Luis, ¿cómo surgió la colaboración entre el grupo de investigación de la Universidad y vuestra empresa?

 

Nació de ciertas necesidades que desde la explotación detectábamos en la operación y optimización de las distintas unidades de proceso de una EDAR. Los explotadores conocemos bien los modelos sistémicos utilizados por software comercial que implementan los modelos ASM desarrollados por la IWA, que permiten calibrar, validar y simular con precisión la operación y rendimientos de depuración de una EDAR.

 

 

 

 

Sin embargo, estos modelos no reproducen con detalle la hidrodinámica de los grandes volúmenes que representan unidades de proceso como los reactores biológicos o los digestores anaerobios. Utilizan modelos hidrodinámicos de tanques continuos en serie perfectamente agitados, que no son capaces de detectar defectos de flujo tales como cortocircuitos, volúmenes muertos, estratificaciones indeseadas, etc. Y es que en las EDAR disponemos de grandes volúmenes que merecen el estudio de este tipo de defectos, sobre todo cuando no operan de forma óptima.

 

Por otra parte, conocíamos del uso de la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) para el estudio detallado de la hidrodinámica en fluidos. Pero nunca lo habíamos visto aplicado y validado para casos específicos en EDAR.

 

Así es como nos unimos expertos en depuración y modelado bioquímico con expertos en modelización hidrodinámica de fluidos multifásicos.  

 

¿En qué consiste este tipo de estudios y qué novedades pueden aportar sobre los actualmente existentes en el sector?

 

Se trata de estudios de modelización y simulación hidrodinámica aplicados a unidades de proceso de una EDAR. Además de las etapas habituales de diseño, modelización y calibración, realizamos una validación en campo del modelo que nos permita confiar en el mismo, con resultados verdaderamente representativos de nuestra realidad. Así, tras la creación del modelo CFD, realizamos una validación con técnicas de trazadores inertes e instrumentación de campo (velocímetro y otras sondas comerciales). A partir de ahí, simulamos las mejoras que pensamos pueden llevarse a cabo en la unidad de proceso en cuestión y, si éstas llegan a ejecutarse, volvemos a validar el modelo con las mejoras ejecutadas.

 

 

 

 

Respecto a los reactores biológicos, hemos ido más allá y, tras la validación del modelo hidrodinámico CFD, hemos conseguido implementar en el mismo el modelo bioquímico ASM, en cada uno de los procesos que tienen lugar en el seno de los fangos activos. De este modo, podemos ver la evolución en el interior del reactor biológico no solo de parámetros típicos de la hidrodinámica como la distribución del tiempo de residencia (DTR) o los perfiles de velocidad, sino también la evolución de los parámetros críticos en términos de depuración (materia orgánica, nitrógeno amoniacal, etc.) según su evolución bioquímica e hidrodinámica. De este modo, podemos obtener un modelo fiable combinado “CFD-ASM”.

 

 

 

 

En cuanto a la decantación secundaria, en el modelo CFD desarrollado para el clarificador, aplicamos ecuaciones características de la sedimentación y del comportamiento del fluido que es el licor mezcla y fango recirculado, tales como los modelos de velocidad de sedimentación impedida y de compresión y el comportamiento reológico del fango, que nos permiten evaluar de forma dinámica, a partir de las curvas de caudal influente y de recirculación externa de fangos, tanto la hidrodinámica propiamente dicha como el gradiente de concentraciones, la altura del manto de fango y las concentraciones máxima y mínima del mismo. Mediante el uso de sondas de campo de medición de velocidad, sólidos suspendidos y altura de manto de fango, validamos el modelo CFD, que nos permite simular mejoras en esta unidad de proceso que van desde cambios en las consignas de caudales de alimentación y extracción, modificaciones estructurales de la campana central de difusión, instalación de elementos deflectores, etc.

 

En concreto, ¿qué tipo de estudios estáis llevando a cabo en estos momentos, conjuntamente con la UJI, relativos a las problemáticas que se originan en el día a día de vuestras estaciones depuradoras de aguas residuales?

 

Estamos realizando todo tipo de estudios que sean aplicables en una EDAR, como por ejemplo:
 

 

Como ejemplos de casos de éxito concretos, hemos conseguido maximizar el tiempo de retención hidráulico real en la zona anóxica de un reactor biológico, aumentándolo en un 40% y, consecuentemente, cumplir con los valores límite de emisión de nitrógeno nítrico de esa EDAR. También hemos obtenido el valor real de “volumen muerto” en un digestor anaerobio, optando por una sustitución de equipos responsables de la agitación y mezcla del fango en lugar de optar por un vaciado del digestor, que hubiera supuesto un mayor consumo de medios humanos y materiales. Y también hemos disminuido el escape de sólidos por el efluente de multitud de clarificadores mediante la optimización de la operación de los mismos y la introducción de elementos de control del flujo en los mismos.

 

Como podemos ver, el uso de herramientas de simulación CFD están muy presentes en vuestros estudios de investigación, ¿qué os aporta el uso de este tipo de herramientas a la hora de poder obtener resultados aplicables a plantas y procesos?

 

Por una parte, nos permite conocer en detalle el comportamiento de cada unidad de proceso y, por otra, nos permite simular mejoras que optimicen su funcionamiento, con la seguridad de su eficacia futura en ejecución debido a la validación experimental que realizamos en los modelos.

 

Nuestra idea siempre ha sido acercar los CFD a la explotación diaria, del mismo modo que estamos habituados a utilizar los modelos ASM. La idea fundamental es desarrollar herramientas avanzadas de control que sean asequibles para los jefes de explotación de las EDAR. Y nuestra máxima es que estos modelos, simulaciones y mejoras asociadas puedan llevarse a cabo en nuestros reactores reales, en unos tiempos de computación asequibles.

 

 

 

 

En este sentido, me gustaría destacar el actual desarrollo que estamos realizando de una herramienta genérica de simulación computacional 3D del proceso de decantación secundaria en EDAR, la plataforma Hydrodeca. Mediante el uso de esta plataforma, cualquier jefe de planta podrá disponer, mediante la introducción de datos básicos de explotación tales como caudales y sólidos suspendidos del licor mezcla, velocidades de sedimentación características, así como caracterización geométrica del clarificador, un modelo CFD dinámico en 3D de su decantador secundario, de forma que pueda estudiar y ensayar cualquier cambio en su operación, diseño geométrico, etc. De esta forma, el operador podrá evaluar los resultados en términos de rendimiento de calidad de efluente y de concentración de fango espesado.

 

¿Cómo valoras, como coordinador de los distintos estudios hidrodinámicos, poder contar con una institución como la UJI y qué os aporta la Universidad en este tipo de estudios?

 

Para empresas explotadoras como FACSA, poder contar con el apoyo y colaboración de un grupo de investigación como el de Fluidos Multifásicos de la UJI supone poder llevar a cabo ideas y proyectos que de otra forma serían inviables de alcanzar.

 

En el desarrollo de estos estudios, el grupo de investigación universitario ha demostrado un carácter de aplicación práctica encomiable, lo que unido a nuestro afán por la investigación y desarrollo de nuevas herramientas viables para la explotación, ha permitido obtener resultados asbolutamente aplicables a la realidad, que redundan por tanto en una mejora de nuestros sistemas de depuración y, por ende, en un beneficio global de nuestra sociedad.

 

Para finalizar Luis, también conocemos la gran aceptación que está teniendo la Cátedra FACSA-UJI, en la cual tú eres uno de los docentes, ¿puedes darnos más detalles sobre esta acción formativa?

 

La “Cátedra FACSA de Innovación en el Ciclo Integral del Agua”, pionera en el estado español en el modelo de colaboración entre empresa privada operadora y Universidad, nos está sirviendo para desarrollar nuevos tipos de colaboraciones con la Universidad, que hasta el momento no se venían desarrollando. Los tres ejes principales que sustentan la Cátedra son: formación, divulgación y promoción de la cultura del agua. Nuestros principales objetivos se pueden resumir en los siguientes: introducir la temática de la Cátedra entre los estudiantes de la Universitat Jaume I, desarrollo de cursos y seminarios para estudiantes, investigadores y profesionales que faciliten la mejora de su formación y el reciclaje de conocimientos, fomentar un foro de encuentro de profesionales que permita el intercambio de ideas y networking, promocionar actividades que permitan acercar las actividades de la Cátedra a la sociedad en general y desarrollar actividades socio-culturales relacionadas con el ciclo integral del agua.

 

En términos de formación en el sector de saneamiento y depuración, se pueden citar como ejemplos ilustrativos los seminarios realizados hasta la fecha, con presencia de expertos en la materia, sobre digestión anaerobia, procesos de oxidación avanzada, técnicas bio-electroquímicas y modelado y simulación de plantas de tratamiento. Otro ejemplo es el curso de 50 horas sobre el funcionamiento y explotación de una EDAR, con 6 ediciones realizadas con éxito, 3 bajo el marco de la Cátedra, con parte de profesorado de empresa y parte de universidad, que combina la base teórico-científica con la parte de experiencia práctica en la explotación, que da una visión global y completa del día a día en una EDAR, y que va a comenzar a impartirse en otras áreas geográficas del territorio español y en modalidad on-line. Siguiendo la misma metodología, se han lanzado para 2017 nuevos cursos de formación, como son el de captación y tratamiento de agua, y el de simulación de procesos en EDAR.

 

Desde FACSA, creemos mucho en el potencial que tiene la UJI para nosotros, ya que actualmente se ha configurado como nuestro principal partner científico en todos los niveles. Además, para 2017, uno de nuestros principales objetivos es estrechar lazos con departamentos con los que hasta el momento no habíamos trabajado, ya que no desarrollan su actividad en aspectos relacionados directamente con el ciclo integral del agua (big data, economía y empresa, etc.)

 

 

 

 

Más información sobre la I+D+i de FACSA en www.facsa.com