IIAMA – Ciudad Politécnica de la Innovación – Universitat Politècnica de València

UNIVERSITAT DE VALÈNCIA - CALAGUA

UNIVERSITAT DE VALÈNCIA - CALAGUA

Presentación

CALAGUA es un grupo de investigación formado por personal del Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente de la Universidad Politécnica de Valencia y del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Valencia. El grupo lleva trabajando durante dos décadas en el estudio integral de los procesos biológicos y físico/químicos que tienen lugar en una EDAR.

Experitise

El Grupo Calagua trabaja desde hace más de veinte años en el estudio integral de los procesos biológicos y físico/químicos que tienen lugar en una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR), así como en la simulación, modelado, automatización y control aplicado a las mismas, y más recientemente en la tecnología de bioreactores de membrana (MBR) aeróbicos y anaeróbicos. Además, CALAGUA se ha convertido en un punto de referencia para las empresas de tratamiento de aguas ofreciendo sistemas avanzados de control y caracterización biocinética de aguas residuales para la optimización de consumo de energía y la eliminación de nutrientes en plantas de tratamiento de aguas residuales.

Capacidades

Desass 7.1 (Design and Simulation of Activated Sludge Systems) Simulador de EDAR configurado bajo Windows, enfocado básicamente al entrenamiento de personal y a propósitos educativos. El programa tiene implementada una versión extendida del modelo biológico general BNRM2 desarrollado por CALAGUA Unidad Mixta UV-UPV. Este modelo incorpora los principales procesos físicos, químicos y biológicos que tienen lugar en una EDAR.
BioCalibra Dispositivo automatizado de calibración desarrollado que permite determinar experimentalmente los parámetros cinéticos y estequiométricos de los modelos de simulación de EDAR más aceptados por la comunidad científica. Incluye un software de monitorización y control del equipo con el que se pueden configurar multitud de ensayos diferentes y llevar a cabo el tratamiento de la información obtenida. El software incluye herramientas como el diseño óptimo de experimentos, que permite maximizar la fiabilidad de los resultados obtenidos con un número mínimo de experimentos.
Lodif BioControl Plataforma informática que permite la implementación de sistemas de control en EDAR (control de nitrógeno, aireación y sistemas de aireación por membranas) de forma sencilla y guiada, otorgando además un elevado grado de flexibilidad que permite la introducción de cambios en la configuración y la incorporación de nuevos controladores.
Caracterización de aguas y de procesos de depuración Identificación, detección y cuantificación de microcontaminantes en aguas residuales como en aguas costeras, continentales y de transición. Análisis microbiológico de los sistemas biológicos de depuración mediante técnica FISH y qPCR. Caracterización del agua residual y de la biomasa generada en el proceso de depuración, así como la determinación de los parámetros cinéticos y estequiométricos de los modelos de simulación de EDAR.
Asesoramiento técnico y consultoría Asesoramiento técnico en diferentes áreas, tales como aplicación de técnicas analíticas, caracterización de aguas, modelación de procesos de depuración, evaluación de funcionamiento y propuestas de mejora de las EDAR, evaluación de la huella energética, eliminación y recuperación de materia orgánica y nutrientes, aplicación de la tecnología de membranas, monitorización, control, diseño y optimización de EDAR.

Proyectos Europeos

Enhanced Nitrogen and phosphorus Recovery from wastewater and Integration in the value Chain – LIFE ENRICH. (Programa LIFE)
Membrane for Energy abd water Recovery, LIFE Memory. (Programa LIFE) El proyecto LIFE Memory pretende demostrar a escala prototipo la tecnología de bioreactores anaerobios de membrana (AnMBR) como una alternativa al tratamiento convencional de aguas residuales industriales. Este nuevo concepto desarrolla el papel del agua residual como fuente de energía y nurtientes, obteniendo también un agua desinfectada reutilizable.
Climate KIC: Micro Algae Biorefinery, MAB 2. (Climate-Kic European Union) El proyecto pretende demostrar dos conceptos tecnológica y comercialmente innovadores para aumentar la cooperación B2B (business-to-business) y llevar a cabo la producción sostenible de materias primas usando los recursos de manera eficiente. La solución propuesta transforma ciertos efluentes del tratamiento de las aguas residuales en biomasa algal con valor añadido, mediante la recuperación de nutrientes, aprovechamiento de la energía del Sol y captura de CO2 de la planta de biogás. A través del modelo de negocio B2B el proyecto asegurará también el contacto con empresas procesadoras de diferentes tipos de biomasa algal para poner en valor el cultivo generado.
Integral management model for phosphorus recovery and reuse from urban wastewater - PHORWater. (Programa LIFE) El proyecto PHORWater se enfoca en encontrar una solución innovadora a la recuperación del fósforo en las EDARs que minimice su problemática medioambiental, por ello el proyecto se centra en desarrollar un protocolo de buenas prácticas para optimizar la recuperación del fósforo en las EDARs así como demostrar las ventajas de su recuperación como estruvita.

Otros proyectos

Sistema circular para la recuperación y valoración agronómica del fósforo-Proyecto Retos. (Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades) El proyecto, llevado a cabo por un equipo multidisciplinar, consiste en la mejora sostenible de los sistemas agronómicos, mediante el desarrollo de un nuevo fertilizante con base de estruvita que permita valorizar los residuos generados de las Estaciones de Depuración de Aguas Residuales (EDAR). El nuevo fertilizante que se pretende desarrollar combina la estruvita, obtenida de la extracción del fósforo orgánico e inorgánico asociado a los fangos primaros y secundarios, generados en la EDAR, con los abonos complejos NPK.
Estudio experimental de la aplicación de la tecnología de membranas para potenciar la recuperación de recursos en las EDAR actuales. (Ministerio de Economía, Industria y Competitividad) El proyecto combina procesos clásicos de tratamiento de aguas residuales (decantación primaria, fangos activados y digestión anaerobia) con el proceso de filtración por membranas para incrementar el porcentaje de materia orgánica que puede ser valorizado en la digestión anaerobia. La implantación de esta tecnología en las EDAR existentes permitirá reducir significativamente su consumo energético y aumentar su capacidad de tratamiento aprovechando las infraestructuras existentes, generando un efluente de calidad adecuada para su reutilización agrícola o ambiental.
Combinación de procesos anaerobios, cultivo de microalgas y tecnología de membranas para la obtención de bionutrientes y energía de las aguas residuales urbanas - BIONUTEN. (Ministerio de Economía y Competitividad) Este proyecto combina de manera pionera un proceso anaerobio de tratamiento de agua residual urbana con separación por membranas tras decantación primaria, un cultivo de microalgas mediante fotorreactor de membranas para la captación de nutrientes, una digestión anaerobia de fangos y microalgas, y una recuperación de nutrientes en forma de productos comerciales. Engloba así clásicas y nuevas tecnologías en la búsqueda de una solución sostenible para el tratamiento de aguas residuales urbanas dirigida principalmente al aprovechamiento de recursos.
Optimización del proceso biológico y estudio de los procesos de precipitación de fósforo evaluando la viabilidad de recuperación de fósforo en la EDAR, UTE EDAR MOLINA-ALGUAZAS. (Depuración de Aguas del Mediterráneo) El fósforo es un recurso no renovable que constituye un macronutriente para el desarrollo de la vida y la producción agrícola y para el cual la naturaleza no cuenta con ningún elemento sustitutivo, por lo que la escasez de fosfato natural generaría un grave problema medioambiental. Por otra parte, las cantidades de fósforo que llegan a las plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR) representan una importante vía de pérdida de fósforo tanto a través del efluente como por su cristalización espontánea, que ocurre de forma habitual tras el proceso de digestión y supone un problema técnico, pues se acumula en tuberías y depósitos causando obstrucciones, provocando aumentos importantes en los costes de mantenimiento. Este proyecto nace de la necesidad de demostrar la viabilidad y la sostenibilidad de la correcta gestión integral de una planta de tratamiento de aguas residuales (EDAR Molina-Alguazas) para optimizar la recuperación de fósforo en la misma.
Construcción y puesta a punto de un equipo BioCalibra para la empresa EDAR MOLINA-ALGUAZAS UTE (Depuración de Aguas del Mediterráneo) Para alcanzar un diseño óptimo en las nuevas estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) e incrementar el rendimiento de las ya operativas, es necesario conocer los mecanismos que tienen lugar en los procesos de fangos activos. La gran cantidad de factores que afectan al funcionamiento de estos procesos hace necesario el uso de complejos modelos matemáticos. De hecho, el elevado número de parámetros que presentan los modelos más ampliamente utilizados y aceptados por la comunidad científico-técnica, y el alto nivel de correlación existente entre ellos, hace especialmente difícil su obtención para un determinado sistema. Es por esto que el grupo CALAGUA desarrolló BioCalibra, un dispositivo automatizado de calibración que permite determinar los parámetros cinéticos y estequiométricos de los modelos de simulación más aceptados por la comunidad científica, en este caso concreto, el dispositivo se desarrolló para la región de Murcia.
Desarrollo de proyectos de investigación relacionados con las sustancias prioritarias y preferentes en las aguas costeras y de transición de la Comunidad Valenciana (Conselleria d´Agricultura, Pesca, Alimentació i Aigua). La Directiva 2000/60/CE de 23 de octubre de 2000, conocida como Directiva Marco del Agua (DMA) establece la necesidad futura de eliminar las sustancias prioritarias de las aguas superficiales y, asimismo, establecer las actuaciones para evaluar y controlar la contaminación asociada a estas sustancias en aguas superficiales, en vertidos y en sedimentos y/o biota. La DMA en su artículo 13 establece la necesidad de que los Estados miembros elaboren un Plan Hidrológico de Cuenca (PHC) para cada demarcación hidrográfica situada en su territorio englobando a las aguas superficiales y subterráneas. Los Estados miembros establecerán, para cada período de aplicación del PHC, un programa de reconocimiento inicial (control de vigilancia) y un programa de seguimiento ordinario (control operativo) en las distintas masas de agua que hayan definido en cada demarcación hidrográfica. La Conselleria d´Agricultura, Pesca, Alimentació i Aigua de la Generalitat Valenciana comenzó en 2005 diferentes estudios encaminados al cumplimiento de la DMA. Estos estudios se han venido prorrogando desde 2005 hasta 2017.
Estudio de emisiones de óxido nitroso, dióxido de carbono y metano en diferentes puntos de la EDAR de Quart-Benàger (Sociedad Española de Abastecimiento (SEASA)). El dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4) y el óxido nitroso (N2O) son los gases de efecto invernadero más importantes relacionados con el tratamiento biológico de aguas residuales. Debido al enorme impacto que generan estos gases sobre el clima, es de vital importancia entender y cuantificar su producción, y así establecer las estrategias de operación que puedan conducir a su minimización. Por ello, se realizó un estudio de emisiones de óxido nitroso, dióxido de carbono y metano en diferentes puntos de la EDAR de Quart-Benàger. En la primera fase del estudio, se instaló el equipo y se instruyó a los operarios en su manejo, en la segunda fase se estudiaron las variaciones de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en la estación depuradora de aguas residuales (EDAR) de Quart-Benàger y se determinaron los factores de emisión (FE) de gases de efecto invernadero en función de las características del agua de entrada y de los contaminantes eliminados.

Líneas de Investigación

Membranas para el tratamiento de aguas Estudio de la aplicación de sistemas de membranas en el tratamiento de aguas residuales con el objetivo de transformar el agua residual en una fuente de recursos, tales como energía, nutrientes y agua susceptible de reutilización.
Fotobiorreactores y producción de microalgas Estudio de una alternativa al tratamiento convencional para la eliminación de nutrientes basada en el cultivo de microalgas en fotobiorreactores y su separación del efluente mediante procesos de membrana.
Valorización anaerobia de la materia orgánica Estudio y evaluación de la viabilidad de diferentes sistemas de tratamiento anaerobio como son digestores anaerobios mesófilos o termófilos, reactores anaerobios de membranas (AnMBR) y la combinación de éstos para convertir las EDAR actuales en factorías de nutrientes, agua regenerada y energía.
Valorización anaerobia de la materia orgánica Estudio y evaluación de la viabilidad de diferentes sistemas de tratamiento anaerobio como son digestores anaerobios mesófilos o termófilos, reactores anaerobios de membranas (AnMBR) y la combinación de éstos para convertir las EDAR actuales en factorías de nutrientes, agua regenerada y energía.
Eliminación y recuperación de nutrientes Estudio de la eliminación biológica de los nutrientes presentes en el agua residual (nitrógeno y fósforo) así como su recuperación en forma de productos comerciales.
Contaminantes prioritarios y emergentes Desarrollo y aplicación de técnicas analíticas destinadas a la identificación, detección, caracterización y cuantificación de microcontaminantes en las líneas de agua y fango de las actuales EDAR, así como como en los nuevos procesos de eliminación de materia orgánica (reactores de membranas) y nutrientes (cultivo de microalgas).
Control y optimización de EDAR Desarrollo de sistemas y algoritmos de control para los procesos de mayor relevancia que tienen lugar en el tratamiento de aguas residuales, basados en la simulación matemática y posterior validación a escala piloto.
Análisis microbiológico y biocinético Estudio microbiológico de los sistemas de depuración de aguas residuales basado tanto en la aplicación de técnicas básicas, como la observación mediante contraste de fases o las tinciones diferenciales, así como técnicas moleculares, entre ellas FISH (fluorescence in situ hibridization) o qPCR (quantitative polymerase chain reaction).
Modelación matemática Desarrollo de modelos matemáticos para los distintos tipos de procesos cuya investigación se ha abordado a lo largo de la trayectoria del grupo. Con el objetivo de facilitar la aplicación de los modelos matemáticos en el diseño y optimización de EDAR, el grupo ha desarrollado los modelos globales que incorporan los principales procesos físicos, químicos y biológicos que tienen un lugar en una EDAR, tanto en la línea de aguas como en la línea de fangos.
Calidad de aguas investigación del grupo Caracterización de aguas residuales de diferente origen y de las diferentes corrientes que definen una EDAR.

Resultados

Patentes

BioCalibra: se trata de un equipo para la automatización de análisis biológicos en sistemas de fangos activados, para la simulación y optimización de EDAR. BioCalibra permite realizar de manera altamente automatizada los ensayos necesarios para la calibración de los modelos de simulación de fangos activados más aceptados por la comunidad científica, así como una gran diversidad de experimentos diseñados para evaluar el funcionamiento del proceso biológico (patente P200701722).
Sistema de control para eliminación biológica de nitrógeno basado en sondas de bajo coste: optimiza el funcionamiento del proceso de fangos activos reduciendo el consumo energético. El uso de sondas de bajo coste inicial y de operación tales como el pH y potencial redox (ORP) supone una gran ventaja como posible alternativa a los analizadores/sensores on-line de nutrientes (patente P200900820).

Recursos singulares

Planta de fermentación-elutriación de fango primario para la producción de ácidos grasos volátiles necesarios para la eliminación biológica de nutrientes de las aguas residuales.
Planta piloto de fangos activados para la eliminación de materia orgánica y nutrientes de las aguas residuales.
Planta piloto de digestión anaerobia para el tratamiento del fango primario y secundario generado en la depuración de las aguas residuales.
Planta piloto de cristalización para la obtención de estruvita a partir de sobrenadantes de la digestión anaerobia.
Planta piloto para el tratamiento de las aguas residuales mediante biorreactores de membranas anaerobias (AnMBR).