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Planta Piloto para el Acondicionamiento de Aguas de Consumo: Eliminación de Nitratos y Arsénico (PHOTONITRAS)



Equipo

Investigador Principal: Dr. José Antonio Casas de Pedro

Investigador Principal: Dr. Juan Antonio Zazo Martínez

Otros investigadores: Dra. Alicia L. García Costa, Dra. Gema Pliego, Dr. Jefferson Silveira, Vanesa Astrid Hahn

Introducción

Actualmente, la calidad de las aguas subterráneas destinadas a consumo se ve comprometida por la presencia de nitratos y arsénico en gran parte de España. La legislación actual limita estas sustancias en agua de consumo en 50 mg/L para nitrato y 10 µg/L en el caso del arsénico. Las tecnologías empleadas para su acondicionamiento suelen emplear procesos que presentan un alto coste y modifican sensiblemente la naturaleza del agua tratada, siendo necesarias grandes y costosas instalaciones. El proyecto PHOTONITRAS propone la utilización de minerales de bajo coste como catalizadores y adsorbentes en procesos fotoquímicos de reducción de nitratos y oxidación de arsénico, para la retirada de estos contaminantes del agua.

Proyecto

El proyecto PHOTONITRAS desarrolla un sistema para el tratamiento en continuo de aguas procedentes de pozo de cara al acondicionamiento para su consumo, demostrando la viabilidad de una tecnología validada y efectiva a nivel de laboratorio pasando a una planta piloto demostrativa y, por lo tanto, comercializable. El proceso se diferencia sustancialmente de los actualmente comercializados al basarse en técnicas de fotoquímicas de oxi-reducción y transformación en vez de las tradicionalmente empleadas de intercambio iónico u ósmosis, que solo transfieren el contaminante a una corriente más concentrada que requiere una adecuada gestión. El sistema de cambio de escala supone pasar de trabajar en discontinuo, por cargas, a hacerlo en continuo, permitiendo la obtención de un agua de calidad libre de arsénico y nitratos en un proceso automatizado.

El grupo de investigación ha desarrollado un procedimiento que permite un acondicionamiento de aguas con un bajo coste y baja incidencia ambiental. El proceso se basa en un fotocatalizador de origen natural y un reductor, que se descompone a CO2 y H2O. La incidencia de este proceso sobre el medio ambiente es mínima, y el nitrato puede ser fácilmente eliminado como nitrógeno en forma de gas evitando la producción de amonio. En este proceso, además, el arsenito contenido en las aguas es transformado en arseniato, una especie menos tóxica y que se puede retirar fácil y rápidamente del medio por adsorción. Las propiedades de ambos catalizadores hacen que sean fácilmente separados del agua y que se puedan recircular sin mayor problema al proceso.

El objetivo de este proyecto es la creación de una empresa basada en el conocimiento para el desarrollo de la ingeniería de proceso y de la patente asociada, junto a inversores y productores que actualmente comercializan sistemas de retención o de filtración.

Evolución tecnológica durante el proyecto

Actualmente se ha alcanzado un nivel de TRL3, siendo el objetivo del proyecto alcanzar un TRL7. Para ello se procederá a la instalación de una planta de demostración en la localidad de Lastras de Cuéllar (Segovia), que lleva más de un lustro con problemas para garantizar un agua de abastecimiento de calidad debido a la presencia de nitratos y arsénico en el principal acuífero de abastecimiento.

La tecnología ya es funcional a nivel de laboratorio, siendo necesario pasarlo a nivel de planta piloto en un proceso en continuo, poseyendo el grupo de investigación experiencia en estos cambios de escala. El primer prototipo tendrá un caudal de tratamiento de 10 L/h, para operar en planta piloto y alcanzar el TRL5 y en base a los resultados pasar al escalado final de 1.000 L/h para operar en emplazamiento con muestras reales. El sistema modular final desarrollado permitiría tanto tratar agua para la retención del arsénico como hacerlo para la eliminación de los nitratos, o de ser necesario, combinar los procesos de tal forma que se obtenga agua de la calidad requerida para su consumo.

Mercado potencial

La contaminación difusa originada por los vertidos ricos en nitratos, como los purines de cerdos, o la utilización de una agricultura intensiva con una alta carga de abonos nitrogenados, están causando una especial preocupación de tal forma que el Ministerio de Transición Ecológica y el Reto Demográfico ya ha preparado un Borrador de Real Decreto 47/2022, sobre protección de las aguas contra la contaminación difusa producida por los nitratos procedentes de fuentes agrarias. En este sentido es necesario desarrollar nuevas tecnologías, prácticamente inexistentes a día de hoy, que permitan la eliminación eficaz de los nitratos de las fuentes de agua. Solamente los tratamientos por ósmosis se han mostrado efectivos, aunque son tremendamente caros y el agua debe reconstituirse para conseguir un agua de consumo de calidad. El mercado potencial es por lo tanto enorme, estimándose en cientos de millones de euros al año. Depurar 1 m3 de agua tiene un coste estimado entre 1 y 10 €, en función de su composición inicial. La imposición de nuevas medidas potenciará este mercado.

Por otro lado, la presencia de arsénico es un problema en ciertas zonas, muy extendidas en España y también en el extranjero. Este problema está más controlado. Aunque son muchos los rellenos de adsorción y resinas de intercambio que se utilizan, no existe una solución efectiva que retenga todas las especies de arsénico presentes en el agua. El proyecto desarrolla una solución efectiva en la que el arsénico III se convierte en arsénico V, mucho más fácil de retirar por adsorción. La combinación de ambos procesos presenta serias ventajas en las zonas rurales donde se produzcan, el proyecto no solo presenta una solución tecnológica factible, sino que ayudaría a mejorar la calidad de las personas que habitan estos pueblos evitando su despoblación. Nuevamente estimar un mercado en el que ya existen muchos actores es difícil, pero un habitante equivalente consume aproximadamente 300 L/día de agua, los sistemas multiescala que pretendemos desarrollar permitirían tratar una gran variedad de caudales pudiendo dar servicio desde pequeñas poblaciones a grandes instalaciones.

Enlaces

https://www.uam.es/Ciencias/Investigaci%C3%B3n/1446743210407.htm?language=es

Contacto: alicial.garcia@uam.es

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