Innovación en la regeneración de aguas mediante cloro-foto-Fenton solar a escala demostrativa (INACUA)
DGF_PLSQ_2023_00330
Resumen del proyecto
Los efectos del desarrollo urbano y el cambio climático han conducido a un escenario de aumento general de la escasez hídrica. La situación extrema en la que se encuentra Andalucía ha dado lugar a la puesta en marcha de medidas extraordinarias para buscar soluciones innovadoras que permitan hacer frente a las consecuencias provocadas por la sequía. Una solución eficaz y sostenible es la reutilización de los efluentes de las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) municipales. Para fomentar la reutilización segura de las aguas residuales regeneradas, el nuevo Reglamento europeo sobre requisitos mínimos para la reutilización de aguas 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, que aún no han sido regulados. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar nuevas alternativas sostenibles a los tratamientos convencionales, evitando la formación de subproductos derivados de la desinfección (DBP, por sus siglas en inglés) y eliminando microcontaminantes, lo cual no es posible con la cloración. Para abordar este reto, se propone una nueva estrategia basada 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 así el tiempo de tratamiento frente a otros procesos solares. Sin embargo, con vistas a su aplicación comercial, es necesario investigar la viabilidad operativa del proceso en flujo continuo, junto con el seguimiento de los subproductos de desinfección. Además, el modelado empírico del proceso es una alternativa factible y robusta para el control y la optimización de la operación de los fotorreactores demostrativos. En este contexto, el proyecto INACUA se enfoca en la aplicación del proceso cloro-foto-Fenton en reactores solares continuos equipados con novedosas herramientas de operación y control para regenerar aguas residuales para su reutilización en riego agrícola según el Reglamento (UE) 2020/741, sin DBP nocivos. Con este fin, se abordarán los siguientes objetivos específicos:
Estudio fenomenológico del proceso cloro-foto-Fenton solar a escala piloto. Evaluación de la viabilidad operacional del proceso a escala demostrativa. Modelización empírica del proceso. Diseño de una estrategia de control que permita optimizar la operación en flujo continuo. Implementación de la estrategia de control a escala demostrativa. Evaluación de la viabilidad económica del proceso desde la perspectiva de la sostenibilidad ambiental.
Objetivos del proyecto
El objetivo general de INACUA es demostrar la viabilidad del proceso cloro-foto-Fenton solar para regenerar aguas residuales aptas para riego agrícola. Se concreta en seis objetivos específicos:
- O.1 · Estudio fenomenológico del proceso CFFS a escala piloto y eliminación de los contaminantes objetivo.
- O.2 · Viabilidad operacional del proceso a escala demostrativa.
- O.3 · Modelización empírica del proceso, correlando variables de entrada y salida.
- O.4 · Estrategia de control para optimizar la operación en flujo continuo.
- O.5 · Implementación del control a escala demostrativa.
- O.6 · Viabilidad económica y ambiental del proceso desde la sostenibilidad.
Actividades del proyecto
El trabajo se organiza en cuatro paquetes: PT.1 Estudio de la operación del proceso, PT.2 Control y optimización, PT.3 Evaluación económica y ambiental, y PT.4 Difusión y transferencia.
PT.1 · Estudio de la operación del proceso CFFS
A.1.1 · Caracterización del efluente secundario de la EDAR (parámetros fisicoquímicos y microbiológicos).
A.1.2 · Efecto de las variables de operación (temperatura, Fe³⁺-NTA, NaClO, irradiancia): se alcanzó la eliminación completa del benzotriazol y la inactivación instantánea de E. coli (clase A).
A.1.3 · Mejora de la planta demostrativa: actualización del sistema de automatización, bombas de dosificación de reactivos, sensores y una electrobomba sumergible para la alimentación del reactor.
A.1.4 · Validación a escala demostrativa (planta de 37 m², 3,40 m³/h): eliminación de microcontaminantes de hasta el 60% y agua de calidad Clase B.
A.1.5 · Seguimiento de los DBP: trihalometanos y ácidos haloacéticos muy por debajo de los límites normativos.
PT.2 · Control y optimización del proceso
A.2.1 · Modelización empírica: modelo semiempírico que acopla desinfección y eliminación de microcontaminantes (error < 20%), con un coste de operación cercano a 0,78 €/m³.
A.2.2 · Estrategia de control que ajusta la dosificación de reactivos según la irradiancia solar en tiempo real (hasta un 78% menos de incumplimientos).
A.2.3 · Evaluación del sistema de control a escala piloto con instrumentación en línea: sondas de potencial redox (ORP), cloro libre y H₂O₂ en reactores tipo raceway.
A.2.4 · Implementación y validación del control a escala demostrativa: se ha implementado el sistema de control en la planta demostrativa; la validación está en curso.
PT.4 · Difusión y transferencia
Página web del proyecto, informe divulgativo (Layman), jornada de clausura y presencia en congresos y medios (ver Difusión y noticias).
Principales resultados
Gráficos de la memoria
El proceso CFFS demuestra la eliminación simultánea de patógenos y microcontaminantes minimizando los subproductos de la cloración, con un enfoque sostenible basado en energía solar: contribuye a mitigar la escasez de agua y a reducir la huella hídrica y de carbono.
Difusión y noticias
Publicación científica
Belachqer-El Attar et al., Journal of Water Process Engineering, 77, 108616 (2025). Resultados adicionales en preparación y por presentar en IWA 2026, META 2026 (XVI Congreso Español de Tratamiento de Aguas) y ECC 2026 (24ª Conferencia Europea de Control).
En los medios y divulgación
El proyecto ha generado varios Trabajos Fin de Grado y Fin de Máster y comunicaciones en el XIV Simposio de Investigación en Ciencias Experimentales, contribuyendo a la formación de nuevo personal investigador.
