La red de reutilización de aguas residuales de Aquisgrán quiere dar una nueva vida al agua
AIX-Net-WWR, la «Red de Aquisgrán para la Reutilización de Aguas Residuales», persigue la visión de un reciclaje completo de las aguas residuales.
Tras un proceso de selección de varios años, la red empresarial y de investigación AIX-Net-WWR, con sede en Aquisgrán, se impuso a otras muchas candidaturas y comenzó a trabajar el 1 de enero de 2024 en el desarrollo de soluciones innovadoras para la reutilización de aguas residuales durante los próximos tres años. El proyecto, de unos 12 millones de euros y centrado en la región de la ciudad de Aquisgrán, está financiado por el programa RUBIN ("Alianzas Empresariales Regionales para la Innovación") del apartado "Innovación y Cambio Estructural" del Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF).
Medio ambiente
En todo el mundo, el cambio climático, con niveles récord de calor y sequía, está provocando cada vez más escasez de agua a nivel regional, por un lado, y fuertes episodios de lluvia con las consiguientes inundaciones, por otro. Tras muchos años de intensas negociaciones, todos los Estados miembros de las Naciones Unidas se han comprometido a cambiar la economía mundial de forma respetuosa con el clima. El Green Deal debería dar lugar a inversiones por un total de al menos 1 billón de euros en la Unión Europea de aquí a 2050.
Las metas y recomendaciones para la acción se describen en los 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas. Sólo nueve de estos objetivos están relacionados con el tema del "agua". La gestión sostenible del agua es, por tanto, un requisito previo clave para la aplicación y consecución de gran parte de los Objetivos de Desarrollo Sostenible. Al mismo tiempo, los criterios de inversión ESG (Environmental Social Governance) han sido reconocidos en el mercado financiero. Esto demuestra que solo el emprendimiento sostenible puede ser económicamente viable en el futuro. La nueva alianza AIX-Net-WWR actúa en el contexto de estas condiciones marco pioneras.
Situación actual y objetivos
Ante la creciente escasez de agua y el aumento del precio de la energía, es esencial una gestión sostenible del agua. En la actualidad, la mayoría de las ciudades disponen de un sistema centralizado de abastecimiento de agua y evacuación de aguas residuales. Sin embargo, esto presenta algunos inconvenientes, como la disminución del suministro de agua con el aumento de la demanda y la pérdida de recursos y energía, sobre todo en forma de agua y calor (unos 55 m³ de agua/persona/año y unos 550 kWh/persona/año), para su reciclado directo en el punto de generación de aguas residuales. En muchas depuradoras centrales, las aguas residuales tampoco se tratan lo suficiente para su posible reutilización, dependiendo del tamaño de la conexión, por lo que las sustancias restantes contribuyen a aumentar la contaminación del agua. En la ciudad AIX-Net-WWR del futuro, debería haber sistemas de reutilización de aguas residuales estandarizados y semidescentralizados a nivel de distrito con tecnologías individuales innovadoras que aborden los problemas mencionados. Semidescentralizado significa que varios edificios están conectados a un sistema. Las ventajas de los sistemas semidescentralizados residen sobre todo en la estrecha vinculación espacial de la generación y el tratamiento de las aguas residuales. Esto permite la reutilización directa y el aprovechamiento del agua tratada y de la energía presente en las aguas residuales en el lugar donde éstas se producen, lo que se optimiza tanto desde el punto de vista ecológico como económico.
A la hora de diseñar las depuradoras semidescentralizadas, AIX-Net-WWR se fijó los siguientes objetivos
- la posibilidad de tratar las aguas residuales para producir diferentes calidades de agua, como agua de baño, agua de riego, agua de proceso, agua sanitaria y agua potable
- la utilización de los sistemas en la construcción de nuevas zonas residenciales, pero también para la reconversión de estructuras existentes con la participación de las empresas locales de abastecimiento y evacuación
- un diseño modular y escalable
- la rentabilidad de los sistemas en pocos años mediante el ahorro de los recursos básicos de agua y energía y la estandarización de los sistemas
Las tecnologías individuales innovadoras dentro de los sistemas estandarizados también deberían poder tratar las aguas residuales industriales y comerciales, permitiendo así modelos de solución individualizados.
Una preocupación especial es la participación temprana de los servicios públicos locales y las empresas de eliminación de residuos como futuros operadores de los sistemas, con el fin de satisfacer los intereses económicos del suministro sostenible de agua.
La red y sus socios
AIX-Net-WWR está formada por 11 empresas, una start-up y cinco instituciones de investigación de la región de Aquisgrán (Figura 2). Los socios combinan su experiencia en los campos del tratamiento de aguas, la tecnología medioambiental y los sistemas de control digital.
La red también cuenta con el apoyo de numerosas empresas industriales y de servicios públicos (Figura 3). La red está muy interesada en contar con más socios y colaboradores. Si está interesado, envíe un correo electrónico a: aixnetwwr@intewa.de
AIX-WWR
En el 1er proyecto conjunto AIX-WWR "Sistema (semi) descentralizado de tratamiento de aguas residuales", se está desarrollando un demostrador en forma de contenedor para el tratamiento de aguas residuales domésticas con el objetivo de lograr el reciclaje más completo posible. Un componente central del demostrador es un innovador biorreactor de membrana (MBR) de bajo consumo energético, en el que las aguas residuales se tratan primero biológicamente y después con una membrana de ultrafiltración. Además, se dosifica carbón activado en polvo (CAP) para eliminar sustancias traza, por ejemplo residuos farmacéuticos y productos químicos domésticos.
Además del tratamiento de aguas residuales, también forma parte del proyecto la recuperación de calor a partir de aguas residuales. Actualmente se está llevando a cabo un intercambio con un proveedor regional de agua para permitir la realización práctica del concepto teórico.
El demostrador tratará 20 m³ de aguas residuales domésticas al día, lo que corresponde aproximadamente a 135 PE. Para ello, se instalará, probará y seguirá desarrollando localmente en el Instituto de Ensayo de Tecnología de Aguas Residuales de Aquisgrán durante el periodo del proyecto.
Durante el primer año del proyecto, se elaboró el concepto del MBR y se crearon diagramas de flujo del proceso y planos de diseño (Figura 4). En la configuración del demostrador, un contenedor contendrá el MBR, mientras que otros dos contendrán la tecnología de medición y etapas de tratamiento adicionales (véase AIX-SOLVED y AIX-OXI más adelante) para lograr la calidad del agua potable.
Los contenedores se entregaron en enero de 2025 y actualmente se están preparando para su funcionamiento. La puesta en servicio está prevista para el segundo trimestre de 2025.
AIX-SOLVED
La contaminación de las aguas residuales de los hogares y la industria con metales pesados y sustancias traza disueltas, como aditivos y productos farmacéuticos, no deja de aumentar en Europa. Como estas sustancias disueltas son difíciles o imposibles de biodegradar y se acumulan en el medio ambiente con efectos desconocidos, la normativa ambiental sobre tratamiento de aguas residuales y reutilización del agua en la UE es cada vez más estricta. Sin embargo, estas sustancias traza no sedimentan ni atraviesan los sistemas de filtrado convencionales debido a su tamaño en el rango de los nanómetros y micrómetros. Además, su baja biodisponibilidad hace que sean difícilmente biodegradables en las plantas de tratamiento de aguas residuales, lo que dificulta cada vez más el cumplimiento de la normativa medioambiental en la UE.
En el 2º proyecto conjunto AIX-SOLVED "Etapas avanzadas de tratamiento para la eliminación de sustancias disueltas", se está desarrollando un proceso de depuración en el que los granulados adsorbentes a base de óxido de hierro e hidróxido de hierro se biofuncionalizan con enzimas, por lo que las sustancias disueltas se adsorben y/o degradan. Para los granulados adsorbentes se utilizan granulados conocidos y un granulado adsorbente de nuevo desarrollo que utiliza residuos de bauxita como materia prima. El residuo de bauxita es un producto de desecho de la producción de aluminio y, por tanto, está disponible en grandes cantidades en todo el mundo. En el marco del proyecto, se está desarrollando y probando un prototipo tanto a escala de laboratorio como en pruebas piloto en el demostrador utilizando tres tipos de sustancias habituales en las aguas residuales:
- Metales pesados: zinc, cobre, cromo, cadmio y níquel, que están presentes en las aguas residuales debido a las instalaciones domésticas, la eliminación de tejados y canalones metálicos y el uso de detergentes y productos de limpieza.
- Aditivos: como el filtro UV-B octocrileno de las cremas solares, el inhibidor de corrosión 1H-benzotriazol y el plastificante bisfenol A.
- Medicamentos: analgésicos (como diclofenaco), antiepilépticos (como carbamazepina, gabapentina y primidona), antibióticos (como claritromicina, sulfametoxazol, metronidazol y trimetoprima).
Se está desarrollando un nuevo tipo de unidad de filtrado basada en una trituradora de criba para el uso óptimo del granulado recubierto en el tratamiento descentralizado del agua. Durante el primer año del proyecto se produjeron y caracterizaron los primeros gránulos. A continuación se determinó el diámetro del granulado que debía utilizarse y se seleccionaron los péptidos y las enzimas. Además, se definió el concepto del sistema de filtrado con tamiz.
AIX-OXI
El 3er proyecto conjunto AIX-OXI "Tratamiento oxidativo mediante plasmas no térmicos" está desarrollando una innovadora tecnología de plasma para la eliminación energéticamente eficiente de sustancias traza orgánicas de las aguas residuales. El objetivo es la descomposición de compuestos poco degradables mediante la oxidación por plasma. El proceso se basa en la generación de radicales reactivos de oxígeno e hidroxilo, que permiten eliminar eficazmente las sustancias traza. El objetivo del desarrollo es crear dos tipos de reactores: un reactor de flujo continuo y un reactor semicontinuo con un volumen de tratamiento de 10m3/d. Un componente central del sistema es un nuevo tipo de electrodo para generar el plasma no térmico, que es crucial para la eficacia del proceso de depuración.
En el primer año del proyecto se desarrollaron varios electrodos para pruebas, se construyó una fuente de plasma a escala piloto (Figura 6) y se crearon el concepto y un dibujo en 3D para el prototipo a escala. El trabajo actual se centra en caracterizar el plasma y probar la estabilidad mecánica de los electrodos.
AIX-WATCH
El 4º proyecto conjunto AIX-WATCH "Tecnología de monitorización y control incl. desarrollo de una metodología de validación" se centra en el desarrollo de tecnologías innovadoras para monitorizar y garantizar la calidad química e higiénica de las aguas residuales tratadas para su reutilización. La atención se centra en el desarrollo de nuevos métodos de medición, control y validación para sistemas descentralizados de reutilización del agua.
El control en línea reduce la necesidad de especialistas in situ y simplifica el funcionamiento de los sistemas descentralizados de aguas residuales. La nueva tecnología de medición proporciona resultados rápidos sobre la calidad del agua sin necesidad de largos análisis de laboratorio.
Un componente técnico importante es la espectroscopia de fluorescencia 2D, que se utiliza para el análisis preciso en línea de parámetros de calidad del agua como COT, DBO, DQO y sustancias traza. Para ello se está desarrollando una robusta sonda de fluorescencia 2D (figura 7) que permite un seguimiento continuo en tiempo real. Esto se complementa con un sistema de asistencia basado en la nube y basado en datos que utiliza métodos de aprendizaje automático para detectar anomalías y permitir análisis predictivos.
Además, se están desarrollando sistemas innovadores de control de mediciones y muestreos para garantizar el seguimiento automatizado de los flujos de aguas residuales. También forman parte del proyecto métodos de validación de plantas de WWR mediante mediciones en línea. La combinación de tecnología de sensores, análisis de datos y automatización pretende mejorar la garantía de calidad y la optimización de procesos en las plantas de reutilización de aguas residuales. En el primer año del proyecto se adquirieron y pusieron en funcionamiento los primeros dispositivos de medición y se llevó a cabo parte de la planificación de pruebas y análisis. También se crearon la arquitectura en nube y el software de adquisición de datos.
AIX-DEZI
El 5º proyecto conjunto AIX-DEZI "Aplicación industrial descentralizada" se centra en el desarrollo de tecnologías novedosas para el tratamiento de aguas residuales municipales e industriales. En el DWI - Instituto Leibniz de Materiales Interactivos, estas tecnologías se están probando a pequeña escala de laboratorio y ampliando a una escala piloto mayor en cooperación con la empresa SIMA-tec.
La atención se centra aquí en dos aspectos del tratamiento de aguas municipales: la desalinización de agua salobre y de mar y la eliminación de PFAS de las aguas residuales. Los PFAS son compuestos de carbono persistentes que se encuentran en muchos productos cotidianos y son difíciles de descomponer. Su detección en las aguas residuales suele ser difícil, ya que sólo están presentes en concentraciones muy pequeñas. El Instituto de Gestión del Agua Urbana de la RWTH se encarga de analizar los PFAS y las sales en el marco de este proyecto.
Para la depuración se utilizarán dos tecnologías: La tecnología de membranas de nanofiltración (NF) y la desionización capacitiva por flujo (FCDI). La tecnología de membranas NF utiliza membranas con poros de 1 a 10 nanómetros para filtrar las impurezas. Como parte del proyecto, las membranas se recubrirán para reducir el tamaño de los poros y poder eliminar, por ejemplo, los PFAS. La figura 8 muestra a) membranas de fibra hueca, b) su recubrimiento y c) un módulo de membrana. Se han conseguido los primeros revestimientos con éxito y la densidad objetivo para la retención de PFAS. Actualmente se están realizando ensayos con agua real y se están creando los primeros modelos para una ampliación. El FCDI utiliza un campo eléctrico para desalinizar el agua adsorbiendo sustancias cargadas, como las sales, en partículas de carbono. Se lograron los primeros éxitos en la desalinización de agua salobre y se creó un modelo piloto con SIMA-tec. Los resultados experimentales se incorporan a un modelo de simulación que permite hacer predicciones sobre el rendimiento de la depuración con distintos parámetros de funcionamiento.
La primera reunión de la alianza AIX-Net-WWR tuvo lugar el 6 de noviembre de 2024 en el digitalHUB de Aquisgrán. Durante el evento, los socios debatieron sobre las condiciones del mercado, las trayectorias tecnológicas y los modelos de operador con el fin de optimizar la comercialización de las soluciones desarrolladas. Otros temas clave fueron la implementación y la planificación del éxito, así como la superación de la escasez de mano de obra cualificada.
En los cafés del mundo interactivos, los socios presentaron sus tecnologías, debatieron retos como la rentabilidad, la sostenibilidad y la longevidad de los sistemas y promovieron el diálogo con los socios asociados.
La alianza está abierta a otros socios asociados que deseen apoyar activamente el proyecto con el objetivo común de hacer de AIX-Net-WWR una red líder para la reutilización del agua en todo el mundo y dar una nueva vida a las aguas residuales. ¡Esperamos contar con su participación! Nuestra próxima reunión de la alianza tendrá lugar el 6 de noviembre de 2025 en Aquisgrán y estaremos encantados de recibirle entonces. Si está interesado, inscríbase aquí: aixnetwwr@intewa.de.
Resumen y perspectivas
Este artículo técnico presenta la red AIX-Net-WWR, con sede en Aquisgrán, cuyo objetivo es lograr un reciclado sostenible de las aguas residuales. Financiada por el BMBF, la alianza desarrolla sistemas semidescentralizados de tratamiento de aguas residuales que reutilizan el agua y la energía directamente in situ.
Los cinco proyectos conjuntos de la red se centran en distintas tecnologías: AIX-WWR está desarrollando un demostrador con un biorreactor de membrana para la depuración biológica y la recuperación de calor, mientras que AIX-SOLVED investiga gránulos adsorbentes recubiertos de enzimas para la eliminación de metales pesados y sustancias traza. AIX-OXI se centra en la tecnología de plasma para el tratamiento oxidativo, AIX-WATCH en métodos de monitorización digital y AIX-DEZI en procesos innovadores para el tratamiento de aguas residuales industriales.
De cara al futuro, las tecnologías desarrolladas se seguirán optimizando, probando en plantas piloto y evaluando económicamente. La alianza planea establecerse como centro de competencia líder en reutilización del agua e invita a otros socios asociados a unirse a la iniciativa. La próxima reunión de la alianza, que se celebrará el 6 de noviembre de 2025, brindará la oportunidad de intercambiar experiencias profesionales y establecer contactos.
Autores
Dra. Olga Murujew, Directora del proyecto AIX-Net-WWR
Oliver Ringelstein, Coordinador de la Alianza AIX-Net-WWR
Caracteres: 17.744 incl. espacios
Estado: 27.2.25
Más información:
Conocimientos básicos sobre el tratamiento del agua: wiki.intewa.net/index.php/Hauptseite
Página web con información sobre el proyecto: www.aix-net-wwr.com/de/home
Nota: ¡Sólo se permiten cambios en el artículo técnico con la autorización expresa del autor!