La EDAR 4.0

El tratamiento del agua residual basado en la eliminación de contaminantes biológicos y químicos juega un papel fundamental en la protección del medio ambiente y la salud pública. La EDAR inteligente es una depuradora de aguas residuales, que incorpora tecnologías novedosas para mejorar el proceso y reducir los costes de energía. Este nuevo modelo es lo que se denomina la EDAR 4.0

Durante los últimos años, las Estaciones Depuradoras de Agua Residual (EDAR) han evolucionado con tecnologías que mejoran la eficiencia energética reduciendo los costes de explotación.

Gracias al control de procesos de la depuración del agua, las EDAR cumplen con solvencia los límites de vertidos impuestos por una ley cada vez más exigente.

Sin embargo, las EDAR se han diseñado para satisfacer los requerimientos del efluente, sin tener en cuenta consideraciones energéticas. Por eso actualmente, la principal preocupación de los jefe de planta de las EDAR es mantener la calidad del efluente, a la vez que se reducen los costes de explotación.

Por ello, la optimización de la eficiencia energética de la EDAR se ha convertido en un aspecto crítico en las empresas concesionarias del mantenimiento de las depuradoras.

El peso de la energía en la EDAR

Los estudios realizados afirman que entre un 25 y un 40% de los costes de operación de una EDAR están relacionados con el consumo energético. Los principales consumidores son los equipos de aireación (55-70%), el bombeo del agua residual a los decantadores primario y secundario (15%) y el secado de fangos (7%).

La posibilidad de mejora es importante ya que los motores, bombas y otros equipos funcionan las 24 horas del día, siete días a la semana. Esto hace que las EDAR se encuentren entre los mayores consumidores energéticos.

Las EDAR tienen que contratar de forma recurrente un mayor término de potencia en momentos de pico de carga, lo que supone un importante sobrecoste económico a lo largo del año.

A medida que los costes energéticos continúan aumentando, el conocimiento de sus trabajadores y la aplicación de prácticas relacionadas con la eficiencia energética es cada vez más valioso.

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Actuaciones tradicionales anteriores a la EDAR inteligente

Las medidas convencionales de mejora del consumo energético van desde actuaciones simples (cambios de la operación de los equipos) hasta cambios en el procesos de depuracion de aguas residuales. Independientemente de la complejidad, los beneficios serán numerosos e incluirán los ahorros de costes, la mejora del tratamiento y el aumento en la confianza de los sistemas.

Aunque existe un incremento continuo de datos a disposición de los operadores de las EDAR, la mayoría de dichos datos no se utilizan. Desde el punto de vista de operación, la razón principal está relacionada con la alta dimensionalidad de los datos que no pueden ser tratados con las herramientas estadísticas y otras técnicas tradicionales.

Por ello, se pierde la información almacenada durante años. Sin embargo, la disponibilidad de herramientas digitales que permitan la extracción sistemática de información en estos datos permitirá apoyar al operador en la optimización de la EDAR. Esto repercute en la mejora de la calidad del efluente, y la reducción del consumo energético.

El proyecto de EDAR inteligente: EDAR 4.0

La EDAR 4.0 es un concepto actual centrado en la optimización energética global de las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) mediante la aplicación de las últimas técnicas digitales. EDAR 4.0 es un proyecto de investigación financiado por el programa Hazitek del Gobierno Vasco cuyo objetivo es el desarrollo de una plataforma integral de gestión eficiente de una EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales).

El objetivo del proyecto EDAR 4.0 es lograr la medición, análisis y optimización de sus procesos energéticos para minimizar la demanda energética y maximizar la producción eléctrica renovable. Trata de acelerar la implantación de una gestión avanzada de datos e información enmarcado en una nueva era digital.

El proyecto se basa en una plataforma digital diseñada para el desarrollo de nuevos sensores que ayuden a medir las variables críticas de funcionamiento, y las variables para alcanzar el punto óptimo de consumo energético. Para ello emplea algoritmos de modelado y control de la EDAR.

Tras años de investigación y colaboración entre universidades, fundaciones, empresas, y centros tecnológicos, es el momento de impulsar nuevas tecnologías en el ambito de la depuración de aguas residuales.

El sector de la automoción o la industria ferroviaria y aeronáutica, ya han iniciado la incorporación de tecnologías 4.0 en sus procesos de producción y sistemas. El sector del agua, aún continua con soluciones TIC, de automatización y control industrial clásico. No obstante, el futuro es prometedor y nos encontramos ante un gran camino por recorrer.

 

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💠 Casos de EDAR inteligente en España

 

La EDAR Almunia

La EDAR La Almunia de Doña Godina (Zaragoza) es un buen ejemplo de EDAR inteligente.

Esta planta de tratamiento de aguas tiene sondas de última generación en los diferentes procesos de la depuración del agua. También tienen recursos tecnológicos basados en Internet de las Cosas (IoT), Tecnologías de la Información (IT) y Tecnologías de Campo (OT) para optimizar su explotación.

Dispone de diferentes tecnologías y procesos interconectados para configurar la EDAR de forma más eficiente y autónoma.

Control de procesos con inteligencia artificial

Esta EDAR inteligente dispone de tecnologías en instrumentación de medida en campo, con nuevas telemetrías, y un sistema de almacenamiento masivo de datos.

Estos se almacenan en una base de datos para realizar los cálculos de explotación, proceso y energía. El control de los procesos se realizan con inteligencia artificial basada en algoritmos.

Dispone de cinco algoritmos basados en balances de materia y flujos hidráulicos, que interactúan entre sí y presentan una gran autonomía de funcionamiento.

Los procesos optimizados

Entre los principales procesos optimizados que se han incorporado en la EDAR de La Almunia, se encuentran:

  • Predicción de la producción de fangos y cuantificación de la materia orgánica
  • Control predictivo del sistema de aireación
  • Sistema de compensación de O2 disuelto minimizando las pérdidas de carga
  • Control continuo de la sedimentación del fango secundario
  • Deshidratación inteligente basada en balances de materia seca

Avances tecnologicos en la EDAR

La tecnología implantada sirve para optimizar las tareas de operación y mantenimiento, entre las que destacan:

  • APPs en dispositivos “wearables” con tecnología Google Android©, Streamline de vídeo y OCR
  • Realidad virtual inmersiva (o “Virtual Reality”), con tecnologías HTC VIVE © y UNITY©
  • Realidad aumentada (o “Mixed Reality”) con tecnología Hololens de Microsoft© y UNITY©

Estas tecnologías funcionan como herramientas para la formación de los trabajadores y para el mantenimiento de las instalaciones. Mediante los sistemas de realidad virtual, los operarios se familiarizan con las tareas cotidianas de la planta sin necesidad de estar físicamente en ella.

Por otra parte, empleando la realidad aumentada, los operadores pueden monitorizar las instalaciones en tiempo real y controlar su funcionamiento de manera remota desde cualquier lugar de la planta o incluso desde oficinas fuera de la EDAR.

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Otro caso de EDAR tecnológica: EDAR Arroyo Culebro Cuenca Baja

España es un país puntero en la construcción de Estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR). A pesar, que hay mucho por hacer en materia de depuración de aguas, podemos afirmar que numerosos ejemplos de EDAR inteligentes con grandes prestaciones. La EDAR de Arroyo Culebro Cuenca Baja, se ha convertido en el buque insignia de EDAR tecnológica en el Canal de Isabel II.

Esta EDAR de última generación trata las aguas residuales del sur de Madrid. En su tecnología destaca la simulación y el control remoto de los procesos, hasta el diagnóstico permanente de los equipos más críticos.

La EDAR Arroyo Culebro es una referencia nacional; por su modelo de automatización, por su control, conectividad, mantenimiento a medida, y eficiencia energética.

José Suárez, jefe del Área de Depuración en las cuencas Tajo y Tajuña, en declaraciones explico: “Los datos sobre consumos energéticos de los equipos se están mandando a una nube controlada por Siemens, que mensualmente nos remite un informe al respecto. Del análisis de esos datos estamos obteniendo información valiosa que nos permite corregir y optimizar energéticamente algunos procesos o equipos”.

EDAR Epele

La EDAR Epele depura las aguas residuales urbanas e industriales de los municipios de Oñati, Eskoriatza, Aretxabaleta y Arrasate-Mondragón que representan 55.000 habitantes reales y unos 90.000 habitantes-equivalentes.

Esta región es una zona altamente industrializada. El caudal medio de tratamiento es de 424 l/s pudiendo llegar a tratar puntas de 848 l/s. La capacidad máxima del pretratamiento es de 1.300 l/s. El volumen de agua tratada anual es de 5.000.000 de m3/año.

El coste energético medio de la EDAR representa, aproximadamente, el 33% de los costes totales de operación y mantenimiento de la EDAR, con un consumo eléctrico medio aproximado anual de 2.500.000 kWh/año.

Utiliza el túnel del colector Zubillaga-Epele como tanque de tormentas en época de lluvias. La línea de tratamiento de agua consiste en la obra de llegada y bombeo, tamizado, desarenado, desengrasado y decantación primaria que se sitúan en una de las zonas de la depuradora.

En la otra zona, se instala el tratamiento biológico para eliminación de carbono y nitrógeno. La línea de fango consta de espesamiento de los fangos primarios y flotación de los fangos biológicos.

Posteriormente, se realiza la digestión anaerobia del fango mezcla con aprovechamiento energético del biogás, y consiguiente metano producido. El fango digerido se deshidrata mediante filtro prensa hasta alcanzar una sequedad del 30%.

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EDAR inteligente La Cartuja

La EDAR La Cartuja fue construida y esta explotada por UTEDEZA (Veolia Agua). Esta EDAR tecnológica constituye la mayor instalación de tratamiento de aguas residuales en Zaragoza.

Está diseñada para tratar 260.000 m3/d, y tiene una capacidad de depuración de agua residual para una población de 1,2 millones de habitantes equivalentes. El volumen de agua tratada anual es de 51.912.200 de m3/año.

La EDAR está compuesta por un sistema para el tratamiento del agua residual, un sistema para el tratamiento de los fangos producidos en la EDAR y un sistema para la desodorización.

La línea de aguas consta de una primera etapa de pretratamiento físico (desbaste de grueso y fino y desarenado/desengrasado), seguida de una etapa de decantación primaria de tipo lamelar. Continua con una etapa de tratamiento secundario biológico de fangos activos diseñada para la eliminación de materia orgánica.

La línea de tratamiento de fangos a su vez, incluye diferentes procesos de espesamiento de lodos, una etapa de deshidratación de estos mediante filtros prensa y finaliza con una incineración en hornos de lecho fluidificado. Finalmente, para la desodorización del entorno se dispone de torres de lavado químico.

El coste energético medio de la EDAR representa, aproximadamente, un tercio de los costes totales de operación y mantenimiento de la EDAR. Presenta un consumo eléctrico medio aproximado anual de 26.298.900 kWh/año, y una producción energética de 3,3 millones de kWh/año.

 

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💠 Otras EDAR internacionales

Las EDAR en México

México es un importante país de América central con una población superior a 219.500.000 habitantes (en 2019), y un PIB de 2.548.166 millones de dólares (en 2018). México es la segunda nación en el mundo, después de China, que más usa agua residual sin tratar para el riego. Esto sucede a pesar de contener, entre otros, patógenos no controlados, metales pesados, residuos del aseo personal, derivados de combustibles, disolventes industriales y plaguicidas.

Por ese motivo, vemos que México en un país con un alto potencial para diseñar, construir y operar plantas depuradoras de aguas residuales. Al hilo de este articulo se trata de un pais donde sería muy interesante aplicar los conocimientos de EDAR inteligente para abaratar los costes de mantemiento y tratar mas cantidad de agua residual.

EDAR Atotonilco

La EDAR Atotonilco está ubicada en el Estado de Hidalgo, México. Sus instalaciones atienden las necesidades de 10,5 millones habitantes.

Este proyecto empleo una inversión de 500 Millones de euros aportados por Comisión Nacional del Agua (Conagua), y el trabajo realizado por una agrupación de empresas punteras en depuración de aguas lideradas por ACCIONA Agua.

Los datos de esta depuradora son abrumadores. La EDAR Atotonilco está diseñada para un caudal medio de 151.200 m3/hora, y un caudal máximo de 180.000 m3/hora. El agua tratada en la EDAR Atotonilco será reutilizada y abastecerá los regadíos de una superficie de 80.000 hectáreas. Los lodos serán tratados para la obtención de biocombustibles.

Un aspecto de especial relevancia en la EDAR Atotonilco es el sistema de cogeneración con biogás, que genera energía para el autoconsumo de las instalaciones. El biogás es producido en los digestores y conducido en tuberías de acero inoxidable hasta la instalación de cogeneración. Este sistema implica un importante descenso del consumo energético de la planta y aumenta los ratios de eficiencia energética.

 

 EDAR Agua Prieta

La EDAR Agua Prieta tiene una capacidad de tratamiento de 734.000 m3/d de aguas residuales con una capacidad de flujo máximo de 1.3 millones de m3/d. Atiende las necesidades de una población de 3,3 millones de personas en la región de Guadalajara en Jalisco (México).

Esta depuradora es una instalación fundamental para el saneamiento del Río Santiago. Se trata de una instalación donde se podrían implentar nuevas tecnologías inteligentes para mejorar su gestión.

 

Las EDAR en Egipto

Egipto, situada en el norte de África, tiene una superficie de 1.001.450 Km2. Tiene una población de 100.878.000 personas. Se trata de un país muy poblado y tiene una densidad de población de 101 habitantes por Km2.

Su capital es El Cairo. El PIB per cápita es un muy buen índicador del nivel de vida y en el caso de Egipto, en 2020, fue de 3.140€ euros, por lo que se encuentra en el puesto 127. Sus habitantes tienen un bajísimo nivel de vida en relación a los 196 países del ranking de PIB per cápita.

Veamos algunas de las EDAR situadas en El Cairo, donde se podría aplicar las nuevas tecnologías y obtener mejores ratios de rendimiento y producción.

EDAR New Cairo

Esta depuradora fue construida por una UTE formada por Aqualia, Orascom y otras empresas locales. El promotor de la EDAR es New Urban Communities Authority of Cairo (NUCA). La EDAR entró en funcionamiento en el año 2010 con un contrato que incluía 20 años de explotación. 

La EDAR New Cairo ha sido diseñada para una población de un millón de habitantes y su caudal diario es de 250.000 m3/día.
EDAR NewCairo

La línea de agua está constituida por un pretratamiento, 4 decantadores primarios, 6 reactores biológicos, 6 decantadores secundarios, 10 microfiltros y un tanque de cloración. Por otra parte, los fangos se tratan en una línea independiente formada por 3 tamices de fangos, 3 espesadores por gravedad, 2 espesadores por flotación, 4 digestores anaerobios, 2 tanques de almacenamiento de fangos digeridos, 8 filtros banda y una era de secado.

Esta impresionante EDAR consigue tratar una carga contaminante diaria de 82985 Kg de DBO5, 87173 Kg de sólidos en suspensión, y 1781 Kg de fósforo. Al final del proceso, logra obtener una calidad del efluente de 20mg/l de DBO5, 20 mg/l de sólidos en suspensión, 15mg/l de nitrogeno, y 2mg/l de fósforo.

EDAR Gabal El Asfar: la mayor depuradora de aguas residuales de Egipto

La estación depuradora de aguas residuales, EDAR Gabal El Asfar, se convirtió en el año 2018 en la mayor planta de tratamientos de agua residual de África, y la tercera del mundo. La construcción de esta gran infraestructura fue realizada por la empresa ACCIONA Agua, en consorcio con el grupo alemán Passavant-Roediger y el egipcio Hassan Allam Construction. Está situada en las afueras de El Cairo (Egipto)

Se realizó el Proving Period Test implica una serie de pruebas de funcionamiento de la planta depuradora para verificar que rinde de acuerdo a los criterios establecidos. Para ello, se realizaron diferentes pruebas de rendimiento (Performance Tests). Se realizó una operación al 100% de su capacidad de producción, con el nivel de recursos habitual durante la operación, y en los que debían cumplirse varios requisitos. Entre otros, garantizar que la producción diaria sea el 100% de lo establecido y que el agua cumpla con los criterios más estrictos de calidad especificados por el contrato.

La CAPW (Construction Authority for Potable Water and Wastewater) de Egipto invirtió en esta planta de aguas un presupuesto de más de 120 millones de euros.

La EDAR Gabal tiene una capacidad de tratamiento de 500.000 metros cúbicos de agua al día y atiende a una población de unos 8 millones de personas. En concreto, cubre las necesidades de la zona oriental de El Cairo.

EDAR New cairo - Decantadores

 EDAR Abu Rawash

Esta EDAR se inició con un presupuesto de 320 millones de dólares aportados por el Ministerio de Urbanismo egipcio.

Estas inversiones fueron financiadas con el respaldo del African Development Bank. Este es un organismo multilateral, cuyo objetivo es la financiación de proyectos de desarrollo en el continente africano.

Este es el tercer gran proyecto que Aqualia desarrolla en Egipto. Situada en la capital de Egipto, fue el primer contrato que se adjudicó en el país para un proyecto de colaboración público–privada (PPP). La mejora de los servicios de saneamiento y depuración es un gran objetivo en el marco de las ODS definido por Naciones Unidas.

EDAR New cairo - Reactor Biologico

 

La última ampliación de la planta consistia en un aumento del tratamiento primario, para depurar hasta los 1,6 millones m3/día. Se construyó mediante un contrato de tipo DBO (Diseñar, construir y operar, por sus siglas en inglés). Este contrato incluia un periodo de operación y mantenimiento de 3 años.

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