La regeneración y reutilización del agua en Camp de Tarragona

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  • regeneración y reutilización agua Camp Tarragona
    Estación regeneradora de agua del Camp de Tarragona para la reutilización en usos industriales en el Polo Químico de Tarragona

Sobre el blog

Veolia Water
Veolia Water Solutions & Technologies (VWS), División Tecnológica de Veolia Water, cuenta con una experiencia acumulada de más de 100 años en el tratamiento de agua.
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1. Introducción

 

El proyecto de regeneración y reutilización de agua de Camp de Tarragona se emplaza en la provincia de Tarragona, en la costa mediterránea catalana. En esta zona conviven actividades económicas de muy diverso signo. Por una parte, hay una gran actividad turística, con localidades como Salou (que recibe dos millones de turistas cada año) y centros recreativos como Port Aventura (con tres millones de visitas anuales). Por otra, hay ciudades importantes, de población estable y con una gran tradición comercial, como Reus o Tarragona. Y finalmente, existe un gran polo de industria química, creada alrededor de una de las principales refinerías del sur de Europa y apoyada en un gran puerto comercial, el Puerto de Tarragona, que con un tráfico anual de unos 30 millones de toneladas es el quinto en el ranking español. El desarrollo de todas estas actividades, concentradas en un área de menos de 200 km2 y con recursos hídricos escasos e irregulares, ha venido siempre marcado por la escasez de agua. Esta escasez llegó a ser perentoria durante los años 70 y 80, con una grave sobreexplotación de los pozos que llevó a una salinización de las aguas subterráneas, a la necesidad de realizar cortes de suministro en las ciudades e incluso al transporte de agua con barcos.

La situación cambió radicalmente con la entrada en servicio, en el año 1989, de un trasvase de agua procedente del los canales de riego del Delta del Ebro, recuperada mediante la impermeabilización de los mismos. A partir de este momento, el agua del Ebro permitió garantizar el abastecimiento de los ayuntamientos y las industrias de la provincia. Estos usuarios forman conjuntamente el Consorci d’Aigües de Tarragona (CAT).

Una parte muy importante del caudal del CAT consumido por la industria podía ser sustituido en el futuro por agua regenerada.

Desde entonces, la red del CAT ha ido extendiéndose a otros municipios cercanos que sufrían también problemas de desabastecimiento, al tiempo que crecían las demandas de los municipios que formaban el ámbito inicial. Hoy el sistema de abastecimiento desde el Ebro está integrado por 72 municipios y 34 industrias. Sus consumos presentan una marcada estacionalidad y el caudal máximo ya se aproxima, en verano, a la capacidad del sistema. Por ello, no se pueden comprometer nuevas demandas en verano, lo que sin duda llegaría a ser un freno a medio plazo al desarrollo económico de una zona que, de acuerdo con la planificación territorial, debe ser en el futuro un área de descongestión de la metrópolis de Barcelona. Esta limitación no puede resolverse mediante un incremento de los caudales transferidos desde el Ebro, dadas las dificultades técnicas (toda la infraestructura está diseñada para el caudal concedido, de 4 m3/s) y de índole social (la transferencia, pese a generar beneficios ambientales y económicos tanto en la zona de origen como en la de destino, no ha estado nunca exenta de polémica).

Se plantea así la necesidad de adoptar, simultáneamente, estrategias de gestión de la demanda y de aportación de nuevos recursos hídricos. Dentro de estas segundas se enmarca el proyecto de reutilización que nos ocupa. El objetivo de este proyecto es reutilizar las aguas depuradas procedentes de dos estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas, que tratan las aguas residuales de Tarragona, Vila-seca y Salou, aguas que hoy se depuran y se vierten, en su mayor parte, al mar Mediterráneo. Este proyecto permite recuperarlas, por medio de un avanzado tratamiento de regeneración, y utilizarlas una segunda vez para usos industriales en los polígonos petroquímicos cercanos. De este modo, las industrias podrán liberar una parte de los caudales de agua potable que hoy utilizan, dejándolos a disposición de las poblaciones abastecidas por el sistema CAT. Esta liberación contribuirá a superar las limitaciones que actualmente sufre el sistema. Se trata, en definitiva, de incrementar los recursos disponibles dando un segundo uso al agua transferida des del Ebro.

La concepción del proyecto y su ejecución han sido desarrolladas por la Agencia Catalana del Agua, que es el organismo de la Generalitat que aúna las competencias autonómicas en asuntos de agua.

 

2. Caracterización de la demanda de agua

 

El consumo de las industrias del CAT es de unos 27,7 hm3 al año, mientras que el consumo de los ayuntamientos es de unos 43,0 hm3 anuales (2009). Estos consumos siguen pautas diferentes a lo largo del año: mientras el uso industrial es casi constante, el uso urbano muestra una marcada estacionalidad (fig. 1).

La primera etapa del proyecto consistió en determinar qué parte de este uso industrial era susceptible de ser alimentada con agua regenerada, en sustitución del agua potable del CAT utilizada hasta ese momento. A tal fin, se estableció en 2006 un convenio de colaboración entre las industrias (representadas por medio de la Asociación Empresarial Química de Tarragona), el CAT y la Agencia Catalana del Agua. Durante el estudio se consultó a las diferentes industrias, y se analizaron sus procesos internos.

Como resultado, se determinó una demanda potencial de agua regenerada de 20 hm3/año, gran parte de los cuales se destinarían a la alimentación de torres de refrigeración. Por consiguiente, una parte muy importante del caudal del CAT consumido por la industria podía ser sustituido en el futuro por agua regenerada. A partir de esta demanda potencial se definieron las tres fases del proyecto, con objeto de ir incrementando la sustitución a medida que fuera necesario liberar agua para los ayuntamientos (con caudales totales 6,8 hm3/año, 10,5 hm3/año y 20 hm3/año).

 

3. Requisitos de calidad

 

Los criterios de calidad para el agua regenerada establecidos para este tipo de uso industrial son parámetros de calidad de agua habituales y otros más específicos para sistemas de agua de refrigeración. El agua regenerada para torres de refrigeración debe cumplir con los requisitos del RD 1620/2007 y especificaciones para los sistemas de refrigeración de acuerdo con las condiciones de operación. Por ello a los parámetros de calidad requeridos por RD1620/2007 para uso industrial, deben considerarse amoniaco, fosfatos, DBO, TOC, DQO, conductividad eléctrica, cloruro, sulfato, calcio y alcalinidad como parámetros adicionales. Las especificaciones de calidad de agua establecidas por las industrias petroquímicas para torres de refrigeración incluyen específicamente una concentración máxima de amoníaco de 0,8 mg/L en agua regenerada. Esta limitación se ha convertido en el parámetro de diseño crítico para el proceso de regeneración. Las concentraciones de amoníaco en los efluentes secundarios de la EDAR de Tarragona y de la EDAR Vila-seca y Salou son normalmente superiores a 35 mg/L y para garantizar el cumplimiento de este límite de calidad del agua regenerada, fue necesario adoptar un sistema de ósmosis inversa (RO) de doble paso como parte del proceso de regeneración de agua.

 

4. Selección del proceso

 

El estudio de la regeneración de aguas residuales depuradas es un hecho necesario debido a la escasez general de agua en la geografía española. Desde el proyecto de demostración DEREA en Canarias (DEmostración en REutilización de Aguas, 1994/95) se han llevado a cabo diversas experiencias a escala de proyecto de demostración y muchas instalaciones de regeneración de aguas residuales depuradas han entrado en servicio presentando un nuevo escenario en el campo de la regeneración y reutilización del agua (Iglesias, 2005).

En las instalaciones con ósmosis inversa, ha existido la tendencia a utilizar pretratamientos basados en tecnologías de membrana (microfiltración/ultrafiltración) en detrimento de las tecnologías convencionales (fisicoquímicos, filtración). La operación de estas instalaciones de ósmosis inversa con diversidad de pretratamiento, ha proporcionado un gran conocimiento y la optimización de los diseños de las plantas (AEAS, 2006). Entre las experiencias recogidas ha aparecido una cuestión principal: la influencia de la calidad y la variabilidad del efluente secundario en la operación del pretratamiento y por tanto de la ósmosis inversa. 

El acuerdo consiste, básicamente, en que la administración (Agencia Catalana del Agua) construye el sistema de reutilización y cede su uso a la industria durante 25 años. 

La promulgación del RD 1620/2007 (Ministerio de la Presidencia, 2007) y su aplicación ha comportado una revisión de las tecnologías disponibles en la regeneración de agua en función de los usos previstos en él por parte del CEDEX (Iglesias et al, 2009).
Dentro de este contexto, la Agencia Catalana del Agua (ACA) adjudicó a la UTE GPO Ingeniería S.A.- Asesoría Técnica y Control S.A., el proyecto del tratamiento terciario de las aguas residuales de Tarragona y Vila-seca y Salou, para la reutilización en las industrias del Camp de Tarragona. Dentro de los trabajos incluidos en el contrato anterior, se incluyó el proyecto de demostración de regeneración de las aguas. Se seleccionó para realizar el proyecto de demostración la EDAR de Tarragona, gestionada por EMATSA.

 

5. Proyecto de demostración

 

Para establecer el diseño final del proceso de regeneración de agua, la Agencia Catalana del Agua patrocinó un proyecto de demostración dirigido para documentar la eficacia y la fiabilidad de un proceso avanzado capaz de producir agua regenerada cumpliendo con las especificaciones de la industria petroquímica para sus sistemas de agua de refrigeración. El proyecto de demostración se llevó a cabo en la EDAR de Tarragona entre mayo de 2008 y febrero de 2009.

El pretratamiento fisicoquímico previo a la ósmosis inversa fue diseñado incluyendo los siguientes procesos unitarios: coagulación-floculación y decantación lastrada combinada con filtro de mallas Discfilter (Sanz et al., 2007) y una filtración multicapa en serie. El sistema de ósmosis inversa de doble paso incluía una configuración de dos etapas con un total de 18 elementos de diámetro 4 pulgadas, operando con una conversión del 75% en el primer paso. El permeado se desinfectó con peróxido de hidrógeno manteniendo el cloro como una opción alternativa. El sistema de ósmosis inversa fue operado utilizando dos tipos diferentes de elementos de la familia de membranas resistentes al ensuciamiento (FR y XFR de Dow) en dos fases diferenciadas del proyecto de demostración.

Todas las determinaciones analíticas requeridas por las especificaciones industriales y por el RD 1620/2007 fueron realizadas por un laboratorio de análisis independiente, acreditado por ENAC y de acuerdo con la norma ISO 17025 durante toda la duración de proyecto de demostración. Los resultados de los análisis microbiológicos del afluente indicaron que la Legionella spp estuvo siempre por debajo del límite analítico de cuantificación (2000 UFC/L) y que la concentración de huevos de helmintos parásitos estuvo siempre por debajo de 1 huevo/10 L.

El usuario que debe aceptar el agua regenerada a menudo no percibe que vaya a obtener una ventaja clara en la operación.

El agua regenerada después del primer paso de ósmosis inversa presentó una concentración de amonio superior al límite fijado en 0,8 mg/L. Este incumplimiento estaba de acuerdo con las proyecciones previas y justificó la necesidad de un segundo paso de ósmosis inversa para alcanzar el límite requerido. La concentración de DBO5 cumplió con sus especificaciones en el percentil 50 de los casos, pero no en el percentil 90 y así también precisó un segundo paso, de manera similar al amonio. Los restantes parámetros fisicoquímicos cumplieron con las especificaciones de calidad requerida. Los resultados de los análisis microbiológicos de permeado indicaron que: 1) Legionella spp estuvo por debajo del límite analítico de cuantificación (30 UFC/L) para las muestras desinfectadas y no desinfectadas y 2) huevos de helmintos parásitos fue siempre inferior al límite de huevo 1/10 L, igual que el afluente a la planta de demostración. Los resultados experimentales confirmaron claramente la necesidad de incluir un segundo paso de ósmosis inversa para asegurarse de que el límite de la concentración de amonio aplicable se alcanzaba con fiabilidad superior al percentil 90. El permeado del segundo paso tenía DBO5 menor de 3 mg O2/L, carbono orgánico total inferior a 1 mg C/L y conductividad eléctrica de 29,4 µS/cm (percentil 90).

 

6. Planteamiento del intercambio de agua

 

El acuerdo consiste, básicamente, en que la administración (Agencia Catalana del Agua) construye el sistema de reutilización y cede su uso a la industria durante 25 años. A cambio, la industria renuncia a un caudal equivalente de agua procedente de otras fuentes. La parte más compleja de una operación de intercambio suele ser la negociación con los usuarios a los que se propone cambiar sus derechos de agua potable por derechos de agua regenerada. Ello es debido a que la sustitución se hace en beneficio de un tercero (el abastecimiento urbano o la buena salud ecológica del medio natural) y el usuario que debe aceptar el agua regenerada, normalmente un agricultor o una industria, a menudo no percibe que vaya a obtener una ventaja clara en la operación. En este proyecto, sin embargo, las personas designadas por las empresas para negociar los acuerdos fueron conscientes desde el principio de los diferentes aspectos involucrados en el acuerdo y de los beneficios, algunos intangibles, relacionados con el intercambio. Y también, lógicamente, de los riesgos que existen a la hora de cambiar una fuente de suministro que ha funcionado sin problemas durante más de veinte años por una nueva fuente, en una operación con pocos precedentes. Los acuerdos entre la administración y los usuarios industriales se plasmaron en el convenio firmado el día 30 de julio de 2010, entre las partes siguientes:

  • Por parte de la Administración, el Departamento de Medio Ambiente y Vivienda (representación institucional) y la Agencia Catalana del Agua (representación operativa)
  • Por parte de las industrias, la Asociación Empresarial Química de Tarragona (representación institucional) y la empresa Aguas Industriales de Tarragona, SA (representación operativa). Esta empresa (AITASA) es propiedad de las propias industrias químicas, que le tienen encomendados diversos servicios colectivos, entre los que a partir de ahora estará también la explotación del sistema de reutilización.

Los acuerdos definen las responsabilidades de cada una de las partes en la explotación del sistema, y distribuye los diferentes riesgos de la operación, de manera que éstos queden asumidos por quien mejor puede gestionarlos.

 

7. Estación de Regeneración

 

Las obras se iniciaron en el mes de noviembre de 2009, finalizaron en julio de 2011 y seguidamente se puso en marcha para cumplir con el periodo de pruebas de rendimiento entre septiembre y octubre de 2011. La ejecución se dividió en tres proyectos, adjudicados a empresas distintas: las conducciones hasta la planta de tratamiento, la propia planta y las conducciones de distribución hacia los polígonos.

El objetivo de este proyecto de intercambio de agua es aumentar la disponibilidad de las fuentes de agua para usos urbanos en Tarragona. 

En esta primera fase ejecutada la capacidad de producción es de 6,8 hm3 anuales. En una segunda fase, mediante una simple ampliación de los equipos instalados, podrá alcanzarse una producción total de 10,5 hm3/año. La tercera fase, a un futuro más lejano, precisará de una mayor inversión: será necesario incrementar el caudal de agua depurada a tratar incluyendo en el sistema una tercera depuradora (EDAR de Reus), ampliar la obra civil de la planta y, finalmente, instalar los nuevos equipos. Las conducciones de distribución hacia las industrias, en cambio, no tendrán que ser ampliadas ya que se han diseñado desde el principio para el caudal final.

Una vez finalizado el periodo de pruebas de rendimiento, la planta ha sido explotada por el adjudicatario durante un período de un año a un coste de explotación de 0,4123 €/m3 (del que un 17% es fijo y un 83% variable), aunque en su mayor totalidad la operación y mantenimiento se ha centrado en la hibernación de la misma hasta el inicio de un nuevo periodo de producción en septiembre de 2012. Al finalizar el primer año de explotación y con la planta en producción para varias industrias del polo químico, la Agencia Catalana del Agua ha cedido la planta para su utilización por AITASA, de acuerdo con lo previsto en el convenio. Desde noviembre de 2012 AITASA produce agua regenerada para su consumo en diferentes industrias y tiene previsto alimentar en verano de 2013 una cadena de desmineralización con el agua regenerada para la producción de agua de alimentación a calderas de alta presión en una planta de cogeneración.

 

8. Conclusiones

 

El objetivo principal de este proyecto de intercambio de agua es aumentar la disponibilidad y fiabilidad de las fuentes de agua para usos urbanos en la provincia de Tarragona. Se logrará por los usuarios industriales al renunciar a una parte importante (del 24% al 70%) de sus actuales caudales de agua superficial (28 hm3/año), y el intercambio con caudales de agua regenerada equivalente producidos a partir de los caudales de salida de las EDAR cercanas (Tarragona y Vila-seca y Salou).

Para determinar experimentalmente la viabilidad técnica y económica de este proyecto de regeneración de agua se realizó un proyecto de demostración durante casi un año. El requisito de la concentración de amonio para la alimentación de los sistemas de enfriamiento de 0,8 mg/l fue el factor limitante principal para el diseño del proceso de regeneración y conllevó la necesidad de incluir un proceso de ósmosis inversa de doble paso. El proceso de tratamiento físico-químico (coagulación-floculación y sedimentación lastrada, filtración de discos y filtración en serie) seguido del proceso de ósmosis inversa de doble paso cumplió satisfactoriamente con los requisitos de calidad de agua regenerada respecto a la normativa de reutilización de agua RD 1620/2007 y a los requerimientos específicos de los usuarios industriales para alimentar los sistemas de refrigeración. 

El acuerdo de intercambio de agua establecido entre la Generalitat y los usuarios industriales de Tarragona proporcionará agua regenerada para las industrias petroquímicas a cambio de la cesión de los caudales de agua superficial suministrados por el Consorcio de Aguas de Tarragona (CAT). Los usuarios industriales tendrán agua nueva, libre de la competencia y los conflictos con los usuarios urbanos, evitando así un posible conflicto en un futuro cercano, cuando el sistema del CAT llegue a su capacidad máxima de transferencia de agua. Los usuarios urbanos actuales mejorarán su disponibilidad de agua y la fiabilidad, especialmente aquellos que no han suscrito las asignaciones adecuadas de agua en la década de 1980. Eventualmente, estos municipios se verían obligados a buscar nuevas fuentes de agua (principalmente por la desalinización de agua marina) para asegurar la aprobación de su ordenamiento territorial, ya que la disponibilidad de agua es un requisito previo para su aprobación oficial.

El acuerdo final describe las responsabilidades de cada parte para la operación y mantenimiento de la regeneración del agua y del sistema de reutilización y asigna los diferentes riesgos operacionales para que cada parte asuma la que puede gestionar mejor. La capacidad de producción de agua regenerada del sistema es de 6,8 hm3/año una vez concluida la primera fase de construcción y las pruebas de rendimiento en octubre de 2011. La segunda fase requerirá una futura expansión de los equipos instalados para llegar a una capacidad de regeneración de agua de 10,5 hm3/año. En la tercera fase del proyecto de reutilización, en un futuro más lejano, la capacidad de regeneración de agua alcanzará su capacidad máxima de 20 hm3/año.

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