Un nuevo proceso de pretratamiento mejora la eliminación de AGP del agua potable
El novedoso enfoque del equipo incluye un proceso de pretratamiento que mejora significativamente el rendimiento de los sistemas GAC existentes
En un esfuerzo pionero por abordar el problema generalizado de la contaminación por PFAS en el agua potable, un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Nueva Jersey ha recibido financiación del programa de investigación sobre desalinización y depuración de aguas del Bureau of Reclamation.
Una serie de muestras de los experimentos de coagulación muestra los "flóculos" -o partículas- formados al añadir un coagulante en el recipiente central, el de la derecha y el de más a la derecha. Los PFAS quedan atrapados en los flóculos y se eliminan por gravedad o filtración.
Emerging Contaminants Research Lab @ NJIT
Esta subvención altamente competitiva, concedida sólo a ocho proyectos de entre más de ochenta solicitantes, apoya su innovador proyecto titulado "Enhanced Coagulation for the Removal of Per- and Polyfluoroalkyl Substances using Hydrophobic Ion Pairing Approach Project".
Arjun Venkatesan, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Civil y Medioambiental del NJIT e investigador principal de este trabajo, dirige también un estudio piloto del mismo programa para el proyecto "Enhancing the Removal of Hydrophilic Per- and Polyfluoroalkyl Substances by Granular Activated Carbon using Hydrophobic Ion-pairing as Pre-treatment" (Mejora de la eliminación de sustancias perfluoroalquílicas y polifluoroalquílicas hidrófilas mediante carbón activado granular utilizando el emparejamiento de iones hidrófobos como pretratamiento) que utiliza un enfoque similar para abordar la contaminación por PFAS.
Afrontar los retos de la eliminación de PFAS
Las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS), a menudo denominadas "sustancias químicas para siempre", plantean un reto importante para los métodos convencionales de tratamiento del agua. Los enlaces carbono-flúor de las PFAS son de los más fuertes de la química, lo que las hace extremadamente resistentes a los procesos naturales de degradación.
Esta persistencia significa que los PFAS permanecen en el medio ambiente indefinidamente, acumulándose con el tiempo y planteando riesgos para la salud a largo plazo. Los métodos de tratamiento tradicionales, como la filtración con carbón activado granular (CAG), tienen dificultades para eliminar eficazmente determinados tipos de PFAS, sobre todo las variantes hidrófilas (de cadena corta).
"El CAG es la tecnología de referencia para el tratamiento de PFAS", afirma Venkatesan, que también es director del Laboratorio de Investigación de Contaminantes Emergentes (ECRL) del NJIT. "Sin embargo, no funciona con todas las sustancias químicas PFAS. Los PFAS de cadena larga se eliminan eficazmente, pero no así los PFAS de cadena corta, que también son tóxicos y están regulados".
El principal mecanismo de eliminación de PFAS mediante CAG se basa en interacciones hidrófobas, que son ineficaces para los PFAS de cadena corta solubles en agua. Esta laguna en las capacidades de tratamiento requiere soluciones innovadoras para mejorar la seguridad del agua y cumplir las normas reglamentarias establecidas por la Agencia de Protección del Medio Ambiente de Estados Unidos (EPA).
Soluciones innovadoras y colaboración
El novedoso planteamiento del equipo consiste en un proceso de pretratamiento que mejora significativamente el rendimiento de los sistemas de CAG existentes. Al añadir una sustancia química al agua de entrada que forma complejos hidrófobos con las moléculas de PFAS, tanto los PFAS de cadena corta como los de cadena larga pueden adsorberse más eficazmente en las superficies del GAC. Este proceso no sólo mejora la eficacia de la eliminación, sino que también ofrece una solución rentable que puede aplicarse fácilmente en las instalaciones de tratamiento de aguas existentes.
La Autoridad del Agua del Condado de Suffolk (SCWA) ha desempeñado un papel crucial en este proyecto al facilitar el acceso a un emplazamiento de aguas subterráneas contaminadas para realizar pruebas piloto. SCWA también ofreció apoyo en especie para la construcción de las columnas de filtración piloto y pruebas adicionales de agua para complementar el estudio PFAS, ejemplificando la naturaleza práctica, centrada en la comunidad de la investigación.
Resultados preliminares prometedores
Aunque las pruebas piloto acaban de comenzar, los ensayos de laboratorio han arrojado resultados prometedores. El método de pretratamiento ha demostrado una mejora significativa del tiempo necesario para eliminar los PFAS. Por ejemplo, el tiempo transcurrido hasta la eliminación del 50% de PFBS, un PFAS de cadena corta regulado, mejoró aproximadamente un 170%.
Estos resultados preliminares sugieren que el novedoso proceso de pretratamiento podría dar lugar a mejoras sustanciales en el rendimiento del CAG, mejorando en última instancia la calidad y la seguridad del agua.
Impacto en el mundo real e investigación futura
Con el nuevo premio, el equipo está listo para demostrar el novedoso método de pretratamiento para otro proceso de tratamiento de aguas comúnmente empleado, la coagulación y floculación. La sencillez y rentabilidad de este método lo convierten en una opción viable para su adopción generalizada.
"Nuestro método puede aplicarse fácilmente en los sistemas convencionales de tratamiento de aguas existentes con modificaciones mínimas", afirma William Pennock, profesor adjunto del Departamento de Ingeniería Civil y Medioambiental del NJIT y colaborador en la investigación sobre el tratamiento por coagulación y floculación. "Lo único que necesitamos es una bomba dosificadora de productos químicos para inyectar el producto químico HIP en el agua sin tratar".
Esta sencilla integración podría suponer un importante ahorro de costes operativos para las instalaciones de tratamiento de aguas, reduciendo potencialmente la frecuencia de sustitución del CAG en aproximadamente un 50%.
De cara al futuro, el equipo de investigación también está explorando el potencial del método de emparejamiento iónico-hidrófobo para otros contaminantes orgánicos iónicos, lo que indica una amplia aplicabilidad de esta tecnología. La investigación futura se centrará en probar alternativas biodegradables y respetuosas con el medio ambiente al producto químico HIP, garantizando que el proceso no introduzca contaminantes secundarios.
Esta investigación se ajusta estrechamente a las últimas normativas de la EPA sobre PFAS en el agua potable. Al mejorar el rendimiento del filtro GAC y reducir los costes operativos, el proceso de pretratamiento propuesto responde a una necesidad nacional crítica. La aplicación con éxito de esta tecnología promete mejoras inmediatas y rentables en los sistemas de tratamiento de aguas existentes, beneficiando a las comunidades y avanzando en la protección de la salud pública.
Esta investigación innovadora representa un importante paso adelante en la lucha contra la contaminación por PFAS. Al mejorar los procesos existentes de tratamiento del agua, el equipo no sólo aborda un problema medioambiental acuciante, sino que también aporta soluciones prácticas y escalables que pueden adoptarse en todo el país.
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