Usando cromatografía iónica para reducir la contaminación de aguas residuales

Los recursos acuíferos, tanto superficiales como subterráneos, son frecuentemente contaminados por nutrientes. Grandes cantidades de nitrógeno y fósforo llegan a fuentes de agua provenientes de actividades humanas como la minería. En las últimas décadas, el uso excesivo de esos nutrientes ha originado serios problemas en la calidad del agua y en la salud pública a nivel mundial. El proceso de remoción de nutrientes requiere métodos precisos de monitoreo, siendo la cromatografía iónica una metodología novedosa que reduce la complejidad de la medición de muestras.

En Estados Unidos, el impacto de la contaminación por nutrientes ha sido considerado uno de los problemas ambientales más extendidos, costosos y desafiantes del siglo XXI por la Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés), entidad que en el año 2011 hizo un llamado a la pronta solución del problema. Según un informe reciente del Banco Mundial, México está entre los países de alto riesgo por la mala calidad del agua debido a la presencia de nitrógeno, a los altos niveles de salinidad hídrica y al deterioro ambiental de acuíferos, ríos y lagos.

Al contaminar aguas superficiales, los nutrientes provocan la floración de algas que a su vez resulta en la pérdida de oxígeno para peces, mariscos y otros organismos acuáticos. Se estima que la industria turística de Estados Unidos pierde aproximadamente mil millones de dólares al año debido a la disminución de la pesca y de actividades recreativas relacionada con las algas.

Además, el crecimiento desmedido de algas emite microcistinas (toxinas producidas por las cianobacterias) que pueden causar dolores de estómago, sarpullidos y problemas de salud más graves. Por ello la EPA requiere que los sistemas públicos de agua potable monitoreen las microcistinas. Dado que las aguas superficiales y subterráneas son las fuentes principales de agua potable, su contaminación por nitratos y nitritos representa un riesgo para la población infantil y adulta.

El tratamiento insuficiente o inadecuado de aguas residuales es una fuente de contaminación de aguas superficiales, particularmente por nitratos y fósforos. Ante ello, muchas plantas de tratamiento han mejorado sus instalaciones para eliminar la contaminación de nutrientes, logrando reducir de forma drástica la cantidad de nutrientes vertidos en aguas residuales.

Existen múltiples métodos para analizar la presencia de nitrito y nitrato en el agua potable. Aunque los métodos colorimétricos ofrecen una medición rápida y sencilla, la cromatografía iónica que utiliza el método EPA 300.1 es un método sensible que separa el nitrito y el nitrato de otros aniones comunes en el agua potable, brindando resultados precisos y replicables.

El método tradicional para medir el nitrógeno total consiste en añadir cantidades de nitritos y nitratos (EPA 353.2) al Nitrógeno Total Kjeldahl (TKN) (EPA 351.2 y 351.4), que es la suma de nitrógeno orgánico y amoníaco. No obstante, la determinación del TKN emplea mercurio tóxico y depende de interferencias por altas concentraciones de nitrato. Asimismo, los numerosos métodos utilizados para determinar las diferentes fuentes de nitrógeno implican una complejidad mayor.

La cromatografía de iones que usa el método 300.1 de la EPA fue desarrollada para simplificar la preparación de la muestra tanto para las muestras digeridas como para las no digeridas. El nitrato, el nitrito (muestras no digeridas) y el ortofosfato se miden de manera simultánea, utilizando un solo método y una sola preparación para las muestras de nitrógeno y las de fósforo.

Este método reduce también la complejidad a tiempo de determinar el nitrógeno total (en forma de nitrato) y del fosfato total (en forma de ortofosfato), debido a que ocurre en una sola corrida y con resultados comparables a los procedimientos colorimétricos. Mediante el uso de persulfato alcalino para la digestión de las muestras de aguas residuales en base fuerte (sobre pH 12), todas las formas de nitrógeno se convierten en nitratos. Con el tiempo, el pH de la solución desciende a cerca de 2 y todas las formas de fósforo (disueltas y en suspensión) se convierten en ortofosfato. Así, el TKN puede calcularse restando el nitrato-N de una muestra digerida de la suma de nitrito y nitrato de la muestra no digerida. Se trata de una aproximación consolidada que ofrece una alternativa ambientalmente más segura a la digestión Kjeldahl para determinar rutinariamente la presencia de nitrógeno y fósforo en el agua.

Para evitar la interferencia de cloruro, clorato y sulfato en las muestras de aguas residuales, se pueden diluir las muestras o utilizar una columna analítica de alta capacidad. Debido a que las instalaciones de tratamiento de aguas residuales ya cuentan con sistemas de cromatografía iónica para los métodos EPA 300.0 o 300.1, no existe ninguna inversión adicional de capital.

Los buenos resultados de la aplicación de este método han sido probados. Un estudio demostró por ejemplo que la columna polimérica de alta capacidad, selectiva de hidróxido, Dionex IonPac AS19 es efectiva para la determinación simultánea del nitrógeno y fosfato totales mediante cromatografía de iones con detección de conductividad suprimida después de la digestión de persulfato alcalino. Este resultado evidencia que la cromatografía iónica puede utilizarse como método alternativo sin las desventajas típicamente asociadas a los métodos colorimétricos.

Actualmente, una diversidad de sistemas de cromatografía iónica innovadores está disponible en el mercado. Es el caso de nuestras innovadoras soluciones de flujo de trabajo de cromatográfico.

Post Author: Touchpoint Marketing.

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