Un estudio de 2013 del Consejo de Seguridad Nuclear (CSN) estudió cómo reducir el contenido radiactivo natural en aguas de consumo humano mediante dos escenarios técnicos: poblaciones con ETAP convencional y pequeños núcleos sin ETAP, donde el tratamiento puede limitarse a la cloración. El objetivo no era solo reducir radionucleidos, sino hacerlo con soluciones implantables, de bajo mantenimiento, compatibles con la calidad físico-química del agua y con una gestión viable de los residuos o materiales adsorbentes generados.
1. Problema tratado
El caso principal estudiado fue el agua de Berrocalejo (Cáceres), abastecida desde el Tajo. Presentaba un índice alfa total en torno a 100 mBq/L, valor que obligaba a investigar su origen y calcular la dosis por ingesta. El documento concluye que el origen del índice alfa es casi exclusivamente el uranio-234 y uranio-238; la presencia de radio, polonio u otros radionucleidos de la serie del uranio era comparativamente despreciable.
Esto condicionó toda la estrategia: en Berrocalejo no se diseña un tratamiento general contra todos los radionucleidos, sino un ajuste del proceso para maximizar la eliminación de uranio disuelto.
2. Solución técnica para ETAP convencional
La solución implantada en una ETAP real consiste en modificar el proceso de coagulación-floculación mediante control fino del pH.
El principio técnico es este:
| Radionucleido | Condición favorable de eliminación |
|---|---|
| Uranio | Coagulación-floculación a pH próximo a 6 |
| Radio | Mejores condiciones a pH más alto, alrededor de pH 10 |
En Berrocalejo se priorizó el uranio porque era el responsable principal del índice alfa. El documento indica que estudios previos ya habían determinado que los coagulantes en base hierro son más eficaces que los de aluminio y que el pH es una variable crítica para la eliminación de uranio y radio.
Modificación aplicada
La ETAP fue modificada con:
- Tres sondas de pH:
- pH 1: zona de mezcla inicial.
- pH 2: masa de agua homogeneizada en el floculador-decantador.
- pH 3: salida antes de filtros.
- Dosificación de ácido clorhídrico para bajar el pH hasta aproximadamente 6 durante coagulación-floculación.
- Dosificación de hidróxido sódico para elevar posteriormente el pH hasta aproximadamente 7 antes de la filtración, de forma que el agua final quede dentro de parámetros de consumo.
- Control automático mediante PLC, bombas dosificadoras y registro remoto de datos, con posibilidad de desconexión remota de las modificaciones si se detectaba una anomalía.
Resultado técnico
La ETAP en funcionamiento estándar tenía una eficiencia prácticamente nula para eliminar el contenido radiactivo natural del agua. Con las modificaciones implantadas, el sistema eliminó entre 60% y 90% del uranio inicialmente presente en el agua bruta. Además, las modificaciones eran reversibles: al suspenderlas, la planta volvía automáticamente a sus condiciones ordinarias.
3. Limitaciones de la solución en ETAP
La solución no era neutra desde el punto de vista físico-químico. Al usar HCl y NaOH podían aumentar cloruros y sodio. En Berrocalejo, se detectó que los cloruros ya estaban en aumento en el agua bruta y que, al añadir HCl, podían superarse límites legales, especialmente cuando el agua de origen ya estaba cerca o por encima del límite. También se mencionaba un mal funcionamiento de la bomba de hipoclorito sódico durante algunos meses, que agravó los valores de cloruros.
Conclusión operativa: el sistema funcionaba para reducir uranio, pero exigía control paralelo de pH, cloruros, sodio, sulfatos y calidad final del agua. No bastaba con bajar la radiactividad.
4. Gestión de fangos
La radiactividad eliminada no desapareció: pasó a los fangos de potabilización. El documento estudió la especiación química de esos fangos para saber si el uranio y el radio podrían removilizarse.
La conclusión es que el uranio y el radio quedaban mayoritariamente asociados a fracciones reducibles, vinculadas a óxidos metálicos formados durante la coagulación. En el caso de Berrocalejo, los fangos contenían uranio por encima de 1 Bq/g para ambos isótopos, pero relativamente bien fijado, por lo que el se consideró poco probable su removilización hacia otros medios receptores, como cultivos.
La lectura práctica es clara: cualquier implantación real debe incluir un protocolo de control y destino de fangos. La solución transfiere el problema desde el agua al residuo sólido.
5. Solución para pequeños núcleos sin ETAP
La segunda parte del documento buscaba alternativas para poblaciones pequeñas sin ETAP convencional. El sistema debía ser automático, simple, sin personal especializado, con adsorbentes de coste asumible y compatibles con agua de consumo. Los materiales seleccionados para ensayo fueron:
| Material | Resultado |
|---|---|
| Arena de sílice | Poco efectiva |
| Arena verde de manganeso | Muy efectiva para radio; limitada para uranio |
La arena de sílice se descartó como solución eficaz porque se satura rápidamente y tiene baja selectividad frente a uranio y radio, debido a la competencia de los cationes mayoritarios presentes en el agua.
La arena verde de manganeso, basada en dióxido de manganeso, mostró un comportamiento mucho mejor, especialmente frente al radio-226.
6. Arena verde de manganeso: resultados
La arena verde de manganeso demuestró ser muy selectiva para radio. En los ensayos, la eliminación de 226Ra fue siempre superior al 95%, incluso en presencia de otros cationes que podían competir por la adsorción. Para el uranio, en cambio, la eliminación fue decreciendo con el volumen de agua tratado: desde valores iniciales altos hasta prácticamente nulos cuando el lecho se saturaba.
En el ensayo de mayor escala, se hicieron pasar 1.000 litros de agua por una columna de arena verde a 100 L/h. El radio se mantuvo en valores inferiores a 10 mBq/L tras atravesar el lecho, mientras que el uranio fue perdiendo eficiencia de eliminación conforme avanzaba el volumen tratado.
Conclusión técnica: la arena verde de manganeso es una buena solución para aguas con problema principal de radio, pero no es una solución robusta para uranio si se pretende operación prolongada sin sustitución o rediseño del lecho.
7. Regeneración del material adsorbente
La regeneración de la arena verde con permanganato potásico, recomendada para sus usos habituales en eliminación de hierro y manganeso, no desadsorbe de forma efectiva los radionucleidos retenidos. Es decir, no recupera realmente el material desde el punto de vista radiológico. Sí puede mejorar temporalmente la eliminación de uranio, pero el efecto no es duradero.
Esto implica que, en una aplicación real, la arena verde cargada con radionucleidos debe tratarse como un material residual a gestionar, no como un filtro indefinidamente regenerable.
8. Conclusiones principales
- La solución más eficaz para ETAP convencional es modificar el pH de coagulación-floculación, especialmente cuando el problema principal es el uranio.
- La ETAP estándar no garantiza eliminación radiológica. En Berrocalejo, el funcionamiento ordinario tenía eficiencia prácticamente nula frente al contenido radiactivo natural.
- El control de pH permite eliminar entre 60% y 90% del uranio, pero obliga a controlar efectos secundarios: cloruros, sodio, sulfatos y calidad final del agua.
- Los fangos concentran la radiactividad retirada, aunque el documento concluye que el uranio y el radio quedan relativamente bien fijados en fracciones reducibles asociadas a óxidos metálicos.
- La arena de sílice no es adecuada como adsorbente radiológico para uranio y radio por su baja selectividad y rápida saturación.
- La arena verde de manganeso es muy eficaz para radio, con eliminaciones superiores al 95%, pero tiene capacidad limitada para uranio en operación prolongada.
- La regeneración convencional de la arena verde no elimina los radionucleidos retenidos, por lo que el material agotado debe gestionarse como residuo cargado radiológicamente.
- No hay una solución universal. La técnica debe seleccionarse según el radionucleido dominante: para uranio, ajuste de coagulación-floculación y pH; para radio, adsorción con materiales selectivos como arena verde de manganeso.