En la actualidad, no existe una forma efectiva de eliminar sustancias traza. Las plantas de tratamiento de aguas residuales, llevan a cabo diversos procesos que resultan altamente eficiente para la depuración de aguas residuales. Actualmente, no se dispone de una forma realmente eficaz de eliminar del agua residual las sustancias traza. Esta concepción puede cambiar gracias a una investigación que emplea carbón activado.
Un sistema novedoso que puede ser llevado a gran escala. El proceso de regeneración eléctrica que activa el carbón empleado en el proceso, es el resultado de una investigación novedosa. Por ello, su aplicación al carbón como forma de activarlo para eliminar sustancias traza, por ahora, da resultados prometedores.
Las propiedades del carbón activado, idóneas para la eliminación de sustancias traza
El carbón activado podría ser la clave para suprimir del agua las sustancias traza. Este es el objeto de la investigación que han llevado a cabo investigadores del Instituto Fraun-Hofer de Tecnología Ambiental y Energía UMSICHT. El proyecto, conocido como “Zero Trace” busca encontrar una forma de eliminar sustancias traza a través de carbón activado mediante regeneración eléctrica.
La presencia de sustancias traza puede ser peligroso para el ser humano. Las plantas de tratamiento, ofrecen un tratamiento que hace el agua segura para el consumo humano. Los diferentes métodos empleados (tanto químicos como biológicos) logran eliminar la mayoría de las impurezas presentes en el fluido. Sin embargo, las sustancias traza suelen ser una excepción que escapa al tratamiento.
La presencia de sustancias traza, puede ocasionar un riesgo para el ser humano
Diferentes tipos de sustancias que comprenden las sustancias traza. Entre este tipo de sustancia, se comprenden los residuos de origen farmacéutico o los productos químicos empleados en el hogar. La presencia de estas sustancias, puede presentar un riesgo incluso a bajas concentraciones.
La línea de trabajo es obtener un método eficaz ante las sustancias traza. Actualmente, las plantas de tratamiento están incorporando procesos para lograr la eliminación de las sustancias traza. Esto supone el empleo de procesos químicos- oxidativos, lo cual, puede conllevar la aparición de subproductos.
En la actualidad, se emplean procesos químicos-oxidativos para eliminar sustancias traza
Carbón activado como material prioritario. El carbón activado es el material elegido para la investigación por su estructura altamente porosa. Su porosidad, le permite absorber distintas sustancias, condicionado por su tipo de carga. De tal forma que, realiza su función de la misma manera que una esponja es capaz de absorber un líquido.
Sostenibilidad energética en el desarrollo de la investigación
La sostenibilidad ha supuesto una barrera en la investigación. A pesar de la eficacia mostrada por el carbón activado para eliminar sustancias traza, alcanzar la sostenibilidad es una dificultad. Como indica Ilka Gehrke, miembro del Instituto Fraunhofer de Tecnología Ambiental en Oberhausen, en la actualidad, se emplea el carbón activado en forma de polvo.
El carbón activado, una materia no renovable. En la dirección que apunta Gehrke, una vez el carbón en polvo adsorbe hasta el límite de su capacidad, es eliminado por combustión. Esta es una traba a la hora de dar una respuesta a la sostenibilidad, una cuestión que prima en el estudio.
La sostenibilidad ha sido un aspecto fundamental durante todo el proyecto
La colaboración, esencial para lograr la sostenibilidad en la investigación. Para encontrar un enfoque sostenible que permita avanzar en el proyecto, investigadores de Fraunhofer se han asociado con socios industriales. La colaboración ha recibido la financiación del Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania.
Una colaboración muy beneficiosa para el medio ambiente. Gracias a la cooperación, el equipo incluye en el estudio, la innovación y conservación dentro de la gestión de recursos. De esta forma, se ha podido incluir en el estudio diversos aspectos que refuerzan la innovación en este área.
Se han desarrollado innovaciones que ayudan a la conservación de los recursos
Materiales renovables para una mejor gestión de recursos
La utilización de materiales renovables, variable sostenible de la investigación. Gehrke, junto al equipo responsable de la investigación, investiga la aplicación de carbón activado con origen en materiales renovables. Para este objeto, se ha experimentado con materiales como madera o cáscara de coco.
El uso de materiales renovables, permite la reutilización. Los materiales sustitutos del carbón, forman gránulos que sí pueden reactivarse a través del empleo de altas temperaturas. Con este tratamiento, se eliminan las sustancias que hubieran sido adsorbidas, permitiendo la reutilización al ser reactivado el carbón.
Los materiales sustitutivos del carbón tienen la propiedad de ser reactivados
Los materiales alternativos presentaron inconvenientes. A pesar del éxito con su reactivación, el uso de los materiales propuestos, evidenciaron determinadas trabas. El carbón debía ser transportado largas distancias para poder ser reactivado. Además, en un lecho fluidizado, se produce una alta abrasión, con lo cual, se produce un agotamiento del material.
Avances en sostenibilidad que se aplican al carbón activado
Desarrollar el proceso de regeneración en la propia planta fue un objetivo prioritario. Los investigadores buscaron formas de llevar a cabo el proceso de reactivación del carbón en la planta de tratamiento de aguas residuales. De esta forma se salva la distancia que había que transportar el carbón para su reactivación.
Reactivar el carbón en la propia planta de tratamiento fue un reto para la investigación
Transferencia de técnicas con aplicación en la investigación. Como apunta Gehrke, el proceso emplea un efecto físico de campos eléctricos. Para la investigación, se pudieron aplicar muchos de los principios que rigen este proceso pero en un medio basado en líquidos.
En la investigación se utilizaron energías renovables. El coste energético era muy elevado, con lo cual, en un principio, la investigación fue detenida. Sin embargo, en la actualidad, se puede utilizar el excedente generado por las fuentes renovables. Así mismo, refiere Gehrke, en el futuro se podrá disfrutar de una energía económica y accesible en los momentos de mayor generación.
La energía renovable ha dado una nueva oportunidad a la investigación
Un nuevo proceso donde el carbón se calienta eléctricamente. La adsorción por oscilación del campo eléctrico, es el proceso por el cual se calienta el carbón. Al elevar la temperatura del carbón, pueden producirse dos fenómenos en los contaminantes adsorbidos: ser desabsorbidos o ser quemados.
Desarrollo del proceso de eliminación de sustancias traza
Requisitos que condicionan el éxito del proceso. Para que se produzca, tanto carbón como reactor deben alcanzar determinadas características. El carbón activado debe poseer una conductividad que permita la conducción de la cantidad de energía precisada. A su vez, la resistencia eléctrica debe ser suficiente para que alcance la temperatura requerida conforme la corriente fluya por el material.
La conductividad del carbón activado permite la conducción de la energía durante el proceso
Los investigadores desarrollaron su propio carbón. El equipo de Gehrke, han creado un carbón activado propio a fin de poder dar solución a las exigencias que la conductividad hacía necesarias. Para ello, se ha utilizado un material base, carbón vegetal en polvo. Esta base ha sido mezclada con grafito. De esta forma, la mezcla posee una conductividad tres veces mayor a la del carbón activado habitual.
Para la investigación, el carbón debía resistir 650 grados Celsius. Una dificultad hallada por el equipo que ha desarrollado el estudio es que el material empleado pudiera alcanzar temperaturas elevadas. Por ello, decidieron emplear un proceso de regeneración contínua.
El proceso de regeneración contínua permite alcanzar altas temperaturas
Reducir la abrasión para facilitar al carbón alcanzar altas temperaturas. Como explica Gehrke en relación a la regeneración continua, en esencia, se elimina de forma contínua, pequeñas cantidades de carbón utilizado. Al extraerlo del tanque de sedimentación, se procede a su regeneración para posteriormente introducirlo nuevamente en el tanque. Al no moverse el carbón gastado en el interior del reactor, se minimiza la abrasión producida.
Conclusión
La experimentación con el carbón activado ha resultado altamente prometedora. El material creado por los investigadores, ha sido puesto a prueba en una planta de tratamiento de aguas residuales. Concretamente, en las del socio industrial del estudio, Wuppertal-Buchenhofen. A la hora de llevar a la práctica el experimento, se demostró que es efectivo en la adsorción de sustancias traza.
Un reactor prototipo para recrear el proceso de regeneración. Parte del proyecto fue la instalación de un reactor prototipo en un lugar distante respecto de la planta de tratamiento. Con una capacidad de entre 40 y 50 litros, el reactor sorprendió gratamente a los investigadores con los resultados obtenidos.
Durante la investigación se instaló un reactor prototipo en un lugar distante de la planta de tratamiento
El proyecto se encuentra en su fase final. Tras tres años de investigación, el proyecto, entra en su etapa final. En este punto, Gehrke apunta a los beneficios del proceso. Como señala, el proceso, aparte de conservar los recursos empleados, es económico y competitivo. En la actualidad, los socios miembros del proyecto, analizan la posibilidad de prototipos ampliados en las propias plantas de tratamiento.
