Estrategias de control basadas en modelado cinético para optimizar el proceso cloro-foto-Fenton solar frente a los nuevos desafíos en la regeneración de aguas residuales (CAFIRA)

El creciente desarrollo urbano y el cambio climático han generado una creciente preocupación entre la comunidad científica por la búsqueda de soluciones factibles y eficaces para afrontar la escasez de agua a nivel mundial. La reutilización de los efluentes de las estaciones depuradoras de aguas residuales municipales es una de las opciones más eficaces y sostenibles. Para facilitar la reutilización segura de las aguas residuales regeneradas, el nuevo Reglamento europeo sobre requisitos mínimos para la reutilización de aguas, aplicable desde junio de 2023, establece una clasificación de las distintas calidades de agua regenerada en función del uso y método de riego en cuanto a límites de desinfección. Además, incluye un plan de gestión de riesgos para promover la identificación y evaluación de agentes potencialmente peligrosos, como los contaminantes de preocupación emergente, potencialmente peligrosos. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar nuevas alternativas sostenibles a los tratamientos convencionales, ya que se requiere evitar la formación de subproductos de la desinfección peligrosos y eliminar microcontaminantes, lo cual no es posible con el habitual tratamiento de cloración. Para abordar este reto, se propone una nueva estrategia basada en el nuevo proceso cloro-foto-Fenton solar (CFFS). Dicho proceso consiste en la operación del proceso foto-Fenton solar a pH neutro con la adición simultánea de peróxido de hidrógeno (H₂O₂) e hipoclorito de sodio (NaClO). La combinación del poder bactericida del NaClO con la capacidad del proceso foto-Fenton para eliminar microcontaminantes permite alcanzar ambos objetivos reduciendo el tiempo de tratamiento en comparación con otros procesos solares. De cara a la futura implementación del proceso a escala comercial, es fundamental una visión holística que integre la fenomenología química y económico-ambiental. El proyecto CAFIRA parte de la hipótesis de que es posible optimizar el funcionamiento del proceso CFFS utilizando estrategias de control basadas en la modelización cinética de la inactivación de microorganismos y eliminación de microcontaminantes. En este contexto, el objetivo general del proyecto CAFIRA es el desarrollo de un modelo mecanístico del proceso CFFS para controlar y optimizar la operación en continuo de reactores raceway para la regeneración de aguas residuales cumpliendo el Reglamento (UE) 2020/741, desde un enfoque de sostenibilidad económico-ambiental. Para ello, se abordarán los siguientes objetivos específicos:

• Investigar el efecto de combinar el poder oxidante de H₂O₂ y NaClO sobre la cinética de inactivación de microorganismos patógenos y eliminación de microcontaminantes mediante el proceso CFFS con diferentes complejos de hierro.
• Desarrollar un modelo mecanístico del proceso CFFS para predecir la eliminación de microcontaminantes y la inactivación de los microorganismos incluidos en el Reglamento (UE) 2020/741.
• Diseñar y evaluar el rendimiento de un enfoque de control para la operación de flujo continuo del proceso CFFS.
• Valoración económica de los beneficios ambientales del proceso CFFS.