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La tesis doctoral de Guillermo Noriega Hevia, dirigida por los investigadores del Grupo de Calidad de Aguas (Calagua) del Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente de la Universitat Politècnica de València (IIAMA-UPV), Joaquín Serralta Sevilla y José Ferrer Polo, desarrolla un modelo que permite diseñar y realizar un análisis económico completo de la tecnología de contactores de membranas. La implantación de dicha tecnología supondría un coste de 0,0093 €/m3 de agua residual tratada y un beneficio económico de 0,009 €/m3.
"El modelo desarrollado ayuda a realizar un diseño y análisis económico completo de la tecnología de contactores de membranas, atendiendo a los costes y los beneficios ambientales y económicos, para recuperar los recursos del agua residual de una forma sostenible y producir fertilizantes nitrogenados". Este es el principal resultado obtenido por Guillermo Noriega Hevia en su tesis doctoral ´Recuperación de nitrógeno mediante contactores de membrana: aplicación, modelación y control´.
La investigación parte de la nueva realidad presente en el campo de las aguas residuales, que concibe las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) como unas instalaciones de aprovechamiento de los recursos y donde tiene un papel fundamental la recuperación de nutrientes con el objetivo de producir fertilizantes comercializables, siendo uno de estos nutrientes el nitrógeno. "En la actualidad, el nitrógeno es eliminado del agua residual mediante tratamientos biológicos como la nitrificación-desnitrificación que, además de impedir la recuperación de este recurso, tienen un consumo energético elevado. Además, la producción industrial del nitrógeno amoniacal se centra en el proceso Haber-Bosch, el cual es también electro-intensivo", expone el autor principal del trabajo, Guillermo Noriega.
Por este motivo, la tesis doctoral examina de manera pormenorizada la aplicación de la tecnología de contactores de membrana, utilizando como corriente rica en nitrógeno el sobrenadante de la digestión anaerobia. En concreto, el trabajo realizado avanza en aspectos claves como los parámetros operacionales de la tecnología, la modelación del proceso, el análisis económico de la misma y el desarrollo de un sistema de control para su aplicación en continuo.
Para ello, en primer lugar, se han analizado una serie de parámetros operacionales (pH, temperatura, caudal y superficie de membrana, concentración de ácido sulfúrico) y sus efectos en la eficiencia de recuperación, velocidad del proceso y concentración del producto. Posteriormente, se ha desarrollado un modelo matemático capaz de reproducir tanto la evolución de nitrógeno amoniacal en el tanque, así como la del pH a lo largo de la membrana y del proceso de recuperación. "La incorporación del pH en el modelo es un punto clave dado que nos permite en primer lugar controlar el pH del proceso, estimar el consumo de sosa asociado a mantener el pH durante la experimentación y, por lo tanto, los costes asociados a este hecho, así como conocer la concentración de amoniaco durante el proceso de recuperación", asegura Guillermo Noriega Hevia.
Con esta información, conociendo la tecnología y siendo capaces de modelarla, se diseñó una planta de contactores de membranas en una EDAR que trata 40.000 m3/día, evaluando los costes de instalación y operación junto con los beneficios que se obtendrían de la comercialización del fertilizante. "Los contactores de membrana recuperan el nitrógeno amoniacal con una eficiencia de recuperación cercana al 100%, siempre y cuando el pH de la corriente a tratar sea mayor de 8,6. Además, la implantación de esta tecnología supondría un coste de 0,0093 €/m3 de agua residual tratada y un beneficio económico de 0,009€/m3, es decir, prácticamente lo mismo. También se conseguiría reducir más de 8 toneladas de CO2 eq/día en términos de huella de carbono", indica el investigador del Grupo Calagua.
En vistas a un futuro escalado industrial, se configuró un sistema de control para la operación en continuo de la tecnología, permitiendo detener el proceso a la concentración deseada sin necesidad de toma de muestras puntuales o la utilización de sondas. Finalmente, Guillermo considera necesario avanzar en el desarrollo de tecnologías que recuperen los recursos del agua residual, y en este caso concreto, "a pesar haber trabajado a escala de laboratorio", destaca el hecho de haber realizado "un estudio global de la tecnología maximizando su impacto para un futuro escalado" y que ayuda a alcanzar el objetivo "de implementar los principios de economía circular en las EDAR".
