Secciones
- La problemática de los NO₃⁻ en las aguas de aporte
- Tratamiento de aguas con alto contenido de nitratos
- Concentración de residuos mediante evaporación a vacío
- Conclusiones
La problemática de los NO₃⁻ en las aguas de aporte
La contaminación de las aguas, tanto superficiales como subterráneas, debido a las altas concentraciones de nitratos es un problema generalizado y creciente. Esta contaminación es causada principalmente por un uso masivo de fertilizantes nitrogenados y por la deficiente gestión de purines en explotaciones ganaderas.
El consumo de agua con altas concentraciones en nitratos supone un riesgo para la salud, especialmente en los niños y ancianos, provocando una enfermedad caracterizada por inhibir el transporte de oxígeno en la sangre (metahemoglobinemia). Asimismo, los nitratos pueden formar compuestos potencialmente cancerígenos.
Por lo que respecta al medio ambiente, nos encontramos con la eutrofización de las aguas superficiales, es decir el aumento de nutrientes en el agua (nitrógeno y fósforo) que causa el rápido crecimiento del fitoplancton y otras especies de flora acuática en las aguas. La eutrofización también puede fomentar la proliferación de especies invasoras y aumentar significativamente la vegetación.
Este crecimiento puede ser invasivo, dando lugar a la proliferación de floraciones que pueden impactar negativamente en la calidad del agua mediante el desarrollo de bacterias cianotóxicas.
La materia en suspensión aumenta e impide que la luz penetre en capas profundas, lo que reduce el oxígeno disuelto. Se producen malos olores por la emisión de metano y sulfuro de hidrógeno. También aumenta el volumen de fangos orgánico, y la anoxia puede causar la muerte de muchos peces.
Existen legislaciones y limitaciones relativas a la concentración de nitratos, tanto en las aguas potables como en las de riego.
Con relación al agua potable la legislación europea (Directiva 91/676/CEE) establece que la máxima concentración de nitratos permitida en agua para consumo humano es de 50 mg/l. No obstante, se pretende establecer un límite menor, que se situaría en torno a 10 mg/l para mayor seguridad para la salud.
Con relación a las aguas con destino a riego, existen unas guías a fin de evitar la contaminación de las aguas por la aportación de fertilizantes ricos en nitrógeno y fósforo. En la tabla anexa se indican los límites analíticos orientativos para las aguas de riego:
Los principales parámetros a tener en cuenta al evaluar la calidad del agua de riego incluyen:
- pH, que indica la acidez o alcalinidad del agua.
- Conductividad eléctrica, que mide la cantidad total de sales disueltas en el agua.
- Niveles de nitratos y fosfatos, ya que altos niveles pueden causar eutrofización.
- Dureza del agua, que viene determinada por la concentración de calcio y magnesio.
- Contenido de sodio, ya que un alto contenido puede ser dañino para algunas plantas.
- Presencia de contaminantes químicos y biológicos como metales pesados, pesticidas y patógenos.
Tratamiento de aguas con alto contenido de nitratos
El nitrato es un anión estable y altamente soluble en agua. Existen métodos fisicoquímicos que permiten una eliminación efectiva de los nitratos en aguas contaminadas.
Intercambio iónico
Entre las tecnologías disponibles, destaca el tratamiento mediante intercambio iónico (IX), que emplea columnas con resinas aniónicas diseñadas para intercambiar los iones nitrato (NO₃⁻) por aniones como cloruro (Cl⁻) o bicarbonato (HCO₃⁻) presentes en la resina. Una vez saturada, la resina se regenera mediante una disolución concentrada de cloruro sódico o bicarbonato sódico, lo que genera un efluente altamente concentrado en sales.
Las instalaciones de intercambio iónico tienen un tamaño compacto, producen agua de alta calidad y presentan un coste operativo relativamente asumible. Como contrapartida, requieren un elevado consumo de regenerantes y generan un efluente de regeneración que contiene tanto los nitratos desplazados como el exceso de reactivo regenerante.
La capacidad de intercambio de estas resinas es relativamente baja (en torno a 0,5 meq/L), por lo que, a medida que aumenta la concentración de nitratos, se requieren columnas de mayor tamaño o ciclos de regeneración más frecuentes.
Por estas razones, el intercambio iónico se considera especialmente adecuado como proceso de afino para la eliminación residual de nitratos tras tratamientos principales, como la separación mediante membranas de ósmosis inversa.
Ósmosis inversa
La ósmosis inversa (OI) es una tecnología muy eficiente para eliminar nitratos del agua. Esta tecnología aplica presión al agua contaminada para forzarla a atravesar una membrana semipermeable que retiene la mayoría de los solutos disueltos, incluidos los nitratos. Esta tecnología presenta las siguientes ventajas:
- Alta tasa de eliminación de nitratos (>90%).
- No requiere adición de productos químicos, (a excepción de los aplicados en el pretratamiento, si es preciso).
- Genera agua de alta calidad.
Como inconvenientes tenemos el coste energético que deriva del bombeo del agua que se introduce en las membranas, y su sensibilidad al ensuciamiento, que obliga a realizar un pretratamiento que evita el ensuciamiento prematuro de las membranas.
En este contexto, hemos tomado como ejemplo a una analítica de un agua de pozo con elevada carga de nitratos y baja turbidez. El agua tratada por ósmosis inversa se podrá destinar a riego o a abastecimiento de agua potable, si se complementa con un postratamiento adecuado.
| Cuadro calidad de aguas bruta y tratada por osmosis inversa | ||||
|---|---|---|---|---|
| Parámetro | Unidad | Agua de pozo | Agua de riego -Valores límite recomendados | Agua osmotizada |
| Ca⁺⁺ | mg/l | 159 | 400 | 0,15 |
| Mg⁺⁺ | mg/l | 75 | 60 | 0,1 |
| Na⁺ | mg/l | 350 | 900 | 20 |
| K⁺ | mg/l | 10 | 0,6 | |
| HCO₃- | mg/l | 300 | 600 | 10 |
| SO₄⁻² | mg/l | 250 | 1000 | 1,5 |
| Cl- | mg/l | 650 | 1100 | 15 |
| NO₃- | mg/l | 120 | 30 | 15 |
| TDS | mg/l | 1924 | 2000 | 62 |
| Conductividad | μS/cm | 2750 | 3000 | 90 |
| pH | – | 7 | 6,5 – 8,5 | 5,6 |
| Turbidez | NTU | ≤ 10 | ≤0,1 | |
| SS | mg/l | 20 | ≤0,1 | |
| MO | mg/l | ≤10 | ≤1 | |
| Aceites y grasas | mg/l | ≤2 | ≤0,1 | |
Existen otros tratamientos altamente prometedores para la eliminación de nitratos en los que no se originan corrientes residuales como en los tratamientos fisicoquímicos, destacando la desnitrificación biológica y la desnitrificación catalítica, actualmente en desarrollo.
Concentración de residuos mediante evaporación a vacío
La ósmosis inversa es una buena solución para tratar las aguas con elevadas concentraciones de nitratos, pero produce un concentrado de contaminantes conocido como rechazo de OI, que debe ser gestionado adecuadamente debido a su elevada concentración de contaminantes.
Una solución efectiva para tratar la salmuera resultante de la ósmosis inversa es la evaporación al vacío, una tecnología térmica que permite concentrar los residuos líquidos hasta reducirlos a un mínimo volumen. El proceso consiste en:
- Reducir la presión del sistema para disminuir el punto de ebullición del agua (habitualmente por debajo de los 50 °C).
- Aplicar calor para evaporar el agua, que luego se condensa como destilado.
- Concentrar los residuos en una fracción líquida más pequeña o incluso sólida, que puede ser gestionada como residuo industrial controlado.
Este sistema permite recuperar hasta el 95% del agua presente en el rechazo de la ósmosis inversa y reducir significativamente el volumen de residuos.
La evaporación al vacío permite el tratamiento de mezclas complejas, lo cual es inviable mediante técnicas convencionales, obteniendo agua de calidad y un residuo muy concentrado que puede ser gestionado fácilmente.
La gama de evaporadores al vacío de Condorchem Envitech incluye los tipos principales de estos equipos:
- Evaporadores al vacío a baja temperatura por bomba de calor
- Evaporadores al vacío a alta temperatura por compresión mecánica del vapor
- Evaporadores al vacío de múltiple efecto
- Cristalizadores
Los cristalizadores se suelen aplicar como fase final del tratamiento para secar completamente el residuo de salmuera.
En algunos casos, la solución más eficiente es la combinación de ambas tecnologías, especialmente cuando las tecnologías de filtración mediante membranas no son suficientes para obtener los resultados deseados y se hace necesario ampliar el tratamiento mediante evaporación y/o cristalización.
Ventajas del Proceso Combinado
La integración de ósmosis inversa con evaporación al vacío ofrece una solución robusta y sostenible para el tratamiento de aguas con elevada concentración de nitratos. Estas son sus principales ventajas:
- Producción de agua potable segura.
- Minimización del volumen de residuos.
- Posibilidad de reutilización del agua tratada para otros fines (riego, industria, etc.).
- Cumplimiento de normativa de vertidos y reducción del impacto ambiental.
Los evaporadores al vacío mediante circulación forzada son habitualmente empleados para concentrar rechazos salinos con alto contenido en nitratos provenientes de un sistema de ósmosis inversa.
Si el objetivo es optimizar el consumo energético, se pueden emplear los siguientes tipos de evaporadores:
- Evaporador de múltiple efecto, que aprovecha el vapor del primer efecto para calentar los siguientes, reduciendo consumo de energía.
- Evaporadores por compresión mecánica de vapor (MVC), que reutilizan el vapor comprimido como fuente de calor y son ideales para tratar volúmenes medianos con gran eficiencia energética.
El concentrado del evaporador (también llamado residuo concentrado o salmuera residual) contiene los nitratos y otras sales que no se pudieron eliminar en las etapas previas. El destino final de este residuo depende de varios factores:
- Volumen de residuo.
- Normativa local.
- Tipo de contaminantes.
- Presupuesto disponible.
Las opciones más comunes son:
- Almacenar el concentrado en cubas o contenedores y entregarlo a un gestor autorizado de residuos peligrosos o especiales, en el caso de que se superen ciertos niveles de toxicidad (por ejemplo, altos niveles de nitratos o metales pesados). Es una opción segura y regulada, aunque tiene un coste elevado por tonelada, por lo que es prioritario aumentar todo lo posible la concentración del lodo.
- Si el evaporador es seguido por una etapa de cristalización se pueden recuperar las sales en forma sólida. Estas sales, si son inertes o pueden ser valorizadas, podrían destinarse a usos secundarios (como fertilizantes) o enviarse a vertedero controlado.
Conclusión
En conclusión, los nitratos son sales altamente solubles y difíciles de separar del agua, tanto en fuentes naturales como en aguas residuales. En el caso del agua destinada al consumo humano, su reducción hasta niveles admisibles es fundamental para proteger la salud, dado los efectos nocivos demostrados. Asimismo, garantizar la calidad del agua utilizada para riego es esencial, ya que esta influye directamente en la salud de las plantas, el rendimiento de los cultivos y, en consecuencia, en la economía agraria.
En cuanto a los vertidos, es imprescindible cumplir con la normativa sobre límites máximos de nitratos, a fin de evitar fenómenos de eutrofización. Esta puede derivar en procesos de superpoblación biológica y floraciones masivas, con consecuencias negativas para el equilibrio del ecosistema acuático.
Las soluciones más utilizadas actualmente incluyen la filtración mediante membranas de ósmosis inversa, complementada, en caso de ser necesario, con resinas de intercambio iónico específicas para eliminar los nitratos residuales.
Los residuos generados en estos procesos presentan una elevada concentración de contaminantes, incluidos los propios nitratos, por lo que requieren un tratamiento adecuado antes de su disposición en vertederos autorizados. En este sentido, la evaporación al vacío y/o la cristalización se posicionan como tecnologías eficaces para minimizar el volumen de estos residuos.
Por último, conviene recordar que el mejor tratamiento es siempre la prevención. La aplicación responsable de fertilizantes en suelos agrícolas y el adecuado control de las aguas residuales urbanas e industriales son fundamentales para evitar la contaminación por nitratos desde el origen.
Bibliografía y consultas:
Hydranautics – A Nitto Group Company, IMSDesign
Tabla de Calidad de Agua para Riego: Guía Esencial para Optimizar la Salud de tus Cultivos | Instituto del Agua
Desalación de agua mediante sistemas de evaporación al vacío | Condorchem Enviro Solutions
Calidad Agua para Riego: Guía Completa para Garantizar un Cultivo Saludable y Sostenible | Instituto del Agua
Tratamientos actuales en la eliminación de nitratos – El Agua