Los métodos químicos tradicionales utilizados para la desinfección del agua de consumo, aunque eficientes y ampliamente extendidos, causan sus propios problemas ambientales y para la salud, como la formación de subproductos químicos nocivos. Esto ha impulsado la búsqueda de alternativas más sostenibles y eficientes en el tratamiento de aguas. Las tecnologías que aprovechan la electricidad ofrecen soluciones prometedoras para la desinfección y purificación, así como para la generación de bioenergía a partir de aguas residuales.
Desinfección con Luz Ultravioleta (UV)
La desinfección con luz ultravioleta germicida es una de las principales aplicaciones de la electricidad en el tratamiento de agua, ofreciendo un método sin químicos para eliminar microorganismos. Actualmente, existen dos formas diferentes para desinfectar aguas, ya sean potables o residuales.
Aplicación de UV en Agua Potable y Aguas Servidas
Para las aguas de consumo humano, el tratamiento de luz ultravioleta germicida se aplica en la última etapa del proceso, después de los filtros, ablandadores u ósmosis inversa y de la bomba. El flujo de la bomba, expresado en litros por minuto, es lo que determina el modelo del equipo UV-C adecuado. Para las aguas servidas, la luz ultravioleta germicida se aplica en la etapa cuando el agua ya está clarificada, ya sea por procesos de digestores o lombricultura. En estos procesos, el agua puede pasar por la cámara del sistema por gravedad (por pendiente).
El agua se purifica durante los pocos segundos que fluye dentro del purificador, proporcionando desinfección continua sin requerir supervisión o medición especial. Existen equipos de alta tecnología diseñados para ser usados en línea con las bombas de agua. El tamaño del equipo dependerá del flujo bombeado definido por litros por minuto, como el UV-Stylo-E de Light Progress. También se encuentran disponibles equipos UV-C con una estructura parcial de acero inoxidable, muy adecuados para ser instalados en fondos de estanques con agua y para trabajar después de los sistemas de lombricultura.
Aplicación Combinada: Lombrices y Luz UV (Sistema Tohá)
Un innovador sistema para tratar aguas servidas utilizando lombrices y luz ultravioleta (UV) fue presentado por la Comisión Nacional de Riego (CNR) a la comunidad. Este sistema, conocido como Sistema Tohá en honor a su inventor, el Dr. José Tohá Castellá, utiliza lombrices y luz ultravioleta para degradar y desinfectar los residuos orgánicos presentes en las aguas servidas, produciendo como resultado una biomasa rica en nutrientes que puede ser utilizada como abono orgánico.
Un ejemplo de su implementación se encuentra en la escuela La Mancha, donde, según su directora Ruth Carrasco, "hay unas instalaciones especiales para recoger el agua que ha sido ocupada, que pasa por el biofiltro con lombrices, luz ultravioleta y el agua la volvemos a ocupar para regar los jardines y pronto el invernadero que estamos construyendo".
El Biofiltro, como se conoce a este sistema, ofrece numerosas ventajas en comparación con otros métodos tradicionales de tratamiento de aguas residuales, como una mayor eficiencia y estabilidad operacional, así como una menor huella ambiental. Iván Pizarro Díaz, profesional de la Unidad de Desarrollo de la CNR y supervisor del programa, destacó la importancia de observar este tipo de unidad demostrativa para la reutilización de aguas residuales en riego, un concepto que la propia escuela ha integrado dentro de su currículo educativo. Este programa es ejecutado por el Centro Regional de Estudios Ambientales (CREA) de la Universidad Católica de la Santísima Concepción, con oficina operativa en Los Ángeles.
Tecnologías de Campos Eléctricos Avanzados
Más allá de la luz UV, la electricidad permite el desarrollo de métodos avanzados para la desinfección y tratamiento de aguas, atacando directamente la estructura celular de los microorganismos.
Campos Eléctricos Pulsados (CEFT)
En los procesos de tratamiento por Campos Eléctricos Pulsados (CEFT), se aplican pulsos eléctricos de alto voltaje entre dos electrodos de placa paralelos. Esto genera un fuerte campo eléctrico que daña de forma irreversible la membrana celular e inactiva la célula bacteriana. Cuando el agua y las bacterias se exponen a la electricidad, la membrana de la célula bacteriana se carga como un condensador en un circuito.
Para solucionar desafíos relacionados con la eficiencia, investigadores de Atlanta crearon un campo eléctrico mejorado localmente (LEEFT), que permite que la carga eléctrica llegue directamente a la bacteria. En este caso, los electrodos tienen estructuras de punta a nanoescala que mejoran localmente el campo eléctrico, acumulando cargas concentradas instantáneamente cuando se conectan a la electricidad. La velocidad de acción es un parámetro importante que indica la eficacia de un método de desinfección del agua, ya que velocidades más altas permiten caudales mayores y tiempos de retención hidráulica más bajos (Fuente: Wang, T., Xie, X.).
Celdas de Combustible Microbianas (CCM/MFC) para Bioenergía
Las celdas de combustible microbianas representan una prometedora tecnología bioelectroquímica que no solo trata las aguas residuales, sino que también recupera energía en forma de electricidad.
Investigación del IMTA en México
Especialistas del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA) realizan un estudio sobre celdas de combustible microbianas (CCM) para la recuperación de bioenergía (electricidad) a través de aguas residuales. Las CCM son sistemas bioelectroquímicos capaces de generar electricidad a partir de la oxidación de la materia orgánica como glucosa, acetato y aguas residuales.
El trabajo efectuado en el IMTA presenta información sobre el funcionamiento y la caracterización de las CCM, con énfasis en los mecanismos de transporte de electrones y los factores que influyen en su operación. En el estudio se utilizaron aguas residuales reales con bajo y alto contenido de materia orgánica. Para la evaluación de las CCM, se monitoreó en tiempo real el voltaje, la corriente eléctrica y la potencia, utilizando un circuito abierto. Los resultados muestran que en una CCM de 8.4 L se obtiene un voltaje de 1.0 V, y en una de 156 mL, entre 0.5 y 0.7 V; estos voltajes corresponden a los valores teóricos esperados. La importancia de este trabajo radica en la prueba de materiales nacionales de bajo costo y el uso de agua municipal real.
Avances y Desafíos en CCM/MFC a Nivel Global
A pesar de su potencial, el desarrollo de esta tecnología a nivel mundial se encuentra en las primeras fases, a escala de laboratorio, por lo que la cantidad de electricidad que se genera es baja. Para su aplicación a escala real, aún hace falta más investigación. El incremento de la polución y la disminución de los recursos energéticos fósiles han animado a los científicos a buscar nuevas alternativas de energía limpia y sostenible. Según los investigadores, la producción de combustible a partir de microorganismos es probablemente la única tecnología en la que la electricidad se genera a partir de la oxidación de compuestos orgánicos a temperatura ambiente, sin necesidad de quemar nada y sin depender de la luz solar.
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Kaunas (KTU), Lituania, están trabajando para mejorar la eficiencia de las células de combustible microbianas (MFC), utilizando para ello fieltro de grafito modificado. Según estos investigadores, la tecnología MFC es única debido a sus aplicaciones multifunción: por ejemplo, pueden utilizarse las aguas residuales y los lodos asociados, recolectados de las plantas de tratamiento de aguas, como alimento para las bacterias. Esto reduciría notablemente el uso de energía eléctrica para su explotación y convertiría a las depuradoras en ecosistemas cerrados. Aunque la idea de que los microorganismos pueden generar electricidad fue introducida en 1911, comenzó a ser investigada activamente en la década de los 2000. Los investigadores de KTU están probando las cualidades y la biocompatibilidad de los ánodos MFC, ya que la eficiencia de las células de combustible microbianas depende en gran medida de ellos.
Que son las Celdas de combustible- Gencell
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