La presència excessiva de carboni i de nitrogen en aigües residuals són un problema de contaminació ambiental arreu del món.

La presència excessiva de carboni (matèria orgànica) i de nitrogen (amoni) en aigües residuals – tant d’origen municipal com agrícola o industrial – és un problema de contaminació ambiental arreu del món. Actualment la majoria de les estacions depuradores d’aigües residuals (EDARs) eliminen aquests compostos a través dels fangs actius i la digestió anaeròbica.  Ambdós tractaments presenten mancances rellevants: no són prou eficients per al tractament del nitrogen; comporten un cost econòmic important (1/3 del balanç energètic de l’EDAR es destina a l’aeració, indispensable per tractar l’amoni); i moltes vegades requereixen d’un tractament addicional. Per totes aquestes raons, cal explorar noves tecnologies que siguin capaces d’eliminar simultàniament el carboni i el nitrogen de les aigües residuals de manera eficient i sostenible.

Una d’aquestes tecnologies són els sistemes bioelectroquímics (en anglès, bioelectrochemical systems o BES), que en els últims deu anys han despertat un interès creixent per part de la comunitat científica internacional. Els BES combinen processos biològics i electroquímics, i es basen en reaccions d’oxidació/reducció en les quals l’alliberament/captura d’electrons d’un elèctrode està facilitada per microorganismes. En l’àmbit del tractament d’aigües residuals podrien oxidar la matèria orgànica i l’amoni, i reduir els compostos nitrogenats resultants (nitrits i nitrats) tot produint energia. D’aquesta manera, a més de depurar l’aigua de forma més eficient i sostenible, disminuiria el consum d’electricitat i s’abaratiria tot el procés. El potencial dels BES és, doncs, enorme. Tanmateix, encara cal un important treball de R+D perquè la seva implementació a escala industrial sigui una realitat.

La tesi doctoral “Carbon and nitrogen treatment in industrial wastewaters using bioelectrochemical systems” d’Anna Vilajeliu Pons s’ha centrat en l’eliminació simultània de carboni i nitrogen en BES per tractar unes aigües residuals amb un impacte mediambiental especialment significatiu a Catalunya i a moltes regions d’Europa: els purins. La investigadora ha estudiat diferents bacteris per utilitzar l’elèctrode com acceptor d’electrons (bioànode) i com a donador d’electrons (biocàtode) a fi de reduir les altes concentracions de matèria orgànica i compostos de nitrogen d’aquestes aigües. Val a dir que el treball va comptar amb el suport d’un contracte de transferència tecnològica amb l’empresa Abengoa Water. Entre els resultats obtinguts destaca un aprofundiment en el coneixement de la tecnologia i de la comunitat microbiana involucrada, l’optimització del tractament de nutrients (1.2 kg COD m^-3d^-1 i 370 gNm^-3d^-1),  la millora de l’eficiència electroquímica dels processos (5 Wm^-3), i la identificació de les limitacions del sistema pel que fa a disseny i a material. Tot això ha culminat, d’una banda, en la construcció d’un sistema bioelectroquímic amb una capacitat de 65L per avaluar l’aplicabilitat de la tecnologia i, de l’altra banda, en la patent industrial WO/2015/150610 d’Abengoa Water,  de la qual quatre investigadors del LEQUIA – entre ells, l’Anna Vilajeliu – en són inventors.

En definitiva, la tesi – que ha estat dirigida pels Drs. Sebastià Puig, Maria Dolors Balaguer i Jesús Colprim del grup de recerca LEQUIA de la UdG –  ha demostrat que els sistemes bioelectroquímics poden esdevenir una tecnologia alternativa de tractament simultani de carboni i nitrogen en purins molt més econòmica i ambientalment sostenible que les actuals. La defensa, que està oberta al públic, tindrà lloc el proper divendres 26 de maig a les 11:00h al Parc Científic i Tecnològic de la UdG, a l’auditori de l’edifici Jaume Casademont.