenton solar (CFFS). Dicho proceso consiste en la operación del proceso foto-Fenton solar a pH neutro con la adición simultánea de peróxido de hidrógeno (H₂O₂) e hipoclorito de sodio (NaClO). La combinación del poder bactericida del NaClO con la capacidad del proceso foto-Fenton para eliminar microcontaminantes permite alcanzar ambos objetivos reduciendo el tiempo de tratamiento en comparación con otros procesos solares. De cara a la futura implementación del proceso a escala comercial, es fundamental una visión holística que integre la fenomenología química y económico-ambiental. El proyecto CAFIRA parte de la hipótesis de que es posible optimizar el funcionamiento del proceso CFFS utilizando estrategias de control basadas en la modelización cinética de la inactivación de microorganismos y eliminación de microcontaminantes. En este contexto, el objetivo general del proyecto CAFIRA es el desarrollo de un modelo mecanístico del proceso CFFS para controlar y optimizar la operación en continuo de reactores raceway para la regeneración de aguas residuales cumpliendo el Reglamento (UE) 2020/741, desde un enfoque de sostenibilidad económico-ambiental. Para ello, se abordarán los siguientes objetivos específicos:

• Investigar el efecto de combinar el poder oxidante de H₂O₂ y NaClO sobre la cinética de inactivación de microorganismos patógenos y eliminación de microcontaminantes mediante el proceso CFFS con diferentes complejos de hierro.
• Desarrollar un modelo mecanístico del proceso CFFS para predecir la eliminación de microcontaminantes y la inactivación de los microorganismos incluidos en el Reglamento (UE) 2020/741.
• Diseñar y evaluar el rendimiento de un enfoque de control para la operación de flujo continuo del proceso CFFS.
• Valoración económica de los beneficios ambientales del proceso CFFS.

El proyecto ANDROMEDA pretende la eliminación de los contaminantes orgánicos persistentes y móviles (PMOC, por sus siglas en inglés) en agua regenerada, con especial énfasis en perfluoroalquilicos y polifluoroalquilicos (PFAS), con efectos peligrosos para el medio ambiente y la salud humana. La descarga de PFAS en el medio acuático es una amenaza para la calidad de nuestros recursos hídricos. Por ello, la Comisión Europea propone su inclusión en listas actualizadas de contaminantes a controlar de forma más estricta en aguas superficiales y subterráneas. Los tratamientos de regeneración deben además abordar la eliminación de patógenos microbianos, como E. coli, colifagos y bacterias sulforreductoras formadoras de esporas, para garantizar el cumplimiento del Reglamento de la UE 2020/741, sobre los requisitos mínimos de calidad para el agua regenerada destinada al riego de cultivos, que será obligatorio en junio de 2023. Para garantizar la consecución de estos objetivos, el proyecto ANDROMEDA plantea:

1) Desarrollo de metodologías analíticas para sustancias objetivo, sospechoso y no objetivo que permitan identificar PFAS y otros PMOC relevantes en efluentes de EDAR; evaluar la eficiencia de su eliminación por los tratamientos propuestos; identificar los principales productos de transformación; y estimar la ecotoxicidad ambiental y el riesgo para la salud humana de los compuestos identificados.

2) Evaluación de nuevos procesos avanzados de oxidación/reducción para la desinfección simultánea de efluentes de EDAR y su descontaminación, a escala piloto mediante el diseño, construcción y operación de reactores solares/LED. El proyecto incluirá la evaluación comparativa con la ozonización (tratamiento terciario convencional y ampliamente utilizado) y la ozonización catalítica y solar fotocatalítica (como nuevo tratamiento basado en ozono).

3) Propuesta de la estrategia más eficiente para la recuperación y reutilización de efluentes de EDAR mediante los tratamientos novedosos desarrollados y probados a escala piloto en el proyecto.

El nuevo Reglamento Europeo sobre requisitos mínimos para la reutilización del agua (WWR-EU) establece cuatro clases de calidad de aguas regeneradas para el riego agrícola y entrará en vigor en junio de 2023. Las instalaciones de regeneración actuales, en servicio desde hace años, deberán mejorar sus sistemas de tratamiento o incorporar nuevos tratamientos para cumplir con los nuevos requisitos de calidad. Además de los parámetros regulados, la reutilización del agua debe considerar los microcontaminantes orgánicos

antropogénicos, las bacterias resistentes a los antibióticos y los genes de resistencia a los antibióticos, designados colectivamente comoContaminantes de Preocupación Emergente. Sus efectos potenciales pueden ser muy graves: alteración endocrina, mutagenicidad, resistencia a antibióticos, toxicidad. En consecuencia, muchos investigadores han hecho hincapié en la necesidad de desarrollar nuevos tratamientos terciarios, alternativos a los clásicos. Recientemente se han mostrado los tratamientos basados en la energía solar, como estrategias sostenibles y respetuosas con el medio ambiente para la regeneración, desinfección y descontaminación de aguas residuales, fomentando la aplicación de tecnologías solares para la eliminación de microorganismos y microcontaminantes orgánicos. El proceso foto-Fenton solar se considera como un sistema de oxidación atractivo para el tratamiento de aguas residuales, debido a la abundancia de hierro en la naturaleza y la baja toxicidad inherente, así como al hecho de que el H₂O₂ es fácil de manejar y ambientalmente seguro. Su eficacia se basa en la gran cantidad de radicales hidroxilo (HO) generados por el ciclo catalítico de los iones de hierro (Fe²⁺ y Fe³⁺) combinados con peróxido de hidrógeno y radiación UV-vis. Sin embargo, hay varios compuestos comúnmente presentes en los efluentes

secundarios de la EDAR que reducen la eficiencia de la reacción foto Fenton, como el amonio, consumidor de peróxido de hidrógeno, los fosfatos, consumidor de hierro disuelto por precipitación y los carbonatos que actúan como sumideros de HO. En este sentido, los sistemas de tratamiento secundario de aguas residuales basados en microalgas han sido estudiados con gran interés debido a su conocida capacidad para eliminar nutrientes, C, N y P. Durante los últimos años ha habido un creciente interés por esta tecnología,

concretamente en la potencial valorización de la biomasa producida para aplicaciones de menor valor como la energía, el medio ambiente o la agricultura, siguiendo los principios de la economía circular. Con estos antecedentes, el objetivo principal del proyecto INTEGRASOL es el desarrollo y evaluación de un proceso combinado de regeneración de aguas residuales basado en el tratamiento secundario mediante microalgas y el proceso foto-Fenton solar como tratamiento terciario operado en modo de flujo continuo, con el fin de obtener agua reutilizable y biomasa de microalgas. Para ello, el proyecto se centrará en la adaptación de las condiciones de operación del tratamiento secundario para obtener un efluente con las mejores características posibles para ser tratado por foto-Fenton solar en un reactor tipo raceway operado en flujo continuo. El proyecto INTEGRASOL representa la combinación del conocimiento desarrollado en los

últimos 20 años por el equipo de investigación en los campos del tratamiento de aguas residuales con microalgas y la regeneración de agua por foto solar Fenton.

Objetivos:

El objetivo general de la propuesta es la evaluación de la combinación del tratamiento de aguas residuales a base de microalgas con la regeneración de efluentes mediante foto-Fenton solar en reactores raceway pond operados en flujo continuo. Para ello, se abordarán los siguientes objetivos específicos:

• Optimizar las condiciones de operación del tratamiento secundario con microalgas para minimizar la concentración de amonio, fosfato y carbonato en el efluente de salida. Para ello, se llevará a cabo el estudio del efecto del tiempo de residencia hidráulico, el tiempo de retención celular, la concentración de biomasa y la profundidad de líquido sobre la eliminación de los nutrientes C, N y P y contaminantes (bacterias, colifagos, microcontaminantes orgánicos).
• Evaluar la influencia de la concentración de carbonatos, amonio y fosfatos en la reacción de fotofenton solar para establecer sus concentraciones límite para la combinación de ambos procesos, el tratamiento de aguas residuales a base de microalgas y la regeneración de efluentes secundarios mediante foto-Fenton solar.
• Optimizar las condiciones de operación del tratamiento terciario basado en foto-Fenton solar con el fin de maximizar la capacidad de tratamiento minimizando el consumo de reactivos.
• Optimizar la integración del tratamiento secundario basado en microalgas con el tratamiento terciario basado en foto-fenton solar para maximizar la capacidad de tratamiento y la productividad de las microalgas.
• Evaluar la presencia de microcontaminantes en las diferentes etapas del proceso integrado tanto en el agua como en la biomasa microalgal, con el fin de determinar el mecanismo predominante de eliminación.
• Evaluar desde un punto de vista tecnoeconómico y sustentable el proceso integrado y su posible implementación a escala real.

Teniendo en cuenta que el Reglamento (UE) 2020/741 se aplicará a partir de junio de 2023, las instalaciones  de regeneración de aguas, en servicio durante años, deben mejorar sus sistemas de tratamiento o incorporar nuevos tratamientos para cumplir con los nuevos requisitos de calidad. En este sentido, el proceso foto-Fenton destaca como un tratamiento terciario muy eficaz tanto en la eliminación de microcontaminantes como en la inactivación de microorganismos. Respecto a la fuente de radiación UV, existe un creciente interés por el uso de diodos emisores de luz (LED) como alternativa a las lámparas de mercurio. Este sistema tiene ventajas significativas, como bajo consumo de energía, larga vida útil, alta pureza espectral, iluminación uniforme, eficiencia energética y configuración flexible. La eficiencia de inactivación bacteriana de los sistemas LED depende de la longitud de onda y la distribución espectral de la fuente de luz. Hoy en día, el tratamiento UVC se aplica ampliamente, principalmente en dispositivos de desinfección de agua potable y pequeños sistemas domésticos, ya que la irradiación UVC elimina eficazmente hongos, levaduras, virus y bacterias, sin residuos químicos, corrosión o aditivos nocivos. La tecnología UVC-LED está en auge, y hoy en día están disponibles los LED de 254 nm, aunque su coste aún no es competitivo. Teniendo en cuenta cuenta los resultados prometedores obtenidos a escala de laboratorio por el equipo de investigación, pionero en el sistema UVC-LED-278/Fe³⁺–NTA/H₂O, este proyecto aborda por primera vez el diseño, operación y evaluación de un prototipo de fotorreactor para foto-Fenton a pH neutro con Fe³⁺–NTA bajo radiación UVC-LED a 278 nm para el tratamiento terciario de aguas residuales cumpliendo con los requisitos de calidad establecidos en el Reglamento (UE) 2020/741.

Objetivos:

Los objetivos generales de la propuesta son la construcción de un prototipo a escala demostrativa de un reactor continuo de foto-Fenton UVC-LED para la regeneración de efluentes secundarios de EDAR y la protección del conocimiento tecnológico destinado a su explotación comercial. Para ello, se abordarán los siguientes objetivos específicos:

• Análisis de la viabilidad socioeconómica de la regeneración de aguas residuales mediante el proceso foto-Fenton UVC-LED.
• Diseño, construcción y operación de un prototipo de reactor de foto-Fenton UVC-LED a escala demostrativa como tratamiento terciario.
• Establecimiento del procedimiento de protección del conocimiento tecnológico.
• Establecimiento de un plan de negocio para transferir la tecnología a la industria del agua o crear una spin-off.