Facsa e Hydrokemós ensayan la técnica de electrodesnitrificación aplicada al tratamiento de aguas de rechazo de procesos de osmosis

El prototipo demostrativo HYK–LNR de Hydrokemós, S.L. convierte los nitratos y amonios presentes en las aguas de rechazo de la ósmosis inversa en nitrógeno inocuo para el medio ambiente.

Durante los últimos años, la sobreexplotación de los acuíferos costeros ha provocado la intrusión marina en los pozos de las zonas cercanas a la costa. La intrusión marina es la entrada progresiva de agua salada en los acuíferos de agua dulce, a medida que el nivel de estos disminuye por la citada sobreexplotación. Los pozos devienen así salobres con salinidades entre 3.000-7.000 µS/cm (la salinidad se mide mediante la conductividad eléctrica de las aguas). La salinidad máxima apta para consumo humano es de de 2.500 µS/cm (además de no poder ser ésta ni incrustante ni agresiva) según se recoge en el Real Decreto 140/2003 de 7 de febrero de 2003 en su Anexo I apartado C. Parámetros indicadores, y para riego es 2.000 µS/cm. Puesto que la desalación de pozos salobres es mucho menos onerosa que la desalación del agua de mar, de salinidad 55.000 µS/cm, la técnica de la ósmosis inversa permite desalar las aguas de acuíferos salobres a un coste asumible por la agricultura y desde luego por el turismo, suministrando el recurso agua dulce preciso para las dos actividades económicas de mayor peso en las regiones costeras de clima mediterráneo, pero sobre todo produciendo agua apta para el consumo humano.

Por otro lado, los niveles naturales de nitratos en las aguas superficiales y subterráneas son generalmente de unos pocos miligramos por litro. No obstante, también en los últimos años, en muchas aguas subterráneas se ha observado un incremento de los niveles de nitratos, principalmente debido a la actividad humana en diversas áreas:

• Actividades agrícolas y ganaderas: los nitratos están presentes en los fertilizantes empleados en la agricultura (abonos nitrogenados) y en los herbicidas y plaguicidas, así como en el estiércol y purines derivados de las actividades ganaderas.
• Actividades industriales y urbanas: desechos orgánicos de diversos orígenes, que se derivan en vertidos efluentes, aguas residuales, etc.

Figura 1. Zonas vulnerables a nitratos en el territorio español. (Fuente: Ministerio de Medio ambiente y Medio rural y urbano)

El cultivo intensivo de regadío utiliza como abono hasta 220 Kg/Ha y año de nitrógeno en forma de abono nitrogenado: el resultado es la percolación, desde los campos de cultivo a los acuíferos salinizados, de cantidades importantes de nitratos, que los contaminan de forma adicional a la intrusión marina.

Durante la desalación del agua por ósmosis inversa, se genera agua desalada (para riego o consumo humano) y a la vez un concentrado de las sales que se han eliminado del agua: las aguas de rechazo. Estas aguas residuales producidas cuyo destino es la descarga al mar por medio del emisario correspondiente y que debían simplemente devolver inocuamente las sales que introdujo la intrusión marina en el acuífero, contienen, por efecto del uso intensivo de abonos, cantidades muy significativas de nitratos cuyo vertido al mar, lagunas costeras, estuarios o bahías provoca el fenómeno de eutrofización. A nivel mundial existen varios ejemplos de eutrofización de costas con aparición de plagas de macro y/o micro algas, el más cercano es el ocurrido en el Mar Menor (Murcia), donde los vertidos de aguas de rechazo de no menos de mil desaladoras agrícolas han sobresaturado en nitrógeno las aguas, produciendo anoxia para la fauna y flora; y un tremendo impacto económico sobre el turismo de la zona.

El objetivo del proyecto es desarrollar un sistema eficaz para eliminar los nitratos presentes en aguas subterráneas, en procesos de potabilización, transformándolos en nitrógeno mediante una reacción electroquímica. Es necesario precisar que las actuales tecnologías de tratamiento de nitratos más convencionales (ósmosis inversa, electrodiálisis, intercambio iónico, etc.) no eliminan estas sales, sino que las concentran, no solucionándose de forma completa la problemática que plantean los nitratos en el medio ambiente. En el caso de tratamientos biológicos, éstos son sensibles a la temperatura y requieren del consumo de fuentes de carbono adicionales.

El objetivo del proyecto es estudiar la viabilidad técnica de reducir la concentración de nitratos de las aguas de rechazo procedentes de ósmosis inversa (en procesos de potabilización de aguas para consumo humano o desalación de aguas para uso agrícola) convirtiéndolos en nitrógeno gas mediante reacciones electroquímicas.

Los resultados experimentales se compararán con las mejores técnicas disponibles (MTDs) del mercado cuyo principio de operación se basa en la separación – concentración de los nitratos que posteriormente deben ser gestionados antes de su vertido. Existen tratamientos biológicos para la reducción de nitratos que tienen el inconveniente de requerir una fuente externa de materia orgánica y son sensibles al clima descartándose así la viabilidad de aplicación en muchas localizaciones.

La tecnología desarrollada por Hydrokemós, S.L. tiene como principio de funcionamiento un proceso electroquímico que consigue convertir los nitratos en nitrógeno gas y aire gracias al aporte de energía eléctrica al sistema. Los gases generados durante el proceso pueden descargarse directamente a la atmosfera puesto que son inocuos para el medio ambiente y la salud humana. Por este motivo, se considera que la electrodesnitrificación es una tecnología absolutamente limpia.

El proceso no genera ningún tipo de subproducto o rechazo susceptible de ser tratado a posteriori una vez se trata el agua contaminada. Las principales reacciones oxidación/reducción involucradas en el proceso son:

La tecnología no adiciona reactivos químicos durante el proceso de tratamiento (sólo pequeñas cantidades de ácido o base para el control del pH en el reactor) y aprovecha el cloruro presente en el agua bruta para generar el hipoclorito necesario para oxidar el amonio a nitrógeno gas. Estas características atribuyen al sistema desarrollado por Hydrokemós, S.L. unas ventajas frente a las mejores técnicas disponibles (MTDs) muy significativas en términos de costes de inversión (Capex) y costes de explotación (Opex).

Hydrokemós, siguiendo su activo programa de desarrollo de la invención, ha aplicado su técnica de electrodesnitrificación de aguas dulces (potabilización y tratamiento y remediación para vertido de aguas residuales con excesivo nitrógeno) a las aguas saladas y salobres, en concreto, a las aguas de rechazo de desaladoras por ósmosis inversa, para convertir sus nitratos en nitrógeno gas y puedan así ser vertidas impunemente a cauce, a mar, estuario, bahía o laguna costera, cumpliendo las normativas vigentes.

Para ello ha construido, con cargo a su proyecto demostrativo WATIFY, en el marco del programa Horizon 2020 de la Comisión Europea, un prototipo demostrativo para ensayar en campo la desnitrificación de aguas de rechazo de una desaladora.

El prototipo, en virtud de un acuerdo con la empresa de aguas Facsa (perteneciente al Grupo Gimeno), opera con las aguas de rechazo de la desaladora de Burriana (Castellón) de potabilización de agua, reduciendo el contenido de nitratos del rechazo de la desaladora desde valores de 900-1.000 mg/L de nitratos a valores inferiores a los 100 mg/L, con un coste de explotación del orden de 4 €/Kg de nitrato eliminado.

Figura 5. Detalle de la planta piloto instalada en la potabilizadora de Burriana.

Agradecimientos

Los autores quisieran agradecer a la Comunidad Europea que a través del programa H2020 SME instrument han cofinanciado el desarrollo industrial de la tecnología de Hydrokemós, S.L. basada en la técnica de electrodesnitrificación dentro del proyecto Watify- 711501.

Los autores agradecen también a Facsa el apoyo mostrado al participar siendo la 4ª sede del proyecto demostrativo del tratamiento de aguas mediante electrodesnitrificación (en el marco del proyecto Watify) así como a todo el personal involucrado durante el desarrollo de la prueba experimental.

Finalmente se agradece también a Enisa y al Ministerio de Industria, Energía y Turismo su confianza en el proyecto de electrodesnitrificación y su apoyo financiero en la línea de Emprendedores.