Economía circular para eliminar nitratos, producción de H2 y valorización de sales en agua potable

La contaminación de masas de aguas superficiales y subterráneas por nitratos es un problema actual y de difícil solución que afecta a gran parte de los países de la Unión Europea. La concentración excesiva de nitratos en las aguas es dañina para la salud humana y el medioambiente. Es por ello que se requieren nuevas soluciones alineadas con la economía circular para la mejora de la gestión del agua. En este contexto, el proyecto LIFE ELEKTRA se centra en la validación de una tecnología de desnitrificación electroquímica para el tratamiento de corrientes de agua contaminadas con nitratos y transformarlos en nitrógeno, un gas inerte sin impacto negativo en el medioambiente. Además, esta tecnología permite valorizar simultáneamente dos corrientes de subproductos. Por una parte, se produce una corriente de hidrógeno de alta pureza que permitirá la recuperación de energía empleada en el proceso y que se complementará con la producción de energía solar fotovoltaica. Por otro lado, se recuperarán parte de los desechos de las corrientes acuosas de tratamiento de la planta. En concreto, se valorizarán las sales disueltas como son el calcio y magnesio en forma de carbonatos durante las diferentes etapas del proceso de desnitrificación electroquímica. La tecnología desplegada en el proyecto LIFE ELEKTRA será desarrollada en una planta piloto móvil que permitirá ser validada en tres localizaciones que presentan altas concentraciones de nitratos originadas por las actividades de la agricultura intensiva. Concretamente, dos de ellas se localizan en España, una en Gandía (Valencia) para tratar la corriente de rechazo de la planta potabilizadora de electrodiálisis reversible con elevadas concentraciones en nitratos y otra en La Aldea de San Nicolas (Gran Canaria) para tratar agua subterránea contaminada también por estos compuestos. Mientras que la tercera localización se encuentra en Mgarr (Malta). Los tres casos prácticos evaluados presentan distintas composiciones de las corrientes de agua cuya similitud reside en la alta concentración de nitratos. Esto permitirá ampliar la adaptabilidad y la transferibilidad de la solución desarrollada en el proyecto LIFE ELEKTRA a otras localizaciones con problemas medioambientales similares.

El objetivo principal de este proyecto es demostrar a escala industrial una tecnología basada en la desnitrificación electroquímica capaz de eliminar el contenido en nitratos de las corrientes acuosas problema. El proceso global permitirá valorizar los componentes iónicos que están disueltos en el agua al mismo tiempo que se aproximará a un proceso de Vertido Líquido Cero reduciendo su impacto en el medio ambiente mediante la recuperación de los desechos de las corrientes acuosas de tratamiento de la planta. Este proceso está siendo evaluado como patente con número de solicitud P202330547 y será escalado durante la duración de este proyecto.

El proceso se puede dividir en una serie de etapas.
Etapa 1. Ablandamiento del agua. La elevada dureza de este tipo de aguas puede implicar una serie de dificultades añadidas a la hora de utilizar una técnica electroquímica.
Etapa 2. Sistema de ósmosis inversa. El objetivo es concentrar el nitrato lo máximo posible para optimizar el consumo energético de la celda electroquímica.
Etapa 3. Desnitrificación electroquímica. En esta etapa tiene lugar la transformación de los iones nitrato en nitrógeno gas cuando se aplica una corriente eléctrica.
Etapa 4. Post-tratamiento de desmineralización. Con el objetivo de eliminar la elevada carga iónica del efluente de la celda electroquímica, se aplica un proceso de intercambio iónico por doble columna.
Etapa 5. Valorización del flujo de hidrógeno. Este proceso electroquímico permite convertir la energía química del hidrógeno en energía eléctrica sin generar emisiones.
Etapa 6. Hibridación con energías renovables.

En la primera fase del proyecto, se llevó a cabo un análisis detallado de las salmueras del proceso de EDR procedentes de la estación de tratamiento de agua potable (ETAP) de Gandía. mediante un prototipo a escala preindustrial capaz de tratar un caudal de 2 m3/día. Estas condiciones de operación permitieron obtener una corriente acuosa de salida de la celda con una concentración de nitratos menor de 50 mg/L (por debajo del límite establecido en la legislación vigente). De este modo, esta etapa permitió eliminar más de un 97% del nitrato presente a nitrógeno gas. Estos resultados demuestran que la aplicación de la desnitrificación electroquímica es una solución efectiva para eliminar el nitrato y reducir su impacto en la salud humana y el medio ambiente.