Desarrollan una tecnología para combatir la contaminación del agua por nitratos sin generar residuos

La combinación de la escasez de agua con la contaminación del agua disponible plantea retos importantes para la Administración y la sociedad. Este problema se agrava en las zonas rurales, que tienen un acceso limitado a los servicios de gestión del agua. La agricultura moderna y las prácticas productivas de la ganadería intensiva contribuyen de forma significativa a la contaminación del agua por nitratos. Ello implica una necesidad urgente de desarrollar soluciones sostenibles descentralizadas. 

Esta tesis doctoral se focaliza en la eliminación de nitratos por medio de la electro-bioremediación del agua, una tecnología que aprovecha la capacidad de algunos microorganismos para intercambiar electrones con un material sólido. Así, el nitrato se reduce a dinitrógeno gas (que es inocuo) utilizando un cátodo como dador de electrones. Este proceso innovador elimina la necesidad de añadir productos químicos al agua como agentes reductores, una práctica habitual en tratamientos convencionales, y evita así la generación de residuos. Además, la energía requerida es mínima.

Alba Ceballos-Escalera ha investigado el desarrollo de procesos de electro-bioremediación para la eliminación de nitrato a distintas escalas. El trabajo experimental se inició en el laboratorio y concluyó con el tratamiento de agua subterránea contaminada en una planta piloto ubicada en Navata (Alt Empordà). Los principales resultados son:

• Mejora de la reducción del nitrato hasta 5.0 kg NO3-m-3d-1 (HRTcat 0.7 h) y hasta 1.0 kg NO3- m-3d-1 (HRTcat 0.7 h) a escala de planta piloto (tratamiento de agua subterránea contaminada con nitratos in situ). La eliminación óptima de los nitratos tiene lugar a pH 6 y a 35ºC con una demanda relativamente baja de energía (4-6 kWh kg-1 NO3-). El coste operativo (OPEX) es 0.40€m-3. Para alcanzar este hito, la investigadora estudió el diseño del reactor, la matriz de agua y retos relacionados con la operación en un entorno relevante real.
• Demostración de la posibilidad de tratar agua contaminada con coexistencia de nitrato y arsenito. El arsenito se oxidó de forma eficiente a arseniato como paso crítico para su eliminación, reduciendo así su toxicidad.
• Integración del proceso de desinfección electroquímica en un sistema de electro-bioremediación de una etapa, obteniendo un efluente que cumple con los parámetros de calidad del agua de boca, no sólo en cuanto a los valores límite de nitratos y nitritos sino también en cuanto al contenido en patógenos.
• Desarrollo de un reactor de descalcificación electroquímico sin membranas como pre-tratamiento para la eliminación de nitratos para electro-bioremediación. La presencia de cal en el agua subterránea puede afectar el rendimiento de la electro-bioremediación.

Estos resultados constituyen un paso significativo para aprovechar el potencial de la electro-bioremediación para tratar la contaminación de aguas subterráneas por nitratos, y demuestran su sostenibilidad ambiental y competitividad económica. Además, se ha probado que la tecnología es suficientemente versátil para tratar distintos contaminantes como el arsenito y los patógenos. Se abre, pues, una vía para continuar realizando I+D que culmine con la implementación de la tecnología a escala real y su comercialización. La tesis, que fue dirigida por los Dres. Sebastià Puig, Maria Dolors Balaguer y Narcís Pous del Laboratorio de Ingeniería Química y Ambiental de la Universitat de Girona (LEQUIA), se defenderá el 20 de marzo en el Aula Magna de la Facultad de Ciencias de la UdG (10:00h), en un acto público.

Publicaciones: Electro-bioremediation of nitrate and arsenite polluted groundwater, Ceballos-Escalera, A. et al, Water Research, 2021, 19015, 116748.  Nitrate electro-bioremediation and water disinfection for rural areas, Ceballos-Escalera, A. et al, Chemosphere, 2024, 352, 141370.