Economía circular y energía limpia con la valorización de las aguas residuales
La valorización energética de las aguas residuales permite su gestión como un recurso para la obtención de energía y otros valiosos productos, según los principios de la economía circular.
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Las aguas residuales suponen una amenaza para la salud y el medioambiente, constituyendo una importante fuente de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Pero, también pueden convertirse en un valioso recurso si se lleva a cabo una adecuada gestión de este residuo, siguiendo el modelo de economía circular.
Actualmente, solo el 11% de las aguas residuales tratadas a nivel mundial se reutilizan, y el 50% de las no tratadas contaminan cuerpos de agua. Según el análisis publicado por el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) y GRID-Arendal con la Iniciativa Global de Aguas Residuales (GWWI), estas aguas residuales tienen el potencial de proporcionar energía alternativa a 500 millones de personas y suministrar más de 10 veces el agua que ofrece la actual capacidad mundial de desalinización. Además, pueden compensar más del 10% del uso global de fertilizantes.
Si nos situamos en España, el país cuenta con unas 4.700 Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR) en funcionamiento, que gestionan un caudal aproximado de unos 4.950 hectómetros cúbicos de aguas residuales al año.
Estas aguas residuales llegan a producir alrededor de 1.200.000 toneladas al año de lodos de depuradora, según el Registro Nacional de Lodos, que deben gestionarse siguiendo lo establecido en la Ley de residuos y suelos contaminados. Una de las opciones con gran potencial para ello es llevar a cabo la valorización energética de estos lodos de depuradora.
Proceso de gestión de las aguas residuales
Las aguas residuales que llegan a las EDAR se gestionan siguiendo un tratamiento que se suele dividir en tres etapas:
- Tratamiento primario: Eliminación del 40-60% de los sólidos.
- Tratamiento secundario: Eliminación de aproximadamente el 90% de los contaminantes.
- Tratamiento terciario y eliminación de lodos: Se generan lodos que pueden ser valorizados para generar energía y recuperar nutrientes. Una opción que debe tener en cuenta la composición variable de estos lodos. Algo que puede dificultar su caracterización y tratamiento.
Características y gestión de los lodos de depuradora
La gestión de los lodos de depuradora puede realizarse en la propia EDAR o ser encargada a gestores autorizados.
Esta gestión puede no resultar sencilla al tratarse de un residuo que puede presentar una amplia diversidad de materias suspendidas o disueltas. Algunas de ellas con valor agronómico (materia orgánica, nitrógeno, fósforo, etc.) y otras con potencial contaminante, como los metales pesados y los patógenos.
Estas variaciones en su composición pueden condicionar la caracterización de los lodos y los tratamientos aplicables.
Las orientaciones sobre la gestión de estos lodos de depuradora quedan recogidas en el Plan Nacional Integrado de Residuos (PNIR). El primer aspecto a considerar es la prevención de la contaminación en origen de las aguas residuales. Es decir, tratar de disminuir la carga contaminante de estas aguas antes de su llegada a la depuradora. Un aspecto que dependerá del sistema de saneamiento en su globalidad.
Una vez han llegado las aguas residuales a la EDAR y se generan los lodos, estos deben ser tratados para reducir su contenido en agua, patógenos y asegurar la estabilidad de la materia orgánica.
La concentración de sólidos y lograr reducir el contenido en agua y materia orgánica es un paso difícil, pero necesario para evitar problemas de malos olores y emisiones.
El volumen de lodo producido en un tanque de sedimentación depende de diversas variables, como las características del agua residual, el grado de tratamiento previo, el tiempo de sedimentación, la densidad de los sólidos, el contenido de humedad, el método utilizado para la remoción de lodos y la frecuencia de remoción.
Entre los tratamientos más frecuentes aplicados sobre los lodos de depuradora se encuentran la digestión anaerobia, la estabilización aerobia y el compostaje.
En el caso de la digestión anaerobia, esta implica la valorización energética de este residuo orgánico, generando biogás como fuente de energía y posibilitando la recuperación de nutrientes a partir de los digestatos.
Un proceso que permite la gestión de las aguas residuales y los lodos generados siguiendo el modelo de economía circular.
Biogás, biometano y otros subproductos de la valorización energética de las aguas residuales
La digestión anaerobia de los lodos de depuradora implica la degradación de la materia orgánica que contienen, mediada por la acción de microrganismos y en condiciones de ausencia de oxígeno. Un proceso con el que se obtiene biogás y digestatos.
Este proceso tiene lugar en las plantas de biogás, en el interior de unos digestores o reactores herméticos que permiten controlar las condiciones de temperatura y humedad óptimas para el proceso.
Estas plantas de biogás pueden estar integradas en la propia EDAR, aprovechando el biogás generado como fuente de energía para la propia instalación (autoconsumo) o depurarse (upgrading) para mejorar su calidad, obteniendo así el biometano.
En el caso de depurar el biogás a biometano, este puede ser aprovechado para su inyección en la red gasista como sustituto del gas natural de origen fósil, o utilizarse como biocombustible (GNL y GNC) en vehículos preparados.
Por otra parte, los digestatos generados pueden ser sometidos a deshidratación y secado térmico (compostaje) para su aprovechamiento como fertilizante orgánico granulado. Las altas temperaturas necesarias para este proceso garantizan la higienización y calidad del fertilizante obtenido.
A partir de los digestatos también se pueden llevar a cabo procesos para la recuperación de nutrientes de interés, como por ejemplo el fósforo. Un recurso crítico, cuyo suministro natural está disminuyendo rápidamente.
En este sentido, se están desarrollando nuevas tecnologías como la desintegración por ultrasonidos y la digestión anaerobia en doble fase de temperatura, con tecnologías de membrana que permiten la recuperación de compuestos de elevado valor para la agricultura y la industria.
Estas innovaciones convierten a las plantas de tratamiento de aguas residuales en plantas de recuperación de recursos, uno de los principios básicos de la economía circular.
Beneficios de la valorización de las aguas residuales
La valorización energética de las aguas residuales para la producción de biogás y biometano, así como digestatos, contribuye al bienestar ambiental y de la salud, aportando también otros beneficios adicionales:
- Producción de energía limpia: el biogás y el biometano pueden aprovecharse para generar electricidad, calor o como biocombustibles.
- Reducción de la inseguridad hídrica: al depurarse las aguas se contribuye a reducir la inseguridad hídrica y ayuda en la adaptación al cambio climático.
- Recuperación de nutrientes y otros recursos: a partir de los digestatos se pueden recuperar nutrientes valiosos para el suelo, reduciendo la dependencia de fertilizantes sintéticos, así como otros compuestos útiles para las industrias químicas y farmacéuticas.
Todos estos beneficios derivados de la valorización de las aguas residuales suponen un impacto económico positivo y la sostenibilidad ambiental en la gestión de las aguas residuales.
La innovación continua en tecnologías de tratamiento nos acerca a transformar las plantas de tratamiento de aguas residuales en centros de recuperación de recursos, siguiendo los principios de la economía circular.
