dossier de prensa del estudio para más información

ELIMINACIÓN DE CONTAMINANTES
EMERGENTES DE PLANTAS DEPURADORAS
MEDIANTE UN BIOR5EACTOR DE MEMBRANA
ACOPLADO CON UN SISTEMA DE FILTRACIÓN
POR ÓSMOSIS INVERSA
Dossier de prensa
Barcelona, diciembre de 2012
Comunicación ICRA: Ramon Balasch, jefe de prensa del ICRA, 667 55 05 90. Clipmèdia Comunicació: [email protected] 93 582 01 50
El edificio H2O, sede del ICRA, ha sido cofinanciado en un 50% por el Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) y
por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) en el marco del Programa Operativo FEDER de Cataluña 2007-2013.
ÍNDICE
1. Introducción .............................................................................2
2. Los objetivos del estudio, los puntos clave
y las conclusiones principales .........................................................3
3. La metodología de trabajo, los elementos
de investigación y el plan de actuación ............................................4
4. El estudio en cifras ....................................................................6
5. Antecedentes de la investigación ................................................8
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INTRODUCCIÓN
El objetivo principal del estudio ‘Eliminación de contaminantes emergentes de
plantas depuradoras mediante un biorreactor de membrana acoplado con un sistema
de filtración por ósmosis inversa’ es la evaluación de la eficiencia de eliminación de
los productos farmacéuticos, considerados contaminantes emergentes, de las aguas
residuales de una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) municipal
costera (Castell-Platja d'Aro) mediante un sistema a escala piloto que integra un
biorreactor de membranas combinado con un sistema de ósmosis inversa (MBR-RO).
Este sistema mostró una excelente eficacia en la eliminación de los contaminantes,
eficacia superior a la de los tratamientos convencionales basados en fangos, en los
que la eliminación de contaminantes orgánicos es incompleta. En cambio, mediante
el sistema MBR-RO, más del 99% de todos los contaminantes estudiados
(incluyendo antibióticos, antiinflamatorios y antidepresivos) fueron eliminados del
agua residual obteniéndose agua de altísima calidad, lo cual abre las posibilidades a
su reutilización. La exploración de nuevas tecnologías que permitan el reuso del
agua es uno de los objetivos de investigación clave del grupo del ICRA autor de
este trabajo.
Los autores del estudio son: Davor Dolar, Meritxell Gros, Sara Rodríguez-Mozaz,
Jordi Moreno, Joaquim Comas, Ignasi Rodríguez-Roda y Damià Barceló.
El estudio se ha realizado con la colaboración de: Institut Català de Recerca
de l'Aigua (ICRA), Laboratori d’Enginyeria Química i Ambiental (LEQUIA),
Universitat de Girona, Consorci de la Costa Brava (CCB) y Empresa Mixta d'Aigües
de la Costa Brava SA.
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LOS OBJETIVOS DEL ESTUDIO, LOS PUNTOS CLAVE Y
LAS CONCLUSIONES PRINCIPALES
La presencia de contaminantes emergentes en el medio acuático y sus posibles
efectos sobre los organismos vivos se ha convertido en un tema de creciente
preocupación para científicos, gestores del agua y la opinión pública. Entre los
contaminantes emergentes se encuentran los productos farmacéuticos, que
pueden entrar en el medio ambiente debido a su alto consumo y su eliminación
incompleta de las estaciones convencionales de tratamiento de aguas residuales
municipales (EDAR), aguas a las que los medicamentos llegan por la propia
excreción del mismo después de su consumo o bien por una inapropiada gestión de
su eliminación (verter medicamentos caducados por el retrete por ejemplo).
Aunque el efecto de estos compuestos en el ecosistema de los ríos no es totalmente
conocido, se sospecha que pueden tener un gran impacto en varios de los
organismos acuáticos y afectar los procesos naturales de los ríos. Al fin y al cabo
estos compuestos han sido diseñados para tener un efecto muy potente a baja
concentración en sistemas biológicos como es el humano.
Dado que los sistemas convencionales de tratamiento de agua residual no son
efectivos a la hora de eliminar la mayor parte de los compuestos farmacéuticos,
pues no fueron diseñados para ello, ni existe una demanda actual de la legislación
al respecto, en un futuro próximo se prevé que será necesario introducir nuevos
sistemas de depuración avanzada para complementar o sustituir a los
convencionales. Uno de los tratamientos avanzados más prometedores son los
sistemas integrados de membranas, los cuales combinan los sistemas de
Biorreactores de Membrana o MBR (del inglés Membrane Bioreactors) con unidades
de ósmosis inversa o RO (del inglés reverse osmosis). La tecnología MBR combina
la degradación biológica de los contaminantes con una separación física del agua
tratada mediante filtración por membranas incorporada en el propio biorreactor. Si
se acopla el sistema MBR a un sistema de filtración por ósmosis inversa posterior,
se consigue una filtración del efluente, ya tratado en el MBR, más exhaustiva
(menor tamaño de poro).
En el estudio ‘Eliminación de contaminantes emergentes de plantas depuradoras
mediante un biorreactor de membrana acoplado con un sistema de filtración por
ósmosis inversa’ se evaluó la eliminación de diversos fármacos, abarcando un
amplio espectro de compuestos farmacéuticos, medicamentos psiquiátricos,
antibióticos macrólidos, antiinflamatorios, etc., en un sistema integrado de
membranas a escala piloto. La combinación de tratamiento MBR y RO mostró una
excelente eficacia en la eliminación de los fármacos, que permitió eliminar más del
99% de todos ellos. Esta elevada eliminación de los contaminantes contrasta con la
conseguida con las tecnologías de depuración convencionales utilizadas de manera
más extendida para el tratamiento de aguas residuales urbanas, como es el caso
del tratamiento secundario o biológico mediante el sistema de fangos activos, en el
que la eliminación de fármacos es incompleta.
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LA METODOLOGÍA DE TRABAJO, LOS ELEMENTOS DE
INVESTIGACIÓN Y EL PLAN DE ACTUACIÓN
Este trabajo de colaboración se realizó durante marzo-abril del 2011 en la Estación
Depuradora de Castell-Platja d’Aro, gestionada por el Consorci de la Costa Brava y
donde el LEQUIA tiene instalada una planta piloto de tratamiento de agua para
realizar este tipo de experimentos. Después de un tamizado inicial, el agua residual
es bombeada a la planta piloto cuya configuración UCT (University of Cape Town),
con reactores aerobio, anóxico y anaerobio, está pensada para la eliminación
simultánea de carbono, nitrógeno y fósforo. A continuación se encuentra el
compartimiento de membranas, en este caso con una membrana plana con tamaño
nominal del poro de 0.4 µm. Finalmente, el permeado del MBR constituye el
influente de la unidad de RO. El nivel de instrumentación, control y automatización
del piloto permite disponer de un control automático del oxígeno disuelto (OD) en el
reactor aerobio, del caudal de aire en el compartimento de membranas, del control
de las distintas recirculaciones, del caudal de permeado, del tiempo de retención
hidráulico (TRH) y de una monitorización continua de pH, temperatura, TMP y
permeabilidad. Además de valores en continuo de conductividad, potencial de
óxido-reducción, amonio, nitratos, fosfatos y concentración de sólidos. Se dispone
también de un PLC y un sistema SCADA que adquiere datos analógicos y digitales y
controla todos los lazos de control automático de la planta.
Detalle de las membranas de filtración Zenon empleadas en la planta piloto
El equipo del LEQUIA fue el encargado del diseño y funcionamiento del sistema de
MBR-RO. Durante varias semanas se tomaron diferentes muestras de agua a lo
largo de las diferentes etapas de tratamiento en esta planta piloto: agua residual
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sin tratar, que corresponde al agua residual urbana de la estación depuradora, agua
después del biorreactor de membranas (es decir, después del tratamiento biológico
seguido de una microfiltración) y agua después de la filtración por ósmosis inversa
(de máxima calidad), así como del llamado “rechazo”, o porción del agua que no
pasa a través de la membrana de ósmosis inversa y que contiene una alta
concentración de los contaminantes, que quedan retenidos durante el tratamiento
con RO.
El análisis de las muestras de aguas fue llevado a cabo en el ICRA, que cuenta con
las instalaciones y el equipamiento adecuado para el análisis de estos productos
farmacéuticos. Cabe destacar que dicho análisis requiere de sistemas de detección
muy sofisticados, ya que han de ser capaces de detectar selectivamente estos
contaminantes a las bajas concentraciones en que están en las aguas
medioambientales.
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EL ESTUDIO EN CIFRAS
Tal y como se observa en la gráfica, el sistema de MBR eliminó la gran mayoría de
los fármacos presentes en el agua, aunque esta eliminación no fue en ningún caso
total. En cambio, mediante el sistema de filtración por ósmosis inversa la práctica
totalidad de los contaminantes farmacéuticos fueron eliminados del efluente,
asegurando una calidad del agua excelente, que la hace apta para su
reincorporación en el ciclo del agua en las mejores condiciones (a diferencia del
agua tratada por tratamientos convencionales) y para su potencial reutilización
para diversas aplicaciones.
RO
MBR
Removal (%)
100
80
60
40
20
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Eliminación de los contaminantes estudiados (productos farmacéuticos) en el sistema de estudio MBRRO (porcentaje de eliminación).
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Detalle de la planta piloto de MBR-RO situada en la estación depuradora de Castell-Platja d’Aro
Esquema simplificado del sistema piloto de MBR-RO en Platja d’Aro
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ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Los sistemas de MBR acoplados a RO, como el que se consideró en el estudio
‘Eliminación de contaminantes emergentes de plantas depuradoras mediante un
biorreactor de membrana acoplado con un sistema de filtración por ósmosis
inversa’ son un tipo de sistema de tratamiento de aguas residuales que se vienen
optimizando y desarrollando en los últimos cinco años. Los sistemas MBR por un
lado, ya han dado el salto desde sistemas experimentales piloto al mundo real de
tratamientos de aguas residuales, de modo que se aplican actualmente en
depuradoras urbanas. En Cataluña existen siete depuradoras actualmente con la
tecnología MBR, pero ninguna tiene todavía una RO acoplada. Por otro lado, los
sistemas de ósmosis inversa se han venido utilizando para diversas aplicaciones en
la industria alimentaria y también en procesos de desalinización de agua marina
para la producción de agua potable.
La combinación de estos dos sistemas de MBR-RO se ha aplicado con éxito al
tratamiento de aguas residuales en diferentes estudios piloto, pero su utilización en
aplicaciones reales fuera de estos estudios a escala es muy escasa. Los principales
inconvenientes de esta tecnología es el precio de su mantenimiento, ya que la
filtración por RO puede requerir de un alto gasto energético. Es por ello que el
trabajo de investigación actual en el LEQUIA se centra en la minimización de los
requerimientos energéticos (aireación y bombeos) y de los costes económicos de
operación (reactivos químicos, tratamiento del concentrado). En cualquier caso
sistemas como los estudiados en este trabajo suponen una alternativa cada vez
más real y necesaria en lugares donde la escasez de agua está convirtiéndose en
un gran problema, como es el caso de zonas mediterráneas. Las alternativas de
tratamiento de aguas residuales como la que se presenta en este estudio permiten
el aprovechamiento y reuso de esta agua para aplicaciones como irrigación de
campos de golf, campos agrícolas, recarga de acuíferos o bien para abastecer a los
propios ríos con agua tratada, que es de excepcional calidad, con mucha menor
presencia de contaminantes que la propia agua de río receptor. Esto tiene como
consecuencia una mejora sustancial en la calidad del agua del río, lo cual es
especialmente importante, ya que en muchas ocasiones una gran parte del caudal
de algunos ríos mediterráneos, especialmente en épocas de sequía, pueden
provenir de las descargas de las plantas depuradoras, con lo cual puede tener altos
niveles de contaminación. Además, del estado óptimo de un río dependerá la
calidad del agua potable que se puede extraer de ella o, en su caso, puede reducir
la cantidad necesaria de recursos energéticos (y por lo tanto económicos)
destinados a la producción de agua potable en las plantas de tratamiento
potabilizadoras. Un estudio similar, en el que también participó el ICRA y que fue
liderado por el IDAEA-CSIC de Barcelona en colaboración con la Agencia Catalana
del Agua se llevó a cabo en el río Llobregat hace un par de años. En esta ocasión el
tratamiento que posibilitó la reutilización del agua después del tratamiento biológico
fue una filtración seguida de desinfección por luz ultravioleta y cloración.
En casos cada vez menos excepcionales, el uso de este tipo de sistemas integrados
de membranas permite la reutilización directa del agua residual para la producción
de agua potable, como por ejemplo el Singapore Water Reclamation Study
(NEWater Study).
Estudios en plantas pilotos como los realizados en este trabajo abren el terreno a
la aplicación real de estos sistemas de depuración y permiten avanzar en el
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aprovechamiento máximo de un recurso como el agua, que es cada vez más escaso
y apreciado en muchos lugares del planeta, o cuya calidad está cada vez más
comprometida por la actividad humana y por los efectos del cambio climático.
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