Nueva planta de tratamiento de agua prueba la tecnología de Stanford para la limpieza de aguas residuales mientras se crea energía

- May 21, 2018-

10 de mayo de 2018

Nueva planta de tratamiento de agua prueba la tecnología de Stanford para la limpieza de aguas residuales mientras se crea energía

Una nueva planta de tratamiento de aguas residuales en construcción en Redwood Shores será la más grande para probar la tecnología desarrollada por Stanford que reduce significativamente el costo de la limpieza del agua. La clave: bacterias que evitan el oxígeno mientras producen metano combustible.

POR TOM ABATE Y ANDY MYERS

Hace miles de millones de años, cuando la atmósfera de la Tierra apestaba a gases irrespirables, los microbios evolucionaban en ausencia de oxígeno. A medida que la Tierra maduró y se formó la atmósfera de nitrógeno y oxígeno, estas bacterias anaeróbicas o reacias al oxígeno se retiraron al lodo del fondo del océano y a otros ambientes donde estarían a salvo del aire rico en oxígeno.

Video de Kurt Hickman

La nueva planta de tratamiento de aguas residuales anaerobias en Redwood Shores está programada para entrar en funcionamiento en el otoño de 2018.

Ahora los ingenieros ambientales de Stanford, Craig Criddle y Bill Mitch, están implementando estos antiguos microorganismos en la demostración más grande de un proceso de tratamiento de aguas residuales más rentable, respaldado por una subvención de $ 2 millones de la Comisión de Energía de California (CEC). Las plantas más pequeñas basadas en bacterias anaerobias actualmente están tratando aguas residuales en Corea del Sur y en el campus de Stanford.

Trabajando estrechamente con ingenieros ambientales de Silicon Valley Clean Water (SVCW), una empresa de tratamiento de agua, el equipo de Stanford ayudará a construir y operar una pequeña planta de tratamiento anaeróbico en Redwood Shores, California, junto a la enorme planta convencional que purifica aguas residuales por un cuarto de millón personas y negocios de Redwood City a Menlo Park.

El grupo ha comenzado a construir la planta de demostración, que está programada para el otoño de 2018. Eventualmente procesará 20,000 galones de aguas residuales por día para proporcionar validación y experiencia operativa para lo que podría convertirse en una planta a gran escala capaz de procesar millones de galones de aguas residuales por día.

"El procesamiento anaeróbico puede reducir el uso de energía y disminuir los costos, y hacer que el tratamiento de aguas residuales sea más sostenible", dijo Criddle, profesora de ingeniería civil y ambiental.

Además de la rentabilidad, los investigadores creen que el procesamiento anaeróbico podría ser mejor para filtrar los productos químicos domésticos y industriales del flujo de residuos, de modo que el agua tratada pueda gotear bajo tierra para reabastecer los acuíferos o incluso, algún día, producir agua lo suficientemente pura como para irrigar el jardín o incluso saciar la sed.

"El tratamiento anaeróbico es un cambio fundamental en la tecnología de reciclaje de agua", dijo Mitch, también profesor de ingeniería civil y ambiental.

Aeróbico vs. anaeróbico

Durante más de un siglo, el tratamiento de aguas residuales se ha basado en bacterias aeróbicas que requieren oxígeno para sobrevivir. Las plantas de tratamiento de aguas residuales proporcionan ese oxígeno con enormes y costosos sopladores eléctricos.

"Ha llegado el momento de un cambio tecnológico", dijo Eric Hansen, el ingeniero civil entrenado en Stanford que lidera la participación de Silicon Valley Clean Water en el proyecto. "Sacar a esos sopladores del proceso ayuda a reducir el costo de la recuperación de agua y hace que las operaciones de tratamiento municipal sean más sostenibles".

Según Sebastien Tilmans, ingeniero civil que dirige el Centro de Recuperación de Recursos Codiga en el campus de Stanford, la reducción del costo es solo una ventaja del tratamiento de aguas residuales basado en bacterias anaeróbicas. En Codiga, que tiene una versión más pequeña de la tecnología, las bacterias reacias al oxígeno limpian las aguas residuales y eliminan el metano. Comúnmente conocido como gas natural, este resultado puede quemarse como combustible o utilizarse como materia prima química para fabricar plásticos biodegradables. Eso, dijo Tillman, ejemplifica un cambio en el pensamiento.

"El concepto de desperdicio no existe en la naturaleza", dijo. "Cada subproducto de un proceso natural es una entrada para otro. Todas las cosas que arrojamos al inodoro o al alcantarillado -agua, energía, fertilizante- se pueden recuperar como valiosos subproductos del proceso anaeróbico ".

Bienvenido al mundo del metano

La tecnología de tratamiento de agua anaeróbica fue iniciada hace décadas por el ingeniero ambiental de Stanford Perry McCarty , ahora profesor emérito. Pero en la década de 1950, cuando comenzó a trabajar con estas bacterias productoras de metano, con aversión al oxígeno, la energía parecía barata e inagotable. No había una razón convincente para probar una alternativa de ahorro de energía.

En las décadas siguientes, a medida que aumentaron los costos de eliminación de energía y biosólidos, el procesamiento anaeróbico se volvió cada vez más atractivo. En 2008, McCarty ayudó a construir un sistema de tratamiento anaeróbico único en la ciudad surcoreana de Bucheon que resultó ser altamente efectivo para el tratamiento de aguas residuales. En 2016, los investigadores de Stanford construyeron un sistema un poco más grande en las instalaciones de Codiga, que se convirtió en la primera planta de ese tipo en el hemisferio occidental. La nueva planta de demostración en Redwood City será la mayor y única tercera planta de tratamiento anaeróbico de este tipo en el mundo.

Beneficios posteriores

Una vez en la planta, las aguas residuales pasan a través de un silo de bacterias anaeróbicas que digieren lentamente los desechos. El agua luego se escurre a través de una membrana de ultrafiltración para eliminar las bacterias y luego es lo suficientemente limpia para el riego de jardines y algunas aplicaciones industriales. Con la ayuda de sistemas de tratamiento avanzados donados por el Distrito de Agua del Valle de Santa Clara y otros, el grupo también examinará la idoneidad del agua para un tratamiento posterior antes de su reutilización como agua potable.

Además de su eficiencia energética, un sistema de tratamiento anaeróbico necesita menos espacio que la planta de tratamiento de aguas residuales tradicional

s, que requieren enormes tanques y sistemas de filtración más complejos. Una planta anaeróbica a escala industrial podría ser hasta un 40 por ciento más pequeña que una planta convencional y producir al menos un 30 por ciento menos de desechos sólidos, un subproducto que actualmente debe ser tratado y transportado en camiones, generando costos adicionales y gases de efecto invernadero.

Los investigadores estiman que una planta anaeróbica a gran escala capaz de operar a 15 millones de galones por día podría ahorrar tanto como $ 3,000 por día en demanda de energía - $ 1 millón por año - en comparación con una planta aeróbica comparable. Tomando en cuenta otros ahorros del proceso más eficiente, los investigadores estiman un ahorro potencial de más de $ 2 millones por año.

Mirando hacia el futuro

Además de ahorrar espacio y dinero, los investigadores de Stanford dijeron que su proceso anaeróbico tiene otro beneficio: la capacidad de digerir drogas farmacéuticas y poderosos herbicidas domésticos e industriales que han resultado difíciles de digerir para las bacterias aeróbicas estándar.

Es por eso que McCarty cree que el futuro pertenece a los resistentes anaerobios. "Se han adaptado a los entornos más duros de la Tierra", dijo. "Pueden comer casi cualquier cosa".

El proyecto de demostración en Redwood Shores está programado para operar hasta marzo de 2021. Si el proyecto continúa y se amplía dependerá en parte de cuán bien los microbios que eructan el metano cumplan con las expectativas de McCarty.

"Creemos que este prototipo de sistema podría beneficiar a los usuarios de tarifas de electricidad al ofrecer un enfoque sostenible para el tratamiento de aguas residuales dada una demostración exitosa", dijo David Weightman de la Comisión de Energía de California, que financió este proyecto.

Mientras tanto, los investigadores tienen una visión a largo plazo.

"Proponemos cambiar una tecnología que no ha cambiado en más de cien años", dijo Hansen.