CONTAMINANTES EN TIEMPO REAL

Detectar contaminantes de AGUAS RESIDUALES en tiempo real

La Fundación Séneca ha financiado el desarrollo de un innovador sistema de bajo coste de la UPCT, para la caracterización de la carga contaminante de las aguas residuales en tiempo real.

Durante episodios de lluvia intensa, se tiende a producir, en un corto periodo de tiempo, un incremento significativo de la carga contaminante en de la redes de saneamiento, lo que unido al aumento del caudal que éstas transportan, no solo puede desencadenar problemas medioambientales a consecuencia de los desbordamientos, sino que además, puede afectar de forma negativa a la capacidad de las plantas de tratamiento para poder llevar a cabo sus procesos de depuración, por lo que conocer de forma temprana cómo evoluciona esa carga contaminante, resulta clave para poder optimizar sus procesos y lograr una respuesta más rápida ante posibles riesgos medioambientales. Esta necesidad se ve reflejada en las normativas europeas que han surgido a lo largo de las últimas décadas, donde establece la obligación de las plantas de tratamiento, de tomar medidas para detener el deterioro de las masas de agua y del medioambiente: Directiva Marco del Agua (DMA, 2000/60/CE), Directiva de Aguas Subterráneas (DAG, 2006/118/CE), Directiva relativa a las Normas de Calidad Ambiental (NCA, 2008/105/CE), Directiva 91/271/CEE o Directiva de Aguas Residuales Urbanas (DAR), Directiva 2006/7/CE o Directiva de Aguas de Baño de la UE (Directiva 2006/7/CE) y Directiva Marco de Estrategia Marina (Directiva 2008/56/CE). Poder conocer cómo evoluciona la carga contaminante de las aguas en múltiples puntos de la red en tiempo real, y con una precisión comparable a la obtenida en los laboratorios de las plantas de tratamiento, resulta de gran interés para mejorar y optimizar el funcionamiento de los sistemas de saneamiento, y así cumplir las políticas medioambientales de la UE y para alcanzar los objetivos del Pacto Verde Europeo. No obstante, el término “carga contaminante” involucra una gran variedad de parámetros o indicadores, como la Demanda Química de Oxigeno (DQO) o la cantidad de nutrientes, que son analizados por los laboratorios de las plantas de tratamientos, donde cada uno de ellos precisa de un procedimiento de caracterización específico, que involucra el uso de reactivos químicos y pretratamientos. Esto dificulta llevar a cabo un análisis en tiempo real de la calidad de las aguas. Aunque en el mercado se pueden encontrar algunos sistemas que permiten llevar a cabo este tipo de análisis de forma automática, éstos poseen tecnologías diferentes, que conllevan un elevado coste tanto en su construcción como en su posterior explotación, lo que puede implicar que su uso se vea limitado a un menor número de puntos de la red de saneamiento, por lo que se dificulte una monitorización completa que permitiría una respuesta temprana ante posibles riesgos ambientales, y que ayudaría a mejorar los sistemas de saneamiento actuales. Con el fin de solventar esta problemática, el nuevo doctor por la Universidad Politécnica de Cartagena, Daniel Carreres Prieto, ha desarrollado una tesis doctoral de interés industrial, cofinanciada por la Fundación Séneca y la empresa Hidrogea gestión integral de las aguas,

CONTAMINANTES EN AGUAS RESIDUALES Objetivo: Desarrollo de un sistema de bajo coste para la detección, en tiempo real, de contaminantes presentes en aguas residuales. Control en tiempo real: El dispositivo posibilita avanzar en la monitorización en continuo de los contaminantes influentes y efluentes en una EDAR lo que puede permitir adecuar los tratamientos con tiempo para conseguir una mejor calidad del agua efluente. Esto redundará en una mejora del agua depurada para ser reutilizada. En tiempo de lluvia permitirá que las planta de tratamiento se pueda adaptar a la carga contaminante entrante de forma instantánea. Investigador: Daniel Carreres Prieto. https://www.fseneca.es/

Detección de contaminantes. En la imagen principal, estación depuradora de aguas residuales de Cabezo Beaza. Arriba, Daniel Carreres. En la foto siguiente los doctores Juan Tomás García Bermejo, Daniel Carreres Prieto, Fernando Cerdán Cartagena (catedrático de universidad) y Juan Suardíaz Muro. La gráfica muestra una comparativa entre los valores de DBO5 medidos en laboratorio (azul) y los obtenidos mediante los algoritmos genéticos, conde se observa una alta correlación entre ambos.

en la que ha desarrollo de un sistema que permita llevar a cabo la caracterización de los mismos parámetros de carga contaminante que se realiza en los laboratorios de las plantas de tratamiento, pero de una forma mucho más rápida, simple y económica; y sobre todo, poder conocer en tiempo real cómo evoluciona la carga contaminante de la red de saneamiento en cuestión de minutos. Todo ello a partir de un análisis de la transmitancia de la luz emitida de carácter multiespectral en las muestras de agua, que se apoya posteriormente en una serie de modelos matemáticos basados en algoritmos genéticos (inteligencia artificial) que se han desarrollado ad hoc, logran caracterizar múltiples parámetros contaminantes en un solo análisis, con un margen de error inferior al 3% en la mayoría de los casos. Esta tesis doctoral defendida el pasado 26 de mayo de 2021 obtuvo la calificación de cum laude. Estuvo dirigida por los doctores, Juan Tomás García Bermejo y Juan Suardíaz Muro, pertenecientes a los grupos de investigación Hidráulica, Marítima y Medioambiental (Hidr@M), y División de Innovación en Telemática y Tecnología Electrónica (DINTEL). La espectrofotometría es una técnica simple, muy utilizada para estimar parámetros relacionados con la calidad de las aguas, que no implica la alteración de las muestras. Esta consiste en irradiar una muestra con diferentes longitudes de onda, donde según sus propiedades físico-químicas, se logra una variación en la cantidad de luz que logra atravesarla, dando lugar a lo que se conoce como “respuesta espectral”. Los investigadores de la Universidad Politécnica de Cartagena, han desarrollado una tecnología de análisis que han protegido ante la Oficina Española de Patentes y Marcas, que supone una optimización en lo que se refiere al diseño de los equipos de espectrofotometría existentes en el mercado, y que ha servido como base para el desarrollo de dos equipos para la caracterización de las aguas: Uno pensado para su uso como equipo de laboratorio, al que le han dado el sobrenombre de “Espectrofotómetro Desktop” (que se muestra en la foto de arriba) y otro, que han denominado “Espectrofotómetro In-Sewer”, el cual está en proceso de protección, y que no sólo es capaz de funcionar de manera autónoma, tomando muestras, analizándolas y transmitiendo la información a la nube, sino que además puede almacenar las muestras en su interior, aspecto crucial en caso de necesidad de conservación de las muestras para analizar vertidos no autorizados, dado que esas muestras pueden ser posteriormente contrastadas por laboratorios externos. Tras el desarrollo de estos equipos estos investigadores ya se encuentran operando dentro y fuera del territorio europeo, donde han despertado el interés de organismos públicos y privados. Además, han desarrollado una serie de modelos matemáticos, basados en técnicas de inteligencia artificial, más concretamente en Algoritmos Genéticos, para estimar los siguientes parámetros con una alta precisión: Demanda Química de Oxígeno (DQO), Demanda Biológica de Oxígeno a los 5 días (DBO5), Sólidos en Suspensión Totales (SST), Fósforo (P), Nitrógeno Total (NT) y Nitrato Nitrógeno (NO3-N). Siendo estos modelos válidos tanto para la caracterización de las agua brutas, es decir, aquellas que llegan a la entrada de la planta de tratamiento, como para las aguas tratadas. En la figura de abajo se puede observar un ejemplo de cómo el sistema desarrollado es capaz de estimar con precisión la demanda bioquímica de oxígeno a los cinco días (DBO5) con una alta precisión. El potencial de esta invención les ha valido la concesión de un proyecto Retos Colaboración otorgado por el Ministerio de Industria, Comercio y Turismo, que tiene como objetivo incrementar el número de parámetros contaminantes soportados por el equipo. p