49: Las aguas residuales son un activo — Contiene nutrientes, energía y metales preciosos, y los científicos están aprendiendo a recuperarlos (Li)
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Yalin
#science #environment #research
Tanques de aireación en la planta de tratamiento de aguas residuales de Oaks en New Providence, Penn. Montgomery
Comisión de Planificación del Condado, CC BY-SA
La mayoría de la gente piensa lo menos posible en las aguas residuales que se producen diariamente de sus duchas, bañeras, lavabos, lavavajillas e inodoros. Pero con las técnicas adecuadas, puede convertirse en un recurso valioso.
En promedio, todos los estadounidenses usan alrededor de 60 galones de agua por día para fines que incluyen descargar inodoros, ducharse y lavar la ropa. Esta cifra puede duplicarse fácilmente si también se incluyen usos al aire libre, como regar césped y llenar piscinas.
La mayor parte del agua utilizada eventualmente se convertirá en aguas residuales que deben ser tratadas antes de que pueda ser descargada a la naturaleza. Y ese tratamiento usa mucha energía. Según la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, las instalaciones de agua y aguas residuales representan más de un tercio de los presupuestos municipales de energía.
Mi investigación se centra en la recuperación de recursos de aguas residuales. Este proceso es difícil porque las aguas residuales contienen muchos tipos diferentes de contaminantes. Pero los investigadores en nuestros campos están explorando muchas formas creativas de hacer productos valiosos a partir de ellos.
Energía a partir de materiales orgánicos
Los ingenieros de aguas residuales acérrimos entienden el valor de las aguas residuales, que ven como un activo en lugar de un desecho. Por eso algunos de ellos la llaman “agua usada” en su lugar, y se refieren a lo que la mayoría de la gente llama plantas de tratamiento de aguas residuales como instalaciones de recuperación de recursos hídricos.
De hecho, las aguas residuales pueden contener más de tres veces la cantidad de energía necesaria para tratarla. Una técnica simple y madura para recuperar parte de esta energía es la digestión anaeróbica, un proceso natural en el que los microorganismos se alimentan de grasa y otros materiales orgánicos en las aguas residuales y producen biogás, así como la levadura puede comer cebada y escupir cerveza. El biogás contiene aproximadamente 50 por ciento de metano, que puede ser utilizado como combustible renovable para calderas, hornos y sistemas de calefacción o para girar turbinas y generar electricidad.
Dentro de estos digestores anaeróbicos de 'huevo' en la planta de tratamiento de Deer Island en el puerto de Boston, los microbios descomponen los lodos de aguas residuales y la suciedad en gas metano, dióxido de carbono, agua y sólidos orgánicos que se procesan en fertilizantes. Frank Hebbert/Wikimedia, CC BY
Técnicas más avanzadas, como los procesos hidrotermales, toman los lodos de aguas residuales —los sólidos que se eliminan de las aguas residuales durante el tratamiento— y los convierten en combustibles de base biológica que pueden ser utilizados para reemplazar la gasolina y el diesel. Este proceso se encuentra actualmente en la etapa de demostración.
Además de los lodos de aguas residuales, muchos investigadores —incluyéndome a mí— están muy interesados en las microalgas. Las microalgas son prometedoras materias primas para biocombustibles, y algunas de ellas pueden crecer en aguas residuales. Mis colegas y yo hemos diseñado sistemas hidrotermales para convertir las microalgas cultivadas en aguas residuales en biocombustibles. Todavía se están probando en el laboratorio, pero esperamos ampliarlos en un futuro cercano.
Minería de nutrientes de aguas residuales
Las aguas residuales también contienen nutrientes como nitrógeno y fósforo, que son elementos esenciales que las plantas necesitan para crecer. En los procesos actuales de tratamiento de aguas residuales, utilizamos energía para convertir el amoníaco en las aguas residuales, que proviene principalmente de la orina, en gas nitrógeno. Sin embargo, las industrias luego utilizan grandes cantidades de gas natural para convertir el gas nitrógeno nuevamente en amoníaco, predominantemente para producir fertilizantes, a través del proceso Haber-Bosch.
Claramente, sería mucho más eficiente extraer directamente el amoníaco de las aguas residuales sin convertirlo. Una forma es usar inodoros desviadores de orina, que ya están disponibles comercialmente, para separar la orina de otras fuentes de aguas residuales. Entonces la orina recolectada podría ser utilizada como fertilizante después de desinfectarla para eliminar patógenos.
La orina desinfectada también contiene otros nutrientes como fósforo y potasio. El Instituto Tierra Rica, una organización sin fines de lucro con sede en Vermont-apoyada por agencias y fundaciones federales, está investigando formas de convertir la orina humana en fertilizante. El instituto está probando orina cosechada en cultivos reales, y ha encontrado que funciona de manera efectiva.
El uso de orina pasteurizada como fertilizante reduce la extracción de desechos y recursos. Foto fija de “Proyecto recicla la orina humana como fertilizante” de VOA News, Public Domain.
Alternativamente, podemos recuperar estos nutrientes como la estruvita, o fosfato de magnesio y amonio, un mineral que contiene magnesio, nitrógeno y fósforo. La estruvita se puede formar naturalmente durante los procesos de tratamiento de aguas residuales, pero tiende a depositarse en tanques y tuberías y dañará el equipo si se deja desatendido. Al controlar la formación de estruvita, se puede recuperar en reactores separados.
Los investigadores han probado la estruvita recuperada en cultivos en laboratorios y han logrado rendimientos comparables a los fertilizantes comerciales. La técnica aún está madurando, pero las empresas están desarrollando versiones comerciales para plantas de tratamiento de aguas residuales.
Más posibilidades
¿Quieres más cosas valiosas? Las aguas residuales son literalmente una mina de oro. Contiene metales valorados hasta millones de dólares estadounidenses al año. Estos metales suelen ser tóxicos para la vida acuática, por lo que necesitan ser removidos. Pero las tecnologías de remoción convencionales requieren mucha energía y producen lodos tóxicos.
Los investigadores están desarrollando nuevas formas de eliminar y reutilizar estos metales, incluidos los sistemas de membrana que pueden eliminar selectivamente los metales preciosos del agua y los biosistemas que utilizan microorganismos para recuperarlos. Estas técnicas se encuentran en una etapa muy temprana y aún no está claro si van a tener sentido económico, pero tienen el potencial de hacer que las aguas residuales sean más valiosas.
Además, las aguas residuales son generalmente más cálidas que los suministros de agua natural, especialmente en el invierno, por lo que pueden servir como fuente de calor. Esta técnica está bien establecida y no se limita a escala comercial. Puedes instalar sistemas de recuperación de calor de agua de drenaje en casa para reducir tu factura de energía.
Para mí, esto es sólo un comienzo. Con las técnicas adecuadas, las “aguas residuales” pueden ofrecernos mucho más —y espero con ansias que llegue el día en que no haya “aguas residuales”, solo “agua usada”.
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Yalin Li es Doctora Candidata/Asistente de Investigación, Colorado School of Mines y también estudiante investigadora en RenuWit Recibió su maestría de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y la licenciatura de la Universidad de Tongji (China), ambas en ingeniería ambiental. Su investigación se centra en la recuperación de recursos de aguas residuales. Este ensayo fue publicado originalmente en On the Commons.
Las aguas residuales son un activo — contiene nutrientes, energía y metales preciosos, y los científicos están aprendiendo a recuperarlos por Yalin Li está licenciado bajo una Licencia Creative Commons Atribución-SinDerivadas 4.0 Internacional.