Las plantas de aguas residuales emplean una variedad de procesos efectivos y establecidos para tratar las aguas residuales y las aguas residuales. Todavía, sin embargo, no hay ideal, método uniformemente reconocido para eliminar trazas de sustancias. Investigadores del Instituto Fraun-hofer de Medio Ambiente, Tecnología de seguridad y energía UMSICHT busca cambiar esto. En un proyecto conocido como ZeroTrace, Están siguiendo un enfoque integrado que combina su propio compuesto de carbón activado con un proceso de regeneración eléctrica recientemente desarrollado. El resultado es un método que promete eficiencia, sostenibilidad y viabilidad a gran escala.

Cuando la gente en Alemania abre el grifo, por lo general, pueden estar seguros de que el agua que sale es más que apta para beber. Esto se debe esencialmente a la gran cantidad de plantas de tratamiento, que emplean una variedad de mecanismos mecánicos altamente efectivos, métodos biológicos y químicos para eliminar las impurezas de nuestras aguas residuales. Sin embargo, trazas de sustancias como residuos farmacéuticos, Los productos químicos domésticos y los agentes de contraste utilizados en las imágenes de rayos X son más difíciles de eliminar. Desafortunadamente, Estos pueden representar un grave peligro tanto para los seres humanos como para los animales. incluso en concentraciones muy bajas.

Para hacer frente a este problema, cada vez más plantas se están modernizando con un nivel adicional de tratamiento, diseñado para eliminar estas sustancias traza. Esto incluye el uso de procesos químico-oxidativos, que pueden crear subproductos problemáticos. En general, sin embargo, el método de elección es el carbón activado. El carbón activado tiene una estructura extremadamente porosa, lo que le da una gran superficie, dentro y fuera. Cuatro gramos de carbón activado tienen una superficie del tamaño de un campo de fútbol. Es capaz de adsorber otras sustancias, según su estado de carga, como una esponja que absorbe un líquido.

Mayor enfoque en la sostenibilidad

Generalmente hablando, El carbón activado ofrece una forma eficaz de eliminar las sustancias traza de las aguas residuales. En la práctica, sin embargo, a menudo hay un inconveniente clave. Ilka Gehrke es jefa del departamento de uso de recursos y medio ambiente en el Instituto Fraunhofer de Medio Ambiente, Tecnología de seguridad y energía UMSICHT en Oberhausen. Ella explica:"En la actualidad, la mayoría de los procesos utilizan carbón activado en forma de polvo. Una vez que haya adsorbido tanto material como pueda, se elimina por combustión. Eso es, obviamente, un gran problema en términos de sostenibilidad, especialmente porque el carbón activado a menudo se hace a partir de una materia prima no renovable, a saber, carbón negro estándar ".

Por lo tanto, los investigadores de Fraunhofer UMSICHT se han asociado con varios socios industriales en un proyecto conjunto financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania. ZeroTrace tiene como objetivo optimizar el uso de carbón activado para la eliminación de sustancias traza de las aguas residuales. El equipo de investigación está siguiendo un enfoque integrado que también incluye una investigación sobre la gestión de la innovación y la conservación de recursos. Desde el principio, Por tanto, los investigadores han podido tener en cuenta los diversos factores que impulsan o inhiben la innovación en este campo.

Gehrke y su equipo están investigando el uso de carbón activado granular hecho de materiales renovables como madera o cáscara de coco. A diferencia del carbón activado en forma de polvo, estos gránulos pueden reactivarse mediante tratamiento a una temperatura muy alta. Esto elimina las sustancias adsorbidas, reactivando así el carbón gastado para su reutilización. En el presente, sin embargo, este carbono gastado a menudo tiene que transportarse a largas distancias para su reactivación. Es más, cuando las piezas de carbono se mezclan en un lecho fluidizado, hay mucha abrasión, conduciendo a un agotamiento sustancial de material.

Un método de regeneración adecuado condujo al producto de partida correcto

Por tanto, los investigadores se centraron en desarrollar un proceso de regeneración que pudiera llevarse a cabo directamente en las plantas de tratamiento de aguas residuales. "El proceso utiliza un efecto físico de campos eléctricos, "Explica Gehrke." Es una idea que otros ya han perseguido en relación con la purificación de gas. Para nuestro proyecto, pudimos transferir muchos de los principios a un escenario basado en líquidos. En aquel momento, los procesos eléctricos eran muy costosos, por lo que la investigación terminó siendo archivada. Pero ahora vamos a poder hacer un uso cada vez mayor del excedente de energía producido a partir de fuentes renovables. En el futuro, podemos esperar que haya energía barata disponible en los momentos de máxima generación ".

La idea detrás del nuevo proceso se basa en un fenómeno conocido como adsorción por oscilación de campo eléctrico (EFSA):el carbón gastado se calienta eléctricamente hasta el punto en que los contaminantes adsorbidos se desorben o se queman. Para que esto funcione, tanto el carbón activado como el reactor deben cumplir determinadas especificaciones. El carbón activado debe tener una conductividad eléctrica suficientemente alta, para que conduzca la cantidad de energía requerida. Al mismo tiempo, sin embargo, también debe tener una resistencia eléctrica suficientemente alta, de modo que se calienta a la temperatura requerida a medida que la corriente fluye a través de él. Para este propósito, Gehrke y su equipo desarrollaron su propio compuesto de carbón activado. El material base es carbón en polvo, que se mezcla con grafito. Esto le confiere una conductividad eléctrica tres veces mayor que la del carbón activado normal, sin disminución de sus propiedades de adsorción. En cuanto al reactor, la principal dificultad fue construirlo de tal manera que pudiera soportar temperaturas de hasta 650 grados centígrados. El equipo de Gehrke ha optado por un proceso de regeneración continua:"La idea es eliminar continuamente pequeñas cantidades de carbón gastado del tanque de sedimentación mediante un transportador, para regenerarlo y luego volverlo a introducir en el tanque. Esto solo requiere un reactor relativamente pequeño, porque nunca tiene que procesar más de una fracción del carbono gastado total en un momento dado, y la regeneración en sí solo dura unos minutos. Y, como el carbono gastado no se mueve dentro del reactor, hay mínima abrasión, por lo que estimamos que solo tendremos que reponerlo con un máximo de 10 por ciento de carbón activado nuevo por ciclo ".

Resultados prometedores con gran potencial

El uso de este compuesto de carbón activado se ha sometido a pruebas en la planta de tratamiento de aguas residuales del socio industrial Wuppertal-Buchenhofen, donde se demostró que adsorbe con éxito sustancias traza. Para probar el proceso de regeneración, los investigadores instalaron un reactor prototipo en un lugar alejado de la planta de tratamiento. Este reactor, que tiene una capacidad de 40 a 50 litros, también arrojó resultados alentadores. Al final de una fase de proyecto de casi 3 años, Por lo tanto, Gehrke confía:"Nuestras pruebas han demostrado no solo que nuestro proceso conserva recursos, sino que también es económico y competitivo". En el presente, los socios están discutiendo posibles proyectos de seguimiento que involucren pilotos ampliados ubicados en el sitio de la planta de tratamiento de aguas residuales.