Tema de investigación:
Recuperación de carbono, nitrógeno y fósforo en plantas depuradoras de aguas residuales urbanas
Un proceso de tratamiento de aguas residuales que recupera carbono, nitrógeno y fósforo en las plantas depuradoras
Se estima que el tratamiento de aguas residuales urbanas representa en torno al 1 % del consumo mundial de electricidad. La aireación consume buena parte de la energía y la eliminación del nitrógeno genera además N₂O. Con un Bloomo de mayor escala nos proponemos sustituir parte de este coste de tratamiento por la recuperación de recursos, actuando en cuatro capas: menor aireación, captación de CO₂, recuperación de nitrógeno y fósforo, y reducción del N₂O. La aplicación a las aguas residuales urbanas está hoy en fase de investigación y validación a pequeña escala.
Contexto, producto y perspectivas
Contexto
Se estima que el tratamiento de aguas residuales urbanas representa en torno al 1 % del consumo mundial de electricidad. En el proceso de fangos activos, la aireación supone entre el 50 y el 60 % de la energía, y la eliminación del nitrógeno genera N₂O, con un potencial de calentamiento global (PCG) de 273.
Producto
Bloomo for Sewage se está desarrollando para integrarse en los procesos de tratamiento existentes. Combina el aporte de oxígeno por fotosíntesis, la captación de CO₂ y la asimilación del NH₄⁺ en aminoácidos, con un objetivo de eliminación superior al 90 % tanto de nitrógeno como de fósforo (valor objetivo, aún sin validar).
Perspectivas
Empezaremos con la investigación conjunta con gestores de saneamiento y empresas de mantenimiento de Japón, y evaluaremos la tecnología como complemento del tratamiento existente, siempre bajo la premisa de cumplir las normas de calidad del vertido. También estudiaremos cómo mostrar la captación de CO₂ como valor ambiental.
Usuarios y producto
USUARIO
Municipios y empresas de infraestructuras
- Alto consumo de energía en el tratamiento de aguas residuales urbanas
- Exigencia de cuantificar y reducir las emisiones de N₂O y CH₄
- Recuperación del nitrógeno y el fósforo como recursos
- Descarbonización en la renovación de plantas envejecidas
PRODUCTO
Bloomo for Sewage
Un proceso algal integrado, pensado para encajar en las plantas existentes (fase de investigación)
- Fotosíntesis que sustituye en parte la energía de aireación
- Captación del CO₂ de los gases de combustión
- Recuperación del nitrógeno mediante la asimilación del NH₄⁺ en aminoácidos
- Reducción del N₂O mediante la adición de biocarbón (en estudio)
Tecnología clave y características
Menor energía de aireación
El oxígeno fotosintético sustituye en parte el O₂ que se suministra a las bacterias aerobias (el balance energético neto, incluidas la agitación y la cosecha, se evaluará en la demostración)
Captación de CO₂
Utiliza en el cultivo el CO₂ de los gases de combustión industriales. La cifra de unas 1,83 t de CO₂ por tonelada de biomasa es una captación teórica, no una reducción neta
Recuperación de N y P
El NH₄⁺ se asimila en aminoácidos y proteína. Hay estudios con PBR+MPBR (fotobiorreactor con separación por membrana) que describen una eliminación superior al 90 %
Reducción del N₂O
Hay estudios que describen menores emisiones de N₂O en la desnitrificación microbiana al añadir biocarbón (en estudio en Novelgen)
Del coste de depurar las aguas residuales a la recuperación de recursos
El tratamiento de aguas residuales urbanas es una infraestructura indispensable para la salud pública, pero se estima que representa en torno al 1 % del consumo mundial de electricidad[1]. En el proceso de fangos activos, la aireación supone entre el 50 y el 60 % de la energía[2], y la eliminación del nitrógeno genera N₂O (PCG 273)[3][4]. Aquí se esboza un concepto de proceso, basado en un Bloomo de mayor escala, que busca sustituir parte de este coste por la recuperación de recursos (fase de investigación).
PROBLEMAProblemas estructurales del tratamiento convencional de aguas residuales urbanas
Alto consumo de energía y emisiones de CO₂
La aireación consume entre el 50 y el 60 % de la electricidad del proceso de fangos activos. El sector mundial del tratamiento de aguas residuales urbanas representa en torno al 1 % del consumo de electricidad y se prevé que crezca un 20 % de aquí a 2030.
Referencias: [2][5]
Emisiones de N₂O
Una nitrificación y una desnitrificación incompletas generan N₂O como subproducto. El N₂O es un gas de efecto invernadero extremadamente potente, con un PCG a 100 años de 273, y su factor de emisión varía mucho entre instalaciones.
Referencias: [3][4][6]
Recuperación de nitrógeno y fósforo
La nitrificación y la desnitrificación liberan a la atmósfera gran parte del nitrógeno en forma de N₂. Ya avanzan las iniciativas para recuperar el fósforo de los fangos. La recuperación mediante algas se estudia como complemento de la valorización actual de los fangos.
Referencias: [7]
SOLUCIÓNUn concepto de cuatro capas con Bloomo
Reducción de la energía de aireación
El oxígeno fotosintético sustituye en parte el oxígeno que se suministra a las bacterias aerobias. En sistemas que cocultivan algas con fangos activos se ha descrito la eliminación de nitrógeno, fósforo y DQO. Sin embargo, la fotosíntesis solo produce oxígeno con luz diurna, y el balance energético neto, incluidas la agitación y la cosecha, se evaluará en la demostración.
Referencias: [8]
Captación de CO₂
Las microalgas incorporan el CO₂ a su biomasa mediante la fotosíntesis. Suponiendo que el carbono es el 50 % del peso seco, la captación teórica es de unas 1,83 t de CO₂ por tonelada de biomasa (una cifra bruta, no una reducción neta). Los gases de combustión pueden aportar CO₂ en alta concentración y algunos estudios emplean gases con NOx/SOx, aunque hay que evaluar también sus efectos.
Referencias: [9]
Recuperación de nitrógeno y fósforo
Las algas asimilan el NH₄⁺ en aminoácidos y proteína. Se han descrito eliminaciones superiores al 90 % de nitrógeno y fósforo en estudios que combinan un fotobiorreactor (PBR) con separación por membrana (MPBR) y en configuraciones similares. El objetivo es recuperar la mayor parte del nitrógeno como biomasa, pero el balance de nitrógeno, incluidos el N₂O que producen las propias algas y la volatilización del amoníaco, se comprobará en la demostración. La biomasa procedente de aguas residuales urbanas no está destinada a pienso; se prevé destinarla a fertilizante, biocarbón y usos similares (sujeta a análisis de metales pesados, patógenos y otros parámetros, y al cumplimiento de la normativa pertinente).
Referencias: [10][11][14]
Aprovechamiento de la biomasa recuperadaReducción de las emisiones de N₂O
Se han descrito menores emisiones de N₂O en humedales construidos con biocarbón añadido. Estudiamos cómo devolver al sistema de tratamiento el biocarbón elaborado con la biomasa que recupera Bloomo (el efecto no se ha validado).
Referencias: [12][13]
Comparación de arquitecturas del sistema
COMPARATIVAIndicadores de rendimiento (objetivos, en validación)
| Indicador | Proceso convencional | Bloomo integrado (objetivo) |
|---|---|---|
| Eliminación de nitrógeno | Depende del proceso de tratamiento | > 90 % (objetivo) |
| Eliminación de fósforo | Depende del proceso de tratamiento | > 90 % (objetivo) |
| Peso de la aireación en la energía | 50–60 % del total | Sustituida en parte por la fotosíntesis (neto por evaluar) |
| Factor de emisión de N₂O | 1,01 % kg N₂O-N/kg NT (mediana) | Se busca reducirlo (evaluando también el N₂O de origen algal) |
Nota: la columna de Bloomo integrado muestra objetivos que aún no se han validado (las fuentes son los estudios en que se basan los objetivos). La aplicación a las aguas residuales urbanas se encuentra en fase de investigación y validación a pequeña escala, sin experiencia de implantación a gran escala.
NEGOCIOCómo se ofrecería (concepto)
Se prevé ofrecer Bloomo for Sewage mediante colaboración y licencias con empresas de infraestructuras y municipios. Las condiciones concretas se tratarán durante la investigación conjunta.
- ▸ El paquete tecnológico de Algal Bloom Capture (biblioteca de cepas, protocolos de cultivo, conocimientos de control con IA)
- ▸ Bloomo Cloud Service (monitorización remota y optimización)
- ▸ Modelos de colaboración con socios (empresas de infraestructuras, municipios)
HOJA DE RUTAHoja de ruta de desarrollo
- 1.Demostración en acuicultura: comprobar, con Bloomo en empresas de acuicultura e instalaciones de producción de semilla, el rendimiento de los equipos y del control del cultivo
- 2.Validación con aguas residuales industriales y urbanas (fase actual): la aplicación a las aguas residuales urbanas se encuentra en fase de investigación y validación a pequeña escala; tras la demostración con aguas residuales reales, el objetivo es alcanzar un nivel apto para la operación real
- 3.Implantación: oferta mediante licencias o como servicio, verificación de la conformidad con las normas japonesas de calidad del vertido y estudio de cómo calcular el valor ambiental
Referencias
- Maktabifard M., et al. Achieving energy neutrality in wastewater treatment plants. Rev. Environ. Sci. Bio/Technol., 2018, 17, 655–689. DOI →
- Pathways to a net-zero-carbon water sector through energy-extracting wastewater technologies. npj Clean Water, 2022, 5, 49. DOI →
- Kampschreur M.J., Temmink H., Kleerebezem R., Jetten M.S.M., van Loosdrecht M.C.M. Nitrous oxide emission during wastewater treatment. Water Research, 2009, 43(17), 4093–4103. DOI →
- Stylianou M., et al. Factors Affecting N₂O Emissions from Activated Sludge WWTP — A Review. Resources, 2023, 12(10), 114. DOI →
- Mizuta K., Shimada M. Benchmarking energy consumption in municipal WWTPs in Japan. Water Science and Technology, 2010, 62(10), 2256–2262. DOI →
- Song C., et al. Oversimplification and misestimation of nitrous oxide emissions from WWTPs. Nature Sustainability, 2024, 7, 1348–1358. DOI →
- Mayer B.K., et al. Total Value of Phosphorus Recovery. Environ. Sci. Technol., 2016, 50(13), 6606–6620. DOI →
- Abdelfattah A., et al. Microalgae-based wastewater treatment: Mechanisms, challenges, recent advances, and future prospects. Environmental Science and Ecotechnology, 2022, 13, 100205. DOI →
- Cheah W.Y., Show P.L., Chang J.-S., Ling T.C., Juan J.C. Biosequestration of atmospheric CO₂ and flue gas-containing CO₂ by microalgae. Bioresource Technology, 2015, 184, 190–201. DOI →
- Goh P.S., et al. Microalgae-Enabled Wastewater Remediation and Nutrient Recovery through Membrane Photobioreactors: Recent Achievements and Future Perspective. Membranes, 2022, 12(11), 1094. DOI →
- Bezerra S.S., Fontana L., Arantes C.C., de Jesus T.A. Phosphorus removal from wastewater by microalgal cultivation in photobioreactors: a systematic literature review and multivariate analysis. Environ. Monit. Assess., 2025, 197(11), 1182. DOI →
- Huang L., Xiong H., Jiang C., He J., Lyu W., Chen Y. Pathways and biological mechanisms of N₂O emission reduction by adding biochar in the constructed wetland based on ¹⁵N stable isotope tracing. J. Environ. Manage., 2023, 342, 118359. DOI →
- Zhang Y., Zhang Z., Chen Y. Biochar Mitigates N₂O Emission of Microbial Denitrification. Environ. Sci. Technol., 2021, 55(12), 8068–8078. DOI →
- Plouviez M., et al. The biosynthesis of nitrous oxide in the green alga Chlamydomonas reinhardtii. The Plant Journal, 2017, 91(1), 45–56. DOI →
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