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La presencia excesiva de carbono (materia orgánica) y nitrógeno (amonio) en aguas residuales, sean de origen municipal, agrícola o industrial, es un problema de contaminación ambiental en todo el mundo. Actualmente, la mayoría de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) eliminan estos compuestos por medio de lodos activos y digestión anaerobia. Ambos tratamientos presentan carencias relevantes: no son suficientemente eficientes para el tratamiento del nitrógeno; conllevan un importante coste económico (1/3 del balance energético de la EDAR se destina a aeración, indispensable para tratar el amonio); y muchas veces requieren de un tratamiento adicional. Por todo ello, es preciso explorar nuevas tecnologías que sean capaces de eliminar simultáneamente el carbono y el nitrógeno de las aguas residuales de modo eficiente y sostenible. Una de estas tecnologías son los sistemas bioelectroquímicos, utilizados con éxito en el tratamiento de purines según una tesis del Lequia.
Los sistemas bioelectroquímicos (BES) han despertado un interés creciente por parte de la comunidad científica internacional en los últimos 10 años. Combinan procesos biológicos y electroquímicos basándose en reacciones de oxidación/reducción en las cuales la liberación/captura de electrones de un electrodo está facilitada por microorganismos.
En el campo del tratamiento de aguas residuales podrían oxidar la materia orgánica y el amonio, y reducir los compuestos nitrogenados resultantes (nitritos y nitratos) generando al mismo tiempo energía. Así, además de depurar el agua de modo más eficiente y sostenible, disminuirían el consumo de electricidad abaratando el proceso. El potencial de los BES es, pues, enorme. Sin embargo, aún falta un importante trabajo de I+D para que su implementación industrial sea una realidad.
La tesis doctoral Carbon and nitrogen treatment in industrial wastewaters using bioelectrochemical systems de Anna Vilajeliu Pons se ha centrado en la eliminación simultánea de carbono y nitrógeno en BES para el tratamiento de unas aguas residuales con un impacto medioambiental especialmente significativo en Cataluña y en muchas regiones de Europa: los purines. La investigadora ha estudiado distintas bacterias para utilizar el electrodo como aceptor de electrones (bioánodo) y como donador de electrones (biocátodo) con el fin de reducir las altas concentraciones de materia orgánica y compuestos de nitrógeno en estas aguas. El trabajo contó con el apoyo de un contrato de transferencia tecnológica con la empresa Abengoa Water.
Entre los resultados obtenidos destaca un conocimiento más profundo de la tecnologías y de la comunidad microbiana involucrada, la optimización del tratamiento de nutrientes (1.2 kg COD m-3d-1 y 370 gNm-3d-1), la mejora de la eficiencia electroquímica de los procesos (5 Wm-3), y la identificación de las limitaciones del sistema en cuanto a diseño y material. Todo ello ha culminado en la construcción de un sistema bioelectroquímico con una capacidad de 65 L para evaluar la aplicabilidad de la tecnología y en la generación de la patente industrial WO/2015/150610 de Abengoa Water, de la cual cuatro investigadores del Lequia (entre ellos Anna Vilajeliu) son inventores.
La tesis, dirigida por los doctores Sebastià Puig, Maria Dolors Balaguer y Jesús Colprim, del grupo de investigación Lequia de la UdG, ha demostrado que los sistemas bioelectroquímicos pueden convertirse en una tecnología alternativa de tratamiento simultáneo de carbono y nitrógeno en purines mucho más económica y ambientalmente sostenible que las actuales.
