Jornadas de Ingeniería del Agua. Valencia, Octubre 2013

III Jornadas de Ingeniería del Agua
La protección contra los riesgos hídricos
Estación regeneradora de agua del Camp de Tarragona
para la reutilización de agua para usos industriales en
el Polo Químico de Tarragona
Joan Sanz, Joaquín Suescun
Veolia Water Solutions & Technologies
Pol.Ind. Santa Ana C/Electrodo, 52 28522 Rivas-Vaciamadrid
Jordi Molist
Agència Catalana de l’Aigua. Provença 204-208, 08306 Barcelona
Francisco Rubio, Daniel Montserrat
Aguas Industriales de Tarragona. Doce s/n 43100 Bonavista
Blanca Salgado
Dow Water & Process. Autovía Tarragona-Salou s/n. 43006 Tarragona
1. Introducción
El proyecto de regeneración y reutilización de agua de Camp de Tarragona se emplaza en
la provincia de Tarragona, en la costa mediterránea catalana. En esta zona conviven
actividades económicas de muy diverso signo. Por una parte, hay una gran actividad
turística, con localidades como Salou (que recibe dos millones de turistas cada año) y
centros recreativos como Port Aventura (con tres millones de visitas anuales). Por otra,
hay ciudades importantes, de población estable y con una gran tradición comercial, como
Reus o Tarragona. Y finalmente, existe un gran polo de industria química, creada alrededor
de una de las principales refinerías del sur de Europa y apoyada en un gran puerto
comercial, el Puerto de Tarragona, que con un tráfico anual de unos 30 millones de
toneladas es el quinto en el ranking español. El desarrollo de todas estas actividades,
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concentradas en un área de menos de 200 km y con recursos hídricos escasos e
irregulares, ha venido siempre marcado por la escasez de agua. Esta escasez llegó a ser
perentoria durante los años 70 y 80, con una grave sobreexplotación de los pozos que
llevó a una salinización de las aguas subterráneas, a la necesidad de realizar cortes de
suministro en las ciudades e incluso al transporte de agua con barcos.
La situación cambió radicalmente con la entrada en servicio, en el año 1989, de un
trasvase de agua procedente del los canales de riego del Delta del Ebro, recuperada
mediante la impermeabilización de los mismos. A partir de este momento, el agua del
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Ebro permitió garantizar el abastecimiento de los ayuntamientos y las industrias de la
provincia. Estos usuarios forman conjuntamente el Consorci d’Aigües de Tarragona (CAT).
Desde entonces, la red del CAT ha ido extendiéndose a otros municipios cercanos que
sufrían también problemas de desabastecimiento, al tiempo que crecían las demandas de
los municipios que formaban el ámbito inicial. Hoy el sistema de abastecimiento desde el
Ebro está integrado por 72 municipios y 34 industrias. Sus consumos presentan una
marcada estacionalidad y el caudal máximo ya se aproxima, en verano, a la capacidad del
sistema. Por ello, no se pueden comprometer nuevas demandas en verano, lo que sin
duda llegaría a ser un freno a medio plazo al desarrollo económico de una zona que, de
acuerdo con la planificación territorial, debe ser en el futuro un área de descongestión de
la metrópolis de Barcelona. Esta limitación no puede resolverse mediante un incremento
de los caudales transferidos desde el Ebro, dadas las dificultades técnicas (toda la
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infraestructura está diseñada para el caudal concedido, de 4 m /s) y de índole social (la
transferencia, pese a generar beneficios ambientales y económicos tanto en la zona de
origen como en la de destino, no ha estado nunca exenta de polémica).
Se plantea así la necesidad de adoptar, simultáneamente, estrategias de gestión de la
demanda y de aportación de nuevos recursos hídricos. Dentro de estas segundas se
enmarca el proyecto de reutilización que nos ocupa. El objetivo de este proyecto es
reutilizar las aguas depuradas procedentes de dos estaciones depuradoras de aguas
residuales urbanas, que tratan las aguas residuales de Tarragona, Vila-seca y Salou, aguas
que hoy se depuran y se vierten, en su mayor parte, al mar Mediterráneo. Este proyecto
permite recuperarlas, por medio de un avanzado tratamiento de regeneración, y utilizarlas
una segunda vez para usos industriales en los polígonos petroquímicos cercanos. De este
modo, las industrias podrán liberar una parte de los caudales de agua potable que hoy
utilizan, dejándolos a disposición de las poblaciones abastecidas por el sistema CAT. Esta
liberación contribuirá a superar las limitaciones que actualmente sufre el sistema. Se trata,
en definitiva, de incrementar los recursos disponibles dando un segundo uso al agua
transferida des del Ebro.
La concepción del proyecto y su ejecución han sido desarrolladas por la Agencia Catalana
del Agua, que es el organismo de la Generalitat que aúna las competencias autonómicas
en asuntos de agua.
2. Caracterización de la demanda de agua
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El consumo de las industrias del CAT es de unos 27,7 hm al año, mientras que el consumo
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de los ayuntamientos es de unos 43,0 hm anuales (2009). Estos consumos siguen pautas
diferentes a lo largo del año: mientras el uso industrial es casi constante, el uso urbano
muestra una marcada estacionalidad (fig. 1).
La primera etapa del proyecto consistió en determinar qué parte de este uso industrial era
susceptible de ser alimentada con agua regenerada, en sustitución del agua potable del
CAT utilizada hasta ese momento. A tal fin, se estableció en 2006 un convenio de
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colaboración entre las industrias (representadas por medio de la Asociación Empresarial
Química de Tarragona), el CAT y la Agencia Catalana del Agua. Durante el estudio se
consultó a las diferentes industrias, y se analizaron sus procesos internos.
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Como resultado, se determinó una demanda potencial de agua regenerada de 20 hm /año,
gran parte de los cuales se destinarían a la alimentación de torres de refrigeración. Por
consiguiente, una parte muy importante del caudal del CAT consumido por la industria podía
ser sustituido en el futuro por agua regenerada. A partir de esta demanda potencial se
definieron las tres fases del proyecto, con objeto de ir incrementando la sustitución a
medida que fuera necesario liberar agua para los ayuntamientos (con caudales totales 6,8
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hm /año, 10,5 hm /año y 20 hm /año).
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Figura 1. Consumos del CAT (m /mes). La industria consume unos 27,7 hm , de manera casi
constante.
2. Requisitos de calidad
Los criterios de calidad para el agua regenerada establecidos para este tipo de uso
industrial son parámetros de calidad de agua habituales y otros más específicos para
sistemas de agua de refrigeración. El agua regenerada para torres de refrigeración debe
cumplir con los requisitos del RD 1620/2007 y especificaciones para los sistemas de
refrigeración de acuerdo con las condiciones de operación. Por ello a los parámetros de
calidad requeridos por RD1620/2007 para uso industrial, deben considerarse amoniaco,
fosfatos, DBO, TOC, DQO, conductividad eléctrica, cloruro, sulfato, calcio y alcalinidad
como parámetros adicionales. Las especificaciones de calidad de agua establecidas por las
industrias petroquímicas para torres de refrigeración incluyen específicamente una
concentración máxima de amoníaco de 0,8 mg/L en agua regenerada. Esta limitación se ha
convertido en el parámetro de diseño crítico para el proceso de regeneración. Las
concentraciones de amoníaco en los efluentes secundarios de la EDAR de Tarragona y de
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la EDAR Vila-seca y Salou son normalmente superiores a 35 mg/L y para garantizar el
cumplimiento de este límite de calidad del agua regenerada, fue necesario adoptar un
sistema de ósmosis inversa (RO) de doble paso como parte del proceso de regeneración
de agua.
3. Selección del proceso
El estudio de la regeneración de aguas residuales depuradas es un hecho necesario debido
a la escasez general de agua en la geografía española. Desde el proyecto de demostración
DEREA en Canarias (DEmostración en REutilización de Aguas, 1994/95) se han llevado a
cabo diversas experiencias a escala de proyecto de demostración y muchas instalaciones
de regeneración de aguas residuales depuradas han entrado en servicio presentando un
nuevo escenario en el campo de la regeneración y reutilización del agua (Iglesias, 2005).
En las instalaciones con ósmosis inversa, ha existido la tendencia a utilizar pretratamientos
basados en tecnologías de membrana (microfiltración/ultrafiltración) en detrimento de las
tecnologías convencionales (fisicoquímicos, filtración). La operación de estas instalaciones
de ósmosis inversa con diversidad de pretratamiento, ha proporcionado un gran
conocimiento y la optimización de los diseños de las plantas (AEAS, 2006). Entre las
experiencias recogidas ha aparecido una cuestión principal: la influencia de la calidad y la
variabilidad del efluente secundario en la operación del pretratamiento y por tanto de la
ósmosis inversa.
La promulgación del RD 1620/2007 (Ministerio de la Presidencia, 2007) y su aplicación ha
comportado una revisión de las tecnologías disponibles en la regeneración de agua en
función de los usos previstos en él por parte del CEDEX (Iglesias et al, 2009).
Dentro de este contexto, la Agencia Catalana del Agua (ACA) adjudicó a la UTE GPO
Ingeniería S.A.- Asesoría Técnica y Control S.A., el proyecto del tratamiento terciario de las
aguas residuales de Tarragona y Vila-seca y Salou, para la reutilización en las industrias del
Camp de Tarragona. Dentro de los trabajos incluidos en el contrato anterior, se incluyó el
proyecto de demostración de regeneración de las aguas. Se seleccionó para realizar el
proyecto de demostración la EDAR de Tarragona, gestionada por EMATSA.
4. Proyecto de demostración
Para establecer el diseño final del proceso de regeneración de agua, la Agencia Catalana
del Agua patrocinó un proyecto de demostración dirigido para documentar la eficacia y la
fiabilidad de un proceso avanzado capaz de producir agua regenerada cumpliendo con las
especificaciones de la industria petroquímica para sus sistemas de agua de refrigeración.
El proyecto de demostración se llevó a cabo en la EDAR de Tarragona entre mayo de 2008
y febrero de 2009.
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El pretratamiento fisicoquímico previo a la ósmosis inversa fue diseñado incluyendo los
siguientes procesos unitarios: coagulación-floculación y decantación lastrada combinada
con filtro de mallas Discfilter (Sanz et al., 2007) y una filtración multicapa en serie. El
sistema de ósmosis inversa de doble paso incluía una configuración de dos etapas con un
total de 18 elementos de diámetro 4 pulgadas, operando con una conversión del 75% en
el primer paso. El permeado se desinfectó con peróxido de hidrógeno manteniendo el
cloro como una opción alternativa. El sistema de ósmosis inversa fue operado utilizando
dos tipos diferentes de elementos de la familia de membranas resistentes al
ensuciamiento (FR y XFR de Dow) en dos fases diferenciadas del proyecto de
demostración.
Todas las determinaciones analíticas requeridas por las especificaciones industriales y por
el RD 1620/2007 fueron realizadas por un laboratorio de análisis independiente,
acreditado por ENAC y de acuerdo con la norma ISO 17025 durante toda la duración de
proyecto de demostración. Los resultados de los análisis microbiológicos del afluente
indicaron que la Legionella spp estuvo siempre por debajo del límite analítico de
cuantificación (2000 UFC/L) y que la concentración de huevos de helmintos parásitos
estuvo siempre por debajo de 1 huevo/10 L.
El agua regenerada después del primer paso de ósmosis inversa presentó una
concentración de amonio superior al límite fijado en 0,8 mg/L. Este incumplimiento estaba
de acuerdo con las proyecciones previas y justificó la necesidad de un segundo paso de
ósmosis inversa para alcanzar el límite requerido. La concentración de DBO5 cumplió con
sus especificaciones en el percentil 50 de los casos, pero no en el percentil 90 y así
también precisó un segundo paso, de manera similar al amonio. Los restantes parámetros
fisicoquímicos cumplieron con las especificaciones de calidad requerida. Los resultados de
los análisis microbiológicos de permeado indicaron que: 1) Legionella spp estuvo por
debajo del límite analítico de cuantificación (30 UFC/L) para las muestras desinfectadas y
no desinfectadas y 2) huevos de helmintos parásitos fue siempre inferior al límite de
huevo 1/10 L, igual que el afluente a la planta de demostración. Los resultados
experimentales confirmaron claramente la necesidad de incluir un segundo paso de
ósmosis inversa para asegurarse de que el límite de la concentración de amonio aplicable
se alcanzaba con fiabilidad superior al percentil 90. El permeado del segundo paso tenía
DBO5 menor de 3 mg O2/L, carbono orgánico total inferior a 1 mg C/L y conductividad
eléctrica de 29,4 µS/cm (percentil 90).
5. Planteamiento del intercambio de agua
El acuerdo consiste, básicamente, en que la administración (Agencia Catalana del Agua)
construye el sistema de reutilización y cede su uso a la industria durante 25 años. A
cambio, la industria renuncia a un caudal equivalente de agua procedente de otras
fuentes. La parte más compleja de una operación de intercambio suele ser la negociación
con los usuarios a los que se propone cambiar sus derechos de agua potable por derechos
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de agua regenerada. Ello es debido a que la sustitución se hace en beneficio de un tercero
(el abastecimiento urbano o la buena salud ecológica del medio natural) y el usuario que
debe aceptar el agua regenerada, normalmente un agricultor o una industria, a menudo
no percibe que vaya a obtener una ventaja clara en la operación. En este proyecto, sin
embargo, las personas designadas por las empresas para negociar los acuerdos fueron
conscientes desde el principio de los diferentes aspectos involucrados en el acuerdo y de
los beneficios, algunos intangibles, relacionados con el intercambio. Y también,
lógicamente, de los riesgos que existen a la hora de cambiar una fuente de suministro que
ha funcionado sin problemas durante más de veinte años por una nueva fuente, en una
operación con pocos precedentes. Los acuerdos entre la administración y los usuarios
industriales se plasmaron en el convenio firmado el día 30 de julio de 2010, entre las
partes siguientes:
-
Por parte de la Administración, el Departamento de Medio Ambiente y Vivienda
(representación institucional) y la Agencia Catalana del Agua (representación
operativa)
-
Por parte de las industrias, la Asociación Empresarial Química de Tarragona
(representación institucional) y la empresa Aguas Industriales de Tarragona, SA
(representación operativa). Esta empresa (AITASA) es propiedad de las propias
industrias químicas, que le tienen encomendados diversos servicios colectivos,
entre los que a partir de ahora estará también la explotación del sistema de
reutilización.
Los acuerdos definen las responsabilidades de cada una de las partes en la explotación del
sistema, y distribuye los diferentes riesgos de la operación, de manera que éstos queden
asumidos por quien mejor puede gestionarlos.
6. Estación de Regeneración
Las obras se iniciaron en el mes de noviembre de 2009, finalizaron en julio de 2011 y
seguidamente se puso en marcha para cumplir con el periodo de pruebas de rendimiento
entre septiembre y octubre de 2011. La ejecución se dividió en tres proyectos,
adjudicados a empresas distintas: las conducciones hasta la planta de tratamiento, la
propia planta y las conducciones de distribución hacia los polígonos.
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En esta primera fase ejecutada la capacidad de producción es de 6,8 hm anuales. En una
segunda fase, mediante una simple ampliación de los equipos instalados, podrá alcanzarse
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una producción total de 10,5 hm /año. La tercera fase, a un futuro más lejano, precisará
de una mayor inversión: será necesario incrementar el caudal de agua depurada a tratar
incluyendo en el sistema una tercera depuradora (EDAR de Reus), ampliar la obra civil de
la planta y, finalmente, instalar los nuevos equipos. Las conducciones de distribución hacia
las industrias, en cambio, no tendrán que ser ampliadas ya que se han diseñado desde el
principio para el caudal final.
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Una vez finalizado el periodo de pruebas de rendimiento, la planta ha sido explotada por
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el adjudicatario durante un período de un año a un coste de explotación de 0,4123 €/m
(del que un 17% es fijo y un 83% variable), aunque en su mayor totalidad la operación y
mantenimiento se ha centrado en la hibernación de la misma hasta el inicio de un nuevo
periodo de producción en septiembre de 2012. Al finalizar el primer año de explotación y
con la planta en producción para varias industrias del polo químico, la Agencia Catalana
del Agua ha cedido la planta para su utilización por AITASA, de acuerdo con lo previsto en
el convenio. Desde noviembre de 2012 AITASA produce agua regenerada para su consumo
en diferentes industrias y tiene previsto alimentar en verano de 2013 una cadena de
desmineralización con el agua regenerada para la producción de agua de alimentación a
calderas de alta presión en una planta de cogeneración.
Figura 2. Vista parcial de la sala de ósmosis inversa.
7. Conclusiones
El objetivo principal de este proyecto de intercambio de agua es aumentar la
disponibilidad y fiabilidad de las fuentes de agua para usos urbanos en la provincia de
Tarragona. Se logrará por los usuarios industriales al renunciar a una parte importante (del
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24% al 70%) de sus actuales caudales de agua superficial (28 hm /año), y el intercambio
con caudales de agua regenerada equivalente producidos a partir de los caudales de salida
de las EDAR cercanas (Tarragona y Vila-seca y Salou).
Para determinar experimentalmente la viabilidad técnica y económica de este proyecto de
regeneración de agua se realizó un proyecto de demostración durante casi un año. El
requisito de la concentración de amonio para la alimentación de los sistemas de
enfriamiento de 0,8 mg/l fue el factor limitante principal para el diseño del proceso de
regeneración y conllevó la necesidad de incluir un proceso de ósmosis inversa de doble
paso. El proceso de tratamiento físico-químico (coagulación-floculación y sedimentación
lastrada, filtración de discos y filtración en serie) seguido del proceso de ósmosis inversa
de doble paso cumplió satisfactoriamente con los requisitos de calidad de agua
regenerada respecto a la normativa de reutilización de agua RD 1620/2007 y a los
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requerimientos específicos de los usuarios industriales para alimentar los sistemas de
refrigeración.
El acuerdo de intercambio de agua establecido entre la Generalitat y los usuarios
industriales de Tarragona proporcionará agua regenerada para las industrias
petroquímicas a cambio de la cesión de los caudales de agua superficial suministrados por
el Consorcio de Aguas de Tarragona (CAT). Los usuarios industriales tendrán agua nueva,
libre de la competencia y los conflictos con los usuarios urbanos, evitando así un posible
conflicto en un futuro cercano, cuando el sistema del CAT llegue a su capacidad máxima
de transferencia de agua. Los usuarios urbanos actuales mejorarán su disponibilidad de
agua y la fiabilidad, especialmente aquellos que no han suscrito las asignaciones
adecuadas de agua en la década de 1980. Eventualmente, estos municipios se verían
obligados a buscar nuevas fuentes de agua (principalmente por la desalinización de agua
marina) para asegurar la aprobación de su ordenamiento territorial, ya que la
disponibilidad de agua es un requisito previo para su aprobación oficial.
El acuerdo final describe las responsabilidades de cada parte para la operación y
mantenimiento de la regeneración del agua y del sistema de reutilización y asigna los
diferentes riesgos operacionales para que cada parte asuma la que puede gestionar mejor.
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La capacidad de producción de agua regenerada del sistema es de 6,8 hm /año una vez
concluida la primera fase de construcción y las pruebas de rendimiento en octubre de
2011. La segunda fase requerirá una futura expansión de los equipos instalados para llegar
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a una capacidad de regeneración de agua de 10,5 hm /año. En la tercera fase del proyecto
de reutilización, en un futuro más lejano, la capacidad de regeneración de agua alcanzará
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su capacidad máxima de 20 hm /año.
Referencias
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Sanz, J., Ferrer, C., Rodrigo, J.C., Mujeriego, R. 2007. The Actidisk process for water
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