Innovaciones en el tratamiento de aguas residuales: Biotecnología y Electroquímica

El tratamiento de aguas residuales dual con biotecnologia y electroquímica. Hoy en día, las estaciones de depuración de aguas residuales (EDARs) limpian las aguas residuales para poder devolverlas al medio ambiente, tratándolas como un residuo y destinando muchos recursos, tanto energéticos como económicos, en su depuración. En últimos años, se ha incrementado la investigación y […]

El tratamiento de aguas residuales dual con biotecnologia y electroquímica.

Hoy en día, las estaciones de depuración de aguas residuales (EDARs) limpian las aguas residuales para poder devolverlas al medio ambiente, tratándolas como un residuo y destinando muchos recursos, tanto energéticos como económicos, en su depuración.

En últimos años, se ha incrementado la investigación y el desarrollo sobre tecnologías innovadoras que permiten recuperar recursos del agua residual, al mismo tiempo que se lleva a cabo la depuración.

Estas tecnologías aplicadas en las estaciones depuradoras además, se han ido mejorando para aumentar su rendimiento y, así, disminuir los consumos energéticos.

Así, se está produciendo un cambio de paradigma que consiste en dejar de considerar las EDARs como plantas de tratamiento de aguas residuales, a considerarlas plantas para extraer recursos.

¿Qué es la biotecnología?
En el Convenio sobre la Diversidad Biológica de las Naciones Unidas, se define la biotecnología a toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados, para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos.

Dentro de estas tecnologías encontramos los sistemas bioelectroquímicos (BES) que son la sinergia y combinación de un proceso biológico con uno electroquímico, en un mismo reactor, permitiendo mejorar el rendimiento de los procesos actuales, en este caso específico, del tratamiento de aguas residuales, desde un punto de vista de especificidad y eficiencia energética y también abre la puerta a la recuperación de recursos.

Esquema de celda (BES)
En otras palabras, se acoplan dos ciencias en el tratamiento de aguas residuales industriales: la electroquímica y la biotecnología, integrando electrodos dentro de reactores biológicos, para recuperar recursos contenidos en el agua residual.

Las tecnologías BES integran electrodos (ánodo y cátodo) dentro de reactores biológicos.
Mediante microorganismos (compuestos orgánicos) adheridos sobre los electrodos, las BES catalizan diferentes reacciones de oxidación y reducción para recuperar/valorizar los recursos contenidos en el agua residual.

Los electrones que resultan de esta oxidación son transferidos al ánodo y utilizados para producir energía eléctrica

La nueva revolución industrial con biotecnología
La principal aplicación de la biotecnología es la eliminación o limpieza de la contaminación a través de estrategias más limpias y menos costosas, comparadas con los métodos tradicionales de remediación físico-química.

Este nuevo grupo de tecnologías innovadoras, suponen un menor consumo de recursos asociado a su operación.

Los campos de aplicación, tal como se han recogido en el texto, incluyen tanto la recuperación de energía y nutrientes, como la eliminación de contaminantes o la conversión de energía eléctrica en metano, entre otros.

Actualmente, aunque se haya llegado a probar a escala piloto en EDARs, no se ha demostrado su viabilidad tecno-económica. No obstante, si ésta se consiguiese, permitiría disminuir la energía consumida en procesos de depuración de aguas residuales y, por lo tanto, aumentar la sostenibilidad del proceso.

¿Cómo la biotecnología está transformando el sector industrial?
La biotecnología se puede aplicar para tratar aguas y suelos, depurar aguas, efluentes gaseosos y de las aguas negras municipales, en diferentes ámbitos industriales (agroindustria, industria alimentaria, alguna petroquímica…)

La tecnología BES también analiza la viabilidad de utilizar los productos recuperados como fertilizantes para la agricultura y la reutilización del agua tratada, mediante la recuperación de nitrógeno amoniacal presente en las aguas negras domésticas, resultando en la producción de un fertilizante.

La materia orgánica del agua negra es tratada en la cámara anódica de un reactor BES. Asimismo, los iones amonio pasan a través de una membrana selectiva a la cámara catódica donde se convierten en amoníaco al encontrarse en condiciones básicas.

En esta cámara, una corriente de aire extrae el amoníaco. Esta corriente de aire, rica en amoníaco, es burbujeada en una trampa ácida, generando una solución líquida del fertilizante, nitrato de amonio.

La biotecnología en el tratamiento de aguas residuales
En el tratamiento de aguas residuales los microorganismos degradan la materia orgánica mediante una oxidación que genera electrones, los cuales se aprovechan para generan corriente eléctrica.

Por otro lado, el sistema BES se puede integrar en digestores anaeróbicos tradicionales, representando una ventaja en cuanto a la estabilidad del proceso biológico, aumentando la calidad y cantidad de biogás producido.

Finalmente, los sistemas BES también se están estudiando como sistemas alternativos de almacenaje de electricidad.

En este sentido, las tecnologías Power-to-gas, destinadas a almacenar la energía eléctrica en un vector energético gaseoso (hidrógeno o metano), son una opción para almacenar grandes cantidades de energía.

En concreto la utilización de los BES, para llevar a cabo la conversión de dióxido de carbono a metano, proceso conocido como a electrometanogénesis, representan una tecnología Power-to-gas adicional a la metanización química y biológica existente

Beneficios de la biotecnología en el tratamiento de aguas
Usar biotecnología en el tratamiento de aguas residuales de origen industrial permite:

• Reducir los altos costes derivados del tratamiento de aguas residuales con sistemas convencionales de depuración de aguas.
• Minimizar la huella medioambiental de las empresas como consecuencia de la actividad industrial, si tiene cabida devolviendo recursos más limpios.
• Reutilizar los recursos obtenidos en el proceso, como otro tipo de fuentes energéticas.

Proyecto MIDES un caso de éxito

MIDES (Microbial Desalination for Low Energy Drinking Water) es un proyecto que aspira revolucionar la desalación del agua para producir agua potable.

Su objetivo es desarrollar un sistema más sostenible para la desalinización de agua salina con un coste energético, por volumen de agua producida, significativamente inferior al actual.

La estrategia para conseguirlo es integrar sistemas BES, en este caso una Microbial Desalination Cell (MDC), como a pre-tratamiento al proceso de la ósmosis inversa.

La ósmosis Inversa es una tecnología regularmente utilizada, tiene un consumo energético de 3kWh por metro cúbico de agua desalinizada.

En la MDC se obtiene energía eléctrica de la degradación de la materia orgánica contenida en el agua residual. Esta energía eléctrica se utiliza directamente en la MDC para reducir el contenido de sal en el agua marina, mediante un proceso similar a la electrodiálisis, sin tener que utilizar energía eléctrica externa.

Eso permite reducir el consumo energético del proceso global de desalinización alrededor de 0.5 kWh/m3.

En Amapex hemos creado un sistema biológico único para el tratamiento de aguas residuales industriales que permite crear las condiciones óptimas para la reproducción de organismos, aumentando la eficiencia en la depuración de las aguas.

Eficiencia que se traduce en reducción significativa de costes operativos y un proceso más sostenible. Si quieres conocer este sistema de biotecnología ponte en contacto con nosotros.