La digitalización, clave en la eficiencia y calidad de las plantas de tratamiento de aguas residuales 

En este contexto, la implementación de las nuevas tecnologías como palanca del cambio, cobra especial relevancia; unas tecnologías llamadas a transformar el proceso del tratamiento de aguas residuales y que tienen, en la digitalización, su punta de lanza para mejorar la eficiencia y la calidad del agua tratada.  La transformación digital es clave en este avance de forma revolucionaria.

En el ámbito de la automatización y control nos encontramos en una convergencia entre la tecnología operacional (OT) y la tecnología de la información (IT), una sinergia perfecta entre la innovación tecnológica y la eficiencia del sector del tratamiento de aguas residuales.

A través de sistemas de control y monitorización, la integración de OT e IT ha posibilitado la supervisión y regulación en tiempo real de los procesos, elevando la productividad operativa a otro nivel. El incremento en la variedad y calidad de sensores en el mercado han provocado la generación de grandes volúmenes de datos sobre la calidad del agua y la eficiencia de los procesos que intervienen en su tratamiento. Sin embargo, el verdadero valor de estos datos reside en la capacidad y el ‘know-how’ para tratarlos y explotarlos. La mayor cantidad de variables monitorizadas y el aumento de la capacidad de procesamiento —ya sea en ‘cloud’ o mediante ‘edge-computing’— ha permitido la creación de soluciones robustas y vanguardistas basadas en algoritmos complejos.

En esta revolución de la transformación digital de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR), el Internet de las cosas (IoT) está desempeñando un papel indispensable. Estos dispositivos, están estratégicamente ubicados en puntos clave, lo que les permite recopilar datos relevantes en tiempo real y de manera continua. La información generada es transmitida a plataformas centralizadas, donde se procesa y se transforma en información de alto valor, proporcionando una visión detallada y en tiempo real del estado del sistema. 

La tecnología IoT posibilita la transmisión inalámbrica de las señales de monitorización, lo que favorece un mayor control y supervisión más allá de las instalaciones de la planta. En primer lugar, en el medio receptor del vertido, controlando su calidad y permitiendo la detección de vertidos ilegales. Sin embargo, uno de los avances que ha aportado más valor ha sido la monitorización en tiempo real de la red de saneamiento de la cuenca vertiente de la EDAR, permitiendo detectar de manera temprana vertidos ilegales a la red y tomar acciones preventivas para mitigar el impacto que este vertido provocará a su entrada en la EDAR. Adicionalmente, posibilita llevar a cabo investigaciones más eficaces para detectar las fuentes contaminantes en su red.

La tecnología IoT también ha impulsado una gestión más eficiente en la energía y los reactivos al optimizar su uso y reducir el desperdicio, lo que conlleva a una reducción de costes.

La cantidad masiva de información generada por las EDAR se puede aprovechar mediante el uso de técnicas de análisis de datos de Big Data y analítica avanzada. Al recopilar y analizar datos históricos y en tiempo real es posible identificar patrones, tendencias y correlaciones que ayudan entender mejor y a optimizar los procesos de tratamiento.

La analítica avanzada también permite predecir y anticipar problemas potenciales, lo que facilita la toma de decisiones proactivas y la implementación de medidas correctivas. Otro ejemplo de su aplicación es el análisis de datos históricos meteorológicos y de la EDAR, creando un modelo predictivo que permite en tiempo real optimizar las operaciones de las estaciones de bombeo, tanques de tormentas y balsas de laminación. De esta forma se consigue maximizar el rendimiento hidráulico del sistema de saneamiento y depuración, disminuyendo en momentos de lluvia la cantidad de agua residual sin tratamiento que se vierte al medio

Entre las tecnologías que se están abriendo paso en el sector de la depuración de agua residual urbana, destacan:

La oxidación avanzada. Se trata de un proceso en el que se utilizan reactivos químicos o radicales libres para descomponer contaminantes orgánicos persistentes en el agua residual. Especialmente efectiva para tratar compuestos químicos resistentes a los métodos convencionales de tratamiento.

La ultrafiltración y ósmosis inversa. Mediante la aplicación de alta presión, el agua es forzada a pasar a través de membranas, dejando atrás los contaminantes, lo que resulta en agua purificada apta para su reutilización.

La oxidación fotocatalítica. Se basa en el uso de un catalizador (dióxido de titanio) activado por luz ultravioleta (UV) para descomponer contaminantes orgánicos y microorganismos en aguas residuales. Activa el catalizador, generando radicales libres que oxidan y degradan los contaminantes.

Los reactores con ultrasonidos. Utilizan ondas ultrasónicas de alta frecuencia para tratar aguas residuales. Crean microburbujas que colapsan violentamente, generando altas temperaturas y presiones que desintegran los contaminantes y microorganismos.

Los microorganismos mejorados de forma natural o genéticamente. Se basan en el uso de microorganismos naturalmente mejorados para tratar aguas residuales con TOC/COD refractarios o contaminantes específicos. Esta tecnología consiste en seleccionar microorganismos, generar variantes mejoradas y posteriormente introducirlos en el proceso de tratamiento.

La electrocoagulación y electrooxidación. Emplea la aplicación de corriente eléctrica para eliminar contaminantes mediante procesos de coagulación y oxidación.

Dentro de la operativa de una EDAR podemos destacar cuatro estrategias complementarías entre sí para lograr la mejora de la eficiencia energética.

La monitorización y control de los consumos en tiempo real. Permite desarrollar nuevas estrategias reducción de consumo energético y además permite detectar fallos de manera eficaz y tiempo real.

La optimización del sistema de aireación de los reactores biológicos, ajustando la cantidad y distribución de aire en los reactores biológicos para maximizar la eficiencia del proceso de tratamiento.

La optimización de la producción de biogás, volumen generado y estrategia de uso. Permite incrementar el volumen producido de biogás en el proceso de digestión anaerobia y aplicar estrategias para gestionar el almacenamiento y uso del mismo.

Por último, la instalación de paneles fotovoltaicos, utilizando energía solar para producir electricidad y cubrir parte de las necesidades energéticas de la EDAR.

El gemelo digital (Digital Twin) es una réplica virtual en tiempo real de la planta física. Se crea mediante sensores y sistemas de monitorización que recopilan datos del funcionamiento de la EDAR. Estos datos se envían a un software que procesa y simula el comportamiento de la planta, generando un modelo digital en constante actualización. Permite supervisar y analizar el rendimiento de la EDAR, anticipar posibles problemas y optimizar procesos. Además, sirve como plataforma para probar y simular cambios o mejoras antes de aplicarlos físicamente, reduciendo costes y riesgos operativos.  

Estas replicas virtuales en las EDAR pueden incorporar modelos matemáticos biocinéticos y algoritmos de autocalibración con ‘machine learning’, permitiendo simular el comportamiento de los procesos biológicos y físico-químicos en tiempo real, optimizando el rendimiento y la eficiencia de la planta.

“En el ámbito de la automatización y control nos encontramos en una convergencia entre la tecnología operacional (OT) y la tecnología de la información (IT), una sinergia perfecta entre la innovación tecnológica y la eficiencia del sector del tratamiento de aguas residuales”

"La cantidad masiva de información generada por las EDAR se puede aprovechar mediante el uso de técnicas de análisis de datos de Big Data y analítica avanzada"