Visita a la EDAR de Bens

1. Introducción

Antes del año 2014, las aguas residuales procedentes de A Coruña, Cambre, Culleredo, Arteixo y Oleiros llegaban a la planta de Bens donde se realizaba una etapa de pretratamiento y se decantaban las grasas para destruir la materia orgánica antes de su conducción al mar. Esta evacuación se realizaba a través de un emisario que se rompió en 1997 (L.P., 2001), vertiéndose las aguas fecales directamente al océano Atlántico. Esta situación provocó la necesidad de rediseñar la planta de depuración de aguas y la sustitución del emisario por una conducción submarina para acabar con la contaminación en uno de los puntos de la costa más castigados, cumpliendo así las exigencias de la Directiva de la Unión Europea.

La actual EDAR de Bens, gestionada por la empresa pública Edar Bens SA, da servicio a una población de 600.000 habitantes equivalentes y un caudal máximo de 6,7 m³/s. Incluye las etapas de pretratamiento, tratamiento primario y secundario. Además, consta con un tratamiento terciario de desinfección de rayos UV y un emisario submarino que permite diluir las aguas tratadas en el mar a más de 900 m de la costa. Como la zona no está declarada como zona sensible, no es necesario la inclusión de tratamientos más rigurosos para la eliminación de nutrientes.

2. Desarrollo

La información para conocer y entender el mecanismo de la depuración de las aguas tratadas se realizó durante la visita a la planta el 9 de marzo del 2022.

2.1. Esquema general de las Instalaciones

El esquema general de la EDAR de Bens está compuesto por tres líneas principales: la línea de agua, la línea de fango y la línea de gas (Figura 1).

Figura 1. Esquema de las instalaciones EDAR Bens. Fuente https://edarbens.es

2.1.1. Línea de agua

Dentro de la línea de agua, los tratamientos se suelen agrupar por niveles, distinguiéndose entre pretratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario y tratamiento terciario.

• Pretratamiento: mediante el desbaste, se eliminan sólidos gruesos mediante rejas y tamices de diferentes tamaños. Posteriormente, el agua pasa por un proceso de desarenado y desengrasado. Este pretratamiento es imprescindible no solo para llevar a cabo el proceso de depuración sino también para evitar el desgaste de los equipos de la EDAR, eliminado así las materias groseras que, debido a su naturaleza o tamaño, pueden originar problemas en los tratamientos posteriores.
• Tratamiento primario: las aguas residuales pasan a los decantadores primarios donde, por gravedad, se eliminan los sólidos en suspensión que no hayan sido retirados en el pretratamiento. Los decantadores son de tipo lamelar y presentan la ventaja de ser equipos mucho más efectivos en la separación de sólidos y más compactos, es decir, ocupan menor espacio que los decantadores circulares y rectangulares (Fernández, 2016).
• Tratamiento secundario, consta de dos etapas:
  • El tratamiento biológico que se produce en el reactor, en este caso de fangos activos, los microorganismos se encuentran en suspensión en el seno del agua y es importante separar las células que sedimentan y hacerlas recircular de nuevo al reactor para asegurar el crecimiento microbiano y mantener una concentración de biomasa.

    Figura 2. Reactor Biológico de la EDAR de Bens. Fuente: https://edarbens.es

  • Decantadores secundarios: una vez finalizada la degradación de la materia orgánica, el agua pasa a un decantador donde el fango biológico del proceso anterior se separa del agua depurada. En este punto, los fangos secundarios pasan a la línea correspondiente y, así, será tratado de la forma adecuada para poder utilizarlo.

• Tratamiento terciario, con el fin de obtener una mejora del efluente depurado, por exigencias del cauce receptor (Océano Atlántico). En este caso no se reutiliza el agua depurada, por lo tanto, no hay un ‘tratamiento de regeneración’ para posterior utilización del agua tratada, como, por ejemplo, riego de parques y jardines, baldeo de calles o limpieza de alcantarillado. En esta etapa se realiza una desinfección mediante radiación ultravioleta, para reducir la cantidad de microorganismos patógenos en el agua. La luz UV que emiten las lámparas especiales con vapores de mercurio es altamente esterilizadora ya que interactúa, a nivel molecular, con el ADN.

Figura 3. Desinfección mediante Rayos UV. Fuente: https://edarbens.es

• Salida al mar: El agua, una vez depurada, finaliza en la cámara de descarga del emisario con una caída de 10 m, y 14 difusores que diluyen el vertido para respetar el medio marino.

2.1.2 Línea de fangos

La mayor cantidad de residuos ocurre en la línea de fangos que provienen de los decantadores primarios, secundarios y de los reactores biológicos. Para una correcta gestión y tratamiento de estos residuos es necesario reducir el volumen para lograr una fácil manipulación, estabilizar la materia orgánica para evitar putrefacción y logar una consistencia adecuada para el transporte a vertedero u otras alternativas para su valorización (Cuenca, 2015).

A continuación, se exponen las características concretas de cada tipo de tratamiento de los lodos:

• Recirculación: parte de los fangos generados en el reactor biológico y sedimentados en el decantador secundario, son recirculados para asegurar la actividad de los microorganismos en el reactor biológico.
• Espesamiento: tiene como objetivo concentrar y homogeneizar los lodos primarios y secundarios y se elimina parcialmente el agua contenida, así se consiguen volúmenes más adecuados y mejores rendimientos en tratamientos posteriores. El espesamiento se realiza mediante 5 tambores espesadores con una capacidad unitaria de 100 m³/h. el fango espesado y acondicionado pasa a dos digestores anaerobios (ausencia de oxígeno).
• Digestión anaerobia: el objetivo fundamental es la estabilización de los lodos para que la materia orgánica residual resultante sea lo más inocua posible para el medio ambiente. Esta etapa se realiza en dos digestores anaerobios mesófilos HEATAMIX ®, tecnología desarrollada y registrada por Cadagua, de 28 m de diámetro y 21 m de altura total, lo que supone un volumen unitario de 11.000 m³ cada uno. El proceso se lleva a cabo en un digestor completamente cerrado y los fangos se introducen en él, permaneciendo en el interior durante un tiempo de retención de 20 días. El biogás generado puede destinarse a la generación de calor y electricidad para uso en las propias instalaciones; generación de electricidad en motores y turbinas; introducción a la red de gas natural, previa realización de una limpieza de H2S y otros contaminantes e incluso como combustible de automoción (Saunders,  2019).

El fango digerido se extrae por rebose a una arqueta en la parte alta de los digestores y pasa por gravedad al almacén intermedio, de donde se aspira con bombas de tornillo a la etapa de deshidratación (centrífugas).

• Deshidratación: consiste en la separación de la fracción sólida y la líquida del fango, de manera que se consigue aumentar la concentración, disminuyendo el volumen. Se realiza un acondicionamiento químico que consiste en añadir polielectrolitos a la entrada de la deshidratación para romper la estructura coloidal y facilitar la deshidratación de los fangos a tratar. El sistema utilizado para la deshidratación es mediante tres centrífugas de 30 m³/h cada una, el fango pasa al proceso final de secado térmico.
• Secado térmico: los fangos continúan su proceso de deshidratación con el secado térmico. Este sistema se fundamenta en el proceso de la turbo-desecación y garantiza una sequedad final del 85%. Estos lodos finales secos son enviados a la antigua Mina de Touro, a 20 Km de Santiago Compostela (A Coruña).
• Silos de fangos: en los depósitos de almacenamiento, los fangos se acumulan para su posterior transporte. Estos lodos finales secos son enviados a la antigua Mina de Touro, a 20 Km de Santiago Compostela (A Coruña).

2.1.3. Línea de gas

En el proceso de digestión anaerobia y con la acción de bacterias orgánicas específicas se genera biogás (10.000 m3/día), con un poder calorífico alrededor de 5.000 Kcal/m3 que se almacena en un gasómetro y el exceso (2.000 m3/día) se quema en una antorcha, ya que éste no puede ser liberado directamente a la atmósfera. El biogás almacenado se utiliza para generar la energía eléctrica necesaria para el funcionamiento de las diferentes unidades de la planta y mantener los lodos a una temperatura adecuada (8.000 m3/día). De esta forma se logra el autoabastecimiento energético de la EDAR.

2.2. Resultados Analíticos

Los resultados de los controles analíticos se realizaron en el laboratorio de las instalaciones de Bens para el agua bruta y agua tratada (caudal total de 45.413.592 m2), del año 2020. Estos resultados están publicados en Augas de Galicia que es el organismo autónomo competente en materia de gestión de aguas.

A continuación, se representan en gráficas de cajas y bigotes la distribución de los resultados analíticos del agua bruta y tratada en el año 2020 para los parámetros de MES, DBO5 y DQO.

Figura 4. Diagrama de cajas y bigotes de Materia En Suspensión. Elaboración propia.

En la figura 4, la materia sólida en suspensión (MES) del afluente varía entre 48 y 596 mg/L, con valor medio de 245,5 mg/L, mientras que en el efluente oscila entre 2 y 26 mg/L, con promedio de 11,54 mg/L. Los resultados del efluente muestran que se sitúan por debajo del nivel de concentración (<35 mg/L) establecido en la normativa europea.

Figura 5. Diagrama de cajas y bigotes de DBO5. Elaboración propia.

En la figura 5, la DBO5 del agua bruta registra valores entre 0 y 620 mg/L y una estimación media de 357,29 mg/L. Este parámetro en el efluente disminuye hasta un rango entre 0 y 16 mg/L y con un valor medio de 5, 92 mg/L. Los resultados del agua tratada se encuentran por debajo del nivel de concentración (<25 mg/L O2), exigidos en la Directiva 91/271/CEE.

Figura 6. Diagrama de cajas y bigotes de DQO. Elaboración propia.

Según la dispersión de los resultados en la figura 6, la DQO en el agua residual se sitúa entre 237 y 1.237 mg/L y un promedio de 684,75 mg/L. Este rango disminuye considerablemente en el agua tratada hasta un intervalo entre 16 y 52 mg/L, muy inferiores al límite legal establecido de <125 mg/L.

2.3. Mejoras

Existe la posibilidad de llevar a cabo una optimización y aprovechamiento de los lodos, mediante la recuperación del nitrógeno y el fósforo (los compuestos nitrogenados o fosforados se pueden reducir en el tratamiento secundario en el reactor biológico). Además, este aprovechamiento en la línea de lodos podría extrapolarse a la producción de energía y biocombustible, apto para el uso en vehículos.

• Mejora en la Línea de Lodos

Los lodos que se producen en la EDAR de Bens, después de un proceso de secado térmico, con el fin de quitar la humedad y lograr lodos fáciles de transportar, no pueden ser utilizados directamente en la agricultura, según el Real Decreto 1310/1990 de 29 de octubre, debido a los elevados niveles de metales y, por lo tanto, son utilizados para recuperación del suelo en las antiguas minas de O Touro.

Actualmente ya se ha recuperado el 90% del suelo de esta antigua mina de cobre, por lo que esta mejora supondría una alternativa para utilizar los lodos como fertilizantes. Estos fertilizantes deben cumplir la nueva normativa europea: Reglamento (UE) 2019/1009 de 5 de junio de 2019, por el que se establecen disposiciones relativas a la puesta a disposición en el mercado de los productos fertilizantes UE y entrará en vigor en España a partir del 16 de julio de 2022. En este reglamento se establecen los valores límite de metales pesados para la protección de los suelos agrarios, principalmente en lo que se refiere a la contaminación por cadmio.

El nitrógeno (N) y el fósforo (P) son nutrientes principales para la producción agrícola y asegurar la cadena alimentaria. Igualmente, la producción de N a escala industrial conlleva un elevado impacto medioambiental y el P es un recurso natural finito con perspectivas de escasez (Castro et al., 2020).

El proyecto LIFE ENRICH (Enhanced Nitrogen and Phosphorus Recovery from waste water and Integration in the value Chain), se ha realizado con éxito en la EDAR de Murcia-Este, logrando la recuperación del N y P de las aguas residuales y fomentando así la replicabilidad de los resultados a otros territorios de la UE (Figura 7). Los lodos valorizados como fertilizantes de esta instalación de Murcia se han probado en ensayos con cultivos en invernadero y campo y se ha demostrado su viabilidad como alternativa a los fertilizantes convencionales en cuanto a propiedades agronómicas (Centro Tecnológica del Agua [CETAQUA], 2021).

La configuración propuesta consiste en la elutriación (método de separación de partículas basado en la diferencia de velocidad de sedimentación que puede existir entre ellas, cuando se encuentran suspendidas en un fluido en movimiento), del lodo mixto contenido en la cámara de mezcla mediante su recirculación al espesador por gravedad.

Figura 7. Esquema del Tratamiento de Recuperación del N y P. Fuente: Castro et al.(2020)

El fósforo precipita en forma de estruvita [NH4MgPO4 6(H2O)] en una relación molar 1:1:1 para el magnesio, amonio y fosfatos y también tiene un bajo contenido de metales pesados, en comparación con las rocas fosfatadas que se extraen y suministran a la industria de fertilizantes (Franz, 2008).

La precipitación ocurre a un pH entre 7,6 y 8,1 y debido a que la mayoría de los metales precipitan a un pH muy básico en forma de M(OH)2, el ajuste de este parámetro mediante la adición de sosa (NaOH) es fundamental para alcanzar un mayor rendimiento y una estruvita libre de impurezas. Posteriormente, la cristalización se produce mediante la inyección de cloruro de magnesio (MgCl2).

Seguidamente, la corriente sobrenadante se somete a ultrafiltración (UF) utilizando una membrana permeable para separar metales pesados, macromoléculas y sólidos en suspensión de solución inorgánica sobre la base del tamaño de poro (5–20 nm) y peso molecular de los compuestos de separación (1000–100.000 Da). Las características de UF permiten el paso de agua y solutos de bajo peso molecular, mientras que las moléculas de mayor tamaño que el poro de la membrana quedan retenidas (Barakat, 2011).

La recuperación del nitrógeno, en forma de sales de amonio, se realiza utilizando zeolitas que son capaces de retener los iones de amonio en su estructura (Campo, N., 2004) y, por último, los contactores de membrana de fibra hueca ponen en contacto la disolución rica en nitrógeno amoniacal a un pH elevado y en un medio ácido para provocar la precipitación de las sales de amonio.

• Optimización de la línea de gas

En este apartado se ha realizado una revisión bibliográfica y se propone una alternativa para el aprovechamiento del biogás que se almacena en el gasómetro de la planta.

El biogás se obtiene en el proceso de digestión anaeróbica (DA) y consiste principalmente en metano (CH4) en un rango de 50 a 70 % y dióxido de carbono (CO2) en una concentración de 30 a 50 %. Además del CH4, existen otros gases no deseados y que se consideran contaminantes del biogás: el ácido sulfhídrico (H2S) y el amoniaco (NH3) son gases tóxicos y extremadamente corrosivos que pueden dañar la unidad de combinación de calor y electricidad (CHP) y las partes metálicas a través de la emisión de SO2 de la combustión. Es más, la presencia de siloxanos en el biogás, generan residuos pegajosos que se depositan en motores y válvulas que causan su mal funcionamiento. En la actualidad, existen diferentes tratamientos dirigidos a eliminar los compuestos no deseados del biogás expandiendo su rango de aplicaciones (Angelidaki et al., 2018).

En el artículo de Angelidaki et al. (2018), se estudia los procesos tecnológicos más comunes: absorción por oscilación de presión (PSA), adsorción, separación por membranas y separación criogénica. Estas tecnologías consisten en la eliminación de compuestos no deseados del biogás y su conversión en un gas que será apto para posteriores aplicaciones. Por lo tanto, el primer proceso está relacionado con la “limpieza de biogás” e incluye la eliminación de compuestos nocivos y/o tóxicos (como H2S, Si, compuestos orgánicos volátiles (COV), siloxanos, CO y NH3). El segundo tratamiento consiste en separar el CO2 del CH4 y se denomina “mejora del biogás (upgrading)”. El objetivo es el de aumentar el bajo poder calorífico del biogás y, convertirlo en un estándar de combustible más alto, similares al gas natural, llamado biometano. Actualmente, las especificaciones de la composición del gas natural dependen de las regulaciones de los países: en España, la calidad del gas debe ser >95% vol. de metano (Ministerio de Industria, 2013).

Todas las tecnologías revisadas en este artículo muestran una recuperación de metano >96% vol., por lo que cualquiera de ellas se adaptaría a la regulación nacional. Pero cabe destacar, que entre los diferentes métodos de mejora de biogás, la separación por membrana es el más competitivo, porque es una de las tecnologías con menor demanda de energía, es menos voluminoso y tiene una eficiencia de separación muy alta (Vrbová & Ciahotný, 2017).

La separación por membranas se basa en que éstas son permeables al CO2, agua, NH3, O2, y N2, y no permeables al CH4. Las membranas típicas para la mejora de biogás están fabricadas de materiales poliméricos como polisulfona, poliimida o polidimetilsiloxano que son capaces de separar el CO2 del biogás con el fin de obtener biometano de calidad (Hiloidhari & Kumari, 2021).

Figura 8. Esquema del Funcionamiento de Separación con Membranas. Fuente: Adnan et al., (2019)

3. Conclusiones

Algunas de las conclusiones que podemos extraer tras las realización de este proyecto son:

• Los resultados analíticos del agua tratada en esta planta, muestran que se cumple con la normativa vigente de depuración/saneamiento y calidad de aguas.
• Se podrían recuperar el N y P para obtener fertilizantes adecuados para uso agrícola mediante la precipitación de estruvita y sales de amonio utilizando zeolitas y a continuación mediante membranas de fibra hueca (HFMC).
• El biogás generado en la digestión anaerobia podría transformarse en biometano con las tecnologías existentes para usarlo como combustible de vehículos y para inyectarlo a la red de gas natural. Pero cabe destacar, que la separación por membrana es la más competitiva, porque es una de las tecnologías con menor demanda de energía, es menos voluminoso y tiene una eficiencia de separación muy alta. 
• La inyección de biometano a la red de gas natural supondría un aprovechamiento más eficiente que en los motores de cogeneración y un ahorro de emisiones de CO2. Actualmente, en España, el Ministerio de Industria ha establecido la calidad que debe cumplir el biometano para su inyección a red. (PD-01 «Medición, Calidad y Odorización de Gas»).