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NUEVO PROCESO DE LECHO MÓVIL (MBBR), EFICIENTE Y ECONÓMICO PARA LA REDUCCIÓN DE NITRATOS (NO3) PRESENTES EN AGUAS SUBTERRÁNEAS

Los nitratos (NO3) y los nitritos (NO2) son elementos presentes en la naturaleza en pequeñas cantidades, formando parte del ciclo natural del nitrógeno en la tierra, proviniendo de la lixiviación de terrenos (bosques, minerales y rocas) debido a la lluvia. En ríos y cauces subterráneos que no se ven afectados por la actividad humana, la concentración normal de NO3 suele estar alrededor de 10 ppm, pero en cauces cercanos a zonas donde hay actividad industrial, esta concentración puede crecer hasta valores altamente desmesuradas, concentraciones que llegan a ser peligrosas para la salud en caso de ser ingeridos.

INTRODUCCIÓN

La principal causa de la alta presencia de NO3 en aguas subterráneas suele ser el aporte de residuos líquidos provenientes de granjas de mamíferos (porcino, ovino y vacuno principalmente). En zonas donde se ha utilizado como fertilizante el residuo animal sin control, se han alcanzado concentraciones de 160 a 180 ppm de NO3 en cauces freáticos.

Un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Vic – Barcelona (publicado en la revista Tecnoaqua en su número de octubre 2013), indica que doce (12) comarcas de Catalunya, sufren una alta contaminación de sus aguas subterráneas y fuentes por (NO3). Estas comarcas coinciden todas en una alta concentración de explotaciones ganaderas, excepto una que concentra una gran actividad agrícola. Por otro lado es sabido que Bélgica tiene más del 65 % de su subsuelo contaminado por nitratos y lo mismo sucede en los otros países europeos y estados del Medio Oeste Americano.

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Es sabido que los suelos agrícolas están necesitados de un aporte continuo de nitrógeno y fósforo para mantener un rendimiento óptimo y por este motivo se generalizó el aporte de residuos orgánicos animales procedentes de granjas donde conviven las actividades agrícola y ganadera. Donde no hay actividad ganadera, son compuestos químicos industriales los que se utilizan para el abono de suelos, como indica la excepción antes mencionada de las comarcas catalanas altamente contaminadas por NO3.

Dado que no siempre se llevan a cabo los controles que serían necesarios sobre la cantidad de Nitrógeno que puede admitir un determinado suelo, repercute en la sobre saturación de los mismos, siendo la consecuencia la contaminación de las capas inferiores y corrientes freáticas, también con la ayuda de la lluvia. El NO3 lixivia muy fácilmente y por esto alcanza rápidamente las capas inferiores del suelo.

CONSECUENCIAS DE LA PRESENCIA DE ALTAS CONCENTRACIONES DE NO3 EN EL AGUA

Una concentración alta de NO3 en los alimentos es extremadamente perjudicial para la salud de los mamíferos (personas y animales). La OMS establece como límite máximo tolerable una concentración de 50 ppm. El NO3 dificulta el aporte de oxígeno en la sangre, convirtiéndose en nitritos (NO2), la hemoglobina muta a metahemoglobina y como consecuencia llega menos oxígeno a los órganos y tejidos. Este efecto puede producir la muerte en fetos de las hembras de los mamíferos embarazadas y en el caso de bebés de pocos meses de vida. En el caso de humanos, se puede producir en el caso de bebés humanos el efecto de los llamados niños azules (falta de oxígeno en los tejidos).

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En el caso de la industria ganadera, alimentar a los animales con agua que contenga una alta concentración de NO3, produce grandes pérdidas económicas, muerte de animales jóvenes y hembras embarazadas que abortan, implicando la pérdida de kilos de carne, nuevas inseminaciones, merma la producción de leche en las hembras y otros efectos secundarios. Como consecuencia, aumento de costes de producción, o dicho de otra forma, disminución o pérdida de beneficios en las explotaciones. Por lo que respecta a poblaciones en zonas rurales que se abastecen de pozos contaminados, corren el peligro de tener graves problemas de salud.

 

¿EN QUE CONSISTE EL NUEVO SISTEMA DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO ANÓXICO DE LECH0 FLUIDIZADO, CON LA ADICIÓN DE MICROORGANISMOS ADAPTADOS?

Este sistema reproduce el ciclo natural de desnitrificación. Se ha realizado una experiencia piloto con gran éxito, con agua de pozo de una granja de animales, cuya concentración de NO3 era mayor a 160 ppm, obteniéndose después del tratamiento un efluente con 4 ppm de NO3. El resultado de esta experiencia ha desembocado en una primera planta industrial, para tratar el agua de pozos de una granja de más de 200 cabezas de ganado vacuno.

El sistema consiste en un primer reactor anóxico de flujo continuo (1) que contiene un relleno plástico (carrier) de alta superfície específica en flotación (MBBR) (2), donde se alojan colonias de bacterias de origen natural, combinadas con bacterias especializadas adicionadas al sistema, donde se produce la transformación del NO3 a N gas en condiciones anóxicas, con la ayuda de una fuente de energía (materia orgánica) y nutrientes. El nitrógeno gas se elimina a la atmósfera (3).

En un segundo reactor(4), aerobio (lodos activos), se elimina la materia orgánica (la contenida en el afluente, la añadida en el proceso de desnitrificación, o que pudiera haberse generado por la transformación de productos, dentro del sistema anóxico).

Finalmente, un sistema físico de separación de biomasa (5) y agua entrega un efluente perfectamente clarificado y prácticamente libre de nitratos (6).

Anaerobic continuous flow reactor
¿COMO SE PRODUCE LA DESNITRIFICACIÓN?

La desnitrificación se produce por la acción de bacterias del grupo heterótrofas facultativas de tipo pseudomonas (grupo 1 no patógenas), paracocus y alcaligenes. Estas bacterias se encuentran de forma natural en el medio ambiente y son inocuas para las personas y animales.

El proceso de transformación de nitratos a gas ocurre en etapas seriales, catalizadas por sistemas enzimáticos diferentes, apareciendo en el proceso productos intermedios diferentes como nitritos (NO2), óxido nítrico y óxido nitroso (NO).

N transformation process

Este proceso que en la naturaleza llevaría un largo período de tiempo para realizarse si de una forma súbita se interrumpiera el aporte de  nitrógeno, se lleva a cabo de una forma rápida y eficiente  en un sistema de depuración forzado industrialmente, gracias a poder concentrar gran cantidad de biomasa en un sistema que contiene un portador (relleno plástico), donde se alojan y multiplican las colonias de bacterias (BIOFILL TIPO C).

Biofill C after denitrification process

El RELLENO PLÁSTICO BIOFILL TIPO C, es uno de los mejores portadores (carriers) del mercado, debido a su alta superficie específica (460 m2/m3), superficie rugosa que permite una buena aderencia de la biomasa y gran volumen libre >90%, que permite una buena circulación de los fluidos y fácil desprendimiento de la biomasa muerta.

Bacteria

La eficiencia de este proceso, viene incrementada por el aporte de microorganismos específicos desnitrificantes, que actúan en condiciones anóxicas (MICROCAT-DEN). Estos son una combinación de microorganismos anaerobios facultativos seleccionados de la naturaleza por su capacidad de utilizar el nitrato como fuente de oxígeno (MICROCAT-DEN).

En condiciones adecuadas, los iones NO3 y NO2 acumulados en aguas son atacados por el MICROCAT-DEN, que actúa acelerando el crecimiento de las colonias de bacterias desnitrificantes indígenas en su fase inicial del tratamiento, acelerando la eliminación de los iones NO3 y NO2 y contribuyendo al mantenimiento de la concentración óptima de microorganismos en el sistema.

También en situaciones de parada del sistema por cualquier causa, la adición de MICROCAT DEN, reactiva el sistema biológico en un período de tiempo comprendido entre 48-72 horas. Para el arranque del sistema se han utilizado del orden de 9-10 gr. de MICROCAT DEN/m3 de agua, y del orden de 3gr/m3, en su etapa de mantenimiento.

Las condiciones necesarias para inducir a la desnitrificación son:

  1. Gran presencia de bacterias desnitrificantes en el proceso
  2. Nitrógeno disponible en formas oxidadas (NO3; NO2)
  3. Ausencia de oxígeno molecular disuelto
  4. Presencia de materia oxidable (DBO), como metanol u otros.

El MICROCAT DEN es también especialmente útil para el tratamiento de aguas industriales difíciles que contienen aminas, aguas municipales, aguas de la industria alimentaria, industria química y piscifactorías.

Industrial water tanks
Después del éxito en la experiencia piloto, la empresa ganadera, que explota 900 cabezas de vacuno, ha contratado la instalación industrial correspondiente. Esta tiene una capacidad de hasta 400 m3 día para remover cargas bajas de nitratos. El diseño del equipo noNO3® permite ofrecer una eficiencia en la remoción del nitrato de hasta el 90%, aunque las concentraciones sean muy altas >200ppm. Esta instalación con esta capacidad podría tratar el agua de una población de 1600 habitantes con problemas de nitratos. Las instalaciones noNO3® son productos llaves en mano y con la característica modular que permite de manera fácil ampliaciones futuras.

VENTAJAS DEL SISTEMA

Es un equipo modular fabricado con componentes sencillo y de calidad. Los costes de la instalación son bajos, así como los de operación que son menores de los otros sistemas utilizados hasta el momento y el sistema no genera residuos ni olores.

TABLA COMPARATIVA SOBRE OTROS SYSTEMAS DE LA ELIMINACIÓN DE NO3

PROCEDIMIENTO

OSMOSIS INVERSA

INTERCAMBIO IÓNICO

BIOFILTRACIÓN

Coste de operación

ALTO; incrementándose a medida que aumentan las horas de trabajadas

MEDIO

BAJO; del orden de 4-5 veces inferior a la O.I.

Rendimiento

50-60 %

100 %

95

Eficiencia

90 %

85 %

85 %

Rechazo

Puede llegar a ser de hasta el 50% del agua tratada con nitratos y el resto de elementos separados

Salmuela con nitratos

No hay nitrato

Resíduos

El rechazo deberá ser tratado por un gestor de residuos, dependiendo de la concentración de NO3

El rechazo deberá ser tratado por un gestor de residuos, dependiendo de la concentración de NO3

El residuo de lavado, puede verterse al alcantarillado por su baja cárga orgánica, o utilizarse como fertilizante

Recambios necesarios

Cambio de filtros cada 2-3 semanas.
Cambio de membranas cada 2-3 años.

No

No

Recarga de material filtrabte

No

Si

No

Consumibles

Desincrustador

sal

Fuente de carbono

Consumo energético

Alto

Bajo

Bajo

Selectivo

No. Elimina todo tipo de sales y iones

No. Puede eliminar otros iones no deseados

Si. Solo elimina NO3

Agua de bebida

Deja el agua sin ningún elemento químico. Hay que reintruducir sales

Riesgo de exceso de sal en el agua

Deja el agua con su composición natural, pero sin nitratos

Inversión

Alta

Baja

Bajos – medios, según caudales

Manejabilidad de la instalación

Compleja

Media

Baja

 

COLABORADORES EN LA EXPERIENCIA

Sociedad NONO3 – Diseñador del sistema y constructor de las plantas piloto e industrial.

Biología y Filtración S.L. – Fabricante y suministrador del relleno plástico BIOFILL tipo C (carrier), para el lecho móvil.

Biología y Filtración S.L. – Suministrador de los microorganismos Microcat DEN producidos por la empresa Bioscience Inc (Allentown, Pensilvania- USA).

NO NO3