Reutilización: tipos, gestión y visión estratégica

Heraclito de Efeso

Friedrich Nietzsche

LINEAL O CIRCULAR?

"Un hombre no puede bañarse dos veces en el mismo río" Esta frase, atribuida al filósofo presocrático Heráclito de Efeso, trata de que todo está siempre en movimiento, el tiempo pasa y todo cambia: nosotros y también el río. Cuando volvemos a bañarnos esta ya no es la misma, ni sus partículas, ni los minerales que lo acompañan... ni siquiera los átomos de hidrógeno y oxígeno. Esta concepción lineal del paso del tiempo no mezcla bien con conceptos como agua reciclada, regenerada o reutilizada pero si bien esta frase daría para una buena conversación entre amigos aficionados a la Filosofía, en este caso quizás encaja mejor una concepción circular como la Friedrich Nietzsche y su Eterno Retorno.

Aplicado al ciclo del agua, la idea circular del filósofo alemán quedaría así: a lo largo del cauce de un río hay varias poblaciones, la primera capta el agua, la utiliza, la vierte al alcantarillado, la depura mediante EDAR y la devuelve al mismo río pero aguas abajo donde, a continuación, el siguiente pueblo hará el mismo procedimiento... y así hasta la llegada de este río a su desembocadura. De este modo, la misma agua es captada, usada, ensuciada y limpiada para volver a empezar en otro punto del curso del río hasta su desembocadura, donde pasará a formar parte de un ciclo más grande que la traerá de vuelta mediante la evaporación y lluvia al nacimiento del río.

Explicados los fundamentos conceptuales, es el momento de poner en práctica dos tipos de reutilización de aguas superficiales para riego: en un caso tenemos una reutilización no planificada o simplemente "de facto" y en el otro una de consciente o planificada. Cómo funciona cada una? Lo explico en base al documento "Characterization of unplanned water reuse in the EU", de la Universidad Técnica de Munich.

Reutilización no planificada del agua

O también denominada "de facto" es la que se produce, por ejemplo, cuando se consume el agua del río en un punto aguas abajo donde previamente una EDAR vierte su agua depurada. En función de los caudales del río y el efluente de la depuradora se producirá un mayor o menor efecto de dilución. Dicho esto, hay dos factores importantes a tener en cuenta:

  • La relación de caudales del agua depurada y el agua del río provocan que el efecto dilución sea más o menos importante. En el caso del esquema es 5/95 pero se puede dar la situación inversa.
  • Derivado del primer punto, si un 80-90% del caudal es agua depurada para un 10-20% del río, aunque la EDAR cumpla con los límites legales de vertido habrá muy poca dilución, provocando una concentración más alta de contaminantes persistentes (antibióticos, derivados del plástico, detergentes, etc.) y microorganismos como E. coli. Esta situación es consecuencia de que la ley no contempla la eliminación ni reducción de estos parámetros para los efluentes de agua depurada.

Reutilización planificada del agua

En este caso tenemos una EDAR que proporciona una parte de su agua depurada a usuarios interesados para riego de cultivos. Aquí previamente se pone en marcha una solicitud administrativa basada en la legislación RD 1620/2007 donde se incluyen unos parámetros límite. Para cumplir con estos la depuradora dispone de un tratamiento terciario compuesto por un sistema de filtración y desinfección que hace que el agua acabe siendo apta para el uso en cuestión.

Un recurso más para la gestión hídrica

Comparando los riesgos asociados a los dos tipos de reutilización, queda claro que en el caso de la no planificada nos encontramos con un fenómeno inevitable que abre muchos interrogantes de cara a la propia seguridad de su uso. Además, normalmente las aguas superficiales captadas para potabilización suelen ser de peor calidad que las del terciario de una EDAR, es por eso que tiene todo el sentido del mundo reconducir el agua regenerada de la EDAR del Prat de Llobregat a la cabecera de la potabilizadora de Sant Joan Despí para convertirse en un recurso extra de 2m3/s en épocas de sequía.

Una reflexión final

El tiempo dirá si las intenciones del actual gobierno catalán forman parte del tacticismo habitual de nuestros políticos o van más allá en una visión estratégica en materia de gestión hídrica. Si la segunda idea es cierta bienvenidos sean todos los esfuerzos para cerrar el círculo. Nietzsche estaría muy satisfecho de ello.

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Las sinergias del agua regenerada

El agua de origen

La EDAR de Castell-Platja d'Aro dispone de un tratamiento terciario capaz de producir agua regenerada para potenciales usuarios interesados, ahorrando de forma diaria unos 6000 m3 que de otro modo serían captados del acuífero del río Ridaura.

Este terciario funciona desde el 1998, mejorando de forma significativa su gestión a partir de la automatización del control de parámetros en 2012. Jordi Muñoz, Jefe de Proceso de la depuradora, remarca la importancia de tener un agua de salida del tratamiento secundario de calidad: "Si tenemos unos buenos parámetros el tratamiento terciario no sufrirá y obtendremos una agua apta para su reutilización. Si no fuera así, podría darse un exceso de turbidez y colmataciones regulares de los filtros de arena". Debido a esta potencial problemática, si los lazos de control detectan un nivel de turbidez por encima del límite establecido se cierra la compuerta que deriva el agua depurada a estos filtros. Otro control fundamental es el redox presente en el agua después de ser clorada: "Estamos entre los 250 y 350 mV para asegurar la desinfección total y ausencia de E. coli".

El control de la instalación se hace por SCADA, así se ve de forma rápida si hay alguna desviación que afecte el rendimiento del terciario para poder actuar y avisar los usuarios afectados:

El esquema de tratamiento terciario del EDAR de Castell-Platja d'Aro es el siguiente: filtros de arena y desinfección mediante luz ultravioleta e hipoclorito sódico. "En nuestro caso, la presencia de sales de hierro en el agua provoca una disminución de la transmitancia causando una reducción en el rendimiento de desinfección de la luz UV", puntualiza Muñoz, "a pesar de que elimina bien los clostridios y huevos de nemátodos".

Tanto la depuradora como el tratamiento terciario de regeneración es explotado de forma integral por la misma empresa concesionaria, EMACBSA. Muñoz justifica una de las ventajas de que sea así: "Somos los primeros interesados en obtener un agua de calidad del decantador secundario para no tener problemas en el terciario. Si estuviese repartido en dos explotadores costaría más de coordinar, además de la falta de incentivos por una de las partes".

En 2017, el terciario ha aportado unos 800000 m3 desglosados de la siguiente manera:

  • 300000 m3 Golf d'Aro-Mas Nou.
  • 210000 m3 Golf Costa Brava.
  • 160000 m3 Regante principal (campos de maíz).
  • 100000 m3 Comunidad de regantes del entorno de la EDAR.
  • 30000 m3 Pitch & Putt Mas Torrellas.

El agua ya regenerada es bombeada y repartida en tres líneas principales para llegar a todos estos usuarios, los cuales pagan por la gestión diaria del tratamiento terciario: reposición de cloro, analíticas de control, componentes del sistema de desinfección por UV, etc.

Al final de la visita Muñoz reflexiona sobre el valor de este agua: "Gracias a la aportación de agua regenerada el acuífero puede respirar, sobre todo en la época de verano ya que esta zona es muy turística. Pensándolo bien, el terciario hace que el agua tenga un coste razonable que, en su ausencia y en épocas de sequía prolongada, podría llegar a ser mucho más elevado".

Golf Costa Brava

Después de la visita a la EDAR me he desplazado hasta el Golf Costa Brava, en Santa Cristina d'Aro, para hablar con Benjamí Ferrer, actual greenkeeper y responsable de la gestión hídrica: "El Golf Costa Brava fue de los primeros en plantearse la opción de regar con agua regenerada debido a la evolución de los campos hacia una imagen cuidada más extensiva, más allá del espacio de juego. A partir de este momento en que se amplía este espacio de riego nos encontramos con problemas durante los veranos... los pozos de la zona ya no daban para más". También menciona la figura clave de Xavier Millet en la puesta en marcha del proyecto: "Él lo inició, construyéndose los 2 km de tubería que van desde la depuradora de Castell d'Aro hasta este golf".

Para Ferrer, lo más importante de todo es que ahora disponen de agua los 365 días del año, no tienen que sufrir por la falta de ésta y el nivel freático de la zona lo agradece, pero también hay algún inconveniente: "Los niveles de nitrógeno amoniacal elevados nos perjudican. Al final hemos optado por montar un sistema de tratamiento mediante ozono previo al riego. No es óptimo para la remoción de nutrientes pero almenos elimina el biofilm que se forma en las paredes del colector y los malos olores derivados".

Campo del Golf Costa Brava

Riego de cultivo de maíz

Joan Pijoan es el responsable de una explotación ganadera de producción de leche al por mayor. También dispone de varios campos donde planta, entre otros cereales, maíz. Desde el 2004 es usuario del agua regenerada del terciario de Castell-Platja d'Aro: "Estoy bastante satisfecho, sobre todo cuando empezamos a ver de que en verano nos quedábamos cortos de agua a pesar de disponer de varios pozos propios. De las 50 Ha de campo productivo, la mitad la regamos con agua regenerada". También me comenta la agilidad en llevar a la práctica la conexión a la red: "Fue relativamente fácil, puesto que tan sólo tuvimos que alargar un poco más el colector que ya llegaba al Golf Costa Brava, unos 3 Km", explica Pijoan. De este modo, tanto el golf como la explotación ganadera forman una mini comunidad de regantes que puede ser una buena experiencia para iniciativas futuras.

Por lo que respecta a la presencia de nitrógeno, al contrario de Ferrer, él lo ve como una ventaja al reducir el uso de nutrientes externos: "Gasto mucho menos fertilizante que cuando capto agua de pozo". Sin embargo, Pijoan también ve algún inconveniente: "La administración es muy exigente con el hecho de no pasarnos de los límites recomendables de nitrogeno a nivel ambiental, en este sentido hay margen para la mejora".

Aigua regenerada
Campos de maíz regados con agua regenerada

 

Introducción a las membranas (y V): AnMBR para riego

AnMBR
Esquema de tecnología AnMBR. Scientific Research Publishing

Para cerrar esta serie sobre membranas os presento una aplicación muy interesante. En el número de Mayo/Junio de la revista RETEMA hay un artículo sobre reutilización de agua para riego mediante membranas. Concretamente, el uso de la tecnología AnMBR permite aprovechar tres tipos de recursos: el agua, el biogás y los nutrientes. Voy a explicarlo.

La tecnología AnMBR, una evolución de la MBR, es la aplicación de tecnología de membranas en reactores de tipo anaerobio. Esta configuración es energéticamente más eficiente, ya que la ausencia de oxígeno permite un consumo mucho menor que en la tecnología de lodos activos. Además, del mismo proceso anaerobio se genera biogás mediante las comunidades bacterianas presentes en el biorreactor, una mezcla de gas metano, dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno. Finalmente, los microorganismos que llevan a cabo las reacciones anaerobias en el reactor no son capaces de oxidar ni los compuestos nitrogenados ni los fosforilados. Esto último que sería una desventaja en comparación con otros sistemas que sí eliminan nutrientes se convierte en una oportunidad. El agua depurada resultante, al estar enriquecida con nitrógeno y fósforo puede ser utilizada para riego de cultivos.

AnMBR Comparativa
RETEMA

Aprovechando la importancia que la Comisión Europea da a la economía circular, esta tecnología toma una dimensión muy interesante para afrontar los retos planteados:

  • Evitamos el consumo de agua potable para regadío sustituyéndola por agua regenerada proveniente de aguas residuales urbanas.
  • Reducimos el consumo de fertilizantes aprovechando el enriquecimiento en nutrientes de este agua alternativa.
  • Utilizamos el biogás para el autoconsumo de las instalaciones, avanzando hacia la sostenibilidad económica y energética.

Viendo esta gráfica, queda claro que almenos en España la tecnología AnMBR tiene un gran potencial:

Gràfic consums d'aigua
RETEMA

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Sobre la reutilización de agua

Aigua Port de la Selva
Agua regenerada para recarga de acuífero, en Port de la Selva. Font: Blog de Lluís Sala

La climatología del Mediterráneo, caracterizada por una baja pluviometría combinada con periodos de sequía nos indica la necesidad de desarrollar líneas de actuación que permitan avanzar en la reutilización de agua. Si pensamos en los efectos positivos de esta reutilización veremos que, por un lado la recuperación de agua depurada permite aumentar de forma neta este recurso en las zonas costeras y por otro lado puede sustituir el uso de agua potable en las zonas del interior.

El RD 1620/2007 sobre reutilización de aguas depuradas ha sido hasta ahora la base para trabajar en esta materia, y distingue entre tres tipos:

· Aguas depuradas: las aguas residuales que han sido tratadas para adaptarse a la calidad exigida por la normativa de vertidos.

· Aguas regeneradas: aguas depuradas las cuales han sido sometidas a un tratamiento adicional para adecuar la calidad según el uso final: riego de jardines o cultivos, agua de proceso industrial, riego de campos de golf o recarga de acuíferos.

· Aguas recicladas: agua que se utiliza más de una vez en el mismo lugar antes de ser vertida al ciclo hídrico.

Y qué tipo de tratamientos hay actualmente para poder regenerar una agua depurada?

TRATAMIENTO FÍSICO-QUÍMICO

La más utilizada en España, elimina materia en suspensión y reduce la turbidez. Consiste en añadir coagulantes y floculantes para agregar las partículas y eliminarlas mediante un decantador o flotador. Para reducir el tiempo de decantación se le puede añadir un lastre en forma de partículas de arena, es el caso del sistema Actiflo:

actiflo
Proceso Actiflo de Veolia.

FILTRACIÓN

En este caso eliminaremos sólidos en suspensión de hasta 0,01 mm de medida y huevos de nemátodos parásitos. Esta operación se hace mediante filtros de arena, tamices, telas o membranas, dependiendo del uso que haremos a posteriori. En este tratamiento hay que proceder de forma habitual a contralavados para mantener la eficacia de los filtros, de forma que si se quiere operar en continuo debe existir una segunda línea. Como alternativa se pueden montar filtros con recirculación de arena, con autolavado a partir del mismo proceso, para no tener que parar:

DESINFECCIÓN

Esta se combina con los tratamientos anteriores para acabar de afinar el agua a reutilizar. Las tecnologías más usadas son:

  • Ozonización: es muy eficiente pero tiene una vida corta en el agua, unos 20 minutos.
  • Cloración: menos eficiente que el ozono pero con una vida más larga, entre 2 y 3 horas.
  • Luz ultravioleta: la desinfección por UV se basa en la emisión de radiación para inhibir el material genético de virus y bacterias. No produce subproductos como en el caso del cloro y se suele combinar con este para reducir la dosis a aplicar.

Actualmente con estos tratamientos se consigue una agua regenerada de calidad. La reutilización de agua regenerada para uso potable necesitará de algo más que simples actualizaciones reglamentarias, yo hablaría de cambio de mentalidad de la sociedad, un reto nada fácil pero que tarde o temprano tendremos que afrontar viendo la creciente escasez hídrica en el sur de Europa.

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Proyecto OMBReuse

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Osmosis Directa (FO). Spectrum.ieee.org

El proyecto OMBReuse pretende reducir los costes de producir agua potable para la reutilización directa manteniendo la calidad y seguridad en el consumo.

Este proyecto queda reflejado en un artículo conjunto escrito por el LEQUIA y el ICRA en la revista RETEMA (Ene-Feb 2016) y hace referencia a las opciones que tenemos para poder obtener agua potable a partir de agua de mar, salobre o residual; es decir, a partir de aguas de difícil potabilización y que hace poco no eran consideradas ni un recurso.

Se habla de desalinización, regeneración, reutilización indirecta y directa de agua potable. En este último caso se comenta la obligación de instalar una barrera múltiple como puede ser un biorreactor de membrana (MBR) seguido de una ósmosis inversa (RO) y una desinfección (luz UV, ozono, cloración), para obtener una agua segura y de calidad para su consumo con la contrapartida de costes parecidos a las de la desalinización, 0,5-1€/m3.

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MBR acoplado a Osmosis Inversa. Esquema publicado por Sunmanyang

Como ya he comentado al inicio de esta entrada, el proyecto quiere reducir los costes de producción de agua potable para la reutilización directa manteniendo la calidad y seguridad en el consumo. Y es aquí donde entra en acción la Ósmosis Directa (FO).

La FO ya ha sido probada a escala de laboratorio y piloto, y a diferencia de la RO la obtención del permeado se produce por diferencia de gradiente de salinidad entre los dos lados de la membrana. Una solución de alta salinidad o “solución extractora” forma parte del sistema empleado, la cual se mezcla con el agua residual para entonces ser separada por la RO convencional. En este sentido, y debido a que el sistema utiliza la doble barrera (FO+RO) se podría aplicar a la reutilización como agua potable.

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OMBR. Esquema de la revista Environmental Science

Aplicada en el contexto de los MBR, la novedad que nos aporta el proyecto OMBReuse es la sustitución en el reactor de las membranas convencionales por las de ósmosis directa, consiguiendo unas elevadas tasas de eliminación de contaminantes además de una disminución del ensuciamiento. En definitiva, nos sigue aportando agua de alta calidad pero a un menor coste. Este nuevo esquema de depuración ha recibido el nombre de OMBR (Osmotic Membrane Bioreactor) y tiene un futuro prometedor, aunque aún quedan algunos inconvenientes por resolver, por ejemplo el rendimiento de la solución extractora.

fo
Fundamentos de la osmosis directa. Imagen de Porifera

Vistas las ventajas de la FO, la acumulación de sales en el reactor biológico y la posterior validación a escala real serían los principales retos a superar. Por lo que respecta al aumento de salinidad, los microorganismos del reactor se ven afectados, provocando inestabilidad en el proceso.

Finalmente, considerando los ejes fundamentales del proyecto MBReuse, estos serían:

  • Optimización del proceso de membranas.
  • Evaluación del beneficio de usar 2 membranas densas (FO y RO) como concepto de doble barrera.
  • Evaluación de la problemática del ensuciamiento en comparación con MBR convencionales.
  • Desarrollo de herramientas de control para la concentración de sales y optimización de operación y limpieza.
  • Desarrollo de un sistema de ayuda a la decisión para integrar la OMBR en el esquema de tratamiento de aguas residuales en ámbito local.

Este proyecto empezó en 2015 y tiene una duración de 2 años, así que próximamente sabremos los resultados de toda la experiencia acumulada.

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