Regeneración de aguas residuales urbanas mediante la integración de tecnologías solares basadas en microalgas (tratamiento secundario) y foto-Feton (tratamiento terciario) (INTEGRASOL)

El nuevo Reglamento Europeo sobre requisitos mínimos para la reutilización del agua (WWR-EU) establece cuatro clases de calidad de aguas regeneradas para el riego agrícola y entrará en vigor en junio de 2023. Las instalaciones de regeneración actuales, en servicio desde hace años, deberán mejorar sus sistemas de tratamiento o incorporar nuevos tratamientos para cumplir con los nuevos requisitos de calidad. Además de los parámetros regulados, la reutilización del agua debe considerar los microcontaminantes orgánicos

antropogénicos, las bacterias resistentes a los antibióticos y los genes de resistencia a los antibióticos, designados colectivamente comoContaminantes de Preocupación Emergente. Sus efectos potenciales pueden ser muy graves: alteración endocrina, mutagenicidad, resistencia a antibióticos, toxicidad. En consecuencia, muchos investigadores han hecho hincapié en la necesidad de desarrollar nuevos tratamientos terciarios, alternativos a los clásicos. Recientemente se han mostrado los tratamientos basados en la energía solar, como estrategias sostenibles y respetuosas con el medio ambiente para la regeneración, desinfección y descontaminación de aguas residuales, fomentando la aplicación de tecnologías solares para la eliminación de microorganismos y microcontaminantes orgánicos. El proceso foto-Fenton solar se considera como un sistema de oxidación atractivo para el tratamiento de aguas residuales, debido a la abundancia de hierro en la naturaleza y la baja toxicidad inherente, así como al hecho de que el H₂O₂ es fácil de manejar y ambientalmente seguro. Su eficacia se basa en la gran cantidad de radicales hidroxilo (HO) generados por el ciclo catalítico de los iones de hierro (Fe²⁺ y Fe³⁺) combinados con peróxido de hidrógeno y radiación UV-vis. Sin embargo, hay varios compuestos comúnmente presentes en los efluentes

secundarios de la EDAR que reducen la eficiencia de la reacción foto Fenton, como el amonio, consumidor de peróxido de hidrógeno, los fosfatos, consumidor de hierro disuelto por precipitación y los carbonatos que actúan como sumideros de HO. En este sentido, los sistemas de tratamiento secundario de aguas residuales basados en microalgas han sido estudiados con gran interés debido a su conocida capacidad para eliminar nutrientes, C, N y P. Durante los últimos años ha habido un creciente interés por esta tecnología,

concretamente en la potencial valorización de la biomasa producida para aplicaciones de menor valor como la energía, el medio ambiente o la agricultura, siguiendo los principios de la economía circular. Con estos antecedentes, el objetivo principal del proyecto INTEGRASOL es el desarrollo y evaluación de un proceso combinado de regeneración de aguas residuales basado en el tratamiento secundario mediante microalgas y el proceso foto-Fenton solar como tratamiento terciario operado en modo de flujo continuo, con el fin de obtener agua reutilizable y biomasa de microalgas. Para ello, el proyecto se centrará en la adaptación de las condiciones de operación del tratamiento secundario para obtener un efluente con las mejores características posibles para ser tratado por foto-Fenton solar en un reactor tipo raceway operado en flujo continuo. El proyecto INTEGRASOL representa la combinación del conocimiento desarrollado en los

últimos 20 años por el equipo de investigación en los campos del tratamiento de aguas residuales con microalgas y la regeneración de agua por foto solar Fenton.

Objetivos:

El objetivo general de la propuesta es la evaluación de la combinación del tratamiento de aguas residuales a base de microalgas con la regeneración de efluentes mediante foto-Fenton solar en reactores raceway pond operados en flujo continuo. Para ello, se abordarán los siguientes objetivos específicos:

• Optimizar las condiciones de operación del tratamiento secundario con microalgas para minimizar la concentración de amonio, fosfato y carbonato en el efluente de salida. Para ello, se llevará a cabo el estudio del efecto del tiempo de residencia hidráulico, el tiempo de retención celular, la concentración de biomasa y la profundidad de líquido sobre la eliminación de los nutrientes C, N y P y contaminantes (bacterias, colifagos, microcontaminantes orgánicos).
• Evaluar la influencia de la concentración de carbonatos, amonio y fosfatos en la reacción de fotofenton solar para establecer sus concentraciones límite para la combinación de ambos procesos, el tratamiento de aguas residuales a base de microalgas y la regeneración de efluentes secundarios mediante foto-Fenton solar.
• Optimizar las condiciones de operación del tratamiento terciario basado en foto-Fenton solar con el fin de maximizar la capacidad de tratamiento minimizando el consumo de reactivos.
• Optimizar la integración del tratamiento secundario basado en microalgas con el tratamiento terciario basado en foto-fenton solar para maximizar la capacidad de tratamiento y la productividad de las microalgas.
• Evaluar la presencia de microcontaminantes en las diferentes etapas del proceso integrado tanto en el agua como en la biomasa microalgal, con el fin de determinar el mecanismo predominante de eliminación.
• Evaluar desde un punto de vista tecnoeconómico y sustentable el proceso integrado y su posible implementación a escala real.