Arriba de izda. a dcha., Zouhair Arbib, Jesús Ruiz y Pablo Álvarez
Debajo de izda a dcha. Carmen Garrido, J.A. Perales y Jesús Barragán
Investigadores que han participado en esta investigación.

Investigadores del grupo Tecnologías del Medio Ambiente de la Universidad de Cádiz han desarrollado fotobiorreactores de microalgas, que permiten un mayor grado de depuración de las aguas residuales, así como la generación de una biomasa valorizable energéticamente.

Los expertos diseñan y construyen distintos reactores de microalgas, es decir, recipientes donde se ponen en contacto microalgas y agua residual cargada de nitrógeno y fósforo. Estos elementos inorgánicos principales, junto con CO2, otros elementos nutritivos contenidos en las aguas residuales y por supuesto la luz solar, favorecen la fotosíntesis de estos microorganismos, de forma que a partir de elementos inorgánicos se genera materia orgánica estructural de microalgas. “Conseguimos que ese nitrógeno y fósforo de los residuos se incorpora a la biomasa de las microalgas, por lo que se retira del medio y conseguimos por un lado, aguas residuales más depuradas, y por otro lado y como resultado del proceso, una materia orgánica que se puede traducir en energía posteriormente por lo que estamos reduciendo la huella de carbono del proceso de depuración de las aguas residuales”, explica la responsable de la investigación Carmen Garrido.

Ensayos en laboratorio.

Los investigadores han incorporado varios diseños de biorreactores en la depuradora de Arcos de la Frontera (Cádiz), donde los análisis demuestran que estos microorganismos mejoran el proceso de depuración. “Queríamos comprobar si este tipo de tecnologías eliminaban las elevadas concentraciones de nutrientes que contienen las aguas residuales y sí lo consigue. Hemos estudiado diferentes diseños de fotobioreactores y hemos realizado las pruebas con diferentes especies de microalgas para seleccionar el diseño y la especie óptima para su aplicación a la depuración de aguas residuales de tipo urbano. Por un lado depuramos aguas residuales reduciendo el nitrógeno y fósforo de  estas aguas, y por otro lado estamos generando microalgas utilizando una fuente ‘barata’ de nutrientes que se pueden utilizar para fines energéticos. Ahora evaluamos los costes del cosechado de la biomasa. Para ello estudiamos diferentes formas de cosechado de la biomasa de algas y calculamos los costes de cada tecnología en esta fase. Esto nos permitirá decidir cuál es la más factible para introducir como tratamiento final en estos procesos de depuración que estamos ensayando”, destaca Garrido.

Precisamente en la cosecha de microalgas se centran ahora los investigadores para reducir los costes económicos. “El cosechado de biomasa supone el principal coste energético del cultivo de microalgas en general y de la depuración de aguas con fotobiorreactores de microalgas en particular, de ahí que ahora una de nuestras líneas de estudio es abaratar los costes para que esta biomasa se pueda reutilizar, bien para la producción de biocombustibles o en otros procesos de recuperación de energía”, explica.

Tecnología a la carta

Los investigadores del grupo Tecnologías del Medio Ambiente diseñan, construyen y perfeccionan el diseño de sus fotobiorreactores, de manera que desarrollan tecnologías “a medida” según las necesidades del proceso y de cada depuradora.

Parque de plantas piloto en la EDAR “Arcos de la Frontera” (izda, reactores tipo race-way; dcha, reactor tubular).

A continuación evalúan los distintos tanques. Recientemente han publicado un estudio comparado del funcionamiento de dos tipos de reactores en la depuración de aguas residuales. “Primero realizamos ensayos en laboratorio en condiciones controladas de luz y temperatura para evaluar que las microalgas son capaces de adaptarse y crecer en aguas residuales. Después, es fundamental reproducir los ensayos en condiciones ambientales naturales de luz (solar) y temperatura (temperatura ambiente y con la variabilidad día-noche y estacional). De esta forma se evalúa el proceso real de depuración de aguas residuales y las ventajas e inconvenientes de los tipos de reactores diseñados”, destaca Garrido.

Tras analizar distintas tecnologías, los expertos han concluido que para la depuración de aguas, los biorreactores óptimos son los denominados “race-way”, ya que tienen la ventaja de menores costes de construcción y amortiguan mejor las situaciones extremas de temperatura en invierno y en verano.

Estos resultados son fruto del proyecto de excelencia Estudio de la viabilidad del uso de microalgas en la depuración de aguas residuales: biofijación de CO2 y producción de biocombustibles.