El objetivo principal del proyecto que se solicita es estudiar el tratamiento del efluente obtenido en un reactor biológico de membranas anaerobio (AnRBM) mediante el cultivo de microalgas, así como la separación de la biomasa desarrollada mediante tecnología de membranas, y su digestión en el reactor anaerobio para la producción de biogás.
La utilización de un reactor biológico de membranas anaerobio para el tratamiento de aguas residuales urbanas permite la transformación de la materia orgánica en biogás y la minimización de los fangos producidos pero no permite la eliminación de los nutrientes presentes en el agua residual. En consecuencia, el efluente del AnRBM debe ser convenientemente tratado para conseguir la eliminación de nitrógeno y fósforo. Tanto el proceso de tratamiento anaerobio con separación por membranas como el tratamiento convencional del efluente mediante los procesos de nitrificación-desnitrificación para la eliminación de nitrógeno y de precipitación química para la eliminación de fósforo están siendo estudiados actualmente por el grupo de investigación.
En este proyecto se pretende estudiar una alternativa al tratamiento convencional para la eliminación de nutrientes basada en el cultivo de microalgas y su separación del efluente mediante procesos de membrana. La utilización de membranas permitirá obtener un agua de alta calidad y susceptible de ser reutilizada. Por otra parte, el cultivo de microalgas además de eliminar los nutrientes del agua logrará fijar CO2 atmosférico, con el beneficio medioambiental que ello conlleva. La biomasa de microalgas generada se recirculará al tratamiento anaerobio para su digestión. La recirculación de las algas supondrá un aporte adicional de materia orgánica al reactor anaerobio y por tanto se obtendrá una mayor cantidad de biogás. Los cálculos preliminares realizados en base a las concentraciones de nitrógeno y fósforo en el efluente del reactor AnRBM y a los requisitos nutricionales de las algas muestran que la materia orgánica procedente de la recirculación de las algas será entre 3 y 4 veces la materia orgánica del agua residual, lo que en teoría permitirá aumentar la producción de biogás en esa proporción. Además, la eliminación de nutrientes mediante el cultivo de microalgas y la recirculación de éstas al reactor anaerobio provocará que el fango purgado de este reactor contenga cantidades significativas de nitrógeno y fósforo que permitirán su aprovechamiento para la agricultura.
La ventaja del tratamiento propuesto consiste en el cambio del modelo de tratamiento del agua residual urbana hacia una concepción más sostenible, en la que dicha agua residual se convierte en una fuente “renovable” (existirá siempre) de energía y nutrientes, además de un recurso hídrico reutilizable.
Para evaluar la aplicabilidad a escala industrial de la tecnología propuesta en este proyecto se realizará un estudio comparativo entre la tecnología propuesta y el tratamiento convencional para la eliminación de nutrientes, tanto desde el punto de vista de rentabilidad económica como de sostenibilidad ambiental.
La investigación del proceso de eliminación de nutrientes mediante el cultivo de microalgas con separación por membranas y la recirculación de la biomasa generada al reactor anaerobio se realizará desde los siguientes puntos de vista: estudio experimental a escala de laboratorio, estudio experimental a escala piloto, modelación de los procesos implicados, implementación del modelo en herramientas informáticas para facilitar su aplicación, calibración de los parámetros del modelo, estudio microbiológico de las poblaciones de bacterias, estudio de las comunidades algales, elaboración de modelos estadísticos para la caracterización de composición y densidad celular de la comunidad fitoplanctónica, desarrollo e implementación de los algoritmos de control necesarios y estudios de viabilidad económica y sostenibilidad ambiental.
