Primeros pasos para descontaminar grandes cantidades de agua con luz solar

Primeros pasos para descontaminar grandes cantidades de agua con luz solar

Ensayos para la descontaminación de grandes cantidades de agua con luz solar en CIESOL.
Ensayos para la descontaminación de grandes cantidades de agua con luz solar en CIESOL.
Ensayos para la descontaminación de grandes cantidades de agua con luz solar en CIESOL.

Un grupo de la Escuela Superior de Ingeniería de la UAL desarrolla unos nuevos fotorreactores para descontaminar grandes cantidades de agua con luz solar.

El tratamiento de aguas residuales se complica a medida que nuevos productos químicos se incorporan a la vida cotidiana. Es sorprendente la cantidad de tóxicos, fármacos o incluso drogas presentes en estas aguas y, lo peor de todo, es que las estaciones depuradoras actuales no están preparadas para eliminarlos por completo, y se liberan en el medio ambiente.

Se necesita un paso más y éste puede ser el que está dando un equipo de investigación de la Escuela Superior de Ingeniería de la Universidad de Almería, que trabaja en el desarrollo de nuevos dispositivos para el tratamiento de aguas, basados en la técnica de la oxidación avanzada, y con un coste que permite escalarlos a nivel industrial.

Fotorreactores para descontaminar agua

Este grupo, liderado por el catedrático de Ingeniería Química, José Antonio Sánchez Pérez, ha ideado unos fotorreactores en los que se desarrolla todo el proceso fotocatalítico y con los que se consigue abaratar el proceso y tratar una cantidad de agua mucho mayor.

La clave de este proyecto, bautizado como Diseño de nuevos reactores para foto-Fenton solar aplicados a la regeneración de aguas. Economía, escalado y control del proceso (SULAYR), y financiado por la Junta de Andalucía, está en emplear los fotorreactores tipo raceway en el tratamiento de aguas residuales, una línea totalmente nueva, en la que el equipo almeriense es pionero a nivel internacional.

Esta nueva aplicación a la descontaminación de aguas debe mucho al sector de las microalgas, de donde han tomado el sistema raceway, que se asemeja en gran medida a un conjunto de canales por los que pasa el agua, impulsada por unas palas. Y también a la técnica de la oxidación avanzada y fotocatálisis, que es la que se emplea en la eliminación de los contaminantes emergentes, que es como se denomina al conjunto de sustancias químicas que se han incorporado recientemente a las aguas residuales y que no son eliminadas por las depuradoras tradicionales, que emplean fangos activos.

Fotorreactores tubulares y race way.
Fotorreactores tubulares y race way.

Fotocatálisis contra contaminantes emergentes

La fotocatálisis es una técnica que emplea la luz del sol para provocar una reacción química con unos catalizadores. Generalmente se trata de hierro y agua oxigenada, que tras recibir la luz son capaces de actuar frente a las sustancias contaminantes y debilitarlas hasta hacerlas desaparecer por completo.

Concretamente, los investigadores almerienses, integrados en una de las unidades del Centro de Investigación en Energía Solar (CIESOL), centro mixto UAL-CIEMAT, han empleado la fotocatálisis homogénea, también conocida como foto fenton, que descubrió Henry John Fenton en 1894. A pesar de tener más de un siglo, hace tan solo unas tres décadas que se están estudiando seriamente las aplicaciones de esta técnica en la descontaminación de aguas. Y ha habido tiempo para desarrollar fórmulas industriales, para el tratamiento de aguas altamente contaminadas procedentes de la industria química.

Se trata de instalaciones basadas en un conjunto de fotorreactores tubulares por los que circula el agua a tratar, ubicados sobre unos paneles cilindro parabólicos, que reflejan la luz del sol y multiplican su intensidad. Y cuanto mayor sea la concentración de contaminantes en el agua, más luz se necesita, de ahí la importancia de utilizar unos sistemas que permitan intensificar la luz del sol.

Aplicación para aguas menos contaminadas

Sin embargo, los científicos almerienses pensaron que esta misma tecnología podía aplicarse a aguas menos contaminadas, como son las que llegan a cualquier estación depuradora de aguas residuales urbana.

Pero no sabían muy bien cómo hacerlo, hasta que cayeron en la cuenta de emplear los fotorreactores raceway que utilizaban sus compañeros del grupo de Microbiología de Microalgas Marinas. De esta manera podían reducir el coste de los sistemas de foto fenton actuales y ampliar el abanico de posibilidades de esta técnica. Y al mismo tiempo, consiguen avanzar en el cierre del ciclo del agua, con el uso de una tecnología limpia y barata.

Con estos fotorreactores “podemos pensar en utilizar la fotocatálisis como tratamiento terciario”, explica José Antonio Sánchez Pérez. El tratamiento terciario de estas aguas con menor concentración de contaminantes requiere menos cantidad de catalizadores y requiere menos cantidad de luz para activar todo el proceso. De ahí que los raceway sean unos fotorreactores apropiados para estas necesidades.

Los fotorreactores tipo raceway son un conjunto de canales abiertos por los que circula el agua. Equipan un sistema de palas que impulsan el líquido por todo el circuito, de manera que se puede realizar todo el proceso de manera adecuada. Realmente, se trata de un concepto relativamente sencillo, pero llegar hasta él ha requerido de muchos años de investigación.

Descontaminación barata y escalable a nivel industrial

Este tipo de instalaciones son baratas y permiten escalarlas a nivel industrial. Al mismo tiempo, admiten una gran cantidad de agua, de manera que se pueden adaptar como complemento a una EDAR convencional.

Del mismo modo, como la concentración de contaminantes no es muy elevada, basta la radiación solar para poder completar todo el proceso de fotocatálisis, sin necesidad de aplicar fuentes lumínicas adicionales, como ocurre en el caso de aguas procedentes de industrias químicas, en las que la concentración de tóxicos es muy elevada.

José Antonio Sánchez Pérez.
José Antonio Sánchez Pérez.

“Según nuestros ensayos en planta de laboratorio pensamos que se puede llegar a nivel comercial”, dice el investigador principal de este proyecto. Y una vez escalada a tamaño industrial, esta instalación se presenta como una alternativa más que viable al agua desalada, ya que según los estudios económicos realizados por el grupo de investigación almeriense, el metro cúbico de agua tratada con fotocatálisis saldría a unos 20 céntimos, tres veces menos que el agua desalada, que en la actualidad se mueve entre 50 y 60 céntimos, y para la que se necesita una cantidad de energía muy elevada, un factor a tener en cuenta en vista del incremento del precio de la electricidad en los últimos meses.

El siguiente paso en el que ya están trabajando los investigadores almerienses en el de la desinfección de aguas, es decir, los tratamientos necesarios para eliminar bacterias coliformes, las responsables de la colitis, y que ahora se neutralizan con cloro. Tienen preparado un proyecto que presentarán próximamente ante las entidades financiadoras, para abordar la desinfección de aguas también con fotocatálisis, y así hacer el proceso todavía más limpio y barato.

Fotocatálisis con luz artificial

Además, ya hay pruebas exitosas de la incorporación de luz artificial a todo el sistema, mediante lámparas led, que incrementa todavía más su efectividad y permite trabajar las 24 horas del día, al tiempo que permite compensar la falta de luz de días nublados. Esta ayuda con iluminación artificial se alimentaría con energías renovables, de manera que se hace una apuesta muy seria por un sistema limpio, renovable y económico.

Las características particulares de esta forma para descontaminar aguas requiere una gran extensión de terreno, un aspecto que se presenta como hándicap y que la limita para ser instalada de manera masiva. Sin embargo, en una EDAR ubicada en un terreno rural sí que es viable, ya que ahí no habría problema de espacio y las aguas tratadas servirían para el riego. De esta forma se evitaría recurrir a acuíferos, por lo general, en estado de sobreexplotación en toda la zona del sureste de la Península Ibérica.

El grupo Ingeniería de Bioprocesos y Tecnologías del Agua, dirigido por José Antonio Sánchez Pérez, puede introducir una fórmula nueva para el tratamiento de estas aguas, que se haría todavía mucho más popular en el momento en el que las autoridades europeas se decidan a regular la presencia de contaminantes emergentes en aguas residuales. Estos investigadores piensan que esta regulación no tardará mucho en llegar, de hecho ya es una realidad en algunos países. Sin embargo, en España todavía hay mucho que hacer en la materia, porque si bien todos los municipios están obligados a depurar sus aguas residuales antes de verterlas al medio ambiente, hay muchos que la incumplen. Un ejemplo muy flagrante está en Almería, donde una comarca entera como la del Bajo Andarax vierte sus residuos directamente al río que le da nombre.

La tecnología diseñada por el equipo de la Escuela Superior de Ingeniería almeriense está muy avanzada y permitirá su aplicación a nivel comercial en unos dos o tres años. Por el momento, el proyecto, que tenía prevista su finalización a principios de este año, se ha prorrogado dos años más, con lo que se podrán finalizar las dos tesis doctorales. Y tras ellas, el grupo tiene en mente solicitar un proyecto demostrativo, en colaboración con alguna empresa del sector, para poner en marcha una planta de tamaño cercano al comercial, para ajustar definitivamente los escollos tecnológicos que se resisten.

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