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El agua residual doméstica como fuente de recursos

24/04/2015

El agua residual doméstica como fuente de recursos

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Autor: REMTAVARES

Blog: www.madrimasd.org/blogs/remtavares

Pedro Letón. Universidad de Alcalá
 

Antecedentes

 
No es nueva la cuestión de la relación directa que tiene entre sí el binomio agua-energía. Mucho se ha escrito y hecho en este sentido, pero se podría ir incluso un poco más allá y plantear que el agua residual puede suponer no solo una fuente neta de energía, sino también fuente de otros recursos básicos para el ser humano. Estaríamos de lleno en los conceptos de Ecología Industrial, o Economía Circular, que supone el destierro del término “residuo”.
 
Agua, alimentos y energía son los recursos imprescindibles del ser humano desde la antigüedad. Si nos detenemos a pensar en el agua residual doméstica: ¿no es un recurso que, de una forma u otra, contiene todas estas necesidades? [1]
 
Obviamente contiene agua, reutilizable y en algunos lugares, incluso, para consumo humano. Contiene además compuestos con nitrógeno y fósforo, básicos en la fabricación de fertilizantes para cultivos de alimentos y, por supuesto, contiene energía.
 
Obviando que el agua contiene agua como recurso, y que entraría de lleno en el campo de la reutilización, podemos considerar, por una parte, el contenido energético y, por otra, el contenido de fertilizantes.
 
En la siguiente tabla podemos cuantificar la energía contenida en un agua residual doméstica [1]:
 
 
 
 
Por lo que respecta a la energía por oxidación de la materia orgánica, considerando el dato teórico de oxidación de DQO a CO2 y H2O de 3.86 kWh/kg DQO oxidado, se podrían obtener casi 2 kWh/m3 para aguas con 500 mgDQO/L. Algunos autores han medido experimentalmente la energía química interna de un agua residual doméstica, por adaptación de métodos convencionales y aplicados generalmente a combustible o residuos, obteniendo valores en torno a 2.1 kWh/m3 para aguas con 576 mgDQO/L [2].
 

Energía en los fangos

 
Realmente, en los sistemas de tratamiento convencionales (sistemas aerobios de fangos activados) buena parte de esta energía se mantiene en los fangos producidos. ¿Qué se puede hacer con los fangos en la depuradora? Los tenemos concentrados en un 98% de agua, son difíciles de gestionar, tratar o secar y darle uso final. Es un campo muy importante, y una posibilidad es tratarlos de forma anaerobia con objetivo energético (producción de metano), no como hasta ahora que se tratan en digestores anaerobios, pero para reducir su volumen. Son numerosos los trabajos desarrollados en este sentido y con buenos resultados.
 
Por otro lado, en los sistemas anaerobios la mayor parte de la energía se obtiene en los productos, es decir, en el metano producido. Es un gas, fácil de separar del agua, fácil de manipular y transportar y utilizar como combustible. Si consideramos el agua residual doméstica como recurso energético, ¿No sería más eficaz un tratamiento anaerobio directo del agua residual? No vamos a responder aquí, pero ahí queda la pregunta.
 
 

Tecnologías Electroquímicas Microbianas

 
En este sentido, las Tecnologías Electroquímicas Microbianas podrían jugar en el futuro un papel importante. La presencia de material conductor de la electricidad (electrodos) en estos dispositivos, actuarían como aceptor de electrones para captar los electrones generados en la oxidación microbiana de la materia orgánica. De esta manera se obtendría energía eléctrica de manera directa. Es un campo lleno de retos, en plena expansión, y sus continuos avances y mejoras en los sistemas le auguran un futuro prometedor.
 
Según la tabla, el mayor potencial energético del agua residual doméstica se corresponde con la energía térmica del agua residual. Este calor podría obtenerse a partir de bombas de calor, y utilizarse en calefacción de edificios. Tiene una aplicación limitada, dada la pequeña diferencia de temperatura de la que se trata (6 °C para el cálculo en la tabla), aunque ya se hace en ciertos lugares en Suecia.
 
 

Recuperación de nutrientes

 
Considerando el contenido de compuestos con Nitrógeno y Fósforo, si se recuperaran y utilizaran estos componentes, supondría un ahorro energético consecuencia de no ser necesario fabricar fertilizantes por los métodos convencionales, tal y como aparece en la tabla. Tenemos, por tanto, que desterrar el clásico “eliminación de nutrientes” por el de “recuperación de nutrientes”. Para conseguir esta recuperación, son varias las tecnologías posibles.
 
Ya hay experiencias en la que la recuperación de nutrientes se realiza en las aguas procedentes de la deshidratación de los fangos biológicos, que se presenta como el agua más adecuada para la cristalización, puesto que las concentraciones de fósforo oscilan entre 60-100mg/L, las de amonio entre 300-700 mg/L y además hay calcio y magnesio en condiciones alcalinas.
 
A veces, para una mayor eficacia en la cristalización, se requiere la adición de magnesio. Los fertilizantes así cristalizados podrían aplicarse directamente sobre los cultivos. En general, los productos de recuperación de nitrógeno son sulfato de amonio y amoniaco, mientras que el fósforo se recupera en forma de fosfato de calcio. Sin embargo, el producto de recuperación más destacable es la estruvita, que contiene, de forma conjunta, nitrógeno y principalmente fósforo. Se trata de un fertilizante mineral de liberación lenta que también contiene magnesio. Se ha comprobado que la estruvita mejora el desarrollo de los cultivos y minimiza la contaminación de los acuíferos por las actividades agrícolas.
 
Además, existen sistemas de separación de efluentes con alto contenido en orina, puesto que este producto de excreción humana contiene la mayor parte de los nutrientes que se pueden encontrar en las aguas residuales domésticas. Se pueden utilizar incluso directamente sobre los cultivos.
 
Por otro lado, aunque a día de hoy aplicado a tratamiento de potabilización de aguas subterráneas con alto contenido en nitratos, se puede utilizar resinas de intercambio iónico, siendo necesario un regenerante que permita la posterior utilización de los nitratos como fertilizante. Un proceso de estas características ha sido desarrollado por la empresa BIOMA.
 
De la misma forma, la empresa ABM, ha desarrollado materiales absorbentes selectivos de fósforo. El fósforo retenido se puede recuperar mediante una solución regenerante. El producto obtenido es una solución de sosa cáustica muy rica en fósforo, el cual se puede recuperar con un proceso posterior de separación.
 
 

Conclusiones

 
Como conclusión podemos afirmar que, si bien el tratamiento de las aguas residuales domésticas supone una actividad intensiva en consumo de energía, tiene un excelente potencial para ser una actividad de producción neta de energía y de otros recursos.  Solo hace falta romper la inercia que supone 101 años de uso intensivo del proceso aerobio de fangos activados, del uso del término de “eliminación de nutrientes”, donde el esfuerzo en la innovación jugará un papel fundamental.
 
 
Referencias
 
[1] McCarty, P. L., Bae J. & Kim, J. 2011. Domestic wastewater treatment as a net Energy producer: Can this be achieved? Environ. Sci. Technol. 45, 7100–7106.
[2] Heidrich, E.S., Curtis, T.P. & Dolfing, J. 2011. Determination of the internal chemical energy of wastewater. Environ. Sci. Technol. 45, 827–832.
 
 
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