Tecnología de nanoburbujas para extender los límites de los tratamientos de agua: eliminación de contaminantes emergentes

Ángeles Blanco |  Contacto | Departamento: Ingeniería Química y de Materiales. Grupo de Investigación Celulosa, Papel y Tratamiento Avanzado de Aguas | Facultad: Ciencias Químicas

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Breve descripción

Las nanoburbujas (<200 nm) poseen propiedades extraordinarias gracias a su carga negativa, su comportamiento coloidal, la gran superficie específica, la alta eficiencia de transferencia de masa/gas, su alta eficiencia de adhesión y la capacidad para generar radicales libres. Debido al movimiento browniano tienen un elevado tiempo de vida y alta estabilidad, lo que ha dado lugar a un nuevo enfoque para los sistemas de contacto líquido-gas y sólido-gas. Estas propiedades muestran su potencial tecnológico para distintas aplicaciones, incluyendo el tratamiento de aguas. Con la necesidad actual de extender los límites de las depuradoras tradicionales, la tecnología de nanoburbujas surge como una alternativa prometedora y adaptable para aumentar la eficiencia con respecto a la eliminación de contaminantes recalcitrantes y emergentes, sin necesidad de grandes inversiones.

El grupo de investigación de Celulosa, Papel y Tratamientos Avanzados de Aguas de la UCM desarrolla nuevos conocimientos sobre la integración de las nanoburbujas (Figura 1) en tratamientos convencionales, para facilitar su optimización e implementación industrial. Se ha comprobado que las nanoburbujas mejoran significativamente los procesos de flotación, eliminando sólidos en suspensión y materia disuelta y coloidal; complementan la aireación del agua en tecnologías biológicas aeróbicas, aumentando su eficacia, como en el caso de lodos activos, carbón activo biológico y biorreactores de membrana; y pueden generar radicales libres activos, que favorecen la oxidación de compuestos orgánicos. Además, las nanoburbujas pueden aplicarse en tratamientos de nano-ozonización, mejorando la eficacia y reduciendo las dosis de ozono necesarias y, por tanto, los costes de tratamiento. En base a los conocimientos generados, se ofrecen soluciones específicas para eliminar contaminantes de interés y soluciones integrales a corto plazo para ampliar la eficacia de las depuradoras actuales.

¿Cómo funciona?

La tecnología de nanoburbujas consiste en generar nanoburbujas de gas dentro de un líquido. Gracias a sus propiedades únicas, las nanoburbujas permiten mejorar significativamente la eliminación de contaminantes.

• Generación de especies oxidantes sin adición de reactivos: Cuando las nanoburbujas colapsan o interacionan con radiación UV o metales, liberan radicales hidroxilo (•OH) y otras especies reactivas con alto poder oxidante. Estos radicales atacan y degradan compuestos orgánicos complejos como fármacos, pesticidas, cosméticos, disruptores endocrinos, entre otros, rompiendo sus estructuras químicas y facilitando su biodegradabilidad.
• Mejora de la oxigenación y la actividad biológica: Las nanoburbujas tienen una elevada área superficial y se disuelven lentamente, liberando oxígeno de forma continua y eficiente. Mejoran la oxigenación, aumentando la actividad metabólica de los microorganismos. Además, potencian los procesos biológicos secundarios, facilitando la biodegradación de contaminantes difíciles de tratar por métodos convencionales.
• Mejora los procesos de adsorción y transporte de contaminantes: Debido a su carga superficial negativa y alta energía superficial, pueden atraer y transportar contaminantes (especialmente sustancias polares o iónicas) hacia zonas donde se pueden degradar o eliminar más fácilmente. En sistemas con adsorbentes (como carbón activado), mejoran el contacto contaminante-sorbente, aumentando la capacidad de eliminación.
• Eliminación de materia disuelta y coloidal: Las nanoburbujas también ayudan a romper estructuras coloidales donde se acumulan contaminantes. Favorecen la flotación o agregación de microplásticos y nanopartículas, facilitando su separación en etapas posteriores del tratamiento.

¿Qué problema resuelve?

La tecnología de nanoburbujas mejora los procesos de oxidación avanzada, la biodegradación y la eliminación de sólidos en suspensión, aumentando así la eficiencia global de las depuradoras con respecto a los contaminantes recalcitrantes y emergentes, sin necesidad de grandes inversiones en infraestructuras y con un bajo coste.

¿Qué productos futuros resultarán?

• Remediación de sedimentos y suelos. Facilita la oxidación in situ de hidrocarburos aromáticos y metales pesados, acelerando la recuperación de ecosistemas degradados.
• Oxigenación de ecosistemas acuáticos. Evita mortandades de peces en acuicultura y lagos eutrofizados al mantener concentraciones de O₂ superiores a la saturación natural.
• Agricultura y horticultura. El riego con agua nanoburbujeada mejora la absorción radicular, estimula el crecimiento de microorganismos beneficiosos y reduce enfermedades fúngicas, incrementando el rendimiento con menos pesticidas.
• Minería y flotación selectiva. Nanoburbujas de aire o CO₂ actúan como “semillas” de nucleación sobre partículas finas, mejorando la recuperación de minerales y reduciendo el uso de colectores químicos.

Ventajas competitivas frente a otras investigaciones

• Aumenta la eficacia global de las depuradoras, sin necesidad de grandes inversiones en infraestructuras.
• Se logra una oxidación avanzada sin necesidad de añadir productos químicos.
• Aumenta la eficacia de los tratamientos biológicos y reduce el consumo energético.
• Complementa la eliminación sólidos y materia disuelta y coloidal.
• Reduce el coste de los tratamientos.

¿Dónde se ha desarrollado?

La tecnología de nanoburbujas se está desarrollando en el Grupo de Investigación de Celulosa, Papel y Tratamientos Avanzados de Aguas. El grupo dispone de un generador de nanoburbujas Acniti Microstar (FS302AC-SW1, 300 W), que permite su adaptación a otros sistemas de tratamiento como fotocatálisis (figura 2), flotación por aire disuelto (figura 3) o nano ozonización. Además, el grupo cuenta con un sensor de concentración de burbujas ultrafinas (modelo ALT-9F17) para cuantificar la presencia de nanoburbujas bajo distintas condiciones.

Y además...

La aplicación de nanoburbujas es una tecnología versátil y eficiente, de fácil instalación en infraestructuras existentes, actuando como refuerzo funcional, complementando el tratamiento. No requiere grandes reformas ni inversiones, es un proceso sostenible y sin residuos, de bajo consumo energético. Su campo de aplicación se extiende más allá del agua: agricultura, salud, alimentos, limpieza de superficies, biorremediación.