Optimización y escalado de la digestión anaerobia de microalgas y aguas residuales urbanas. Una alternativa a las depuradoras tradicionales

Abstract

El modelo actual de depuración de aguas residuales urbanas supone una carga económica y un balance deficitario de energía que asciende a los 0,3 – 2,1 kWh / m3agua tratada en países europeos. En el marco de esta problemática, el presente estudio explora alternativas tecnológicas no convencionales de depuración, para aprovechar parte del potencial energético contenido en el agua residual mediante la combinación de procesos de digestión anaerobia y reactores de microalgas tipo HRAP. La hipótesis defendida es que un modelo autosostenible energéticamente y que cumpla con los estándares actuales de depuración (Directiva 91/271/CEE), es posible. Para comprobar este supuesto se han optimizado los rendimientos energéticos de dos procesos biológicos anaerobios para el tratamiento del agua residual y la estabilización del lodo (UASB y CSTR) bajo distintos regímenes térmicos (psicrófilo, ambiental, mesófilo y termófilo), a escala de laboratorio y piloto. Ambos procesos están enmarcados en un sistema de tratamiento de aguas residuales basado en el uso de cultivos mixotróficos microalgas – bacterias, como alternativa a los procesos de eliminación de nutrientes de las EDARs convencionales (precipitación de fosfatos + nitrificación-desnitrificación), y un sistema de cosechado de la biomasa energéticamente eficiente (DAF). Los resultados obtenidos mostraron los límites de viabilidad de la tecnología UASB en climas templados (16 – 27 ºC) con rendimientos medios anuales de 0,12 m3 CH4 / kg DQOteliminada, así como las mejoras del 75 y 65% en la eliminación de sólidos y DQO, al aplicar un novedoso sistema de alimentación pulsada. En la digestión anaerobia de la biomasa microalgal los mejores rendimientos de metano se obtuvieron en reactores CSTR termófilos digiriendo biomasa generada en reactores HRAP alimentados con agua pretratada. El balance de materia y energía sobre una EDAR para 50.000 habitantes, apuntó al escenario HRAP+DAF+CSTR (termófilo) como el más eficiente desde el punto de vista energético, cumpliendo el efluente con los límites en sólidos en suspensión, materia orgánica nitrógeno y fósforo exigido por la normativa.