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El tratamiento convencional de aguas residuales consta de tres fases: primaria, secundaria y terciaria. El tratamiento primario implica la eliminación mecánica de sólidos por sedimentación o flotación y es seguido por un tratamiento secundario que elimina la materia orgánica mediante descomposición microbiana. También puede ser necesario un tratamiento final adicional, o terciario, dependiendo del destino final de las aguas residuales, como su reingreso a la red de suministro de agua. En este artículo, Matt Hale, director de Grandes Cuentas de HRS Heat Exchangers, analiza los beneficios del tratamiento anaeróbico en aguas residuales.
La elección del tratamiento secundario depende de una serie de factores que incluyen la demanda química y biológica de oxígeno (DQO y DBO) de las aguas residuales, los costes operativos y de mantenimiento, la producción de lodos, la calidad deseada del efluente y la concentración microbiana. Generalmente se puede elegir entre tratamiento aeróbico o anaeróbico, aunque también se puede utilizar una combinación de ambos métodos. En los últimos años hemos visto un aumento constante en el uso de técnicas de tratamiento de digestión anaeróbica para el tratamiento de aguas residuales (y otras corrientes de efluentes), pero antes de analizar qué está impulsando esto, es importante comprender las diferencias entre tratamientos aeróbicos y anaeróbicos, así como los pros y contras de cada uno.
Los sistemas anaeróbicos y aeróbicos son formas de tratamiento biológico que utilizan microorganismos para descomponer y eliminar materiales orgánicos de las aguas residuales. La diferencia fundamental entre ambos tratamientos es la presencia de oxígeno. El aeróbico generalmente se aplica para tratar eficientemente aguas residuales de baja concentración (con valores de BOD/COD relativamente bajos) cuando el tratamiento requiere la presencia de oxígeno. Por el contrario, el tratamiento anaeróbico se suele aplicar para tratar aguas residuales con mayor carga orgánica.
En el tratamiento aeróbico se utiliza oxígeno (aire) para hacer circular el material, proporcionando las condiciones adecuadas para que las bacterias aeróbicas se reproduzcan. Estas bacterias asimilan y luego descomponen la materia orgánica y otros contaminantes como el nitrógeno y el fósforo en dióxido de carbono, agua y biomasa (lodos). Como su nombre sugiere, la digestión anaeróbica utiliza bacterias que no necesitan oxígeno. Descomponen la materia orgánica de las aguas residuales en metano, dióxido de carbono y biomasa (digestato).
Algunos de los factores a favor del tratamiento aeróbico incluyen el hecho de que genera menos olores (ya que no se producen sulfuro de hidrógeno ni metano) y la eliminación de nutrientes de las aguas residuales al lodo puede ser más eficiente, lo que el agua tratada normalmente puede ser vertida directamente al medio ambiente. Sin embargo, la oxigenación de las aguas residuales puede requerir grandes cantidades de energía (o una gran superficie para la laguna de tratamiento) y los biosólidos no tratados pueden sedimentarse en el proceso, lo que demanda más tratamiento o eliminación. La inversión de capital (y espacio) necesaria para el tratamiento aeróbico suele ser mayor que la necesaria para las instalaciones anaeróbicas.
Ambos enfoques presentan ventajas e inconvenientes, la digestión anaeróbica (AD) tiene una serie de ventajas que incluyen:
Si bien la elección final del tratamiento de aguas residuales aeróbico o anaeróbico dependerá de la situación de cada planta de tratamiento, las ventajas descritas anteriormente, junto con una mayor utilización y adopción de tecnologías de AD, incluidos digestores cerrados y sistemas de manto de lodos anaeróbicos de flujo ascendente (UASB), hacen que el uso de la digestión anaeróbica esté aumentando rápidamente en el sector de las aguas residuales, ya sea como tratamiento secundario principal o para procesar aún más los biosólidos producidos por procesos aeróbicos.
Como muestran los puntos anteriores, uno de los principales beneficios del tratamiento anaeróbico es su mayor eficiencia energética y el menor volumen de sólidos residuales producidos como digestato. Sin embargo, al diseñar o actualizar una planta AD, existen numerosas formas de maximizar la eficiencia operativa, mejorando tanto el rendimiento económico como el rendimiento medioambiental.
El calentamiento externo del digestor (por ejemplo, mediante intercambiadores de calor de la Serie HRS DTI) ofrece una serie de ventajas sobre los sistemas de calentamiento ubicados en el digestor. La calefacción externa se puede revisar, limpiar o reparar en cualquier momento sin necesidad de vaciar el digestor. Otros beneficios incluyen el hecho de que se pueden diseñar sistemas externos para que un conjunto de intercambiadores de calor caliente más de un digestor, y el rendimiento térmico mejorado reduce los requisitos de calor y mejora la eficiencia energética general de la planta AD. La vida útil suele ser considerablemente mayor en comparación con las unidades de calentamiento internas y su mantenimiento rutinario es más sencillo.
Enfriar y recuperar el calor de los gases de escape aumentan la eficiencia de las plantas de cogeneración (CHP) utilizadas para generar electricidad a partir de biogás. El uso de intercambiadores de calor de la Serie HRS G en los gases de escape recupera energía que se puede utilizar en otras partes de la planta, incluido el calentamiento de la materia prima y del digestor, la pasteurización y la concentración del digestato.
La Serie HRS BDS es una solución eficiente para enfriar y deshumidificar biogás para combustión. El equipo condensa hasta el 90% del agua contenida en el gas, que se separa continuamente antes de que el biogás limpio esté listo para su uso como combustible en el motor de cogeneración, y un paso opcional de recuperación de calor puede reducir los costes energéticos hasta un 20%.
El HRS DPS (Sistema de Pasteurización de Digestato) está diseñado para pasteurizar de manera eficaz y eficiente digestato, materias primas, lodos y productos similares, lo que permite a los operadores maximizar la eficiencia de su proceso general al tiempo que cumple con los requisitos reglamentarios y aumenta los mercados potenciales para el digestato como biofertilizante. Las unidades de pasteurización tradicionales de un solo tanque simplemente eliminan este calor, por lo que son derrochadoras e ineficientes. Por el contrario, el DPS recupera este calor y lo utiliza de nuevo, lo que lo hace hasta un 70% más eficiente que los sistemas tradicionales de pasteurización del tipo "camisa térmica" de un solo tanque.
Tras la digestión y la producción de biogás, el digestato se separa mecánicamente en fases sólida y líquida. El HRS DCS (Sistema de Concentración de Digestato) utiliza un proceso de evaporación para concentrar el digestato, lo que disminuye el volumen, reduciendo los costes de almacenamiento, transporte y aplicación. Utilizando un proceso de evaporación de múltiples etapas, el volumen de digestato líquido se puede reducir hasta en un 80%. A diferencia de otras tecnologías, el HRS DCS aumenta el contenido de nutrientes de los cultivos mientras recupera energía para usarla en las fases de concentración posteriores, aumenta la eficiencia energética y reutiliza el condensado en otras partes de la planta AD, evitando vertidos adicionales al medio ambiente.
