La investigadora Alba Ceballos-Escalera ha desenvolupat i validat una tecnologia per eliminar l’excés de nitrats de les aigües per mitjà de l’electro-bioremediació en el marc de la seva tesi doctoral defensada avui a la Facultat de Ciències. L’avantatge respecte a altres tractaments és que no genera residus, no depèn del subministrament continu de reactius químics i té un baix consum energètic.
La investigadora de la Universitat de Girona (UdG) Alba Ceballos-Escalera ha desenvolupat i validat una tecnologia per eliminar l’excés de nitrats de les aigües per mitjà de l’electro-bioremediació en el marc de la seva tesi doctoral defensada avui a la Facultat de Ciències. L’avantatge respecte a altres tractaments és que no genera residus, no depèn del subministrament continu de reactius químics i té un baix consum energètic.
Segons dades de l’Agència Catalana de l’Aigua, el 2022 l’excés de nitrats va provocar el mal estat en un 36 % de les masses d’aigua subterrànies a Catalunya. Aquesta contaminació es deu, principalment, a pràctiques productives de l’agricultura i la ramaderia intensives, i és molt present en zones rurals no connectades la xarxa de tractament d’aigua. Aquest problema s’agreuja amb la sequera, la qual afecta la qualitat de les aigües i obliga a utilitzar recursos que havien quedat en desús.
La tesi doctoral d’Alba Ceballos-Escalera, defensada a la Facultat de Ciències, s’ha centrat en l’electro-bioremediació, una tecnologia que aprofita la capacitat que tenen alguns microorganismes per intercanviar electrons amb un material sòlid, facilitant així reaccions d’oxidació i de reducció de compostos químics. D’aquesta manera, el nitrat es pot convertir per reducció en un gas innocu com el nitrogen (el component principal de l’atmosfera) utilitzant el càtode com a donador il·limitat d’electrons. Aquest procés innovador elimina la necessitat d’afegir productes químics a l’aigua, i evita la generació de residus. A més, l’energia requerida és mínima (entre 4 i 6 kWh per kg de nitrat eliminat), la qual cosa facilita la seva connexió a una placa solar per augmentar la seva autonomia.
El treball experimental es va iniciar als laboratoris del grup de recerca LEQUIA de la UdG i va concloure en una planta pilot de tractament d’aigües subterrànies contaminades ubicada al municipi de Navata (Alt Empordà). La investigadora va estudiar el disseny del reactor, la composició de l’aigua tractada i diferents reptes relacionats amb l’operació del procés en un entorn rellevant real. A escala laboratori, va assolir una ràtio d’eliminació de nitrats de 5 kg de nitrat per m3 d’aigua tractada i dia; segons el coneixement de l’autora, el màxim obtingut per un procés d’electro-bioremediació fins ara. A la planta pilot amb tractament d’aigües subterrànies, el valor va ser de 1 kg de nitrat eliminat per m3 d’aigua tractada i dia, amb un cost operacional estimat de 0,40€ per m3 d’aigua.
Alba Ceballos-Escalera també va estudiar el potencial de l’electro-bioremediació per abordar altres aspectes de la contaminació de les aigües. Una fita important és la demostració de la possibilitat de tractar aigua amb coexistència de nitrat i arsenit, un altre contaminant present a molts aqüífers de Catalunya. L’arsenit es va oxidar de manera eficient a arseniat, un compost molt menys tòxic, com un pas crític per la seva posterior eliminació amb altres tecnologies. També va integrar el procés d’electro-bioremediació amb processos electroquímics de descalcificació i de desinfecció per, d’una banda, reduir el contingut de calç (que pot afectar negativament el rendiment de qualsevol tractament d’aigua) i, de l’altra banda, eliminar els patògens per complir amb els requisits que han de complir les aigües per ser declarades potables.
Tots aquest resultats encoratgen a dur a terme més tasques de R+D que facin possible la implantació a escala real de la tecnologia d’electro-bioremediació per eliminar nitrats i altres contaminants de les aigües. Unes tasques que ja s’estan duent a terme amb la instal·lació d’una planta pilot d’electro-bioremediació al Parc de Recerca i d’Innovació de la UdG que només funciona amb energia solar.
La tesi doctoral ha estat dirigida pels Drs. Sebastià Puig, Maria Dolors Balaguer i Narcís Pous del grup de recerca Laboratori d’Enginyeria Química i Ambiental de la UdG (LEQUIA).
Publicacions
- Electro-bioremediation of nitrate and arsenite polluted groundwater, Ceballos-Escalera, A. et al, Water Research, 2021, 19015, 116748.
- Nitrate electro-bioremediation and water disinfection for rural areas, Ceballos-Escalera, A. et al, Chemosphere, 2024, 352, 141370.
- Ex-situ electrochemical characterisation of fixed-bed denitrification biocathodes: A promising strategy to improve bioelectrochemical denitrification, Ceballos-Escalera, A., et al., Chemosphere, 2024, 347, 140699
- Electrochemical water softening as pretreatment for nitrate electro bioremediation, Ceballos-Escalera, A., et al., Science of the Total Environment, 2022, 806, 150433.
