El principal repte de les EDAR (Estacions Depuradores d'Aigües Residuals) és el consum d'energia i com gestionar-lo. Cal tenir en compte que l'energia és necessària en tot el procés de tractament o instal·lació i que, juntament amb l'aeració, les operacions de bombeig i la gestió de sòlids, tipicament representen la majoria dels costos de les operacions d’una depuradora. De fet, podríem convenir que el consum energètic de les EDAR és la gran assignatura pendent en tot procés de depuració.
La realitat demostra que segueix augmentant tant la demanda com els costos de l’energia necessària, fet que s’atribueix a que els requisits de descàrrega són cada cop més estrictes i que tant les obligacions com els costos de bombeig i de tractament també han augmentat a causa de l’increment de la infiltració d’aigües i l’envelliment dels sistemes. A tot plegat, hem de sumar l’encariment de les taxes d’electricitat que s’hi associen. No és gens estrany, per tant, que moltes instal·lacions hagin apostat per estratègies de cogeneració (elèctriques o tèrmiques).
Entrant de ple en el terreny de les alternatives noves i innovadores, els processos d’alta càrrega en la línia d’aigües van un pas més enllà dels residus diluïts. La preconcentració per tractar l’efluent de l’EDAR pretén capturar la majoria dels compostos orgànics particulats de l’aigua residual. D’aquesta manera, es maximitza la quantitat de fang primari que es porta directament a la digestió anaeròbia, amb més poder de metanització. I així augmenta la quantitat d’energia recuperada mitjançant el biogàs que se n’obté.
Entre les diferents tècniques de preconcentració en fang que arriben a una EDAR s’hi troben la filtració de sorra dinàmica (FAD), la flotació per aire dissolt (DAF), la filtració de membrana i la biosorció biològica. Són processos que produeixen un efluent amb baixos nivells de sòlids en suspensió i col·loïdals. Així, la filtració de sorra dinàmica o FAD reté la major part dels sòlids en suspensió. L’eficiència a l’hora d’eliminar-los pot variar entre el 50 i el 90%, depenent de la taxa de càrrega hidràulica, del disseny del filtre i de les característiques del medi. També es pot eliminar una part significativa de la DQO, sobretot amb l’ajuda de floculants. S’estima que els costos totals associats a la filtració granular o de sorra dinàmica són de 0,05 a 0,06 €/m3.
Però si busquem una eliminació substancial de la càrrega de partícules de l’efluent cal que ens fixem en la flotació per aire dissolt o DAF. La DAF esdevé molt eficaç en l’eliminació de partícules. A més, combinada en dues etapes conjuntament amb els mètodes de filtració, proporciona resultats d'eliminació del 99% de SS i DQO, respectivament. L'import total de flotació per aire dissolt pot oscil·lar també de 0,05 a 0,06 €/m2.
D'altra banda, per eliminar la matèria sospesa col·loïdal i part de les substàncies solubles, la solució adequada és la filtració per membrana. A pesar de l'evolució, l'ús encara està molt marcat pel sistema que cal emprar (microfiltració, ultrafiltració, nanofiltració o osmosi inversa), ja que els costos d'operació poden augmentar de manera substancial. L'inconvenient és la limitació d’ús d’aplicació eficient a gran escala. Cal tenir en compte que l’embrutiment disminueix el flux de permeabilitat de la membrana, fet que comporta l’augment dels costos operatius, així com un elevat consum d’energia en comparació amb altres tècniques de concentració.
Per últim, cal explicar la capacitat del fang activat per absorbir ràpidament DQO i DBO, coneguda com biosorció biològica. En especial, el procés anomenat Boehnke i la seva cèlebre A-etapa, assimilable a un procés d’alta càrrega. Té una alta taxa de càrrega de fangs (de 3 a 15 kg DQO biodegradable/(kgSSVLM·d)) i de retirada de fang (TRS de 0,1 a 0,5 dies). El primer reactor sol eliminar entre un 45% i un 65% de la DBO per absorció als flòculs de fang. La curta edat dels fangs en l’etapa A, en millora la digestibilitat i evita la nitrificació (TRS<1 dia). L’avantatge del ràpid creixement de la biomassa en el procés de biosorció és que també pot eliminar part de la DQO soluble. A més, la comunitat bacteriana és jove i resisteix als canvis en la DQO, la càrrega i la toxicitat influent. I, en aquest context, la mescla de cèl·lules joves i fangs primaris absorbits pot millorar la recuperació d’energia si es porta el fang a digestió anaeròbia. L’adició de coagulants i floculants és una opció interessant ja que estimulen l’agregació de partícules col·loïdals en flòculs més grans que sedimenten amb facilitat i milloren substancialment la recuperació d’SS i DQO. Però és que, a més, l’adició de coagulants provoca la precipitació i sedimentació de fosfat (CEPT). El CEPT (chemical enhanced phosforus treatment) defineix l’adició de sals de ferro als fangs primaris. És important recordar que, després d’afegir el coagulant, cal fer un mesclat ràpid.
