Análisis de aguas sin laboratorio

La contaminación máxima que pueden tener las aguas que son vertidas a la red de saneamiento o al medio está delimitada por la legislación y deben ser, por ello, controladas. Un ejemplo claro de este sistema de control es la posibilidad de detectar vertidos no autorizados, es decir, aquellos que poseen una carga contaminante mayor a la permitida. Al disponer de equipos portátiles, de bajo coste, que pueden ser emplazados en distintos puntos de la red, y que son capaces de caracterizar las aguas de forma autónoma y de transmitir la información a la nube, se logra, no solo una detección temprana de dichos vertidos, permitiendo a la autoridad competente abrir diligencias contra el infractor, sino que, además, proporciona una mayor capacidad de actuación para evitar y minimizar el impacto que dichas aguas puede tener en el medio ambiente.

Otro ejemplo de aplicación relevante de este tipo de sistemas lo podemos encontrar en las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR). Estas estaciones están diseñadas para operar con unas ciertas condiciones de caudal y contaminación de entrada, donde cualquier cambio en las mismas se traduce en la necesidad de ajustar sus procesos de depuración para lograr la calidad deseada del agua de salida.

Dado que el proceso de análisis de las aguas en laboratorio impide un análisis en tiempo real, existe un desfase entre el momento en el que se detecta ese aumento de la contaminación de las aguas de entrada y cuando se llevan a cabo ajustes en los procesos de depuración para lograr cumplir con la calidad de las aguas de salida.

Dentro de un contexto de creciente preocupación por la protección del medio ambiente, así como un uso más eficiente de los recursos hídricos y su correcta gestión y regeneración, surge la necesidad de conocer, en tiempo real, cómo evoluciona la calidad de las aguas, especialmente las aguas residuales urbanas.

Los sistemas actuales de caracterización se basan en su mayoría en la toma de muestras que tienen que ser analizadas en laboratorios, para determinar la 'calidad de las aguas'. Este es un término complejo dado que la matriz de agua implica una gran variedad de elementos, como materia orgánica, inorgánica, nutrientes, patógenos, entre otros. La detección de cada uno de estos elementos exige de procesos de determinación en laboratorio específicos, muy tecnificados, que implican el uso de reactivos químicos y de someter a las muestras a preprocesados, además de ser dilatados en el tiempo, lo que imposibilita llevar a cabo el análisis en tiempo real de las aguas.

Ante ese escenario a Juan Tomás García, investigador del grupo de Ingeniería Hidráulica, Marítima y Medioambiental de la Universidad Politécnica de Cartagena, y a su equipo se les ocurrió desarrollar el equipo de MONITORización en Tiempo REAl de Contaminantes en Aguas Residuales (MONITOREA).

«Hemos desarrollado un sistema de bajo coste que permite caracterizar la carga contaminante de las aguas en tiempo real, sin necesidad de reactivos químicos o de someter a las muestras a ningún tipo de pretratamiento, pudiendo alcanzar un nivel de precisión comparable al obtenido en las analíticas de laboratorio».

El proyecto toma como punto de partida los resultados alcanzados en la tesis doctoral de Daniel Carreres Prieto, financiada por la Fundación Séneca mediante una beca FPI, donde se desarrolló un sistema de caracterización de bajo coste basado en espectrofotometría LED, el cual se encuentra protegido ante la Oficina Española de Patentes y Marcas. Asimismo, la Fundación Séneca ha financiado la industrialización de dicho prototipo mediante el programa Prueba de Concepto, con el fin de poder desarrollar un equipo que puede ser introducido en el mercado para atender a una necesidad cada vez más creciente de poder disponer de un sistema que permite caracterizar la carga contaminante de las aguas de una forma rápida, simple y económica.

Este sistema de bajo coste y consumo energético, permite obtener la llamada 'respuesta espectral', la cual proporciona información muy valiosa sobre las propiedades físico-químicas de la muestra. Mediante modelos de correlación basados en inteligencia artificial, el sistema determina de forma indirecta una gran variedad de parámetros contaminante, con una alta precisión, en cuestión de minutos y sin necesidad de manipular la muestra.

«El equipo puede analizar de forma autónoma y en tiempo real parámetros tan relevantes como la Demanda Química de Oxígeno (DOQ), Demanda Bioquímica de Oxígeno a los cinco días (DBO5), Sólidos en Suspensión Totales (SST) o nutrientes como el fósforo o el nitrógeno, entre otros. Esta monitorización constante de las distintas etapas de depuración, proporciona un sistema de alerta temprana, que posibilita a los operadores de planta, poder acometer ajustes en sus procesos para lograr la calidad deseada del agua de salida», señala el investigador.

No obstante, aunque la concepción del proyecto MONITOREA es para su uso con aguas residuales urbanas, su uso se puede extender a otros sectores industriales en los que una monitorización de la calidad del agua sea crucial para sus procesos. Otro aspecto que destaca Juan Tomas García es que el objetivo de protección de las aguas y del medio natural y un uso más eficiente de los recursos hídricos, se incluye en múltiples Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de las Naciones Unidas, a los cuales pretende dar respuesta este proyecto. En concreto: 'Objetivo 6: Agua limpia y saneamiento', 'Objetivo 11: Ciudades y comunidades Sostenibles', 'Objetivo 13: Acción por el clima' y 'Objetivo 14: Vida submarina'.

«Estos objetivos refuerzan la necesidad de llevar a cabo un control fehaciente y en tiempo real de la calidad de todas las aguas, dado que una mayor velocidad en los procesos de caracterización, así como un aumento de los puntos de análisis, resulta crucial para lograr, no sólo un uso más eficiente de los recursos hídricos, sino también para lograr una mayor protección al medio ambiente y en especial de la vida marina», indica.

Por el momento, las pruebas realizadas con los equipos en entornos reales (EDARS) han demostrado un buen desempeño y capacidad de análisis del producto desarrollado, lo que lo convierte en un sistema de gran utilidad para conocer la evolución de la carga contaminante a lo largo del tiempo.