Proyecto
"La elevada heterogeneidad de aguas aprovechadas para riego y usos agroalimentarios en el Campo de Cartagena (acuífero cuaternario, acuífero plioceno, acuífero andaluciense, aguas marinas desaladas, agua de trasvase Tajo Segura, aguas residuales depuradas, etc.) hace necesario un ensayado preciso de las tecnologías existentes o en fase de desarrollo para analizar cualitativamente y cuantitativamente su efectividad y rentabilidad económica y ambiental"
El proyecto constará de diversas líneas de investigación con sus respectivas actuaciones
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SISTEMAS BIOLOGICOS DE ELIMINACION DE NUTRIENTES
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SISTEMAS BIOLOGICOS DE ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES
Estos sistemas de depuración se caracterizan por tener consumos energéticos relativamente bajos y permiten que los costes de mantenimiento sean muy bajos pero requieren una mayor superficie de terreno que otros procesos mas tecnológicos.Los sistemas biológicos sobre los que se centrarán las investigaciones se basarán en la asimilación de nutrientes por parte de macrofitas y microorgnismos de diverso tipo (aerobicos y anaeróbicos) así como las relaciones existentes entre ellas para optimizar la fijación de nutrientes por unidad de superficie al menor coste de operación posible.
Macrófitas emergentes
Las macrófitas emergentes son las especies vegetales con mayor relevancia e importancia en el proceso depurador de los sistemas con humedales artificiales. Por ese motivo se procede a realizar una breve descripción de este tipo de vegetación.
Las especies de macrófitas emergentes usualmente empleadas en los humedales artificiales son las mismas que normalmente colonizan los humedales naturales, plantas helófitas como carrizos (Phragmites sp.), los juncos (Scirpus sp.), las eneas (Typha sp.), etc. Se desarrollan en aguas poco profundas, arraigadas al subsuelo, y cuyos tallos y hojas emergen fuera del agua, pudiendo alcanzar alturas de 2-3 m.
Este tipo de plantas toleran bien las condiciones de falta de oxígeno, las cuales se producen en suelos encharcados, al contar con canales internos o zonas de aireación (aerénquima), que facilitan el paso del oxígeno desde las partes aéreas hasta la zona radicular. Asimismo, presentan una elevada productividad (50-70 toneladas de materia seca/ha.año).
Las plantas juegan un papel fundamental en estos sistemas siendo sus principales funciones:
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La rizosfera realiza funciones de desbaste, filtrando y reteniendo los sólidos transportados en el agua residual a través del entramado formado por su sistema radicular.
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Las raíces y rizomas proporcionan un soporte pasivo para los microorganismos y crean en sus proximidades ambientes propicios para el desarrollo de estos; es decir, las plantas crean una enorme
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área superficial para el desarrollo de ‘biopelículas’, en donde crecen bacterias, protistas, y algas microscópicas.
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Las plantas empleadas en los humedales artificiales con capaces de enviar oxígeno del aire a las raíces a través de un sistema de conductor muy especializado (aerénquima). Aireando de este modo el sistema radicular y facilitando oxígeno a los microorganismos que viven en la rizosfera .
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Este microambiente estimula el desarrollo de microorganismos aerobios responsables de la degradación de la materia orgánica y la nitrificación, favoreciendo la disminución de la carga contaminante del sistema.
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Las plantas absorben de iones contaminantes, tanto metales pesados como aniones eutrofizantes (nitratos y fosfatos principalmente).
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Su contribución a la eliminación de nutrientes es modesta cuando se tratan aguas residuales urbanas de tipo medio; eliminan entre un 10% del N y un 20% del P (García y
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Corzo 2008). En aguas residuales diluidas su contribución es mayor (pudiendo ser más del 50%).
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Amortiguamiento de las variaciones ambientales. Cuando las plantas están desarrolladas reducen la intensidad de la luz incidente sobre el medio evitándose así grandes gradientes de temperatura en profundidad que pueden afectar el proceso de depuración. En climas fríos la vegetación protege de la congelación.
Microorganismos
La desnitrificación heterótrofa es un proceso metabólico que usa el nitrato como aceptor terminal de electrones en condiciones anóxicas (ausencia de oxígeno) principalmente. El proceso de reducción de nitratos hasta nitrógeno gas ocurre en etapas sucesivas, catalizadas por sistemas enzimáticos diferentes, apareciendo como productos intermedios nitritos, óxido nítrico y óxido nitroso.
Los diferentes sistemas de tratamiento de aguas residuales, tanto convencionales o no, son ecosistemas artificiales capaces de producir la eliminación de los contaminantes presentes en el agua mediante la interacción y el metabolismo de diferentes microorganismos.
Estos procesos dependen de la capacidad de la comunidad microbiana para utilizar los compuestos del agua.No existe un único organismo capaz de utilizar todos los compuestos orgánicos presentes en las aguas residuales; por tanto, un proceso biológico constituye un ecosistema diverso que se alimenta directamente del agua bruta que entra al sistema y depende de la disponibilidad de O2, del pH y las condiciones del sistema (Knobelsdorf, 2005).
Las comunidades microbianas presentes en los sistemas de depuración de aguas se agrupan en estructuras, tal y como ocurre en los sistemas biológicos naturales, denominados flóculos en los sistemas de tratamiento de fangos activados y biopelículas en los sistemas de tratamiento con humedales artificiales. Los flóculos y biopelículas son agregados de partículas orgánicas e inorgánicas junto con una comunidad microbiana unido a través de polímeros microbianos extracelulares
Filtro biológico anaeróbico
.Los sistemas biológicos de depuración se encuentran constituidos por bacterias, protistas, metazoos, hongos, algas y organismos filamentosos. Los hongos y las algas generalmente no tienen gran importancia dentro del proceso, mientras que los protistas, metazoos, las bacterias y los organismos filamentosos son los principales responsables de la eficiencia en el tratamiento biológico del agua residual. Cada una de estas poblaciones desempeña un papel determinado en el proceso y en conjunto forman la comunidad biológica característica del sistema de depuración.
La desnitrificación
La realizan exclusivamente ciertos microorganismos, entre los que destacan:
Alcaligenes, Paracoccus, Pseudomonas, Thiobacillus, Rhizobium, Thiosphaera, entre otros.
Algunas bacterias desnitrificantes son quimiolitoautótrofas y pueden oxidar compuestos inorgánicos de azufre como sulfhídrico (H2S), azufre elemental (S0), tiosulfato(S2O32-) o sulfito(SO32-) anaeróbicamente a expensas de la reducción del nitrato.Entre ellas, autótrofos obligados que crezcan a pHs neutros tan solo se conocen dos: Thiobacillus denitrificans y Thiomicrospira denitrificans8 y pueden llevar a cabo la sulfoxidación en condiciones aeróbicas o anóxicas. Recientemente se ha aislado Thioalkalivibrio denitrificans, un autótrofo, oxidador de azufre, capaz de crecer anaeróbicamente usando nitrito como aceptor de electrones a pH básico.
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SISTEMAS DE ELECTRODESNITRIFICACIÓN
El sistema de la electrodesnitrificación es una tecnología electroquímica patentada, específica para la eliminación de nitratos, que convierte el nitrato disuelto en las aguas subterráneas o superficiales 100% a N2 gas y oxígeno (aire), medioambientalmente inocuo. El módulo se caracteriza por operar a un determinado potencial eléctrico de manera que se permite la reducción directa del Nitrato a N gas con escasa o nula producción de Amonio. Por otro lado el amonio es oxidado gracias a los propios cloruros contenidos en las aguas a tratar, pasando también a nitrógeno gas.
El sistema no utiliza ningún tipo de membrana sobre la que puedan depositarse sales, no produce residuo ninguno, no hay por lo tanto salmuera de nitratos como residuo, el procedimiento opera usando como materia prima el propio contenido de cloruro del agua procedente del rechazo de la desaladora.
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ELECTROQUÍMICA TIPO 1 y TIPO 2 (recuperación de agua y subproductos)
Esta linea de investigación se basa en el método de desalinización mediante un sistema de electrodiálisis conectado a paneles fotovoltaicos. Entre las ventajas de usar energía fotovoltaica destaca: que es una energía no contaminante, es silenciosa, gratuita, abundante, renovable, descentralizada, inacabable y el coste de mantenimiento es bajo debido a que no incluye ni baterías acumuladoras, ni reguladores o convertidores.
La electrodiálisis es una técnica basada en el transporte de iones a través de membranas selectivas bajo la influencia de un campo eléctrico
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SISTEMAS DE EVAPORACIÓN DE SALMUERAS
Los grandes volúmenes de efluentes de rechazo que se producen (producían hasta hace poco) en la desalobración de aguas de pozos para usos agrícolas son importantes y difíciles de gestionar adecuadamente, por ello una forma de facilitar su manejo es la reducción de su volumen mediante la evaporación y recuperación de agua por métodos de bajo coste energético. En este módulo se trabajará con dos sistemas:
Una vez finalizo del proyecto se habrán definido las tecnologías y las metodologías adecuadas para la recuperación de las diferentes masas de agua afectadas por la actividad humana y de esta manera poder reutilizar el mayor número de veces el agua consumida mediante captación de caudales de drenaje, etc. Por ello el impacto socioeconómico consideramos que va a ser muy positivo tanto para la economía local como para el medio ambiente y los ecosistemas en general.