Memoria

RESUMEN DE LA MEMORIA TÉCNICA
NANOFIBRAS PARA LA RESTAURACIÓN DE AGUAS CON
CONTAMINANTES PRIORITARIOS Y EMERGENTES
LEHEN MAILAKO KUTSATZAILEEK ETA URGAINERATZEN
DIREN KUTSATZAILEEK KUTSATUTAKO URAK
LEHEGORATZEKO NANOZUNTZAK
Proyecto subvencionado por la
Agencia Vasca del Agua (URA)
Nanofibras para la restauración de aguas con contaminantes prioritarios y emergentes
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I ND I C E
1.-
INTRODUCCION .................................................................................................. 3
2.-
RESUMEN DEL PROYECTO............................................................................... 5
3.-
CONCLUSIONES ................................................................................................. 8
Nanofibras para la restauración de aguas con contaminantes prioritarios y emergentes
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1.- INTRODUCCION
Uno de los principales problemas medioambientales a los que se enfrenta hoy en día
la sociedad es el incremento de la contaminación de los ecosistemas acuáticos por
compuestos procedentes de la industria química. El agua que se utiliza en la
agricultura, en la industria y en los hogares se carga de sustancias sintéticas que se
aportan durante su uso y vuelve al medio natural con una carga desconocida de
contaminantes. Esta contaminación del agua natural genera una gran inquietud
como consecuencia del desconocimiento de los efectos que a largo plazo puede
provocar sobre la vida acuática o la salud humana. Como muestra de la gravedad
que adquiere el problema, puede decirse que de los 100.000 productos químicos
registrados en la Unión Europea, entre 30.000 y 70.000 son de uso diario.
Muchos de estos compuestos, antes desconocidos, entran en el medio ambiente, se
dispersan y persisten, con lo cual afectan a grandes extensiones que inicialmente no
estaban expuestas y provocan una presencia continuada en aguas naturales, tanto
de áreas industriales como de zonas remotas. Algunos de ellos no se degradan (p.e.
metales pesados) y otros sólo se degradan parcialmente (p.e. compuestos orgánicos
persistentes como el DDT, lindano, EDTA, ácidos perfluorados (PFA’s) o fármacos
como la carbamazepina o el sulfametoxazol). Cuando dichos contaminantes son
solubles en agua (los conocidos por la nomenclatura P3, persistent polar pollutants)
pueden infiltrarse en la tierra y alcanzar las aguas de consumo o suministro a plantas
potabilizadoras con el consiguiente riesgo para la salud.
Existen otro tipo de sustancias que son menos persistentes y menos propensas a
desplazamientos lejanos, pero que pueden suponer un problema cuando su uso es
continuado o se transforman o degradan en compuestos con una toxicidad mayor.
Los fármacos, los productos de higiene personal y los compuestos derivados de la
degradación de surfactantes como el nonilfenol son contaminantes con este tipo de
comportamiento.
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Si bien la mayor parte de estos compuestos se encuentran en concentraciones muy
bajas, hay que decir que existe una gran preocupación como consecuencia del
desconocimiento
y
de
los
efectos
perjudiciales
que
producen
a
bajas
concentraciones.
Como consecuencia de esto surge la necesidad de investigar en soluciones de
tratamiento eficaces a bajas concentraciones, siendo este proyecto un primer
acercamiento de una nueva tecnología al problema planteado anteriormente.
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2.- RESUMEN DEL PROYECTO
El desarrollo del proyecto se ha centrado en el desarrollo de una tecnología para la
fabricación de membranas de nanofibras de carbono activado (NFCA) que puedan
utilizarse para la eliminación de sustancias prioritarias y contaminantes emergentes
existentes en el medio acuático, cuya eliminación se hace complicada por los medios
habituales de depuración.
En el proceso de fabricación se han utilizado dos tecnologías desarrolladas por
Inasmet-Tecnalia
como
son
la
fabricación
de
nanomembranas
mediante
electrospinning y el tratamiento térmico de las mismas en atmósfera inerte y
activadora. Mediante la conjunción de ambas tecnologías ha sido posible fabricar
membranas de NFCA con diferentes características físico-químicas.
Para realizar los estudios de adsorción que permitan evaluar la viabilidad técnica de
las membranas en un proceso de depuración de aguas se ha utilizado la atrazina.
La elección de este contaminante se ha realizado en base a los siguientes criterios:
•
Existencia de un límite legal: Se ha optado por elegir una sustancia cuya
presencia en el medio acuático esté normalizada. La atrazina está incluida en la
lista de sustancias prioritarias de la Directiva 2008/105/CE y su valor límite está
recogido en las normas de calidad ambiental para aguas superficiales.
•
Fácil propagación: La atrazina es un pesticida cuyo uso ha sido prohibido en la
UE, sin embargo su consumo a nivel mundial es muy elevado. Su forma de
aplicación mediante aspersión y su alta persistencia hace que alcance lugares
lejanos y que esté presente prácticamente en todo el mundo.
•
Presencia en vertidos de origen industrial y urbano: Como la depuración de
los vertidos industriales y urbanos se realiza en las EDAR, es importante focalizar
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el estudio en contaminantes que se encuentren presentes en dichos efluentes,
evitando su vertido al medio acuático. La tabla 1 muestra un listado de sustancias
prioritarias
encontradas
en
vertidos
industriales
de
diferentes
sectores
industriales de la CAPV. Entre dichas sustancias está la atrazina.
•
Alta ecotoxicidad: La atrazina es un pesticida (herbicida) que está clasificado
como disruptor endocrino (EDC) y como sustancia tóxica y persistente. La tabla 2
muestra un resumen de la ecotoxicidad de las sustancias prioritarias declaradas
en el E-PRTR por empresas de la CAPV.
•
Características químicas: La membranas desarrolladas en Inasmet-Tecnalia
basan su poder de eliminación en el fenómeno de la adsorción, por lo tanto el
compuesto elegido debe responder a dicha propiedad. La atrazina es un
compuesto orgánico apolar, lo cual hace que la adsorción pueda ser una buena
técnica de eliminación para dicho contaminante.
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SECTOR
Sustancia prioritaria
1
2
Cloroalcanos, C10-C13
5
6
X
Pentaclorofenol, PCF
X
Cd y sus compuestos
X
X
X
Pb y sus compuestos
X
Hg y sus compuestos
X
Ni y sus compuestos
X
X
X
DEHP
X
X
HAP’s
X
Nonilfenol
X
Octilfenoles
X
Atrazina
X
Diurón
X
Lindano
X
Tabla 1. Sustancias prioritarias declaradas en el E-PRTR por sectores industriales de la CAPV (Codificación según E-PRTR.
Sectores: 1- Energético, 2- Producción y transformación de metales, 3- Gestión de residuos y aguas residuales, 4- Fabricación y
transformación de papel y madera)
Sustancia prioritaria
Disruptor endocrino
(EDC)(1)
Carcinogenicidad en
humanos(2)
Atrazina
Cloroalcanos
C10-C13
ALTO
ALTO
No
Posible
clasificable
DEHP
Diurón
Lindano
nonilfenol
octifenoles
Pentaclorofenol
ALTO
ALTO
ALTO
MEDIO
MEDIO
ALTO
No
-
Posible
-
-
clasificable
Posible
POP
-
-
-
-
SI
-
-
-
-
SI
-
-
SI
-
-
-
Tóxico
SI
SI
SI
SI
SI
SI
SI
SI
Persistente
SI
SI
SI
NO
SI
NO
NO
SI
Bioacumulativo
NO
SI
SI
NO
SI
NO
NO
NO
(contaminante orgánico
persistente)
PBT
(persistente,
bioacumulativo, toxico)
(1) European Commission. Community Strategy for Endocrine Disrupters.
(2) Organismo Internacional de Investigaciones sobre el Cáncer (IARC).
Tabla 2. Características ecotóxicas de las sustancias prioritarias declaradas en el E-PRTR por empresas ubicadas en la CAPV
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3.- CONCLUSIONES
La bibliografía estudiada refleja que los sistemas habituales de depuración de
aguas tienen rendimientos de eliminación muy bajos e incluso nulos para la
mayoría de sustancias prioritarias y contaminantes emergentes definidos en la
Directiva Marco del Agua.
La importancia que está adquiriendo esta problemática, con la presencia
continuada y creciente de sustancias prioritarias y contaminantes emergentes en
las aguas superficiales y subterráneas de la Unión Europea, ha obligado a
legislar y limitar la concentración de determinadas sustancias con objeto de
salvaguardar el buen estado ecológico y químico para todas las aguas
comunitarias. La Decisión 2455/2001/CE limita la concentración en las aguas
superficiales de las sustancias prioritarias definidas hasta la fecha, sin embargo
la lista de estos compuestos está en continua revisión y en un futuro irán
apareciendo nuevos límites para contaminantes emergentes que en estos
momentos no tienen valores de referencia.
Se ha elegido la atrazina como compuesto objetivo para el estudio de viabilidad
técnica de depuración de las membranas de NFC fabricadas.
Ilustración 1.- Estructura química de la atrazina
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Se ha desarrollado una tecnología, con los medios propios de Inasmet-Tecnalia,
que permite la fabricación de membranas de nanofibras de carbono activado
(NFCA) a partir de un polímero de fácil acceso como es el poliacrilonitrilo (PAN).
Fotografía 1.- Membrana de NFCA
fabricada en Inasmet-Tecnalia (x 20000)
Ilustración 2.- Esquema de proceso de
electrospinning
Las membranas de NFC fabricadas permiten reducir la concentración de atrazina
hasta un valor inferior al definido en la Decisión 2455/2001/CE.
El procedimiento desarrollado permite conferir diferentes propiedades a las
membranas fabricadas lo cual facilita que las fibras de carbono activado
fabricadas sean más afines hacia un tipo u otro de contaminantes.
En resumen, se ha comprobado la eficacia de las membranas de nanofibras de
carbono para la adsorción de una sustancia prioritaria como es la atrazina. Como
las características físico-químicas de la atrazina son muy similares a las de
muchas sustancias prioritarias y contaminantes emergentes, es de suponer la
posibilidad de aplicación a un amplio abanico de compuestos químicos
englobados dentro de esas clasificaciones.
Por ultimo, cabe decir, que los buenos resultados obtenidos en las
experimentaciones llevadas a cabo, animan a plantearse nuevos objetivos en
esta línea de investigación, que permitan abordar aspectos relacionados con la
aplicación de este tratamiento a un abanico más amplio de contaminantes, así
como aspectos más ingenieriles de cara a su aplicación industrial a medio o largo
plazo.
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