proyecto INCOVER

Resumen del proyecto

INCOVER: Eco-tecnologías innovadoras para la recuperación de recursos de las aguas residuales

INCOVER es un proyecto de colaboración financiado por la Comisión Europea en el marco del programa Horizonte 2020.

Teniendo en cuenta la actual escasez mundial de agua y el coste de operación y mantenimiento del tratamiento de aguas residuales, el concepto INCOVER se ha diseñado para que pase de ser una tecnología de saneamiento, hacia una industria de recuperación de bio-productos y una fuente de agua reutilizable.

Se implementarán, evaluarán y optimizarán tres plantas de recuperación y tratamiento de aguas residuales con tres casos de estudio (municipios, granjas e industrias alimentarias). Las plantas INCOVER se implementarán a escala de demostración para lograr un nivel de tecnología (TRL) de 7-8 para asegurar un escalado a 100.000 hab. eq. Las plantas INCOVER generará beneficios, ya que ofrece tres opciones de recuperación: 

  • recuperación de químicos (ácidos orgánicos y bio-plásticos) a partir de algas, bacterias y levaduras; 
  • consumo casi nulo de energía a través de la mejora de la calidad del bio-metano obtenido a partir de sistemas de codigestión anaerobia; 
  • bio-productos y agua reciclada mediante adsorción, humedales construidos y carbonización hidrotermal. 

Para mejorar su eficacia, las soluciones de INCOVER incluyen la monitorización y control a través de sensores ópticos y soft-sensors, de forma que las soluciones INCOVER reducen al menos un 50% el coste total de operación y mantenimiento, mediante el uso de aguas residuales como una fuente de producción de energía y productos de alto valor añadido, siguiendo la estrategia Europea de economía circular.

 

 

 

Objetivos y Plan de trabajo

Objetivos

El objetivo es reducir al menos el 50% el coste total de operación y mantenimiento de los sistemas de tratamiento de aguas residuales, a través del uso de las propias aguas residuales como fuente de energía y producción de productos de valor añadido.

Objetivos técnicos:

  • Desarrollar un Sistema de Apoyo a la Decisión (DSS) para la selección de tecnologías de tratamiento sostenibles y rentables a través del Análisis del Ciclo de Vida (ACV) para un enfoque holístico del manejo del agua.
  • Desarrollar técnicas de monitoreo innovadoras basadas en sensores ópticos y softsensor a escala de demostración para asegurar un funcionamiento y mantenimiento eficientes y sostenibles de los sistemas. El objetivo es lograr al menos una reducción del 50% de la demanda de energía primaria.
  • Validar los procesos innovadores de las tecnologías a escala de demostración (TRL 7-8) para obtener biometano, bioplásticos y ácidos orgánicos a partir de aguas residuales o pretratadas de municipios, granjas o industrias alimentarias.
  • Demostrar técnicas coste-efectivas de recuperación de nutrientes y procesos de desinfección.
  • Evaluar la sostenibilidad de los sistemas innovadores de estabilización de lodos para la producción de biofertilizantes y biocombustibles a una escala de demostración basada en la tecnología de los humedales construidos y el proceso de carbonización hidrotérmica.
  • Implementar un uso eficiente del agua y la energía en los sistemas de riego.

Otros objetivos:

  • Desarrollar estrategias para facilitar el rápido acceso al mercado de las soluciones INCOVER.
  • Validar la viabilidad económica de usos de aguas residuales para municipios, granjas e industria alimentaria hasta aproximadamente 100.000 hab. eq., principalmente en lugares con clima árido y escasez de agua.
  • Realizar el ACV de sistema INCOVER y las plantas convencionales de tratamiento de aguas residuales.
  • Desarrollar requisitos adecuados (normas) para garantizar la calidad y seguridad de las tecnologías y productos INCOVER, y para acelerar y asegurar su aceptación del mercado. También se implementará la Verificación Tecnología Ambiental (ETV).
  • Mejorar la aceptación social de los nutrientes y el agua regenerada para su uso en espacios verdes urbanos y  agricultura, proporcionando a los gobiernos locales y otras instituciones pertinentes herramientas de comunicación eficaces.

 

 

Plan de trabajo

El proyecto tiene una duración de tres años y se divide en seis Paquetes de Trabajo (PT), durante los cuales las tres soluciones INCOVER serán operadas, validadas y demostradas a los usuarios finales a través de tres casos de estudios.

Del PT1 al PT3, que se ejecutará en paralelo, se llevará a cabo la operación de las plantas demostración. El primer paso de los caso de estudios será el proceso de microalgas/levaduras (PT1) que producirá productos de alto valor añadido como bioplásticos (PHA) y ácidos orgánicos. La biomasa de algas/levaduras más otras biomasas agroindustriales se transformará en biogás en el PT2. Otros productos de valor añadido como fertilizantes, biocombustible y la recuperación de agua serán estudiados en el PT3.

El Análisis del Ciclo de Vida se llevará a cabo en el PT4, junto con el desarrollo de un Sistema de Apoyo a la Decisión (DSS) para apoyar a los municipios en la selección del mejor enfoque para su gestión del agua residual desde un punto de vista holístico (por ejemplo, coste-efectividad, competitividad, beneficios ecológicos). La incorporación al mercado y la difusión de los resultados se llevarán a cabo en el PT5, a través de una serie de actividades, incluyendo talleres de innovación y diálogo, foros y mesas redondas para involucrar a las principales partes interesadas desde una etapa temprana y estimular la adopción del mercado de las tecnologías INCOVER.

Se aplicarán al proyecto las actividades de normalización y el programa piloto ETV de la UE (Environmental Technology Verification).

La coordinación y gestión del proyecto está a cargo de AIMEN (PT6)

Lista de los paquetes de trabajo :

  • PT1. Control de la producción de PHA/Ácidos orgánicos a partir de agua residual
  • PT2. Control de la producción de biogás a partir de la biomasa de algas/levaduras
  • PT3. Producción de recursos de alto valor añadido
  • PT4. Desarrollo de DSS y Análisis de sostenibilidad
  • PT5. Aceptación de las tecnologías INCOVER por parte del mercado
  • PT6. Gestión y coordinación

 

Caso de estudio 1

  • En el caso de estudio 1 se producirá PHA a través de cianobacterias, así como el crecimiento de bacterias anaerobias púrpura. Estos organismos se desarrollarán en tres fotobiorreactores diferentes (PBRs) a escala completa. La biomasa se recogerá en un sedimentador de lamelas con dosificación de floculante y se evaluará el contenido de PHA. Además, parte de la biomasa cosechada será pretratada térmicamente y sometida a co-digestión anaeróbica, utilizando residuos agroindustriales como co-sustrato. Este proceso producirá biogás que se purificará en los propios fotobiorreactores. También producirá un digestato que será tratado y estabilizado en los humedales de lodos para producir biofertilizantes. El lixiviado de humedales será transportado a columnas de recuperación de nutrientes (P/N), basadas en recubrimientos sol-gel.

    El efluente clarificado de la unidad de sedimentación será desinfectado por un sistema de ultrafiltración alimentado por energía solar. Los efluentes resultantes se utilizarán para el riego en una pequeña superficie agrícola. 

    La planta se instalará en el campus Agrópolis de la UPC, situado en el municipio de Viladecans, cerca del aeropuerto de Barcelona. 

     

     

     

    Etapas del proceso de tratamiento

    Caso de estudio 2

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    La producción de PHA se realizará a través de un sistema de HRAP anaeróbico-fotosintético en dos etapas. En la primera etapa, una mezcla de aguas residuales municipales y residuos agrícolas como melaza, se tratará anaeróbicamente en un reactor anaeróbico UASB de 20 m3. El efluente de la etapa anaeróbica se enviará a dos sistemas de 32 m² HRAPs. La separación de biomasa se realizará por dos clarificadores, incluyendo la biomasa reciclada al sistema. Después de la producción de PHA, la biomasa restante se transformará en biogás mediante un pretratamiento térmico y un proceso de co-digestión anaeróbica. Los agroresiduos y los lodos de depuradora se utilizarán como co-sustratos. El biometano también se producirá por un innovador sistema de mejora del biogás, a través de la fijación fotosintética de CO2 como biomasa de algas utilizando digestatos como fuente de nutrientes. Se utilizará un sistema de evaporación para la estabilización del digestato. Todas estas tareas serán instaladas y operadas en la planta El Torno WWT de Chiclana de la Frontera en España (figura 1). 

    Figura 1: Caso de Estudio 2 en la planta de tratamiento de aguas residuales de El Torno, Chiclana de la Frontera

    Se instalará una escala demo 3000 m² HRAP en la planta de tratamiento de aguas residuales de El Toyo (Almería, España) para obtener agua de calidad de riego. Después de la cosecha por flotación, el efluente será tratado usando un filtro plantado con material natural para mejorar la recuperación de P y N. Se obtendrá agua de riego y reutilizada con la desinfección anódica solar por oxidación y un sistema de riego inteligente. Un diagrama de flujo de esta instalación como se muestra en la figura 2. 

     

    Figura 2: Caso de estudio 2 en la planta de tratamiento de aguas residuales de El Toyo, Almería
    Etapas del proceso de tratamiento

    Caso de estudio 3

  • En el caso de estudio 3, los residuos de biomasa se tratan en un proceso de tres etapas. En primer lugar, se utilizará una mezcla de desechos industriales ricos en C y aguas residuales grises para producir ácidos orgánicos, por ejemplo ácido cítrico y ácido itacónico, a través de un proceso biotecnológico basado en levadura (véanse las figuras 1 y 2). En la segunda etapa, después de extraer el ácido cítrico de la mezcla, los residuos se utilizarán para la producción de biogás mediante co-digestión con un sustrato industrial rico en C. Como resultado de este proceso, el biogás se producirá para su uso en la calentamiento o generación de energía. En el paso final, los lodos anaeróbicos serán tratados en un proceso de carbonización hidrotérmica (HTC) que transforma la biomasa residual en valiosos fertilizantes listos para usar. La combinación de estos procesos permitirá una “reciclización” material y energética de los residuos, contribuyendo así al cierre de ciclos de vida en la bioeconomía. Los resultados preliminares son muy prometedores e indican que el proceso INCOVER a base de levadura es una opción muy adecuada para la producción de ácido orgánico y biogás. Este estudio de caso se llevará a cabo en Alemania. 

     

    Figura 1: Levadura Yarrowia lipolytica productora de ácidos orgánicos (Fuente: A. Aurich / UFZ)
    Figura 2: Producción de ácido cítrico por Yarrowia lipolytica a partir de aceites vegetales (Fuente: A. Aurich / UFZ)
    Etapas del proceso de tratamiento