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La revolución tecnológica en las plantas de tratamiento de aguas residuales 

08/09/2023

La revolución tecnológica en las plantas de tratamiento de aguas residuales 



Autor: IDRICA

Blog: www.idrica.com


En la era actual de la transformación digital, la adopción de nuevas tecnologías ha revolucionado diversas industrias, y el sector de tratamiento de aguas residuales no es una excepción.
 
A medida que la preocupación por el medio ambiente aumenta, las plantas de tratamiento de aguas residuales han evolucionado para abordar de manera más eficiente y sostenible los desafíos asociados con la gestión de aguas residuales.
 
Nos encontramos en un momento crítico, las decisiones y acciones que se aborden hoy sobre un bien tan escaso como es el agua marcarán su disponibilidad en los próximos años.
 
Por ello, la implementación de las nuevas tecnologías como palanca del cambio, cobra especial relevancia; unas tecnologías llamadas a transformar el proceso del tratamiento de aguas residuales y que tienen, en la digitalización, su punta de lanza para mejorar la eficiencia y la calidad del agua tratada.
 


1. Automatización y Control

 
En la era de la ciencia y la tecnología, la automatización y el control han alcanzado un papel primordial en la optimización y seguridad industrial. Detrás de esta revolución se encuentra la convergencia entre la tecnología operacional (OT) y la tecnología de la información (IT), una sinergia perfecta entre la innovación tecnológica y la eficiencia del sector del tratamiento de aguas residuales.
 
A través de sistemas de control y monitorización, la integración de OT e IT ha posibilitado la supervisión y regulación en tiempo real de los procesos, elevando la productividad operativa a otro nivel.
 
El incremento en la variedad y calidad de sensores en el mercado, han provocado la generación de grandes volúmenes de datos sobre la calidad del agua y la eficiencia de los procesos que intervienen en su tratamiento. Estos datos incluyen mediciones detalladas de concentraciones de contaminantes y parámetros físicos, químicos y biológicos. Sin embargo, el verdadero valor de estos datos reside en la capacidad y el know-how para tratarlos y explotarlos.
 
La mayor cantidad de variables monitorizadas y el aumento de la capacidad de procesamiento, ya sea en cloud o mediante edge-computing, ha permitido la creación de soluciones robustas y vanguardistas basadas en algoritmos complejos. 
 


2. Internet de las Cosas (IoT)

 
El Internet de las cosas (IoT) ha desempeñado un papel indispensable en la revolución de la transformación digital de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR). Los dispositivos IoT, como medidores inteligentes, están estratégicamente ubicados en puntos clave del sistema de la planta, lo que les permite recopilar datos relevantes en tiempo real y de manera continua. La información generada por los sensores es transmitida a plataformas centralizadas, donde se procesa y se transforma en datos de alto valor, proporcionando una visión detallada y en tiempo real del estado del sistema.
 
La tecnología IoT posibilita la transmisión inalámbrica de las señales de monitorización, lo que favorece un mayor control y supervisión más allá de las instalaciones de la planta. En primer lugar, en el medio receptor del vertido, controlando su calidad y permitiendo la detección de vertidos ilegales. Sin embargo, uno de los avances que ha aportado más valor ha sido la monitorización en tiempo real de la red de saneamiento de la cuenca vertiente de la EDAR, permitiendo, detectar de manera temprana vertidos ilegales a la red y tomar acciones preventivas para mitigar el impacto que este vertido provocará a su entrada en la EDAR. Adicionalmente, posibilita llevar a cabo investigaciones más eficaces para detectar las fuentes contaminantes en su red.
 
Además de mejorar la calidad del proceso de depuración, la tecnología IoT también ha impulsado una gestión más eficiente de los recursos utilizados en las plantas, como la energía y los reactivos, al optimizar su uso y reducir el desperdicio, lo que conlleva a una reducción de costes los operativos.
 


3. Big Data y Analítica Avanzada

 
La cantidad masiva de información generada por las plantas de tratamiento de aguas residuales se puede aprovechar mediante el uso de técnicas de análisis de datos de big data y analítica avanzada. Al recopilar y analizar datos históricos y en tiempo real, es posible identificar patrones, tendencias y correlaciones que ayudan a optimizar los procesos de tratamiento.  
 
La analítica avanzada también permite predecir y anticipar problemas potenciales, lo que facilita la toma de decisiones proactivas y la implementación de medidas correctivas antes de que se produzcan incidentes graves.
 
Otro ejemplo de la implementación del big data en plantas de tratamiento de aguas residuales, se da en el uso de energía para poner en marcha el sistema de depuración, buscando así el ahorro de costes a través de una máxima optimización y eficiencia energética. Asimismo, el big data se podría implementar para el paso siguiente a la depuración de aguas residuales: la reutilización del agua tratada.
 


4. Tratamiento Avanzado y Tecnologías Innovadoras

 
Entre las tecnologías que se están abriendo paso en el sector de la depuración de agua residual urbana, destacan:
 
  • Oxidación Avanzada: la oxidación avanzada es un proceso en el que se utilizan reactivos químicos o radicales libres para descomponer contaminantes orgánicos persistentes en el agua residual. Esta tecnología es especialmente efectiva para tratar compuestos químicos resistentes a los métodos convencionales de tratamiento.
  • Ultrafiltración y ósmosis inversa: mediante la aplicación de alta presión, el agua es forzada a pasar a través de membranas, dejando atrás los contaminantes, lo que resulta en agua purificada apta para su reutilización en diversas aplicaciones.
  • Oxidación fotocatalítica: se basa en el uso de un catalizador (dióxido de titanio) activado por luz ultravioleta (UV) para descomponer contaminantes orgánicos y microorganismos en aguas residuales. La luz UV activa el catalizador, generando radicales libres que oxidan y degradan los contaminantes.
  • Reactores con ultrasonidos: utilizan ondas ultrasónicas de alta frecuencia para tratar aguas residuales. Estas ondas crean microburbujas que colapsan violentamente, generando altas temperaturas y presiones que desintegran los contaminantes y microorganismos, logrando una eficiente descontaminación del agua.
  • Microorganismos mejorados de forma natural o genéticamente: La técnica se basa en el uso de microorganismos naturalmente mejorados para tratar aguas residuales con TOC/COD refractarios o contaminantes específicos. Consiste en seleccionar microorganismos, generar variantes mejoradas y luego introducirlos en el proceso de tratamiento.
  • Electrocoagulación y electrooxidación: Emplea la aplicación de corriente eléctrica para eliminar contaminantes mediante procesos de coagulación y oxidación.
     


5. Energías Renovables

 
La reducción de la huella de carbono y los costes operativos son dos factores fundamentales para toda empresa y profesional que gestione plantas de tratamiento de aguas residuales.
 
Por tanto, la mejora de la eficiencia energética debe ser uno de los principales objetivos de las EDAR.
 
Dentro de la operativa de una EDAR podemos destacar cuatro estrategias complementarías entre sí para lograr la mejora de la eficiencia energética.
 
  • Monitorización y control de los consumos en tiempo real: permite desarrollar nuevas estrategias reducción de consumo energético, además permite detectar fallos de manera eficaz y tiempo real. 
  • Optimización del sistema de aireación de los reactores biológicos: ajustando la cantidad y distribución de aire en los reactores biológicos para maximizar la eficiencia del proceso de tratamiento. 
  • Optimización de la producción de biogás, volumen generado y estrategia de uso: permite incrementar el volumen producido de biogás en el proceso de digestión anaerobia y aplicar estrategias para gestionar el almacenamiento y uso del mismo.  
  • Instalación de paneles fotovoltaicos: utilizando energía solar para producir electricidad y cubrir parte de las necesidades energéticas de la EDAR.
 

6. Gemelo Digital

 
El gemelo digital (Digital Twin) es una réplica virtual en tiempo real de la planta física. Se crea mediante sensores y sistemas de monitorización que recopilan datos del funcionamiento de la EDAR. Estos datos se envían a un software que procesa y simula el comportamiento de la planta, generando un modelo digital en constante actualización. El gemelo digital permite supervisar y analizar el rendimiento de la EDAR, anticipar posibles problemas y optimizar procesos.
 
Además, sirve como plataforma para probar y simular cambios o mejoras antes de aplicarlos físicamente, reduciendo costes y riesgos operativos.
 
Estas replicas virtuales en las EDAR pueden incorporar modelos matemáticos biocinéticos y algoritmos de autocalibración con machine learning, permitiendo simular el comportamiento de los procesos biológicos y físico-químicos en tiempo real, optimizando el rendimiento y la eficiencia de la planta.
 

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