EDARI para el tratamiento de aguas de la industria del curtido de pieles

Vista general de la EDARI

Fruto de una puesta en marcha que he realizado con SIGMA, vamos a ver las distintas etapas de tratamiento por las que pasa un agua residual derivada del proceso de curtido de pieles.

Esta depuradora de aguas industriales es de tipo fisicoquímico, con un tratatamiento previo de acondicionamiento del agua para obtener un rendimiento óptimo de vertido a la red de alcantarillado.

Los caudales a tratar son de 100 m3/día con unas concentraciones de 1000 mg/L de SST, 3000 mg/L DQO y un pH rondado las 2-3 upH como parámetros principales.

1. PRETRATAMIENTO

1.1. Tamizado

El agua cruda llega impulsada desde un pozo de acumulación a un tamiz rotativo, el cual filtra los sólidos de tamaño superior a 1 mm.

Tamiz rotativo

1.2. Homogeneización

Posteriormente al filtrado, el agua cae por gravedad a un tanque de homogeneización donde se lamina el caudal y la carga para el siguiente paso. En esta etapa también se producen una preoxidación y una mezcla del agua residual mediante 2 biojets.

Interior del tanque de homogeneización aún vacío, donde se puede ver uno de los biojets instalados

2. TRATAMIENTO FISICOQUÍMICO

2.1. Proceso de Coagulación-Floculación

Una vez el agua preoxidada sale del tanque de homogeneización, ésta pasa por un proceso de adición de productos químicos donde se le añade un coagulante para neutralizar las cargas de las partículas y romper la emulsión, luego se le controla el pH con sosa cáustica y finalmente se le dosifica un floculante para agregar las partículas coaguladas y así poder generar un flóculo consistente. Si conseguimos esto último ya tendremos acondicionada el agua para que pase a la última etapa de depuración: la clarificación mediante un equipo de flotación DAF.

2.2. Clarificación mediante equipo de flotación SIGMADAF

El agua floculada del proceso anterior entra en un equipo de flotación SIGMADAF donde los flóculos quedan separados del clarificado mediante microburbujas y se vierte éste último a la red de alcantarillado cumpliendo con los límites-objetivo diseñados.

Equipo de flotación SIGMADAF. Formación de microburbuja en fase de pruebas
Proceso completo Fisicoquímico con flotación mediante un DAF
Agua clarificada fruto del proceso de flotación de un DAF

3. TRATAMIENTO DE LODOS

Una vez tenemos probada la línea de agua nos quedará revisar el funcionamiento de la línea de lodos. Éstos se van formando a medida que el DAF los separa del agua clarificada, acumulándose en un tanque específico a la espera de su posterior tratamiento. Este tratamiento incluye la utilización de un filtro prensa CLEVER y tiene como objetivo minimizar el volumen y el peso de los lodos para que su gestión posterior sea lo más viable, tanto económica como ambientalmente.

3.1. Acondicionamiento de los lodos

Antes de proceder a la deshidratación de los lodos flotados por el DAF, los cuales se almacenan en un tanque de acumulación, éstos deben acondicionarse mediante la adición de lechada de cal al 20%. Este proceso se lleva a cabo en otro depósito donde se mezclan los lodos (a un 5% de sequedad aprox.) con la lechada mediante un agitador suave.

Depósito de acondicionamiento de lodos

3.2. Deshidratación de los lodos

Cuando se consigue la mezcla óptima se procede a la alimentación del equipo de filtro prensa, con el cual se pueden conseguir una sequedades del lodo de hasta un 50%. Esto hace que tanto su coste de gestión como el ambiental se reduzcan de forma considerable.

Vista lateral del filtro prensa
Pruebas de puesta en marcha Filtro Prensa CLEVER

MÁS INFORMACIÓN EN:

Water reuse: How safe is it?*

Image: SPCR

*Article written by the Young Water Researchers of the T&A area of the Catalan Institute for Water Research (ICRA). Spanish Version at the end of this article.

INTRODUCTION 

The capacity to ensure clean and affordable water is becoming one of the most significant global challenges of our century [1]. Global water demand is expected to increase with a rate of 1% per year until 2050, accounting for an increase of 20–30% above the current level of water use [1]. In combination with current water scarcity caused by climate change, the possibility of reusing water is not merely an option but a necessity [2].

SPAIN: EXAMPLES OF WATER REUSE

The Mediterranean region regularly suffers from severe water supply and demand imbalance, especially during the hottest season period. During the summertime, many Mediterranean countries become a holiday destination for tourists from all over the world. While this might be good for the local economy, water deficiency is often pushed to the extreme as a result of this intensive touristic activity.

The amount of water used by one single hotel at full capacity is enormous. Just imagine, all the showers and laundries that can be done in a single day.

However, the water reuse approach can turn the problem of how to treat an increased amount of polluted water into a benefit. Greywater collected from touristic locations can serve as a significant water and nutrient source while reducing the energy required for treatment.

An example of on-site water reuse is the Clean-TOUR project, which explores the potential benefits of greywater reuse in Lloret de Mar, a popular tourist destination of Costa Brava. Greywater is, in fact, all the household generated wastewater that is considered clean since it excludes toilet water, and thus can be potentially reused. The CLEaN-TOUR project is reusing this type of water for toilet flushing and as a feed for hydroponic vegetable systems where plants like tomatoes can grow.

Another excellent example of reclaimed water reuse is in Pinedo wastewater plant (Valencia). There, nearly 78 hm3/year (equivalent to about 31,000 Olympic swimming pools) of recycled water is used for crop irrigation alongside the environmental restoration of the Albufeira natural park. An additional benefit of the use of reclaimed waters in agriculture is the lower fertilizer consumption because nutrients involved in these waters can be leveraged by the terrain [1].

While the potential benefit of reusing water is something to pursue, the reused water must be safe both in terms of the environment side and our health.

A study showed that people who consumed crops irrigated with reclaimed wastewater were found to have higher blood levels of a pharmaceutical that they never consumed when compared to people eating crops irrigated with freshwater.

This pharmaceutical got into their food through the wastewater-soil-crop continuum. While the levels of this pharmaceutical were much lower than the therapeutic dose (theoretically safe), it does push the point that we need to understand the implications of wastewater reuse better and if the higher costs of treating water to higher standards is justified. 

WHAT

Pharmaceuticals like the ones found in crop products are just one type of a larger class of contaminants, just recently discovered. The emerging contaminants (ECs) also include personal care products, gasoline additives, plasticizers, nd other everyday life products. Only recently, the have been recognized as harmful substances [3].

WHY HARMFUL

ECs are persistent and recalcitrant towards water treatment technologies or natural attenuation, they tend to bioaccumulate in macroinvertebrates, other organisms in the aquatic food web, and humans (Stackelberg et al., 2007). As found by Reinert et al. (2012), they can end up in our drinking water sources. Furthermore, the impact of exposure to low-level of these contaminants over prolonged periods is a growing concern. For instance, persistent chemicals with long-term effects such as polychlorinated biphenyls (PCBs), perfluorinated alkylated substances (PFAS), and chlorofluorocarbons (CFCs), could cause cancer when their concentration is above a safety threshold.

HOW MUCH

Even if ECs are present at very low concentrations ranging from ng/L to µg/L (e.g., one ng/L is only one drop in one trillion drops of water), they may pose a risk to the environment or human health [4, 5]. 

Annually, about 300 million tons of synthetic compounds from industrial and consumer products, 140 million tons of fertilizers, and several million tons of pesticides are consumed and partially find their way into natural waters [6].

HOW TO MEASURE

Recent advances in analytical techniques have led to the detection of many ECs that ended up in drinking waters [7].

Since the analytical methods are evolving, a huge number of substances can now be detected in the water, even in trace quantities. It is crucial to investigate the effects of these new substances and their metabolites on health and the environment, especially under the scope of water reuse. In 2005, the European Commission funded the NORMAN project to promote a permanent network of reference laboratories and research centers, including academia, industry, standardization bodies, and NGOs. The NORMAN network notably targets to provided more transparent information and monitoring data on ECs and established an independent and competent technical/scientific debate on issues related to emerging substances. 

SOLUTIONS

One might wonder: but are there any solutions to remove these harmful pollutants to get safe drinking water?

The answer is YES.

Nevertheless, when it comes to water treatment, one must consider the quality of the water at the initial stage and the required quality after treatment, as dictated by its intended use. When treating domestic wastewater is concerned, the limitation, usually, is not a technological one, but rather an economical one.  

If we would just need to inactivate viruses, bacteria, and so on, the water purification process that most people would be familiar with is boiling. Now imagine a highly simplified case where one person is generating the typical quantity of wastewater (150 liters per day). If we boiled water, that would mean over €25 of energy consumption to let the water boil! Furthermore, although the process of heating water, while on the one hand, kill pathogens, on the other, it could be useless in terms of removing the ECs.  

Over the last decades, chlorination has been the go-to treatment for disinfection. However, while chlorination allows us to get water free of pathogens, it does present some drawbacks. Some are harmless (e.g., the taste of chlorinated drinking water can ruin your tea), others, such as the generation of chlorinated by-products, are instead linked to bladder cancer, and it is ineffective against ECs.  

Other types of treatment are listed in the table with their positive and negative sides:

For example, both ozonation and especially photocatalysis are substantially more expensive than chlorination. This brings us back to what water quality is ultimately needed to justify the costs of its treatment.  

Otherwise, other kinds of low-cost treatments are considering electrochemical systems, hybrid systems coupling low-cost biological treatment with nanotechnology aimed at resource recovery (e.g., anaerobic digestion and recovery of nutrients and biogas) or nature-based solutions (NBS). An example of the latter one is the treatment wetland, which enables us to treat naturally polluted waters while promoting awareness on our environmental footprint. Also, NBS had already been implemented even in developing countries where the lack of financial investments poses a severe challenge on water treatment and sanitation.

What is required, however, is less easy to ascertain and is something that is still evolving as we find out more about the fate of pollutants in the environment.

WHAT IS THE CURRENT LEGISLATION

Just five countries in Europe (Cyprus, Greece, Italy, France, and Spain) have a specific legislation regarding water reuse, even if this should be an issue of concern in more countries. Precisely, in May 2020, the European Parliament published the regulation on minimum requirements for water reuse (EU 2020/741). This regulation contemplates water reuse mainly for agricultural purposes and lists a set of requirements to ensure the safe water reuse. It is important to point out that although ECs are not considered in this regulation, more research is needed to assess their presence and behavior under different treatment technologies in order to eliminate their presence in reused water.

CONCLUSIONS

The best way to ensure clean water is to prevent contaminating it.

Adopting a circular economy approach in product manufacturing can prevent the release of harmful pollutants at the source. Following the example of Nature’s cycles, we should start envisioning a more sustainable world to help us overcome water shortage. However, the current situation is still far from this ideal scenario.

Fortunately, with the proper technology, reclaimed water can be used in various applications, depending on its quality, from a source of drinking water to irrigation in agriculture. To ensure safe reclaimed water use, a well-defined framework should be put in place with regulations that are up to date and strictly imposed. At the same time, these regulations should stimulate and encourage water reuse.

Yes, technology and regulation can make water reuse safe. It is up to us to make water reuse our hero.

ACKNOWLEDGEMENT

The authors would like to thank the support of the Department of Economics and Knowledge of the Catalan Government through the Consolidated Research Group (ICRA-TECHNOLOGY – 2017 SGR 1318).

REFERENCES

[1] Jodar-Abellan A, López-Ortiz MI, Melgarejo-Moreno J. Wastewater treatment and water reuse in Spain. Current situation and perspectives. Water (Switzerland). 2019;11(8).  

[2] Qu X, Brame J, Li Q, Alvarez PJJ. Nanotechnology for a safe and sustainable water supply: Enabling integrated water treatment and reuse. Acc Chem Res. 2013;46(3):834–43.  

[3] Zwiener C, Frimmel FH. LC-MS analysis in the aquatic environment and in water treatment – A critical review: Part II: Applications for emerging contaminants and related pollutants, microorganisms and humic acids. Anal Bioanal Chem. 2004;378(4):862–74.

[4] Oliver J. Summary for Policymakers. In: Intergovernmental Panel on Climate Change, editor. Climate Change 2013 – The Physical Science Basis [Internet]. Cambridge: Cambridge University Press; 2019. p. 1–30. Available from: https://www.cambridge.org/core/product/identifier/CBO9781107415324A009/type/book_part

[5] Pal A, He Y, Jekel M, Reinhard M, Gin KYH. Emerging contaminants of public health significance as water quality indicator compounds in the urban water cycle. Environ Int [Internet]. 2014;71:46–62. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.envint.2014.05.025.ç

[6] Anderson, B. S., Phillips, B. M., Hunt, J. W., Worcester, K.,Adams, M., Kapellas, N., & Tjeerdema, R. Evidence of pesticide impacts in the Santa Maria River watershed, California, USA.Environmental Toxicology and Chemistry. 2006;25:1160–1170.

[7] Hsion-Wen, D. K. and Xagoraraki, I. Contaminants Associated with Drinking Water. International Encyclopedia of Public Health (Second Edition);2017:148-158

REUTILIZACIÓN DEL AGUA: QUÉ TAN SEGURA ES?*

Imagen: SPCR

*Artículo escrito por los Young Water Researchers del área T&A del Institut Català de Investigación del Agua (ICRA)

INTRODUCCIÓN 
La capacidad de asegurar agua limpia y asequible se está convirtiendo en uno de los desafíos globales más importantes de nuestro siglo [1]. Se espera que la demanda mundial de agua aumente a un ritmo del 1% anual hasta el 2050, lo que supone un incremento del 20 al 30% por encima del nivel actual de uso del agua [1]. En combinación con la actual escasez de agua causada por el cambio climático, la posibilidad de reutilizar el agua no es sólo una opción sino una necesidad [2].
ESPAÑA: EJEMPLOS DE REUTILIZACIÓN DEL AGUA
La región del Mediterráneo sufre regularmente un grave desequilibrio entre la oferta y la demanda de agua, especialmente durante el período de la estación más cálida. Durante el verano, muchos países mediterráneos se convierten en un destino de vacaciones para los turistas de todo el mundo. Si bien esto puede ser bueno para la economía local, la deficiencia de agua suele ser llevada al extremo como resultado de esta intensa actividad turística.
La cantidad de agua utilizada por un solo hotel a plena capacidad es enorme. Imagínense, todas las duchas y lavanderías que se pueden llevar a cabo en un solo día.
Sin embargo, el enfoque de la reutilización del agua puede convertir el problema de cómo tratar una mayor cantidad de agua contaminada en un beneficio. Las aguas grises recogidas en lugares turísticos pueden servir como una fuente importante de agua y nutrientes, al tiempo que reducen la energía necesaria para el tratamiento.
Un ejemplo de reutilización del agua in situ es el proyecto Clean-TOUR, que explora los posibles beneficios de la reutilización de las aguas grises en Lloret de Mar, un popular destino turístico de la Costa Brava. Las aguas grises son, de hecho, todas las aguas residuales generadas en los hogares que se consideran limpias, ya que excluyen el agua de los inodoros, y por lo tanto pueden ser potencialmente reutilizadas. El proyecto CLEaN-TOUR está reutilizando este tipo de agua para las cisternas de los inodoros y como alimento para sistemas vegetales hidropónicos donde pueden crecer plantas como los tomates.
Otro excelente ejemplo de reutilización de agua recuperada es la planta de aguas residuales de Pinedo (Valencia). Allí, cerca de 78 hm3/año (equivalente a unas 31.000 piscinas olímpicas) de agua reciclada se utiliza para el riego de cultivos junto con la restauración ambiental del parque natural de la Albufera. Un beneficio adicional del uso de las aguas recicladas en la agricultura es el menor consumo de fertilizantes, ya que los nutrientes que intervienen en estas aguas pueden ser aprovechados por el terreno [1].
Si bien el beneficio potencial de la reutilización del agua es algo que hay que tener como objetivo principal, el agua reutilizada debe ser segura tanto en términos ambientales como de nuestra salud.
Un estudio demostró que las personas que consumían cultivos regados con aguas residuales recuperadas tenían niveles más altos de un fármaco que nunca habían consumido en comparación con las personas que consumían cultivos regados con agua dulce.
Este fármaco se introdujo en sus alimentos a través de la continuidad agua-suelo-cultivo. Aunque los niveles de este fármaco eran mucho más bajos que la dosis terapéutica (teóricamente segura), esto nos lleva al punto de que necesitamos entender mejor las implicaciones de la reutilización de las aguas residuales y si se justifican realmente los altos costos de tratar el agua a niveles más exigentes. 
QUÉ
Los productos farmacéuticos como los que se encuentran en los productos de cultivo son sólo un tipo de una clase más grande de contaminantes, recientemente descubiertos. Los contaminantes emergentes (EC) también incluyen productos de cuidado personal, aditivos de gasolina, plastificantes y otros productos para la vida diaria. Sólo recientemente han sido reconocidos como sustancias nocivas [3].

POR QUÉ SON DAÑINOS
Las EC son persistentes y recalcitrantes frente a las tecnologías de tratamiento del agua o la atenuación natural, tienden a bioacumularse en los macroinvertebrados, otros organismos de la red alimentaria acuática y los seres humanos (Stackelberg et al., 2007). Como han descubierto Reinert y otros (2012), pueden acabar en el agua potable. Además, el impacto de la exposición a bajos niveles de estos contaminantes durante períodos prolongados es una preocupación creciente. Por ejemplo, los productos químicos persistentes con efectos a largo plazo, como los bifenilos policlorados (PCB), las sustancias alquiladas perfluoradas (PFAS) y los clorofluorocarbonos (CFC), podrían causar cáncer cuando su concentración supera un umbral de seguridad.
CUANTO
Incluso si los CE están presentes en concentraciones muy bajas que van de ng/L a µg/L (por ejemplo, un ng/L es sólo una gota en un billón de gotas de agua), podrían suponer un riesgo para el medio ambiente o la salud humana [4, 5]. 
Anualmente se consumen unos 300 millones de toneladas de compuestos sintéticos de productos industriales y de consumo, 140 millones de toneladas de fertilizantes y varios millones de toneladas de plaguicidas, que en parte llegan a las aguas naturales [6].
CÓMO MEDIMOS
Los recientes avances en las técnicas analíticas han llevado a la detección de muchos CE que terminaron en aguas potables [7].

Dado que los métodos analíticos están evolucionando, actualmente se puede detectar un gran número de sustancias en el agua, incluso en cantidades ínfimas. Es crucial investigar los efectos de estas nuevas sustancias y sus metabolitos en la salud y el medio ambiente, especialmente en el ámbito de la reutilización del agua. En 2005, la Comisión Europea financió el proyecto NORMAN para promover una red permanente de laboratorios de referencia y centros de investigación, incluidos el mundo académico, la industria, los organismos de normalización y las ONG. La red NORMAN tiene por objeto, en particular, proporcionar información y datos de vigilancia más transparentes sobre las CE y establecer un debate técnico y científico independiente y competente sobre cuestiones relacionadas con las sustancias emergentes. 

SOLUCIONES
Uno podría preguntarse: ¿pero hay alguna solución para eliminar estos contaminantes dañinos para obtener agua potable segura?
La respuesta es sí.

Sin embargo, cuando se trata del tratamiento del agua, uno debe considerar la calidad del agua en la etapa inicial y la calidad requerida después del tratamiento, según lo dicte su uso previsto. Cuando se trata del tratamiento de aguas residuales domésticas, la limitación, por lo general, no es tecnológica, sino más bien económica.  
Si sólo tuviéramos que inactivar virus, bacterias, etc., el proceso de purificación del agua con el que la mayoría de la gente estaría familiarizada es la ebullición. Ahora imaginemos un caso muy simplificado en el que una persona está generando la cantidad típica de aguas residuales (150 litros por día). Si hirviéramos el agua, eso significaría más de 25 euros de consumo de energía para dejar hervir el agua! Además, aunque el proceso de calentar el agua, mientras que por un lado, mata a los patógenos, por el otro, podría ser inútil en términos de eliminar las EC.  
En las últimas décadas, la cloración ha sido el tratamiento para la desinfección. Sin embargo, mientras que la cloración nos permite obtener agua libre de patógenos, presenta algunos inconvenientes. Algunos son inofensivos (por ejemplo, el sabor del agua potable tratada con cloro puede arruinar el té), otros, como la generación de subproductos clorados, están en cambio vinculados al cáncer de vejiga, y es ineficaz contra los AE.  
Otros tipos de tratamiento se enumeran en la tabla con sus lados positivos y negativos:

Por ejemplo, tanto la ozonización como, especialmente, la fotocatálisis son sustancialmente más caras que la cloración. Esto nos devuelve a la calidad del agua que se necesita en última instancia para justificar los costos de su tratamiento.  
Por lo demás, otros tipos de tratamientos de bajo costo están considerando los sistemas electroquímicos, los sistemas híbridos que combinan el tratamiento biológico de bajo costo con la nanotecnología dirigida a la recuperación de recursos (por ejemplo, la digestión anaeróbica y la recuperación de nutrientes y biogás) o las soluciones basadas en la naturaleza (NBS). Un ejemplo de esto último es los humedales artificiales, que nos permiten tratar las aguas naturalmente contaminadas y al mismo tiempo promover la conciencia sobre nuestra huella ambiental. Además, las NBS ya se han puesto en práctica incluso en los países en desarrollo, donde la falta de inversiones financieras plantea un grave problema en el tratamiento del agua y el saneamiento.
Sin embargo, lo que se requiere es menos fácil de determinar y es algo que todavía está evolucionando a medida que averiguamos más sobre el destino de los contaminantes en el medio ambiente.

¿CUÁL ES LA LEGISLACIÓN ACTUAL?
Sólo cinco países de Europa (Chipre, Grecia, Italia, Francia y España) cuentan con una legislación específica en materia de reutilización del agua, aunque esto debería ser motivo de preocupación en más países. Precisamente, en mayo de 2020, el Parlamento Europeo publicó el reglamento sobre los requisitos mínimos para la reutilización del agua (EU 2020/741). Este reglamento contempla la reutilización del agua principalmente para fines agrícolas y enumera una serie de requisitos para garantizar la seguridad de la reutilización del agua. Es importante señalar que, aunque las CE no se consideran en este reglamento, se necesita más investigación para evaluar su presencia y comportamiento bajo diferentes tecnologías de tratamiento a fin de eliminar su presencia en el agua reutilizada.
CONCLUSIONES

La mejor manera de asegurar un agua limpia es evitar su contaminación en origen.

Adoptar un enfoque de economía circular en la fabricación de productos puede prevenir la liberación de contaminantes nocivos en la fuente. Siguiendo el ejemplo de los ciclos de la naturaleza, deberíamos empezar a imaginar un mundo más sostenible para ayudarnos a superar la escasez de agua. Sin embargo, la situación actual todavía está lejos de este escenario ideal.
Afortunadamente, con la tecnología adecuada, el agua recuperada puede utilizarse en diversas aplicaciones, dependiendo de su calidad, desde una fuente de agua potable hasta el riego en la agricultura. Para garantizar un uso seguro del agua regenerada, debería establecerse un marco bien definido con reglamentos actualizados y estrictamente impuestos. Al mismo tiempo, esas reglamentaciones deberían estimular y fomentar la reutilización del agua.
Sí, la tecnología y la reglamentación pueden hacer que la reutilización del agua sea segura. Depende de nosotros hacer de la reutilización del agua nuestro héroe.

Agradecimientos

Los autores quieren agradecer el apoyo del Departament d’Economia i Coneixement del Gobierno catalán a través del Grupo de Investigación Consolidado (ICRA-TECNOLOGÍA – 2017 SGR 1318).

REFERENCIAS

[1] Jodar-Abellan A, López-Ortiz MI, Melgarejo-Moreno J. Wastewater treatment and water reuse in Spain. Current situation and perspectives. Water (Switzerland). 2019;11(8).  

[2] Qu X, Brame J, Li Q, Alvarez PJJ. Nanotechnology for a safe and sustainable water supply: Enabling integrated water treatment and reuse. Acc Chem Res. 2013;46(3):834–43.  

[3] Zwiener C, Frimmel FH. LC-MS analysis in the aquatic environment and in water treatment – A critical review: Part II: Applications for emerging contaminants and related pollutants, microorganisms and humic acids. Anal Bioanal Chem. 2004;378(4):862–74.

[4] Oliver J. Summary for Policymakers. In: Intergovernmental Panel on Climate Change, editor. Climate Change 2013 – The Physical Science Basis [Internet]. Cambridge: Cambridge University Press; 2019. p. 1–30. Available from: https://www.cambridge.org/core/product/identifier/CBO9781107415324A009/type/book_part

[5] Pal A, He Y, Jekel M, Reinhard M, Gin KYH. Emerging contaminants of public health significance as water quality indicator compounds in the urban water cycle. Environ Int [Internet]. 2014;71:46–62. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.envint.2014.05.025.ç

[6] Anderson, B. S., Phillips, B. M., Hunt, J. W., Worcester, K.,Adams, M., Kapellas, N., & Tjeerdema, R. Evidence of pesticide impacts in the Santa Maria River watershed, California, USA.Environmental Toxicology and Chemistry. 2006;25:1160–1170.

[7] Hsion-Wen, D. K. and Xagoraraki, I. Contaminants Associated with Drinking Water. International Encyclopedia of Public Health (Second Edition);2017:148-158

Tratamiento anaerobio de aguas residuales con elevada biodegradabilidad

Reactor Anaerobio de tipo RANC en primer plano. Fuente: SIGMA.

Hoy quiero hablaros de la importancia de implantar tratamientos anaerobios en los casos de aguas residuales industriales con alta carga biodegradable, es decir, que tienen una alta relación DBO5/DQO. Nos referimos a la DBO5 como la parte biológicamente degradable de la materia orgánica contaminante (las bacterias la oxidan) y a la DQO como la parte químicamente degradable (aquí los microorganismos no interfieren). Así, cuanto más alto sea el valor obtenido entre estos dos parámetros significará que el agua es más fácilmente degradable mediante los microorganismos presentes en ella.

LOS REACTORES ANAEROBIOS COMO VENTAJA COMPETITIVA RESPECTO A LOS AEROBIOS

Las aguas residuales con elevadas cargas contaminantes pero a la vez fácilmente biodegradables se presentan como una oportunidad para poder incluir a los reactores anaerobios como herramienta fundamental en el proceso de depuración. Y esto se debe a que este tipo de tratamiento presenta dos claras ventajas respecto al aerobio.

1. ENERGÍA

Este aspecto hace referencia tanto al consumo como a la producción:

  • Los microorganismos de un reactor anaerobio no necesitan de oxígeno para degradar la materia orgánica contaminante que presenta el agua residual; es más, para la mayoría de ellos es tóxico. Debido a esto, la ventaja competitiva en consumo energético respecto a los reactores aerobios resulta clara, ya que éstos necesitan de soplantes o compresores para subministrar aire a las bacterias aerobias, con el debido consumo energético adicional.
  • Otro aspecto presente en las bacterias anaerobias es la producción de biogás (mayormente metano, dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno) derivado de la degradación de la materia orgánica contaminante. Con la debida eliminación del azufre del biogás y su adecuación posterior, éste puede ser apto para inyectar a una caldera industrial o incluso ser utilizado en un proceso de cogeneración.
2. LODOS

La ventaja en la producción de lodos resulta en una reducción significativa de éstos dado que parte del producto de degradación de la materia orgánica se convierte en biogás, abandonando la fase líquida como parte del proceso de depuración. Añadir también que en esta EDARI el reactor anaerobio dispone de recirculación externa de los lodos mediante un equipo flotador BIODAF, por lo que ya se produce un espesado previo a la purga cuando éstos se encuentran en exceso.

Comparativa de balances entre tratamientos aerobio y anaerobio. Fuente: Jorge Cifuentes

INDUSTRIA DE BEBIDAS AZUCARADAS

Vista aérea de la EDARI de una industria de bebidas azucaradas. Fuente: SIGMA.

Volviendo a la idea del inicio de este post, tenemos un ejemplo de elevada biodegradabilidad en las aguas derivadas del proceso de elaboración de refrescos y bebidas azucaradas, las cuales tienen una relación DBO5/DQO>0,4 y una biodegradabilidad asimilable a las aguas residuales urbanas. Estas características hacen idónea la aplicación de un tratamiento anaerobio para obtener los objetivos de depuración deseados.

Aún así, hay que tener en cuenta de que en el caso que los límites de vertido sean muy exigentes probablemente se necesitará un postratamiento aerobio, aunque éste será de dimensiones y consumos energéticos mucho menores que si sólo se hubiera planteado ésta opción.

Para finalizar, os adjunto un video de una planta depuradora que trata este tipo de aguas de las cuales hemos hablado, con unos resultados de eliminación de DQO cercanos al 90%. La EDARI tiene las siguientes etapas:

  • Homogeneización y ajuste de pH
  • Reactor de tipo RANC con recirculación externa
  • Eliminación de lodos mediante flotador BIODAF

En este caso ya se consigue cumplir con el objetivo de vertido y no hace falta ningún proceso aerobio posterior, por lo que tenemos un ejemplo de instalación con una huella de carbono muy reducida que además cumple con los objetivos de sostenibilidad de la empresa que encargó el proyecto.

Tecnologías combinadas en tratamiento de AARR en la Industria Alimentaria

El pasado 27 de abril participé en una webinar organizada por el CWP explicando un caso de éxito llevado a cabo por mi empresa SIGMA, del cual os adjunto un texto resumen y video de referencia:

SIGMA GROUP

Somos una empresa familiar, creada hace 50 años y cuya actividad original era la mecanización de piezas metálicas para terceros. Desde hace 25 años estamos enfocados exclusivamente en el tratamiento de aguas, evolucionando desde la fabricación de filtros y equipos de flotación sencillos hasta el diseño de equipos de flotación con tecnología propia para muy diversas aplicaciones, además de implementar procesos completos y proyectos llave en mano para el tratamiento de aguas residuales industriales.

Debido a esta evolución, recientemente se ha estructurado nuestra actividad en el grupo de empresas SIGMA GROUP. Una es AGUASIGMA, dedicada al desarrollo de ingeniería y proyectos llave en mano, y la otra es SIGMADAF que diseña, construye y suministra equipos de flotación DAF que pueden ir desde caudales de 3 m3/h hasta los 2000 m3/h.

CONGELADOS DE NAVARRA

CN es uno de los mayores productores de vegetales congelados de Europa y referencia en el sector. La empresa, dentro de su objetivo estratégico de mejora continua, llevó a cabo un programa de evaluación de sus procesos de fabricación y consecuencia de ello generó la necesidad de mejora de las instalaciones de tratamiento de aguas residuales de su planta principal en Fustiñana (Navarra). Congelados de Navarra planteó a SIGMA 2 objetivos:

  • Tener suficiente capacidad para el tratamiento de las aguas actuales así como de futuras ampliaciones.
  • Conseguir la calidad de agua de vertido comparable al vertido a cauce público.

Todo esto debía conseguirse con el mínimo consumo de recursos tales como electricidad, productos químicos y generación de lodos así como de personal. En definitiva, debíamos conseguir una planta con el menor impacto ambiental posible.

Vista aérea de la EDARI de Congelados de Navarra

NUESTRA SOLUCIÓN

SIGMA propuso la solución tecnológica siguiente: PROCESO COMBINADO DE TRATAMIENTO ANAEROBIO RANC SEGUIDO DE TRATAMIENTO AEROBIO FBR

Previo un acondicionado de las aguas de llegada mediante filtrado y tanque de homogeneización y control de pH, éstas entran a un Reactor Anaerobio de Contacto o RANC, minimizando los costes operativos derivados del consumo de energía eléctrica y generación de lodos. En el RANC se degradan los compuestos orgánicos (DQO y DBO) en condiciones anaerobias, transformándose en agua tratada y biogás principalmente.

I) RANC (Reactor Anaerobio de Contacto)

El reactor RANC es del tipo FLUJO ASCENDENTE POR CONTACTO, este tiene unas condiciones de funcionamiento semejantes a los clásicos UASB pero en este caso se eliminan los clarificadores de tres fases y se sustituye por un equipo externo de flotación SIGMA DAF-FPBC100, realizándose la clarificación de las aguas a la salida del reactor. Con este equipo también se separa el lodo anaerobio excedente del reactor antes de la siguiente etapa.

Detalle del Reactor Anaerobio de la EDARI de Congelados de Navarra (Fustiñana)

II) FBR (Reactor Biológico de Flotación)

Esta etapa posterior al RANC se compone de un reactor biológico de lodos activos de baja-media carga y de otro equipo flotador SIGMA DAF-TWIN para la clarificación final antes de su vertido a alcantarillado. Hemos propuesto utilizar un sistema de flotación DAF como clarificador final en lugar del decantador tradicional porque además de ser nuestra especialidad y haber realizado muchas instalaciones de este tipo, le vemos varias ventajas significativas:

  • Alta concentración del lodo extraído, entre el 3-5%, de forma que las condiciones hidráulicas del sistema en su totalidad mejoran, disminuye el retorno de aguas a homogeneización, y se gestiona un volumen de lodo menor en el tratamiento por centrífuga.
  • Capacidad de trabajar con cargas de sólidos en el reactor muy altas, hasta 8 gr/l, lo que permite disponer de mayor edad del lodo y mejorar las condiciones de tratamiento del agua.
  • Mayor fiabilidad frente a lodos esponjosos (bulking) o con baja velocidad de sedimentación.
SIGMA DAF-TWIN del cual forma parte el FBR

Las particulares condiciones del lodo biológico generado en industrias donde no se dan condiciones de adecuado balance en nutrientes, dan lugar a la formación de lodo muy voluminoso y esponjoso, por lo que acaba bajando la velocidad de sedimentación con la previsible consecuencia de escape de lodos en el vertido final. Es por esto de que la aplicación de flotadores de tipo DAF está siendo cada vez más utilizada como solución a estos tipos de problemas.

Grupo ICRATech (IV): Sociología Basada en el Análisis de Aguas Residuales

Tramo de alcantarillado de Londres. Fuente: Nautilus

El Institut Català de Recerca de l’Aigua (ICRA) ha establecido un equipo que reune tecnología e imaginación para extraer información socioeconómica de los municipios a partir del análisis químico y microbiológico de las aguas residuales de sus ciudadanos, la llamada Sewer Sociology o Sociología basada en el Análisis de las Aguas Residuales (SAAR).

¿Qué es la Sociología basada en el Análisis de las Aguas Residuales?

La SAAR se podría definir como «la ciencia de la sociedad, las instituciones sociales y las relaciones sociales vistas a través de los ojos de una alcantarilla«. Hasta ahora, este término se ha utilizado en el marco de los estudios que analizan los flujos en las alcantarillas para extraer datos sobre el ritmo diario de la vida de las personas, pero se puede ir más allá del análisis de estos flujos. Por ejemplo, la medición de la concentración de sustancias químicas seleccionadas puede proporcionar información sobre los hábitos de vida y el estado de salud de la población. Esta práctica se denomina «Sewage Information Mining (SIM)» o minería de información química de aguas residuales (SCIM) cuando el foco está en los productos químicos. Dentro de la SIM se incluye la Epidemiología basada en el análisis de las aguas residuales,propuesto en 2001. Desde entonces se han realizado cientos de estudios para validar este concepto, entre los que se encuentran los basados en el análisis de la concentración de drogas ilícitas en las aguas residuales y la consiguiente estimación del consumo per cápita. Otras aplicaciones muy interesantes se han llevado a cabo, por ejemplo estimar la exposición de la población a los plaguicidas, cuantificar los productos farmacéuticos prescritos, los biomarcadores que pueden reflejar los hábitos de estilo de vida y el estado general de salud de la población.

La SAAR se está convirtiendo en un tema de actualidad

Los resultados y los conocimientos de la SAAR no sólo se limitan a la comunidad científica, de hecho, una serie de titulares de noticias como: «Lo que los residuos humanos pueden decirnos sobre los ingresos, la dieta y la salud» (Celina Ribeiro, Oct 2019, BBC), «Hay una diferencia desalentadora entre las aguas residuales de las zonas ricas y las de las zonas pobres» (Michelle Starr, Oct 2019, Science Alert), «Los científicos pueden saber cuán rico eres examinando tus aguas residuales» (Peter Hess, oct. 2019, Inverso) y «El estudio de las aguas residuales da pistas sobre el estatus socioeconómico y los hábitos de las personas» (Bob Yirka, oct. 2019, Phys.org), por nombrar sólo algunos, se publicaron en 2019. Así, la SAAR puede convertirse en una importante herramienta para identificar las amenazas, las necesidades, la salud y la riqueza de los seres humanos y la sociedad.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969717331601#f0005

¿Cuál es la contribución del ICRA a la SAAR?

En el ICRA creemos que la SAAR puede utilizarse para la vigilancia de los factores de riesgo para la salud de la población, convirtiéndose en un valioso complemento de los métodos existentes, los cuales tienen ciertos inconvenientes. Por ejemplo, las encuestas por cuestionario tienen limitaciones debido a la falta de veracidad de las respuestas de los participantes y a las necesidades de ajustarse al presupuesto asignado. Las bases de datos de población (por ejemplo, los censos) y los registros médicos suelen carecer de datos socioeconómicos y de hábitos de vida, no son plenamente fiables ni completas y se actualizan con poca frecuencia (sólo una vez al año en los mejores casos).

El ICRA participa actualmente en dos proyectos internacionales que se ocupan de la SAAR. El proyecto SCOREwater tiene por objetivo extraer información socioeconómica de muestras de aguas residuales desde tres puntos de vista distintos: desde la ingeniería, con la elaboración de enfoques para la selección de puntos y diseño de estrategia de muestreo; desde la química, con el despliegue de métodos analíticos; y desde la perspectiva de la microbiología, con la estimación de la diversidad microbiana de las muestras de aguas residuales y la cuantificación de los genes resistentes a los antibióticos. SCOREwater cuenta con varios socios catalanes complementarios (ICRA, BCASA, s::can iberia, IERMB, EURECAT) que trabajan conjuntamente en el estudio del caso de Barcelona, donde 3 barrios serán monitorizados durante 1 año. Todos los datos analíticos se analizarán conjuntamente con la información recogida en las bases de datos de salud (medicamentosprescritos, hábitos de vida y estado de salud), con la información sobre la situación socioeconómica de los habitantes y con la información obtenida de las encuestas telefónicas. 

Por otro lado, el proyecto SCHEME se centra en el desarrollo de una metodología analítica para la determinación de biomarcadores de exposición humana a contaminantes químicos derivados de productos de cuidado personal y productos químicos industriales. La aplicabilidad de la metodología desarrollada por SCHEME se evaluará utilizando muestras de aguas residuales de 4 ciudades europeas.

Una introducción a la Epidemiología basada en el Análisis de las Aguas Residuales

El valor real de la información sociológica de las aguas residuales 

Aunque la SAAR esté de actualidad y tenga mucho potencial, los investigadores debemos ser realistas sobre las necesidades que el método puede satisfacer. Actualmente son posibles las siguientes aplicaciones:

  • Vigilancia del consumo de drogas ilícitas: Normalmente, esos tipos de vigilancia se llevan a cabo sobre la base de incautaciones, encuestas, demandas de tratamiento de drogas e ingresos hospitalarios relacionados con las drogas. Sin embargo, mediante el SCIM se puede obtener las cantidades de drogas ilícitas liberadas en una cuenca de alcantarillado específica. Este enfoque se ha llevado a cabo durante 7 años en varias ciudades europeas y otras ciudades. Gracias a él, fue posible encontrar tendencias y perfiles específicos del consumo de drogas ilícitas mucho antes que con otras fuentes de información (González-Mariño et al., 2020). El SCIM ha demostrado ser un instrumento sumamente flexible para su aplicación a diferentes escalas espaciales y temporales y puede poner en marcha medidas de mitigación casi en tiempo real (González-Mariño et al., 2020). 
  • Vigilancia del consumo de medicamentos: Estas ventas suelen registrarse en bases de datos de difícil acceso y no se actualizan con la frecuencia necesaria. El SCIM ha demostrado ser preciso en cuanto a reflejar el consumo de drogas ilícitas y medicamentos (van Nuijs y otros, 2015) (Choi y otros, 2018). 
  • Seguimiento de los brotes de enfermedades: En el proyecto Underworlds de América del Norte se ofrecen ejemplos de varias aplicaciones satisfactorias.
Workshop desarrollado en el ICRA sobre SAAR en noviembre de 2019

¿Qué podemos esperar en el futuro? La opinión de ICRATech, grupo de investigación consolidado de AGAUR

Hasta ahora, en el campo de la SAAR ha habido mucha presencia de químicos analíticos, pero con el fin de aprovechartodo el potencial de la Sociología basada en el Análisis de las Aguas Residuales, necesitamos involucrar a otros científicos como epidemiólogos, ingenieros ambientales, sociólogos, médicos y organismos públicos como, por ejemplo, organismos públicos de salud. Además, como las posibilidades de las aplicaciones de la SAAR son muy variadas, es necesario trabajar en la definición de propuestas de valor con la participación de los principales interesados. En ese sentido, el ICRA organizó un taller dedicado a la SAAR con el objetivo de debatir varios temas entre los investigadores del agua de diferentes especialidades y, posteriormente, realizar una lluvia de ideas sobre posibles aplicaciones futuras… en menos de 30 minutos se recogieron ideas prometedoras! Además, algunas de estas ideas tenían un valor para la sociedad, otras tenían un mero valor científico y otras lo tenían a nivel comercial. A continuación, planteamos debates sobre la aplicabilidad, la utilidad y la ética de algunas de estas ideas. El principal resultado fue que la investigación en este campo debería realizarse siempre en asociación con las partes interesadas para garantizar que la información extraída sea útil. 

Por último, en el taller también discutimos que además de los productos químicos, las aguas residuales también contienen una cantidad ingente de microorganismos procedentes de las heces humanas y la diversidad microbiana podría estar potencialmente asociada al estado de salud de las poblaciones estudiadas. Sin embargo, recopilar información fiable de estas complejas comunidades microbianas no es sencillo, especialmente para la identificación de biomarcadores genéticos referentes a la salud. La obtención de datos genéticos es un desafío y requiere tanto una gran potencia de cálculo como el dominio de diferentes herramientas bioinformáticas.

Por todo lo dicho, en el ICRA nos encanta la Sociología basada en el Análisis de Aguas Residuales y abordaremos los desafíos metodológicos identificados en los dos proyectos europeos con entusiasmo y determinación.

Artículo escrito por el grupo de investigación ICRATech

Agradecimientos

Los autores quieren agradecer el apoyo del Departament d’Economia i Coneixement del Gobierno catalán a través del Grupo de Investigación Consolidado (ICRA-TECNOLOGÍA – 2017 SGR 1318).

Referencias

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