La gestión de los lodos generados en las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDARs) se ha convertido en un desafío crucial para el cumplimiento de normativas ambientales cada vez más estrictas. La Directiva 91/271/EEC, que exige el tratamiento adecuado de todas las aguas residuales antes de su vertido, ha conllevado un incremento significativo en el volumen de lodos producidos en muchas EDARs. Este aumento ha puesto a prueba la capacidad de tratamiento de los digestores anaerobios existentes, obligando a la búsqueda de soluciones innovadoras y avanzadas.
El Incremento de Lodos y la Superación de Capacidades de Diseño
En el caso específico de la EDAR de Castelló de la Plana, el notable incremento en la generación de lodos ha resultado en una reducción del tiempo de retención hidráulica (TRH) aplicado a sus digestores anaerobios. Esta situación ha llevado a que la capacidad de tratamiento de lodos de la EDAR se vea sobrepasada, generando una producción superior a la capacidad de diseño de los digestores anaerobios. La EDAR de Castelló de la Plana dispone de dos digestores anaerobios con volúmenes de 4.200 y 1.700 m³, los cuales actualmente operan en paralelo bajo condiciones mesófilas.
El Proyecto SLUDGE4ENERGY: Experimentación y Avance Tecnológico
Para abordar esta problemática y explorar nuevas tecnologías, se está llevando a cabo el proyecto experimental SLUDGE4ENERGY. Este proyecto se centra en el estudio de un proceso avanzado de digestión anaerobia de lodos de EDAR. Las tareas de experimentación a escala de laboratorio están en fase de finalización, y se han dado inicio a las pruebas a escala piloto semi-industrial.
Para la fase piloto, se ha construido una planta que integra la digestión en doble fase con la ozonización, utilizada tanto como pretratamiento como post-tratamiento del proceso de digestión. Esta configuración busca optimizar la eficiencia del tratamiento de lodos y maximizar la producción de biogás.
La Digestión Anaerobia en Doble Fase: Optimizando las Etapas Microbiológicas
Una de las estrategias más prometedoras para optimizar la digestión anaerobia es la operación en doble fase ácido-gas (AG). Este enfoque permite la separación física de las distintas etapas microbiológicas del proceso. Al separar la hidrólisis y acidogénesis de la metanogénesis, se pueden optimizar las condiciones ambientales para el crecimiento y la actividad de las poblaciones microbianas específicas involucradas en cada etapa.
En un primer digestor, el digestor hidrolítico-acidogénico, se opera con TRH bajos, típicamente entre 1 y 2 días. El objetivo es evitar el crecimiento de las poblaciones metanogénicas, promoviendo en su lugar la producción de un efluente rico en ácidos grasos volátiles (AGV). Este efluente, cargado de AGV, se introduce posteriormente en un segundo digestor, el digestor metanogénico. En este segundo digestor, se operan con TRH superiores, condiciones que favorecen el crecimiento y desarrollo de las poblaciones metanogénicas. Estas bacterias son las responsables de la transformación de los AGV en biogás, un componente valioso para la generación de energía.
Configuraciones de Temperatura y sus Ventajas
Los sistemas de digestión en doble fase presentan diversas configuraciones, siendo la temperatura de operación de cada digestor un factor determinante. Una configuración particularmente interesante es la operación del primer digestor en régimen de temperatura termófilo, seguido de una digestión mesófila en el segundo digestor.
La operación del digestor hidrolítico-acidogénico en rango termófilo (aproximadamente 50-60°C) ofrece ventajas significativas. Permite incrementar notablemente la concentración de AGV en el hidrolizado, lo que se traduce en una mayor disponibilidad de sustrato para la etapa metanogénica. Además, la operación termófila contribuye a obtener un grado de higienización superior de los lodos en comparación con la digestión mesófila (aproximadamente 30-40°C).
El Papel del Pretratamiento: La Ozonización como Impulsor de la Eficiencia
La aplicación de técnicas de pretratamiento de los lodos antes de la digestión anaerobia es otra estrategia clave para mejorar la eficiencia del proceso. Estos pretratamientos buscan romper la estructura celular de los lodos, liberando compuestos orgánicos y haciéndolos más accesibles para la degradación microbiana. Esto permite operar los digestores anaerobios a TRH menores, incrementando simultáneamente la producción de biogás y la eliminación de sólidos volátiles.
Dentro de las técnicas de pretratamiento, la ozonización se ha destacado como un proceso prometedor para mejorar la eficiencia de la digestión anaerobia, particularmente en lo que respecta a la lisis celular de los lodos biológicos. El ozono (O3) es un potente agente oxidante que puede romper las membranas celulares, liberando el contenido intracelular y facilitando su posterior biodegradación.
Investigación y Desarrollo en la EDAR de Castelló de la Plana
A partir de las condiciones actuales de la EDAR de Castelló de la Plana y como posible solución a la problemática del incremento de lodos, se ha planteado la combinación de operar los digestores en dos etapas ácido (termófilo)-gas (mesófilo) y la aplicación de pre/post tratamientos de los lodos mediante ozonización.
Desde el año 2009, FACSA, con la colaboración de AINIA, inició una línea de investigación centrada en el estudio de estas técnicas, a través del proyecto IMPIVA IMIDTF/2009/251. Posteriormente, desde 2011, FACSA y AINIA continúan con un proyecto de I+D+i que profundiza en la aplicación de técnicas avanzadas de digestión anaerobia, incluyendo el pre-tratamiento y/o post-tratamiento mediante ozono de los lodos y la operación en doble fase del proceso.
USO DE OZONO, PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS DE REGADÍO Y SUELOS EN BERRIES V2
Estrategias de Ozonización y Metodología Experimental
Los primeros ensayos experimentales de este proyecto se han enfocado en determinar qué estrategia de ozonización ofrece mayores ventajas en términos de producción de biogás y eliminación de sólidos totales. Se han estudiado dos estrategias principales:
- Pre-ozonización: Aplicación del ozono a los lodos antes de su introducción en el digestor.
- Post-ozonización: Aplicación del ozono a los lodos después de su paso por el digestor, con una posterior recirculación del material ozonizado al digestor.
En ambos casos, se ha seguido una metodología similar. Inicialmente, se determinó la dosis óptima de ozono mediante ensayos batch de biometanización. Posteriormente, se evaluó el efecto del ozono sobre el proceso global de digestión anaerobia mediante ensayos en semi-continuo a escala de laboratorio.
Para los ensayos en semi-continuo, se utilizaron dos digestores encamisados de 36 litros de capacidad, equipados con sistemas de agitación y control de temperatura. Estos digestores operaron en una sola etapa y en condiciones mesófilas (33°C) con un TRH de 15 días, simulando las condiciones de operación del digestor industrial de la EDAR de Castelló. Uno de los digestores se utilizó como control (digestor control), mientras que el otro se empleó como digestor de ensayo para evaluar el efecto de la pre/post ozonización.
La medición del biogás se realizó de forma continua, registrando su caudal y composición (CH4, CO2, H2S, H2 y O2). Semanalmente, se monitorizaron parámetros analíticos clave para el control del proceso, incluyendo: ácidos grasos volátiles (AGV), sólidos totales (ST), sólidos volátiles (SV), pH, relación de alcalinidad (RA) y concentración de N-NH4+.
Hacia la Optimización del Sistema de Doble Fase con Ozonización
A partir de los resultados obtenidos en los ensayos iniciales, se ha procedido al diseño del sistema de digestión anaerobia en dos etapas, seleccionando la corriente de lodo más adecuada para la ozonización. En la actualidad, se están llevando a cabo experimentos en la planta piloto de dos fases, en combinación con la ozonización, con el objetivo de determinar las condiciones de operación más favorables para ambos digestores.
Este enfoque de investigación y desarrollo, que combina la digestión en doble fase y la ozonización, representa un avance significativo en la búsqueda de soluciones sostenibles y eficientes para la gestión de lodos en las EDARs, maximizando la recuperación de energía y minimizando el impacto ambiental.
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