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LEQUIA desarrolla un sistema capaz de eliminar la contaminación por nitratos en aguas subterráneas

Sobre el blog

LEQUIA
El Laboratorio de Ingeniería Química y Ambiental es un grupo de investigación de la Universidad de Girona con más de 20 años de historia.
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  • Sistema bioelectroquímico MEC acoplado a una placa fotovoltaica

Un equipo de investigadores del grupo LEQUIA de la Universitat de Girona, dirigido por el Dr. Jesús Colprim, ha desarrollado un sistema capaz de tratar de forma eficaz, con un bajo consumo energético y sin generar residuos adicionales, aguas contaminadas con distintos niveles de nitratos.

La tecnología, que ha generado la solicitud de una patente europea y publicaciones en revistas científicas internacionales de alto impacto, aprovecha la capacidad que tienen determinadas bacterias para reducir los nitratos a nitrógeno gas (totalmente inocuo).

La innovación es que las bacterias son exoeléctricas (activas eléctricamente), por lo cual no es necesaria la adición de reactivos (materia orgánica), y el potencial de electrodo se ajusta mediante un dispositivo electrónico (un potencioestato) alimentado por una placa solar. De este modo se resuelve una de las carencias clásicas de estos sistemas: tratar aguas contaminadas con distintos niveles de nitratos a un coste razonable.

La tecnología puede aplicarse al tratamiento de aguas residuales y aguas subterráneas, y es susceptible de ser desarrollada a escala industrial. En pruebas efectuadas con aguas obtenidas de pozos del municipio de Navata (Alt Empordà, Girona) se han llegado a tratar aguas con niveles superiores a 150 mg/l de nitrats.

La contaminación por nitratos: una problemática de alcance mundial

La contaminación de las aguas por compuestos de nitrógeno (nitratos y nitritos) es una problemática de alcance mundial que tiene un origen fundamentalmente agrícola (purines, fertilizantes…).

El consumo de agua con altos niveles de nitratos comporta distintos peligros para la salud humana, como enfermedades respiratorias (metahemoglobinemia) o un aumento de la glándula tiroides en niños. Por ello, en Europa y Estados Unidos existen varias normativas que regulan sus niveles permitidos y evidencian la necesidad de que sean eliminados.

Cataluña no permanece ajena a esta problemática: en el año 2005 el 34% de sus municipios tenían aguas subterráneas con valores superiores a los 50 mg/l, el máximo que marca la legislación para aguas destinadas al consumo humano.

Los sistemas bioelectroquímicos o piles biológicas

Los tratamientos actuales (intercambio iónico, osmosis inversa, electrodiálisis inversa) que actualmente considera la Environmental Protection Agency (EPA) de los Estados Unidos (USA) como válidos para tratar aguas contaminadas con nitratos/nitritos, presentan una serie de inconvenientes, como un elevado consumo energético y la generación de residuos.

La causa es que los compuestos de nitrógeno no se eliminan sino que se separan, teniendo que tratarse posteriormente y encareciendo el coste final. Así, la solución adoptada hasta el momento por los municipios afectados era la instalación de sistemas de tratamiento muy costosos, o la búsqueda de nuevos pozos a más profundidad, con el consiguiente alto coste energético debido a las necesidades de bombeo.

En este contexto, los sistemas bioelectroquímicos constituyen una alternativa en la cual muchos grupos de investigación están trabajando en todo el mundo. Los sistemas bioelectroquímicos (en inglés, BioElectrochemical Systems o BES) son similares a las celdas electroquímicas, con la diferencia que son las bacterias y no los metales los que actúan como catalizadores. Constan de dos cámaras (ánodo y cátodo) separadas por una membrana, y los microorganismos desnitrificantes presentes en el cátodo captan los electrones directamente del electrodo. Así, son capaces de reducir los nitratos del agua a nitrógeno gas si el BES es operado de forma precisa por un potenciostato (tecnología MEC).

Una tecnología eficaz y con bajos costes económicos

En la tecnología MEC (Microbial Electrolysis Cell) desarrollada por el equipo del Dr. Jesús Colprim, se aprovecha la energía generada por la reacción de desnitrificación a la vez que se equilibra el potencial del cátodo a un valor determinado gracias a un potenciostato alimentado por una placa fotovoltaica, creando así las condiciones necesarias para que de algún modo las bacterias “trabajen” según las necesidades de desnitrificación. En definitiva, se abordan los problemas clásicos de la aplicación de los sistemas bioelectroquímicos al tratamiento de aguas contaminadas: la autorregulación de las variaciones en la concentración de nitratos y el consumo energético.

Reacciones de desnitrificación en un sistema bioelectroquímico MEC

Una investigación de calidad

La investigación es fruto del trabajo que bajo la dirección del Dr. Jesús Colprim ha desarrollado en los últimos años un equipo del grupo de investigación LEQUIA de la Universitat de Girona (http://lequia.udg.cat).

Se ha contado con financiación del Ministerio de Ciencia e Innovación (CTQ2011-23632) y el apoyo de importantes empresas del sector (Abengoa Water S.A.) y entidades públicas (Agència Catalana de l’Aigua). Los resultados se han publicado en las prestigiosas revistas Environmental Science and Technology y Bioresource Technology.

La patente europea que se ha solicitado tiene como titular la Universitat de Girona, y como inventores el Dr. Jesús Colprim, la Dra. Marilós Balaguer, el Dr. Sebastià Puig y el Sr. Narcís Pous, todos ellos pertenecientes al grupo de investigación LEQUIA de la UdG.