El Centro tiene como misión mejorar y generar nuevo conocimiento científico y tecnológico en torno a los procesos que rigen la generación, transporte, tratamiento y reuso de residuos y deshechos humanos e industriales y su interacción y efecto sobre el ambiente y la salud pública.
Grupos de investigación
Sistemas lagunares
Esta investigación se enfoca en el análisis de la viabilidad de la utilización de modelos computacionales tridimensionales en el diseño de lagunas de estabilización de aguas residuales, con el objetivo de ayudar a los municipios a cumplir las normativas sobre efluentes. Para el diseño de estos sistemas comúnmente se utilizan modelos simples de calidad del agua, los cuales asumen que las lagunas son sistemas homogéneos o unidimensionales, lo que resulta en una caracterización deficiente de los tiempos de retención, la biogeoquímica y la eficiencia en la remoción de contaminantes.
El estudio se centra en el desarrollo de un modelo 3D de calidad del agua para una laguna facultativa, capaz de simular procesos bioquímicos complejos y, de esta manera, mejorar la precisión en la caracterización de los sistemas de tratamiento de aguas residuales.
Lista de publicaciones:
- Alvarado, A., Vedantam, S., Goethals, P. and Nopens, I. (2012) A compartmental model to describe hydraulics in a full-scale waste stabilization pond. Water Research 46(2), 521-530.
- Alvarado, A., Vesvikar, M., Cisneros, J.F., Maere, T., Goethals, P. and Nopens, I. (2013) CFD study to determine the optimal configuration of aerators in a full-scale waste stabilization pond. Water Research 47(13), 4528-4537.
- Alvarado, A., Sanchez, E., Durazno, G., Vesvikar, M. and Nopens, I. (2012) CFD analysis of sludge accumulation and hydraulic performance of a waste stabilization pond. Water Science and Technology 66(11), 2370-2377.
Digestión anaerobia
Esta investigación está dirigida a evaluar la producción de biogás a partir de la degradación anaerobia de una amplia variedad de sustratos y utilizar este recurso como una fuente de energía renovable para la generación de electricidad o calor, beneficiando así al medioambiente con el tratamiento de residuos orgánicos y con la producción de energías limpias.
En el Laboratorio de Bioenergía se generan flujos de sustratos con cargas orgánicas conocidas para analizar bajo condiciones de laboratorio su biodegrabilidad y su potencial de generación de metano. Luego de la evaluación de diferentes reactores empleando distintas configuraciones y opciones operativas, y basado en una buena compresión de las características físicas y bioquímicas de cada sustrato, se lleva el diseño a una planta de biogás a escala completa para la recuperación de energía.
INNOQUA
INNOQUA es un proyecto de HORIZON 2020, el cual es un programa de la Unión Europea dirigido al financiamiento de la investigación y la innovación. Diferentes instituciones alrededor del mundo hacen parte de este proyecto que busca estudiar en condiciones reales un sistema modular para el tratamiento de aguas basado en la capacidad depurativa de microorganismos biológicos. Entre estas instituciones se encuentra la Universidad de Cuenca con un sistema de depuración piloto localizado en la Estación Experimental Ucubamba.
El objetivo del proyecto es proveer un sistema de tratamiento que pueda ser aplicado en áreas o comunidades rurales que dependa de la capacidad depurativa de organismos biológicos, ofreciendo así una capacidad depuradora ecológica, segura y asequible que se puede adaptar a diferentes condiciones ambientales.
Tecnologías implementadas
- Lumbrifiltración
- Filtro de Daphnia
Humedales construidos
Esta investigación está dirigida al estudio de Humedales Construidos como una alternativa de tratamiento de agua residual y lodos provenientes de fosas sépticas bajo las condiciones climáticas de la región andina. La baja demanda energética, simplicidad en la operación, bajo costo y buena eficiencia de remoción libre del empleo de compuestos químicos, hacen a los Humedales Construidos una tecnología atractiva para regiones en desarrollo.
En la estación experimental se lleva a cabo la investigación de Humedales Construidos Verticales estilo francés. Estos sistemas son conocidos por su alta eficiencia en la remoción de materia orgánica y sólidos suspendidos con una menor área por personas equivalentes; además, pueden ser empleados para deshidratación y estabilización de lodos provenientes de fosas sépticas. El sistema consiste de tres lechos en paralelo llenados con material filtrante y una especie de planta local en la parte superior. Los lechos se alimentan secuencialmente por batches a través de pulsos de carga.
Descarga de agua residual
Descarga de lodos de fosas sépticas domésticas
Lista de publicaciones:
• Arévalo-Durazno, M.B., García Zumalacarregui, J.A., Narváez, A., Alvarado, A. (2021). Modified First Stage of French Vertical Flow Constructed Wetlands for Wastewater Treatment in Highlands: Start-Up of the System. Springer Nature, pp. 769-779.
Reactores UASB
Este estudio tiene como objetivo avanzar en la comprensión del impacto de la hidrodinámica de flujo en la operación y eficiencia de reactores anaerobios de flujo ascendente o UASB durante la etapa de puesta en marcha ya que aunque existe una amplia información sobre la microbiología de los lodos granulares formados en los rectores y su eficiencia en el tratamiento de diferentes tipos de aguas residuales, se requiere más investigación para comprender mejor la relación entre la formación de gránulos y su hidrodinámica.
En el desarrollo de esta investigación se empleó un modelo escalado usando la similitud dinámica de Froude y se desarrolló un sistema automatizado para pruebas de trazador. Se realizaron también modelos numéricos de la hidrodinámica del reactor utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD).
Lista de publicaciones:
• Cisneros, J. F., Pelaez-Samaniego, M. R., Pinos, V., Nopens, I., Alvarado, A. (2021). Development of an Automated Tracer Testing System for UASB Laboratory-Scale Reactors. Water 13(13), 1821.
• Cisneros, J.F.; Cobos, F.; Pelaez-Samaniego, M.R.; Rehman, U.; Nopens, I.; Alvarado, A. (2021). Hydrodynamic Evaluation of Five Influent Distribution Systems in a Cylindrical UASB Reactor Using CFD Simulations. Water 13(21), 3141
Sistemas descentralizados
El Centro de Saneamiento en cooperación con la Empresa Pública de Telecomunicaciones, Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento de Cuenca, ETAPA EP y bajo la colaboración académica existente entre el College of Agriculture and Life Sciences de la Universidad de Texas A&M (EUA) desarrollan un proyecto que abarca la evaluación y rediseño de sistemas descentralizados de tratamiento de aguas residuales que se encuentran distribuidas a lo largo de todo el cantón.
Estudiantes de la Universidad de Cuenca conjuntamente con estudiantes de la Universidad de Texas A&M trabajan en el desarrollo de soluciones para las diferentes plantas descentralizadas de tratamiento de aguas residuales construidas por ETAPA EP y que en la actualidad presentan una disminución en su eficiencia o que incluso ya no se encuentran en funcionamiento. Finalmente se presenta la propuesta de rediseño final a la empresa a un nivel de ingeniería de detalle.
Lista de publicaciones:
• Alvarado, A., Larriva, J., Sánchez, E., Idrovo, D., Cisneros, J.F. (2017) Assessment of decentralized wastewater treatment systems in the rural area of Cuenca, Ecuador. Water Pract. Technol. 12, 240–249.
• Alvarado, A., Galarza, A., Pauta, G. and García Zumalacarregui, J. (2016) Decentralized sanitation systems for the southern Ecuadorian Andes, assessment and challenges, In: Proceedings of the 13th IWA Specialized Conference on Small Water and Wastewater Systems, Atenas, Grecia
Laboratorios y Observatorios
Estación Experimental Ucubamba
La estación experimental Ucubamba fue establecida en el año 2019 por el Centro de Saneamiento Ambiental para el estudio de mecanismos biológicos en el tratamiento de aguas residuales y lodos provenientes de fosas sépticas en zonas de altura.
El sistema piloto se encuentra localizada en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) de Ucucamba, Cuenca. El sitio cuenta con un clima típico de la región andina, caracterizada por una temperatura promedio de 14°C con temperaturas más bajas durante la noche y temperaturas más altas durante el mediodía. El afluente proviene del sistema de alcantarillado combinado de la ciudad de Cuenca y lodos de fosas sépticas domésticas.
El sistema está establecido luego del tratamiento primario de la PTAR Ucubamba (reja de entrada y el desarenador). Luego de eso el agua residual es conducida hacia un tanque de ecualización, seguido por un sistema de Humedales Construidos constituidos de acuerdo a la configuración del sistema francés. Aquí se encuentra también el sistema INNOQUA conformado por un lumbrifiltro y un filtro de Daphnias.
Humedales Construidos estilo francés
Tablero de control
Laboratorio de Bioenergía
El Centro de Saneamiento Ambiental tiene bajo su administración el laboratorio de Bioenergía, el mismo que cuenta con varios equipos que permiten evaluar la producción de biogás a partir de la degradación anaerobia de fluidos con alta carga orgánica.
Entre los equipos con los que cuenta el laboratorio se encuentran:
- Reactor a escala Laboratorio 5L
- Sistema para prueba de potencial de metano
- Simulador de biorreactor anaerobio para procesos continuos
- Equipo de medición de gases y FOS/TAC
- Microcromatógrafo de gases – Móvil, para biogás
- Cromatógrafo de líquidos de alta resolución
Así también se tiene una planta a escala completa de biogás para la generación de energía eléctrica. La planta está conformada por un reactor anaerobio de mezcla completa 5.000 litros de capacidad útil. Para mantener la tempera del sustrato durante el proceso de digestión se cuenta con un circuito presurizado de agua caliente, además las paredes del digestor están aisladas correctamente para minimizar las pérdidas de calor. Por otra parte, el reactor cuenta con un sistema de agitación adecuado para homogeneización de la mezcla en el interior del reactor.
El biogás generado en el tanque reactor se dirige hacia un filtro de grava para eliminar partículas gruesas y posteriormente es llevado a un intercambiador para su enfriamiento. El biogás frío que sale del intercambiador es impulsado por la soplante de biogás para comprimirlo, antes de su entrada en el filtro de carbón activado. El biogás previo a su paso por la soplante, se almacena en un gasómetro de 1000 litros. El biogás, exento de partículas y desulfurado, se dirige hacia la rampa de gas del motocogenerador
PLANTA DE BIOGÁS
Planta de biogás semindustrial (Capacidad 5000 L)
Instrumentos para medición de parámetros de control
Motocogenerador
LABORATORIO
HPL – Cromatógrafo de líquidos
Sistema para determinación del potencial de metado
Reactor anaerobio (Capacidad 5 L)
Cromatógrafo de gases portatil