Las tecnologías de depuración biológica aerobia de aguas residuales se pueden dividir en 2 grandes sistemas: a) de biomasa en suspensión, cuyo principal exponente es el proceso de fangos activos y sus múltiples variantes, y b) de biomasa fijada a soporte, más conocidos como procesos biopelícula (biofilm processes), cuyos principales exponentes son los lechos bacterianos, biodiscos y lechos sumergidos aireables.

Los procesos biopelícula se caracterizan, entre otras cosas, por su gran adaptabilidad a las variaciones de carga hidráulica y orgánica. Las variaciones de carga son acciones comunes en cualquier sistema de saneamiento urbano, incluyendo tanto sistemas unitarios como separativos. Por ejemplo, las variaciones de carga son típicas en los sistemas unitarios que realizan estrategias de gestión de aguas pluviales, incorporando depósitos de tormenta. Otro caso típico, son las fuertes variaciones de carga que se producen en las EDAR de pequeñas aglomeraciones urbanas. En ambos ejemplos, las tecnologías biopelícula convencionales son una buena alternativa de tratamiento por su capacidad de respuesta y por su pronta recuperación de la estabilidad del proceso.

El grupo tiene experiencia en el diseño, explotación y control de procesos biopelícula convencionales (lechos aireables, biodiscos y lechos bacterianos) tanto a escala real como de investigación de laboratorio.

Por otra parte, el grupo también trabaja en el desarrollo de nuevos procesos biopelícula, y concretamente tiene experiencia investigadora en el diseño, explotación y modelización matemática de reactores biopelícula de membrana aireada. En estos reactores se desarrollan biopelículas no convencionales sobre un soporte permeable a gases (membrana) que a la vez sirve para la aireación de la biopelícula. De tal modo, se desarrolla una biopelícula con difusión contra-corriente de oxígeno (a través del soporte de membrana) y de sustratos o nutrientes desde el seno líquido del reactor.

También, se investiga sobre la integración de biopelículas en sistemas de fangos activos para el desarrollo de procesos híbridos que pueden servir de solución a casos o problemas como: ampliación de la capacidad de tratamiento de reactores de fangos activos, adaptación de la biomasa para el tratamiento de aguas residuales con elevada salinidad, etc.

Finalmente, el grupo tiene experiencia en el diseño, explotación y control de sistemas naturales de depuración basados en humedales artificiales aplicados a la depuración de aguas residuales domésticas de pequeñas aglomeraciones.

Por lo tanto, resumiendo en cuanto a depuración de aguas residuales, se trabaja con.

• Procesos biopelícula convencionales: lechos sumergidos aireables, biodiscos, lechos bacterianos, etc.

• Nuevos procesos biopelícula: reactores de membrana aireada.

• Procesos híbridos: biopelícula integrada con fangos activos.

• Humedales artificiales para el saneamiento y depuración en el medio rural.

Líneas de investigación específicas

1. Reducción de materia orgánica y nitrógeno de las aguas residuales con lechos aireables sumergidos.

2. Reducción de materia orgánica y nitrógeno de las aguas residuales con reactores biopelícula de membrana aireada.

3. Reducción de materia orgánica y nutrientes de las aguas residuales con humedales artificiales.

4. Optimización de la reducción de materia orgánica de aguas residuales con elevada salinidad con reactores híbridos, lechos aireables sumergidos y otros procesos biopelícula.

5. Estudio de la modelización matemática de procesos biopelícula con herramientas tipo programa AQUASIM.

6. Desarrollo de modelos matemáticos analíticos de procesos biopelícula con implementación en hoja de cálculo.

Acciones o productos específicos de Asistencia Técnica

1. Diseño, construcción a escala real, explotación y calibración de un proceso de lecho aireable sumergido para la reducción de carbono y nitrógeno de las aguas residuales de una aglomeración urbana de 200 habitantes equivalentes. El proceso se compartimenta en una primera cámara anóxica más dos cámaras aerobias en serie y un decantador secundario lamelar integrado. Tras una explotación de largo alcance (15 meses) se ha conseguido los siguientes hitos:

   - calibración de parámetros de diseño: carga orgánica y carga de nitrógeno total.

   - optimización de la tasa de recirculación de nitrato.

   - optimización del ciclo de aireación de la cámara anóxica.

   - optimización de los ciclos de aireación de las cámaras aerobias.

   - evaluación de la producción de lodos en exceso.

2. A escala piloto y de laboratorio se han diseñado y explotado 4 reactores biopelícula de membrana aireada. Se ha utilizado diferentes tipologías de membranas microporosas: de lámina plana en PVDF, de fibra hueca en polipropileno y tubular también en polipropileno. Los resultados han sido publicados en revistas internacionales y nacionales con pares de revisión e indexadas, así como se ha presentado los resultados en 3 Congresos Internacionales y 2 Nacionales. De uno de los reactores se ha construido y calibrado un modelo matemático dinámico con apoyo del programa AQUASIM.

3. A escala piloto y real se ha diseñado y construido 4 humedales artificiales. Los sistemas a escala piloto han sido de flujo vertical subsuperficial con el objetivo de tratamiento secundario y también de afino o terciario. A escala real se implantó un sistema para reducir la materia orgánica de las aguas residuales de un núcleo de 100 habitantes equivalentes. Se trata de un sistema de flujo horizontal subsuperficial sembrado de una combinación de Phragmites australis (carrizo común) y de Iris pseudacorus (lirio amarillo). Se ha conseguido los siguientes hitos:

   - calibración de los criterios de diseño basados en la carga orgánica superficial y la carga de sólidos en suspensión.

   - optimización de la explotación tras un seguimiento y control de 2 años de duración, estableciendo las fechas óptima de poda.

4. Explotación de un sistema piloto de biodiscos con agua residual de elevada salinidad. Se ha conseguido evaluar los niveles de saturación del proceso por salinidad, siendo resultados exportables para su aplicación a otros procesos biopelícula así como a los procesos híbridos de biopelícula integrada con biomasa en suspensión.

5. Se ha construido un modelo biopelícula mixta para predecir la reducción simultánea de materia orgánica y nitrógeno total. El modelo ha sido calibrado con un reactor biopelícula de fibra hueca aireada a escala de laboratorio.

6. Se dispone de modelos matemáticos analíticos para el diseño de EDAR urbanas, que incluyen el diseño de procesos biológicos tanto de biopelícula (lechos aireables, lechos bacterianos, biodiscos) como de fangos activos. También, se ha implementado en hoja de cálculo un modelo de reactor híbrido. También, se ha implementado en hoja de cálculo un modelo analítico para el diseño de humedales artificiales de flujo horizontal subsuperficial bajo los criterios de carga superficial orgánica y de sólidos en suspensión.