La depuradora de Lleida, gestionada por Aqualia y dirigida por Jordi Palatsi, se ha convertido en un ejemplo de cómo una estación depuradora de aguas residuales puede reducir el consumo de recursos, recuperar energía y transformar los residuos en productos útiles.
El proyecto combina sistemas cognitivos basados en algoritmos predictivos, producción de biogás y biometano, reutilización del agua regenerada y aprovechamiento de lodos para avanzar hacia una instalación más autosuficiente y cercana al modelo de biofactoría.
Qué es la depuradora de Lleida
El proyecto se ha puesto en marcha en la Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) que Aqualia gestiona en Lleida (España) con una capacidad de 96.000 metros cúbicos al día (m3/día). La estación de aguas residuales de Lleida es más que una instalación que trata las aguas residuales.
Una instalación antigua (se construyó en el año 1994) pero que a través de sistemas de aprovechamiento de los residuos del agua que trata se ha convertido en autosuficiente y productora no sólo de agua regenerada, sino de energía, abono agrícola e incluso de ingredientes para cosmética o alimentación animal.
Su responsable, Jordi Palatsi, presentó al público que asistió a la Jornada 'Las vidas del agua', en el Club Diario, los avances que se han logrado en esta infraestructura a través de la inversión.
La visión de Jordi Palatsi: una depuradora como biofactoría
«El contexto que se aplicaba hasta ahora está obsoleto. Las veíamos como un gran consumidor de recursos, gastamos energía para tratar las aguas fecales. Nosotros vemos un cambio de paradigma: las depuradoras son biofactorías».
¿Y si las depuradoras pasasen de ser el lugar donde acaban las aguas residuales para convertirse en instalaciones generadoras de productos? ¿Si pudiesen ser una fuente de beneficios en lugar de un gasto? Ese es el horizonte al que quieren dirigir estas instalaciones las normas europeas y donde ya se encuentra la depuradora de Lleida, gestionada por Aqualia.
En esta dirección, señaló la inminente aprobación de una nueva directiva europea que obligará a que estas instalaciones sean autosuficientes, generen lodos de calidad para su uso y permitan la reutilización del agua depurada.
Capacidad y funcionamiento de la instalación
En plena crisi climàtica, en què no plou el que caldria i que els rius han d'estar el més nets possible, és important saber què hem de fer perquè les plantes de depuració de l'aigua residual puguin funcionar amb les millors prestacions.
La depuradora recibe flujos de entrada cuyo volumen varía según las distintas horas del día o de la noche. Las temperaturas diferentes del agua afectan de manera distinta al comportamiento de las bacterias que se utilizan para descomponer las aguas residuales y las tarifas de electricidad también varían según la hora del día o de la noche.
Estos factores hacen que la operación de la planta sea dinámica y que los responsables deban ajustar de forma continua parámetros relacionados con el tratamiento, el consumo energético, la calidad del agua y la gestión de los residuos.
| Aspecto | Dato |
|---|---|
| Capacidad de tratamiento | 96.000 metros cúbicos al día (m3/día) |
| Agua tratada anualmente | Veinte millones de metros cúbicos |
| Residuos impropios recibidos | De 15 a 20 toneladas a la semana |
| Reducción del consumo eléctrico | 13,5% |
| Reducción de productos químicos para extraer fósforo | 14% |
| Reducción de la producción de residuos | 17% |
| Capacidad de producción de biometano | 10 Nm3 de biometano por hora |
| Vehículos abastecidos con biometano | 6 vehículos |
El problema de los residuos impropios
JORDI PALATSI (depuradora Lleida): "Tractem vint milions de metres cúbics d'aigua a l'any i ens arriben de 15 a 20 tones de residus impropis a la setmana".
Ajudaria que la depuradora no hagués de bregar amb les 15-20 tones de residus impropis (aquells que no hem de llançar per l'aiguera o pel forat del vàter, com l'oli de cuinar o les tovalloletes humides) i que li arriben cada setmana!!!
Estos materiales llegan a la planta porque se vierten por el fregadero o por el inodoro, aunque no deben eliminarse de esta manera. El aceite de cocinar y las toallitas húmedas forman parte de los residuos impropios que complican el funcionamiento de las instalaciones de saneamiento y depuración.
La retirada de estos residuos exige operaciones adicionales y genera materiales que deben gestionarse separadamente, por lo que la prevención en los hogares y en las actividades económicas reduce la presión sobre la planta.
Control inteligente mediante algoritmos predictivos
IBM Research y Aqualia están trabajando conjuntamente para, a través de la tecnología cognitiva de IBM, reducir el consumo de energía derivado del tratamiento de las aguas residuales en las plantas y, al mismo tiempo, maximizar los recursos recuperados en dicho proceso.
Técnicos de Aqualia y del laboratorio de IBM Research en Haifa (Israel) han colaborado en el desarrollo y aplicación de esta tecnología, ha informado Aqualia en un comunicado.
Aqualia y el laboratorio de IBM Research de Haifa (Israel) han desarrollado una solución que consolida datos procedentes de numerosos sensores y fuentes con el objetivo de ofrecer a los ingenieros de las depuradoras una imagen completa de la “salud operativa” de la planta en todo momento.
El proyecto se basa en una solución de IBM que utiliza algoritmos de aprendizaje de máquina para predecir el impacto de los cambios en el agua, fallos de funcionamiento en la fábrica, necesidades de mantenimiento de los equipos y otros factores que ocurran en tiempo real.
De esta manera, la solución es capaz de generar alertas y recomendaciones para realizar ajustes que permitan un mejor funcionamiento de la fábrica.
Cómo se toman las decisiones operativas
Con anterioridad, Aqualia operaba la EDAR de una manera menos predictiva y tomaba decisiones para modificar los parámetros basándose en información no siempre actualizada a tiempo real.
El director de la planta de Aqualia de Lleida, Jordi Palatsi, ha destacado la importancia de que la instalación pueda utilizar "un avançat sistema cognitiu que sigui capaç de predir el comportament dinàmic dels seus processos".
“Con tantos datos procedentes de fuentes diferentes, necesitamos un avanzado sistema cognitivo que sea capaz de predecir el comportamiento dinámico de nuestros procesos”, afirma Jordi Palatsi, director de planta de Aqualia.
“Utilizando la avanzada analítica de IBM, hemos podido concentrarnos en aspectos muy relevantes relacionados con las condiciones de los flujos de entrada y salida del agua y hacer rápidamente los ajustes necesarios en el proceso de tratamiento para responder a los cambios”, añade Jordi Palatsi.
El director del proyecto en el laboratorio de IBM Research de Haifa (Israel), Alexander Zadorojniy, ha explicado que los modelos analíticos "són capaços d'extrapolar les dades dels sensors per proporcionar una fotografia completa de la situació actual de la planta i les tendències".
“Los modelos analíticos son capaces de extrapolar los datos de los sensores para proporcionar una fotografía completa de la situación actual de la planta y las tendencias”, ha señalado Alexander Zadorojniy, director del proyecto en el laboratorio de IBM Research en Haifa.
Basándose en la operatividad de la depuradora en cada momento y gracias a la optimización de algoritmos matemáticos, "el sistema proporciona recomendaciones a los ingenieros de la planta a partir de las que toman decisiones sobre las compensaciones relativas a electricidad y calidad", ha destacado.
“Basándose en la salud operativa de la depuradora en cada momento, gracias a la optimización de algoritmos matemáticos, el sistema proporciona recomendaciones a los ingenieros de la planta a partir de las que toman decisiones sobre las compensaciones relativas a electricidad y calidad”, añade.
Recomendaciones continuas para evitar la sobrecompensación
La optimización del sistema de IBM es dinámica y colabora de manera continua a realizar los ajustes necesarios para maximizar los recursos y reducir los costes, a la vez que se mantienen los niveles de seguridad.
El sistema proporciona a los operadores de la planta recomendaciones cada 2 horas, los 7 días a la semana.
Al basarse en un marco de información que se está ajustando continuamente en función de lo que está pasando en la planta en cada momento, los ingenieros de Aqualia pueden evitar la sobre compensación.
Esto significa que cumplen con las normativas y regulaciones de seguridad de una manera más eficiente.
Resultados del sistema inteligente
IBM y Aqualia están optimizan el tratamiento de aguas residuales con una tecnología pionera que utiliza algoritmos predictivos y permite tomar decisiones en tiempo real y reducir un 13,5% el consumo eléctrico y un 17% los residuos de la depuradora de Lleida.
Según los resultados obtenidos hasta ahora, se ha conseguido reducir un 13,5% el consumo de electricidad general de la planta.
Asimismo, una utilización más eficaz de los recursos ha permitido reducir un 14% la cantidad de productos químicos necesarios para extraer el fósforo del agua y un 17% la producción de residuos de la depuradora.
Aqualia sostiene que la depuradora está utilizando los recursos de forma más eficaz ya que la cantidad de productos químicos necesarios para extraer el fósforo del agua se ha reducido un 14% y la producción de residuos ha caído un 17% y se ha mejorado significativamente la eliminación de Nitrógeno, especialmente en bajas temperaturas.
También se ha mejorado significativamente la eliminación de Nitrógeno, especialmente en bajas temperaturas.
La solución de IBM Research ha tenido como resultado una mejora significativa en la eficiencia de la extracción del Nitrógeno, especialmente en condiciones muy bajas de temperatura (algunos meses ha habido una mejora de más del 20%).
Eliminación de fósforo y nitrógeno
Desde hace unos años la eliminación de Nitrógeno ha supuesto una despesa molt important en les plantes de tractament d'aigües, ja que ocupa molt espai, requereix costoses actualitzacions i modificacions en les inversions en energia i productes químics, segons Aqualia.
Desde hace unos años la eliminación de Nitrógeno ha supuesto un gasto muy importante en las plantas de tratamiento de aguas, ya que ocupa mucho espacio, requiere costosas actualizaciones y modificaciones en las inversiones en energía y productos químicos.
La mejora de la eliminación de nitrógeno resulta especialmente relevante durante los periodos de bajas temperaturas, cuando el comportamiento de las bacterias empleadas en el proceso puede verse afectado.
La optimización también ha reducido la cantidad de productos químicos necesarios para extraer el fósforo del agua, lo que permite utilizar los recursos de forma más eficiente y disminuir la producción de residuos asociada al tratamiento.
Producción de biogás a partir de lodos
En Lleida han encontrado la manera de aprovechar las toneladas de barro que se generan en la depuradora: las transforman en energía y, desde hace un año, también las aprovechan para hacer biocombustible para los coches.
La Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) de Lleida ya lleva mucho años produciendo biogás, a través de la digestión de los lodos producidos en el proceso de depuración de las aguas residuales, y aprovechándolo para producir energía eléctrica y térmica en régimen de autoconsumo mediante la cogeneración (autosuficiencia de la instalación).
La planta gestiona sus propios lodos y obtienen el biogás suficiente como para generar la mitad de la energía que consume.
La EDAR de Lleida, como instalación municipal, ya abastece sus requerimientos térmicos, y parte de los eléctricos, mediante el biogás producido.
Del biogás al biometano
El bio-metano es una vía más para aprovechar este biogás y evitar la pérdida de excedentes o su combustión en antorcha.
Se trata de un proceso desarrollado por Aqualia, bajo la patente y marca comercial ABAD-Bioenergy®.
El ABAD-Bioenergy®, es una tecnología de concentración / depuración del biogás hasta calidad vehicular.
Es un claro ejemplo de desarrollo de una tecnología, que se empezó a investigar en 2014, con una pequeña planta piloto en la EDAR de El Torno (Chiclana de la Frontera, Cádiz), y que se ha ido mejorando y escalando hasta la actual instalación de Lleida, con una capacidad de producción de 10 Nm3 de bio-metano / hora.
Aplicación del proyecto en Lleida
Se trata de una tecnología que se desarrolla en el Departamento de I + D de AQUALIA, y llega en Lleida en el marco del proyecto SMARTGreengas (IDI-20141342 IDI-20141344).
Este proyecto, con ayuda de financiación del programa CIEN (Consorcio de Investigación Empresarial Nacional) del CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial), que contó con fondos FEDER europeos, desarrolló algunas de sus actividades en la EDAR de Lleida; principalmente encaminadas a la optimización en la producción de biogás (pre-tratamientos a la digestión anaerobia) y aprovechamiento del mismo.
La instalación de Lleida, aparte de ser una aplicación plenamente operativa, ha permitido realizar diferentes actuaciones o mejoras de optimización de la tecnología, con colaboración de la ACA (Agencia Catalana del Agua).
Biometano para los vehículos del servicio de aguas
De momento les sirve para cubrir las necesidades de los vehículos de la empresa, pero desde la Paeria ya se está estudiando incorporarlo al sistema de autobuses urbanos.
Actualmente la EDAR de Lleida proporciona combustible a 6 vehículos (también del grupo Volkswagen) del Servicio de Aguas de la ciudad, que hasta la fecha han recorrido más de 60.000 km.
SEAT participó junto con Aqualia en el proyecto Smart Green Gas, facilitando dos vehículos de pruebas que recorrieron más de 30.000 km exclusivamente con biometano y que se revisaron exhaustivamente al terminar las pruebas siendo los resultados favorables.
Muchas marcas fabrican vehículos propulsados con GNC (Gas Natural Comprimido) que pueden ser perfectamente compatibles con el bio-metano, que evidentemente debe cumplir con los estándares de calidad (UNE-EN 16723-2: 2018).
De acuerdo con GASNAM (Asociación Ibérica de Transporte Sostenible), en Marzo 2021, existen en España 101 estaciones de gas natural comprimido (GNC) y 41 proyectos en ejecución, que pueden ser compatibles con el bio-metano.
Ventajas ambientales del biometano
Medioambientalmente el bio-metano presenta dos ventajas fundamentales.
- Por un lado, estamos sustituyendo un combustible fósil por un gas 100% renovable.
- Por el otro, las emisiones de vehículos propulsados por bio-metano son menores a las de otros combustibles tradicionales.
A nivel de análisis de ciclo de vida, este combustible presenta una huella de carbono incluso más baja que un vehículo eléctrico (la producción de baterías tiene asociadas una producción de CO2 elevada, Wheel to Wheel).
La producción de biometano en Europa constituye uno de los objetivos de desarrollo sostenible, reduciendo las emisiones de CO2 equivalentes, mejorando la calidad del aire y asegurando una independencia o soberanía energética.
Este tipo de tecnologías están alineadas también con las normativas europeas (Directiva 2003/30 CE) o los proyectos estatales de Cambio Climático y Transición Energética, por lo que cada día serán más frecuentes.
Autosuficiencia energética y nuevos usos del calor
Després d'aconseguir que amb el biogàs que surt de la planta puguin funcionar els vehicles del servei de la depuradora, ara treballen, entre altres, amb l'objectiu d'augmentar l'autosuficiència energètica de la planta i assolir la sobirania, si no plena, gairebé.
La EDAR de Lleida, como instalación municipal, ya abastece sus requerimientos térmicos, y parte de los eléctricos, mediante el biogás producido.
Actualmente se están estudiando alternativas para utilizar los excedentes de calor para procesos de secado térmico de los lodos, para mejorar su higienización y aplicación como fertilizantes.
Otra alternativa pasa por explorar las redes de calefacción centralizadas o District Heating, que ya llevan años funcionando en otros países de la Unión Europea, y que comienzan a popularizarse en el país.
Según datos del IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía) en España, a finales de 2020, habían registradas 402 redes de District Heating en funcionamiento.
Reutilización del agua regenerada
La ciudad de Lleida utiliza ya desde el año pasado exclusivamente agua regenerada para el baldeo de calles y el riego de jardines.
Esta región es de las menos afectadas por la sequía, indicó Palatsi, pero a pesar de ello es de las que más medidas de ahorro ha implementado.
La reutilización del agua depurada permite reducir la presión sobre los recursos de agua potable y proporciona un uso alternativo para el agua tratada, especialmente en tareas municipales como la limpieza viaria y el mantenimiento de zonas verdes.
Control de la calidad del vertido
El vertido que se produce «es siempre de calidad gracias a sistemas de control inteligente. El sistema no depende de un operario, sino que el propio sistema toma decisiones autónomas para corregir anomalías», explicó.
La solución es capaz de consolidar la información procedente de sensores y fuentes diferentes para mostrar la situación operativa de la planta y sus tendencias.
Con esta información, el sistema genera alertas y recomendaciones para realizar ajustes que permitan un mejor funcionamiento de la instalación, manteniendo los niveles de seguridad y el cumplimiento de las normativas.
Producción de abono agrícola
El tratamiento de aguas residuales puede ser una fuente potencial de recursos muy valiosos, como pueden ser biosólidos para fertilizar los campos y biogás para usos energéticos.
Además, a través de los digestores de lodos se está produciendo abono a través de la extracción del fósforo y el nitrógeno para uso agrícola.
Actualmente se están estudiando alternativas para utilizar los excedentes de calor para procesos de secado térmico de los lodos, para mejorar su higienización y aplicación como fertilizantes.
La gestión de los lodos permite integrar el tratamiento de residuos con la producción de recursos destinados a la agricultura, siempre dentro de los requisitos de calidad y seguridad aplicables.
Nuevas líneas de valorización de residuos
En proceso está la creación de subproductos para cosmética o alimentación animal.
El objetivo es cerrar el ciclo hasta el nivel de no sólo no generar residuos, sino producir beneficios.
El tratamiento de aguas residuales puede generar recursos aprovechables en distintos ámbitos, desde la energía y los combustibles renovables hasta los biosólidos y otros subproductos.
Aqualia está inmersa en diferentes proyectos con el objetivo de extraer valor de los residuos mientras que se tratan las aguas.
Para acometer esta tarea se precisan nuevas soluciones que ayuden a las plantas depuradoras a cumplir de manera eficiente con los estrictos requisitos y regulaciones de calidad y a la vez a reducir el creciente gasto energético y los costes residuales.
Del biometano al hidrógeno
En un escalón más, se trabaja en la transformación de ese biometano en hidrógeno con el que ya se está alimentando una pila de 1,5 kw dentro de un proyecto experimental.
Esta línea de trabajo amplía las posibilidades de aprovechamiento energético de los gases generados durante el tratamiento de los lodos y se integra en el objetivo de aumentar la autosuficiencia de la instalación.
Proyectos de investigación y desarrollo
El proyecto se ha desarrollado como parte del programa First of a Kind de IBM, que une a los investigadores de IBM con empresas clientes para probar la aplicación de nuevas tecnologías para resolver problemas de negocio o afrontar oportunidades de crecimiento.
El proyecto ha contado con financiación de INNPRONTA del programa de CDTI y fondos FEDER.
Aqualia, actualmente ya dispone de 5 plantas industriales en funcionamiento en Chiclana, Guijuelo, Madrid y Jerez, además de la de Lleida, y dos más en fase de construcción (Madrid y República Checa) gracias a varios proyectos finalizados como All-gas y SMARTGreengas o de otras en marcha: Advisor y la SCALIBUR.
La instalación de Lleida ha permitido aplicar y mejorar tecnologías relacionadas con la producción y la depuración del biogás, el aprovechamiento energético, el control inteligente y la valorización de los residuos generados durante el tratamiento del agua.
El papel de Jordi Palatsi en la transformación de la EDAR
La MasterClass contó con la participación de Jordi Palatsi, Jefe de Planta de la EDAR de Lleida (Aqualia), quien compartió su experiencia real detallando los avances, aprendizajes y resultados del proceso de conversión de esta depuradora de aguas residuales urbanas hacia un modelo de biofactoría.
El director de la planta de Aqualia de Lleida, Jordi Palatsi, ha destacado la importancia de que la instalación pueda utilizar un sistema capaz de predecir el comportamiento dinámico de sus procesos.
Su trabajo se relaciona con la integración de distintas líneas de innovación: reducción del consumo eléctrico, mejora de la eliminación de nutrientes, producción de biogás, generación de biometano, reutilización del agua, producción de fertilizantes y exploración de nuevos productos.
La experiencia de la depuradora de Lleida muestra cómo la gestión de una planta de aguas residuales puede pasar de un modelo centrado únicamente en la eliminación de contaminantes a otro basado en la recuperación de recursos.
DOCUMENTAL | Energías renovables, la alternativa limpia
La depuradora como parte de la economía circular
El modelo de biofactoría busca que los residuos del tratamiento de aguas se conviertan en materias aprovechables y que la instalación reduzca progresivamente su dependencia de recursos externos.
- El agua residual se transforma en agua regenerada para usos municipales.
- Los lodos se someten a digestión para producir biogás.
- El biogás se utiliza para generar energía eléctrica y térmica.
- El excedente de biogás se depura para obtener biometano.
- El biometano se utiliza como combustible para vehículos.
- El fósforo y el nitrógeno se recuperan para producir abono agrícola.
- El calor excedente puede emplearse en el secado e higienización de los lodos.
- El biometano se investiga como materia prima para producir hidrógeno.
La combinación de estas líneas permite aprovechar mejor los residuos, reducir el consumo de energía y disminuir la cantidad de materiales que deben gestionarse como desechos.
La depuradora de Lleida representa así una infraestructura capaz de tratar las aguas residuales y, al mismo tiempo, recuperar agua, energía, combustibles renovables y nutrientes.
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