La Sección de Química de la Universidad de La Laguna ha acogido recientemente la defensa de la tesis doctoral titulada “Regeneración de aguas residuales domésticas por fotobiorreactores de membrana. Aplicación a efluentes de procesos anaerobios y de ultrafiltración directa”, presentada por Elvira Ferrera León. La investigación desarrollada por la ya doctora analizó la capacidad de diferentes tecnologías novedosas y emergentes para el tratamiento de aguas residuales urbanas bajo un modelo de gestión sostenible, basado en la economía circular. Esto es fundamental en un contexto global, marcado por la escasez de agua, el aumento de la demanda de recursos y la necesidad de mejorar la gestión de residuos.
La investigación propone un cambio de paradigma en la depuración convencional, orientada tradicionalmente a retirar del agua residual urbana, la materia orgánica y los nutrientes aportados durante su uso y aplicación, en hogares, residencias, hostelería, etc., para poder ser vertida con seguridad para el medio receptor (subsuelo o mar, en el caso de Canarias) o bien, si su nivel de tratamiento lo permitía, regenerarla hasta un grado de calidad que permitiese su reutilización.
El cambio de modelo sobre el que pivota la investigación de Ferrera León implica la conceptualización de las nuevas instalaciones de tratamiento del agua como biofactorías, donde es recuperada como agua regenerada de calidad, para poder ser reutilizada, así como la recuperación y valorización de otros recursos presentes en las aguas residuales urbanas, como la materia orgánica y los nutrientes.
Para ello, se han estudiado tecnologías de bajo consumo energético que permiten, además, recuperar y concentrar la materia orgánica presente en las aguas residuales, para su transformación en biogás por medio de bacterias anaerobias. El biogás, por su alto contenido en metano, resulta de interés para su valorización energética. En un caso se empleó directamente un reactor anaerobio de flujo ascendente (UASB, por sus siglas en inglés) mientras que, en el segundo caso, se recurrió a una unidad de filtración directa por membranas (DMF) que prescinde de tratamiento biológico, y que permite concentrar la materia orgánica para su posterior transformación por vía anaerobia, produciendo un efluente filtrado, sin sólidos suspendidos.
Ambas unidades fueron integradas con una tecnología avanzada emergente: una unidad de fotobiorreactores tubulares de membrana (MPBR), con el fin de producir efluentes de alta calidad fisicoquímica y favorecer la valorización de los subproductos.
El estudio destaca por el uso de consorcios microalgas-bacterias desarrollados en los MPBRs. En estos consorcios, las microalgas captan los nutrientes presentes en las aguas depuradas por el UASB o bien, por la DMF, asimilándolos y desarrollando más microorganismos que constituyen una biomasa con diferentes vías de valorización. Por un lado, se trata de una forma de materia orgánica que puede ser digerida por vía anaerobia para producir más biogás en la instalación o bien, puede ser valorizada agronómicamente.
De hecho, uno de los resultados más destacados de la tesis doctoral de Ferrera León es la viabilidad de la biomasa producida en el fotobiorreactor de membranas, operado outdoor durante el tratamiento de regeneración del efluente de un reactor UASB, como bioestimulante y biofungicida contra un hongo muy frecuente en los cultivos canarios, el Fusarium oxysporium.
Además, las microalgas presentes en los consorcios microalga-bacteria, son capaces, por vía fotosintética, de captar el dióxido de carbono presente en las aguas y producir oxígeno que es utilizado por las bacterias heterótrofas presentes, tanto para transformar moléculas orgánicas más complejas en otras más sencillas, como dióxido de carbono que utilizan las microalgas, como para facilitar la nitrificación del nitrógeno amoniacal que puedan presentar las aguas residuales. También el agua filtrada, producida por las membranas que operan en el fotobiorreactor de membranas para separar la biomasa del agua en que se cultivan, resultó tener capacidad fertilizante en plantas de millo.
Por otra parte, la investigación analizó y optimizó diferentes modos y estrategias de operación de las membranas de ultrafiltración sumergidas utilizadas en los fotobiorreactores, con el fin de mitigar el ensuciamiento de las mismas. Este ensuciamiento, provocado por la acumulación de especies sobre la capa filtrante de las membranas, constituye la principal limitación y suponen el mayor coste de operación de estos equipos.
El trabajo desarrollado por Ferrera León evalúa no sólo la operación y el balance energético de las unidades de filtración directa por membranas (DMF) y del reactor UASB, sino su integración operativa y energética con los fotobiorreactores de membrana, demostrando la viabilidad de la integración de estas tecnologías de bajo consumo energético con procesos fototróficos, ofreciendo una alternativa técnica, ambiental y económicamente viable para cumplir con las nuevas exigencias normativas.
La tesis doctoral que fue realizada en el marco de los proyectos competitivos de ámbito nacional PID2021-125404OB-I00, RTI2018-093736-B-I00 financiados por MICIU, AEI y FEDER, ha recibido el apoyo del Consejo Insular de Aguas de Tenerife, lo que permitió realizar gran parte de los ensayos experimentales en una de sus instalaciones: la Estación Depuradora y Regeneradora del Noreste, ubicada en Valle Guerra, que opera SACyR Agua. Además, parte de la experimentación se realizó en una unidad de filtración por membranas (DMF) diseñada y construida con el soporte del proyecto financiado por la Fundación Cajacanarias y Fundación La Caixa.
El trabajo se ha realizado en el seno del grupo Tratamiento y Reutilización de Aguas (TyRA) bajo la dirección de su responsable, la catedrática de Ingeniería Química Luisa Mª Vera Peña y el profesor contratado doctor en la misma área, Ignacio Ruigómez Sempere.
El tribunal encargado de evaluar la tesis doctoral de Ferrera estuvo formado por el profesor José Alberto Herrera Melián, de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria; la profesora María Filomena Barreiro Filipe, del Instituto Politécnico de Bragança de Portugal; y Juan Cristo Luis Jorge, de la Universidad de La Laguna. Dicho tribunal subrayó en su argumentación final, la relevancia estratégica de las soluciones integradas evaluadas en la investigación para regiones como Canarias, donde la presión sobre los recursos hídricos es especialmente elevada.
