Objectiu

El present estudi introdueix tecnologies electroquímiques microbianes primàries per al tractament simultani i sostenible de contaminants comuns de les aigües subterrànies. A més, obre el terreny cap a una aplicació real per al tractament de les aigües subterrànies amb contaminants generalitzats.

Mètodes bàsics

Àrea d’estudi: Província de Girona (Catalunya)

Muntatge del reactor: Es van muntar i operar dos reactors d’electro-bioremediació de disseny tubular idèntics com a rèpliques. L'afluent es va bombejar directament cap amunt a través del compartiment del càtode (part interna), per sobreeixidor passa a la part superior del compartiment de l'ànode (part externa) fins  la sortida del reactor situada a la part inferior d’aquest compartiment. En determinats períodes de funcionament, una fracció de l'efluent es recirculava a l'afluent per augmentar el cabal intern.

Inoculació del reactor: Els compartiments d'ànode i càtode es van inocular simultàniament durant 30 dies abans de l'operació contínua. El cultiu autòtrof oxidant d'arsenit es va obtenir a partir de llocs contaminats amb arsènic de la província de Girona. Es van recollir mostres d'aigües superficials i subterrànies contaminades (set mostres). Cada mostra es va afegir a 125 mL de medi mineral sense cap font de carboni orgànic amb una concentració final de 15 mg As(III)·L-¹.

Per alimentar els reactors es va utilitzar un medi sintètic que imitava les aigües subterrànies contaminades amb nitrat i arsenit. Les aigües subterrànies sintètiques es van preparar tenint en compte les principals característiques de les aigües subterrànies del poble de Navata, Girona.

Es van avaluar diferents temps de retenció hidràulica (HRT), assolint una taxa màxima de reducció de nitrats de 519 g N-NO₃⁻·m³_NCC·d⁻¹ a TRH de 2.3 h amb una eficiència de transformació de corrent en activitat desnitrificant del voltant del 100 %. Simultàniament, l'oxidació de l'arsènic es va completar en tots els TRHs provats fins a 1.6 h, assolint una velocitat d'oxidació d’arsenit de fins a 90 g As(III)·m⁻³·d^-1 i eliminacions properes al 100 %.

Resultats principals

La coexistència de diferents contaminants a les aigües subterrànies és una amenaça comuna. Es requereixen tecnologies sostenibles i resilients per al seu tractament.

El present estudi ha avaluat tecnologies l’electro-bioremediació per a tractar aigües subterrànies contaminades amb nitrat (NO₃⁻) en presència d’arsènic (en forma d'arsenit - As(III)) com a co-contaminant. Aquestes tecnologies aprofiten la capacitat d’alguns microorganismes de realitzar oxidacions o reduccions utilitzant un elèctrode sòlid, consumint corrent elèctric.   

El tractament es va basar en la combinació de la reducció de nitrats a dinitrogen gas (N₂) (519 g N-NO₃⁻·m³_NCC·d⁻¹) i l’oxidació de l'arsenit a arsenat (90 g As(III)·m⁻³·d^-1), que presenta menys toxicitat i es pot eliminar més fàcilment en posteriors tractaments (fàcilment absorbible).

L'oxidació de l'arsenit va ser realitzada principalment per microorganismes utilitzant, principalment, el nitrat com a acceptor d’electrons, associant la desnitrificació amb l'oxidació de l'arsenit.

Conclusions

Aquesta investigació fomenta l'aplicació real de la tecnologia d'electro-bioremediació pel que fa al tractament d'aigües subterrànies amb diferents contaminants. D'aquesta manera, es va demostrar la capacitat de l’electro-bioremediació per a desnitrificar sense veure’s afectat per la presència arsènic i en una aigua amb baixa conductivitat elèctrica (aigües subterrànies). A més, també es va demostrar la viabilitat d'aquesta tecnologia per oxidar l'arsenit com a pretractament per a la seva eliminació per altres mètodes.

El sistema emprat en aquest estudi s’ha escalat a escala pilot i s’està testejant a la població de Navata (Girona).