Recuperación de nitrógeno y fósforo en aguas residuales: resultados reales con tecnología AnMBR
El grupo CALAGUA UV-UPV valida a escala real una configuración de electrodiálisis en dos etapas que alcanza elevadas eficiencias de eliminación y recuperación de nutrientes con una demanda energética reducida
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La recuperación de nitrógeno y fósforo en aguas residuales es una de las líneas estratégicas para avanzar hacia un modelo de economía circular del agua, reducir la dependencia de fertilizantes sintéticos y minimizar el impacto ambiental de los vertidos. En este contexto, investigadores del grupo CALAGUA UV-UPV han optimizado un sistema de electrodiálisis capaz de concentrar y recuperar nutrientes con bajo consumo energético, cumpliendo los límites europeos de vertido.
El estudio, publicado en Journal of Water Process Engineering, ha sido desarrollado por Silvia Hernández, Ramón Barat, Joaquín Serralta, Alberto Bouzas y Jordi Carrillo. El grupo CALAGUA integra investigadores del Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente (IIAMA) de la Universitat Politècnica de València y del Departament d'Enginyeria Química de la Universitat de València.
Electrodiálisis aplicada al efluente de AnMBR
La investigación analiza la mejora de la eficiencia energética de sistemas de electrodiálisis aplicados al efluente de un reactor anaerobio de membranas (AnMBR), una tecnología que permite obtener agua de alta calidad y mayores concentraciones de nutrientes que los tratamientos convencionales.
En palabras de Ramón Barat, responsable del grupo CALAGUA-IIAMA: “El objetivo era evaluar la electrodiálisis como proceso de concentración del efluente de un sistema AnMBR, logrando, por un lado, una corriente concentrada rica en nitrógeno y fósforo, apta para su valorización en posteriores procesos de recuperación de nutrientes, y, por otro, una corriente diluida que cumpliera los límites europeos de vertido establecidos en la DIRECTIVA (UE) 2024/3019”.
“El objetivo es evaluar la electrodiálisis como proceso de concentración del efluente de un sistema AnMBR, logrando, por un lado, una corriente concentrada rica en nitrógeno y fósforo”
Ensayos con agua residual real
El trabajo experimental se desarrolló con agua residual real procedente de una planta piloto AnMBR ubicada en la EDAR de Carraixet (Valencia). Los investigadores evaluaron distintas configuraciones operativas para identificar la alternativa que minimizara el consumo energético manteniendo elevadas eficiencias de eliminación y recuperación.
Se analizaron diferentes modos de operación de la fuente de alimentación, funcionamiento en una y dos etapas, variaciones en el número de pares de celda, periodos de relajación y distintas concentraciones iniciales de nutrientes.
Según explica Silvia Hernández, autora principal del estudio: "Los resultados mostraron eficiencias elevadas en todos los casos: la eliminación alcanzó valores medios del 88,8 % para el nitrógeno y del 79,6 % para el fósforo, mientras que la recuperación se situó en 80,2 % y 73,6 %, respectivamente”.
La eliminación alcanzó valores medios del 88,8 % para el nitrógeno y del 79,6 % para el fósforo, con recuperaciones del 80,2 % y 73,6 %, respectivamente.
Configuración óptima y consumo energético
La configuración más eficiente fue la operación en dos etapas con 20 pares de celda, que permitió cumplir los límites de vertido europeos y obtener un concentrado con 844 mg N-NH4/l y 114 mg P-PO4/l.
En términos energéticos, esta configuración registró una demanda de:
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0,17 kWh por m³ de agua tratada
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4,05 kWh por kg de nitrógeno recuperado
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29,92 kWh por kg de fósforo recuperado
Según detalla la investigadora del grupo CALAGUA-IIAMA, la operación en dos etapas y el aumento del número de membranas redujeron significativamente el consumo energético, mientras que los periodos de relajación o la inversión de polaridad no aportaron mejoras sustanciales en las condiciones estudiadas.
La electrodiálisis constituye una tecnología viable para recuperar nutrientes del efluente de AnMBR en condiciones reales y a largo plazo, optimizando simultáneamente la eficiencia energética y el cumplimiento normativo
Implicaciones para la economía circular
El estudio concluye que la electrodiálisis aplicada al efluente de AnMBR permite compatibilizar recuperación de nutrientes, eficiencia energética y cumplimiento normativo, contribuyendo a reducir la dependencia de fertilizantes de alto coste energético y a disminuir el riesgo de eutrofización en masas de agua receptoras.
Como señala Joaquín Serralta, investigador del IIAMA participante en el estudio:
“Este avance contribuye a reducir la dependencia de fertilizantes sintéticos de alto coste energético, disminuir el riesgo de eutrofización en masas de agua receptoras, impulsar la reutilización segura del agua regenerada y avanzar hacia un modelo de economía circular en el tratamiento de aguas residuales”.
