Canal de Isabel II, la empresa pública encargada de la gestión del ciclo integral del agua en la Comunidad de Madrid, apuesta por la economía circular tratando no solo de obtener energía mediante actividades sinérgicas a los procesos de captación, distribución o depuración, sino de revalorizar los residuos. En esta línea, la compañía ha instalado una planta para producir estruvita a partir del agua residual.
Si en un principio el agua residual representaba un problema que, sobre todo, generaba gastos, con las nuevas técnicas, y haciendo un esfuerzo en investigación, se ha logrado que de la depuración de las aguas podamos llegar a obtener, además de agua regenerada, electricidad y calor, combustibles, carburantes, compost o preciados fertilizantes como la estruvita.
¿Pero qué es la estruvita? Químicamente, es un fosfato amónico magnésico que cristaliza en condiciones alcalinas. El fósforo, indispensable en agricultura, es un recurso limitado y no renovable; de hecho, se estima que sus reservas se agotarán antes que las del petróleo. Su principal aplicación es como fertilizante. España carece de yacimientos significativos de rocas fosfóricas y tiene que importar gran parte de lo que necesita, con el inconveniente del contenido asociado de metales pesados, que en ocasiones puede hacer inútiles ciertos yacimientos minerales.
Por suerte, las aguas residuales que llegan a las depuradoras contienen elevadas concentraciones de fósforo y nitrógeno. Estos elementos normalmente se pierden tras la depuración, pero existe la posibilidad de recuperarlos obteniendo estruvita de forma controlada en la propia EDAR, y eso es lo que ha hecho Canal en la depuradora Sur.
Por su diseño, esta infraestructura, la de mayor capacidad de depuración de la Comunidad de Madrid, resultaba idónea para poner en marcha el proyecto, previamente estudiado desde la Subdirección de I+D+i de la compañía. Dentro de la instalación, se decidió que el mejor punto para tomar el agua residual a partir de la cual obtener la estruvita era tras la deshidratación de los fangos.
Así, se toma el agua de retorno de este proceso, que es la que contiene una mayor concentración de fosfatos y amonio y, por tanto, resulta más rentable. Pero para llegar a estos niveles de producción y eficiencia se ha necesitado un importante periodo de estudios previos y trabajos, en los que han participado distintas partes de la empresa.
En primer lugar, no hay que olvidar que I+D+i de Canal de Isabel II realizó una experiencia piloto en la que demostró el interés que tiene abordar esta posibilidad de obtener estruvita del agua residual. Además, obtuvo una tecnología viable. Después vino la decisión de apostar por construir una instalación para poner en práctica la idea de obtener un producto renovable de forma sostenida, y se construyó la planta para fabricación de estruvita en la EDAR Sur.
Tras su puesta en marcha, la Subdirección de Calidad de las Aguas realizó todos los análisis necesarios para asegurar la fabricación de un producto con una riqueza del 97% con despreciables contenidos de metales pesados.
Por otra parte, en la misma planta se han realizado mejoras al proyecto inicial tras adquirir la confianza que da el conocimiento del proceso productivo de la estruvita.
La formación controlada de estruvita se realiza en un reactor de lecho fluidificado de flujo ascendente mediante dos etapas: la nucleación, que es la parte donde se empiezan a formar las primeras partículas de estruvita, y la exposición, donde se produce la formación de los granos de estruvita en el tamaño deseado. El corazón del proceso es un reactor de lecho fluidificado de flujo ascendente.
El escurrido entra en el proceso por la parte inferior del reactor mientras que el agua tratada es evacuada del reactor por la parte superior. El lecho está formado por semillas de la propia estruvita, que proporcionan una amplia superficie para la deposición del fósforo durante la precipitación. La última etapa del proceso consiste en el secado de los gránulos de estruvita. Finalizada esta fase, los gránulos de estruvita están listos para su reutilización.
La tasa de eliminación de fósforo está entre un 80% y un 90%, obteniendo un efluente con una concentración de ortofosfatos entre 25-50mg/l. El proceso también elimina amonio; por cada molécula de fósforo eliminada, se elimina una molécula de amonio. Se puede controlar la sequedad y granulometría esférica de la estruvita. Además, el proceso trabaja en continuo, si bien permite ser parada y puesto en marcha nuevamente fácilmente para adecuarse a los cambios en el flujo del agua. Y también es un proceso de fácil y sencilla operación.
La estruvita se está convirtiendo en el oro blanco de la agricultura. Su cotización en Estados Unidos puede alcanzar un precio de unos 1.000 dólares la tonelada. Sin embargo, no hay que verlo en términos exclusivamente productivos, sino como una oportunidad de contribuir a la economía circular.
Se trata de un buen fertilizante que aporta fósforo, nitrógeno y magnesio en conjunto. Se disuelve lentamente, lo que la hace especialmente interesante para aquellos cultivos o zonas forestales que se abonan cada ciertos años, disminuye el riesgo de contaminación de acuíferos y aumenta el grado de aprovechamiento por parte del vegetal.
Depuradoras
De cualquier modo, el aprovechamiento de las aguas residuales como materia prima para fertilizantes no acaba con la estruvita. Los propios lodos retirados del agua residual, más de 400.000 toneladas al año, pueden ser reaprovechados como fertilizante si se tratan en instalaciones como la que Canal de Isabel II tiene en Loeches.
Incorporando poda al lodo deshidratado y secado, se puede transformar en compost: anualmente, se producen más de 2,5 millones de kilogramos de este compuesto, muy utilizado en agricultura. Y no es el único uso: buena parte de este lodo se somete a un proceso de secado térmico con cogeneración, que permite transformar el lodo en fertilizante seco y, al tiempo, generar energía eléctrica que se usa, en parte, para el autoconsumo de la planta.
Próximamente, Canal gestionará el 100% de los lodos de depuración de la Comunidad de Madrid, ya que comenzará a tratar y revalorizar los procedentes de las 8 Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR) de Madrid capital: con esto se obtendrá energía eléctrica suficiente como para abastecer a una población de 230.000 personas.
Estos fangos no solo son útiles una vez retirados de las depuradoras y tratados en plantas específicas, sino que su misma presencia en las plantas depuradoras - 157 en toda la Comunidad de Madrid - puede también ser aprovechada para obtener energía. Así, los fangos, que concentran la contaminación retirada del agua residual, se tratan en las depuradoras en grandes digestores, donde producen una energía renovable muy versátil, el biogás.
El biogás es una energía renovable de respaldo de mayor calidad que, por ejemplo, la solar o la fotovoltaica aquejadas de su intermitencia en determinados periodos. El biogás tiene dos valores añadidos que la hacen estar en un escalón por encima de la solar o la eólica: es una energía almacenable y es de producción ininterrumpida. Mientras haya población que atender, habrá generación de biogás a partir de su agua residual y su producción se puede almacenar en gasómetros o descomponer en hidrógeno para pilas de combustible.
Gracias a su poder calorífico, presenta grandes oportunidades de aprovechamiento a nivel energético. Canal produjo más de 52 millones de metros cúbicos de biogás durante 2017, a partir de los cuales generó más de 93 millones de kilovatios hora de energía eléctrica: esto equivale a alimentar eléctricamente a una población de más de 70.000 habitantes, como pudiera ser Ciudad Real o Palencia.
Además, esta producción eléctrica ha permitido ahorrar unas emisiones de más de 24.000 toneladas de CO2, y sus posibilidades no acaban aquí: el biogás puede propulsar vehículos, como de hecho ya se está testando en varias instalaciones de depuración de Canal, en las que se están instalando gasineras que recargan vehículos a partir de distintas tecnologías.
Así, por ejemplo, desde finales de abril, la depuradora de La Gavia cuenta con una planta piloto con una capacidad de producción de 0,3 Nm3/h, es decir, dos repostajes semanales a un turismo. El proceso de eliminación del CO2 se basa en su disolución en agua de decantación primaria. El agua y el biogás se hacen circular a contracorriente en torres de unos 2,5 metros de altura en dos etapas.
El proceso es especialmente ventajoso para las depuradoras, al contar éstas con gran abundancia de agua para el proceso, al contrario de lo que ocurre en los vertederos; y teniendo en cuenta que el dióxido de carbono disuelto en el agua aumenta su alcalinidad, lo que, a su vez, facilita los procesos de nitrificación en los procesos biológicos posteriores.
Esta gasinera, que aún es un proyecto piloto, está sirviendo para comprobar la viabilidad de la inversión, su robustez ante imprevistos, sus consumos específicos, su continuidad, sus rutinas de mantenimiento… y los resultados, por el momento, están siendo muy satisfactorios: es una tecnología que en los primeros meses ha demostrado que aúna simplicidad, bajos consumos específicos y no requiere pretratamientos previos al biogás, y, además, ofrece una alternativa más a la movilidad sostenible.
Todas estas acciones relacionadas con la economía circular y la producción de energía en procesos sinérgicos a la gestión del ciclo del agua se enmarcan en la línea de impulso de la calidad medioambiental y eficiencia energética del Plan Estratégico de la empresa pública. Este incluye, entre las acciones previstas, el Plan de Generación Limpia o 0 Kilovatios, con el que se persigue alcanzar el 100% de autoconsumo con energías renovables y la higienización masiva de lodos de EDAR para aprovechamiento agrícola: el punto de partida es ver el residuo no como un problema, sino como una oportunidad.
