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: premsa@clipmedia.net 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 Comunicación ICRA: Ramon Balasch, cap de premsa de l'ICRA, 667 55 05 90. Clipmèdia Comunicació: info@clipmedia.net 93 582 01 50 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. Comunicació ICRA: Ramon Balasch, cap de premsa de l'ICRA, 667 55 05 90. Clipmèdia Comunicació: info@clipmedia.net 93 582 01 50 2 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. Comunicació ICRA: Ramon Balasch, cap de premsa de l'ICRA, 667 55 05 90. Clipmèdia Comunicació: info@clipmedia.net 93 582 01 50 3 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 Comunicació ICRA: Ramon Balasch, cap de premsa de l'ICRA, 667 55 05 90. Clipmèdia Comunicació: info@clipmedia.net 93 582 01 50 4 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. Comunicació ICRA: Ramon Balasch, cap de premsa de l'ICRA, 667 55 05 90. Clipmèdia Comunicació: info@clipmedia.net 93 582 01 50 5 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 Hy Cod Ca dro eine rb cod am o az ne D epin ia e z Lo epa ra m Fa zep m am o Ra tidin n Az it e i id Cl thro ine ar m ith yc E ro in Su ryt my lfa hro cin m m et yc ho in x O az M flo ole et xa ro c ni in da z At ole M eno et lo op l ro N lol Pr ado op lo ra l no l S ol Sa ota lb lol Cl utam op o id l og re l 0 Eliminación de los contaminantes estudiados (productos farmacéuticos) en el sistema de estudio MBRRO (porcentaje de eliminación). Comunicació ICRA: Ramon Balasch, cap de premsa de l'ICRA, 667 55 05 90. Clipmèdia Comunicació: info@clipmedia.net 93 582 01 50 6 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 Comunicació ICRA: Ramon Balasch, cap de premsa de l'ICRA, 667 55 05 90. Clipmèdia Comunicació: info@clipmedia.net 93 582 01 50 7 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 Comunicació ICRA: Ramon Balasch, cap de premsa de l'ICRA, 667 55 05 90. Clipmèdia Comunicació: info@clipmedia.net 93 582 01 50 8 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. Comunicació ICRA: Ramon Balasch, cap de premsa de l'ICRA, 667 55 05 90. Clipmèdia Comunicació: info@clipmedia.net 93 582 01 50 9