Hacia el tratamiento de aguas residuales con energía neta utilizando la tecnología actual

- Dec 05, 2018-

Hacia el tratamiento de aguas residuales con energía neta utilizando la tecnología actual

El tratamiento de aguas residuales municipales en Europa consume la energía equivalente a alrededor de dos centrales eléctricas al año, pero en realidad podría generar la energía de 12. El proyecto POWERSTEP, financiado con fondos de la Unión Europea, demuestra cómo hacer que esto sea más que un sueño imposible.

Si bien gran parte de la industria de tratamiento de aguas residuales en Europa, con eficiencias energéticas incrementales, busca lograr neutralidad energética, donde el tratamiento genera la misma cantidad de energía que consume, las investigaciones indican que el nivel de ambición podría ser mucho mayor.

Los estudios señalan que el procesamiento de aguas residuales en las plantas de tratamiento ya podría ofrecer una nueva fuente de energía renovable, sin comprometer el rendimiento. De hecho, se ha calculado que la energía química potencial contenida en las aguas residuales municipales europeas es de aproximadamente 87 500 GWh por año.

El proyecto financiado por la Unión Europea POWERSTEP (Demostración a gran escala de conceptos de plantas de tratamiento de aguas residuales con energía positiva para la penetración en el mercado) se propuso mostrar cómo es posible lograr plantas de tratamiento de aguas residuales con energía positiva sin ninguna otra fuente externa de energía renovable, utilizando solo poder de los lodos.

Se podría lograr el concepto general POWERSTEP, aprovechando las lecciones de seis estudios de caso a gran escala, repartidos en cuatro países, de cada paso esencial del proceso. Al beneficiarse de la participación de socios de la industria, el proyecto pudo pasar a demostraciones a gran escala, allanando el camino para un rápido despliegue del mercado y apoyando los planes de negocios de los proveedores de tecnología participantes.

Tecnologías integradoras
POWERSTEP se creó para integrar las diversas evaluaciones de tecnología individuales desarrolladas en los estudios de caso anteriores al proyecto. Esto permitió a los investigadores optimizar procesos completos como el diseño y modelado de esquemas de tratamiento, la gestión global de la energía y el calor, la impresión de pies de carbono y las opciones de diseño integradas.

La primera etapa clave del concepto de la planta de tratamiento de aguas residuales POWERSTEP para permitir la neutralidad energética, o incluso la positividad energética, es la extracción de carbono. La extracción de lodos ricos en carbono (con una tasa de extracción del 80% posible utilizando la tecnología POWERSTEP) permite un fuerte aumento en la producción de biogás.

En términos de métodos de tratamiento mejorados para este fin, el equipo investigó la extracción mejorada de carbono (prefiltración), los procesos innovadores de eliminación de nitrógeno (como el control avanzado, la desmonificación de la corriente principal, el reactor de lenteja de pato), la potencia al gas (actualizaciones de biogás) con un enfoque de red inteligente, conceptos de calor a potencia (recuperación termoeléctrica en unidades combinadas de calor y energía, ciclo de vaporización, conceptos de almacenamiento de calor) e innovador tratamiento de agua de proceso (nitrito, eliminación de amoníaco con membrana).

Como explica el Dr. Christian Loderer, “En toda la UE, el autoabastecimiento de energía de las aguas residuales , es decir, la producción de biogás para la producción de electricidad, se encuentra en niveles muy diferentes. En algunos países, como los Países Bajos y Alemania, el autoabastecimiento es alto pero no alcanza la neutralidad energética del 100% (excepto en muy pocos casos). "Otros países, especialmente en Europa del Este, tienen un autoabastecimiento muy bajo, perdiendo 50-80% del potencial energético de sus aguas residuales".

Esto pone de relieve el hecho de que hay una serie de barreras que superar. Una de ellas es que el biogás del tratamiento del agua aún no se acepta como energía renovable de calidad, en comparación con el biogás de los cultivos energéticos. Esto es a pesar de los efectos secundarios negativos del biogás de cultivos como la creación de monocultivos de maíz, la aplicación excesiva de fertilizantes y la liberación de nutrientes en el medio ambiente acuático. A la inversa, el biogás de los lodos de depuradora no tiene estos efectos secundarios negativos.

Contribuyendo a la economía circular.
POWERSTEP, con sus ejemplos prácticos de cómo producir mejor la energía renovable a partir de aguas residuales , contribuye significativamente a los esfuerzos de la UE para la transición a la economía circular, guiada por ambiciones de sostenibilidad en la sociedad, la economía y el medio ambiente. Este hecho fue recientemente subrayado por el Director General de la DG de Energía de la Comisión Europea, Dominique Ristori, quien describió a POWERSTEP como "extremadamente bien ubicado al considerar las prioridades de la Unión de la Energía".

Además, con la electricidad para operar plantas de tratamiento que cuestan alrededor de 2 mil millones de euros al año, los ahorros podrían ser pronunciados. El Dr. Loderer sostiene que si los municipios siguieran el enfoque POWERSTEP, los ciudadanos de la UE también se beneficiarían directamente con una reducción de las facturas de energía.

"El tratamiento de aguas residuales de energía neutra ya no es ilusorio, hemos demostrado que ahora es absolutamente posible con tecnologías de punta disponibles comercialmente", como dice el Dr. Loderer. Y con el Plan de tratamiento de aguas residuales de Altenrhein en Suiza, ahora equipado con una unidad de recuperación de nitrógeno a gran escala, que ha sido estudiado en detalle por el socio de POWERSTEP EAWAG, el impulso está literalmente aumentando.

Mirando hacia el futuro, el Dr. Loderer agrega que, "el tratamiento de energía positiva, hasta 140-170%, también es posible, pero aún requiere más trabajo en la confiabilidad de la tecnología y la viabilidad económica, para que se implementen sistemas a gran escala".

En el plazo inmediato, como prueba de concepto que muestra que la tecnología funciona tanto a pequeña como a gran escala, el equipo está en conversaciones con socios industriales clave del proyecto sobre cómo establecer una red de pequeñas plantas de tratamiento de aguas residuales que en parte Implementar enfoques POWERSTEP.