Com reduïr els nitrats a les aigües subterrànies

La dificultat de com reduir els nitrats a les aigües subterrànies ha estat resolta amb un nou procés de Llit Mòbil (MBBR). 

El nou procés de llit mòbil (MBBR), eficient i econòmic per a la reducció de nitrats  (NO3) presents en aigües subterrànies

Els nitrats (NO₃) i els nitrits (NO₂) són ions presents a la naturalesa en petites quantitats, formant part del cicle natural del nitrogen a la terra, provinent de la lixiviació de terrenys (boscos, minerals i roques) a causa de la pluja. En rius i conques subterrànies que no es veuen afectats per l’activitat humana, la concentració normal de NO₃ acostuma a estar al voltant de 10 ppm, però en conques pròximes a zones on hi ha activitat industrial, aquesta concentració pot créixer fins a valors altament desmesurats, concentracions que poden arribar a ser perilloses per la salut en cas de ser ingerits.

INTRODUCCIÓ

La principal causa de l’alta presència de NO₃ en aigües subterrànies acostuma a ser l’aportació de residus líquids provinents de granges de mamífers (porcí, oví i boví principalment). En zones on s’ha usat el residu animal com a fertilitzant sense control, s’ha arribat a concentracions de 180 ppm de NO₃ en corrents freàtics.

Un estudi realitzat per investigadors de l’Universitat de Vic (Barcelona), publicat a la revista Tecnoaqua en el número d’octubre de 2013, indica que dotze comarques de Catalunya pateixen una alta contaminació de les seves aigües subterrànies i fonts per NO₃. Aquestes comarques coincideixen totes en una alta concentració d’explotacions ramaderes, excepte una que concentra una gran activitat agrícola. Per altra banda, és sabut que Bèlgica té més del 65% del seu subsòl contaminat per nitrats; i el mateix succeeix en els altres països europeus i estats del Mitjà Oest americà.

És sabut que els sòls agrícoles necessiten una aportació continua de nitrogen i fòsfor per mantenir un rendiment òptim i per aquest motiu es va generalitzar l’aportació de residus orgànics animals procedents de granges on conviuen les activitats agrícola i ramadera. On no hi ha activitat ramadera, s’utilitzen compostos químics industrials per fertilitzar els sòls, com indica l’excepció abans mencionada de les comarques catalanes altament contaminades per NO₃.

Ja que no sempre es porten a terme els controls que serien necessaris sobre la quantitat de nitrogen que pot admetre un determinat sòl, repercuteix en la sobresaturació d’aquests. La conseqüència és la contaminació de les capes inferiors i corrents freàtiques, també amb l’ajuda de la pluja. El NO₃ lixivia molt fàcilment i per això arriba ràpidament a les capes inferiors del sòl.

CONSEQÜÈNCIES DE LA PRESÈNCIA D’ALTES CONCENTRACIONS DE NO₃ A L’AIGUA

Una concentració alta de NO₃ en els aliments és extremadament perjudicial per a la salut dels mamífers (persones i animals). La OMS estableix com a límit màxim tolerable una concentració de 50 ppm. El NO₃ dificulta l’aportació d’oxigen en la sang, convertint-se en nitrits (NO₂), l’hemoglobina muta a metahemoglobina i com a conseqüència arriba menys oxigen als òrgans i teixits. Aquest efecte pot provocar la mort en fetus de femelles de mamífers embarassades i, en el cas de nadons humans, es pot produir l’efecte dels anomenats nens blaus (falta d’oxigen en els teixits).

En el cas de la industria ramadera, alimentar els animals amb aigua que contingui una alta concentració de NO₃ produeix grans pèrdues econòmiques, la mort d’animals joves i femelles embarassades que avorten, implicant la pèrdua de d’animals, noves inseminacions, redueix la producció de llet en les femelles i altres efectes secundaris. Com a conseqüència, augmenten els costos de producció o, dit d’altra manera, reducció o pèrdua de beneficis en les explotacions. Pel que fa a poblacions de zones rurals que s’abasteixen de pous contaminats, corren el perill de tenir greus problemes de salut.

EN QUÈ CONSISTEIX EL NOU SISTEMA DE TRACTAMENT BIOLÒGIC ANAEROBI DE LLIT FLUÏDITZAT, AMB L’ADDICIÓ DE MICROORGANISMES ADAPTATS?

El sistema reprodueix el cicle natural de desnitrificació. S’ha realitzat una experiència pilot amb gran èxit, amb aigua de pou d’una granja d’animals, la concentració de NO₃ de la qual era superior a 160 ppm, obtenint després del tractament un efluent amb 4 ppm de NO₃. El resultat d’aquesta experiència ha desembocat en una primera planta industrial, per tractar els pous d’una granja amb més de 200 caps de bestia boví.

El sistema consisteix en un primer reactor anaerobi de flux continu (1) que conté un farciment plàstic (carrier) d’alta superfície específica en flotació (MBBR) (2), on s’allotgen colònies de bactèries d’origen natural, combinades amb bactèries especialitzades afegides al sistema, on es produeix la transformació del NO₃ a N gas en condicions anòxiques, amb l’ajuda d’una font d’energia (matèria orgànica) i nutrients. El nitrogen gas s’elimina a l’atmosfera (3).

En un segon reactor (4), aeròbic (fangs actius), s’elimina la matèria orgànica (la continguda en l’afluent, l’afegida en el procés de desnitrificació, o que es pogués haver generat per la transformació de productes, dins del sistema anaerobi).

Finalment, un sistema físic de separació de biomassa (5) i aigua entrega un efluent perfectament clarificat i pràcticament lliure de nitrats (6).

COM ES PRODUEIX LA DESNITRIFICACIÓ?

La desnitrificació es produeix per l’acció de bactèries del grup heteròtrofes facultatives del tipus pseudomones (grup 1 no patògenes), paracocus i alcalígenes. Aquestes bactèries es troben de forma natural al medi ambient i son innòcues per a les persones i els animals.

El procés de transformació de nitrats a gas succeeix en etapes serials, catalitzades per sistemes enzimàtics diferents, apareixent en el procés productes intermedis com nitrits (NO₂), òxid nítric i òxid nitrós (NO).

Aquest procés, que a la natura tardaria un llarg període de temps en realitzar-se si de forma brusca s’interrompés el subministrament de nitrogen, es porta a terme de forma ràpida i eficient en un sistema de depuració forçat industrialment, gràcies a que pot concentrar gran quantitat de biomassa en un sistema que conté un portador (farciment plàstic) on s’allotgen i multipliquen les colònies de bactèries (BIOFILL TIPUS C).

El FARCIMENT PLÀSTIC BIOFILL TIPUS C, és un dels millors portadors (carriers) del mercat, a causa de la seva alta superfície específica (460 m²/m³), superfície rugosa que permet una bona adherència de biomassa i un gran volum lliure (>90%), que permet una bona circulació dels fluids i fàcil despreniment de la biomassa morta.

L’eficiència d’aquest procés ve incrementada per l’aportació de microorganismes específics desnitrificants, que actuen en condicions anòxiques (BACTERIA-DEN). Aquests són una combinació de microorganismes anaeròbics facultatius seleccionats per la naturalesa per la seva capacitat d’utilitzar el nitrat com a font d’oxigen (BACTERIA-DEN).

En condicions adequades, els ions NO₃ i NO₂ acumulats en aigües són atacats pel BACTERIA-DEN, que actua accelerant el creixement de les colònies de bacteris indígenes en la seva fase inicial del tractament, accelerant l’eliminació dels ions NO₃ i NO₂ i contribuint al manteniment de la concentració òptima de microorganismes en el sistema.

També, en situacions de parada del sistema per qualsevol causa, l’addició de BACTERIA-DEN reactiva el sistema biològic en un període de temps comprès entre 48-72 hores. Per l’arrancada del sistema s’han utilitzat al voltant de 9-10 g. de BACTERIA-DEN/m³ d’aigua, i al voltant de 3 g/m³ en la seva etapa de manteniment.

Les condicions necessàries per induir a la desnitrificació són:

1. Gran presència de bactèries desnitificants en el procés.
2. Nitrogen disponible en formes oxidades (NO₃, NO₂).
3. Absència d’oxigen molecular dissolt.
4. Presència de matèria oxidable (DBO), com metanol, àcid acètic o altres.

El BACTERIA-DEN també és especialment útil per al tractament d’aigües industrials difícils que contenen amines, aigües municipals, aigües de la industria alimentària, industria química i piscifactories.

Després de l’èxit en l’experiència pilot, l’empresa ramadera, que explota 2000 caps de boví, ha contractat la instal·lació industrial corresponent. Aquesta té una capacitat de fins a 100 m3/dia per eliminar càrregues baixes de nitrats. El disseny de l’equip noNO₃ permet oferir una eficiència en l’eliminació del nitrat de fins al 90%, tot i que les concentracions siguin molt altes (>200 ppm). Aquesta instal·lació amb aquesta capacitat podria tractar l’aigua d’una població de 1600 habitants amb problemes de nitrats. Les instal·lacions noNO₃ són productes claus en mà i amb la característica modular que permet de manera fàcil ampliacions futures.

AVANTATGES DEL SISTEMA

És un equip modular fabricat amb components senzills i de qualitat. Els costos de la instal·lació són baixos, així com els d’operació, que són menors dels altres sistemes utilitzats fins ara, i el sistema no genera residus ni olors.

TAULA COMPARATIVA SOBRE ALTRES SISTEMES D’ELIMINACIÓ DE NO3

PARTICIPANTS EN L’EXPERIÈNCIA

NONO₃ – Dissenyador del sistema i constructor de les plantes pilot i industrials.

Biología y Filtración S.L. – Fabricant i subministrador del farciment plàstic BIOFILL tipus C (carrier) per al llit mòbil.

Biología y Filtración S.L. – Subministrador dels microorganismes BACTERIA-DEN produïts per l’empresa Bioscience Inc (Allentown, Pennsilvània- EEUU).