Tratamientos bioelectrogénicos como alternativa prometedora para la degradación de contaminantes emergentes del agua residual

Tratamientos bioelectrogénicos como alternativa prometedora para la degradación de contaminantes emergentes del agua residual

13/02/2015

Tratamientos bioelectrogénicos como alternativa prometedora para la degradación de contaminantes emergentes del agua residual



Autor: Dra. Ana Karina Boltes, Universidad de Alcalá

Blog: www.madrimasd.org/blogs/remtavares

Antecedentes

 
Entre los problemas que se plantean en el tratamiento secundario en la EDAR, destacan por un lado la gran producción de fangos que han ser tratados y por otro la dificultad de eliminación de los denominados contaminantes emergentes del agua. Los tratamientos biológicos anaerobios están cobrando mayor importancia a la hora de resolver estos problemas.
 
Las aguas residuales que se generan diariamente en nuestras casas, lugares de trabajo y de ocio, son conducidas para su tratamiento a la Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR). Aquí el agua se somete a una secuencia de operaciones y procesos para su depuración y regeneración con el fin de devolverla a los cauces naturales o bien reutilizarla para ciertos fines bajo condiciones controladas que minimicen los riesgos para el ecosistema acuático y las poblaciones humanas.
 

Tratamiento biológico

 
Sin duda el corazón de una EDAR es el tratamiento biológico, también denominado tratamiento secundario. En esta etapa se procede a la eliminación de la materia orgánica fácilmente biodegradable por la acción de microorganismos aerobios, que la utilizan como nutriente para su crecimiento. El proceso biológico más empleado con este fin se conoce como Fangos Activos, y aprovecha el metabolismo de las bacterias aerobias heterótrofas. Este proceso tiene la gran ventaja de su eficacia y capacidad de depurar caudales elevados de agua en poco tiempo (más de 1 millón de litros diarios), debido al rápido crecimiento de las bacterias.
 
Sin embargo, esta tecnología, tan instaurada en las EDAR, presenta los siguientes problemas:
 
  1. El coste energético asociado al suministro de oxígeno, nutriente fundamental de las bacterias aerobias.
  2. La producción de gran cantidad de fangos derivada del rápido crecimiento de las bacterias aerobias.
  3. El tratamiento y disposición final de los fangos generados (más de 1 tonelada al día), subproducto que hay que acondicionar para que sea viable su reutilización.
  4. La dificultad de eliminación de los denominados contaminantes emergentes del agua, entre los que destaca la familia de los productos farmacéuticos y de cuidado personal (Pharmaceuticals and Personal Care Products-PPCPs) (Rosal et al., 2010).
 

Contaminantes emergentes

 
En la actualidad, y gracias a los avances de la química, es posible detectar en el agua cientos de compuestos orgánicos presentes en concentraciones muy bajas (microgramos por litro o menos) que son el resultado de las actividades económicas y las costumbres de la sociedad. Estos compuestos se denominan contaminantes emergentes ya que no se conoce bien su peligrosidad y no existe normativa que regule sus niveles en el agua. Por estos motivos existe preocupación a nivel mundial por conocer no solamente los efectos que tienen sobre los seres vivos, sino también por mejorar los procesos de depuración.
 
De este gran número de contaminantes emergentes, y en concreto en España, se han identificado unos 20 compuestos como los más importantes debido a las concentraciones y frecuencia de detección en los efluentes de las estaciones depuradoras municipales. (Martínez-Bueno et al., 2012). La familia más importante es la de compuestos farmacéuticos, y entre estos, los más relevantes son los analgésicos y antiinflamatorios,  como el Ibuprofeno. Les siguen de cerca otros medicamentos como los betabloqueantes para control de la hipertensión arterial, los antibióticos y los antidepresivos. Asimismo, existen en el agua varias sustancias difíciles de eliminar en la EDAR que proceden de los productos de aseo personal, como Triclosan, un componente de cremas y pastas de dientes.
 
Todos estos contaminantes emergentes suelen ser difíciles de eliminar en los procesos biológicos convencionales, posiblemente por los tiempos de contacto muy cortos o porque no se favorece el metabolismo de los microorganismos más especialistas y por tanto capaces de llevar a cabo dicha degradación. Si bien es cierto que es posible eliminarlos mediante procesos fisicoquímicos específicos, que en una EDAR se agrupan en lo que se denomina tratamientos terciarios del agua y que normalmente llevan asociado un elevado consumo de energía.
 

Soluciones de futuro

 
Ante tal situación, los tratamientos biológicos anaerobios están cobrando un renovado impulso ya que son una opción para reducir el gasto energético y minimizar la generación de fango. En la misma línea, es muy deseable mejorar las técnicas habitualmente aplicadas en los tratamientos terciarios para la eliminación de contaminantes orgánicos difíciles de degradar.  En este contexto, la investigación en tecnologías electroquímicas microbianas (MET, por sus siglas en inglés), como las pilas de combustible microbianas (MFC), constituye una de las tendencias más novedosas en el campo de la depuración de aguas.
 
La presencia de material conductor de la electricidad (electrodos) en estos dispositivos actúa como aceptor de electrones para captar los electrones generados en la oxidación microbiana de la materia orgánica. De esta manera se estimula la capacidad depuradora de los microorganismos y aumentan las tasas de eliminación de materia orgánica. Además, las bacterias electrogénicas poseen un menor rendimiento celular por lo que generan menos fangos y producen energía eléctrica como subproducto de la depuración.
 
La tecnología todavía no está lista para su aplicación industrial, pero la inversión en su desarrollo crece tanto en Europa como en EE.UU. y Asia, con la intención de crear grupos multidisciplinares que encuentren nuevos diseños para hacer posible el cambio de escala del proceso.
 

Bioelectrogénesis

 
El grupo Bioelectrogénesis del Área de Ingeniería Química de la Universidad de Alcalá, perteneciente a la red REMTAVARES, investiga varias líneas del proceso de bioelectrogénesis para su aplicación a escala industrial. En una de estas líneas, se está estudiando la capacidad de un reactor bioelectrogénico de alta carga para eliminar compuestos farmacéuticos y de cuidado personal del agua residual.
 
Ya se dispone de evidencias que demuestran que este reactor anaerobio es capaz de eliminar materia orgánica fácilmente biodegradable y contaminantes emergentes de manera más eficiente que un reactor anaerobio de alta carga convencional, como los que se emplean a escala industrial para tratar aguas residuales de la industria alimentaria.
 
Actualmente se está trabajando en la optimización de las condiciones de operación y el acoplamiento del proceso biológico con otros procesos fisicoquímicos habituales en las EDAR.
 
 
Referencias
 
Rosal, R., Rodríguez, A., Perdigón-Melón, J.A., Petre, A., García-Calvo, E., Gómez, M.J., Agüera, A., Fernández-Alba, A.R. Occurrence of emerging pollutants in urban wastewater and their removal through biological treatment followed by ozonation. Water Res. 44, 578–588 (2010).
 
Martínez Bueno, M.J., Gomez, M.J., Herrera, S., Hernando, M.D., Agüera, A..; Fernández-Alba, A.R. Occurrence and persistence of organic emerging contaminants and priority pollutants in five sewage treatment plants of Spain: Two years pilot survey monitoring. Environmental Pollution 164: 267 – 273 (2012)
 

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