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Biofiltración, el proceso para la eliminación de nitratos en agua con Filtralite® Pure e Ingeobras

  • Biofiltración, proceso eliminación nitratos agua Filtralite® Pure e Ingeobras
    Detalle de la Superficie porosa de Filtralite® Pure.
  • El medio filtrante Filtralite® Pure es la alternativa idónea para eliminar los nitratos en el agua potable. La ETAP de Falset (Tarragona) es uno de los mejores ejemplos de la eficacia de este sistema.
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Sobre la Entidad

Filtralite
Filtralite® es la marca registrada de todos los productos de arcilla expandida utilizados como medio filtrante fabricados por Leca Noruega en su planta de Rælingen (Noruega).

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Portada iAgua Magazine

La presencia de nitratos en las fuentes de agua potable es un problema recurrente en diversos lugares del planeta como Medio Oriente, Norteamérica, Australia, Norte de África o Europa. Esto ha propiciado que se haya puesto el foco en la problemática a nivel de inversión y de investigación en maneras más eficientes para su eliminación. Altas concentraciones de nitratos en agua potable están asociadas con la enfermedad conocida como metahemoglobinemia, que generalmente afecta a niños menores de seis meses de edad. Asimismo, los nitratos pueden formar nitrosaminas y nitrosamidas, compuestos potencialmente cancerígenos. Por ello la Organización Mundial de la Salud (OMS) estableció 50 mg N-NO3-/l como la concentración máxima de nitrato permitida en el agua potable.

Las altas concentraciones de nitratos en aguas subterráneas y superficiales tienen diferente origen. Principalmente, provienen de la percolación de la escorrentía agrícola, cargada de trazas de fertilizantes nitrogenados y herbicidas, de los efluentes industriales y de las pérdidas de fosas sépticas y redes de saneamiento. De forma natural también se producen depósitos generados por bacterias nitrificadoras que se encargan de oxidar el nitrógeno amoniacal en nitratos. Asimismo, otro de los factores importantes es el arrastre que realiza la escorrentía del nitrógeno contenido en el estiércol animal de ganaderías intensivas. Lo que parece concluyente es que la actividad antrópica tiene un peso capital en la contaminación de los cuerpos de agua. El problema ha tomado tal dimensión que existe una directiva europea desde el año 1991 y planes de acción para todos los miembros de la UE para reducir la generación de nitratos.

Comúnmente, la biofiltración —desnitrificación biológica— ha sido empleada con el objetivo de tratar agua residual urbana e industrial

Existen diversas tecnologías para la eliminación de nitratos, que se pueden clasificar en dos grandes grupos. Por un lado, están las tecnologías de separación: ósmosis, electrodiálisis y resinas de intercambio iónico. Por otro, las tecnologías de transformación compuestas por la desnitrificación biológica y los procesos auto-catalíticos. Se denominan tecnologías de separación porque operan extrayendo parte de los nitratos del caudal a tratar, generando un rechazo con altas concentraciones de NO3-. Por otro lado, encontramos que las tecnologías de transformación convierten los nitratos en compuestos diferentes y eliminan el problema de un rechazo concentrado de NO3-, que requiere un tratamiento específico.

Cada tecnología tiene su ámbito de aplicación en función de la casuística. De forma generalizada, la electrodiálisis y la ósmosis inversa se instalan cuando se aborda el tratamiento de agua que además de contener nitratos es también salobre o tiene una matriz compleja de contaminantes, ya que no son tecnologías específicas para la eliminación del anión nitrato y los costes de explotación y de inversión se disparan con respecto a otras soluciones.

La alternativa tradicional —principalmente por tener menor coste de inversión— frente a la electrodiálisis y la ósmosis, son las resinas de intercambio iónico. Aunque la inversión inicial es menor, presenta una serie de limitaciones importantes: bajos rendimientos de remoción, requerimiento de un agua de proceso con bajo contenido de sulfuros y cloruros, requerimientos de entrada muy exigentes en niveles de sólidos y turbidez, y regeneraciones constantes para mantener sus propiedades de eliminación. Esto en su conjunto hace que la tecnología a partir de un cierto rango de caudal y concentraciones de nitratos determinadas se vuelva insostenible.

Filtralite® Pure ensacado a granel. 

Dentro de los métodos de transformación, se ha demostrado posible la remoción de nitratos vía auto-catalítica mediante el empleo de hidróxido de hierro en presencia de un catalizador de cobre. La limitante de este proceso es su alta demanda de reactivos que dispara los costes de procesos.

Comúnmente, la biofiltración —desnitrificación biológica— ha sido empleada con el objetivo de tratar agua residual urbana e industrial, y se ha ido gradualmente consolidando en el tratamiento de agua potable por su capacidad para atajar múltiples contaminantes además de nitratos, tales como trazas de químicos orgánicos. La desnitrificación biológica es un proceso en el cual las bacterias aprovechan el nitrato como aceptor de electrones. La biofiltración es más simple y económica —en OPEX y CAPEX— a mediana y gran escala que el resto de los procesos de tratamiento para la remoción de nitratos. Para que las bacterias realicen la desnitrificación requieren de un sustrato, ya sea orgánico o inorgánico, que suministre los electrones necesarios para completar la reducción química del nitrato. Está comprobado que la desnitrificación es más eficiente usando sustratos orgánicos, los cuales son catalizados por bacterias heterótrofas.

La biofiltración es más simple y económica a mediana y gran escala que el resto de procesos de tratamiento para la remoción de nitratos

El medio filtrante que fabrica Saint Gobain, Filtralite® Pure, es la clave en el proceso de biofiltración, operando dentro del filtro biológico. El material tiene una superficie específica elevadísima (>1500 m2/m3), una enorme porosidad y las características superficiales para la generación de la biopelícula óptimas (adherencia, resistencia, durabilidad del medio, pH…). Filtralite® Pure colonizado por un biofilm seleccionado genera una tasa de eliminación de nitrógeno por volumen de lecho instalado muy superior a cualquier otro relleno. Las reacciones de reducción de nitrato a nitrógeno gas implican diferentes etapas que se llevan a cabo en un solo paso dentro de un biofiltro anóxico y con un tiempo de contacto muy reducido, apenas 30 minutos por cada 100 ppm a eliminar. Este proceso de biofiltración desnitrificador ha sido optimizado sobre la base de un potente desarrollo de I+D+d de la mano de Ingeobras, y a partir de un profundo análisis de datos operación de ETAP en funcionamiento con esta tecnología.

Parámetros claves para reducir drásticamente los costes operativos del proceso, tales como el tipo de sustrato y nutrientes a añadir, la dosificación en función de la carga de nitratos, o los tiempos de contacto han sido optimizados en la prescripción de diseño que manejamos con Filtralite® Pure y con la ingeniería de Ingeobras.

Asimismo, otras variables clásicas que condicionaban el dimensionamiento y diseño de la biofiltración en potables como son la temperatura del agua, el pH y la aireación post-biofiltración o los niveles de ORP de trabajo, han sido muy bien caracterizadas, y se puede operar dentro de unos márgenes que hacen que el sistema sea muy eficiente frente a contextos y condiciones de agua bruta diversos.

ETAP de Falset. Línea de tratamiento de Desnitrificación.

En pocas palabras, se ha logrado perfeccionar la desnitrificación heterótrofa en agua potable a partir del uso de Filtralite® Pure, concibiendo un sistema sencillo, durable y sólido, con tiempos de contacto muy reducidos, dosificaciones ajustadas al máximo para evitar sobreconsumos (ratio C/N<1,5), o post-tratamientos y aireaciones tras la biofiltración muy reducidas. El rendimiento de remoción de nitratos se sitúa por encima del 90% incluso a temperaturas inferiores a los 5ºC. Asimismo, con esta tecnología se puede llegar a tratar 1.400 ppm/l de nitratos con alta eficiencia. También y de forma complementaria, con este mismo enfoque, el biofiltro es capaz de eliminar sulfatos del agua potable.

Los números son contundentes tanto en OPEX como CAPEX. El coste por metro cúbico tratado —basados en la experiencia operativa— para tratar 100 ppm/l de nitratos con un caudal de 1000 m3/día es de 0,18 €/m3; del cual el 50% proviene de la dosificación de reactivos, el 25% del consumo energético y el resto es O&M. Asimismo, el medio filtrante Filtralite® Pure tiene una vida útil de más de veinte años.

El medio filtrante que fabrica Saint Gobain, Filtralite®Pure, es la clave en la biofiltración, operando dentro del filtro biológico

Cómo referencia de esta tecnología, se presenta la ETAP concebida y construida por la compañía Ingeobras en Falset (Tarragona) en 2018, empleando Filtralite® Pure. La ETAP trata agua de pozo con niveles de nitratos por encima de los 50 ppm/l (RD 140/2003). La línea de tratamiento de agua potable de 120 m3/día en tres pasos: (1) Desnitrificación biofiltro anóxico, (2) Filtración para eliminar sólidos suspendidos, (3) Desinfección para eliminar cualquier bacteria o patógeno.

La selección de inóculo del biofiltro permite trabajar a ORP positivo durante todo el proceso y, por tanto, no es necesaria una aireación tras la biofiltración. Asimismo, su especificidad de la biopelícula la hace especialmente eficiente para trabajar a muy bajas temperaturas.

La cantidad de agua de contra-lavado necesaria se encuentra entre el 0,5-1% del total del agua producida. La calidad de las aguas de contra-lavado permiten su descarga en la red de alcantarillado o su reutilización en la agricultura. La planta está completamente automatizada, y el O&M es sencillo y llevado a cabo por el propio municipio.

En conclusión, este diseño para desnitrificar realizado con Filtralite® Pure trabajando en un biofiltro es una excelente opción en términos de calidad de agua y cotes. El proceso es muy robusto y confiable con un fuerte componente de sostenibilidad económica y ambiental.

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