El futuro del tratamiento de agua
El tratamiento de aguas está experimentando una profunda transformación y cobrando cada vez más importancia en todo el mundo. El agua es un bien cada vez más escaso. No está disponible en la cantidad suficiente, sobre todo en los países más pobres. Las dificultades son cada vez mayores debido a la creciente demanda por parte de la industria, la agricultura y la generación de energía. Si bien aquí, en Alemania, problemas como la escasez de agua tienen una importancia relativa, un enfoque responsable y eficiente en relación al uso de los recursos es una cuestión importante para el futuro. El tratamiento del agua desempeña un papel clave en el tema de la disponibilidad de agua. Aproximadamente el 80 % de las aguas residuales de todo el mundo sigue sin tratarse a pesar de que sería técnicamente posible en numerosos casos. Por tanto, en el largo plazo existe un potencial considerable para que la industria reduzca notablemente su consumo de agua.
Aprovechamiento del potencial del tratamiento de aguas en el futuro
Al mismo tiempo, el enfoque también se centra en la eficiencia energética sobre todo en los países industrializados. Las plantas de tratamiento de aguas residuales se consideran unos auténticos devoradores de energía debido al elevado consumo energético de los procesos que tienen lugar en los tanques de aireación. En un contexto de ambiciosos objetivos de protección medioambiental y de aumento de los precios de la energía, la eficiencia energética en el tratamiento del agua será uno de los principales problemas en el futuro.
Sobre todo en el ámbito de la tecnología energética para tanques de tratamiento de aguas residuales está claro que ya existen tecnologías fiables que permiten reducir el consumo de energía de manera sostenible y que resultan muy atractivas desde el punto de vista del operador. Las inversiones en una tecnología moderna de ventilación se amortizan muy rápidamente y mejoran la eficiencia de la planta sin incurrir en gastos innecesarios, sobre todo en aquellas plantas de tratamiento de agua más antiguas. El tratamiento de agua del futuro tiene un gran potencial para atenuar la escasez de agua, estimular una gestión responsable de las materias primas y reducir el consumo de energía. Un ejemplo con gran potencial para el futuro es la generación de energía a partir de aguas residuales.
Generación de electricidad y calor a partir de aguas residuales
Uno de los aspectos más importantes para el futuro en el campo del tratamiento del agua es la generación de energía a partir de las aguas residuales. Cada metro cúbico de agua residual contiene cuatro veces la cantidad de energía que se utiliza para depurarla: desde un punto de vista estrictamente teórico, una planta de tratamiento de aguas residuales podría producir más energía que la que consume. El principio en el que se basa esta idea es simple: en general, los sólidos contenidos en las aguas residuales, por ejemplo, excrementos, papel higiénico u otras partículas, se pueden usar en plantas de biogás para generar energía eléctrica y calor. Las tecnologías necesarias para este proceso ya se han aplicado satisfactoriamente, pero todavía hay un enorme margen de crecimiento. Las tecnologías necesarias para este proceso ya se han aplicado satisfactoriamente, pero todavía hay un enorme margen de crecimiento. Por este motivo, en la actualidad se están investigando y ensayando en forma de prototipos nuevas tecnologías enfocadas a aumentar la incineración de fangos, y los resultados son alentadores.
Sin embargo, todavía quedan numerosos obstáculos que superar antes de aprovechar todo el potencial de las aguas residuales para generar energía. Uno de los retos es aumentar de manera considerable el porcentaje de sólidos que se pueden extraer de las aguas residuales antes del proceso de depuración real. Esto se podría conseguir, por ejemplo, agregando polímeros que favorezcan la aglomeración de los fangos.
Plantas de tratamiento de aguas residuales como auténticos devoradores de energía: aquí se puede ahorrar energía
La eficiencia energética es el aspecto más importante en el tratamiento del agua del futuro. Por un lado, los operadores de las plantas de tratamiento de aguas residuales tienen que enfrentarse constantemente a reglamentos medioambientales cada vez más estrictos aprobados por los políticos. Por otro, tienen que adoptar medidas de eficiencia para contrarrestar el aumento de los precios de la electricidad. Para entender la importancia de la eficiencia energética en los tanques de tratamiento de aguas residuales, es útil analizar el equilibrio energético de una planta de tratamiento.
Las aproximadamente 10 200 plantas de tratamiento de aguas residuales que existen en Alemania utilizan un total de unos 4 400 gigavatios hora (GWh) de energía eléctrica al año. Esto equivale a un consumo específico de 35 kWh/población equivalente por año. Así pues, las depuradoras de aguas residuales siguen representando en torno al 0,7 % de la energía consumida en Alemania.
Se observa que la aireación es, lejos, el principal consumidor en prácticamente todas las plantas de tratamiento de aguas residuales con procesos de fangos. Si bien el porcentaje de energía consumida por las plantas con estabilización aeróbica de fangos se encuentra entre el 60 y el 80%, en las plantas con digestión de fangos este porcentaje asciende a aproximadamente 50%. Existen además otros consumidores de energía que no son tan importantes como el proceso de fangos. Resumen de los principales consumidores de energía:
Un vistazo al consumo medio de energía de estas plantas muestra que el mayor potencial de reducción del consumo energético reside en la aireación de los tanques de aireación y en las estaciones de bombeo en funcionamiento constante, por ejemplo, la entrada, el mecanismo de elevación intermedio y la recirculación interna. La ventilación de los tanques de aireación desempeña el papel más importante, por lo que este aspecto se examinará en detalle más adelante.
Centrados en el consumo de energía: medidas adicionales para incrementar la eficiencia
Aumentar la eficiencia energética de los tanques de aireación y emplear fangos o biogás para generar energía y calor no son las únicas medidas que se pueden aplicar en la senda hacia el tratamiento del agua del futuro. Otro potencial consiste, por ejemplo, en integrar las energías renovables en los sistemas energéticos de las plantas de tratamiento de aguas residuales.
Por ejemplo, se pueden instalar células solares o turbinas eólicas en los terrenos de las plantas de tratamiento de aguas residuales para mejorar todavía más el coeficiente entre la energía generada y el consumo total de energía. Al mismo tiempo, está claro que hay que tener en cuenta que estas medidas están sometidas a las mismas restricciones que otras ubicaciones y la rentabilidad de la inversión dependerá de la situación del momento, por ejemplo, las condiciones de sol y viento del lugar. Si bien el uso de placas solares para generar calor tiene especial interés en las plantas sin digestión de fangos, probablemente este enfoque desempeñará un papel subordinado en el futuro. En las plantas con estabilización aeróbica de fangos suele haber un exceso de calor durante el verano, lo que hace que la medida sea superflua para este tipo de planta de tratamiento de aguas residuales. Otras medidas para garantizar la eficiencia energética del tratamiento de aguas en el futuro pretenden utilizar energía hidroeléctrica en las entradas y salidas de la depuradora. Sin embargo, el potencial de este enfoque solo es limitado porque la altura de caída disponible es baja y la cantidad de energía generada no justifica el esfuerzo ni el gasto.
Sobre todo en plantas de mayor tamaño con incineración de fangos, se recomienda utilizar los residuos de los tamices como fuente de combustible adicional para incrementar aún más la eficiencia energética. Sin embargo, el potencial de esta tecnología se ve limitado por el uso de tamices para lavar residuos, los cuales reducen la acumulación de impurezas.
Tecnología de aireación en función de la demanda: medidas muy eficientes
debido al elevado consumo de energía. En función de la planta de tratamiento de aguas residuales, el proceso de aireación supone entre el 60 y el 80% de la necesidad de energía total, por lo que la aireación es muy importante para el tratamiento de aguas en el futuro.
¿Qué ocurre en un tanque de aireación?
Para entender por qué los tanques de aireación consumen tanta energía, debemos analizar brevemente los procesos que ocurren en un sistema de depuración biológica. Los tanques de aireación separan el agua residual predepurada por medios mecánicos de las sustancias orgánicas como fosfatos y compuestos de nitrógeno. Esta descomposición la llevan a cabo microorganismos —por ejemplo, bacterias— y da lugar al fango aireado.
Para eliminar biológicamente los fosfatos del agua residual en el primer paso, la primera parte del tanque se mantiene baja en oxígeno. A continuación se introduce una gran cantidad de oxígeno en las aguas residuales mediante aire comprimido. Las bacterias se multiplican rápidamente gracias al oxígeno, lo que provoca que los fosfatos se liguen al fango biológico cuando se combinan con un precipitado disuelto. Seguidamente, el fango se descompone en tanques de tratamiento secundarios y se puede devolver a los tanques de aireación o transportarse al sistema de tratamiento de fangos. Este proceso utiliza una gran cantidad de energía debido a la introducción de grandes cantidades de aire comprimido.
Retos y potencial de optimización de la tecnología de aireación
Básicamente, el reto de la tecnología de aireación consiste en ofrecer un suministro de aire en función de la demanda capaz de gestionar fuertes fluctuaciones en los perfiles de carga y grados de contaminación variables. Las plantas de tratamiento de aguas residuales más antiguas suelen estar equipadas con unas tecnologías de soplantes que siempre aportan la misma cantidad de oxígeno, independientemente de la situación del suministro, aunque ello no sea siempre necesario. Por lo tanto, el reto consiste, por un lado, en aplicar la aireación en función de la demanda y, por otro, en suministrar los rangos de carga parcial del perfil de carga de la forma más eficiente posible.
Para suministrar energía a los tanques de aireación de manera eficiente, AERZEN cuenta con una cartera de productos compuesta por una o más tecnologías de soplantes que se implementan en función de las necesidades individuales de cada planta de tratamiento de aguas residuales. Este enfoque permite lograr la máxima eficiencia y aprovechar al máximo el potencial de ahorro.
La cartera consta de turbosoplantes, soplantes de desplazamiento positivo y compresores de émbolos rotativos. La ventaja es obvia: cada una de estas tecnologías tiene una serie de ventajas y puntos fuertes que se pueden adaptar a cada necesidad particular. Por ejemplo, si bien las turbosoplantes son asombrosamente eficientes en términos de energía debido a su diseño, las máquinas de émbolos rotativos destacan en términos de adaptabilidad y por una eficiencia prácticamente invariable en el rango de carga parcial. Como máquina híbrida, el compresor de émbolos rotativos combina las ventajas de la tecnología de la soplante y el compresor en un único sistema. En función de la aplicación, es recomendable elegir una combinación de diferentes tecnologías o la tecnología más eficiente para el caso en cuestión. Al mismo tiempo, además de tecnologías diferentes, también se pueden instalar tamaños diferentes, y también es posible lograr un mayor potencial de ahorro si este enfoque se combina con un sistema de control global inteligente.
La experiencia ha demostrado que una aireación optimizada permite conseguir importantes ahorros energéticos. Por ejemplo, con la instalación de una turbosoplante de Aerzen y una Delta Hybrid, la planta de tratamiento de aguas residuales de Rheda-Wiedenbrück (Alemania) consiguió ahorrar 40 000 euros en costes de energía al año.
