Compuestos Orgánicos Tóxicos en Aguas: Riesgos, Tratamiento y Métodos de Depuración

Los compuestos orgánicos tóxicos presentes en las aguas residuales pueden perjudicar la salud humana y los ecosistemas si no se eliminan o controlan adecuadamente antes del vertido, la reutilización o la potabilización. Su tratamiento requiere combinar procesos biológicos, adsorción, oxidación avanzada, filtración por membranas y, en determinados casos, tecnologías específicas para contaminantes persistentes, volátiles o emergentes.

Estos contaminantes proceden de aguas residuales domésticas, industriales y agrícolas, e incluyen materia orgánica biodegradable, productos químicos orgánicos sintéticos, pesticidas, hidrocarburos, disolventes, productos farmacéuticos, productos de cuidado personal, hormonas y aditivos plásticos. Aunque algunos aparecen en concentraciones muy bajas, pueden acumularse, generar subproductos tóxicos y afectar a los organismos acuáticos y a la salud humana.

Esquema de depuración de aguas residuales

Qué son los compuestos orgánicos tóxicos del agua

Los compuestos orgánicos en aguas residuales pueden provenir de diversas fuentes, como aguas residuales domésticas, industriales y agrícolas. Estos compuestos incluyen materia orgánica biodegradable, productos químicos orgánicos sintéticos y contaminantes emergentes, como productos farmacéuticos y productos químicos industriales.

La presencia de compuestos orgánicos en aguas residuales puede ser perjudicial debido a la posibilidad de la formación de subproductos tóxicos y la promoción del crecimiento de microorganismos perjudiciales en cuerpos de agua receptores. La eliminación de compuestos orgánicos en aguas residuales es esencial para proteger la calidad del agua y el medio ambiente.

Principales grupos de contaminantes orgánicos

Materia orgánica biodegradable

El tratamiento biológico es uno de los métodos más efectivos para eliminar compuestos orgánicos biodegradables en aguas residuales. En este proceso, microorganismos como bacterias y hongos descomponen la materia orgánica en productos más simples, como dióxido de carbono y agua.

Los sistemas de lodos activados, los filtros percoladores y los humedales construidos son ejemplos de sistemas de tratamiento biológico. En una planta de tratamiento de aguas residuales de una ciudad que enfrenta altos niveles de contaminación orgánica, se puede implementar un sistema de lodos activados que utiliza microorganismos para descomponer compuestos orgánicos.

Productos químicos sintéticos y disolventes

Los compuestos orgánicos volátiles (COV) son todos aquellos compuestos orgánicos que a temperatura ambiente o bien se encuentran en estado gas o bien son líquidos muy volátiles. Formalmente se considera como COV todo compuesto orgánico que a 20ºC tenga una presión de vapor igual o mayor de 0.01 kPa, o una volatilidad equivalente en las condiciones particulares de uso.

Los COV suelen tener menos de doce átomos de carbono en su cadena y contienen otros elementos como oxígeno, flúor, cloro, bromo, azufre o nitrógeno. El número de COV diferentes supera el millar, pero los más abundantes en el aire son metano, tolueno, n butano, i-pentano, etano, benceno, n-pentano, propano y etileno.

Estos compuestos se generan en todos aquellos procesos industriales en los que se utilizan disolventes orgánicos (como el acetaldehído, el benceno, la anilina, el tetracloruro de carbono, el 1,1,1,-tricloroetano, la acetona, el etanol, etc.).

Contaminantes orgánicos emergentes

Los contaminantes orgánicos emergentes son un tema de interés por parte de la Administración y la industria: se trata de sustancias nuevas o que ya existían, pero que nadie las identifica como contaminantes medioambientales. Ejemplos de estos contaminantes son los que provienen de productos farmacéuticos, productos de belleza y cuidado personal u hormonas.

Su efecto tóxico (y consecuente riesgo para la salud), especialmente en aguas, donde tienen sus principales rutas de acceso al ambiente, es un tema preocupante: a través de aguas residuales descargadas a aguas superficiales directamente, o después de procesos de tratamiento poco eficientes.

Debido al creciente número de xenobióticos presentes en los sistemas acuáticos a bajas concentraciones, por lo general en el rango micro o nanomolar, son necesarias nuevas tecnologías avanzadas capaces de mejorar o sustituir los procesos convencionales del tratamiento de aguas residuales.

Los xenobióticos son compuestos químicos ajenos a los organismos vegetales y animales, porque no se producen de forma natural. Incluyen compuestos orgánicos y sintéticos derivados de fuentes como los productos farmacéuticos y no son fáciles de eliminar mediante los procedimientos de tratamiento de aguas tradicionales.

Aunque están presentes en pequeñas cantidades, los xenobióticos pueden acumularse y afectar a los ecosistemas acuáticos y a la salud humana en general. Actualmente, la eliminación de los xenobióticos con los procesos de tratamiento de aguas residuales convencionales no siempre es eficaz.

Contaminantes orgánicos persistentes

Los Contaminantes Orgánicos Persistentes (COP), conocidos internacionalmente por su acrónimo inglés POPs (Persistent Organic Pollutants), son sustancias químicas que suponen una amenaza para la salud humana y el medio ambiente de todo el planeta debido a que permanecen en el medio ambiente, al ser resistentes a la degradación, son bioacumulables, se incorporan en los tejidos de los seres vivos, pudiendo aumentar de concentración, según se sube a niveles más altos de la cadena trófica, son tóxicas para la salud humana y el medio ambiente, y tienen potencial para trasportarse a larga distancia, pudiendo llegar a regiones en las que nunca se han producido o utilizado.

Los contaminantes orgánicos persistentes requieren una atención especial porque su eliminación no depende únicamente de reducir la materia orgánica total. También es necesario evitar que los compuestos se transfieran a los lodos, los sedimentos, los organismos vivos o la atmósfera.

Riesgos para la salud y el medio ambiente

Existen COV que por sí solos destruyen la capa de ozono estratosférico, como es el caso del tetracloruro de carbono. Además, todos los COV, en combinación con los óxidos de nitrógeno y la luz solar, son precursores del ozono a nivel de suelo (ozono tropósferico) que es muy perjudicial para la salud al provocar daños respiratorios severos.

Este efecto es conocido con el nombre de smog fotoquímico y se muestra como una niebla de color marrón - gris en las grandes urbes que suelen ser soleadas y que tienen emisiones de COV y óxidos de nitrógeno.

Clasificación	Ejemplos y efectos
Compuestos extremadamente peligrosos para la salud	El benceno, el cloruro de vinilo y el 1,2 dicloroetano.
Compuestos clase A	El acetaldehído, la anilina y el tricloroetileno, que pueden causar daños significativos al medio ambiente.
Compuestos clase B	La acetona y el etanol, que tienen menor impacto en el medio ambiente.

Una parte de los contaminantes que accede a la laguna se transfiere a los sedimentos o a los organismos. De hecho, se ha confirmado la presencia de hidrocarburos y especialmente de residuos de pesticidas organoclorados en sedimentos y en distintas especies de la laguna.

Recientemente, también se han detectado fármacos y diversos compuestos fenólicos en sedimento, y en el caso de los fármacos también en invertebrados y peces de la laguna. En estudios recientes se constató que, aunque los niveles de fármacos en la laguna en agua y sedimento han disminuido gracias a mejora de la depuración de las aguas residuales, todavía siguen estando presentes en los moluscos y peces del Mar Menor.

Las diferencias en los niveles de bioacumulación entre especies reflejan, no solo la proximidad a las fuentes de contaminación, sino también la fisiología y hábitos ecológicos de cada organismo. Asimismo, la valoración de las respuestas biológicas en los organismos del Mar Menor ofrece datos, en algunos casos inequívocos, referentes a la biodisponibilidad de los contaminantes presentes en las diferentes matrices (agua, sedimento, alimento) y a sus efectos sobre el metabolismo de los organismos.

Disrupción endocrina y efectos biológicos

En el Mar Menor se han realizado diversos estudios para evaluar el impacto de los disruptores endocrinos sobre la fauna marina. En moluscos se ha documentado la aparición de imposex, un desorden causado por contaminantes que inducen en las hembras el desarrollo de órganos sexuales masculinos, llegando en algunos casos a comprometer su fertilidad.

Asimismo, se han empleado biomarcadores en bivalvos trasplantados a diferentes áreas de la laguna, detectándose efectos de neurotoxicidad, estrés oxidativo y alteraciones metabólicas asociadas al uso de energía, proteínas y equilibrio osmótico.

En peces bentónicos se ha observado una elevada biodisponibilidad de contaminantes orgánicos, acompañada de respuestas fisiológicas atípicas, como la inhibición de sistemas de detoxificación y la presencia de actividad estrogénica anómala en machos, lo que sugiere exposición a compuestos con acción semejante a la de las hormonas femeninas.

Los contaminantes conocidos explican solo parcialmente estos efectos, lo que apunta a la existencia de otras fracciones no identificadas, y se plantea además que nutrientes inorgánicos como nitratos y nitritos podrían desempeñar un papel en la disrupción endocrina, cuestión que requiere mayor investigación.

Fuentes de compuestos orgánicos en las aguas

Aguas domésticas, urbanas y agrícolas

En las últimas décadas se ha confirmado la entrada de contaminantes orgánicos de origen agrícola y urbano a través de la rambla del Albujón, incluyendo residuos de pesticidas organoclorados, pesticidas de uso actual, hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs), tensioactivos e incluso fármacos.

Aunque el vertido continuo de las estaciones depuradoras de Los Alcázares cesó en 2015, aún se producen descargas puntuales, especialmente durante episodios de lluvia intensa que superan su capacidad de tratamiento.

Otra fuente de contaminantes orgánicos que se ha estimado es la deposición atmosférica, con aportes estacionales variables tanto de hidrocarburos aromáticos policíclicos como de pesticidas. Más recientemente, se ha confirmado la transferencia de contaminantes orgánicos propios de materiales plásticos presentes en el perímetro del Mar Menor hacia el agua de la laguna, incluyendo no sólo aditivos plásticos sino también productos de cuidado e higiene personal, hidrocarburos aromáticos policíclicos y pesticidas.

Una vez que llegan al medio, la distribución espacial y temporal de los contaminantes orgánicos dentro del sistema es altamente heterogénea y está sujeta a una marcada variabilidad estacional dependiendo de su uso y las vías principales de descarga.

Actividades industriales emisoras de COV

Son muy numerosas, perteneciendo generalmente a los siguientes sectores industriales:

Industria siderúrgica.
Industria del plástico.
Industria alimentaria.
Industria de la madera.
Industria de las pinturas, barnices y lacas.
Industria ganadera.
Industria farmacéutica.
Industria cosmética.

La gestión de residuos consiste en realizar un seguimiento y una gestión minuciosos de los residuos, desde el momento en que se generan hasta su eliminación. En Europa, desde los años 70, se han introducido directivas de la UE para establecer una jerarquía de residuos (reducir, reutilizar, recuperar) y un sistema de permisos para la eliminación de residuos.

Posteriormente se introdujo legislación para garantizar el principio de “quien contamina paga”, así como impuestos sobre los vertederos, normativas para los vehículos al final de su vida útil, aparatos eléctricos, etc.

Cómo se eliminan los compuestos orgánicos del agua

Existen varios métodos y tecnologías para eliminar compuestos orgánicos en aguas residuales. La elección depende del tipo de contaminante, su concentración, su biodegradabilidad, la presencia de sales y sólidos, el caudal, el destino del agua y la necesidad de evitar residuos secundarios.

Tratamiento biológico

Los sistemas de lodos activados, los filtros percoladores y los humedales construidos son ejemplos de sistemas de tratamiento biológico. En el tratamiento biológico de aguas residuales, es posible colocar una etapa previa para eliminar compuestos como el fenol que, de otro modo, podría afectar a los microorganismos activos del proceso.

Adsorción

La adsorción es un proceso en el que los compuestos orgánicos se adhieren a una superficie sólida, como carbón activado o resinas de intercambio iónico. Estos materiales adsorbentes tienen una gran área superficial y pueden eliminar compuestos orgánicos de manera efectiva del agua.

Los sistemas GAC (carbón activado granular) han sido históricamente algunos de los más eficaces, pero tienen varios inconvenientes. Entre ellos está la necesidad de sustituir periódicamente los medios, lo que provoca largos periodos de inactividad, y la producción de lodos tóxicos que deben reciclarse o eliminarse.

Oxidación avanzada

La oxidación avanzada es un proceso químico que utiliza oxidantes fuertes, como el ozono o el peróxido de hidrógeno, para descomponer compuestos orgánicos en sustancias menos dañinas o biodegradables. Esta técnica es eficaz para eliminar contaminantes emergentes y compuestos orgánicos refractarios.

El tratamiento terciario de las aguas residuales implica una serie de procesos físicos y químicos para eliminar los contaminantes antes de poder volver a utilizarlas. Unos investigadores han estudiado una serie de tratamientos basados en procesos de oxidación avanzados tecnologías de filtración y adsorción.

Para todas las técnicas oxidativas hay que tener en cuenta que, en presencia de compuestos clorados y demás halogenados, éstos se transforman en productos del tipo HCl que no pueden ser emitidos a la atmósfera. Así, en presencia de halogenados es necesario poner a continuación, un scrubber para tratar las emisiones ácidas generadas.

Filtración por membranas

Los filtros de membrana, como la microfiltración y la ultrafiltración, utilizan membranas semipermeables para separar partículas y compuestos orgánicos del agua. Estos sistemas son eficaces en la eliminación de sólidos suspendidos y microorganismos.

Los científicos estudiaron nuevos materiales para su uso como adsorbentes, fotocatalizadores y capas activas para la fabricación de membranas, probándolos en cuanto a la eliminación de contaminantes tanto de las soluciones acuosas modelo como de las muestras de agua reales.

Para validar este método, los investigadores fabricaron dos dispositivos para laboratorios. Estos dispositivos están hechos de una membrana que actúa como filtro para separar los contaminantes del agua.

Las membranas contienen o están hechas de materiales que se activan mediante luz solar para producir especies activas capaces de degradar los contaminantes con el fin de lograr su completa eliminación. Los materiales magnéticos también se emplean para atrapar los contaminantes cuando se activan adecuadamente por la presencia de moléculas orgánicas.

Biofiltración

Para unos casos más puntuales, en los que se trabaja con concentraciones bajas y uniformes en el tiempo, de disolventes biodegradables y solubles en agua, hay la posibilidad de usar la biofiltración en la que unos microorganismos se encargan de degradar la materia orgánica.

La biofiltración, aunque se caracteriza por tener unos costes de gestión bajos, presenta también algunos inconvenientes debido a que los microorganismos necesitan unas condiciones estables de humedad, temperatura y alimentación, y en caso de que estas condiciones se vean repentinamente modificadas, supondrían un riesgo para el sustrato.

Tratamiento de compuestos orgánicos volátiles

Las tecnologías de tratamiento se pueden dividir en dos grandes grupos: las destructivas y las no destructivas. Los tratamientos destructivos son aquellos en que los COVs se transforman en otras sustancias mediante un procedimiento adecuado, mientras que los no destructivos consisten en la separación física o química de los COVs del aire a tratar.

Tecnologías destructivas

Mediante las técnicas destructivas, los COVs se transforman en compuestos inertes o menos tóxicos que los de partida.

Oxidación térmica regenerativa

Se trata de una técnica oxidativa, que se lleva a cabo en el interior de, normalmente entre 2 o 3 torres, rellenas de material cerámico, en las que se produce la oxidación de los contaminantes. Durante este proceso los COVs se oxidan, transformándose en CO2 y H2O.

El papel del material cerámico es el de retener y ceder el calor de combustión al aire tratado durante los sucesivos ciclos del proceso. Con estas torres se consigue una eficiencia de recuperación térmica superior al 95%.

Es por tanto, una tecnología con un reducido consumo de combustible y si la concentración de los disolventes es superior a 1,5 - 2 g/Nm3 puede llegar a ser un proceso autotérmico con un consumo prácticamente nulo.

La temperatura de trabajo se sitúa entre los 750 y los 1.250 º C. Se trata de una técnica muy versátil en cuanto al caudal a tratar (1.000-100.000 Nm3/h), ideal para casos con una concentración de COV media-alta y óptima para una gran variedad de los mismos.

Oxidación térmica recuperativa

La oxidación térmica recuperativa es una tecnología más simple, con un coste de inversión menor pero unos mayores costes de gestión. Consiste en una cámara de combustión con un quemador y con un intercambiador de calor donde se calienta el aire de entrada y se enfría el aire depurado.

Con esta técnica se puede conseguir una eficiencia de recuperación térmica del orden del 65%.

Oxidación catalítica regenerativa

En la oxidación catalítica, la principal diferencia con la RTO, es que se consigue la combustión a temperaturas más bajas (200-400ºC) debido a la presencia de un catalizador en la cámara de combustión.

Estos equipos son compactos, ocupan menos espacio y al trabajar a menor temperatura consumen menos combustible que la oxidación térmica recuperativa. Para aplicar esta tecnología hay que tener bien caracterizados todos los disolventes, pues puede haber algunos productos que envenenen el catalizador y obliguen a su sustitución.

El sistema presenta una eficiencia térmica superior al 98% y no consume gas cuando se alcanza el punto autotérmico. Se trata de una técnica idónea para caudales de aire bajos o medios (1.000-30.000 Nm3/h) y para concentraciones de COV medias o bajas, que presenta un bajo coste operativo.

Oxidación avanzada de la fase gas

Esta técnica consta de 4 etapas. En la primera etapa, el aire a tratar se somete a un proceso de absorción en agua y ozono. Los gases solubles que se disuelven en el agua son oxidados por el ozono a CO2.

En la etapa 2, a los gases resultantes de la etapa 1 se les añade ozono y la mezcla se irradia con luz ultraviolada de alta intensidad. El ozono se transforma en radicales OH, los cuales son extremadamente reactivos con los VOC.

Fruto de la oxidación se produce un aerosol de partículas, las cuales son separadas en la etapa 3 mediante un precipitador electroestático. El aire resultante, que es libre de VOC y de olores, puede ser liberado a la atmosfera.

Finalmente, en la etapa 4 se transforma el ozono sobrante en oxigeno mediante un catalizador. Se trata de una técnica robusta para una gran variedad de COV, idónea para caudales bajos, con bajo coste operativo y con una alta eficiencia energética.

Tecnologías no destructivas

Adsorción en carbón activo

Se trata de la tecnología más habitual de este grupo. Se basa en hacer pasar el aire a tratar a través de un lecho con carbón activo que retiene los COVs.

El carbón activo se va cargando de COVs y llega un momento en que se satura y pierde la capacidad adsorbente. En este punto podemos desechar este carbón, gestionarlo como residuo y sustituirlo por uno nuevo, o bien regenerar el carbón con vapor o con un gas inerte (nitrógeno), lo cual permite recuperar los disolventes y reutilizarlos en el proceso productivo.

Condensación criogénica

Es un proceso basado en el enfriamiento a temperaturas extremadamente bajas del aire a tratar, mediante nitrógeno líquido u otro fluido criogénico. El aire contaminado se enfría progresivamente en los condensadores, por debajo de su punto de rocío, produciéndose la condensación de los COVs y su separación de la fase gas.

Esta tecnología no es sólo útil para la depuración de emisiones con COVs, sino que también permite la condensación y recuperación de materias primas costosas y contaminantes que suelen estar presentes en emisiones de procesos donde están implicados disolventes orgánicos.

La crio-condensación es un método limpio y no destructivo, ya que recupera en estado líquido aquellas emisiones de vapor que iban a ser enviadas a la atmósfera. Para ello se lleva a cabo la refrigeración controlada de los vapores de proceso de una sustancia determinada, hasta alcanzar el punto de rocío de la misma, momento en el que se inicia su condensación.

Mediante una columna de condensación, por la que atraviesa la corriente de aire contaminada por COVs, circula a contracorriente un flujo de nitrógeno líquido, el cual enfría el aire con la sustancia volátil por debajo de la temperatura de condensación (se puede llegar hasta -200ºC).

Esto produce la congelación de la humedad del aire y se obtiene el producto líquido que puede volver a ser utilizado en proceso. El nitrógeno empleado puede ser reutilizado mediante una pequeña estación de compresión para usarlo como gas en fabricación o se puede verter a la atmósfera si no hay una utilidad para el mismo.

La gama de equipos disponibles cubre un amplio espectro de disolventes a recuperar, como son: tolueno, acetona, metanol, derivados clorados, hidrocarburos, etc. La crio-condensación permite tratar diferentes corrientes, caudales, presiones e incluso diseñar sistemas a medida para cada caso.

Como ya hemos dicho, existe la posibilidad de rehusar los disolventes condensados, así como el nitrógeno que se genera. Como agente refrigerante se usa el nitrógeno líquido que, gracias a sus propiedades, permite la condensación de todas las sustancias consideradas COVs, en un rango comprendido entre los -30 y -120 ºC.

La temperatura de condensación viene determinada por los compuestos a tratar y por las ppm que queramos alcanzar en la corriente de emisión.

Absorción física y química

La absorción física/química consiste en la retención de los contaminantes en una solución acuosa que fluye a contracorriente en el interior de unas torres de lavado. A la solución acuosa de tratamiento se le puede añadir algún reactivo que reaccione con el contaminante para así favorecer su eliminación.

Las torres de lavado deben ir acompañadas de un sistema para el tratamiento del agua que ha absorbido los contaminantes. En el caso de los COVs, esta tecnología es aplicable en aquellos casos en que los productos sean solubles en agua (acetona, alcoholes, etc.).

Tecnologías mixtas

Rotoconcentrador de zeolita y RTO

Esta técnica se basa en el funcionamiento de una rueda con un material poroso (Zeolita) en la que mediante un proceso de adsorción se acumulan los COV para obtener una mayor concentración. Posteriormente los COV se tratan en una unidad de oxidación térmica regenerativa (RTO).

Es ideal para tratar caudales de aire muy elevados (> 10.000 Nm3/h) con una concentración de COVs muy baja (< 1g/Nm3), ya que se reduce significativamente la cantidad de combustible consumido, mediante el uso previo del rotoconcentrador.

Una pequeña porción del aire depurado (entre una décima y una quinceava parte) se calienta a 200 ºC y se pasa a contracorriente para desadsorber los COVs retenidos en las zeolitas.

De esta forma, se obtiene un caudal de aire 10-15 veces inferior al inicial con una concentración 10-15 veces superior a la inicial. Este aire es el que se envía luego a la unidad de oxidación (RTO) para ser depurado.

Evapo-oxidación

Se trata de un procedimiento de depuración de aguas residuales que aúna la separación térmica de sustancias solubles en agua con la depuración de sustancias orgánicas volátiles.

Los residuos apropiados para ser tratados por evapo-oxidación son aguas de carácter orgánico (no organohalogenados), con presencia o no de sales y otros compuestos inorgánicos (derivados del nitrógeno, del azufre…), poder calorífico inferior (PCI) bajo, que no presentan carácter inflamable ni disolventes y con valores de DQO significativos.

En una primera fase, se somete al efluente a un proceso de evaporación, que genera un vapor de agua que arrastra consigo las sustancias volátiles, ya que estas tienen un punto de ebullición más bajo que el agua. Igualmente, también se arrastran todas aquellas sustancias que forman mezclas azeotrópicas.

Tras esta primera etapa, el vapor de agua que se ha obtenido es enviado, junto con las sustancias volátiles, a una cámara de oxidación, donde dicho vapor es quemado, evitando de esta forma su emisión a la atmósfera y su acción contaminante.

De esta forma, la oxidación térmica del vapor permite destruir completamente los volátiles que se encontraban en el efluente. Otra opción es aprovechar estos compuestos volátiles (siempre y cuando estén en presencia elevada) para llevar a cabo un proceso auto térmico, ya que generan suficiente calor en su combustión como para no precisar calor externo.

De esta forma, se puede obtener la energía necesaria para alimentar el propio proceso.

Tratamiento de productos orgánicos peligrosos en aguas industriales

Las plantas industriales generan aguas residuales que a menudo contienen compuestos orgánicos. La eliminación eficaz de estos contaminantes es esencial para cumplir con las regulaciones ambientales y reducir el impacto ambiental.

Los contratistas de gestión de residuos pueden tener que eliminar aguas muy contaminadas de depósitos industriales, estanques y otras instalaciones de almacenamiento. También es un método mucho más respetuoso con el medio ambiente que la incineración y/o el vertido.

Como algunos residuos tienen un alto contenido en agua, a menudo es ventajoso separar y luego reciclar esta agua. Los procesos de tratamiento pueden integrarse en estrategias de reutilización del agua, limpiando el agua en origen.

El tratamiento del agua de purga puede eliminar los inhibidores de la corrosión, los disolventes y los productos químicos orgánicos de proceso por debajo del nivel de detección. Los compuestos orgánicos peligrosos pueden eliminarse de las aguas residuales hasta niveles muy bajos.

Los procesos tradicionales de tratamiento del agua dejan atrás muchas sustancias químicas persistentes, pero existen procesos especializados basados en una combinación de adsorción y electroquímica.

Materiales avanzados para el tratamiento terciario

Con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie, el proyecto financiado con fondos europeos MAT4TREAT gestionó distintos planteamientos sobre el uso de materiales y procesos innovadores para el tratamiento de aguas.

Los científicos se centraron en la eliminación de los «contaminantes de preocupación emergente» que incluyen compuestos orgánicos y sintéticos derivados de nuevas fuentes como los productos farmacéuticos y que se están convirtiendo en un grave problema para la salud de los ciudadanos.

El trabajo fue llevado a cabo por destacados expertos mundiales en los campos de los materiales basados en el grafeno, los relacionados con el carbono, los poliméricos, cerámicos oxídicos y los materiales híbridos inorgánicos-orgánicos.

El consorcio está formado por ocho universidades y dos instituciones no académicas comprometidas con el desarrollo de materiales novedosos para la eliminación de contaminantes emergentes a través de un innovador tratamiento terciario integrado del agua.

Los socios del proyecto dedicaron gran parte de su trabajo a la comprensión de los fundamentos de los procesos, la cinética y los mecanismos, el desarrollo de nuevos materiales, la modelización, la integración de los procesos y la ampliación de los métodos.

También desarrollaron varias categorías de materiales para su uso en la tecnología integrada de separación de los contaminantes de las aguas contaminadas y su posterior degradación.

Materiales magnéticos y fotocatalíticos

Tras su uso, pueden ser eliminados muy fácilmente del agua con un imán. Una vez que se ha probado la mejor tecnología, es posible ampliar el proceso en una planta piloto que trate grandes volúmenes de agua.

MAT4TREAT ha desarrollado con éxito materiales innovadores y de bajo coste para eliminar los contaminantes orgánicos de las aguas residuales. En algunos casos, se derivan de sustancias húmicas extraídas de desechos compostados, por lo que se emplean fuentes libres de petróleo para su producción.

Además, el uso de residuos húmicos, que pone en valor el componente orgánico de los residuos, respalda las acciones de los ciudadanos que separan sus residuos domésticos.

Recuperación y reutilización del agua

La reutilización del agua, tanto en aplicaciones industriales como en riego agrícola, requiere la eliminación de compuestos orgánicos para garantizar que el agua tratada sea segura y adecuada para su uso.

El agua potable debe someterse a un proceso de eliminación de compuestos orgánicos para garantizar su seguridad y calidad antes de su distribución a los consumidores.

En este mundo de recursos limitados, algunas instalaciones de semiconductores intentan reutilizar el 100% del agua no procesada. Es claramente lo correcto para el medio ambiente y contribuirá en cierta medida a proteger la reputación medioambiental de esta industria.

Pero quizá el motor más potente sea el ahorro de costes que puede conseguirse aumentando la cantidad de agua no procesada que se reutiliza. La recuperación de agua en origen permite reducir la presión sobre los recursos hídricos y limitar el volumen de efluentes que deben descargarse o tratarse posteriormente.

Tratamiento especializado en la industria de semiconductores

La limpieza de las aguas residuales de una fundición de semiconductores no es un proceso de un solo paso. Hay muchos tipos de contaminantes que hay que eliminar por debajo del nivel de detección.

Se trata de un trabajo especializado, que abarca desde la comprensión minuciosa de los flujos de residuos hasta la optimización de la gestión y el tratamiento, pasando por sensores inteligentes para separar los flujos.

Este tipo de tratamiento puede eliminar contaminantes tóxicos como los inhibidores de la corrosión, disolventes y contaminantes orgánicos en general por debajo del nivel de detección.

Criterios para seleccionar la tecnología de depuración

Para seleccionar la mejor tecnología para la depuración de COV hay que tener en cuenta el caudal, la concentración de COVs, la temperatura y humedad del aire, los disolventes presentes, el límite de emisión permitido y la posible presencia de polvo y otros contaminantes.

Por su parte, la empresa ha de valorar los recursos disponibles, la distribución temporal de las emisiones contaminantes, así como la posibilidad de recuperar los disolventes y la energía térmica.

Parámetro	Importancia en la selección
Caudal	Determina la capacidad necesaria y la tecnología aplicable.
Concentración de COVs	Permite diferenciar entre tratamientos para concentraciones bajas, medias o altas.
Temperatura y humedad	Condicionan el funcionamiento de los procesos de oxidación, adsorción y biofiltración.
Disolventes presentes	Es necesario conocerlos para evitar el envenenamiento de catalizadores y seleccionar el proceso adecuado.
Límite de emisión permitido	Define el nivel de depuración que debe alcanzarse.
Polvo y otros contaminantes	Pueden interferir en las etapas de tratamiento y requieren medidas complementarias.
Posibilidad de recuperar disolventes y energía térmica	Permite priorizar tecnologías no destructivas o procesos con recuperación energética.

Por todas estas razones, la legislación europea vigente establece límites cada vez más restrictivos para la emisión de estos compuestos. Así, en las actividades industriales susceptibles de generar COV se deberá controlar las emisiones y, cuando sea necesario, tratarlas eficientemente.

A nivel estatal y con el fin de minimizar los efectos nocivos de los COVs, se publicó el Real Decreto 117/2003 sobre limitación de emisiones de compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes en determinadas actividades, el cual aplica desde el 31 de octubre de 2007 a todas las industrias afectadas.

Este Real Decreto marca para cada una de las actividades afectadas un umbral en el consumo de disolventes, así como unos límites de emisión de COVs en los gases que salen por chimenea y en las emisiones difusas.

Control de contaminantes persistentes

El Convenio sobre la Contaminación Atmosférica Transfronteriza a Larga Distancia (CLRTAP), firmado en 1979 en el marco de la UNECE (Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa) fue el primer tratado en abordar la contaminación atmosférica a nivel internacional.

Entró en vigor en 1983, y ha sido determinante en la reducción de contaminantes nocivos clave. Con los años, el número de sustancias abarcadas por el Convenio y sus ocho Protocolos se ha ido ampliando, estableciendo objetivos de reducción para determinados contaminantes.

Uno de estos protocolos, el Protocolo de Aarhus sobre COP fue el precursor del Convenio de Estocolmo sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes, que fue negociado en el ámbito del Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA).

El Convenio de Estocolmo sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes del PNUMA, firmado en mayo de 2001 y que entró en vigor el 17 de mayo de 2004, es un instrumento jurídicamente vinculante cuyo objetivo es proteger la salud humana y el medio ambiente, reduciendo o eliminando la producción y uso de estos contaminantes, así como sus emisiones y liberaciones.

La Unión Europea consideró necesario establecer un marco jurídico común para llevar a efecto las principales disposiciones del Protocolo y del Convenio de Estocolmo sobre COP y, por ello, el 20 de mayo de 2004 entró en vigor en todos los países de la UE el Reglamento (CE) Nº 850/2004, del Parlamento Europeo y del Consejo, sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes, que tiene por objeto proteger la salud humana y el medio ambiente frente a estos contaminantes.

En consecuencia, la Comisión Europea, en nombre de la Comunidad Europea, ratificó el Convenio de Estocolmo el 16 de noviembre de 2004. El Convenio entró en vigor en España el 26 de agosto de 2004.

Tanto el Reglamento (CE) Nº 850/2004 como el Convenio de Estocolmo establecen la obligación de elaborar y actualizar Planes Nacionales de Aplicación (PNA). En consecuencia, el primer Plan Nacional de Aplicación del Convenio de Estocolmo y del Reglamento 850/2004 sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes (PNA) se aprobó por acuerdo de Consejo de Ministros el 2 de febrero de 2007.

Posteriormente, el Convenio de Estocolmo ha modificado sus anexos, incorporando nuevos Contaminantes Orgánicos Persistentes a los 12 iniciales, conocidos como “la docena sucia”, y la Unión Europea ha modificado, en consecuencia, el Reglamento (CE) Nº 850/2004 sobre COP.

Tras sucesivas modificaciones, el pasado 2019, entró en vigor el Reglamento (UE) 2019/1021 sobre COP, versión refundida. De igual forma, con el objetivo de incluir estos nuevos COP, en 2019 se aprobó la preceptiva actualización del Plan Nacional de Aplicación del Convenio de Estocolmo y del Reglamento (CE) Nº 850/2004.

La elaboración y actualización del PNA se desarrolla en el “Grupo Técnico de COP”, el cual, coordinado por la Subdirección General de Calidad del Aire y Sostenibilidad Industrial, está integrado por representantes de los departamentos ministeriales implicados, comunidades autónomas, científicos, sectores industriales y organizaciones no gubernamentales relevantes.

En este Grupo han participado más de 200 expertos, cuyas iniciativas y comentarios han sido considerados desde el inicio y a lo largo de todo el proceso de elaboración y actualización del PNA.

Por último, es importante destacar que tanto el Convenio de Estocolmo como el Reglamento (UE) 2019/1021 sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes requieren que los países realicen tareas de vigilancia para determinar el estado actual y evolución de la presencia de Contaminantes Orgánicos Persistentes, trabajo que en España es realizado a través de la Red Nacional de Vigilancia Ambiental de COP.

Integración de tratamientos y prevención de residuos secundarios

La depuración eficaz de compuestos orgánicos tóxicos no consiste necesariamente en aplicar una única tecnología. Los científicos desarrollaron varias categorías de materiales para su uso en la tecnología integrada de separación de los contaminantes de las aguas contaminadas y su posterior degradación.

Los tratamientos biológicos son adecuados para la materia orgánica biodegradable, mientras que la adsorción, la oxidación avanzada y las membranas pueden utilizarse para compuestos refractarios, contaminantes emergentes y sustancias presentes en concentraciones muy bajas.

En los procesos de adsorción, la saturación del medio y la gestión del material usado deben considerarse desde el diseño. En los procesos oxidativos, es necesario evaluar la formación de subproductos y la presencia de compuestos clorados o halogenados.

En los sistemas de membranas, la separación de contaminantes debe coordinarse con el tratamiento de los concentrados. La recuperación de disolventes y de energía puede mejorar el aprovechamiento de recursos cuando la composición de las corrientes lo permite.

Los sistemas Nyex™ no producen subproductos nocivos durante el proceso de tratamiento. Las salidas son simplemente agua y gases inocuos.

Muchos de los sistemas Nyex™ utilizan un medio exclusivo, que sólo requiere una recarga anual del 1-3%. A diferencia de muchos otros sistemas heredados, no requieren la introducción de productos químicos peligrosos como el ozono para lograr resultados notables, normalmente por debajo de la PNEC (Concentración Prevista sin Efecto).

La clave está en que el medio adsorbente Nyex™ se regenera in situ y mantiene una eficacia de casi el 100% durante toda su vida útil.

Los sistemas Nyex™ no producen lodos tóxicos. En los sistemas que incorporan tanto la ciencia electroquímica como la adsortiva, el medio adsorbente se regenera mientras se utiliza, por lo que, a diferencia de los sistemas GAC, nunca produce lodos tóxicos.

Operación, mantenimiento y escalado

Los reactores Nyex™ no tienen piezas móviles, lo que reduce el mantenimiento y el tiempo de inactividad. Además, como no se introducen sustancias químicas peligrosas en el proceso, no hay requisitos COSHH adicionales.

Los reactores Nyex™ son de tamaño compacto, lo que permite una colocación flexible en cualquier entorno industrial. También es fácil añadir más capacidad cuando sea necesario, simplemente conectando más en paralelo.

A diferencia de los sistemas GAC, que necesitan reponerse periódicamente, Nyex conserva su eficacia, lo que significa que no hay necesidad de desconectar el sistema para reponer el medio.

Los sistemas son fáciles de encender y apagar: no hay que preocuparse de complejos procesos de puesta en marcha. Esto significa que son ideales para procesos por lotes o intermitentes.

Cada sistema de tratamiento de aguas Nyex™ está especialmente diseñado para eliminar determinados compuestos o grupos de contaminantes. El grado en que se consigue esta eliminación puede controlarse fácilmente, por lo que pueden cumplirse las normativas sin sobrepasarlas salvajemente, lo que significa un proceso rentable.

Para manejar estos sistemas, no es necesaria una compleja formación COSSH para los operarios. Además, al no tener piezas móviles, el mantenimiento se simplifica considerablemente en comparación con los sistemas de la competencia.

Validación mediante pruebas y planta piloto

Para reducir la incertidumbre del tratamiento, pueden realizarse pruebas sucesivas en laboratorio, ensayos piloto y diseño a escala completa basado en datos.

Podemos analizar su agua con una gama de productos para determinar el rendimiento y la eficacia del tratamiento en diferentes condiciones, proporcionando datos e información para apoyar el proceso de selección.
Podemos instalar una planta piloto para evaluar y desarrollar el proceso de tratamiento en condiciones reales de funcionamiento, y durante periodos de tiempo más largos para captar las condiciones variables.
El diseño a escala completa basado en datos aumenta la certidumbre sobre el coste y el rendimiento en las primeras fases del proyecto, reduciendo el riesgo.

La instalación in situ, la puesta en marcha y el soporte de optimización garantizan la máxima rentabilidad de la inversión.

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