Sistemas multibarrera para la reutilización potable

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  • Bastidores de membranas de ultrafiltración de la planta desaladora de Qingdao, China
    Bastidores de membranas de ultrafiltración de la planta desaladora de Qingdao, China
  • Los proyectos de reutilización avanzada más emblemáticos emplean tratamientos en configuración multibarrera. En la reutilización con fines potables, la incorporación de las últimas innovaciones en procesos de filtración por membrana y oxidación avanzada consiguen excelentes rendimientos operativos a costes competitivos, abordando el presente y futuro de la reutilización sostenible.

Sobre la Entidad

Abengoa
Compañía internacional sevillana especializada en los sectores de la energía y el medioambiente, que desarrolla su negocio a través de las actividades de ingeniería y construcción, infraestructuras de tipo concesional y producción industrial. 

Publicado en:

iAgua Magazine Nº 4
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En las plantas de tratamiento avanzado de aguas residuales para usos de regeneración ambiental (reinyección de acuíferos, barreras de intrusión salina, etc.) o para usos de reutilización potable indirecta (RPI) y directa (RPD), la configuración multibarrera es la más extendida. El enfoque multibarrera para la regeneración de aguas debe visualizarse como un sistema secuencial de procesos que previenen la contaminación a través de diferentes tratamientos (barreras) hasta asegurar un agua de excelente calidad. 

La integración de las tecnologías de filtración por membrana en los tratamientos multibarrera aumenta la robustez y eficacia del tratamiento, así como la sostenibilidad del proceso a largo plazo. En particular, tecnologías como los bioreactores de membranas (MBR) y la ósmosis inversa (OI), acoplados a otros procesos de oxidación avanzada (POA), están en una posición inmejorable para ofrecer importantes beneficios en la reutilización, sobretodo comparado a los tratamientos terciarios convencionales. Los MBR son más eficaces en la eliminación de compuestos orgánicos, nutrientes, e incluso los llamados contaminantes emergentes (CEs). También obtienen un agua idónea para su alimentación directa a un sistema de OI, la cual asegura la separación casi absoluta de sales, materia orgánica y patógenos de manera constante. Por último, los POA llevan a cabo la oxidación final de aquellos contaminantes persistentes, produciendo un agua de calidad superior a la requerida para usos potables.

A medida que aumenta el número de plantas de reutilización potable en todo el mundo - bajo un marco legislativo previsiblemente más restrictivo y una mayor concienciación sobre los micro-contaminantes- la simplicidad y robustez del tren multibarrera propuesto constituye una solución fiable, económica y efectiva para cumplir con los estándares requeridos para asegurar la regeneración sostenible de un recurso natural tan vital como el agua.  

1ª Barrera: Bioreactores de Membranas (MBR)

Una reputada alternativa a los sistemas de filtración terciarios son los bioreactores de membrana (MBR), que incluyen el proceso biológico y la micro/ultrafiltración funcionando como una sola unidad de tratamiento. Los sistemas MBR proporcionan un efluente con baja concentración orgánica, nutrientes, y sólidos, lo cual permite su reutilización directa en multitud de usos (ej. riego, refrigeración y agua de proceso). También producen un efluente apto para alimentar directamente un sistema de osmosis inversa (SDI<3).

Durante la última década, los MBR han dado pasos significativos hacia la excelencia energética. Los fabricantes, han mejorado los diseños de los módulos de membranas, y sus estrategias de operación, enfocándose en la reducción del consumo energético. La aparición de un elevado número de proveedores también ha derivado en unos costes de inversión muy competitivos frente a las tecnologías convencionales.

Las innovaciones más recientes destacan una notable mejora de los sistemas de aireación para la limpieza de las membranas, que hasta ahora podía suponer entre un 20-40 % del consumo total de un sistema MBR. Adicionalmente, gracias a las mejoras en el diseño de reactores, y en técnicas de control y operación, hoy día se observan consumos específicos que reducen un 50 % los de hace una década(i).

2ª Barrera: Ósmosis inversa (OI)

El empleo de la osmosis inversa en la reutilización potable aporta numerosas ventajas en una sola unidad de tratamiento, facilitando el rechazo casi total de la materia orgánica disuelta, sales, subproductos químicos y biológicos, incluyendo la eliminación de un elevado porcentaje de micro-contaminantes. Hoy en día, la tecnología de OI aplicada a aguas de baja salinidad como las residuales ofrece numerosas opciones que permiten optimizar los costes de operación.

Bastidores de membranas de ósmosis inversa de la planta desaladora de Almería

Las innovaciones en la OI destacan por el desarrollo de membranas de mayor permeabilidad y con menor tendencia al ensuciamiento, que a su vez se traduce en un menor consumo energético y de químicos, así como una vida prolongada de las membranas. Recientemente, también han aparecido membranas que incorporan nanopartículas en su estructura. Estas nanomembranas destacan por sus propiedades anti-microbianas y una reducida tendencia a la adsorción orgánica, con incrementos de permeabilidad de hasta 40 % respecto a las membranas de poliamida comúnmente empleadas en desalación.

Otras configuraciones de sistemas de OI que han demostrado reducir significativamente la factura eléctrica son los sistemas híbridos y los sistemas en ciclo cerrado, ambos de creciente aplicación en aguas municipales e industriales de reducida salinidad (i).

3ª Barrera: Procesos de Oxidación Avanzada (POA)

La idoneidad de los POA como última barrera para la eliminación de trazas orgánicas y micro-contaminantes en la regeneración de aguas es incuestionable.

Los POA se benefician de la combinación sinérgica entre un oxidante (ej. H2O2, Cl2, O3) y una fuente de energía catalizadora (ej. UV) para una máxima producción de radicales hidroxilo, con alta capacidad oxidante. Una de las mayores limitaciones de estos procesos es la presencia de especies dispersantes (como cloruros, carbonatos, materia orgánica), por lo que los POA se benefician directamente del bajo contenido de especies orgánicas y baja turbidez del efluente procedente de un MBR, así como de la elevada transmitancia y bajo contenido en sales del permeado de la OI. 

Los POA también pueden mejorar el rendimiento global de los tratamientos multibarrera, al emplearse como una etapa previa o intermedia de oxidación. Su aplicación previa al tratamiento biológico aumenta la biodegradabilidad de algunos compuestos difíciles de degradar, con la ventaja de que los sub-productos generados son tratados en el propio sistema biológico. En una etapa intermedia, los POA pueden reducir el ensuciamiento de las membranas, optimizando los costes de operación. En la actualidad, hay un enorme interés científico en los POA y sus posibles combinaciones, siendo los basados en ozono y en dióxido de titanio los que auguran mayores innovaciones en esta etapa crucial del tratamiento avanzado (i).

Conclusiones

Los beneficios y ventajas de los tratamientos basados en membranas acoplados a procesos de oxidación avanzada para la regeneración de agua están ampliamente validados en sistemas en operación. Las tecnologías de membranas ofrecen cada vez una mayor capacidad de rechazo frente a contaminantes peligrosos, y costes cada vez más competitivos. Las innovaciones en los POA con nuevos oxidantes, catalizadores y sistemas, sugieren que la eliminación de los contaminantes emergentes también es posible con menor impacto económico y medioambiental.

Si todos los aspectos económicos de la reutilización potable se incluyen en el análisis del ciclo de vida (incluyendo obra civil, recolección y distribución, precio del terreno, etc.), la simplicidad de los tratamientos multibarrera MBR-RO-POA puede jugar un papel destacado en los grandes proyectos de reutilización.  

Reutilización avanzada: un nuevo recurso

La reutilización avanzada del agua para usos potables y no potables, puede aliviar e incluso solventar las situaciones de sequía extrema que pone en peligro el suministro de agua para millones de personas. Al mismo tiempo, los elevados costes de la reutilización en extensiones geográficas cada vez mayores, sumado a la contrastada fiabilidad que aportan las tecnologías de tratamiento actuales, sugieren que la reutilización directa es hoy día una realidad factible, que ofrece las mayores garantías para el suministro continuo de agua potable. Así lo constatan también las agencias del agua con mayor experiencia (EEUU, Singapur, Sudáfrica, Australia, etc.) y sus macro-proyectos de reutilización avanzada.

La reutilización directa supone una drástica reducción de los costes de inversión y operación asociados a la tradicional reinyección en acuíferos o embalses, pues eliminan las costosas infraestructuras de conducciones duales y sus bombeos asociados.  Adicionalmente, los tratamientos multibarrera en la reutilización directa -que incluyen tecnologías como la MF/UF, MBR y OI – son capaces de conseguir agua de calidad incluso superior a la recomendada por la Organización Mundial de la Salud (OMS), lo que ayudará sin duda a contar con el apoyo ciudadano para la implementación de estos proyectos.

La reutilización potable juega desde ahora un papel destacado en el sector del agua. Para conseguir una sostenibilidad del ciclo integral del agua para las futuras generaciones, las empresas deberán contribuir con su experiencia en las tecnologías de membrana y potabilización, aportando su conocimiento y capacidad de innovación tecnológica para hacerlo con el menor impacto técnico-económico posible.

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