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02/07/2014

AQUAelectra, depuración de aguas residuales mediante técnicas electroquímicas microbianas


Durante los últimos tres años, un consorcio integrado por investigadores de diferentes disciplinas ha trabajado en el proyecto Aquaelectra, con el objetivo de mejorar la depuración de aguas residuales a partir de la aplicación de técnicas electroquímicas microbianas (MET, por sus siglas en inglés). El proyecto, que ha culminado con resultados satisfactorios, ha dado lugar a tres patentes independientes de métodos para el tratamiento de aguas residuales, basados en los principios de la electrogénesis microbiana. 

La electrogénesis microbiana supone la existencia de una comunicación eficiente, a nivel electroquímico, entre microorganismos y materiales conductores de la electricidad. Esta novedosa disciplina permite que las bacterias puedan, tanto aceptar como generar corriente eléctrica, y acoplarla a sus procesos metabólicos naturales. Este es el punto de partida de Aquaelectra, que se basa en el uso de microorganismos electrogénicos con bajo rendimiento celular, que al trabajar en combinación con electrodos, minimizan la producción de fangos y, por tanto, los costes asociados a su gestión.

Financiado por el Ministerio de Economía e Innovación, a través del programa de colaboración público-privada INNPACTO, Aquaelectra es una iniciativa pionera en España que pretendía adaptar las Tecnologías Electroquímicas Microbianas a los diseños ya existentes en las plantas de tratamiento de aguas.

El objetivo principal del proyecto era incorporar la bioelectrogénesis a tres modalidades de tratamientode aguas:

  • La depuración anaerobia de la materia orgánica existente en las aguas residuales

  • La eliminación de nutrientes (nitrógeno)

  • La depuración mediante tratamientos naturales (humedales artificiales)

 

Socios

En el proyecto han participado:  IMDEA-Agua (grupo Bioelectrogénesis), la Fundación Centro de las Nuevas Tecnologías del Agua (CENTA) y las empresas especializadas en aguas EURO ESTUDIOS −encargada de la coordinación del proyecto−, JOCA y Depuración de Aguas del Mediterráneo (DAM).

 

Métodos patentados

En el transcurso del proyecto se han desarrollado tres sistemas, para los que se han solicitado las correspondientes patentes.

 

Electrodo con aplicación en reactores electrogénicos microbianos

El primero, diseñado por investigadores de IMDEA Agua, Fundación CENTA y la empresa JOCA, consiste en un nuevo tipo de electrodo con aplicación en reactores electrogénicos microbianos. El nuevo electrodo consta de un conjunto de esferas inertes conductoras de la electricidad que, al mantenerse en flotación y en continuo contacto entre sí y con el oxígeno atmosférico, permiten el paso de la corriente de forma eficiente.

Esta red de esferas conductoras, en contacto con el aire, favorece las reacciones de reducción de oxígeno en la cámara catódica del reactor, evitando las limitaciones clásicas de este tipo de dispositivos. Este tipo de electrodo aumenta la capacidad de los microorganismos para oxidar la materia orgánica, minimizando el uso del oxígeno en el proceso con el consiguiente ahorro de costes.

 

Electrodo instalable directamente en plantas depuradoras

El segundo procedimiento tiene como objetivo evitar la adición de metanol y reducir la producción de fangos durante la eliminación del nitrógeno presente en las aguas residuales. La eliminación del nitrógeno presente en las aguas es un proceso basado en convertir, mediante reacciones biológicas, las formas solubles del nitrógeno en gas nitrógeno. Técnicos  de DAM, junto a investigadores de IMDEA Agua y Fundación CENTA, han desarrollado un procedimiento para la eliminación de nitrógeno basado en electrogénesis microbiana y han diseñado un nuevo tipo de electrodo instalable de forma directa en plantas depuradoras.

El último paso de este tratamiento, la desnitrificación, requiere de un compuesto donador de electrones que, de no estar presente en el agua, debe añadirse en forma de metanol. La electrogénesis microbiana aporta una novedad en el proceso, ya que la desnitrificación se realiza mediante el uso de una corriente eléctrica que alimenta de electrones a los microorganismos presentes en las aguas. Se evita, por tanto,  la adición de metanol y se reduce la producción de fangos durante el proceso de depuración.

Para estos sistemas el consorcio Aquaelectra ha solicitado sendas patentes nacionales.

 

Biofiltro conductor de electricidad

El tercero de los desarrollos se basa  en un biofiltro conductor de la electricidad. Diseñado por investigadores de IMDEA Agua, Fundación CENTA y la empresa Euroestudios, este innovador sistema --para el que se ha solicitado una patente internacional-- se basa en la capacidad que por sí mismos tienen ciertos materiales conductores para estimular el intercambio de electrones entre microorganismos y el medio que los rodea. El biofiltro conductor consta de un dispositivo relleno de partículas inertes conductoras de la electricidad, a las que se adhieren las bacterias cuando el agua circula a través de ellas.

Este lecho biocompatible conductor favorece las reacciones de oxidación, aumentando la capacidad de los microorganismos para transferir los electrones, generados durante estas reacciones,  a la superficie de dicho lecho y, desde éste, a aceptores finales de electrones que se encuentran en el agua.

Uno de los aspectos más avanzados de este sistema reside en su aplicación a la construcción de humedales artificiales, en los que  estimula la oxidación de la materia orgánica presente en las aguas residuales, reduciendo de manera notable la superficie necesaria,  minimizando la producción de biomasa y disminuyendo, por tanto, los fenómenos de colmatación del sustrato filtrante. La tecnología se ha aplicado a la depuración de aguas residuales urbanas, obteniéndose un rendimiento depurativo por unidad de lecho hasta diez veces superior al obtenido con sustratos filtrantes convencionales.

 

Pilotaje a escala real

La aplicación a escala real está llevándose a cabo en las instalaciones de la Fundación CENTA, en Carrión de los Céspedes (Sevilla). Este centro tecnológico es una de las mayores plataformas experimentales en depuración de aguas residuales que existe en el mundo.

 

 

 

                                                     SOCIOS DEL PROYECTO

 

 

Más información sobre el Proyecto en http://www.aquaelectra.es

 

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